宝钢集团八钢公司轧钢厂
摘要：根据八钢冷轧冷轧商品卷的交货要求及镀锌彩涂机组的生产特点，在冷连轧机组设定板形目标曲线。设定目标板形曲线的主要作用是满足下游工序的需求，而不是仅仅为了获得轧机出口处的在线完美板形。在板形控制系统的消差性能恒定情况下，板形目标曲线的设定则是板形控制的重要内容。优化后的板形曲线能满足下游工序产品的交货要求且形成规模生产。
关键词：目标板形；板形自动控制系统；轧辊倾斜、工作辊弯辊、中间辊弯辊和分段冷却
According to the delivery requirements of cold rolled commodity coils and the production characteristics of galvanized color coating unit, the plate shape target curve was set in the cold continuous rolling unit.The main purpose of setting the target profile is to meet the downstream process requirements, rather than just to obtain the perfect online profile at the mill outlet.Under the condition of constant elimination performance of the shape control system, the setting of the shape target curve is an important content of the shape control.The optimized shape curve can meet the delivery requirements of downstream process products and form scale production.
Key words: Target plate shape;Shape automatic control system;Roll tilt, work roll bending, intermediate roll bending and sectional cooling
1.概述
近几年来，随着市场竞争的加剧，迫使各钢铁生产厂家不断的提高产品质量，如果带钢断面形状不好，出现平直度不良，波浪、翘曲、局部凸起等缺陷，不但影响产品的正常使用，而且严重影响产品的市场竞争力。。
本着以客户为中心的态度，八钢采用最新的pl - tcm机组改造老生产线，以期达到产能提升质量改善的目标。八钢冷轧自2018年下半年完成技术改造后，机组增加了激光焊机、破鳞拉矫机、联机活套、轧机入口张力辊、板形仪，轧制的稳定性及板形改善都大大提升。在实际生产中，为防止下游工序产生质量缺陷，对不同流向钢卷设定了不同的目标板形，如为防止罩退重卷流向钢卷粘结缺陷，设定了微双边浪板形曲线；对镀锌流向钢卷为减少镀锌锌锅处挂伤带钢，采用了微中浪控制。
2.板形闭环自动控制系统
板形自动控制系统（AFC：Automatic Flatness Control）作为冷轧机中较为复杂的控制系统，是冷轧板形控制的核心部分，其控制精度直接决定着轧后带钢的板形质量。
板形反馈控制的基本原理就是在稳定的轧制条件下，采用实测的板形信号，通过反馈控制模型计算得到目标设定板形时所需的板形调控机构的调节量（如弯辊力修正量、轧辊倾斜修正量和乳化液喷嘴开闭状态等），不断调节板形执行机构，使得轧机对带钢的板形进行连续的、动态的和实时的控制，保证带钢获得良好的实物板形质量。如图 1-1 所示为八钢冷轧5#六辊冷轧机的板形反馈控制系统结构示意图。板形控制系统首先对板形辊测量得到的板形信号作一定的处理 ，转换为带钢的平直度分布，与设定的目标板形分布相比较后得到板形误差分布，控制模型根据实时的板形误差分布，确定板形调控机构的反馈调节量（如轧辊压下倾斜、工作辊弯辊、中间辊弯辊等），同时根据板形误差在时间上的变化，确定对应轧辊乳化液分段冷却喷嘴的状态。为了降低轧制过程轧制力波动对板形的影响，提高板形控制的稳定性，采用工作辊弯辊力和中间辊弯辊力来消除轧制力变化带来的板形变化，这就是板形的前馈控制。
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图1 板形自动控制系统结构示意图
3.弯辊控制
工作辊正弯和中间辊正弯液压缸，通过各自电磁阀完成平衡功能，通过各自的伺服阀和压力传感器，分别构成控制闭环，实现正弯辊力的闭环控制；工作辊负弯，通过负弯回路伺服阀和压力传感器，构建控制闭环，实现负弯力的闭环控制。
为达到对弯辊力的准确控制，需要对正负弯辊力分别进行控制。相应地，弯辊力设定值应被正确地分解为正弯设定与负弯设定。将弯辊设定值与基本弯辊力比较，若大于基本弯辊力，则将负弯锁定在最小工作压力并增加正弯设定；反之，将正弯锁定在最小工作压力并增加负弯设定
4.工作辊分段冷却控制
一般的板形缺陷可以通过弯棍、横移以及倾斜予以消除。但是，在冷轧带钢生产中,带钢变薄要放出大量的变形热，带钢和轧辊之间也会产生大量的摩擦热。由于接触区内接触条件不同以及轧辊和带钢的散热条件不同，因而变形热和摩擦热沿轧辊长度方向上会出现不均匀的分布，这将导致轧辊的辊形发生变化。尤其当轧制过程中出现非对称轧制负荷以及散热不均时，会引起轧辊局部”热点”，进而造成该部位辊径增大，形成热的不均匀分布，导致产生局部高次复杂板形缺陷。这类的局部板形缺陷很难通过传统的弯棍、横移、倾斜等机械调节手段予以消除，尤其是在轧制超薄带钢时这种局部缺陷更为明显。通过喷射乳化液对轧辊进行润滑和冷却能减少摩擦热，并能不断地吸收带钢的变形热，降低轧辊温度，可以起到控制轧辊热辊形的作用。利用轧辊分段冷却控制，可以在线调整轧辊热凸度，消除轧制过程中带钢张应力的不均匀分布，进而达到控制带钢板形的目的。传统的乳化液分段冷却控制基本上是通过研究冷却流量对板形的影响以及对应的换热系数建立冷却控制模型进行PID控制。
轧辊分段冷却喷射梁位于机架入口，上、下对称布置，如图2所示。冷却方式分为基础冷却和分段精细冷却两种。其中，中间辊和工作辊下排控制阀属于基础冷却方式，在带钢宽度范围内进行喷射，以实现轧辊的润滑冷却功能。工作辊上排控制阀属于分段精细冷却方式，在带钢宽度范围内喷射量可调，对沿轧辊辊身长度方向上的热平直度偏差进行控制。带钢宽度范围以外区域控制阀均处于关闭状态。
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图2 喷射梁布置图
5.目标板形控制应用
板形目标曲线是板形控制的目标，控制时将实际的板形曲线控制到标准曲线上，尽可能消除两者之间的差值。它的作用主要是补偿板形测量误差、补偿在线板形离线后发生变化、有效地控制板凸度以及满足轧制及后续工序对板形的特殊要求等。设定板形目标的主要作用是满足下游工序的需求，而不是仅仅为了获得轧机出口处的在线完美板形。在板形控制系统的消差性能恒定情况下，板形目标曲线的设定则是板形控制的重要内容。目前八钢冷轧板形控制系统，只引进了一些可供选择的板形标准曲线。在实际生产中如何选择板形标准曲线，也只有根据大量的操作经验，逐步摸索。
5.1板形闭环控制应用
设定板形关键轧制参数（图3），经L2计算，得到需要控制的目标，和所需的板形调控机构的调节量（如弯辊力修正量、轧辊倾斜修正量和乳化液喷嘴开闭状态等）并下发L1，进行动态调节。
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图3典型钢种规格轧制关键参数
板形系统共有四个自动调节功能，分别为：轧辊倾斜、工作辊弯辊、中间辊弯辊和分段冷却。根据实施控制需要进行选择。
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图 4板形调控机构修正量及实际控制量
5.2分段冷却应用
分段冷却自动模式下，根据平直度偏差来控制电磁阀开闭，控制周期即为阀开的周期时间，此时间如果太小会使电磁阀频繁开闭，影响电磁阀的寿命。如果周期太大板形控制可能滞后。经过不断优化得到如图5所示值
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图5 乳化液分段冷却控制参数设定
5.3目标板形的制定
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图6 目标板形曲线系数
目标板形 L2 设定的 A2 和 A4值。板形类型：A4≠0，微中浪；A4=0 且 A2>0，微边浪；A4=0 且 A2<0，微中浪；A1-A8 全部为 0，平直；除 A2 和 A4 外，仍有值不为零，则为其它板形。
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图7 实测平直度补偿
平直度补偿是人为对测量值进行线性的补偿（与倾斜的调控效果相似），人为增大传动侧实测值的同时减小操作侧的实测值。输入一个值以后，操作侧测量值会减去这个值，传动侧则会加上这个值。如果输入的是负值，则操作侧变大，传动侧会变小，实际就是抬操作侧压传动侧。如果板形平直度曲线未检测到单边浪，但是实际现场出现了单边浪，则可以通过平直度补偿来解决这个问题。
卷取附加应力补偿：卷取过程中，由于带钢凸度的存在，使得带钢卷廓沿轴向呈凸形并造成卷取半径沿轴向不等，致使带钢在绕卷时沿横向上存在速度差而产生附加应力，因此，必须在目标板形曲线中对这部分附加应力进行补偿。
6.工艺固化
板形目标曲线策略控制：根据不同钢种、宽度、厚度建立了1100组控制参数。参数表如下所示：
表8：部分目标曲线参数策略表
表9 板形改善试制卷工艺参数数据
冷轧卷号：2814697900 钢种规格：SPCC-M 0.7*1000mm
工艺优化试验基本达到预期目标，通过调整机架弯辊力，在冷轧轧制工序基本消除了中浪，目视为微双边浪板形。
在重卷机组检查测量了实物板形，轧硬卷实物板形为双边浪：操作侧浪高8mm，浪距300mm，传动侧为小碎边浪，无中浪，基本达到预期的板形。
7.小结
1）改变以大弯辊力（大中浪）避免低速出现边浪的认识和方法，弯辊力比以人工调节小是正常的。板形闭环已经对低速板形偏斜进行补偿，可缓解低速边浪问题。另外为了尽量获得平直的板形质量，采用较小的目标板形曲线进行控制，因此通常情况下弯辊力都要比人工调节时的小。
2）当认为工作辊弯辊力过小时，可人为降低中间辊弯辊，闭环系统会自动提高工作辊弯辊力，不建议直接干预工作辊弯辊力（一般大中间辊弯辊力、小工作辊弯辊力下可以取得更好的板形质量）。
3）如果轧制过程中出现边浪，不建议直接手工干预轧辊倾斜量和弯辊力，主操应从 HMI 上修改目标板形曲线系数。减小 A2 系数，如从-8IU 减小到-10IU，厚规格带钢 A2 系数应大一些，如-6IU，薄规格带钢 A2 系数应小一些，如-8IU），同时可以修改 A4 系数，利用紧边轧制原理防止出现边浪，如从-2IU 减小到-4IU，一般不建议超过-5IU，以防止过于紧边而造成断带（在带钢边部存在缺陷时容易断带）。在 HMI 上修改这些系数时，必须按“回车”键确认，再点击确定按钮将人工修正值下发到应用值里。
4）如果通过修改目标板形曲线系数仍然无法解决单边浪问题，人为调整倾斜可以获得良好的实物板形，但实测板形显示有明显的单边浪缺陷；或者轧制过程出现明显的单边浪缺陷，但实测板形却显示良好。这种情况需要对实测平直度进行线性补偿。
参考文献：
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