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        提高熱軋帶鋼寬度控制精度的方法與研究

        2022-11-22 01:24:27鄒鵬飛宮玉潔
        中國金屬通報 2022年10期

        鄒鵬飛,宮玉潔

        自1580 生產(chǎn)線投產(chǎn)以來,為提高我廠帶鋼寬度控制精度,我們在不斷的做著努力。通過開發(fā)立輥磨損補償功能,立輥微張力控制功能,優(yōu)化粗軋立輥標(biāo)定方法等多方面的努力,我廠寬度控制精度已得到顯著提高,但目前仍然存在許多問題,如換輥前后寬度變化,換規(guī)格軋寬軋窄現(xiàn)象等,需要進一步深入研究,繼續(xù)提高寬度控制精度,減少二級品及無合同產(chǎn)品的出現(xiàn)。目前主要著手于深入開展粗軋寬度模型,緩解精軋自由寬展以及板坯實際測寬,提高粗軋寬度模型計算準(zhǔn)確性的研究,提高粗軋寬度模型的自學(xué)習(xí)能力,減少寬度波動,實現(xiàn)精準(zhǔn)的寬度控制。

        1 寬度波動原因分析

        1.1 粗軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)對寬度的影響

        2020 年4 月份,粗軋測寬儀進行常規(guī)標(biāo)定后,我廠寬度異常,出現(xiàn)批量換規(guī)格窄尺現(xiàn)象,學(xué)習(xí)系數(shù)混亂,換規(guī)格需要進行人工干預(yù),且精軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)學(xué)習(xí)普遍較小,甚至出現(xiàn)學(xué)習(xí)到-27(最小極限值)時仍然窄尺現(xiàn)象,調(diào)整難度極大。

        經(jīng)過排查,懷疑為粗軋R2 后測寬儀出現(xiàn)問題,實測數(shù)值偏大導(dǎo)致,再次對測寬儀進行標(biāo)定,寬度仍然出現(xiàn)問題,且向反向極限發(fā)展,出現(xiàn)整體超寬現(xiàn)象,精軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)普遍較大,甚至出現(xiàn)學(xué)習(xí)到-1(最大極限值)后仍然超寬現(xiàn)象,截至4 月16日,寬度命中率僅為86.6%。測寬儀出現(xiàn)問題,需要等待廠家支援,在此期間需要人工干預(yù),且不能完全避免超寬問題。

        在此過程中,創(chuàng)造性的找到了可以解決這一問題的措施:即精軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù),這是首次發(fā)現(xiàn)精軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)對寬度的影響。

        通過摸索發(fā)現(xiàn)1580 線的控寬策略是無法手動干預(yù)每個道次的側(cè)壓量,只能是修改立輥最大的側(cè)壓量,而精軋寬展自學(xué)習(xí)是考慮精軋微張力在軋制時將帶鋼拉窄,調(diào)整精軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)就可以反作用到粗軋立輥側(cè)壓量的分配上,這樣達到最終控制成品寬度的情況。二級計算邏輯就是最終成品寬度減精軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)等于粗軋中間坯寬度,所以要想干預(yù)粗軋中間坯的寬度就必須通過修改精軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)。

        經(jīng)過數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn),影響寬度的因素主要有兩方面:精軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)及粗軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)。由于測寬儀測得實際尺寸異常,導(dǎo)致這兩個系數(shù)變化較大,出現(xiàn)兩種情況:①當(dāng)粗軋寬展系數(shù)到負極限值時,對應(yīng)精軋寬展會學(xué)往最大極限-1 方向?qū)W,②當(dāng)粗軋寬度學(xué)習(xí)到正極限時,對應(yīng)精軋寬展自學(xué)習(xí)會往最小極限-26 方向?qū)W。

        當(dāng)測寬儀標(biāo)好后,如果不提前對此兩個參數(shù)進行修改,①類參數(shù)會繼續(xù)換規(guī)格整體超寬,②類參數(shù)會換規(guī)格整體窄尺。

        因此必須進行提前干預(yù),將①類、②類參數(shù)規(guī)格的E2 粗軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)改為0,精軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)依據(jù)不同寬度修改為-9 ~-17。

        此次粗軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)的發(fā)現(xiàn),有效的避免了大量寬度超差及窄尺卷的出現(xiàn),保證換規(guī)格寬度正常,避免重特大質(zhì)量事故的發(fā)生,提高了寬度穩(wěn)定性,4 月份后半個月寬度命中率由前10 日的86.6%提高到了為94.68%。

        經(jīng)過后續(xù)的深入研究,發(fā)現(xiàn)了粗軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)不僅可以反應(yīng)測寬儀檢測是否準(zhǔn)確,還可以用來輔助動態(tài)了解其他有關(guān)寬度控制設(shè)備的穩(wěn)定情況(如立輥輥縫,立輥磨損等),甚至是板坯寬度大致變化情況,例如后期的立輥磨損系數(shù)不合適,立輥輥縫異常等問題都可以通過粗軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)的變化情況反應(yīng)出來。

        因此為了保證成品寬度的穩(wěn)定,制定制度,要求粗軋班組定期(利用精軋換輥時間)對粗軋立輥輥縫進行測量、校準(zhǔn),保證輥縫的準(zhǔn)確。

        1.2 寬度分層對寬度控制的影響

        在查找鋼卷窄尺原因時多次發(fā)現(xiàn)同一現(xiàn)象:相同寬度層別內(nèi)由較窄規(guī)格改規(guī)格軋制較寬規(guī)格時容易出現(xiàn)偏窄現(xiàn)象;由較寬規(guī)格改規(guī)格軋制較窄規(guī)格時容易出現(xiàn)偏寬現(xiàn)象。例如(1):最后一次軋制980mm 規(guī)格,本次軋制同一層別(960 <W ≤1160)的1055mm 規(guī)格時,前兩卷出現(xiàn)整體窄尺現(xiàn)象;(2):最后一次軋制1055mm 規(guī)格,本次軋制980mm 規(guī)格時,前兩卷出現(xiàn)整體偏寬現(xiàn)象。普通結(jié)構(gòu)鋼及高強鋼的寬度公差要求大于0mm 即可,但冷軋料寬度公差要求大于5mm,稍微窄尺就容易導(dǎo)致寬度不夠交貨條件,造成無合同產(chǎn)品的出現(xiàn)。

        經(jīng)過大數(shù)據(jù)對比分析發(fā)現(xiàn),此現(xiàn)象主要發(fā)生在寬度分層內(nèi)寬度跨越較大的情況下,此時精軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)不能同時適合這一層別內(nèi)的不同寬度規(guī)格,因此細化精軋寬展自學(xué)習(xí)模型的寬度分層,可以避免此類換規(guī)格偏寬、偏窄現(xiàn)象。

        措施:原有的精軋寬展自學(xué)習(xí)模型的粗軋寬度分層為5 個。優(yōu)化后,將寬度分層調(diào)整為現(xiàn)在的16 個,如表2 所示。相同寬度層別內(nèi)不同寬度交替軋制導(dǎo)致的偏寬偏窄卷數(shù)由之前的15卷/月以上降低到目前的5卷/月以內(nèi),此問題得到明顯改善。

        同時增加寬度分層考慮因素,將鋼種牌號和入口號添加進寬度分層,這樣可以有效避免因鋼種不同、寬度公差不同造成成品寬度的波動。例如普通結(jié)構(gòu)鋼及高強鋼的寬度公差要求大于0mm,控制的目標(biāo)值是+10mm,而冷軋料寬度公差要求大于5mm,控制的目標(biāo)值是+12mm,細分之后可以有效避免互相學(xué)習(xí),造成改規(guī)格前幾塊寬度不命中的情況。

        1.3 立輥磨損補償對寬度的影響

        立輥磨損補償功能的開發(fā),曾經(jīng)解決了我廠立輥磨損過于嚴(yán)重的重大難題,目前我廠立輥磨損在2mm ~4mm 之間,立輥磨損規(guī)律的摸索對寬度控制精度來說十分重要。

        經(jīng)過對多次換立輥周期內(nèi)的寬度數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),新?lián)Q立輥初期E2 一道次粗軋寬展自學(xué)習(xí)在0 ~0.1 之間,到立輥末期時,E2 一道次粗軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)學(xué)習(xí)到-0.1 ~-0.2 之間,當(dāng)更換新立輥后舊的粗軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)不能滿足新立輥要求,導(dǎo)致?lián)Q規(guī)格前3 卷出現(xiàn)超寬現(xiàn)象,后續(xù)自學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)到正常數(shù)值后寬度達到穩(wěn)定狀態(tài)。

        采取措施,制定立輥前期及立輥末期粗軋寬展自學(xué)習(xí)及精軋寬展自學(xué)習(xí)參數(shù)對照表,崗位工根據(jù)參數(shù)對照表對立輥前期及后期參數(shù)進行提前干預(yù)即可,基本滿足寬度控制要求,但是時間長后經(jīng)常會出現(xiàn)忘記提前修改的問題,不能保證換規(guī)格寬度命中率。

        經(jīng)過分析,立輥下線單側(cè)磨損在2mm ~4mm 左右,但到立輥末期計算的立輥磨損在7mm ~8mm 左右,鎖定問題根源為:立輥后期計算的立輥磨損大于實際的立輥磨損,一級輥縫補償偏大,導(dǎo)致了換規(guī)格軋制后軋寬。

        措施:將E2 立輥磨損系數(shù)不斷進行優(yōu)化,經(jīng)過幾個換輥周期摸索,將立輥磨損系數(shù)由0.0008 優(yōu)化為0.0004。

        經(jīng)過多個換輥周期摸索驗證,修改立輥磨損系數(shù)后,換立輥前后E2 一道次粗軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)相對穩(wěn)定,未出現(xiàn)換立輥后換規(guī)格頻繁超寬現(xiàn)象,新立輥5 日內(nèi)的寬度命中率由原來的89.6%提升到93.3%,超寬導(dǎo)致的無合同產(chǎn)品及寬度改判卷數(shù)量明顯下降。

        1.4 頭尾短行程跟蹤對頭尾超寬的影響

        由于粗軋立輥短行程對頭部和尾部的動作開始時間完全是根據(jù)跟蹤計算,但是由于短行程作用時間短,而且軋件在整個過程中速度一直變化,特別是在輥道和軋制過程中,軋件與輥道,軋件與軋輥均存在相對滑動,這些也會造成短行程作用位置不準(zhǔn),從而導(dǎo)致真正作用到軋件上的位置不一定在軋件的頭部和尾部,從而造成頭、尾部寬度不良。

        由于跟蹤不準(zhǔn)造成短行程開始時間早,作用不到軋件頭部,短行程失效,造成成品頭部超寬。

        因此為了保證粗軋頭尾短行程能夠準(zhǔn)確作用到軋件的頭尾,增加短行程的啟動條件,不只考慮跟蹤信號。在軋件進鋼之前,粗軋立輥在a0 位置等待,用跟蹤信號和立輥軋制力信號共同做為短行程啟動條件,這樣可以避免短行程作用太早而導(dǎo)致短行程失效。尾部短行程同樣可以采取這種方式,用跟蹤計算做為尾部短行程開始的條件,作用到尾部短行程的a0 時,保持立輥輥縫不變,直到立輥軋制力消失。通過這種方式,可以有效的避免短行程早啟動和早結(jié)束的情況,保證頭尾寬度。

        短行程的調(diào)節(jié)要考慮精軋是否投用熱卷箱,因為投用熱卷箱會頭尾對調(diào)。短行程的調(diào)節(jié)要根據(jù)收縮量、展寬量進行區(qū)分,根據(jù)金屬流動最小阻力定律,頭和尾也不同,因此要想保證頭尾寬度,必須細化頭尾短行程的調(diào)節(jié)。a0 和S 值均為0 不代表等寬軋制,受粗軋立輥和平輥之間的微張力、精軋機架間微張力和金屬流動最小阻力定律的共同作用,即使a0 和S 值均為0,尾部的寬度仍然會發(fā)生變化,均要根據(jù)最終的成品頭尾寬度進行調(diào)整,以最終成品寬度為調(diào)整依據(jù)和調(diào)整方向。

        措施:優(yōu)化粗軋短行程開始和結(jié)束邏輯,增加控制條件,避免短行程跟蹤計算不準(zhǔn)而造成的失效。同時加強崗位工操作技能和責(zé)任心,對頭尾寬度曲線異常情況及時調(diào)整,保證寬度控制精度。

        1.5 優(yōu)化精軋活套控制,改善尾部自由寬展

        1580 軋線精軋是由7 架四輥不可逆軋機構(gòu)成,軋機間距5.5m,為了保證軋制穩(wěn)定性,活套的降套方案是根據(jù)尾部的跟蹤計算,在前一機架拋鋼前0.4s ~1s 時降套,可以保證尾部拋鋼穩(wěn)定,但是這也造成了尾部是自由寬展,造成尾部超寬。

        精軋正常生產(chǎn)時,精軋機架間是微張力控制,從F1-F7 每架軋機間張力在0.6 兆帕~1.5 兆帕之間,這也造成軋件在精軋軋制過程中寬度是被拉窄或者不展寬的狀態(tài),但是由于尾部在拋鋼前活套降套,軋件最尾部是自由寬展,這造成尾部3m 超出寬度公差上限值。為此進行以下實驗:

        (1)經(jīng)過與自動化控制專家溝通,先嘗試調(diào)整粗軋短行程來將尾部收窄,最后由精軋展寬后,寬度命中,但是通過調(diào)整短行程,及時粗軋尾部能夠收窄,但是經(jīng)過精軋軋制尾部仍超寬,如果中間坯收窄長度太長,反而成品在尾部的4m ~6m 左右的位置出現(xiàn)窄尺的情況。

        (2)為了驗證尾部超寬是由于精軋造成,特意一個軋程的最后一塊進行實驗,提前手動啟動飛剪切尾,保證將中間坯超寬的尾部切除,觀察成品尾部寬度,最終證實尾部超寬是由于精軋軋制造成的尾部超寬。

        (3)嘗試增加軋機尾部降速功能,在活套降低后,通過降速,增加尾部張力來緩解尾部自由寬展。經(jīng)過在自動化一級控制上增加軋機降速塊,經(jīng)過實驗,尾部被拉窄的位置不在末端,而是在尾部10m 左右的位置。

        (4)活套延遲降套,將活套降套的條件不在用尾部跟蹤,而是改用軋機咬鋼信號,這樣可以保證在軋機拋鋼前,活套一直提供張力,保證軋件一直被拉窄。但是通過實驗,F(xiàn)1 和F2 軋機出口軋件厚度均在10mm 以上,尾部拋鋼相對穩(wěn)定,但是從F3 開始,軋件較薄,尾部出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況,不易控制,實驗到F4 的時候,軋件在F4 出口出現(xiàn)了甩尾的情況。

        (5)經(jīng)過上次實驗,精軋F1 機架和F2 機架仍用拋鋼信號來執(zhí)行降套命令,從F3 機架開始活套用尾部位置跟蹤降套,保證活套早于咬鋼信號0.1s ~0.2s 執(zhí)行降套命令,這樣可以縮短尾部自由寬展的長度。同時在降套前,軋機添加速降斜坡,可以穩(wěn)步的由活套提供的張力轉(zhuǎn)變到由軋機間提供張力,直到拋鋼,一直有張力作用在軋件的尾部。

        最終措施:結(jié)合自動化控制專家,調(diào)整精軋活套控制的穩(wěn)定性,不同機架采用不同的活套降套方案,通過增加精軋機架間的尾部張力控制,緩解尾部寬度控制。

        但是不同的二級控制系統(tǒng),活套的控制方法均不同,受軋制鋼種、厚度規(guī)格影響,活套穩(wěn)定性均發(fā)生較大變化,在軋制薄規(guī)格時,活套的角度和張力均存在較大的波動,波動會造成寬度發(fā)生變化,甚至出現(xiàn)軋爛、軋斷的惡劣生產(chǎn)事故,因此活套調(diào)整的硬度、控制方式要根據(jù)鋼種、規(guī)格做更細化的控制,這也是后續(xù)重點解決方向。

        1.6 添加板坯測寬儀,提高寬度控制精度

        1580 線原設(shè)計沒有定寬壓力機,而且板坯寬度較雜,常規(guī)坯型有4 個,分別是960mm,1030mm,1215mm 和1265mm,成品最大寬度收縮量50mm,而且板坯寬度規(guī)格公差是-5mm ~15mm,導(dǎo)致粗軋寬度模型計算自學(xué)習(xí)受板坯寬度影響較大。1580 線對應(yīng)2個鑄機,品種較多,有冷軋料、普碳鋼、高碳鋼、合金鋼等等,板坯收縮比也均不同,而且坯寬受拉速、換水口等原因?qū)Π迮鲗挾扔绊戄^大,以所以造成1580 線成品寬度不易控制。

        1580 線粗軋立輥控寬主要是根據(jù)坯型寬度和成品寬度來計算粗軋立輥每個道次的側(cè)壓量,所以當(dāng)板坯寬度發(fā)生較大變化后會影響整個粗軋控寬模型的參數(shù)自學(xué)習(xí),也會造成同一寬度層別的成品寬度發(fā)生波動。

        為了解決板坯寬度對模型計算的影響,決定在加熱爐的上料輥道入口增加板坯測寬儀,如圖4 所示,測量每塊入加熱爐板坯的實際寬度,并將寬度值發(fā)送到二級控寬模型,參與粗軋控寬計算,模型可以準(zhǔn)確的根據(jù)板坯寬度和成品寬度計算粗軋每個道次的立輥側(cè)壓量,保證粗軋出口中間坯寬度,最終提高成品寬度控制精度。

        由于每塊板坯的寬度均不相同,而且小范圍內(nèi)的寬度波動不影響最終的成品寬度,所以板坯測寬如果在板坯定尺寬度的5mm 范圍內(nèi),就按照板坯的寬度定尺參與粗軋寬度模型的計算,如果超出此范圍就按照實測的寬度進行粗軋側(cè)壓量的計算,這樣可以減少粗軋寬度模型的計算次數(shù),降低對粗軋模型自學(xué)習(xí)的影響。

        通過添加板坯測寬儀,并將超出板坯定尺寬度5mm 的按照實際寬度值參與粗軋寬度模型計算,可以緩解板坯寬度波動對成品厚度的影響,提高成品寬度控制的準(zhǔn)確性。

        2 總結(jié)

        經(jīng)過寬度問題的不斷研究及寬度模型的不斷摸索,得到以下結(jié)論:

        (1)粗軋寬展自學(xué)習(xí)系數(shù)可以用來輔助動態(tài)了解寬度設(shè)備運行狀況,如測寬儀測量是否存在偏差,立輥磨損狀態(tài)、磨損補償是否合理、板坯寬度是否存在異常等,以保證寬度控制精度。

        (2)粗軋寬展及精軋寬展自學(xué)習(xí)參數(shù)存在一定規(guī)律,可以通過提前干預(yù)參數(shù)應(yīng)對突發(fā)問題,避免超寬超窄問題,測寬儀故障期間的寬度命中率由前10 日的86.6%提高到了94.68%。

        (3)細化粗軋寬度分層,可以提高同層別內(nèi)不同寬度的控制精度,相同寬度層別內(nèi)換規(guī)格軋寬軋窄卷數(shù)由之前的15 卷/月以上降低到目前的5 卷/月以內(nèi)。

        (4)立輥磨損系數(shù)在0.0004 時,系數(shù)最為合理,寬度控制基本穩(wěn)定,換立輥后10 日內(nèi)的寬度命中率由89.6%提升到93.3%。

        (5)優(yōu)化短行程開始和結(jié)束時序后,可以保證短行程的有效性,避免出現(xiàn)短行程開始和結(jié)束因跟蹤不準(zhǔn)而造成的短行程失效。

        (6)優(yōu)化精軋活套控制方式,不同機架分別調(diào)整降套的方案和時序,增加精軋尾部張力控制,緩解帶鋼尾部超寬。

        (7)在加熱爐入口輥道添加板坯測寬儀,將所有入爐板坯的實際寬度傳動給粗軋二級,參與粗軋寬度模型計算,可以有效的提高成品寬度控制精度。

        通過采取以上幾種方法,有效的解決了我廠換立輥后超寬及換規(guī)格容易軋寬、軋窄的問題,我廠寬度命中率由2020 年的92.5%提高到了現(xiàn)在的95%,由于整體寬度異常導(dǎo)致的無合同產(chǎn)品數(shù)量控制到了5 卷/月以內(nèi),寬度控制精度又上新臺階。

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