热轧带钢轧机板形及自动化控制发表评论(0)编辑词条

    轧机板形和自动化控制是热轧带钢技术装备领域的关键环节，也是生产高精度、高附加值产品的根本保障。与国外先进水平相比，在自动化系统硬件、大型在线检测仪表以及板形、厚度、温度、压力的预设定模型方面我国尚存在较大差距。

    板形控制技术装备须突破预设定模型“瓶颈”

    在轧机板形控制技术装备的发展过程中也曾出现过“百花齐放”的局面，各种板形控制方式不断涌现。但经过多年的生产实践，目前比较有效的板形控制方式为CVC、PC、WRB/WRS，呈三足鼎立之势。可变凸度支承辊（VC）、板形控制全面系统（DUGS）也在不断地完善，并逐渐推广应用。
    CVC板形控制系统的原理是工作辊直径连续变化，上下工作辊配合时其辊缝形状随工作辊辊身长度变化而成多项式变化，通过工作辊轴向移动获得工作辊辊缝的正负凸度变化，从而实现对带钢凸度的控制。其凸度控制能力和工作辊轴向移动量为线性变化关系。凸度控制能力可以达到1.0毫米。
    PC成对交叉轧机通过上下轧辊的交叉来改变辊缝凸度。PC轧机的特点是凸度控制范围与交叉角的平方成正比，在交叉角度为0～1.5度时（在实际使用时交叉角控制在1度之内），其凸度控制范围为0～1400毫米。PC轧机有单交叉和双交叉两种方式，单交叉的交叉移动量是双交叉的两倍。因此在宽带钢轧机中一般选用双交叉方式，而窄带钢轧机则选用单交叉轧制方式（如宝钢1580毫米轧机）。PC轧机在后部机架采用在线磨辊方式来消除轧辊磨损，实现自由轧制。
    WRB/WRS系统工作辊弯辊和工作辊轴向移动，是一种使用范围广泛、历史悠久的板形控制方式，特别是在PC和CVC未投入实际应用以前，世界上很多厂家都采用这种方式，如日本日立（它称之为HCW）、法国CLECIM、美国UNITED等公司。WRB/WRS采用工作辊弯辊（WRB）控制凸度和平直度，工作辊轴向移动（WRS）减少工作辊磨损以实现自由轧制。凸度控制的能力视弯辊力大小而定。CLECIM的弯辊力为240吨（该公司的Sollac FOS厂），凸度控制能力可达500毫米，平直度可达±30IU。
    DUGS是WRB/WRS的一种，配备工作辊热凸度控制系统（RTC：沿工作辊辊身长度方向通过按弧线分布的工作辊冷却水喷嘴来控制工作辊冷却，从而保障工作辊热凸度的稳定）。在前部机架采用重型工作辊弯辊系统（+200吨/-120吨）和RTC，再配备工作辊的轴向移动来控制带钢凸度。
    VC方式支承辊辊型可变，但方法不统一，有支承辊内腔液压式、支承辊外衬式、支承辊阶梯式等，但普遍在热轧带钢生产中应用较少。
    除以上装置以外，板形控制的关键在于预设定和在线调节控制模型。其中，预设定模型更为复杂，它是热轧带钢领域模型设定中难度最大的，主要包括以下技术难点：轧辊系统的热变形以及挠曲变形机理和在线算法；轧件在轧制过程中的横向、纵向流动机理和在线算法，轧制压力和弯辊力作用下的辊缝变化机理和在线算法，不同辊缝条件下可能存在的板形缺陷预报机理和在线算法，弯辊力和AGC调节时轧制压力的非相干机理，凸度、平直度的相关机理，凸度、平直度在线调节机理，工作辊轴向力预测，工作辊磨损预测，轴向移动策略等。
    在线预设定计算时，国外成熟的算法包括神经元网格法、遗传算法、影响函数算法和有限元法等。
    在凸度、平直度控制精度方面，世界先进水平指标见表1（以3.0毫米带钢为例）。
    各方强强联合，实现合作共赢。中冶赛迪和燕山大学也开展了该技术的攻关，提出了SCS辊型曲线（采用正旋曲线原理和装置）和相应的控制模型，并在某些企业进行了在线测试，获得了与CVC相当的控制效果。
    燕山大学在轧辊系统的热变形、挠曲变形机理和在线算法方面享有开创性成果，提出了条元法计算策略。北京科技大学在板形控制自动化系统集成方面也有诸多业绩。从目前的成果应用情况来看，国内自主建设的热轧带钢生产线其板形控制技术装备仍是薄弱环节之一，控制精度、命中率、稳定性方面与国外先进水平存在一定的差距。
    国内的工程设计单位、大专院校应进行联合研发。目前许多大专院校在科研的同时又涉足工程建设，与国内工程公司形成封闭式的竞争格局，优势不能互补，成果难以推广，水平无法稳步提高，导致无法满足国内高端客户对国产板形控制技术的需求。

    自动化控制技术装备国产化任重道远

    国外先进的自动化系统除具有理论研究水平领先、业绩丰富、控制精度高等方面的优势外，还同时具有硬件平台和传动系统硬件支撑方面的优势。
    在国内热轧带钢车间目前广泛采用的是三级自动控制技术，即集成自动化L1、过程自动化L2和制造执行系统MES，控制范围从板坯入口到钢卷出库。
    在热轧带钢领域，我国自动化系统的技术水平与国外差距最大，这主要体现在以下两个方面：一是硬件平台方面。电气自动化的硬件设备方面目前我国基本上还是空白，PLC、过程计算机、大型检测仪表（凸度、厚度、平直度）、传感器（位置、压力、速度）、交直交变频装置等全部依赖国外进口。二是系统软件平台。L1～L2、MES自动化操作系统软件平台、编译平台以及各种开发维护工具软件等全部依赖国外产品，我国只能在应用软件方面进行二次开发。上述两个方面技术水平的巨大差距严重地阻碍了我国自动化领域的技术突破，只能依赖于我国的产业升级和整体技术进步。而且与国外硬件平台技术水平差距较大这一问题涉及我国所有工业领域，已成为电子领域刻不容缓、亟待逾越的鸿沟。
    在应用控制软件的开发方面，我国的基础应用自动化软件水平已经达到国际先进水平，顺控逻辑、反馈闭环、补偿与自学习等得到了生产实践的广泛验证，指标达到国际一流水平。由于缺乏自己的硬件平台，我国无法形成基础自动化方面的核心技术和成套技术，软件标准化方面也只停留在功能描述设计阶段。
    在过程自动化应用软件方面，虽然我们能够开发出跟踪、通信、预设定、自学习等全套应用软件系统，并能够成功运用到热轧带钢过程控制实践，但水平与国外差距很大，主要体现在预设定模型的精度和适应性方面。特别是宽度、厚度、温度、板形、轧制压力等预报模型，位置、压力、速度等设定模型的精度以及对生产状况的适应能力亟待提高。
    我国整体软件水平不高，究其根源，是我们对设定模型的算法缺乏系统、深入的基础研究，未形成基础研究、应用开发、实践验证、总结提高的良性循环。大专院校、工程公司“各自为政”、相互竞争，造成了资源的巨大浪费，这也是当前我国冶金技术研发领域存在的突出问题。在这一方面，我们应当积极向德国学习，德国的大专院校、生产企业、工程公司等拥有良好的合作关系，其基础研究、开发成果能够很好地为工程公司所用，相互配合、相互促进、共同提高。阻碍我国软件技术水平提高的另一个普遍难题就是知识产权的保护。基础研究、协调软件、应用软件开发成果应得到切实保护，我国相关知识产权保护工作有待加强。
    在MES应用系统方面，目前国内的技术水平已经处于世界领先，其技术涵盖订单合同管理、生产计划、轧制计划、板坯库管理、成品库管理、发货管理、报表等。我国热轧带钢生产的MES系统中，国内自主开发的系统占绝大多数。