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一种带钢热连轧精轧轧制过程中防跑偏的控制方法刘人溥赵金凯

发表时间：2021/7/8 来源：《基层建设》2021年第12期作者：刘人溥赵金凯

[导读] 在不需要任何额外硬件投资的基础上，提除了一种新型的精轧轧制过程中防跑偏自动控制的思路，即引入轧制过程中实时轧制力偏差与头部稳定轧制力偏差的变化，来对轧制过程中的隐性跑偏进行识别，并进行自动纠偏控制

        一种带钢热连轧精轧轧制过程中防跑偏的控制方法
        刘人溥赵金凯
        宝钢湛江钢铁有限公司热轧厂
        摘要：在不需要任何额外硬件投资的基础上，提除了一种新型的精轧轧制过程中防跑偏自动控制的思路，即引入轧制过程中实时轧制力偏差与头部稳定轧制力偏差的变化，来对轧制过程中的隐性跑偏进行识别，并进行自动纠偏控制。现场试验结果表明，采用此方法可以有效控制轧制过程中的隐性跑偏，继而提升精轧轧制过程的稳定性。
        关键词：带钢热连轧；轧制力偏差；精轧防跑偏；反馈控制；自动纠偏

        引言
        近年来，市场对热轧产量、质量等方面提出了新的、更高的要求，即要求带钢质量控制好的情况下，产能、节奏也要向极限迈进，而轧线运行的稳定性直接影响着产线产能、节奏的发挥。作者提出了精轧轧制过程中自动防跑偏控制是一种简单易行的控制方法。采用该方法，热连轧机组不需要进行任何硬件改造，即可提升轧线精轧轧制过程的稳定性。本文介绍了该方法的控制原理、控制流程、控制算法和试验结果。
        1、控制原理
        在热轧带钢的生产过程中，由于带钢两侧温度不一致、厚度不一致、轧辊两侧磨损不一致以及带钢不对中等原因，造成了轧制过程中轧机两侧轧制力不同，两侧轧制力之差，称之为轧制力偏差。轧制力偏差的出现，通常会造成轧制过程的不稳定，如跑偏、轧破以及过程中带钢摆动废钢等问题；同时轧制力偏差也侧面反映了带钢两侧厚度不均的问题，使用户在使用中由于厚度不均造成困难。在热连轧精轧的轧制过程中，通常没有专门的跑偏检测设备及自动控制功能。
        在实际生产中定义，精轧轧制力偏差定义为：轧机工作侧的轧制力与传动侧轧制力之差，即：
        式中，为轧制力偏差，KN；为工作侧轧制力，KN，为传动侧轧制力，KN。
        热轧带钢轧制过程中轧制力偏差是由带钢两侧温度不一致等多种因素引起的。轧制过程中精轧自动防跑偏的控制原理是：根据轧制过程中实时的轧制力偏差，与穿带后带钢头部稳定轧制力偏差的差距，根据差距值的大小动态进行调平的输出，从而进行有效纠偏。
        带钢头部轧制时轧制力通过位于轧机下方的测压头进行采集测量，测量后由L1系统进行轧制力偏差的计算，后续又采集轧制过程中的轧制力偏差，实时地进行两者的对比，经过防纠偏功能的计算，输出相应的调平量给压下设备并发出指令，压下设备进行调整。
        通过轧机测压头检测出实时轧制力偏差与头部稳定轧制力偏差后，实时比较得到两者的偏差值，由PI控制器结算得到辊缝调平的输出量，并将此量传递给液压AGC（APC）进行纠偏调整。
        2、控制流程
        精轧轧制过程中自动防跑偏控制流程图如图1所示。

        图1 控制流程图
        3、控制算法
        3.1 预处理
        预处理需要确定控制模型的以下参数。
        （1）带钢特性。确定所轧制带钢的宽度、厚度及硬度组。
        （2）反馈控制比例增益，通过差表确定。
        （3）控制死区确定（Dead-band），通过查表确定。
        3.2 周期处理
        周期处理是按照固定的时间进行数据的采样和反馈控制。当带钢F7出现带钢头部咬钢信号，经过一定的延迟时间后，开始对F1-F7机架进行头部稳定轧制力偏差采样。为保证穿带及抛钢的稳定性，精轧F7咬钢后10s轧制过程中自动纠偏功能开始执行，飞剪切尾时，轧制过程中自动纠偏功能停止执行。
        （1）滑动滤波法计算头部稳定轧制力偏差。数据采样是指轧制过程中，在指定时间段内，采集各机架的轧制力偏差数据，数据采样的个数记为N。用滑动滤波求均值的方法对所采集的数据进行处理。所谓滑动滤波求均值法，是指加进去一点新数据，去掉一点旧数据，求N个数据的平均值，均值为头部稳定的轧制力偏差值A。
        （2）实时轧制力偏差计算。头部稳定轧制力偏差确定后，随着时间的进行，同样采用滑动滤波法计算实时轧制力偏差，一个数据出去，一个数据进去，计算实时的轧制力偏差均值，记为B。
        （3）计算调平纠偏量的修正值。计算实时轧制力偏差与头部稳定轧制力偏差C，C=B-A。当C在一定的范围内，认为是常规波动，不进行调平量输出；当C超过一定的量，进行调平量的计算，其计算的模型公式为：
        其中，为反馈控制的增益系数，为厚度影响因子，为宽度影响因子，为硬度组影响因子，为最终所计算得到的纠偏量。
        （4）后处理。后处理是指当外围条件不满足时的处理。如轧机测压头切换为单侧控制时，功能自动不进行执行。
        4、试验结果
        常规轧制情况下不进行调平时的轧制力偏差的变化。

        图 2 轧制力偏差与头部锁定值相比变化情况
        前机架轧制力偏差的变化趋势在一定时候会影响到后机架。在人工不干预的情况下，前后机架轧制力偏差的变化趋势基本一致。所以轧制过程中前机架纠偏后，对于后机架也有好处。
        轧制过程中调平纠偏。

        图 3 油柱值调整后轧制力偏差变化情况
        （1）过程中的调平可以改变机架轧制力偏差的变化方向。
        （2）调平后不仅仅是当前机架轧制力偏差变化趋势会发生变化，其他机架的也会变化。
        （3）前机架的调平对于F7出口中心线偏差的改变有效果，且是正相关的，即前机架抬（工作侧辊缝变大），F7出口带钢中心线偏差往工作侧走。
        5、结束语
        本文给出了精轧轧制过程中自动防跑偏控制的原理、控制流程、控制算法及试验对比情况，试验对比与先期设想完全一致，锁定头部稳定轧制力偏差后，过程中利用实时轧制力偏差与头部稳定轧制力偏差的差值所计算出的调平量，完全可以对过程中隐性的跑偏进行识别并进行自动纠偏控制。对于常规的热连轧产线来说，实现精轧轧制过程中的防跑偏控制，不需要再增加任何硬件投资，只需要开发相应的应用软件，利用现有的硬件系统，如液压AGC、APC就可以完成所有的控制和调节功能。
        参考文献：
        [1]带钢热连轧非对称因素对板形的影响[J].柴箫君，张杰，李洪波，周一中，马珩皞，张鹏武.工程科学学报.2016（05）
        [2]热连轧带钢带尾控制技术研究.陈志荣，王喆.宝钢技术.2016
        [3]热连轧铝温度场数值模拟及工艺参数影响分析[J].韩庆.轧钢.2018（06）