冶金工业轧制工艺的自动化技术发展研究

李小明

（南京钢铁股份有限公司特钢事业部，江苏 南京 210035）

中国冶金工业经过多年发展处于艰难转型期，轧制生产是成品材加工的主要工序，对提高产品质量，合理使用资源十分重要。第4 次工业革命到来为传统产业带来新的发展契机，轧制自动化技术在提升企业核心竞争力中起到至关重要的作用。文章对现代冶金工业轧制自动化相关主要技术未来发展趋势做出展望。

1 冶金工业轧制工艺自动化技术发展现状

传统意义的轧制自动化系统为典型由基础自动化系统，过程自动化与生产自动化系统组成的三级结构。随着轧制工艺进步，轧制自动化技术内容有了扩展，向后可以外延到以生产管控为核心的制造执行系统，向前包含以电气与液压传动为代表的设备执行系统。

1.1 设备执行系统

轧制中的设备执行系统主要包括各类电动机与开关等，自动化控制关键设备主要为轧制机的主传动电动机控制。轧制主传动系统要求电流和速度响应快，转矩脉动低。过去很长一段时间内以直流传动为主，直流电动机固有缺陷制约了轧机主传动箱高速化方向发展。随着矢量控制等先进控制算法出现，交流变频调速系统取代直流调速系统［1］。

交交变频容易实现电动运行，正反转，具有转换效率高等优点，目前国内已在低速的大功率轧制传动中得到成熟应用。交交变频系统具有调速范围窄等缺点。交直交交变频调速能克服以上缺点，但交直交型轧机主传动技术目前基本被国外几家公司垄断。2013 年，国内首次将交直交变频技术应用于超宽幅铝合金板带热连轧生产线，对促进技术进步产生重要影响。

1.2 基础自动化系统

轧制中的基础自动化系统采用高性能控制器等对轧机进行直接控制，承担各种生产工艺参数的计量检测任务，控制主要依据金属检测器，测力仪，测厚仪等检测仪表，通常配置人机接口系统。L1 级通关现场总线等多种通信与L0 设备执行级进行数据交换。

基础自动化是设备与工艺直接衔接的重要部分，生产工艺控制复杂，基础自动化复杂程度越高，如热轧带钢生产中，速度级联控制等在L1 级中实现。中冶金企业中的控制系统基本得到普及，由于L1 级控制直接关系到设备执行情况，针对技术升级改造是近年最为频繁的。中国在系统集成控制上已具备与国外先进技术抗衡的能力，成套技术已应用于武汉钢铁公司1700 等热轧生产线。目前L1 级使用的高性能控制器等核心硬件依赖进口。

2 冶金工业轧制工艺自动化关键技术

轧制中涉及到的自动化设备系统较多，轧制自动化技术实施目的是提高生产效率，降低生产成本等，包括对自动化系统一次性投资等进行控制，产品质量包括表面状况等方面。

轧制产品外形尺寸控制技术主要指按产品尺寸设定值要求进行的动态调整技术，相对成熟的AGC 技术包括根据轧机出口测厚仪测出厚度偏差调节辊缝，根据入口测厚仪测得厚度偏差调节辊缝，根据各机架入出口金属秒流量恒定原理调节辊缝等，各种AGC 控制实施效果与模型计算精度，检测仪表响应速度等有密切关系。

冷轧中速度快，产品精度要求高，不同机架需采用不同的AGC，通常需要加入加减速中惯性补偿等功能，以得到理想的控制效果。目前现代冷连轧机组厚度偏差精度可以控制在厚度尺寸的±1%内。

3 轧制工艺自动化技术发展趋势

3.1 高端装备技术的研发

中国大型冷热连轧机，大批先进设备制造已基本实现国产化。轧制自动化技术发展，相关技术与大数据等信息化概念的融合是重要方向。需重点关注进口的关键技术的自主研发［2］。

冶金轧制领域基本普及了多级自动化功能的检测系统，但中压交直角轧机主传动，或轧制线高端检测分析仪表，都依赖国外进口，这些设备的研发有大量工作需完成。

具有高精度轧制能力的成套装备技术成为重要的发展方向。中国已具备交交变频主传动能力，但核心控制器软硬件依赖进口。整体先进的大功率交直交中压变频轧机主传动系统，国内没有具有市场竞争力的成熟设备，导致冶金企业投资成本处于被动状态。

中国掌握热连轧全线计算机控制系统技术后，企业建设同等水平生产线投资成本将缩减原有1/4. 高端技术不仅会降低使用成本，也是提高中国冶金行业产业竞争力的必由之路。

3.2 精准快速化检测技术研究

发展高精度快速化的检测技术能降低企业设备维修成本，增加产品质量稳定性。主要包括产品质量综合监控，多功能质量缺陷检测技术等，非线性信号处理方法有望提高设备故障诊断准确性。

随着计算机技术，信号处理技术的不断完善，基于Internet 的远程监控技术，微型智能传感器，激光与远红外测量技术等新技术应用于设备状态监测。很多国外冶金企业搭建了融合核心业务的信息网，为生产线的高度信息化管理奠定了坚实的基础，利用先进的检测技术可以实现快速化监测控制。有利于整合生产线装备信息。

3 结 语

中国冶金装备与自动化技术研发起步较晚，缺少核心自主知识产权，对能耗等统筹优化不完善，但目前中国冶金工业各方面具有雄厚的基础，得益于国家企业投入，材料加工国家重点学科，大型企业研发中心等建设，使相关轧制生产核心装备得以快速发展。

目前受到产能过剩等影响，多数企业意识到技术升级的必要性，面对第四次工业革命浪潮的契机，实施工业转型升级专项行动等举措。为轧制技术相关领域技术发展带来新的机遇。以大数据，云计算等为及时的，以模型控制等为主要内容的轧制自动化技术将向信息化方向快速发展。