材料加工实验与测试技术

冷轧厚度控制技术的应用

引言：

随着国民经济的高速发展，科学技术的不断进步，用户对板带钢材的品种、材质、精度提出了更高的要求，尤其在汽车工业、电子工业、高压容器等领域是对各种板带材要求更为苛刻。因而促使板带轧机向自动化、高速化和高精度方向发展，轧机的压下机构要具有高精度、快速性、稳定性、同步性、可靠性等要求。而钢材产品的精度主要指产品的外形尺寸精度，对于板带钢来说，外形尺寸包括厚度、宽度、板形、板凸度、平面形状等等。在所有的尺寸精度指标中，厚度精度是衡量板材及带材的最重要的质量指标之一，己成为国内外冶金行业普遍关注的一个焦点。首钢京唐公司冷轧厂装备了国内数一数二先进的设备，例如三冷轧厂酸轧作业区的日本三菱日立的UCM轧机，采用了厚度自动控制系统。

1、薄板冷连轧机AGC系统：

（1）用测厚仪测厚的反馈式厚度自动控制系统

70年代，厚度控制系统大多是这类系统，带钢从轧机出来之后，通过测厚仪测出实际轧出厚度并与设定厚度值相比较，得到厚度偏差，当二者相等时，厚度差运算器输出为零。若实测厚度值与给定厚度值相比较出现厚度偏差时，便将它反馈给厚度自动控制装置，变化为辊缝调节量的控制信号，输出给压下执行机构，以消除此厚度偏差。然而，这种控制方式，因检出的厚度变化量与辊缝的控制量不是在同一时间内发生的，所以实际轧出厚度的波动不能得到及时的反映，结果使整个厚度控制系统的操作有一定的时间滞后。为防止厚度控制过程中的此种时间滞后，往往采用厚度计式的厚度自动控制系统。

（2）厚度计式厚度自动控制系统

在轧制过程中，任何时刻的轧制压力P，机架刚度Km和空载辊缝S0都可以检测到，根据轧机的弹跳方程h＝S0＋P/Km，计算出任何时刻的实际轧出厚度h。这就等于把整个机架作为测量厚度的“厚度计”，这种检测厚度的方法称为厚度计方法。这种方法可以消除反馈式厚度控制的传递时间滞后，但是对于压下机构的电气和机械系

统、以及计算机控制时程序运行等的时间滞后仍然不能消除，这种方式从本质上讲仍然是反馈式的。

（3）前馈式厚度自动控制系统

前两种厚度控制系统，都避免不了控制上的传递上的滞后或过渡过程的滞后，因而限制了精度的进一步提高。特别是当来料的厚度波动较大时，更会影响带钢的实际轧出厚度的精度。为了克服此缺点，在现代化的冷连轧机上都广泛采用前馈式厚度自动控制系统，简称前馈AGC。它用测厚仪或以前一机架作为“厚度计”，在带钢没有进入本机架之前测量出其入口厚度并与给定厚度值进行比较，当有厚度偏差时，便预2第一章绪论先计算出可能产生的轧出厚度偏差，从而确定为消除此偏差值所需的辊缝调节量，然后根据该检测点进入本机架的时间和移动辊缝调节量所需的时间，提前对本机架进行厚度控制，使得厚度控制点正好是厚度偏差的检测点。前馈式厚度控制是属于开环控制系统，一般将前馈式与反馈式厚度控制系统结合使用。

（4）张力式厚度自动控制系统

张力的变化可以显著改变轧制压力，从而能改变轧出厚度。改变张力与改变压下位置控制厚度相比，其惯性小、反应快、易于稳定，在冷轧机尤其是薄板冷轧机上，由于轧件很薄、轧件的塑性刚度很大，靠调节辊缝进行厚度控制，效果很差，为进一步提高成品钢带的精度，常采用张力AGC进行厚度微调。

（5）液压厚度自动控制系统

20世纪下半叶以来，流体传动与控制技术得到了长足的发展，由于其功率大。惯性小、响应速度快等优点，在各工程领域中得到了广泛的应用。轧机的压下系统也逐步采用电液伺服技术，对提高成品带钢的精度有很大的现实意义。借助液压压下系统还可以实现轧机的刚度可调，做到在轧制过程中的实际辊缝固定不变，即“恒辊缝控制”，从而保证了实际轧出厚度不变，还可根据生产实际情况的变化，相应地控制轧机刚度，获得所需要的轧出厚度。

（6）冷连轧机流量AGC系统

20世纪90年代由于激光测速仪的推出使得有可能直接精确测量到带钢速度，因而不仅可精确获得各机架前滑值，而且通过变形区秒流量恒定法则有可能精确地计算出变形区的出口厚度。这一技术解决了长期困扰冷连轧机AGC系统设计的问题，即用入口测厚仪信号

进行前馈，由于开环控制不能保证出口厚度偏差为零。如果用出口测厚仪信号进行反馈，由于大滞后不稳定，为了保持稳定裕度，不得不减小反馈量。如果用轧制力通过弹跳方程计算变形区出口厚度虽然不存在滞后但弹跳方程测厚精度太低。由于激光测厚仪的采用，使这一问题迎刃而解，既可高精度地获得变形区出口厚度又可以没有滞后地进行反馈控制向厚度控制，其目的是为了获得带钢纵向厚度的均匀性。

对轧制力AGC不断进行标定或“监控”。换句话说，为了提高测厚精度，在弹跳方程中还需要增加几个补偿量，这主要是轧辊热膨胀与磨损的补偿和轴承油膜的补偿。由轧辊热膨胀与磨损所带来的辊缝变化以G表示之，这可以利用成品Ｘ射线测厚仪所测得的成品厚度，以及利用由此实测成品厚度按秒流量相等原则所推算出来的前面各架的厚度，把它们和用厚度仪方法所测算出的各架厚度进行比较，从而求得各架的G值。因此，可以将这种功能称之为“用Ｘ射线测厚仪对各架轧机的AGC系统进行标定和监视”。油膜补偿即是由于轧制速度的变化使支撑辊油膜轴承的油膜厚度发生变化，最终影响到辊缝值。设其影响量为δ，则最终轧出厚度应为：

h=S0+[(P-P0)/K]-δ-G （1—6）

在轧机速度变化时，AGC系统应根据此式对所测厚度进行修正。4、压力AGC控制（GMTR）

这种控制也被称为液压轧机的可变刚性。压力AGC控制可以有效地增加轧机刚性，使轧机的等效刚性远大于轧机的自然刚性。在轧制过程中，控制系统分别检测轧机操作侧和传动侧的轧制压力，根据轧机的刚性曲线，计算出轧制力所引起的机架拉伸，相对于预计机架拉伸的任何变化被送入辊缝控制环进行动态补偿。如果上述变化被完全补偿，即100％补偿，则轧机将呈现一无限大刚性，轧辊辊缝将不受来料厚度和硬度的影响，可以产生恒定的出口厚度。但是，100％轧机刚性补偿会使支承辊偏心完全反映在带材上，同时系统极不稳定，影响轧制精度，实际工作中，补偿的百分比需要调整以获得最佳的轧机性能。

2、厚度监控

通过出口侧测厚仪检测轧机出口侧带材的厚度偏差，控制轧辊辊缝或轧制压力，使厚度偏差趋于零。厚度监控可以消除因热膨胀、轧