提高热轧带钢宽度控制精度的方法与研究

2022-11-22邹鹏飞宫玉洁

中国金属通报 2022年10期

邹鹏飞，宫玉洁

自1580 生产线投产以来，为提高我厂带钢宽度控制精度，我们在不断的做着努力。通过开发立辊磨损补偿功能，立辊微张力控制功能，优化粗轧立辊标定方法等多方面的努力，我厂宽度控制精度已得到显著提高，但目前仍然存在许多问题，如换辊前后宽度变化，换规格轧宽轧窄现象等，需要进一步深入研究，继续提高宽度控制精度，减少二级品及无合同产品的出现。目前主要着手于深入开展粗轧宽度模型，缓解精轧自由宽展以及板坯实际测宽，提高粗轧宽度模型计算准确性的研究，提高粗轧宽度模型的自学习能力，减少宽度波动，实现精准的宽度控制。

1 宽度波动原因分析

1.1 粗轧宽展自学习系数对宽度的影响

2020 年4 月份，粗轧测宽仪进行常规标定后，我厂宽度异常，出现批量换规格窄尺现象，学习系数混乱，换规格需要进行人工干预，且精轧宽展自学习系数学习普遍较小，甚至出现学习到-27（最小极限值）时仍然窄尺现象，调整难度极大。

经过排查，怀疑为粗轧R2 后测宽仪出现问题，实测数值偏大导致，再次对测宽仪进行标定，宽度仍然出现问题，且向反向极限发展，出现整体超宽现象，精轧宽展自学习系数普遍较大，甚至出现学习到-1（最大极限值）后仍然超宽现象，截至4 月16日，宽度命中率仅为86.6%。测宽仪出现问题，需要等待厂家支援，在此期间需要人工干预，且不能完全避免超宽问题。

在此过程中，创造性的找到了可以解决这一问题的措施：即精轧宽展自学习系数，这是首次发现精轧宽展自学习系数对宽度的影响。

通过摸索发现1580 线的控宽策略是无法手动干预每个道次的侧压量，只能是修改立辊最大的侧压量，而精轧宽展自学习是考虑精轧微张力在轧制时将带钢拉窄，调整精轧宽展自学习系数就可以反作用到粗轧立辊侧压量的分配上，这样达到最终控制成品宽度的情况。二级计算逻辑就是最终成品宽度减精轧宽展自学习系数等于粗轧中间坯宽度，所以要想干预粗轧中间坯的宽度就必须通过修改精轧宽展自学习系数。

经过数据对比发现，影响宽度的因素主要有两方面：精轧宽展自学习系数及粗轧宽展自学习系数。由于测宽仪测得实际尺寸异常，导致这两个系数变化较大，出现两种情况：①当粗轧宽展系数到负极限值时，对应精轧宽展会学往最大极限-1 方向学，②当粗轧宽度学习到正极限时，对应精轧宽展自学习会往最小极限-26 方向学。

当测宽仪标好后，如果不提前对此两个参数进行修改，①类参数会继续换规格整体超宽，②类参数会换规格整体窄尺。

因此必须进行提前干预，将①类、②类参数规格的E2 粗轧宽展自学习系数改为0，精轧宽展自学习系数依据不同宽度修改为-9 ～-17。

此次粗轧宽展自学习系数的发现，有效的避免了大量宽度超差及窄尺卷的出现，保证换规格宽度正常，避免重特大质量事故的发生，提高了宽度稳定性，4 月份后半个月宽度命中率由前10 日的86.6%提高到了为94.68%。

经过后续的深入研究，发现了粗轧宽展自学习系数不仅可以反应测宽仪检测是否准确，还可以用来辅助动态了解其他有关宽度控制设备的稳定情况（如立辊辊缝，立辊磨损等），甚至是板坯宽度大致变化情况，例如后期的立辊磨损系数不合适，立辊辊缝异常等问题都可以通过粗轧宽展自学习系数的变化情况反应出来。

因此为了保证成品宽度的稳定，制定制度，要求粗轧班组定期（利用精轧换辊时间）对粗轧立辊辊缝进行测量、校准，保证辊缝的准确。

1.2 宽度分层对宽度控制的影响

在查找钢卷窄尺原因时多次发现同一现象：相同宽度层别内由较窄规格改规格轧制较宽规格时容易出现偏窄现象；由较宽规格改规格轧制较窄规格时容易出现偏宽现象。例如（1）：最后一次轧制980mm 规格，本次轧制同一层别（960 ＜W ≤1160）的1055mm 规格时，前两卷出现整体窄尺现象；（2）：最后一次轧制1055mm 规格，本次轧制980mm 规格时，前两卷出现整体偏宽现象。普通结构钢及高强钢的宽度公差要求大于0mm 即可，但冷轧料宽度公差要求大于5mm，稍微窄尺就容易导致宽度不够交货条件，造成无合同产品的出现。

经过大数据对比分析发现，此现象主要发生在宽度分层内宽度跨越较大的情况下，此时精轧宽展自学习系数不能同时适合这一层别内的不同宽度规格，因此细化精轧宽展自学习模型的宽度分层，可以避免此类换规格偏宽、偏窄现象。

措施：原有的精轧宽展自学习模型的粗轧宽度分层为5 个。优化后，将宽度分层调整为现在的16 个，如表2 所示。相同宽度层别内不同宽度交替轧制导致的偏宽偏窄卷数由之前的15卷/月以上降低到目前的5卷/月以内，此问题得到明显改善。

同时增加宽度分层考虑因素，将钢种牌号和入口号添加进宽度分层，这样可以有效避免因钢种不同、宽度公差不同造成成品宽度的波动。例如普通结构钢及高强钢的宽度公差要求大于0mm，控制的目标值是＋10mm，而冷轧料宽度公差要求大于5mm，控制的目标值是＋12mm，细分之后可以有效避免互相学习，造成改规格前几块宽度不命中的情况。

1.3 立辊磨损补偿对宽度的影响

立辊磨损补偿功能的开发，曾经解决了我厂立辊磨损过于严重的重大难题，目前我厂立辊磨损在2mm ～4mm 之间，立辊磨损规律的摸索对宽度控制精度来说十分重要。

经过对多次换立辊周期内的宽度数据进行数据分析发现，新换立辊初期E2 一道次粗轧宽展自学习在0 ～0.1 之间，到立辊末期时，E2 一道次粗轧宽展自学习系数学习到-0.1 ～-0.2 之间，当更换新立辊后旧的粗轧宽展自学习系数不能满足新立辊要求，导致换规格前3 卷出现超宽现象，后续自学习学习到正常数值后宽度达到稳定状态。

采取措施，制定立辊前期及立辊末期粗轧宽展自学习及精轧宽展自学习参数对照表，岗位工根据参数对照表对立辊前期及后期参数进行提前干预即可，基本满足宽度控制要求，但是时间长后经常会出现忘记提前修改的问题，不能保证换规格宽度命中率。

经过分析，立辊下线单侧磨损在2mm ～4mm 左右，但到立辊末期计算的立辊磨损在7mm ～8mm 左右，锁定问题根源为：立辊后期计算的立辊磨损大于实际的立辊磨损，一级辊缝补偿偏大，导致了换规格轧制后轧宽。

措施：将E2 立辊磨损系数不断进行优化，经过几个换辊周期摸索，将立辊磨损系数由0.0008 优化为0.0004。

经过多个换辊周期摸索验证，修改立辊磨损系数后，换立辊前后E2 一道次粗轧宽展自学习系数相对稳定，未出现换立辊后换规格频繁超宽现象，新立辊5 日内的宽度命中率由原来的89.6%提升到93.3%，超宽导致的无合同产品及宽度改判卷数量明显下降。

1.4 头尾短行程跟踪对头尾超宽的影响

由于粗轧立辊短行程对头部和尾部的动作开始时间完全是根据跟踪计算，但是由于短行程作用时间短，而且轧件在整个过程中速度一直变化，特别是在辊道和轧制过程中，轧件与辊道，轧件与轧辊均存在相对滑动，这些也会造成短行程作用位置不准，从而导致真正作用到轧件上的位置不一定在轧件的头部和尾部，从而造成头、尾部宽度不良。

由于跟踪不准造成短行程开始时间早，作用不到轧件头部，短行程失效，造成成品头部超宽。

因此为了保证粗轧头尾短行程能够准确作用到轧件的头尾，增加短行程的启动条件，不只考虑跟踪信号。在轧件进钢之前，粗轧立辊在a0 位置等待，用跟踪信号和立辊轧制力信号共同做为短行程启动条件，这样可以避免短行程作用太早而导致短行程失效。尾部短行程同样可以采取这种方式，用跟踪计算做为尾部短行程开始的条件，作用到尾部短行程的a0 时，保持立辊辊缝不变，直到立辊轧制力消失。通过这种方式，可以有效的避免短行程早启动和早结束的情况，保证头尾宽度。

短行程的调节要考虑精轧是否投用热卷箱，因为投用热卷箱会头尾对调。短行程的调节要根据收缩量、展宽量进行区分，根据金属流动最小阻力定律，头和尾也不同，因此要想保证头尾宽度，必须细化头尾短行程的调节。a0 和S 值均为0 不代表等宽轧制，受粗轧立辊和平辊之间的微张力、精轧机架间微张力和金属流动最小阻力定律的共同作用，即使a0 和S 值均为0，尾部的宽度仍然会发生变化，均要根据最终的成品头尾宽度进行调整，以最终成品宽度为调整依据和调整方向。

措施：优化粗轧短行程开始和结束逻辑，增加控制条件，避免短行程跟踪计算不准而造成的失效。同时加强岗位工操作技能和责任心，对头尾宽度曲线异常情况及时调整，保证宽度控制精度。

1.5 优化精轧活套控制，改善尾部自由宽展

1580 轧线精轧是由7 架四辊不可逆轧机构成，轧机间距5.5m，为了保证轧制稳定性，活套的降套方案是根据尾部的跟踪计算，在前一机架抛钢前0.4s ～1s 时降套，可以保证尾部抛钢稳定，但是这也造成了尾部是自由宽展，造成尾部超宽。

精轧正常生产时，精轧机架间是微张力控制，从F1-F7 每架轧机间张力在0.6 兆帕～1.5 兆帕之间，这也造成轧件在精轧轧制过程中宽度是被拉窄或者不展宽的状态，但是由于尾部在抛钢前活套降套，轧件最尾部是自由宽展，这造成尾部3m 超出宽度公差上限值。为此进行以下实验：

（1）经过与自动化控制专家沟通，先尝试调整粗轧短行程来将尾部收窄，最后由精轧展宽后，宽度命中，但是通过调整短行程，及时粗轧尾部能够收窄，但是经过精轧轧制尾部仍超宽，如果中间坯收窄长度太长，反而成品在尾部的4m ～6m 左右的位置出现窄尺的情况。

（2）为了验证尾部超宽是由于精轧造成，特意一个轧程的最后一块进行实验，提前手动启动飞剪切尾，保证将中间坯超宽的尾部切除，观察成品尾部宽度，最终证实尾部超宽是由于精轧轧制造成的尾部超宽。

（3）尝试增加轧机尾部降速功能，在活套降低后，通过降速，增加尾部张力来缓解尾部自由宽展。经过在自动化一级控制上增加轧机降速块，经过实验，尾部被拉窄的位置不在末端，而是在尾部10m 左右的位置。

（4）活套延迟降套，将活套降套的条件不在用尾部跟踪，而是改用轧机咬钢信号，这样可以保证在轧机抛钢前，活套一直提供张力，保证轧件一直被拉窄。但是通过实验，F1 和F2 轧机出口轧件厚度均在10mm 以上，尾部抛钢相对稳定，但是从F3 开始，轧件较薄，尾部出现不稳定的情况，不易控制，实验到F4 的时候，轧件在F4 出口出现了甩尾的情况。

（5）经过上次实验，精轧F1 机架和F2 机架仍用抛钢信号来执行降套命令，从F3 机架开始活套用尾部位置跟踪降套，保证活套早于咬钢信号0.1s ～0.2s 执行降套命令，这样可以缩短尾部自由宽展的长度。同时在降套前，轧机添加速降斜坡，可以稳步的由活套提供的张力转变到由轧机间提供张力，直到抛钢，一直有张力作用在轧件的尾部。

最终措施：结合自动化控制专家，调整精轧活套控制的稳定性，不同机架采用不同的活套降套方案，通过增加精轧机架间的尾部张力控制，缓解尾部宽度控制。

但是不同的二级控制系统，活套的控制方法均不同，受轧制钢种、厚度规格影响，活套稳定性均发生较大变化，在轧制薄规格时，活套的角度和张力均存在较大的波动，波动会造成宽度发生变化，甚至出现轧烂、轧断的恶劣生产事故，因此活套调整的硬度、控制方式要根据钢种、规格做更细化的控制，这也是后续重点解决方向。

1.6 添加板坯测宽仪，提高宽度控制精度

1580 线原设计没有定宽压力机，而且板坯宽度较杂，常规坯型有4 个，分别是960mm，1030mm，1215mm 和1265mm，成品最大宽度收缩量50mm，而且板坯宽度规格公差是-5mm ～15mm，导致粗轧宽度模型计算自学习受板坯宽度影响较大。1580 线对应2个铸机，品种较多，有冷轧料、普碳钢、高碳钢、合金钢等等，板坯收缩比也均不同，而且坯宽受拉速、换水口等原因对板坯宽度影响较大，以所以造成1580 线成品宽度不易控制。

1580 线粗轧立辊控宽主要是根据坯型宽度和成品宽度来计算粗轧立辊每个道次的侧压量，所以当板坯宽度发生较大变化后会影响整个粗轧控宽模型的参数自学习，也会造成同一宽度层别的成品宽度发生波动。

为了解决板坯宽度对模型计算的影响，决定在加热炉的上料辊道入口增加板坯测宽仪，如图4 所示，测量每块入加热炉板坯的实际宽度，并将宽度值发送到二级控宽模型，参与粗轧控宽计算，模型可以准确的根据板坯宽度和成品宽度计算粗轧每个道次的立辊侧压量，保证粗轧出口中间坯宽度，最终提高成品宽度控制精度。

由于每块板坯的宽度均不相同，而且小范围内的宽度波动不影响最终的成品宽度，所以板坯测宽如果在板坯定尺宽度的5mm 范围内，就按照板坯的宽度定尺参与粗轧宽度模型的计算，如果超出此范围就按照实测的宽度进行粗轧侧压量的计算，这样可以减少粗轧宽度模型的计算次数，降低对粗轧模型自学习的影响。

通过添加板坯测宽仪，并将超出板坯定尺宽度5mm 的按照实际宽度值参与粗轧宽度模型计算，可以缓解板坯宽度波动对成品厚度的影响，提高成品宽度控制的准确性。