轧钢卷取侧导板自动控制优化策略

尹浩彬

（首钢股份公司迁安钢铁公司，河北迁安 064400）

引言

带钢卷取是热轧工艺中的最后一道工序，由卷取机来完成。热轧卷取机入口侧导板的作用是将带钢导入卷取机，夹持带钢对准轧制中心线，这一过程对带钢的卷形好坏有直接影响[1]，其控制水平直接影响着钢卷卷形的质量。

在轧制硅钢、薄规格生产过程中，卷形常见的问题有错层、塔形、松卷等，其中最为严重的为头部塔形问题，头塔严重影响精整机组的产能和最终产品质量，这些都将造成生产成本的提高，影响企业的竞争力。

1 卷取机侧导板功能及控制原理

卷取机前侧导板位于层流冷却装置之后，每台卷取机夹送辊之前、输出辊道之上。其作用是把带钢对准轧制中心线送入夹送辊，并在进入夹送辊时侧导板夹持带钢以减少带钢的横向窜动。

在带钢进入卷取机前，侧导板两侧均为位置控制方式，卷取机带载后，侧导板单侧切换到压力控制、另一侧位置控制，在带钢尾部到达侧导板之前两侧均切换回位置控制，原设计侧导板卷钢控制过程详见图1。

图1 原设计侧导板控制时序示意图

A、B、C 数值由操作员通过HMI 画面输入或二级系统设定

1.1 预设定

在带钢到来之前,侧导板打开到W+A 位置，操作侧和传动侧均打开到W/2+A/2。

W:二级系统设定的带钢宽度；

A：二级系统或HMI画面设定初始偏移量。

1.2 短行程关闭

在带钢头部到达卷取机前冷检时，触发侧导板第一次头部短行程关闭动作，侧导板单侧动作到W/2+B/2+10 的位置，卷取机带载后触发侧导板第二次头部短行程关闭动作，侧导板单侧动作到W/2+B/2的位置，也就是说二次短行程为一级自动化程序中设定的固定值、单侧10 mm。在两次短行程全部完成以后，侧导板单侧切换到压力控制（压力控制侧的选择根据二级或HMI 画面设定），另一侧为位置控制，位置控制侧按照W/2+B/2 的位置进行位置闭环控制。

1.3 短行程打开

为了避免由于磨损造成的带钢尾部损伤，同时减少侧导板衬板的严重磨损，在带钢尾部到达侧导板之前，侧导板打开到一个比带钢较宽的开口度W/2+C/2。

1.4 下一块钢预设定

当带钢尾部到达夹送辊之后，侧导板按照下一块带钢的二级设定数据动作到预设位置，操作侧和传动侧均打开到W/2+A/2，如果下一块带钢数据未到达，侧导板打开到最大位置。

2 钢卷头部塔形缺陷原因分析

钢卷塔形问题是热轧产品质量的一个重要影响因素，直接影响着热轧工序成本。通过生产实践发现，侧导板的控制策略对卷形质量的影响非常大，钢卷头部塔形、错层、折边等卷形缺陷均与侧导板的控制密切相关，结合轧制薄规格及硅钢产品的特点及侧导板原设计控制策略，对钢卷头部卷形质量缺陷形成的原因进行分析。

2.1 硅钢产品中心线波动大，侧导板手动干预影响卷形

普通冷轧料精轧来料中心线波动基本在±30 mm 范围内，详见图2，无需操作人员进行干预，侧导板按照原设计程序自动控制即可完成带钢整个卷取过程。

图2 普通钢种精轧出口中心线曲线

硅钢来料中心线波动较大，超过±80 mm 的情况较为频繁，且个别时候出现超出曲线显示极限（±100 mm）情况，曲线详见图3。

图3 硅钢产品精轧出口中心线曲线

当来料中心线偏移较大时（一般超过±60 mm），卷取操作人员将手动干预打开侧导板，以防止带钢头部碰撞侧导板造成卡钢事故，这样就会造成带钢头部失控段增加，且手动打开操作干预的偏移量将叠加侧导板两侧，相当于人为增大了控制参数B 值，造成侧导板两侧距离带钢边缘位置增大，进而导致压力控制侧寻找带钢边缘动作时间加长、位置控制侧也偏离带钢边缘，势必引起头塔控制恶化，从曲线可以清晰地看出侧导板两侧实际位置存在36 mm 的偏差，带钢处于偏离中心线卷取状态，侧导板手动打开干预后控制曲线详见图4。

图4 侧导板手动干预曲线

2.2 侧导板衬板磨损

侧导板耐磨衬板会由于与带钢边部摩擦形成沟槽，卷取过程中带钢极易进入到严重磨损的沟槽中，这样带钢在实际卷取时侧导板压力控制侧在寻找带钢时动作距离就会增大，使带钢偏离实际设备中心线进行卷取，同时当侧导板的实际开口度小于带钢热态宽度超过35 mm 时将自动切断压力控制（避免侧导板关闭过多造成窝边等现象），单侧寻带钢边缘压力控制思想存在一定缺陷。

从图5 曲线中可以清晰地看出，侧导板进入到压力控制后，侧导板两侧实际位置偏差较大（传动侧实际位置621.5 mm，操作侧实际位置580 mm），带钢偏离设备中心线卷取，总开度1 201.5 mm远远小于二级下发的带钢热态宽度值1 242.01 mm，压力控制被切断后，侧导板两侧实际压力波动混乱，造成钢卷卷形控制质量差。

图5 侧导板衬板磨损控制曲线

2.3 侧导板二次短行程动作滞后

原设计当带钢头部进入卷取机、卷筒带载后触发侧导板二次短行程自动控制时序，这样将导致带钢头部失控距离较长，容易造成带钢头部卷取错边，控制曲线详见图6。

图6 原设计侧导板二次短行程控制曲线

3 控制优化策略及效果验证

3.1 增加侧导板三次短行程自动控制功能

结合带钢偏离设备中心线卷取的实际情况，在完全消化原设计两次短行程自动控制的基础上，增加侧导板三次短行程自动控制功能，又称侧导板位置控制侧跟随控制功能。在两次短行程动作全部结束后，触发位置控制侧跟随控制功能开始，位置控制侧的位置不再固定不变，将压力控制侧的实际位置作为位置控制侧的位置设定值，侧导板两侧同时关闭，压力控制侧寻找带钢边缘达到设定压力，位置控制侧根据压力控制侧时刻变化的位置进行跟踪自动关闭，当位置控制侧实际压力反馈达到此块带钢侧导板设定压力（L2或HMI设定）的80%后，跟随功能关闭，锁定当前实际位置作为此块带钢位置控制侧的位置控制设定值；压力控制侧控制模式不变，以恒定的压力作用到带钢上。增加侧导板三次短行程控制功能后的控制时序及效果曲线详见图7。从图7 中可以清晰地看出改进后两侧实际位置偏差很小，带钢位于设备中心线卷取，现场实际钢卷头部卷形有了非常显著的改善。

图7 增加三次短行程功能后控制曲线

新增该功能后，有效解决了三个方面的问题：一是可以更好地保证带钢在设备中心线上进行卷取、降低衬板磨损对于自动控制的严重影响，二是解决了带钢进入侧导板之前操作人员手动干预对于位置控制侧最终位置设定值的影响，三是两侧同时关闭对中，提高了带钢对中响应速度，减少侧导板失效段控制长度。

3.2 提高侧导板带钢头部压力设定

侧导板压力设定大，有可能导致带钢折边，折边是指卷取过程中带钢边部出现折叠的一种缺陷，在薄规格带钢卷取过程中容易产生该缺陷。其产生的主要原因是侧导板在压力控制模式下对带钢的夹持力过大,导致带钢边部折弯或带钢跑偏[3]；压力设定小，影响带钢对中效果，尤其影响到带钢头部阶段的导向对中。结合现场带钢实际的控制需求，优化侧导板头部压力设定，使侧导板对于同一块带钢压力设定实现了分段式控制。具体措施为，在二级系统或HMI 画面进行侧导板压力设定的基础上，一级自动化系统中在夹送辊带载后触发侧导板设定压力自动提高到130%，作用时间2 s，2 s 后自动恢复到二级系统设定，提高带钢头部的对中力度，详见图8。

图8 侧导板提高压力设定及提前二次短行程触发时机曲线

带钢头部阶段侧导板设定压力提升更加有利于带钢的对中卷取，同时增加带钢头部阶段侧导板压力设定后，也就提高了新增加的三次短行程控制功能位置控制侧锁定的压力门槛值，使得三次短行程控制功能运行更加稳定高效。

3.3 提前侧导板二次短行程的动作触发时机

将侧导板二次短行程动作触发的时机由卷取机卷筒带载提前到夹送辊带载，见图8。优化后侧导板二次短行程动作提前1 s，以带钢平均10 m/s的卷取速度计算，减少带钢头部失效控制段长度10 m，更好地保证了钢卷头部卷形。

综上，根据侧导板自动控制多项优化改进策略，得出功能改进后侧导板自动控制时序，详见图9。

图9 功能优化改进后侧导板控制时序图

4 结论

针对薄规格及硅钢产品钢卷头部卷形质量差的原因，通过增加侧导板三次短行程自动对中控制功能、提高侧导板带钢头部阶段压力设定、提前侧导板二次短行程的动作触发时机等一系列优化改进措施，有效解决了钢卷头部阶段塔形的质量缺陷问题，塔形钢卷数量明显减少，改善了产品质量，提升了用户满意度。