莊玉偉

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司冷軋總廠，安徽馬鞍山 243000）

前言

馬鋼冷軋總廠某硅鋼單機(jī)架六輥可逆軋機(jī)投產(chǎn)時(shí)，軋機(jī)有BISRA AGC、Feed Forward (FF) AGC、Monitor AGC、Tension Monitor AGC、Monitor (Feed Back;FB) AGC、Smith AGC 與加減速補(bǔ)償?shù)華GC 控制模式。這系列厚度控制系統(tǒng)能使硅鋼成品厚度精度控制在5 μm以內(nèi)，局限于單機(jī)架缺少?gòu)埩z測(cè)儀器，改造前張力AGC調(diào)控作用不強(qiáng)。

在軋制更薄而硬的帶材時(shí)，以上幾種AGC 控制模式壓下調(diào)節(jié)效率不高，厚度控制精度有限。設(shè)備系統(tǒng)經(jīng)過(guò)改造升級(jí)后，在新增HYBRID AGC 模式中增加了不同的張力控制方式，同時(shí)結(jié)合秒流量AGC原理使成品道次的厚度偏差被減小到±3 μm 以內(nèi)，厚度控制精度得到了進(jìn)一步提升。

1 張力控制的基本原理

張力的變化可以顯著改變軋制壓力，從而能改變軋制出口厚度。通過(guò)改變機(jī)架張力與改變軋制壓下位置對(duì)厚度進(jìn)行控制相比，改變張力的方式反應(yīng)更迅速有效而且精準(zhǔn)。隨著軋制出口厚度減薄，由于軋件的塑性剛度很大，單獨(dú)靠調(diào)節(jié)輥縫進(jìn)行厚度控制，效果一般比較差，為了能夠進(jìn)一步提高帶材的厚度精度，所以常采用張力AGC 控制對(duì)厚度進(jìn)行微調(diào)。

張力AGC 的基本原理是依據(jù)軋機(jī)出口側(cè)X 射線測(cè)厚儀檢測(cè)出的厚度偏差量，來(lái)對(duì)機(jī)架之間帶鋼上的張力進(jìn)行微調(diào)，借此消除軋制出口厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)造成的偏差。張力AGC 的控制原理是利用調(diào)節(jié)前后張力改變軋件塑性曲線的斜率來(lái)對(duì)帶材厚度進(jìn)行控制，軋制壓力、張力與厚度的關(guān)系如圖1所示。

由圖1所示，當(dāng)原料厚度為H0時(shí)，在軋機(jī)上作用的張力為T0，軋件的塑性曲線為B1，a 工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的出口厚度為h，此時(shí)軋制壓力為P0。當(dāng)原料厚度有波動(dòng)變化時(shí)，原料厚度H0變成了H1，機(jī)架張力由T0變成了T，對(duì)應(yīng)關(guān)系為T＞T0，從而使軋件塑性曲線狀態(tài)由B2變成了B3，b 工作點(diǎn)又重新拉到回a 點(diǎn)，從而確保在輥縫S0不變的情況下，使軋制出口厚度保持在所要求的目標(biāo)范圍內(nèi)。

圖1 軋制壓力、張力與厚度的關(guān)系

張力的調(diào)節(jié)量和軋件出口厚差的關(guān)系可通過(guò)壓力方程和彈跳方程的聯(lián)解得到:

式中：K——軋機(jī)剛度；

Δh——厚度偏差；

ΔS——輥縫調(diào)節(jié)量；

ΔP——軋制力調(diào)節(jié)量；

ΔT——張力調(diào)節(jié)量。

聯(lián)解式(1)和(2)得：

當(dāng)輥縫不變時(shí)：即△S=0時(shí)，則：

式中：K——軋機(jī)剛度；

Δh——厚度偏差；

ΔT——張力調(diào)節(jié)量；

式(4)就是張力AGC 控制系統(tǒng)的推導(dǎo)控制方程，公式中的?P?T為機(jī)架張力對(duì)軋制壓力的影響系數(shù)。當(dāng)采用張力控制厚度模式時(shí)，可以使軋制壓力P不變，因此可以保持軋制時(shí)的板形平穩(wěn)、不波動(dòng)。一般而言，張力控制只適用于調(diào)節(jié)較小厚度偏差的情況，用于精準(zhǔn)調(diào)控，或者用于當(dāng)輥縫在某種情況下不能起到調(diào)節(jié)作用的時(shí)候。

2 新增張力計(jì)后的張力控制的應(yīng)用

該單機(jī)架軋機(jī)設(shè)備改造前沒(méi)有張力檢測(cè)儀器，張力AGC是通過(guò)使用測(cè)厚儀信號(hào)的積分控制來(lái)調(diào)整軋制入口側(cè)ACR系統(tǒng)控制指令實(shí)現(xiàn)的?？刂撇呗匀鐖D2。

圖2 張力監(jiān)測(cè)AGC

計(jì)算公式如下：

式中：ΔT——張力控制輸出；

Δh——出口側(cè)測(cè)厚儀偏差信號(hào)；

V——實(shí)際軋制速度；

VM——最大軋制速度；

TG——ACR控制給定的轉(zhuǎn)換系數(shù)；

C1——積分時(shí)間常數(shù)（定量）；

C2——積分時(shí)間常數(shù)（變量）；

C3——總增益。

當(dāng)手動(dòng)干涉壓上時(shí)此控制系統(tǒng)停止，在此期間張力AGC 輸出處于保持階段；輸出值被保持，并在輸出值飽和時(shí)使用壓上控制監(jiān)控（張力監(jiān)控在飽和返回時(shí)被重新啟動(dòng)）；當(dāng)軋制停止時(shí)，張力輸出由斜坡發(fā)生器復(fù)位。

改造前，單機(jī)架軋機(jī)在正常軋制壓力下的AGC功能是通過(guò)控制卷取機(jī)電流和張力實(shí)現(xiàn)的。但由于卷取機(jī)的ACR（自動(dòng)電流調(diào)節(jié)）自身會(huì)存在振蕩，因此厚度在高速軋制逐漸變薄的過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)周期性振蕩。

單機(jī)架軋機(jī)設(shè)備改造后，分別在出、入口板型儀輥下方新增了兩個(gè)張力計(jì)，同步系統(tǒng)改造后AGC模式中增加了新的張力控制策略。在新增HIBRID AGC 功能中，厚度是通過(guò)軋機(jī)入口側(cè)的卷取機(jī)速度以及調(diào)節(jié)輥縫控制軋機(jī)入口側(cè)的張力來(lái)進(jìn)行控制，這樣可以得到高精度的出口帶鋼厚度?？刂圃硎峭ㄟ^(guò)測(cè)厚儀前饋和反饋計(jì)算得到的速度調(diào)節(jié)分量和輥縫調(diào)節(jié)分量對(duì)出、入口卷曲機(jī)速度調(diào)節(jié)和HYROP-F（液壓壓上系統(tǒng)）輥縫調(diào)節(jié)。其中新的軋機(jī)入口輥縫張力控制（ATR）原理圖如圖3所示。

圖3 張力控制原理圖

當(dāng)新增HIBRID AGC 觸發(fā)時(shí)，軋機(jī)入口側(cè)張力通過(guò)輥縫來(lái)控制，利用入口張力信號(hào)和輥縫位置的PI控制器來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

計(jì)算公式如下：

式中：ΔS——壓上控制輸出；

TRENT——軋機(jī)入口設(shè)定張力；

TFBENT——軋機(jī)入口實(shí)際張力

CGATRP——輥縫ATR P增益值；

CGATRI——輥縫ATR P增益值；

gGATR——積分時(shí)間。

這種張力控制模式下，輥縫調(diào)整的張力是實(shí)際檢測(cè)的張力，解決了改造前卷取機(jī)ACR（自動(dòng)電流調(diào)節(jié)）自身存在的振蕩現(xiàn)象，使得厚度在高速軋制逐漸變薄的過(guò)程中能夠更加穩(wěn)定與精確。

結(jié)合測(cè)厚儀前饋和反饋計(jì)算得到的速度調(diào)節(jié)分量對(duì)出、入口卷曲機(jī)速度的共同調(diào)節(jié)作用下，使得厚度精度從±5 μm 控制在了±3 μm 以內(nèi)，厚度改善效果明顯。改造前、后同鋼種規(guī)格厚度精度曲線如圖4 與5 所示。改造后，目前單機(jī)架生產(chǎn)高牌號(hào)薄規(guī)格0.35 系列，厚度偏差在±3 μm 范圍以內(nèi)達(dá)98%，鋼卷在客戶方使用不良率得到顯著下降，贏得了客戶的認(rèn)可。

圖4 改造前

圖5 改造后

3 結(jié)束語(yǔ)

馬鋼硅鋼單機(jī)架軋機(jī)硅鋼產(chǎn)品投產(chǎn)至今存在成品厚度偏差長(zhǎng)期維持在±5 μm 的情況。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)跟蹤和控制原理分析，確定了張力控制系統(tǒng)存在不合理的情況，通過(guò)設(shè)備系統(tǒng)改造，新增了HYBRID AGC，利用調(diào)整秒流量、張力控制模式提高了厚度控制效果。通過(guò)改造，張力控制得以在單機(jī)架軋機(jī)厚度控制上得到應(yīng)用，厚度控制精度得到顯著提升。