许文强

（山钢股份济南分公司检修工程公司，山东济南　250101）

热卷箱控制在济钢热轧产线的应用

许文强

（山钢股份济南分公司检修工程公司，山东济南250101）

针对济钢1700热轧产线热卷箱控制钢卷卷形较差、移送功能控制不稳定、卷径控制计算不精准等问题，通过优化弯曲辊的模型计算参数、增加移送冗余控制、实施卷径分层计算等措施，实现了热卷箱控制的稳定运行，热卷箱作业率提高了30%。

热轧产线；热卷箱；辊缝控制；数学模型；卷径计算

1　前言

针对济钢1700热轧产线较短、除鳞效果不好、头尾温差较大、控温效果差、质量提升出现瓶颈等问题，2012年对热轧产线进行了重点改造，主要增加了热卷箱设备。通过近几年热卷箱的运行及系统优化控制，使得热卷箱的控制稳定性大大提高，热轧产品质量快速提升。

2　热卷箱控制功能

济钢1700产线应用的是第二代热卷箱控制，采用双液压缸分别控制入、出口弯曲辊，通过非线性的数学模型控制来实现弯曲辊辊缝的调节。根据模型的复杂计算，可以间接计算出弯曲辊在空间的运动轨迹，此种控制方式可满足辊缝更精确而灵活的控制需求，可精确地摆出所需辊缝，从而实现无芯钢卷卷眼的形成。热卷箱的自动化控制主要分两大部分，直通控制和热卷箱方式控制。直通方式下，热卷箱各工位高度设置为轧线水平位置，入口偏转辊和成型辊都下降到下位，开卷臂抬起到原始位置，热卷箱的各个输出辊道可看作是粗轧输出辊道的延长，直接与飞剪的入口辊道相连，由热卷箱发出控制命令，实现热卷箱的辊道速度控制。在使用热卷箱的控制过程中，热卷箱按时序工艺流程分为两段:卷取控制和开卷控制。

卷取控制过程中包含的主要功能有:带钢头跟踪、尾部跟踪，弯曲辊辊缝控制，各辊卷取的速度控制，钢卷直径计算，1#托卷辊的接触控制和尾部自动定位ATC等。开卷控制过程主要有钢卷移送控制、夹送辊辊缝控制、开卷速度控制、开卷卷径计算、开尾销的插入控制等。

3　热卷箱出现的几个问题

热卷箱在济钢热轧投入之初，由于设备控制稳定性差，再加上现场设备所处环境较恶劣，造成设备问题不断，严重影响了济钢1 700产线的生产节奏，也影响了热轧薄规格产品的开发及轧制。

3.1卷形质量差

热卷箱在投入后，由于弯曲辊的辊缝控制不稳定，辊缝不能精确摆动正常位置，热卷箱1A、1B控制辊的阶梯控制不好，造成钢卷磕碰控制辊的情况时有发生，热卷箱大臂压力环控制不稳定。这些问题直接导致了热卷箱的钢卷卷形质量较差，出现椭圆形钢卷，钢卷卷形较松，钢卷错卷，出现塔形、钢卷起套等问题，严重制约了后续轧制工序的进行，成材率不高。

3.2卷径计算不精准

热卷箱在高速卷取过程中，主要依靠弯曲辊和1A辊来进行卷径计算。钢卷在卷取控制的过程中，高速旋转与控制辊产生摩擦会造成打滑，导致通过控制辊及速度计算的钢卷卷径时大时小，很不稳定。同时控制辊的磨损也会影响卷径的计算。卷径计算不准确，影响后续热卷箱开卷控制的时序。

3.3钢卷尾部定位不准

钢卷在卷曲完成后，需要对钢卷的尾部进行定位，从而实现对钢卷的正常开卷。热卷在卷曲过程中，速度控制是一项复杂的运算。为了保证卷曲的顺利进行，加入速度超前率等参数，尾部定位跟踪也会出现相应的变化，再加上产品规格、板型控制的影响，使得钢卷的自动尾部定位很难精确控制。尾部定位不准，会造成开卷刀不能正常的插入钢卷，影响开卷的正常进行，对钢卷的温度控制造成较大的影响。

3.4钢卷移送功能不稳定

热卷箱在卷取完成后，开卷刀开卷，通过控制移送辊道对钢卷进行顺次移送。在移送过程中需要推卷辊和托卷辊2A、2B、3A、3B等移送辊道联动控制。由于现场环境差，检测元件不稳定等原因，造成钢卷移送功能不稳定，钢卷不能准确移送，经常自动停在辊道上，影响轧钢控制。

4　解决方案

针对热卷箱在应用过程中出现的各种问题，提出了针对性的解决方案并对热卷箱的控制进行了技术改造及系统优化。

1）热卷箱钢卷卷形主要通过弯曲辊的辊缝来控制。在钢卷卷取进缸初期，通过弯曲辊的预摆辊缝使带钢的内卷成形，其初始卷径一般控制为600 mm，随着带卷的卷取，卷径慢慢增大，弯曲辊辊缝也实时地进行慢慢调节。各种带坯厚度对应的弯曲辊初始辊缝设定都是由二级计算模型进行计算，由弯曲辊液压缸及位移传感器进行精确调节控制。弯曲辊辊缝控制结构如图1所示。根据现场的应用情况，重点对数学控制模型的参数进行微调，优化带钢的模型控制结构。同时针对开卷臂的压力控制进行优化，调节控制阀的应用参数，保证钢卷卷紧，卷形稳定。

图1　弯曲辊辊缝控制结构

2）卷径计算的问题涉及许多方面，如热卷箱速度控制、控制辊的辊径测量、带钢的厚度、宽度等。从程序原理控制方面进行优化修改较为复杂。重点对卷径计算完后的分层控制进行了研究，提出了针对不同规格的卷径优化方案。通过规格细化对真实卷径进行补偿，基本实现了钢卷卷径准确计算。

3）钢卷尾部定位受到卷径控制、速度控制、板形控制等影响，自动定位有时会出现偏差。针对应用的特殊性，参考了卷径计算的分层控制，对不同规格分别实行了各自定位，并开发实现了钢卷定位的手动补偿功能。

4）钢卷移送功能的机械结构较为复杂，其各辊控制都是独立控制，出现问题的概率较大。一旦有一个辊的控制出现问题，整个移送功能就失败了。针对这个情况，在正常使用的基础上开发完善了对热卷箱移送辊控制的参数调整，并编写了异常情况下的应急操作步骤。当移送辊道出现问题时，不会影响热卷箱的正常使用。主要对热卷箱的2A、2B、3A、3B的控制参数进行了修改完善，并增加了冗余控制功能，当出现问题时能够快速切换备用的控制参数，完成钢卷的顺利移送。

5　热卷箱应用效果

济钢1700热轧线设计紧凑，整条产线设备比国内同类型生产线短，根据产线的实际情况，优先采用了上述控制的第二代无芯卷取的热卷箱。通过在实际应用中的进一步技术改造，大大提高了热卷箱控制系统的稳定性，使热卷箱的有效作业率提高了30%。热卷箱的稳定运行使得带钢的头尾均温，保证了轧机匀速轧制，从而改善轧制质量、提高产品成材率。同时由于热卷箱的应用，拓宽了1700热轧产线薄板产品的规格，并使得稳定轧制1.5 mm厚的超极限规格产品成为可能。对某些表面质量要求较高的产品，热卷箱还具有良好的除鳞优势。济钢热轧厂在增加热卷箱后，产品质量迅速提升，经济效益显著。

TG334.9

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1004-4620（2016）05-0078-02

2016-08-05

许文强，男，1982年生，2005年毕业于青岛理工大学自动化专业。现为济钢检修工程公司工程师，从事热轧电气自动化技术应用及维护工作。