热连轧带钢断面形状检测与控制技术改进

凌爱兵，付文鹏

（宝钢股份上海梅山钢铁股份有限公司热轧厂，江苏 南京210039）

1 前 言

随着智慧制造技术在钢铁行业的不断应用，热轧带钢断面形状的自动封锁技术也在逐步实现并推广。断面形状自动封锁是由计算机根据一定规则自动判断，对断面形状检测精度提出了更高的要求。检测不准会造成大量断面自动封锁，不但影响生产的连续化，还容易造成质量的批量事故。

热轧1 780产线精轧机F1-F7配置弯辊与窜辊执行机构，工作辊采用CVC 辊形，对板形具有较强的控制能力。带钢断面形状检测由横向（宽度方向）实测厚度的离散点组成。离散点组成的横断面形状曲线可以真实反映带钢的断面轮廓形状，但也容易因部分检测噪点导致自动误封锁。拟合曲线虽能规避部分检测噪点，但有时也会掩盖部分真实的断面缺陷。

因此，将离散点组成的断面形状曲线用于断面自动封锁，对仪表检测断面的精度提出了更高的要求。现有文献分别从承载辊缝形状、轧辊磨损、断面形状拟合、数据挖掘等方面对断面形状进行了分析和问题改进［1-4］。针对某热连轧1 780 产线应用断面自动封锁技术后，对中部固定位置的“双峰”进行了对比、分析，避免了此类误检测导致的大量自动封锁，对防止真实的局部高点缺陷卷流入下游用户具有重要意义。在此基础上，进一步通过窜辊策略优化、“双乌龟壳”计划（即计划按“窄-宽-窄-次宽-窄”原则编排）等措施，解决了超长轧制计划末期的断面中部高点和M形断面问题，对延长轧制单位的公里数也具有重要意义。

2 问题分析

2.1 中部“双峰”的特点

1 780产线带钢断面形状曲线中部“双峰”的典型特点为：带钢头部断面曲线平滑正常，中尾部宽度中部位置有明显厚度“双峰”（如图1和图2所示，中尾部“双峰”高度约9～13 μm，对同一卷带钢，此“双峰”高度中尾部有略微增加趋势）。“双峰”在带钢横向位置相对固定，不随窜辊位置和带钢宽度变化而变化，且更换F1～F7工作辊无变化和改善。逐个空过精轧各个轧机也不能消除该中部“双峰”，该双峰易触发大量断面自动封锁，存在质量风险。

图1 头部断面(正常)

图2 中尾部断面(中部“双峰”)

2.2 多功能仪横移试验

为明确此中部“双峰”现象与多功能仪是否存在关联，通过将多功能仪C形架沿宽度方向横移一定距离，验证此中部“双峰”在宽度方向的相对位置是否发生变化。试验证明：对同钢种规格轧制，原来在宽度方向位置相对固定的“双峰”，随着多功能仪C形架移动方向，平移了60 mm的距离，如图3和图4 所示。将多功能仪C 形架移动60 mm 恢复原状，此中部“双峰”也回归原来的固定位置，说明此中部“双峰”与多功能仪C形架存在关联性。

图3 多功能仪C形架横移前断面

图4 多功能仪C形架横移后断面

2.3 多功能仪C形架下臂温度

由于带钢断面在带钢头部形状正常，一卷带钢纯轧时间一般在60～110 s左右，而中尾部中部“双峰”的隆起高度有略微增加的趋势。结合此现象，分析中部“双峰”可能与多功能仪下臂存在不均匀热变形有关。由于带钢经过多功能仪时的温度一般在840～920 ℃，带钢通过热辐射导致多功能仪下臂温度上升。为验证此结论，通过高温计实测多功能仪下臂罩壳温度，并与同类产线对比，见表1。某1 780 产线有钢时多功能仪下臂罩壳温度可达130 ℃，显著高于同类产线有钢时的温度（90 ℃），而无钢时多功能仪下臂罩壳温度与同类产线接近。

表1 多功能仪下臂罩壳温度对比 ℃

2.4 同卷钢头尾多功能仪标准化对比

由于多功能仪在轧机进钢前会自动进行一次标定（无钢时），消除环境误差带来的影响。为进一步验证多功能仪在有钢时C 形架下臂罩壳温度显著上升带来的影响，研究团队通过在同一卷带钢尾部离开多功能仪的瞬间，手动强制进行一次标准化。与带钢头部到达多功能仪前的标准化曲线对比，发现尾部离开多功能仪瞬间的标准化曲线存在12 μm 左右的相对波动。由于尾部带钢离开多功能仪的瞬间，多功能仪C形架下臂罩壳温度来不及下降，此时的多功能仪标准化曲线相对波动幅度反映了多功能仪C 形架下臂罩壳存在不均匀热变形的严重程度。

3 “双峰”问题解决方法

3.1 中部“双峰”产生的机理及解决方法

结合上述多功能仪横移试验、C形架下臂罩壳温度试验、头尾多功能仪标准化曲线等对比试验，可以证明多功能仪下臂罩壳在有钢时温度上升了80 ℃，多功能仪下臂不均匀热变形达到12 μm 左右，导致带钢在宽度方向固定位置出现中部“双峰”的根本原因。明确了该中部“双峰”产生的机理后，通过在多功能仪下臂旁边增加一排气雾冷却，有效解决了该问题，使多功能仪检测精度得到显著提升。

3.2 中部高点的分析与改进

在多功能仪检测精度提升的基础上，可以更加清楚地看到真实的局部高点，如图5所示。此类真实的局部高点在带钢全长均能看到，一般发生在轧制计划的中后期。通过对比试验，此类局部高点与前段轧机F1～F4 窜辊长时间在小范围内窜动有关，导致工作辊局部出现热膨胀和磨损不均匀，特别是同宽轧制时此现象较明显。通过在板形模型开发同宽识别模型，且每间隔3～4 块使F1～F4 窜辊往正窜或负窜，可有效规避此类局部高点，图6是开发此功能后，轧制单位第90～100 km 左右断面形状仍平滑，无明显局部高点。

图5 中部局部高点

图6 中部局部高点消失

3.3 M形断面的分析与改进

热轧1 780产线因窄薄规格酸洗和合金钢比例较高，为保证生产质量稳定，一般需要置于计划前中期。在计划中后期宽度反跳轧制宽规格冷轧材，违反传统“乌龟壳”计划编排原则，易导致计划中后期冷轧材出现M形异常断面。如图7所示，生产实践表明，此类M形断面与计划前中期窄薄规格编排块数过多有关，特别是窄规格带钢边部不均匀磨损程度变重影响较大。通过对计划规程进行优化，允许一定程度的自由轧制，即“双乌龟壳”轧制计划，计划中后期需要轧制宽度＞1 450 mm 以上的宽规格带钢时，对前面第一个“乌龟壳”窄薄规格块数进行限制，一般要求块数＜20 块。计划规程优化后，M形异常断面得到有效控制，见图8，计划中后期生产宽规格冷轧材，未出现M形异常断面。

图7 计划中后期宽板M形断面

图8 计划中后期宽板断面(控制前中期窄板块数)

4 结 语

通过多功能仪C 形架横移、C 形架下臂罩壳温度测量、头尾多功能仪标准化曲线等对比试验，明确了某热连轧1 780产线断面中部“双峰”产生的机理：多功能仪下臂罩壳在有钢时温度上升了80 ℃，导致多功能仪下臂不均匀热变形达到12 μm左右。并通过在多功能仪C形架附近增加气雾冷却，解决了断面误检测中部“双峰”问题，提升了多功能仪断面检测精度。

通过在板形模型开发同宽识别模型，且每间隔3～4 块使F1～F4 窜辊往正窜或负窜，有效控制了计划中后期局部高点问题，轧制单位第90～100 km左右断面形状仍平滑，无明显局部高点。

针对计划规程进行优化，使M形异常断面得到有效控制，计划中后期生产宽规格冷轧材，未出现M形异常断面。通过上述试验和改进，使某热连轧1 780产线断面形状降级量从月均243 t降至51 t。