[原创]小块头有大智慧--单机架冷轧机控制系统及轧制工艺研发

目前，冷连轧机因其生产率和成材率高等优点发展迅速，但是冷连轧机组设备投资大，而且轧制品种范围受限制。正所谓“...

目前，冷连轧机因其生产率和成材率高等优点发展迅速，但是冷连轧机组设备投资大，而且轧制品种范围受限制。正所谓“尺有所长，寸有所短”，单机架冷轧机相对来说，生产规模小、设备一次性投资少、品种规格变换快且批量小，在服务个性化用户需求方面,特别是一些高附加值产品上,优势显著且不可替代。

然而，单机架轧机的第一道次轧制需要穿带，并且每一道次都要经过启动-加速-匀速-减速-停机的非稳态轧制过程，从而导致穿带启动、加速、甩尾减速等过渡阶段较长，并且轧制条件不断变化，最终导致带钢成材率降低，生产不稳定。

真的是不比不知道，一比吓一跳。由于对单机架冷轧机控制系统的研发和工程实践的关注度明显不足，很多钢厂单机架的头尾超差长度甚至超过了300m，而冷连轧机组的头尾超差长度一般在6m以内。成材率这么低，资源就这么白白浪费了，企业这可如何盈利？问题出现了就要研究并解决它！针对单机架冷轧机的带钢本体厚度精度及带钢头尾超差等关键共性质量问题，东北大学钢铁共性技术协同创新中心先进冷轧、热处理和涂镀工艺与装备技术方向的研究人员开发了单机架冷轧机的“大脑”，即高精度的板带钢质量控制两级自动化系统。

控制系统的主要功能包括单机架主令控制、液压伺服控制、自动厚度-张力控制、过程控制等。

▶  轧机主令控制：完成开卷控制、卷取控制、单机架轧区速度控制、自动降速、断带保护控制等；

▶  液压伺服控制：伺服非线性与零偏补偿、正负弯辊力的最佳分配方法、在线窜辊控制等；

▶  厚度-张力控制：单机架前后张力控制、轧机AGC控制等；

▶  板形控制：完成板形目标曲线设定、基于调控功效的多变量优化板形反馈控制、板形前馈控制和板形测量值动态补偿；

▶  过程控制：包括高精度轧制模型、模型自适应、基于成本函数的多目标轧制规程优化模型等，实现对轧制过程的道次分配、辊缝、张力等进行设定，降低带钢头部超差长度；同时，系统还包含有数据通讯、数据采集与处理、钢卷跟踪、班组管理、停机管理、报表打印及人机界面系统等辅助功能。在调试初期，轧机加减速过程中厚度总是那么剧烈地波动，带钢品质断崖骤降，突来的打击甚至动摇了军心。面对这一危机，团队成员集思广益，提出了一种轧制加减速过程中板带厚度补偿控制的方法。在轧制过程中，该方法可根据实际计算的轧件塑性系数实时补偿轧机辊缝，从而提高升降速过程中的厚度控制精度。不同轧件塑性系数的轧制效率补偿曲线如图所示。

在轧机加减速过程中，带钢张力也是那么“不让人省心”。为了消除加减速过程对带钢张力的影响，研究人员再接再厉，结合实际情况研发了一种易于工程实践的张力补偿方法，即：把用于驱动升降速的那部分动态转矩补偿叠加到转矩输出，从而保持加减速过程中带钢张力的稳定，实现带钢厚度的高精度控制。

轧钢人员都清楚，为了保证生产稳定高效运行及产品质量，仅仅依靠自动化控制系统是不行的，还需协调好冷轧轧制工艺三要素，即：轧制规程、轧辊制度和轧制润滑。

若轧制工艺不合理，在轧制过程中，尤其是“薄硬带钢”高速轧制时，就会蹦出许多让人“头痛”的问题，此时任凭自动化控制系统有“一身的本领”也没用。这不，在某1200mm单机架UCM可逆冷轧机调试现场，小伙伴们就“有幸”遇到了轧制工艺条件“一言不合就打架”的情况。

为了解决冷轧轧制工艺问题，研究团队系统地对轧制规程制定、薄带钢轧制润滑工艺以及轧辊选型制度进行了深入研究，制定了一套针对薄规格、硬规格带钢高速轧制的工艺制度。

本着精益求精的态度，研究团队的小伙伴们完成了控制系统的持续优化和新功能开发，让小快灵的单机架冷轧机具有了“大智慧”。所开发的控制系统现已推广应用至广东中山中粤马口铁1100mm、海南海协1200mm等多条单机架UCM可逆冷轧机生产线中。各级自动化控制系统自投入后运行稳定，升降速轧制时厚度精度可控制在±5μm范围内；稳速轧制时，厚度波动在±3μm范围内；头尾超差长度控制在60m以内，带钢控制精度得到了企业和下游客户的认可。

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【采编】陈树宗 蓝慧芳

【美编】侯思璇

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