苗雨川

(寶山鋼鐵股份有限公司厚板部,上海 201900)

鋼板目標(biāo)厚度的控制精度是寬厚板軋機(jī)的一個非常關(guān)鍵的指標(biāo),對于鋼板的成材率、用戶合同的達(dá)標(biāo)等方面都十分重要。在寬厚板軋機(jī)的控制系統(tǒng)中,影響厚度的因素有很多,因此厚度的精確計算十分復(fù)雜。在建立厚度設(shè)定計算模型時,輥縫自學(xué)習(xí)修正值是重要的參數(shù),只有得到準(zhǔn)確的輥縫修正,才能得到精確的厚度,以達(dá)到最佳的軋制效果。

1 厚板輥縫計算

通過厚度計算公式可得到鋼板軋制后的厚度:

h=s+Δhstand+Δhroll-ΔhMorgoil-

Δhthermal+Δhwear-s0

(1)

式中:h為鋼板出口厚度;s為設(shè)定輥縫;Δhstand為因軋機(jī)彈跳引起的厚度變化;Δhroll為因軋輥變形、壓扁和輥型變化引起的厚度變化;ΔhMorgoil為因為軸承油膜引起的厚度變化;Δhthermal為軋輥的熱膨脹引起的厚度變化;Δhwear為軋輥磨損引起的厚度變化;s0為軋機(jī)零點(diǎn)。

軋機(jī)的彈跳計算如下:

(2)

式中:P為 軋制力;M為 軋機(jī)剛度。

通過比較實際測量厚度和所謂彈跳厚度,可以確定厚度的誤差:

Δh=hmeas-(s+Δhstand+Δhroll-

ΔhMorgoil-Δhthermal+Δhwear-s0)

(3)

式中:hmeas為測量厚度。

在計算彈跳方程中各項時,需要用到測量軋制力、速度等,以及當(dāng)前軋制輥的熱凸度和磨損。

當(dāng)厚度可測量時,可以利用相關(guān)數(shù)據(jù)對零點(diǎn)進(jìn)行修正,這樣,輥縫零點(diǎn)修正Δs0(即ZPC)根據(jù)以下公式進(jìn)行:

Δs0_new=Δs0_old+k(hmeas-h)

(4)

式中:k為平滑系數(shù),取值在[0,1]之內(nèi),以保持穩(wěn)定的過程。

2 輥縫零點(diǎn)影響因素分析

從軋機(jī)的輥縫計算公式可以看出,對鋼板厚度和軋機(jī)輥縫產(chǎn)生影響的因素有很多,包括軋機(jī)的彈跳、軋輥的熱膨脹和磨損、油膜厚度以及軋輥輥型等軋機(jī)設(shè)備因素,也有軋件本身的尺寸因素。厚板生產(chǎn)的特點(diǎn)是軋制品種規(guī)格變化頻繁,1塊鋼板的軋制道次多,意味著軋機(jī)的工作狀況變化非常頻繁,輥縫零點(diǎn)的變化也就十分地不確定。根據(jù)厚板的實際工作狀況,以下因素對輥縫零點(diǎn)的變化有重要的影響。

2.1 軋件厚度

軋制穩(wěn)定和單一的規(guī)格時,軋機(jī)的零點(diǎn)變化趨于穩(wěn)定[1]。而厚板生產(chǎn)中,從板坯到軋制成品,每塊鋼板的軋制道次總數(shù)可達(dá)20～30道次,軋制壓下位置的工作范圍很大。同時,一個生產(chǎn)計劃中規(guī)格變化頻繁,會加大對輥縫零點(diǎn)的波動,軋機(jī)零點(diǎn)變化的不確定性變大。因此,軋件厚度規(guī)格的變化對輥縫零點(diǎn)而言是一個重要的影響因素。

2.2 軋件寬度

受測試條件和復(fù)雜度影響,輥縫計算模型中的軋機(jī)剛度一般來自全壓靠測試,軋制過程中軋機(jī)的實際彈跳曲線與軋件寬度有關(guān)[2]。厚板產(chǎn)線的鋼板寬度范圍變化非常大,窄幅鋼板和寬幅鋼板軋制時,寬度對于軋機(jī)彈跳的差異就大得多,需要在輥縫零點(diǎn)修正的計算中考慮寬度的影響。

2.3 軋制力變化

根據(jù)軋機(jī)的彈跳計算公式看,軋機(jī)的彈跳和軋制力以及軋機(jī)剛度直接相關(guān)。通常為了簡化計算,對軋機(jī)的剛度曲線采用線性化處理,實際上不同的軋制力引起的彈跳不同,特別是在軋機(jī)的較小工作軋制力區(qū)間。對于厚板軋制而言,鋼板的各道次軋制力或者前后鋼板的末道次軋制力都會有很大的變化,采用同樣的軋機(jī)模數(shù)計算彈跳對輥縫計算而言不是十分精確,因此輥縫零點(diǎn)修正需要考慮軋制的變化。

2.4 軋制節(jié)奏

厚板生產(chǎn)的模式很多,有常規(guī)軋制(單塊不待溫)、熱機(jī)軋制(控軋控冷)、多塊鋼組批軋制,軋制節(jié)奏變化頻繁,另外也會出現(xiàn)設(shè)備故障或者生產(chǎn)臨時停止的情況,軋制節(jié)奏不穩(wěn)定會影響到軋機(jī)的工作狀態(tài),包括軋輥的熱膨脹狀態(tài),從而影響軋機(jī)的輥縫零點(diǎn)。

3 厚度控制現(xiàn)狀

國內(nèi)某寬厚板軋機(jī)的厚度自適應(yīng)功能僅僅為短期自適應(yīng),并且僅僅針對厚度的絕對偏差進(jìn)行修正,沒有考慮前后兩塊鋼板的厚度寬度規(guī)格變化、工作軋制力變化等帶來的影響。當(dāng)規(guī)格、品種、軋制力和前后道次控制偏差等發(fā)生變化時,厚度就出現(xiàn)較大的波動甚至錯誤,很多情況下,操作輸入的前后鋼板的零點(diǎn)修正偏差在2 mm以上,這樣大幅度的零點(diǎn)修正波動增加了軋制的不穩(wěn)定性,導(dǎo)致厚度質(zhì)量封鎖,也影響了產(chǎn)線的成材率。此外,現(xiàn)有的厚度自適應(yīng)模型沒有考慮軋制節(jié)奏出現(xiàn)較大變化(如軋制間隙時間長)時對厚度的影響。

由于原有模型考慮的因素過于簡單,該功能的投入率十分有限,更多情況下是操作人員根據(jù)經(jīng)驗從操作畫面進(jìn)行輥縫零點(diǎn)修正的干預(yù)。人工經(jīng)驗的差異和判斷準(zhǔn)確性的不夠也導(dǎo)致了很多的厚度精度異常,成為實際生產(chǎn)中的一個控制難點(diǎn)。

4 輥縫零點(diǎn)自適應(yīng)模型建立

為了解決該厚板軋機(jī)厚度控制中的問題,決定對輥縫零點(diǎn)修正模型進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)合本文分析的影響厚板軋機(jī)輥縫零點(diǎn)修正的因素,確定建立層別化的零點(diǎn)自適應(yīng)修正模型,提高輥縫零點(diǎn)的計算精度,以改善厚度控制精度。

4.1 自適應(yīng)模型層別化設(shè)計

新的輥縫零點(diǎn)修正分為長期和短期方式進(jìn)行自適應(yīng),以應(yīng)對規(guī)格相同和規(guī)格變化的情況。模型參數(shù)層別包括目標(biāo)厚度、末道次壓下量、末道次計算軋制力層別以及目標(biāo)寬度層別。具體見表1。

表1 輥縫零點(diǎn)自適應(yīng)參數(shù)層別化設(shè)計Table 1 Zero point correction parameters

4.2 程序?qū)崿F(xiàn)

根據(jù)前文描述的輥縫設(shè)定計算和零點(diǎn)修正計算公式,輥縫零點(diǎn)修正包括參數(shù)的更新計算和后續(xù)鋼板輥縫設(shè)定計算的使用兩個部分,分別在自適應(yīng)程序和道次計算程序中實現(xiàn),參數(shù)更新和參數(shù)的使用流程如圖1所示。

4.3 實際應(yīng)用

新的輥縫零點(diǎn)修正模型在線投運(yùn)初始階段,以數(shù)據(jù)參數(shù)建立和更新為主,并將自動學(xué)習(xí)的參數(shù)和實際使用的準(zhǔn)確參數(shù)進(jìn)行比對,對層別分類以及模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)試,待模型運(yùn)行穩(wěn)定后再切換到使用和更新并舉的模式。

圖2為在線應(yīng)用的厚板軋機(jī)L2畫面,圖中紅色方框內(nèi)為厚度自適應(yīng)模型計算出的ZPC值,藍(lán)色方框中為在線軋制鋼板的正在使用的ZPC數(shù)值。

模型經(jīng)過一段時間的應(yīng)用后,對零點(diǎn)修正數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計分析,新的層別模型計算的輥縫零點(diǎn)預(yù)測精度有較大提升,另外零點(diǎn)修正的波動量也較比原有模式的穩(wěn)定性大幅提升。從2018年1～3月未投入厚度自適應(yīng)模型數(shù)據(jù)來看,操作工調(diào)整的零點(diǎn)波動為0.509 mm;在新模型投入應(yīng)用后,對2019年1～3月的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析,結(jié)果零點(diǎn)整體波動幅度為0.254 mm,下降約50%。

圖3為新的輥縫修正自適應(yīng)模型使用后的波動情況。

需要說明的是,每次換輥后,根據(jù)累積經(jīng)驗設(shè)置的初始零點(diǎn)在-1.0 mm左右,可以看出零點(diǎn)是以此為中心分布的。

5 結(jié)論

通過對現(xiàn)有輥縫零點(diǎn)波動情況的分析,提出了采用對鋼種、軋件尺寸和末道次軋制力等因素建立輥縫零點(diǎn)自適應(yīng)層別模型。實踐表明,將零點(diǎn)自適應(yīng)參數(shù)進(jìn)行分類能更有效地將厚度控制誤差與鋼板的品種、規(guī)格和道次規(guī)程對應(yīng)起來,后續(xù)的鋼板和生產(chǎn)過程的輥縫設(shè)定有更好的針對性,有效提高了輥縫預(yù)測的準(zhǔn)確性,進(jìn)而提升了厚度精度。此外,該自適應(yīng)模型的投入使用也一定程度上降低了操作人員的工作強(qiáng)度。