热轧带钢自动宽度控制理论研究

在钢铁产能过剩严重和同质化竞争日

趋激烈的市场形势下，去产能呼声越来越高，对钢铁产品的质量和性能要求越来越高。而宽度精度是热轧带钢的关键指标之一，用户和后工序也对热轧带钢的宽度控制精度提出了越来越高的要求，提高成品宽度控制精度，能够在后续冷轧等工艺处理中减少切头切尾及剪边损耗，提高成材率，降低成本，提高效益。

1.概述

在热轧带钢生产过程中，影响产品宽度指标的因素受很多，例如：R1、R2和FM 秒流量变化、温度波动、轧机性能等等的影响。通过控制活套张力能够减小FM对宽度的影响，但在首钢京唐2250mm热轧生产线过程控制系统中，宽度控制主要是通过粗轧机两个立辊实现的。粗轧宽度控制就是针对侧压和水平轧制变形以及工艺参数对宽度变形的影响，采用控制模型和自适应技术，使成品卷沿全长宽度公差达到允许范围。粗轧自动宽度控制采用不同的控制方法以提高带钢宽度质量。常用的控制方法有：基于R1和R2轧制力的前馈AWC(FF-AWC)控制、基于R1E和R2E轧制力的AWC(RF-AWC)反馈控制、短行程控制(SSC)和缩颈补偿控制(NC)等。

2.AWC系统的构成与功能

2.1 AWC(自动宽度控制)系统功能构成

AWC(自动宽度控制)系统由以下功能构

成：

其中：Level 2功能指的是二级控制计算机的设定计算，主要立辊短行程的设定参考值，是根据道次数、各道次的出、入口宽度、轧制速度等参数来求得侧压的侧压量、立辊的辊缝、立辊的开口度等参数。Level 1功能指的是一级PLC的具体执行功能，接受的二级的指令信号后，控制

热轧带钢自动宽度控制理论研究

河钢股份有限公司唐山分公司信息自动化部 唐凤敏现场传感器控制轧机的具体动作，将辊缝预摆在合理值。AWC基本布置图如图1所示：

图1 AWC基本布置图

2.2 控制模式和时序

在HMI画面上，短行程和缩颈补偿可以单独选择，当FF-AWC(P)和RF-AWC同时选择，FF-AWC(P)优先于RF-AWC，FF-AWC(P)和RF-AWC不能够同时运行在每一道次，除了第一道次之外。在R2E第一道次，FF-AWC(W)优先于FF-AWC(P)和RF-AWC。如果SSP投入使用，操作员通常选择R1E CFR。如果R1E是空过，并且使用SSP，则使用R2E CFR。在R2E第一道次，CFR或FF-AWC(W)两者之一均可被选择。如果R2E空过，则颈缩补偿就不能选择。

2.3 头尾短行程控制

热轧板坯粗轧机组轧制过程中，在大侧压的作用下，由于板坯头尾部没有受到“刚端”的约束作用，立辊轧制后这部分金属要向中间流动，且非均匀延伸，越靠近端部收缩越严重，从而造成头尾失宽，为了保证成品的精度，需要在精轧机前切去失宽的头尾部分，就会大大影响成材率。短行程控制的原理是在立辊各道次轧制时，先将开口度加大，当板坯咬入后随轧入长度的增加再逐步缩小开口度到设定值。尾部控制与头部相反，即在到达尾部不稳定区后逐步放开开口度。其基本原理如图2所示：

图2 立辊短行程辊缝补偿示意图

通过头尾短行程控制，头尾的失宽现象得到了有效的补偿，减小了精轧机前飞剪的切头切尾梁，大大提高了成材率。

（下转第22页）

MA2，将MA2与已收到的移交ZC发送的移动授权MA1连接起来作为最终的跨区移动授权MA。当跨区列车完全位于接管ZC控制区内时，车载VOBC将停止与移交ZC进行通信，此时列车VOBC仅从接管ZC接收它的移动授权。

2.3 重叠式

跨区列车在移交ZC受控区域到接管ZC受控区域的交接遵循区段重叠的原则。重叠区域类似于跨区触发预定义区域，其为接受相邻两个ZC共同管理的一段区段轨道。移交ZC和接管ZC对运行至此区域的列车分别进行追踪和计算移动授权限制，跨区列车以收到的较大的移动授权允许控制列车运行。

列车通过区段边界的过程如下：

当跨区列车运行时重叠区域时，移交ZC与接管ZC均接受来自列车的信息，包括定位信息和列车追踪信息。两个ZC为该重叠区域内的列车计算移动授权MA1和MA2。重叠区域内的列车分别接收来自两个ZC的移动授权信息。列车VOBC设备经过安全计算后，选择二者中最大允许的指令。若列车仅仅自一个ZC接受移动授权指令，则其就是最大允许的指令。重叠区域要足够长，以避免列车在重叠区域内减速。确保当列车到达移交ZC授予移动授权边界减速时，总能够与接管ZC建立通信并被考虑进去。重叠区域内如果跨区列车与接管ZC的通信未建立，列车将继续与移交ZC通信，并将在当前移动授权终点停车。（姜庆阳，卢佩玲，刘剑，CBTC移动授权分配研究：中国铁路，2010）

2.4 比较分析

以上三种方式中，延长Ⅰ、Ⅱ式最终连接跨区移动授权的方式不同，Ⅰ由移交ZC连接MA1与MA2形成最终跨区移动授权并发送至相关列车，Ⅱ由列车分别接收移交ZC和接管ZC发送的移动授权MA1和MA2，并将二者连接形成跨区移动授权MA；重叠式中移交ZC与接管ZC仅负责各自管控区域内的移动授权，由跨区列车对最终移动授权进行连接。

3.总结

通过分析列车跨区移动授权产生方式，了解到CBTC的跨区移动授权分配过程，有助于维护人员更深入了解CBTC的运行原理，对提高CBTC系统运营效率具有一定的现实意义。

（上接第20页）

2.4 缩颈补偿控制(Necking Compensation)

在热连轧宽度成品控制中，精轧机最后机架轧制完成后带钢的宽度尺寸不再允许变化，但是对于一些薄规格的低碳钢，在头部刚进入卷取机时，由于卷取机的张力作用，精轧F7出口的带钢张力突然增大，带钢就会被拉窄，即产生缩颈效应。缩颈补偿功能就是通过精确跟踪轧件的运动轨迹，提前计算带钢可能被拉窄的长度位置，当精轧机前立辊轧制到相应的长度位置后，增大立辊的辊缝，在卷取机和F7轧机之间建立张力时，宽度缩颈

后，仍能保证带钢宽度在允许的工程范围内。

图3 带钢缩颈补偿原理图

2.5 基于R1和R2轧制力的前馈AWC基于R1E和R2E轧制力的反馈AWC

实际上，板坯的温度在长度方向上并不是均匀的，在加热炉中加热时，由于步进梁的遮挡，板坯上面就存在水印，在粗轧机轧制时，温度高的地方轧制力小，反之，温度低的地方轧制力大，从而使带钢的宽度发送变化。前馈AWC就是在粗轧入口增加一个热检HMD，实时监测板坯的表面温度，对于温度低的水印区域，提前增大轧辊的轧制力，对水印区域进行宽度补偿。而反馈AWC的功能，是在粗轧机出口安装测宽仪，通过出口宽度的变化曲线，在下道次轧制时进行辊缝补偿，进而保证带钢整体宽度的均匀性。

3.结束语

本文就带钢轧制过程中带钢宽度控制策略进行探讨,介绍了实现宽度控制的几种方法。实践表明,热轧生产线通过自动宽度控制,能够大大提高产品的宽度精度,特别是带钢头尾的宽度精度，得到了用户的极大好评，为企业创造了较大的效益。

参考：刘玠，杨卫东，刘文仲，热轧生产自动化技术：冶金工业出版社，2008；首钢京唐2250二级模型和功能说明。

作者简介：唐凤敏（1983—），女，汉族，中共党员，大学本科，冶金自动化工程师，研究方向：冶金自动化。