热轧窄带钢厚度自动控制系统设计运用

药沁春

（攀钢集团西昌新钢业有限公司 615012）

随着各种工艺技术的发展，热轧窄带钢工艺也不断完善，相比传统的宽带刚，目前的热轧窄带钢工艺具有不需纵切、焊接性良好的优势，但是实际生产效率比较低。厚度自动控制（AGC）功能是利用扰动设备和软件进行实现的，它能够实现轧制带钢的厚度恒定不变，关于热轧厚度控制系统来说，设计环节还是比较复杂的。本文将会针对某热连轧机的结构设计进行分析。

1 热轧窄带钢厚度变化规律

1.1 载机辊缝空载和带钢厚度存在的规律

轧机部分会因为轧辊磨损、油膜成周厚度变化、受热膨胀等，出现轧机弹跳量变化情况，从而产生辊缝。其中辊缝轧机空载是OS，轧制后扎出厚度目标是h，如果辊缝值逐渐减小，这时曲线轧机刚度A就会像A1方向移动，而出口对应的厚度也会随着h不断减少，向h1逐渐移动，否则，随着不断增大的辊缝，出口厚度也会随着h值变化逐渐向h2变化。

1.2 扎制力和带钢厚度之间存在的规律

轧机的扎制力会因为入口厚度、张力、摩擦系数、变形抗力等因素发生变化，关于扎制力受到影响后带钢相关的变形曲线塑性开始给厚度出口造成影响。

（1）入口厚度出口给厚度造成的影响。假设K是轧机刚度参数，保持不变，入口来料厚度H不断增大，这时塑性带钢会逐渐向右B曲线变形移动，而轧制力变化比较小，出口的厚度h会逐渐增大到2h，否则，就会逐渐减少。所以，随着控制的粗轧机厚度精确度提高，轧机组来料的厚度差也会相对应减少，从而提高带钢产品生产的厚度精度。

（2）变形抗力影响出口的厚度，在不断减小的变形抗力中，随着曲线轧制力塑性变化，斜率会不断减小，而出口的厚度也会逐渐变小，反之也是如此。金属变形抗力会受到头尾温差、来料学不均匀性能等因素的影响，而给出口厚度精度造成影响。

（3）摩擦系数给出口厚度造成的影响。随着轧辊和带钢之间的摩擦系数不断增大时，轧制力也会不断增大，如果曲线塑性斜率不断增大，那么出口厚度也会不断增大，否则，带钢出口厚度就会不断减小。摩擦系数可以表现出轧制速度给出口厚度产生的影响。

2 自动控制厚度的模式分析

2.1 厚度计算式AGC

根据AGC厚度计算式原理，在任意一个轧钢过程时刻，空载辊缝S0和轧制力P对应的系数，可以通过传感器压力和位置进行测量，之后根据相关的弹跳方程，就能将轧钢任意时刻扎出的厚度h计算出来，也就是将整个轧机作为“厚度计”。

2.2 AGC反馈式

反馈式的结构中形成的回路厚度信号是利用测厚仪进行检测反馈回路的。

反馈式结构的原理就是：测厚仪进行轧机出口带钢出口厚度△h测量，在利用计算机进行厚度设置值△h和△h的对比，如果两个参数存在偏差△h，那么就利用计算机根据模型进行参数调节，得到调节辊缝对应的数值△S，之后利用压下机构进行辊缝的调整。

2.3 前馈式AGC

这里通过测厚仪进行前置厚度信号结构回路检测和反馈，关于前馈式AGC结构介绍。该自动控制模式原理是：将轧机第（i-1）作为第i个轧机厚度计，而实际轧机（i-1）得到的出后厚度是Hi-1，如果轧机i入口厚度是Hi，将给定轧机i入口厚度H0和检测的Hi-1进行比对，如果两个参数出现厚度偏差△H，这时就需要进行i轧机相关出口厚度预先偏差△h计算，同时也要计算调节辊缝量的△S。之后按照两台轧机和轧制速度之间的距离，进行△H厚度差轧机i时间上的监测点计算，还需要分析传递信号和机械之间存在的辊缝，然后调整滞后时间，将监测点与控制点厚度进行重合。前馈式AGC具有很高的准确性，在厚度计式中，可以消除AGC固件系统之后的情况。

3 厚度自动控制系统设计实例分析

本文针对某钢厂8架粗轧机、620mm带钢线和6架精轧机进行分析，在压下肛肠系统中，都是自动化控制操作，厚度的控制是选择开环模式控制，压靠过程是人工进调零，扎出的实际厚度是不能自动获取的。其中成品的平均偏差是±0.20mm，尺寸厚度范围是1.8～7.8mm，通条差是在0.15～0.20mm范围内，其中产品精度厚度需要改进。

3.1 自动厚度控制系统模式

3.1.1 相对厚度自动控制

自动厚度控制包括两种模式：一是保持模式，另一种是锁定模式。锁定模式可以利用计算机，进行轧机设备头部厚度平均数据计算，并将其作为目标厚度，对各轧机的辊缝、轧制力进行锁定，实现厚度的自动化调整，从而进行铜带差优化。保持模式是将带钢头前一条锁定值作为该钢带的值，实现厚度自动调整，所以，对于轧制带规格相同的钢，需要保证其状态的稳定，在进行厚度自动设置，从而保证合理的带钢厚度和通条差。

3.1.2 自动绝对厚度控制

使用计算机进行绝对厚度自动控制设定，选择相应的所定制，提前锁定好轧机轧制力，之后进行厚度的自动调整，这样才能保证自动控制系统厚度和预想偏差一致。

3.1.3 厚度监控自动控制

自动厚度监控控制是先进行目标HMI设定，将其作为目标值，利用测厚仪进行设备平均值厚度偏差计算，同时对末轧机对应的零厚度差辊缝进行量值调节，根据压下负荷进行上游轧机合理分配，同时根据相应的分配比例进行计算量的调节，从而达到控制板目标厚度的控制。

3.2 技术方案分析

自动化厚度控制（AGC）就是对带钢厚度变化、轧制运行设备情况、外界扰动等，通过模型算法实现控制，实现榨汁压力、速度和轧机辊缝值的自动化设置，同时保证合理的偏差厚度控制。一般AGC都是选择液压压下系统结构，该机构的精度高度，相应较快。轧机组控制和带钢厚度精度控制存在联系，轧机液压QGC装备系统个数会影响轧机的精度。对于钢线精轧带6加轧机组，粗轧料控制厚度是（27±2.7）mm，而偏差率是10%，根据最后上游F6轧机精轧组开始投入依次的AGC液压，可以得到成品厚度偏差见表1。

经过实现发现，AGCF4～F6液压三甲轧机投入钢带厚度精度较高，投资相对较少，而F16～F4选择闭环电动下位置控制，F5～F7是自动叶阿姨厚度控制，在检测F1～F4压下位置和轧制力时的回路，可以实现闭环电动压下控制。

4 结语

从上述分析发现，热轧窄带钢自动厚度控制，可以有效提高加工材料厚度的精度，而且能够提高自动厚度控制的效果，保证产品质量。

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