攀钢HC冷连轧机板形控制现状分析及优化轧钢车间尹红国指导老师周三保陈俊摘要：本文针对攀钢HC轧机出口板形质量控制情况以及影响该轧机出口板形的各种因素进行了分析，并详细介绍了攀钢HC冷连轧机的板形控制系统及板形调控手段的构成与运行现状，围绕如何降低板形降组率，稳定保证产品板形质量，提出了有效可行的改进措施。
关键词：HC轧机，板形，闭环控制，调控手段，改进措施引言冷轧产品有四大质量指标：厚度精度、板形精度、表面质量和力学性能。
其中板形是冷轧过程中不易控制的因素。
攀钢冷轧厂自1996年投产以来，经过技术攻关、在强化板形过程控制方面取得不少进步，但与先进板形控制水平相比仍存在一定差距。
因此，如何持续稳定保证产品板形质量，始终是攀钢1220冷轧机组生产中的难题。
1.轧机出口板形质量及影响因素分析攀钢1220 HC轧机为4机架的冷连轧机，与目前主流的5机架冷连轧机相比，由于将70%—85%的变形率分配到4个机架上，最末机架也承担与前面3个机架同等大小的负荷，不利于板形的控制。
如我厂牌号为DX53D+Z的镀锌料在1#—4#机架的压下率分配情况为（3.00→0.57mm，81%）：34.3%、42.3%、37.4%、20.1%。
可以看出，4个机架的压下率均较大，且4号机架的压下率也高达20.1%；而5机架的冷连轧机上，最末机架的变形率在2%~10%左右，仅起到平整机的作用，可见我厂4机架的配置情况决定了板形控制的难度。
表1. 09年1~10月轧机出口带钢板形质量控制情况板形不良降组率,%月份1 2 3 4 5 6 7 8 9 10实际值14.9 9.9 8.52 9.07 5.65 8.85 5.58 6.08 5.75 6.50 目标值≤12%表1所示为我厂09年1—10月轧机出口板形质量情况。
除1月份因板形不良造成的降组率大于目标值外，其它月份均低于12%，且下半年的降组率基本保持在6%左右。
从整体来看，轧机出口板形控制情况良好，但与先进冷轧设备及板形控制技术相比，仍有较大差距。
为进一步降低板形降组率，提高板形质量，仍有大量工作要做。
表2. 攀钢HC轧机出口板形的各类影响因素分类内容来料 1.热轧来料波浪；2.酸洗对来料浪形改善不理想工艺 1.变形分配不合理；2.中间辊值不合理；3.倾斜值不合理；4.弯辊值不合理设备 1.分段冷却系统故障；2.板形仪故障；3.张力波动环境 1.现场光线暗，不利于观察；2.机架油泥多，喷嘴易堵塞人员 1.操作者责任心不强表2为影响轧机出口板形的各类因素统计表，可以看出，轧机出口板形受诸多因素的影响。
要获得优良的板形，必须从来料板形、轧制工艺优化、设备稳定运行和精度保障及操作人员责任心等方面综合分析和调控。
2.我厂HC轧机的板形控制现状分析攀钢冷轧厂1996年引进的ABB板形控制系统，至今已使用14年，在控制系统及控制板形方面暴露出许多问题，给生产高档家电产品带来一定的困难。
同时与国内先进轧机相比，板形控制水平偏低，不能有效控制3次和4次板型缺陷，如四分之一浪等。
实际轧后板形指标≤15I，而国内先进水平可保证≤10I，综合控制水平低于HCMW、UCMW、CVC6等机型，下面将对我厂HC轧机板形控制现状及存在的问题进行分析。
2.1 板形闭环控制系统攀钢冷轧厂在轧机出口安装了瑞典ABB板形仪系统，图1所示为板形控制系统原理图。
其控制过程与基本模型为：首先通过ABB板形辊测出当前状态下的实际板形，并将其分解成一次项、二次项、三次项以及四次项系数a1、a2、a3、a4；然后将实际板形与目标板形(a1*、a2*、a3*、a4*)相比较得到板形偏差信号并对其进行模式识别；此后通过模式识别系统对板形控制调节量进行提取，即将相关偏差信号分解成为线性偏差、二次偏差以及高次偏差部分；最后将线性偏差信号发送到轧辊倾斜控制器，二次偏差信号发送到弯辊控制器，高次偏差信号发送到分段冷却控制器，并通过一定的控制策略计算出压下机构、弯辊机构以及冷却液调节机构的控制量，达到闭环控制板形的目的。
图1. 我厂1220轧机板形控制系统原理图目前在整个板形闭环控制系统中，自动控制功能投入率低。
除了分段冷却自动控制功能以外，倾斜和弯辊自动控制功能均没有投入。
2.1.1 ABB板形辊ABB板形辊为压磁式应力测量辊，图2所示为结构示意图。
辊身分为23段，每段长度为52mm，可测带钢最大宽度为1120mm。
每个测量区有4个测压头，沿测量辊圆周方向成900安装在4个内芯轴向槽沟内，外面再套上钢环。
板形辊直径为313mm，测量精度为5%～20%。
通过测量辊各个测量区测出带钢张力作用在测量区上的径向力与设定的带钢平均张力比较，可反映出带钢的平直度，即带钢板形。
图2. 应力测量辊结构示意图我厂09年6月对板形辊进行了测量系统的标定，结果见表3。
标定结果显示23段中只有5段传感器测量偏差达到了高级精度（≤5%），而最大偏差超过10%的有9段，部分传感器测量偏差值严重超标（﹥20%），说明传感器及其信号传输单元已无法保证测量精度，在生产过程中还发现部分段的测量信号输出不稳定，测量值波动极大，不能完全真实的反映带钢板形的要求。
表3. 板形仪标定结果测量精度,% 段数＜5 5段5~10 9段10~15 5段15~20 1段＞20 3段另外，板型辊已超使用年限，辊面出现磨损不均匀和划伤，检测元器件测量精度下降，板型辊轴承密封经常损坏，板型辊进水，干燥时间长，使用投入率低。
轧机现阶段主要采取手动干预方式控制板形，板型仪自动功能投入率较低。
2.1.2 标准曲线攀钢ABB板形闭环控制系统采用的目标曲线方程为：F(X)=[(tar—sca1)/100](A0＋A2X2＋A4X4＋A8X8)F(X)—目标曲线；（tar—scal）—目标曲线的百分比振幅系数；A0、A2、A4、A8—分别为常数项、2次项、4次项及8次项系数；X—带钢宽度因子，取值范围为－1～＋1。
系数A2、A4、A8可由工艺工程师根据工艺要求和用户对板形的要求进行确定，而A0则是经过计算确定，用来平衡目标曲线的零点，需满足下述条件：由于后道工序对带钢的板形要求不一样，如罩式退火炉希望轧后有一定的边浪，这样在进行退火时介质气体容易进入钢卷内部，而且不易产生粘钢。
而连续退火时则希望有一定的中浪，但小于10I，有利于连续退火的通板控制，所以通常将目标板形曲线设定成微中浪或微边浪，也即目标曲线补偿原理。
在攀钢板形控制系统现有的5l条标准曲线中，最常用的是1号和2号曲线，尤以2号曲线使用较多，如图3所示。
由图可知，1号目标曲线为微双边浪曲线，2号曲线为微中浪曲线。
（a）1号曲线（b）2号曲线图3. 我厂常用的标准板形曲线由于我厂热轧来料中缺乏相应的工艺参数，即没有板型原始曲线，造成轧机在选择目标曲线时，没有参照物，只能凭经验和感觉，从而形成控制误差，使其改善板型效果不明显；并且大多数时候针对不同的钢种而采用了相同的标准曲线，因此在标准曲线的选择和设定方面存在着不少的问题。
2.2 板形调控手段2.2.1 轧辊倾斜机架传动侧及操作侧各有一个主液压缸，两缸间的相对位置决定了辊缝的倾斜程度，用来消除非对称性的板形缺陷，如楔形，单边浪，即回归多项式中的A1X 分量；1#—4#机架液压缸行程为268mm，倾斜控制属于板形控制的第一优先级。
检查表明攀钢HC轧机2#机架存在轧制力偏差，导致辊缝不水平，操作侧比传动侧高0.8～1mm左右，存在倾斜轧制。
2.2.2 工作辊弯辊攀钢HC轧机的1#～3#机架配备有工作辊正弯功能，4#机架配备有工作辊正、负弯功能，可选择“自动”和“手动”两种方式进行控制。
通过调整工作辊弯辊力的大小来改变工作辊的挠度，可较好的消除对称板形缺陷，如中间浪，双边浪等，亦即回归多项式中的A2X2分量和部分A4X4分量。
实际生产中，1#机架可适当加大弯辊值，防止跑偏；2#，3#机架弯辊值略低，使带钢略带边浪，防止轧制时断带；4#机架则根据需要来设定弯辊值的大小。
攀钢HC轧机，1#—3#机架正弯辊值为206bar，4#机架正、负弯辊值为206bar；实际轧制过程中，正负弯辊最大值为180bar。
另外，4#机架的弯辊调节存在死区(由正弯向负弯转换的过程)，即弯辊力在0～20bar范围内调节时存在严重的响应滞后现象，无法及时调整该段带钢板形。
2.2.3 中间辊轴移攀钢HC轧机具备中间辊轴向移动功能，采取预设定控制方式，即根据带钢宽度合理预设定中间辊轴移量，因此，中间辊轴移不参与轧制过程中的板形闭环控制。
攀钢HC轧机采用L来定义中间辊位置，如图4所示。
图4. 中间辊位置计算L TIR=上中间辊的位置L BIR=下中间辊的位置L=L TIR +L BIR=中间辊位置设定点中间辊位置范围214mm~584mm，行程370mm，定位精度+/-2mm。
正常轧制时，上下中间辊位置相差不能大于4mm，否则会自动报警。
换中间辊时，上中间辊必须处于窄位（214mm），下中间辊位置必须处于宽位（584mm）。
上下中间辊的轴移可同步移动，也可对某一个中间轧辊进行单独窜辊。
生产实践表明，带钢板形对于中间辊轴移量较为敏感，主要表现在生产0.7mm 以下带钢时；轧制薄规格时，弯辊力一定，当中间辊宽度L大于带宽60mm时，带钢趋于平直。
再增加L则出现边浪；反之，出现中浪。
目前攀钢HC轧机采用板宽加几mm来确定中间辊的位置，这种方法不精确；而国外有较精确的计算中间辊轴移量的数学模型。
2.2.4 轧辊冷却带钢在轧制过程中，其中部和边部的受热和散热情况不同，通常辊身中部温度高，在成品机架出口，中部散热相对较慢，带钢中部与边部温度差一般为2～5℃。
由ΔL/L=1.17×10-5×ΔT可知，当带钢温差为5℃时，将产生5.85I的浪形。
攀钢4#轧机乳化液冷却系统分基本冷却和分段冷却两种形式。
上、下辊的冷却喷嘴各分两排，一排是基本冷却喷嘴，一排是分段冷却喷嘴。
每排共设23个喷嘴，基本冷却喷嘴中间15个是恒开的，两边的4个喷嘴根据带钢实际宽度决定开或关。
目前基本冷却控制系统运行较为正常，但不能自动控制喷淋量的大小，主要是基本冷却控制系统中气动薄膜控制阀已经损坏，不能正常控制开闭大小。
分段冷却是在4#架设置单独的乳化液喷射系统，图5所示为分段冷却示意图。
设有23个喷嘴，各喷嘴根据板形反馈情况可独立开闭，以冷却轧辊来改善辊缝图5. 乳化液分段冷却示意图形状，主要用于消除弯辊、倾斜功能不能解决的高次复合浪和不规则浪，即多项式中的a3x3（未投入）和a4x4分量。
09年10月对我厂4#机架乳化液分段冷却功能进行了现场测试，结果如下：（1）上下喷射梁传动侧和操作侧各有3～5个喷嘴开启后，无法通过喷嘴内的活塞实现乳化液关闭功能。