厚板轧机辊缝零点自动修正模型

苗雨川

(宝山钢铁股份有限公司厚板部,上海 201900)

钢板目标厚度的控制精度是宽厚板轧机的一个非常关键的指标,对于钢板的成材率、用户合同的达标等方面都十分重要。在宽厚板轧机的控制系统中,影响厚度的因素有很多,因此厚度的精确计算十分复杂。在建立厚度设定计算模型时,辊缝自学习修正值是重要的参数,只有得到准确的辊缝修正,才能得到精确的厚度,以达到最佳的轧制效果。

1 厚板辊缝计算

通过厚度计算公式可得到钢板轧制后的厚度:

h=s+Δhstand+Δhroll-ΔhMorgoil-

Δhthermal+Δhwear-s0

(1)

式中:h为钢板出口厚度;s为设定辊缝;Δhstand为因轧机弹跳引起的厚度变化;Δhroll为因轧辊变形、压扁和辊型变化引起的厚度变化;ΔhMorgoil为因为轴承油膜引起的厚度变化;Δhthermal为轧辊的热膨胀引起的厚度变化;Δhwear为轧辊磨损引起的厚度变化;s0为轧机零点。

轧机的弹跳计算如下:

(2)

式中:P为 轧制力;M为 轧机刚度。

通过比较实际测量厚度和所谓弹跳厚度,可以确定厚度的误差:

Δh=hmeas-(s+Δhstand+Δhroll-

ΔhMorgoil-Δhthermal+Δhwear-s0)

(3)

式中:hmeas为测量厚度。

在计算弹跳方程中各项时,需要用到测量轧制力、速度等,以及当前轧制辊的热凸度和磨损。

当厚度可测量时,可以利用相关数据对零点进行修正,这样,辊缝零点修正Δs0(即ZPC)根据以下公式进行:

Δs0_new=Δs0_old+k(hmeas-h)

(4)

式中:k为平滑系数,取值在[0,1]之内,以保持稳定的过程。

2 辊缝零点影响因素分析

从轧机的辊缝计算公式可以看出,对钢板厚度和轧机辊缝产生影响的因素有很多,包括轧机的弹跳、轧辊的热膨胀和磨损、油膜厚度以及轧辊辊型等轧机设备因素,也有轧件本身的尺寸因素。厚板生产的特点是轧制品种规格变化频繁,1块钢板的轧制道次多,意味着轧机的工作状况变化非常频繁,辊缝零点的变化也就十分地不确定。根据厚板的实际工作状况,以下因素对辊缝零点的变化有重要的影响。

2.1 轧件厚度

轧制稳定和单一的规格时,轧机的零点变化趋于稳定[1]。而厚板生产中,从板坯到轧制成品,每块钢板的轧制道次总数可达20～30道次,轧制压下位置的工作范围很大。同时,一个生产计划中规格变化频繁,会加大对辊缝零点的波动,轧机零点变化的不确定性变大。因此,轧件厚度规格的变化对辊缝零点而言是一个重要的影响因素。

2.2 轧件宽度

受测试条件和复杂度影响,辊缝计算模型中的轧机刚度一般来自全压靠测试,轧制过程中轧机的实际弹跳曲线与轧件宽度有关[2]。厚板产线的钢板宽度范围变化非常大,窄幅钢板和宽幅钢板轧制时,宽度对于轧机弹跳的差异就大得多,需要在辊缝零点修正的计算中考虑宽度的影响。

2.3 轧制力变化

根据轧机的弹跳计算公式看,轧机的弹跳和轧制力以及轧机刚度直接相关。通常为了简化计算,对轧机的刚度曲线采用线性化处理,实际上不同的轧制力引起的弹跳不同,特别是在轧机的较小工作轧制力区间。对于厚板轧制而言,钢板的各道次轧制力或者前后钢板的末道次轧制力都会有很大的变化,采用同样的轧机模数计算弹跳对辊缝计算而言不是十分精确,因此辊缝零点修正需要考虑轧制的变化。

2.4 轧制节奏

厚板生产的模式很多,有常规轧制(单块不待温)、热机轧制(控轧控冷)、多块钢组批轧制,轧制节奏变化频繁,另外也会出现设备故障或者生产临时停止的情况,轧制节奏不稳定会影响到轧机的工作状态,包括轧辊的热膨胀状态,从而影响轧机的辊缝零点。

3 厚度控制现状

国内某宽厚板轧机的厚度自适应功能仅仅为短期自适应,并且仅仅针对厚度的绝对偏差进行修正,没有考虑前后两块钢板的厚度宽度规格变化、工作轧制力变化等带来的影响。当规格、品种、轧制力和前后道次控制偏差等发生变化时,厚度就出现较大的波动甚至错误,很多情况下,操作输入的前后钢板的零点修正偏差在2 mm以上,这样大幅度的零点修正波动增加了轧制的不稳定性,导致厚度质量封锁,也影响了产线的成材率。此外,现有的厚度自适应模型没有考虑轧制节奏出现较大变化(如轧制间隙时间长)时对厚度的影响。

由于原有模型考虑的因素过于简单,该功能的投入率十分有限,更多情况下是操作人员根据经验从操作画面进行辊缝零点修正的干预。人工经验的差异和判断准确性的不够也导致了很多的厚度精度异常,成为实际生产中的一个控制难点。

4 辊缝零点自适应模型建立

为了解决该厚板轧机厚度控制中的问题,决定对辊缝零点修正模型进行优化。结合本文分析的影响厚板轧机辊缝零点修正的因素,确定建立层别化的零点自适应修正模型,提高辊缝零点的计算精度,以改善厚度控制精度。

4.1 自适应模型层别化设计

新的辊缝零点修正分为长期和短期方式进行自适应,以应对规格相同和规格变化的情况。模型参数层别包括目标厚度、末道次压下量、末道次计算轧制力层别以及目标宽度层别。具体见表1。

表1 辊缝零点自适应参数层别化设计Table 1 Zero point correction parameters

4.2 程序实现

根据前文描述的辊缝设定计算和零点修正计算公式,辊缝零点修正包括参数的更新计算和后续钢板辊缝设定计算的使用两个部分,分别在自适应程序和道次计算程序中实现,参数更新和参数的使用流程如图1所示。

4.3 实际应用

新的辊缝零点修正模型在线投运初始阶段,以数据参数建立和更新为主,并将自动学习的参数和实际使用的准确参数进行比对,对层别分类以及模型参数进行调试,待模型运行稳定后再切换到使用和更新并举的模式。

图2为在线应用的厚板轧机L2画面,图中红色方框内为厚度自适应模型计算出的ZPC值,蓝色方框中为在线轧制钢板的正在使用的ZPC数值。

模型经过一段时间的应用后,对零点修正数据进行了统计分析,新的层别模型计算的辊缝零点预测精度有较大提升,另外零点修正的波动量也较比原有模式的稳定性大幅提升。从2018年1～3月未投入厚度自适应模型数据来看,操作工调整的零点波动为0.509 mm;在新模型投入应用后,对2019年1～3月的数据进行了对比分析,结果零点整体波动幅度为0.254 mm,下降约50%。

图3为新的辊缝修正自适应模型使用后的波动情况。

需要说明的是,每次换辊后,根据累积经验设置的初始零点在-1.0 mm左右,可以看出零点是以此为中心分布的。

5 结论

通过对现有辊缝零点波动情况的分析,提出了采用对钢种、轧件尺寸和末道次轧制力等因素建立辊缝零点自适应层别模型。实践表明,将零点自适应参数进行分类能更有效地将厚度控制误差与钢板的品种、规格和道次规程对应起来,后续的钢板和生产过程的辊缝设定有更好的针对性,有效提高了辊缝预测的准确性,进而提升了厚度精度。此外,该自适应模型的投入使用也一定程度上降低了操作人员的工作强度。