单机架可逆冷轧机厚度控制分析与应用

单机架可逆冷轧机的厚度控制分析与应用

【摘要】为了提升可逆轧机成材率，提高控制精度、缩短带钢头尾厚度轧制时间，我公司技术部相关人员深入分析了厚度控制理论在可逆冷轧机组中的应用，并结合实际生产情况对带钢头部及尾部过渡段张力做锥度控制，以便减少带钢达到目标厚度的过渡段长度，提高成材率。

【关键词】可逆冷轧；厚度控制；过渡段

0 引言

国产可逆冷轧机组控制理论日臻成熟，但是在实际生产中的自动厚度控制及头尾厚度波动问题一直未能很好解决。本文主要对自动厚度控制进行简要分析，并对带钢头尾厚度的控制提出解决方案。根据实际观察发现，在升降速阶段都要对张力进行调整，以保证头尾板型及尽块达到目标厚度值减少过渡段的长度；由于人为因素不确定性太多，反应时间长，成材道次达到目标厚度长度基本都在40～50米甚至于更长，造成头尾甩废量大，成材率低，并且操作工的操作繁琐并需要长时间高度集中注意力。

1 典型的自动厚度控制

带钢厚度精度是检验带钢质量的一个重要指标，现在比较先进的自动厚度控制理论是基于秒流量的厚度控制系统，并附之测厚仪的前馈、反馈闭环控制，得到理想的厚度控制。

1.1 秒流量理念

秒流量理念是基于在任何时间内进入与离开轧机机架的材料体

积相等的事实。

在轧机的出入口两侧，带钢的宽度相同，因此可以忽略，得到如下关系式：

v0*h0=v1*h1

如果考虑厚度误差，则关系式为：

v0*（h0+δh0）=v1*（h0+δh1）

该式用于计算出口侧可能的厚度误差，然后转换为轧机压下位置整定：

δh1=v0/v1*（h0+δh0）-h1

δs=δh1*（1+cm/cg）

其中：

v0——入口带钢速度

v1——出口带钢速度

h0——入口带钢厚度

h0——出口带钢厚度

δh0——入口带钢厚度偏差

δh1——出口带钢厚度偏差

δs——位置改变

cm——材料模量

cg——轧机模量

入口和出口速度由激光测速仪测量所得，做为备用测量手段可以采用安装在偏导辊的编码器测量速度。

因为秒流量控制和检测使用相同的执行机构以保证厚度，所以必须保证两个控制回路的精确协调。

由上面关系式可以看出，带钢厚度与速度适时跟踪调整变化，当轧机速度不等于零，轧制带钢达到测量仪表时，带钢数据已经开始采集，因此控制回路从第一秘带钢就起作用。该控制理念可以消除辊缝和出口侧测厚仪之间由于测厚仪产生的测量误差，改进了监测回路的动态特性和效率。

1.2 前馈闭环控制

在轧机入口用厚度测量得到的进料厚度偏差可以被机架的前馈控制校正。由于原材料的状况和性能不同，前馈控制能非常有效地补偿厚度偏差。

前馈控制甚至能补偿入口测量时产生的短时偏差。它使用入口厚度测量来测量未轧制钢带的不规则偏差，并能反作用于钢带。

在入口侧的厚度测量和轧辊间隙之间的距离被分成几个部分。在这些部分上厚度偏差被测量。这个部分被存储到移位寄存器中，同时被传送到轧辊辊缝。并及时施加相应校正系数到执行器中，这意谓，考虑到执行器的响应时间和厚度测量的延时时间，当钢带通过辊缝时，有效关联的测量偏差。

这样就补偿了执行器的不可避免的响应时间。而且，如果前馈控制的分辨率足够高、液压辊缝控制足够快的话，此辊缝也能迅速地跟随快速的厚度变化。

有效的入口厚度被用作前馈控制的设定值。这使得当厚度控制有

效时，可以保证平滑的传输。

1.3 反馈控制实现了要求的出口绝对厚度

反馈控制达到所要求的绝对出口厚度。在轧机基座后的残余厚度偏差由厚度规h1记录并进行统计分析，以建立一个平均的厚度偏差。在随动回路中，取在特定带钢长度上测量的厚度规误差作为平均值，例如，在出口厚度规和辊缝之间的距离，利用一个完整运行的控制器将结果的修正应用于执行机构。将该完整的控制器优化调整到受控系统的特性，该受控系统由在辊缝中的带钢段到达及其在厚度规中后续测量之间与速度有关的延时确定。

因为该偏差在后面测量，辊缝的短时偏差不能用反馈控制修正。厚度仪的实际值由厚度仪的时间常数和附加的与速度有关的延时确定。辊缝与厚度仪之间的距离越短，反馈控制回路的质量越好。

2 带钢头尾厚度的控制

虽然在理论上各控制理论能够很好的达到目标厚度，但是在实际轧制过程中工艺条件、带钢特性、板型要求等因素对轧制的启动及运行都有很大影响。

为了减小轧制力、改善板型、使带钢尽快达到目标厚度值，在启动阶段需要增加张力；而在成材道次如果使用同样的张力，对于薄规格带钢则容易产生畸芯；所以对于带钢的卷取张力还需要根据实际操作及生产工艺做出适当调整，为了减少操作工等人为因素影响，下面是我公司进行的张力自动调整进行的调整与尝试。

调整方法及步骤：

1）实际调整方法：对于1.0mm以上带钢，在启动时出口侧卷取机张力为正常设定张力的1.25倍，卷径达到550mm（φ0）时张力按照锥度曲线开始下降，当卷径达到800mm（φ1）时，张力达到正常设定张力；当开卷侧卷取机卷径达到800mm（φ2）时，出口侧卷取机张力开始按照锥度曲线增加，当开卷侧卷取机卷径达到550mm （φ3）时，出口侧卷取机张力达到正常设定张力值的1.25倍；对于1.0mm以下带钢轧制时张力调整为1.3倍。

2）通过调整，带钢在轧机启动及停止过渡段的厚度波动有了很大改善，达到目标厚度的过渡段长度基本都在20米之内，大大提高了成材率；同时由于加入了张力自动调整，减少了操作工的操作强度。

3 结束语

可逆冷轧机组的厚度控制是一个比较繁琐的系统，内外部关系相互影响，例如轧辊偏芯、卷取偏芯、轧辊效率、材料刚度、机架模量等因素适时影响轧制带钢的厚度，所以在调试过程中需要综合考虑各方面的因素并做出补偿，才能得到很好的厚控效果。

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