新型同板差自动控制模型的开发与应用

新型同板差自动控制模型的开发与应用

于浩

（宝钢湛江钢铁有限公司 冷轧厂）

摘要：结合近年来用户对于电工钢产品在横向厚度精度要求的日益提高，分析了轧机产生横向厚差的原因和控制原理。通过在湛江钢铁某条主要生产电工钢产品的UCMW冷连轧机入口增设一台凸度仪，并对原有的同板差控制模型进行全新的开发和新模型的应用，使该条轧机同板差控制精度大幅提升，电工钢产品同板差的实物水平提高15%左右。

关键字：电工钢；同板差；自动控制

0 概述

冷轧带钢生产中，由于轧辊弯曲变形绕度的存在，以及热轧来料凸度的影响，不可避免地造成轧后带钢边部厚度减薄[1]，如图1所示。同板差是板带材重要的断面形状质量指标，也是直接反映一条冷连轧机横向厚差实物质量控制水平的重要指标。通常同板差定义为△C=HC-H15，其中HC为带钢横向中心位置厚度，H15为距离带钢边部15mm位置厚度。

图1 轧辊弯曲变形对带钢横向厚度的影响

电工钢产品作为冷轧产品中的精品，同板差控制水平的好坏将直接影响硅钢产品在冲片过程中的稳定和冲片后叠片加工的精度，同时也决定了冷轧生产过程中切边损失的大小，因此尽可能的提高冷连轧机同板差控制水平就显得十分必要。

1 同板差控制的基本原理

1.1Taper辊和工作辊轴向窜动控制

UCMW轧机采用了K-WRS技术，机架内工作辊一端带有一定的锥角（Taper辊），用来补偿轧辊边部发生弹性变形导致带钢边部厚度的减薄。同时UCMW轧机工作辊同时还具备轴向窜动的能力，通过轧辊的轴向窜动可以控制带钢与工作辊边部锥角接触的大小，就可以实现对不同钢种、规格带钢边部位置厚度的控制，具体如图2。

图2 Taper辊和工作辊轴向窜动控制边部厚度原理

1.2轧辊的弯辊控制

轧辊的弯辊力也是轧机控制带钢同板差一个重要手段，原因为弯辊能瞬时改变轧辊的有效凸度，从而改变辊缝形状，使带钢整个横截面的厚度都能得到有效控制，正向的弯辊力可以降低减轻带钢边部减薄情况，具体如图3。

图3 轧辊弯辊力控制带钢横向厚差原理

由于工作辊弯辊除了可改善同板差外，其作用还包括调节浪形、维持轧制稳定性等。实际控制过程中，由于前面机架材料变形量不大，加工硬化程度不深，可塑性明显高于后面几个机架，因此一般在前面几个机架弯辊力用来控制同板差，后面几个机架弯辊力用来改善板形。在弯辊力控制同板差过程中需对弯辊力大小设置一定的上下限，以确保弯辊力其他功能在轧制过程中正常作用。

2 同板差自动控制系统改造

2.1 原有的同板差控制模型介绍

原有的同板差控制系统主要包括两个方面。一是窜辊、弯辊预设定：轧机动态变规格时过程控制计算机根据下一卷钢种、规格读取后台静态表中提前设定好的轧辊窜动值和弯辊力，并下发至轧机控制模块自动将轧辊窜辊值、弯辊力调整至预设定值。二是同板差窜辊反馈控制：轧机出口配备一台边缘降仪，用于采集轧机出口带钢横向厚度，通过控制F1-3机架工作辊的窜动实现带钢边部厚度的控制。原同板差控制模型原理如图4。

图4 原同板差控制模型原理图

2.2 新型同板差自动控制模型

本次同板差自动控制的研究与开发主要是在轧机入口新增一台凸度仪设备用来检测来料横向厚度分布情况，并在原同板差控制模型中进行相应的修改和开发，主要包括同板差弯辊反馈控制、同板差前馈静态修正设定、同板差前馈动态控制等。

同板差弯辊反馈控制的基本原理就是在稳定的轧制条件下，采用实测的同板差信号，根据实测同板差和设定目标偏差，通过控制模型计算获得目标同板差时所需的工作辊弯辊调节量，不断调节执行机构，使得轧机能对带钢的同板差进行连续、动态和实时的控制，从而保证带钢能获得更好的同板差。

同板差前馈静态修正设定是利用轧机入口新增凸度仪，当焊缝到达所述凸度仪时，该凸度仪反馈来料带头横向厚差实绩值到机组过程控制计算机，同时对比该规格带钢头部横向厚差历史值，计算该带钢头部横向厚差偏差值，通过控制模型计算确定F1-3各机架工作辊窜辊和弯辊修正量，并在焊缝进入机架前提将工作辊窜辊和弯辊调整好。

同板差前馈动态控制是通过轧机入口新增凸度仪实时检测来料横向厚差实绩值并上传至过程控制计算机，过程计算机的同板差前馈动态控制模型在不同的轧制阶段动态计算F1-3各机架工作辊窜辊和弯辊调节量，并下发至轧机控制模块进行自动调节。

通过上述研究与开发，形成了如5图所示的新型同板差自动控制模型。

图5 新型同板差自动控制模型原理图

新型同板差自动控制模型具有以下优点：

（1）轧机入口新增一台凸度仪，可以准确的检测热轧来料横向厚度分布情况，为同板差前馈控制提供测量数据基础。

（2）原来模型中弯辊仅做为预设定参数下发至轧机，新模型弯辊参与到同板差前馈、反馈控制中，充分发挥弯辊调节带钢横向厚差的能力。

（3）轧机前馈静态修正设定可以根据入口实测的来料横向厚差的不同，自动修正下发轧机的窜辊、弯辊设定值，保证了带钢带头位置同板差的控制精度。

（4）当入口测厚仪实测到来料横向厚差有较大幅度变化时，同板差前馈动态控制能做出快速有力的调节，及时将来料横向厚差消除。

3 应用效果

新型同板差自动控制模型在生产现场投入使用后，实现了同板差的自动控制，充分发挥了轧辊的窜辊、弯辊改善带钢横向厚差的能力，保证同板差控制在允许范围内。通过现场实际同数据分析来看，对于电工钢产品重要的实物质量指标——同板差（-1～+5μm）控制精度从改造前80%左右波动，提高到95%左右的水平，具体如图6，既满足了用户使用需求，又提高了硅钢产品成材率。

图6 新模型投用前后同板差控制精度对比

4 结束语

同板差控制是冷连轧机生产过程中的一项技术难点，通过在实际生产过程中不断探索与研究，开发出了宝钢特有的新型同板差自动控制模型，具有以下意义：

（1）更清晰认识到到轧辊的窜辊、弯辊调节量大小对带钢横向厚差的影响，对后续进一步提高同板差控制精度具有很好的指导作用；

（2）在原有的同板差控制模型上建立一个新型的同板差自动控制模型，实现了同板差控制的完全自动化，提高了产品同板差实物质量；

（3）在UCMW冷连轧机开发的这套新型同板差自动控制模型，完全可以结合轧机的具体形式推广应用到其他冷连轧机中进行同板差的控制。

参考文献：

[1]朱简如,徐耀寰. 边缘降控制技术的应用. 《宝钢技术》, 2001（5）

作者简介：

于浩，男，1993年04月15日生，2015年7月于内蒙古科技大学获得金属材料工程专业大学本科工学学士学位，助理工程师，目前在宝钢湛江钢铁冷轧厂1550酸轧机组担任技术员一职，负责现场生产工艺和产品质量，通讯地址：广东省湛江市宝钢湛江钢铁有限公司，联系电话：17666898155。