高强热轧带钢平整过程板型控制技术研究

程克林

（承德钢铁集团有限公司，河北 承德 067000）

高强热轧带钢平整过程板型控制技术作为提高板型平整度的关键技术，具有十分重要的研究意义。但目前来看，我国高强热轧带钢平整过程板型控制技术较为落后，主要通过磨削轧辊原始凸度的方法加以控制，导致很难满足多变的轧制情况，在控制后很容易出现板型质量问题。在后续的研究中，相关学者提出了动态分配负荷系数的方法，在高强热轧带钢平整过程板型控制精度方面取得了一定的研究成果，但轧出要求的板凸度仍然无法满足板型平直度的目标。因此，创兴高强热轧带钢平整过程板型控制技术是时下的热点研究话题。考虑到高强热轧带钢平整过程板型控制整体流程十分复杂，对数学模型的精度具有极高的要求，与此同时，需要结合先进的控制理念，致力于适应高强热轧带钢平整过程板型控制多扰动、多变量的需求。本文以此为研究前提，提出高强热轧带钢平整过程板型控制技术研究，希望能够通过分析影响高强热轧带钢平整的主要原因，设计出一种新型高强热轧带钢平整过程板型控制技术，通过降低控制偏度系数，为提高带钢的板形质量提供技术支持。

1 影响高强热轧带钢平整过程板型控制的主要原因

在高强热轧带钢平整过程中，影响板型控制的主要原因大致可通过4 点加以概括，分别为：轧辊问题、坯料尺寸不规范、带钢受热冷却不均匀以及辊缝设置不符合要求。轧辊问题主要是指在影响高强热轧时，带钢辊因会受到极大的轧制力，导致板型出现热凸、磨损严重的现象，致使板型控制过程失效[1]。不仅如此，如果轧辊自身材料质量不合理，在高强热轧带钢平整过程中必然会出现侧弯，此现象是无法通过控制技术进行修复的，必须加以重视。坯料尺寸不规范主要会影响断层的厚度，降低板型控制时宽度方向的延伸性，影响控制精度。带钢受热冷却不均匀会产生大量的应力，一旦其应力数值超出标准值，必然会对板型的平整度造成很大的影响，常见情况包括：宽边边浪或者是小边浪，进而增加高强热轧带钢平整过程板型控制的难度。辊缝设置不符合要求会导致单边差值相对较大，在此种情况下，高强热轧带钢平整过程板型控制无法针对板型整体进行，使之板型一遍控制精度符合标准，则另一边会出现控制失效的情况。

2 高强热轧带钢平整过程板型控制技术

本文设计的高强热轧带钢平整过程板型控制技术整体示意图，如图1 所示。

图1 高强热轧带钢平整过程板型控制

结合图1 所示，下文针对图中的3 点主要流程进行详细阐述。

2.1 计算板型预设定

为了控制高强热轧带钢平整过程板型，在带钢进入高强热轧机组之前，必须根据板型的长度、宽度、厚度以及材质等信息，计算板型预设定[2]。以计算的方式获取板形控制所需的各项数据。基于高强热轧带钢平整过程复杂、多样化的特点，运用自动化控制模式采用由内向外逐级原则计算板型预设定。首先，计算带钢的比例凸度，设带钢的比例凸度为V，则有公式（1）。

在公式（1）中，L指的是轧辊直径；S指的是轧辊的热磨损系数。在此基础上，计算高强热轧带钢平整过程板型的横移位置，设板型的横移位置为U，则有公式（2）。

在公式（2）中，N指的是轧制力数值大小，为实数；P指的是板型目标平直度。最后，计算弯辊力，设弯辊力为H，则其计算公式，如公式（3）所示。

通过公式（3），可得出高强热轧带钢平整过程板型控制弯辊力，为控制高强热轧带钢平整过程数据变量提供数据基础。根据获取的高强热轧带钢平整过程板型控制参数得知，部分数据是高强热轧带钢平整过程中频繁使用的[3]。因此，本文运用自动化控制模式，通过输入脉冲的频率精准控制高强热轧带钢平整过程数据变量。高强热轧带钢平整过程数据变量定义表，如表1 所示。

表1 高强热轧带钢平整过程数据变量定义表

根据表1 所示，完成高强热轧带钢平整过程数据变量定义后，可以应用自动化控制模式中的Single MHz 环的控制类型载波捕获灵敏度，通过调整载波捕获灵敏度，完成高强热轧带钢平整过程数据变量控制[4]。设自动化控制模式下载波捕获灵敏度的计算表达式为△，则其计算公式，如公式（4）所示。

在公式（4）中，Y指的是控制类型参数；J指的是带钢内部残余应力足。根据上述计算公式，可计算出板型预设定。

2.2 板型平直度自学习

计算板型预设定后，可知高强热轧带钢平整过程是动态变化的，因此板型控制属于短期自学习过程，可通过板型平直度自学习调整板型控制偏差[5]。基于此，设计板型平直度自学习模型，假定该模型表达式为F，则计算方程式如公式（5）所示。

在公式（5）中，ε指的是上块带钢的弯辊力偏差；∂指的是上块带钢的弯辊力微调值。通过板型平直度自学习模型，自动调节高强热轧带钢平整过程板型控制中产生的偏差，减少热轧轧辊热膨胀传递系数对辊缝的影响，提高板型控制精度。

2.3 控制板形

通过板型平直度自学习，综合分析高强热轧带钢平整过程板型控制的历史趋势[6]。以此为依据，设高强热轧带钢平整过程板型控制方程为E，则其计算公式，如公式（6）所示。

在公式（6）中，kv指的是在带钢的比例凸度下的板型前馈控制正序无功功率；s指的是控制特征；W指的是板凸度反馈弯辊力修正量。通过公式（6）可以将高强热轧带钢平整过程板型控制看作是控制点的一种延伸，将高强热轧带钢平整过程内所包含的板型控制信息无缝承接。与此同时，本文得出的控制方程表达方式能够被计算机识别，可以通过该控制方程实现高强热轧带钢平整过程板型控制。使用上述提出的高强热轧带钢平整过程板型控制技术，利用自动化控制模式中的频率跟踪功能，以提升高强热轧带钢平整过程板型控制信息频率跟踪的核心，控制A/D 转换输出的板型平直度缺陷检查界面。将波形器产生的信号作为时钟信号，则变负载状态下控制频率之间呈现负相关关系。因此，其最小值便为跟踪点控制频率的最大值[7]。为提高高强热轧带钢平整过程板型控制精度，本文通过记录每次控制信号的板型平直度，以此获取板型控制实时的状态。若存在当次记录值高于上次记录值，保留此次数值，反之保留上一次数值，当高强热轧带钢平整过程板型控制信息频率增加超过驱动电源变负载状态下的额定值时，记录在额定范围内的最大控制信息频率。假定超声驱动振动谐波频率在此范围内，此时状态下控制信息频率对应的频率值即为关键变量。在实际运用高强热轧带钢平整过程板型控制技术控制时，能够根据获得相关过程控制信息，实时掌握板型控制情况，控制高强热轧带钢平整过程。

3 实例分析

3.1 实验准备

本次实验选择某高强热轧带钢生产线作为实验对象，包括：一套2100mm 半连续热轧生产线以及平整分卷机组。弯辊力设计范围在500kN ～13000kN 之间；轧制力设计范围在-50kN ～500kN 之间。相关实验参数设置，如下表2 所示。

表2 实验网络参数设置

结合上述表2 中设定的参数数值，本次实验将控制偏度系数作为实验测试指标，控制偏度系数越低证明该控制技术的控制精度越高。分别使用传统控制技术以及本文设计控制技术进行实验，设置传统的控制技术为对照组，本文设计控制技术为实验组。在此次的实验中，设置实验时间为7h，记录实验结果。

3.2 实验结果与分析

根据实验结果得出两种控制技术的控制偏度系数，具体结果如图2 所示。

图2 控制偏度系数对比图

通过图2 可得出如下的结论：本文设计的控制技术在相同的测试时间中控制偏度系数相较于对照组更低，控制精度更高，能够实现高强热轧带钢平整过程板型精准控制。

4 结语

完成高强热轧带钢平整过程板型控制技术研究后，通过实验证明了设计技术的有效性，希望能够为提高高强热轧带钢平整过程板型控制精度做出一定的贡献。在后期的发展中，应加大本文设计控制技术在高强热轧带钢平整过程板型控制中的应用。尽管本文研究已趋于完善，能够取得了一定的研究成果，但对于该技术研究还不足，今后还要对其进行进一步研究，为高强热轧带钢平整过程板型控制的进一步优化提供参考依据。展望未来，针对高强热轧带钢平整过程板型控制技术的自动化优化也可以成为未来的研究方向。