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架六輥可逆軋機投產(chǎn)時，軋機有BISRA AGC、Feed Forward (FF) AGC、Monitor AGC、Tension Monitor AGC、Monitor (Feed Back;FB) AGC、Smith AGC 與加減速補償?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)，局限于單機架缺少張力檢測儀器，改造前張力AGC調(diào)控作用不強。

在軋制更薄而硬的帶材時，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)過改造升級后，在新增HYBRID AGC 模式中增加了不同的張力控制方式，同時結(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。通過改變機架張力與改變軋制壓下位置對厚度進行控制相比，改變張力的方式反應(yīng)更迅速有效而且精準。隨著軋制出口厚度減薄，由于軋件的塑性剛度很大，單獨靠調(diào)節(jié)輥縫進行厚度控制，效果一般比較差，為了能夠進一步提高帶材的厚度精度，所以常采用張力AGC 控制對厚度進行微調(diào)。

張力AGC 的基本原理是依據(jù)軋機出口側(cè)X 射線測厚儀檢測出的厚度偏差量，來對機架之間帶鋼上的張力進行微調(diào)，借此消除軋制出口厚度自動控制系統(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對帶材厚度進行控制，軋制壓力、張力與厚度的關(guān)系如圖1所示。

由圖1所示，當原料厚度為H0時，在軋機上作用的張力為T0，軋件的塑性曲線為B1，a 工作點對應(yīng)的出口厚度為h，此時軋制壓力為P0。當原料厚度有波動變化時，原料厚度H0變成了H1，機架張力由T0變成了T，對應(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 工作點又重新拉到回a 點，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)系可通過壓力方程和彈跳方程的聯(lián)解得到:

式中：K——軋機剛度；

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：

當輥縫不變時：即△S=0時，則：

式中：K——軋機剛度；

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)的推導控制方程，公式中的?P?T為機架張力對軋制壓力的影響系數(shù)。當采用張力控制厚度模式時，可以使軋制壓力P不變，因此可以保持軋制時的板形平穩(wěn)、不波動。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，用于精準調(diào)控，或者用于當輥縫在某種情況下不能起到調(diào)節(jié)作用的時候。

2 新增張力計后的張力控制的應(yīng)用

該單機架軋機設(shè)備改造前沒有張力檢測儀器，張力AGC是通過使用測厚儀信號的積分控制來調(diào)整軋制入口側(cè)ACR系統(tǒng)控制指令實現(xiàn)的?？刂撇呗匀鐖D2。

圖2 張力監(jiān)測AGC

計算公式如下：

式中：ΔT——張力控制輸出；

Δh——出口側(cè)測厚儀偏差信號；

V——實際軋制速度；

VM——最大軋制速度；

TG——ACR控制給定的轉(zhuǎn)換系數(shù)；

C1——積分時間常數(shù)（定量）；

C2——積分時間常數(shù)（變量）；

C3——總增益。

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

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

單機架軋機設(shè)備改造后，分別在出、入口板型儀輥下方新增了兩個張力計，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，厚度是通過軋機入口側(cè)的卷取機速度以及調(diào)節(jié)輥縫控制軋機入口側(cè)的張力來進行控制，這樣可以得到高精度的出口帶鋼厚度?？刂圃硎峭ㄟ^測厚儀前饋和反饋計算得到的速度調(diào)節(jié)分量和輥縫調(diào)節(jié)分量對出、入口卷曲機速度調(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

當新增HIBRID AGC 觸發(fā)時，軋機入口側(cè)張力通過輥縫來控制，利用入口張力信號和輥縫位置的PI控制器來進行調(diào)節(jié)。

計算公式如下：

式中：ΔS——壓上控制輸出；

TRENT——軋機入口設(shè)定張力；

TFBENT——軋機入口實際張力

CGATRP——輥縫ATR P增益值；

CGATRI——輥縫ATR P增益值；

gGATR——積分時間。

這種張力控制模式下，輥縫調(diào)整的張力是實際檢測的張力，解決了改造前卷取機ACR（自動電流調(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程中能夠更加穩(wěn)定與精確。

結(jié)合測厚儀前饋和反饋計算得到的速度調(diào)節(jié)分量對出、入口卷曲機速度的共同調(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，目前單機架生產(chǎn)高牌號薄規(guī)格0.35 系列，厚度偏差在±3 μm 范圍以內(nèi)達98%，鋼卷在客戶方使用不良率得到顯著下降，贏得了客戶的認可。

圖4 改造前

圖5 改造后

3 結(jié)束語

馬鋼硅鋼單機架軋機硅鋼產(chǎn)品投產(chǎn)至今存在成品厚度偏差長期維持在±5 μm 的情況。經(jīng)過數(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。通過改造，張力控制得以在單機架軋機厚度控制上得到應(yīng)用，厚度控制精度得到顯著提升。