ABB板形仪在攀钢HC冷连轧机的应用分析

        攀钢冷轧厂主轧机组引进日立公司设计的六辊四机架HC冷连轧机。HC轧机的主要特点是具有比较大的压下率和较好的带钢平直度控制能力。为发挥该轧机的优势，主轧机组引进了1套ABB带钢平直度控制系统——板形仪(Stresso-meter)，以期获得优良的带钢平直度甚至轧制用户需求的板形。本文主要针对ABB板形仪在攀钢HC轧机的应用中存在的问题进行分析。

1　目标曲线
　　在冷轧生产中，有时并不需要完美的板形。大部分冷轧薄板还需二次成型，因此用户可能要求特殊的板形。这就要求对控制系统的最终控制结果进行预设定，即设定板形控制的目标曲线，满足用户对不同板形的要求。
　　目标曲线的含义：要求的轧后带钢横向残余应力分布。
　　目标曲线可由函数表达如下：
　　Target=(targ－scaling/100)×(A0＋A2X2＋A4X4＋A8X8)
式中　Target为要求的板形外形；targ-scaling为百分比振幅系数；A0、A2、A4、A8分别是0、2、4、8次系数(N／mm2)；X为带钢宽度因子，取值范围为－1～＋1。
　　图1是目标曲线示意图，图中横坐标上的0表示带钢中部，＋1和－1分别表示带钢的两个边部。

　　系数A2、A4、A8由操作员根据工艺、用户板形要求而确定；A0则由板形仪计算，用来平衡目标曲线的零点。
　　图1中，曲线1～7是系数A2和A4取不同值时的目标曲线形状。各目标曲线系数A2和A4的取值如表1所示。

　　实测应力分布减去目标曲线的差值就是板形偏差。板形偏差用于板形控制部分，根据板形偏差来改变乳化液冷却喷淋量从而调节辊缝，使实测板形趋近于目标曲线。
2　ABB板形仪应用情况
　　由于攀钢热轧来料带钢的硬度较高，因此在调试初期即对材料因子进行了修正，以提高板形偏差的计算精度。
2.1弯辊与倾斜功能
　　攀钢HC轧机1至4机架具有倾斜及中间辊串辊功能，1～3机架具有工作辊正弯功能，4机架具有工作辊正、负弯功能。板形仪只修正4机架的弯辊及倾斜量，中间辊串辊在轧制前即已完成。
　　该部分的调试主要集中在提高系统响应速度上。经调试后，弯辊及倾斜量的修正效果较为理想，对典型的带钢横断面不对称及楔形板形有较强修正能力。
2.2冷却功能
　　冷却系统用来消除弯辊和倾斜功能不能解决的残余板形偏差，主要为高次复合浪和不规则浪。实际轧制过程中，很少出现典型的带钢横断面不对称或斜楔形状的板形，表现出来的板形偏差大部分需要由冷却系统来修正。
　　经过试运行及长期观察，发现冷却系统主要有以下问题：
　　1)乳化液管道工作压力偏大，超过1.3MPa，常导致乳化液输送软管爆裂；
　　2)乳化液流量偏大，使工作辊温偏低，且工作辊与乳化液间温差太小，约6℃，不满足板形仪要求的技术规格(至少15℃，最佳30℃)。当乳化液喷淋量变化时，工作辊形变化不明显，基本没有板形修正能力；
　　3)4机架喷射梁气动开闭阀机械响应速度慢，跟不上信号的变化。
　　针对以上问题，采取下列措施：
　　1)在4机架乳化液喷射管道上加装分流阀，分流至返送管；
　　2)乳化液调节回路PID参考设定点降为0.8MPa，喷嘴流量由51L/min降为23.8L/min；
　　3)增大冷却信号的滤波时间，使喷射梁气动阀有足够的机械动作时间；
　　4)减小喷嘴开度百分比范围，由原来的50％～100％改为20％～80％，避免喷嘴开度过大而降低冷却系统的板形控制能力。
　　冷却系统经以上改进后，板形控制的效果很明显。经测量，这时工作辊温达70℃，比乳化液温度(45℃)高25℃；轧后带钢温度为110～120℃。经实际的轧制过程验证，证明这时的冷却系统有良好的带钢板形修正能力，实测应力曲线趋近于目标曲线，其误差不超过±5I，低于合同的考核标准±12I。

3　问题分析与今后方向
3.1理论不完善造成的影响
3.1.1问题及分析
　　板形仪闭环控制回路投运后，经常发生实测板形与实际板形不一致的情况。有时实测板形良好，但轧机操作方和后继工序却反映有浪形。在板形仪投运前，每月浪形废品最多200t，而投入板形控制后浪形废品呈上升趋势，最多时达每月600多t。
　　我们分析后认为这种状况的根本原因是带钢横向压延理论不完善。板形辊直接测量的是带钢纵向应力在板形辊径向的分力，并以此径向力分布来判断带钢平直度。但轧制过程中的高张力可能隐藏了部分板形缺陷。这时尽管机械执行器将带钢应力分布调节得趋近于目标曲线，但带钢在辊缝中的横向流动并不均匀。因此，当轧后失张及退火后，或后继工序重新开卷并施加很小张力时(如剪切线)，由于内应力释放，带钢在辊缝中不均匀流动造成的潜在不良板形就显现出来。
3.1.2对隐含板形的判断及分析
　　准确的测量是精确控制的基础。因此，怎样判断并定量分析这种隐含板形，是完善板形控制的重点。
3.2与工艺矛盾造成的影响
3.2.1问题及分析
　　板形仪要求的温度条件与工艺要求有冲突。
　　工艺要求：
　　.乳化液温度45℃；
　　.轧后带钢温度在80～90℃为宜；
　　.4机架工作辊温比带钢约低20℃，在60～70℃范围内；
　　板形仪要求：
　　.4机架工作辊温至少应高出乳化液温度15℃，即60℃；
　　.理想情况是工作辊温比乳化液温度高30℃，即75℃。
　　这时工作辊形随乳化液喷淋量调节而变化是显著的。
　　由于在调试时为满足板形仪对温度的要求而减小了4机架乳化液冷却喷淋量，因此轧后带钢温度较高，达120℃。但在轧制过程中，过高的带钢温度会破坏乳化液在带钢表面形成的油膜，导致工作辊热划伤，使带钢表面光洁度变差而降低轧制质量；易产生辊裂伤而增高辊耗；且对后部工序有不良影响，如自然冷却后带钢层间易粘连，镀锌层易脱落等。
3.2.2优化轧制工艺
　　HC轧机的大压下率特点使其辊耗比一般轧机高，如降低工艺要求，必将进一步增高辊耗，且影响产品质量，这将使预期的板形控制带来的经济效益化为乌有。优化轧制工艺中的润滑条件，使之同时满足工艺要求和板形控制要求，是提高板形仪经济性和实用性的重要途径。
3.3来料板形的影响
3.3.1问题及分析
　　轧机由攀钢热轧厂供料。但热轧来料板形未知，不能对板形控制的目标曲线进行准确有效的预设定。板形仪现在采用的是固定的目标曲线，所有钢卷都采用相同的目标曲线，这样当然降低了板形控制的效果。攀钢HC轧机并非全连续轧制，即便在轧制过程中根据实测板形来修正目标曲线，也由于计算、操作、时间等因素的影响而成为没有必要。另一方面，用户可能需求具有特殊横向应力分布的带钢。而轧制成品带钢的板形与来料板形有一定关系。因此，为满足未来用户可能出现的要求特殊板形的趋势，建立板形的跟踪体系是十分必要的。
3.3.2优化目标曲线预设定功能
　　目标曲线是板形控制闭环回路工作时反馈控制的初始值，其设定精度直接影响系统调整板形达到目标曲线的收敛速度和精度，直接影响板形控制的质量。
3.4优化中间辊轴移功能
　　中间辊轴移量直接影响板形，特别是带钢边部变形。现攀钢HC轧机采用板宽加几mm来确定中间辊的位置。这种方法不精确。国外有较精确的计算中间辊轴移量的数学模型。这方面的研究将使6H4HC轧机的优势得到充分的发挥。

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