DAGC在600 mm九机架热连轧机上的应用

燕 铎，李玉贵，张进之，康 军，盛庆伟

(1.太原科技大学，机械工程学院，山西 太原 030024;2.钢铁研究总院，北京 100081;3.天津红日电气自动化有限公司，天津 300300)

0 前言

在板带材轧制中，板厚精度是衡量产品质量的一项重要指标。随着我国科学技术和经济的发展，热轧板带材的需求量大幅度增加及市场竞争的日益激烈，对其厚度精度的要求也日益提高。在热轧带钢生产中，通常是通过精轧的自动化厚度控制 (Automatic Gauge Control，AGC)功能来提高带钢厚度指标，以获得带钢纵向厚度的均匀性，满足后续工序或用户的需要。所以AGC系统是现代板带钢生产中不可缺少的组成部分。

传统的BISRA-AGC模型中没有轧件参数Q，从理论上讲是不完备的;GM-AGC控制系统可能会出现有伪正反馈现象 (简称“跑飞”)［1-2］。传统 AGC虽然能满足厚控精度的基本要求，但存在一些不足之处，所以在热连轧机上推广应用DAGC控制系统。与传统AGC相比，DAGC比BISRA系统具有响应速度快和可变刚度范围宽的优点［3］。实际轧制过程扰动是随机变化，DAGC发现轧件扰动可测，由测得的压力、辊缝实际值，一步计算出辊缝的调节量来实现厚度恒定控制。DAGC由数学分析法得出了动态辊缝差分方程，属动态数学模型［4］，所以在工程实际中得到广泛应用。

本文结合DAGC在某钢厂600 mm九机架热连轧精轧机上的应用，介绍了DAGC系统的控制原理和结构，分析在实际轧制过程中轧件塑性系数Q对辊缝调节量的影响。

1 600 mm九机架热连轧机工艺

图1 600 mm九机架热连轧生产线轧机布置简图Fig.1 Arrangement of 600 mm nine-stand hot strip mill

如图1所示，600 mm九机架热连轧生产线包括:板坯库、加热炉区、粗轧机区、粗精轧之间的输送辊道及高温计、切头剪、测宽仪、精轧区、测厚仪、测宽仪、高温计、蛇阵及热输出辊道 (平板链)、卷取区设备和成品库组成。粗轧机R1为三辊式劳特轧机，R2为两辊轧机，精轧机采用的是3立9平，立式卷取。立辊L1采用的是全液压压下控制方式，立辊L2、L3采用的是液压加电动压下控制方式，JP1～JP9机架采用的是全液压压下。

在生产过程中，粗轧区和精轧区的控制是相对独立的。板坯出加热炉，经输送辊道到达粗轧机R1，除磷后，R1实行四道次轧制，经翻转轨道到粗轧机R2，除磷轧制后厚度约为36 mm。再由热输送辊道送到切头剪切头，经精轧除磷后送入精轧机组轧制，由平板链送到卷取区卷取、打捆、入库;成品厚度范围为1.0 mm～5.0 mm。精轧机组的JP1～JP3实现大压下量轧制，JP4～JP9机架投入DAGC，实现板形和板厚精度控制，同时在JP8、JP9投入监控AGC。当投入AGC后，各机架稳定运行，活套波动量减小，辊缝校正量波动减小，趋于稳态。

2 动态设定型AGC系统

动态设定型AGC控制系统的核心是:通过实时测量压力和辊缝增量值来计算下一步的辊缝设定增量值，然后通过APC实现AGC控制功能的系统。

设在各采样时刻的扰动幅度不同的情况下，要求能够一次性将厚度差补偿掉，并将液压变刚度技术应用进去，可以推导出动态设定型变刚度AGC系统，其控制数学模型［5-6］为

式中，C为可变刚度系数;MC为当量刚度值(等效的轧机刚度系数)。

轧件塑性系数Q是指轧件塑性增加1 mm的压下量所需要的轧制力，是金属的 H、h、B、R、V、t、υ和材质等参数的非线性函数［7］。由于Q不仅与轧件温度有关，还与轧件物理性质、轧制道次有关。因此Q值不可能与实际值Q相等，为此分析Q值的误差对辊缝调节量的影响。近似的计算公式为

式中，Pi为轧制力实测值;Hi为轧件入口厚度;hi为轧件出口厚度;α为补偿系数。

动态设定型AGC系统框图如图2所示。APC为压下系统;ΔPd为压力扰动量;ΔPs为调节辊缝引起的压力变化;Se为辊缝锁定值;M为轧机刚度;Q为轧件塑性系数。通过轧机实测表明，动态设定型AGC的响应速度比传统的快，而且可变刚度范围较宽，与其他厚控方法共用时其稳定性好，无相互干扰。动态设定型AGC将厚度自动控制转化为模型设定，隔离了压力信号中的干扰信号对系统的不利影响，因此得到很好的应用。

图2 动态设定型AGC系统框图Fig.2 Block diagram of dynamic setting AGC system

3 应用效果

在轧制过程中计算Q值时，轧制压力Pi不是采用预估值，而采用实测轧制力进行在线计算轧件塑性系数Q值。为修正此种近似计算产生的误差，在公式中增加了补偿系数α(α值在现场调试过程中确定)。在调试过程中，对轧件塑性系数取不同的补偿系数α时的辊缝调节量进行数据采集，以JP5、JP6、JP7机架为例，辊缝调节量如图3～图5所示。

图3 α=1.1和α=1.0时三个机架的辊缝调节量趋势图Fig.3 Run chart of roll gap's regulating-variable of three stands as α =1.1 and α =1.0

图4 α=0.9和α=0.8时三个机架的辊缝调节量趋势图Fig.4 Run chart of roll gap's regulating-variable of three stands as α =0.9 and α =0.8

图5 α=0.7和α=0.6时三个机架的辊缝调节量趋势图Fig.5 Run chart of roll gap's regulating-variable of three stands as α =0.7 and α =0.6

图3～图5中，在取不同的补偿系数值时，对JP5、JP6、JP7三机架辊缝调节量趋势图进行对比，可以看出在α=0.6时各机架的辊缝调节量变化趋势比平稳，减小带钢轧制时的冲击，有利于轧制过程的安全稳定进行，最终取α=0.6为补偿系数。

当投入AGC后，活套波动量减小，辊缝校正量波动减小，各机架稳定运行，趋于稳态。图6、图7是分别是在测厚仪上测得不同规格的带钢厚度偏差曲线。

图6 轧制1.8 mm×395 mm时DAGC投入前、后带钢厚度偏差曲线Fig.6 Curves of 1.8 mm×395 mm strip thickness deviation before and after application DAGC

图7 轧制3.0 mm×235 mm时DAGC投入前、后带钢厚度偏差曲线Fig.7 Curves of 3.0 mm×235 mm strip thickness deviation before and after application DAGC

按用户要求:产品规格1.6 mm～2.0 mm的厚度精度测量范围是在去除头部、尾部2.5 m测量，厚度精度要求是±50μm，而实际测量的厚度精度小于±30 μm;产品规格2.1 mm～4.0 mm的厚度精度测量范围是在去除头部、尾部2.5 m测量，厚度精度要求是±70 μm，而实际测量的厚度精度为小于±40 μm，实际应用表明该系统控制效果比较好。

4 结束语

动态设定型AGC在九机架窄带热连轧机上应用，提高了系统的响应速度和厚度精度，使成品的厚度偏差小于±40μm，满足厂方提出的要求。

动态设定型AGC是根据实际轧制过程扰动可测，由数学分析法推导出来的动态数学模型。在轧制中计算轧件塑性系数Q时，采用的不是预估轧制力，而是实测轧制力，为修正预估轧制力与实测轧制力的误差，加入补偿系数，使各机架辊缝调节量波动减小，减小了轧制时的冲击，使带钢轧制更安全稳定运行。

同时将厚度控制与二级的轧制优化规程连成一体化使用，可将厚度控制转化为模型设定，共同利用了动态非线性弹跳方程实用技术，简化了厚控系统，提高了系统控制精度，实践证明了DAGC的实用价值，应当在工程实际中推广应用。

［1］张进之.热连轧厚度自动控制系统进化的综合分析 ［J］.重型机械，2004(3):1－10.

［2］杨卫东.GM-AGC的伪正反馈现象研究 ［J］.冶金自动化，2006(4):46－48.

［3］赵厚信，王喆，张进之，等.压力AGC系统与其它厚控系统共用的相关性分析 ［J］.冶金设备，2005(2).

［4］李玉贵，庞思勤，黄庆学，等.三种动态设定型AGC控制模型的分析 ［J］.重型机械，2006(5):1－4.

［5］丁修堃.轧制过程自动化 ［M］.北京:冶金工业出版社，2005.

［6］李玉贵，庞思勤，黄庆学，等.厚度自动控制技术的发展过程分析［A］.第二届宝钢学术年会－技术创新与循环经济 ［C］.上海:2006:351－358.

［7］郑申白编著.轧制过程自动化技术 ［M］.北京:化学工业出版社，2009:71－72.