侯煒 丁夢怡 姜巍

1 引言

鋼鐵工業(yè)是重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，被譽為工業(yè)的脊梁。無論是尖端武器、基礎(chǔ)設(shè)施，還是日常消費品都離不開大型軋機生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)鋼材。寬厚板生產(chǎn)線主要負責(zé)生產(chǎn)中厚規(guī)格的鋼板，軋機中液壓 AGC（Automatic Gap Control）等系統(tǒng)技術(shù)的逐步完善和應(yīng)用，在一定程度上優(yōu)化并保障了板坯軋制效果及其表面質(zhì)量。

為進一步適應(yīng)市場對寬厚板質(zhì)量、平整度及性能的要求，本文結(jié)合寬厚板生產(chǎn)線軋機區(qū)域出現(xiàn)的鐮刀彎情況，著重探討了軋制過程中采用的RAC(Roll Alignment Control)自動傾斜調(diào)整技術(shù)。此技術(shù)的研究與利用，使人們能在軋制過程中更好地控制鋼板的凸度和平坦度，最大限度地減輕板坯鐮刀彎狀況的發(fā)生，提高鋼板的成材率。

2 產(chǎn)生鐮刀彎板型的影響因素

厚板軋制過程中，板坯受到溫度、軋制中心線偏離、楔形量等因素的影響，軋制過程中的工藝參數(shù)發(fā)生變化，出現(xiàn)鐮刀彎現(xiàn)象，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的尺寸精度和質(zhì)量。

2.1 溫度因素

因部分加熱爐采取的是步進梁加熱傳送方式，所以板坯兩側(cè)溫度產(chǎn)生偏差，這也成為后期軋制過程中鐮刀彎現(xiàn)象產(chǎn)生的一個重要因素。此外，板坯從出加熱爐、預(yù)除磷到軋機這段時間內(nèi)，由于操作側(cè)和傳動側(cè)冷卻水分布不均勻，在一定程度上自身溫度也呈不均勻態(tài)勢分布。通過現(xiàn)場生產(chǎn)的多種規(guī)模鋼板測試，可以得到這樣一個結(jié)論：即在鋼板厚度不變時，彎曲量會跟隨溫度的增加而增加；當(dāng)鋼板兩側(cè)溫度相同時，彎曲量同樣也會隨鋼板寬度的增加而增大。如圖1所示。

圖1 板坯厚度、寬度、彎曲量三者線性曲線

2.2 偏離中心線

當(dāng)鋼板運送至軋機入口時，若鋼板中心線已偏離，因軋機上下工作輥對鋼板兩側(cè)的作用力不同，所以在經(jīng)過多道次軋制后，鋼板的表面就會形成楔形，產(chǎn)生鐮刀彎。彎曲量與中心線偏移量關(guān)系如圖2所示。

圖2 彎曲量與中心線偏移量關(guān)系

2.3 楔形量

鐮刀彎現(xiàn)象的產(chǎn)生與板坯楔形量有很大的關(guān)系。楔形量是由于來料厚度、傳動側(cè)與操作側(cè)軋機模數(shù)、機架彈性形變、上下兩支輥壓下系統(tǒng)等眾多因素的不同而造成。其對彎曲量的影響與前面所說的溫度、中心線偏移量相同均呈線性關(guān)系，彎曲量也是會跟隨楔形量的遞增而不斷增大。

3 傾斜自動調(diào)整技術(shù)RAC

綜合上述產(chǎn)生鐮刀彎板型的影響因素，采用傾斜自動調(diào)整技術(shù) RAC以減少軋制過程中鐮刀彎狀況的發(fā)生，是提高板坯成材率的重要手段。

3.1 減小鐮刀彎控制理論

減小鋼板鐮刀彎會提高產(chǎn)品的成材率、減少彎曲分級和減輕剪切工序的負擔(dān)。傳統(tǒng)的鐮刀彎控制方法是由操作工根據(jù)鋼板的彎曲程度和彎曲方向，憑經(jīng)驗調(diào)整左、右輥縫差。這種控制方式受人為主觀因素影響，顯然不夠精確。目前，鋼板鐮刀彎控制的技術(shù)分以下兩種方式：

(1) 側(cè)移控制：通過防止在鋼板彎曲時產(chǎn)生的鋼板側(cè)移（軋制時，鋼板-軋輥接觸位置的滑動）來抑制鋼板鐮刀彎。這種方法的判斷是鋼板軋制中的無校正控制。

(2) 動態(tài)控制：通過對軋制道次之間鋼板彎曲程度的測量，在軋制過程中調(diào)整每道次的輥縫設(shè)定值和壓下力，實現(xiàn)對鋼板鐮刀彎程度的良好控制。這種方法適合于可逆式軋機軋制鋼板的鐮刀彎控制，因為它可以根據(jù)軋制道次之間的鋼板鐮刀彎情況及時做出動態(tài)響應(yīng)，也就是下面所提到的 RAC軋機傾斜自動調(diào)整功能。

3.2 RAC技術(shù)在避免鋼板鐮刀彎工作上的研究及應(yīng)用

3.2.1 RAC技術(shù)的工作原理

在萊鋼4300mm寬厚板生產(chǎn)過程中，為了提高鋼板表面形狀的平整度和精準(zhǔn)度，主要采用 RAC技術(shù)來減少鐮刀彎狀況的發(fā)生。RAC技術(shù)是一種動態(tài)控制技術(shù)，是基于軋件偏離輥縫中心線，左右兩側(cè)載荷不同的基本原理工作的。使用 RAC自動調(diào)整技術(shù)，可以使輥縫向所需的方向傾斜而同時保證輥縫中心點值不變，其動態(tài)控制原理圖如圖3所示。

圖3 RAC動態(tài)控制原理圖

從圖3中不難看出，RAC自動調(diào)整的控制過程是：在軋制過程中，通過軋機OS（Operate Side)側(cè)和DS(Drive Side)側(cè)位置傳感器、兩側(cè)及彎輥的壓力傳感器等檢測原件，及時檢測出鋼板表面的實際值，并與二級設(shè)定的鋼板厚度、軋制力進行比較，實現(xiàn)軋機傾斜自動調(diào)整控制。因為鋼板軋制厚度偏差是軋制力差所引起的機械彈性變量的主要因素，所以當(dāng)軋機剛度系數(shù)為Km時，軋制力差Δp引起的彈性形變Δh為：

而調(diào)整輥縫值的目的就在于減少這個彈性變量，所以通過設(shè)定值與反饋值的對比就得到輥縫位置的修正量，它與彈性變量成正比，方向相反。當(dāng)輥縫位置補償系數(shù)為C時，輥縫位置修正量ΔX為：

由此可進一步通過輥縫偏差值得到軋機兩側(cè)軋制力的差值，計算出軋機傾斜的補償值ΔS。

式中：Km為軋機剛度系數(shù)；Q為塑性系數(shù)。

在程序編程中將這個補償值及軋機彈性變量值自動添加到HGC（Hydraulic Gap Control ）的設(shè)定值中，通過PID(Proportion Integration Differentiation )功能調(diào)節(jié)，在伺服閥的作用下調(diào)整軋機兩側(cè)液壓缸的壓下量，使軋制力大的一側(cè)相對減少壓下量，另一側(cè)相對增大壓下量，以保持軋輥的平行，進行自動厚度調(diào)整?？偟膩碚f，RAC動態(tài)調(diào)整的控制數(shù)學(xué)模型為：

式中：S為輥縫；Q為塑性系數(shù)；M為軋機剛度系數(shù)；ΔPk為k時刻實測壓力增量值；MC為當(dāng)量剛度；C為可變剛度系數(shù)。

當(dāng)軋機有鋼板進行軋制且符合設(shè)定規(guī)格時，RAC控制方可投入使用，這樣就可以實現(xiàn)減小鋼板鐮刀彎狀況的發(fā)生。

3.2.2 RAC自動調(diào)整技術(shù)的運用效果

通過監(jiān)控可看到，鋼板進入軋機后 RAC調(diào)整技術(shù)開始起作用，RAC位置輸出值會跟隨鋼板每道次所受的實時軋制力的變化而變化，如圖4所示。上方曲線為 RAC的輸出值，下方曲線為鋼板某一道次的實際軋制力。

圖4 RAC輸出值與軋制力

從測厚儀的測量曲線能夠清楚的看到鋼板兩側(cè)以及中心厚度的偏差極小，即厚度設(shè)定值與實際測量值的差值極小，如圖5所示。測厚儀也提供了鋼板冠型與突度的曲線，如圖6所示。兩條曲線都非常接近 0，由此可知鋼板的兩側(cè)以及中心的厚度幾乎完全相等，所以 RAC的調(diào)節(jié)在鋼板軋制過程中起了重要作用。另外，為了避免鋼板偏離中心線，在軋機的前后各有一對側(cè)導(dǎo)板。在實際軋制過程中，通過 RAC調(diào)節(jié)和側(cè)導(dǎo)板的配合使軋件兩邊的軋制力達到動態(tài)平衡，實現(xiàn)均衡軋制目的。

圖5 測厚儀實際測量值

圖6 楔形量與凸度實際測量值

4 結(jié)束語

萊鋼寬厚板生產(chǎn)板型控制 RAC技術(shù)的研究與應(yīng)用，不僅在技術(shù)層面上提高了板坯成材率，為高效生產(chǎn)提供了較強的技術(shù)補充，同時也為企業(yè)創(chuàng)造了較大經(jīng)濟效益，此 RAC技術(shù)在國內(nèi)同行業(yè)中有一定的推廣應(yīng)用價值。

[1] 張曉康.中國中厚板軋制技術(shù)與裝備[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2009.

[2] 孫本榮.中厚鋼板生產(chǎn)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1993.