吳雄杰

（湖南華菱漣源鋼鐵有限公司冷軋板廠，湖南 婁底 417009）

動(dòng)態(tài)變規(guī)格（英文：flying gauge change,簡稱FGC，）是為了解決焊縫前后兩卷鋼的熱軋來料卷不同的寬度、厚度、屈服強(qiáng)度等工藝參數(shù)變化所采取的不停機(jī)連續(xù)軋制模式，是全連續(xù)冷連軋或酸洗—軋機(jī)連軋機(jī)組所特有的功能，是冷連軋機(jī)實(shí)現(xiàn)全連續(xù)軋制的核心技術(shù)；在焊縫進(jìn)入機(jī)架之前，必須確定楔形開始的確切位置及楔形過渡段的主要參數(shù)，制定動(dòng)態(tài)變規(guī)格時(shí)每個(gè)機(jī)架的厚度、速度、張力等參數(shù)的調(diào)整設(shè)定值，當(dāng)焊縫到每一個(gè)機(jī)架時(shí)，每一個(gè)機(jī)架按相應(yīng)的計(jì)算值調(diào)整該機(jī)架的輥縫、速度、張力等，并同時(shí)對(duì)上游機(jī)架與下游機(jī)架進(jìn)行級(jí)聯(lián)調(diào)整，以保證前后機(jī)架輥縫與輥速同步，直到所有機(jī)架執(zhí)行完畢，即完成一次FGC動(dòng)態(tài)變規(guī)格，機(jī)架內(nèi)不同規(guī)格的帶鋼完成一次不停機(jī)自動(dòng)切換。

1 動(dòng)態(tài)變規(guī)格的逆流調(diào)節(jié)過程（圖1）

當(dāng)變規(guī)格點(diǎn)到達(dá)i機(jī)架時(shí)，一方面要對(duì)Ci機(jī)架的輥縫進(jìn)行調(diào)節(jié)以適應(yīng)本機(jī)架出口B材（帶頭新材）的厚度要求，另一方面要對(duì)本機(jī)架的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)以保持Ci與Ci+1機(jī)架間的張力穩(wěn)定，同時(shí)在Ci機(jī)架FGC時(shí)，通過輥縫值計(jì)算直接對(duì)前一機(jī)架Ci-1的輥縫（張力調(diào)節(jié)由于本冷軋采用動(dòng)態(tài)變規(guī)格輥縫調(diào)節(jié)量一次性地從二級(jí)機(jī)下發(fā)到一級(jí)機(jī)執(zhí)行，調(diào)節(jié)量比較大，速度調(diào)節(jié)張力能力有限，張力調(diào)節(jié)主要采用調(diào)節(jié)能力大的輥縫調(diào)節(jié)方式，當(dāng)然速度調(diào)節(jié)也起作用）進(jìn)行調(diào)節(jié)，以維持Ci與Ci-1機(jī)架間張力穩(wěn)定，另一方面通過張力控制要調(diào)節(jié)Ci-1機(jī)架到C1機(jī)架的速度，以保持C1機(jī)架到Ci-1機(jī)架間的張力維持穩(wěn)定，Ci機(jī)架之后的機(jī)架軋制不受影響，維護(hù)原來的A材（老材帶尾）正常軋制。

具體地說，第一機(jī)架C1比較特殊，因?yàn)榍懊鏇]有機(jī)架可調(diào)，當(dāng)變規(guī)格調(diào)節(jié)C1機(jī)架輥縫時(shí)，只能調(diào)節(jié)自己本身C1機(jī)架的速度，以維持C1-C2間張力穩(wěn)定，也即當(dāng)變規(guī)格點(diǎn)進(jìn)入C1機(jī)架時(shí)，變更C1的輥縫滿足B材的厚度，同時(shí)調(diào)節(jié)C1的速度以維持C1-C2間張力不變（A材張力設(shè)定值），同時(shí)C2-C5間各機(jī)架軋制過程不受到干擾，保持A材能夠繼續(xù)維持穩(wěn)定軋制使其尾部質(zhì)量得到保證。

當(dāng)變規(guī)格點(diǎn)進(jìn)入C2時(shí)，對(duì)C2輥縫按B材規(guī)范設(shè)定，通過輥縫值計(jì)算直接對(duì)前一機(jī)架C1的輥縫進(jìn)行調(diào)節(jié)，以維持C2與C1機(jī)架間張力穩(wěn)定，C2機(jī)架之后的機(jī)架軋制不受影響，維護(hù)原來的A材正常軋制。當(dāng)變規(guī)格點(diǎn)進(jìn)入C3時(shí)，一方面要對(duì)C3機(jī)架的輥縫進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)在C3機(jī)架FGC時(shí)，通過輥縫值計(jì)算直接對(duì)前一機(jī)架C2的輥縫進(jìn)行調(diào)節(jié)，以維持C3與C2機(jī)架間張力穩(wěn)定，另一方面通過張力控制要調(diào)節(jié)C3機(jī)架到C1機(jī)架的速度，以保持C1機(jī)架到C3機(jī)架間的張力維持穩(wěn)定，C3機(jī)架之后的機(jī)架軋制不受影響，維護(hù)原來的A材正常軋制，以后機(jī)架依此類推[1]。

2 動(dòng)態(tài)變規(guī)格時(shí)的控制規(guī)律

2.1 厚度控制規(guī)律

由于動(dòng)態(tài)變規(guī)格時(shí)自動(dòng)厚度控制是不參與控制的，在動(dòng)態(tài)變規(guī)格期間輥縫調(diào)節(jié)由動(dòng)態(tài)變規(guī)格所控制，輥縫調(diào)節(jié)完全由二級(jí)機(jī)根據(jù)動(dòng)態(tài)變規(guī)格前后二個(gè)品規(guī)的計(jì)算值一次性地下發(fā)一級(jí)機(jī)執(zhí)行。

2.2 速度控制規(guī)律

動(dòng)態(tài)變規(guī)格的速度控制比厚度控制困難很多，因?yàn)樗俣瓤刂埔?guī)律既要能使A材速度設(shè)定值過渡到B材該機(jī)架的速度設(shè)定值，又要在變動(dòng)設(shè)定值過程中照顧到張力的動(dòng)態(tài)變化。所謂張力的動(dòng)態(tài)變化既包括了A材和B材張力設(shè)定值的不同，又包括了由于速度變化不當(dāng)所造成的不應(yīng)有的張力波動(dòng)，動(dòng)態(tài)變規(guī)格的成敗很大程度上決定于是否張力波動(dòng)太大而造成斷帶，只有在不斷帶的條件下才能進(jìn)一步考核楔形區(qū)兩側(cè)（A材帶尾及B材帶頭）的厚度之差是否超過精度范圍以及超差的帶材長度。

動(dòng)態(tài)變規(guī)格時(shí)張力設(shè)定值的變動(dòng)是通過速度控制來實(shí)現(xiàn)的，因此當(dāng)楔形區(qū)處于Ci及Ci+1機(jī)架時(shí)，Ci+1機(jī)架到C5機(jī)架軋制的為A材，并通過Ci機(jī)架的調(diào)速保證Ci機(jī)架到Ci+1機(jī)架間張力依然為A材的設(shè)定值，軋制過程中處于穩(wěn)定狀態(tài)（逆流調(diào)節(jié)不對(duì)下流機(jī)架調(diào)整），所以Ci+1機(jī)架到C5機(jī)架間張力的閉環(huán)控制還是應(yīng)該用于控制下一機(jī)架的壓下。而C1到Ci機(jī)架則由于要不斷的調(diào)速，通過速度來建立B材所需的張力，因此張力閉環(huán)控制應(yīng)該用于上一機(jī)架的速度，否則在張力建立過程中，一旦張力有所波動(dòng)將會(huì)影響到下一機(jī)架的出口速度，使B材頭部有相當(dāng)一段帶鋼厚度超差。當(dāng)楔形區(qū)通過C5，而5個(gè)機(jī)架全部軋制B材并且張力已建立之后，再將張力閉環(huán)控制切換為下一機(jī)架壓下控制[2]。

圖1 逆流調(diào)節(jié)示意圖

圖2 第i機(jī)架變規(guī)格時(shí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 動(dòng)態(tài)變規(guī)格的控制結(jié)構(gòu)圖（圖2）

在逆流調(diào)節(jié)方式下，當(dāng)?shù)趇機(jī)架開始變規(guī)格時(shí)，為了不影響下游機(jī)架的穩(wěn)定軋制狀態(tài)，保證前帶鋼尾部的產(chǎn)品質(zhì)量，需要保持該機(jī)架的前張力穩(wěn)定不變。，同時(shí)為了保證后帶鋼頭部厚度精度，需要保證該機(jī)架的后張力變化為新規(guī)格設(shè)定值，同時(shí)要調(diào)節(jié)本機(jī)架的出口厚度使之過渡到新的設(shè)定值。各個(gè)機(jī)架在變規(guī)格時(shí)，如果能將其出口厚度和前后張力三個(gè)量控制好，就能夠獲得滿意的變規(guī)格過程。出口厚度的控制可通過調(diào)節(jié)變規(guī)格機(jī)架的輥縫來實(shí)現(xiàn)，前張力通過調(diào)節(jié)本機(jī)架的速度來進(jìn)行控制，后張力通過調(diào)節(jié)前一機(jī)架的輥縫來控制。因此前張力的控制變量應(yīng)該用本機(jī)架的軋輥速度，而后張力的調(diào)節(jié)變量用的是上一機(jī)架的輥縫。

4 動(dòng)態(tài)變規(guī)格時(shí)的速度、張力、輥縫等各參數(shù)的關(guān)系

動(dòng)態(tài)變規(guī)格軋制（FGC）時(shí)，機(jī)組內(nèi)存在兩種規(guī)格及二者間楔形區(qū)，楔形區(qū)從一個(gè)機(jī)架一個(gè)機(jī)架的前移，而各機(jī)架亦隨著變規(guī)格點(diǎn)（楔形過渡區(qū)的起始點(diǎn)）的到達(dá)進(jìn)行輥縫和速度的調(diào)節(jié)，并改變張力設(shè)定值。

當(dāng)從第一個(gè)軋制規(guī)格動(dòng)態(tài)切換到第二個(gè)軋制規(guī)格時(shí)，厚度變化點(diǎn)（通常是焊點(diǎn)）到達(dá)1#機(jī)架，1#機(jī)架的輥縫位置根據(jù)前后二個(gè)規(guī)格二級(jí)機(jī)所計(jì)算的給定值進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以便獲得與第二個(gè)軋制規(guī)格一致的帶鋼厚度；同時(shí)，1#機(jī)架的軋制速度也要相應(yīng)調(diào)整，以保證1#、2#機(jī)架之間的帶鋼張力穩(wěn)定。然后，當(dāng)厚度變化點(diǎn)來到2#機(jī)架，2#機(jī)架的輥縫位置和機(jī)架速度按1#機(jī)架同樣的方式調(diào)整。為了將1#、2#機(jī)架間的帶鋼張力變成與第二個(gè)軋制規(guī)格對(duì)應(yīng)的帶鋼張力，1#機(jī)架的輥縫位置和機(jī)架速度，也要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整；同樣，當(dāng)厚度變化點(diǎn)來到3#機(jī)架，3#機(jī)架的輥縫位置和速度也要相應(yīng)調(diào)整，2#機(jī)架的輥縫位置和速度也相應(yīng)調(diào)整；隨著2#機(jī)架速度變化，為了保持1#、2#機(jī)架間帶鋼張力穩(wěn)定，1#機(jī)架速度將連續(xù)調(diào)整，下面的機(jī)架按同樣的方式進(jìn)行控制[3]。

各機(jī)架速度、厚度、前滑三者之間的關(guān)系如下：

i-2機(jī)架FGC瞬時(shí)狀態(tài)：

i-1機(jī)架FGC瞬時(shí)狀態(tài)：

i機(jī)架FGC瞬時(shí)狀態(tài)：

5 動(dòng)態(tài)變規(guī)格控制應(yīng)用改進(jìn)

5.1 動(dòng)態(tài)變規(guī)格控制應(yīng)用改進(jìn)緣由

（1）來料厚度的波動(dòng)。由于熱軋頭尾控制精度一般情況下要差很多，從而導(dǎo)致冷軋來料的頭尾時(shí)厚時(shí)薄，本來動(dòng)態(tài)變規(guī)格時(shí)輥縫控制就是二級(jí)機(jī)根據(jù)前后二種規(guī)格給的計(jì)算值，與實(shí)際情況的偏差就大，從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)變規(guī)格時(shí)厚度控制效果就更差，鋼卷帶頭厚度超差長度很長。

（2）厚度變化點(diǎn)即焊點(diǎn)跟蹤不準(zhǔn)。由于軋機(jī)入口前用于焊點(diǎn)跟蹤計(jì)算用的6#張力輥輥徑變化或6#張力輥帶鋼打滑、軋機(jī)本身輥?zhàn)哟蚧仍蛞鸬暮更c(diǎn)到每一個(gè)機(jī)架的時(shí)間不準(zhǔn)，某一軋機(jī)本來應(yīng)該是前一鋼卷的實(shí)際厚度的，卻變成了后一鋼卷的實(shí)際厚度，或者本來應(yīng)該是后一鋼卷的實(shí)際厚度的，卻變成了前一鋼卷的實(shí)際厚度（實(shí)際跟蹤曲線顯示這樣的幾率非常高），動(dòng)態(tài)變規(guī)格的厚度控制效果很差，動(dòng)態(tài)變規(guī)格完成時(shí)厚度超差很大，使動(dòng)態(tài)變規(guī)格之后自動(dòng)厚度控制調(diào)節(jié)輥縫的時(shí)間很長，從而導(dǎo)致鋼卷帶頭厚度超差非常長。

5.2 動(dòng)態(tài)變規(guī)格控制改進(jìn)措施

以1#機(jī)架出口測厚儀測量厚度為基準(zhǔn)值，在動(dòng)態(tài)變規(guī)格時(shí)對(duì)1#機(jī)架后的每一個(gè)機(jī)架按對(duì)應(yīng)機(jī)架的軋機(jī)模數(shù)、延伸率等參數(shù)相關(guān)的函數(shù)關(guān)系增加一個(gè)補(bǔ)償量，在對(duì)應(yīng)的機(jī)架動(dòng)態(tài)變規(guī)格時(shí)，此補(bǔ)償量參與機(jī)架本身的輥縫控制，為了保持前后機(jī)架一致，也象正常的動(dòng)態(tài)變規(guī)格控制一樣，此補(bǔ)償量根據(jù)前一機(jī)架的軋機(jī)模數(shù)、延伸率等參數(shù)相關(guān)的函數(shù)關(guān)系給前一機(jī)架相應(yīng)的補(bǔ)償量，來控制前一機(jī)架的輥縫，以此達(dá)到動(dòng)態(tài)變規(guī)格時(shí)每一機(jī)架都減小厚度偏差，縮短整個(gè)動(dòng)態(tài)變規(guī)格的厚度超差長度的目的。

具體的參數(shù)涉及核心技術(shù)機(jī)密，在此不列出。

5.3 動(dòng)態(tài)變規(guī)格控制改進(jìn)效果

（1）跟蹤曲線顯示效果。跟蹤曲線顯示:在每一機(jī)架動(dòng)態(tài)變規(guī)格時(shí),所增加的對(duì)應(yīng)補(bǔ)償量有明顯的控制量輸出,對(duì)輥縫有明顯的調(diào)節(jié)作用，相應(yīng)機(jī)架出口的厚度超差長度明顯縮短。

（2）從動(dòng)態(tài)變規(guī)格超差長度上傳率看效果：本公司質(zhì)量全流程跟蹤系統(tǒng)有本酸軋線的動(dòng)態(tài)變規(guī)格超差長度上傳率數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)的計(jì)算依據(jù)如下：一級(jí)機(jī)在對(duì)應(yīng)品規(guī)（二級(jí)機(jī)查表下發(fā)）的厚度偏差范圍內(nèi)連續(xù)100點(diǎn)（PLC采樣周期20ms一個(gè)點(diǎn)，按軋機(jī)分卷速度120m/min計(jì)算，100點(diǎn)大約4米長）滿足厚度要求，即認(rèn)為此前的累計(jì)長度為厚度超差長度，此長度加一些修正值之后通過二、三級(jí)機(jī)上傳本公司質(zhì)量全流程跟蹤系統(tǒng)即為本酸軋線的動(dòng)態(tài)變規(guī)格超差長度數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)時(shí)以此數(shù)據(jù)除以總的動(dòng)態(tài)變規(guī)格次數(shù)即得到動(dòng)態(tài)變規(guī)格超差長度上傳率，上傳率在此動(dòng)態(tài)變規(guī)格控制改進(jìn)程序投入前后分別為8.35%、6.18%（三個(gè)月數(shù)據(jù)對(duì)比），降低了2.17%，有非常明顯的改善，大大提高了成材率。