第35卷第5期2011年9月
冶金自动化
Metallurgical Industry Automation
Vol．35No．5
Sep．2011
·经验交流·
1780mm热连轧机厚度控制优化
朱海华，吴俊，陈龙夫
（宝山钢铁股份有限公司不锈钢事业部热连轧厂，上海200431）
摘要：针对宝山钢铁股份有限公司不锈钢事业部1780mm热连轧机在厚度控制中遇到的厚度波动问题，通过优化机架间除鳞换热系数、钢种层别判定标准、AGC控制参数等措施，显著提高了带钢厚度控制精度，明显减少了在线及下游工序的厚度余材量，取得了较好效果。
关键词：热连轧机；厚度控制；换热系数优化；钢种层别判定标准优化；AGC控制参数优化；带钢尾端厚度补偿中图分类号：TG334.9文献标志码：B文章编号：1000-7059（2011）05-0057-04
1780mm hot strip mill thickness control optimization烧茄子
ZHU Hai-hua，WU Jun，CHEN Long-fu
（Baoshan Iron＆Steel Co.，Ltd．Stainless Steel Division，Hot Rolling Factory，Shanghai200431，China）Abstract：In order to solve the thickness variation problem encountered in thichness control of1780 mm hot strip mill of Stainless Steel Division of Baoshan Iron＆Steel Co.，Ltd.，a solution including op-timizing the heat transfer coefficient between the racks，decision of steel layer，AGC control parameters and other measures，is propod．It significantly improved the accuracy of strip thickness control，re-duced the thickness more than the amount of material of line and downstream process，and achieved good results．
Key words：hot rolling mill；thickness control；heat transfer coefficient optimization；decision of steel layer；AGC control parameters optimization；the end of the strip thickness compensation
厚度精度是热连轧机最重要的基础性指标之一，直接关系着最终用户或下游机组产品的尺寸精度［1
－6］。宝山钢铁股份有限公司不锈钢事业部1780mm热连轧机（以下简称1780mm热连轧机）于2003年引进投产，配置有1机架粗轧机，7机架精轧机，是当时国际上先进的热连轧机组之一，但随着近几年部分设备的改造及产品规格的不断拓展，在实际生产中陆续出现了以下问题：精轧机架间的冷却水改为除鳞水后带钢头部厚度偏薄、个别钢种切换或轧制某些特殊钢种时头部厚度波动大、部分钢种尾部超厚等，为此产生了较多的厚度余材量和质量异议。我们于2010年开始围绕如何提高带钢头尾厚度精度开展了一系列研究，基于日本三菱提供的精轧设定模型，在机架间除鳞换热系数、钢种层别判定标准、AGC控制参数等方面进行了优化调整，同时对计划接续、操作技能、质量设计等管理方面存在的问题采取了相应措施，使带钢头尾厚度精度得到了显著提高，明显减少了厚度余材量和质量异议，取得了较好效果。1机架间除鳞换热系数优化
2010年初，1780mm热连轧机进行了精轧机架间设备改造，将F1与F2及F2与F3之间的2组冷却水装置改为除鳞水装置，功能投用后却发现带钢普遍存在头部厚度偏薄现象。通过对精轧温降模型的分析发现，设计人员在模型中设置的除鳞换热系数为2800kJ/（m2·h·ħ），利用该系数计算出的带钢温降为38ħ，明显超出实际值，直接造成轧制力计算值偏大。针对这个问题，我
收稿日期：2011-04-28；修改稿收到日期：2011-07-25
作者简介：朱海华（1980-），男，上海人，工程师，主要从事热连轧机数学模型的研究及应用工作。
冶金自动化第35卷
们对除鳞效果进行试验后确定了带钢实际温降，并以此为基础重新计算换热系数，使模型计算结果更接近实际值。具体做法如下。
我们从轧制计划中选择一个普通轧件作为试验轧件，在轧制过程中分别开启一组机架间除鳞装置进行试验。通过对采集的终轧温度（FDT ）数据分析后发现，每组机架除鳞后带钢实际温降在13ħ左右。
精轧温降模型如下：
ΔθCal =L ·（θCal －θw ）·
exp
－2AT Cal
c ρH ()Cal
[
]煮黄豆
保肝护肝的食品
－1（1）
式中，ΔθCal 为除鳞温降，
ħ；L 为温度学习系数；θCal 为除鳞区入口温度，
ħ；θw 为除鳞水温度，ħ；A 为换热系数，
kJ /（m 2·h ·ħ）；T Cal 为经过除鳞区的时间，
s ；c 为带钢比热容，kJ /（kg ·ħ）；ρ为带钢密度，kg /m 3；H Cal 为带钢厚度，mm 。
对试验卷用精轧温降模型式（1）进行离线模拟计算，可以得出带钢温降与换热系数的关系如图1所示。从图1可以看出实际温降13ħ对应的
换热系数为1000kJ /（m 2·h ·ħ），与原来的换热系数2800kJ /（m 2
·
h ·ħ）相差较大
。图1模拟计算显示的温降及换热系数的关系Fig.1
Simulation of the relationship of the temperature drop and heat transfer coefficient
对精轧温降模型的除鳞换热系数进行调整后，彻底解决了投用机架除鳞后带钢头部厚度偏
薄的现象。
2钢种层别判定优化
1780mm 热连轧机原模型中对于普通低碳软
钢钢种的划分是根据碳当量的不同来进行层别判定的，碳当量的计算公式如下：C eq =ω（C ）+
ω（Mn ）6+ω（Si ）
临终囧事24
（2）
式中，C eq 为碳当量，%；ω（）为各元素质量分数，
模型根据碳当量进行层别划分的原则如表1
所示。
表1钢种层别判定表
Table 1Decision table of steel layer学习包子
层别号钢种
1C eq ＜0.06低碳钢12C eq ＜0.11低碳钢23C eq ＜0.18
低碳钢3…
…
…
通过对普通低碳软钢厚度及辊缝数据的长期研究和分析后发现，硼元素具有增强带钢强度及强化晶界的特点，
因此硼元素质量分数的高低对于低碳软钢的头部辊缝设定精度有非常大的影响，这一点从图2和图3中可以看出。图2是2010年2季度轧制SPHC /D /E 钢种时F7AGC 辊缝动作情况，由图可知，当带钢从低硼钢切换到高硼钢或从高硼钢切换到低硼钢时，辊缝动作量为384μm ，而不切换时辊缝动作量只有121μm 。图3是轧制SPHC 3mm ˑ1250mm 规格带钢时带钢头部厚度偏差的数据统计，从图中可以看出，从低硼钢切换到高硼钢时，带钢头部厚度偏厚；而从高硼钢切换到低硼钢时，带钢头部厚度偏薄。
图2
钢种切换时辊缝动作量
Fig.2
Amount of roll while grades switched
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第5期
朱海华，等：1780mm
热连轧机厚度控制优化
图3钢种切换时带钢头部厚度偏差
Fig.3
Strip thickness deviation of the head while
grades switched
由于原层别判定原则中未充分考虑到上述影响，因此在实际轧制过程中经常遇到模型层别判定不准确导致的头部厚度波动大的问题。为此，我们通过分析普通低碳软钢中硼元素的质量分数，确定了以0.0015%为分界线，小于0.0015%的为低硼钢，大于0.0015%的为高硼钢，然后对
表1进行了优化，新增了层别51，52和53，生成新的层别判断标准如表2所示。
表2新的钢种层别判定表
Table 2New decision table of steel layer
层别号钢种
1C eq ＜0.06and ω（B ）＜0.0015%低碳钢12C eq ＜0.11and ω（B ）＜0.0015%低碳钢23C eq ＜0.18and ω（B ）＜0.0015%低碳钢351C eq ＜0.06and ω（B ）≥0.0015%含硼低碳钢152C eq ＜0.11and ω（B ）≥0.0015%含硼低碳钢253C eq ＜0.18and ω（B ）≥0.0015%
含硼低碳钢3
…
…
…
采用新的钢种层别判定表后，普通低碳软钢
头部厚度精度提高了20%。
3AGC 控制参数优化
针对部分钢种带钢尾部超厚的问题，我们主
要对RF-AGC 增益系数和尾端补偿量进行了优化，。
3.1
RF-AGC 增益系数优化
在带钢头部穿带过程中，各机架咬钢并延迟
一定时间后RF-AGC 功能投入，这时首先锁定本机架当前轧制力和辊缝值，
并在此基础上计算出本机架带钢的厚度作为目标厚度，然后根据咬钢过程中本机架的轧制力变化量计
算得出带钢厚度变化量来调节辊缝，以达到消除本机架带钢出口厚度偏差的目的，RF-AGC 轧制力与厚度的关系见图4。
图4RF-AGC P-H 图Fig.4
RF-AGC P-H graph
共青团员1—锁定状态；2—实际状态；3—目标状态；A —刚度系数（M ）曲线；B —塑性系数（Q ）曲线；C —目标厚度；F 1—锁定时轧制力；F 2—当前轧制力；S N —目标辊缝；S n —实际辊缝；S n0—锁定辊缝；h n0—目标出口厚度；h n —实际出口厚度；H n0—锁定时入口厚度；H n —当前入口厚度；
△S n —辊缝调节量
轧制过程中，当来料厚度由H n0变化到H n 时，可以根据上图所示的原理计算出消除来料厚度差所需的辊缝调节量△S n ，具体如以下公式所示：
因为h n =S n +F 2/M ，h n0=S n0+F 1/M 所以△h =h n －h n0=（F 2－F 1）/M +S n －S n0
因此
△S n =Δh ［
（M +Q ）/M ］实际使用时考虑到压下效率还需要乘以增益
系数G RF ，则有
△S n =Δh ［
（M +Q ）/M ］G RF （3）1780mm 热连轧机在轧制一些变形抗力大的汽车结构钢或奥氏体不锈钢时，带钢头部普遍存在厚度波动大的问题。通过分析其波动距离及幅度发现，主要原因是G RF 设置偏小，当轧件来料温
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度或厚度发生较大波动时RF-AGC 的厚度纠偏往往不能调节到位。为了提高AGC 的压下效率及
动作敏感度，我们在模型层别表中对硬度等级4以上的钢种上调整了RF 较好地解决了该问题。
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3.2尾端厚度补偿（TEC）优化
正常抛钢过程中，当带尾穿过一个机架时，当前机架与下一机架之间的张力降为0，下一机架的出口带钢厚度将增加，这时仅靠RF-AGC功能很难保证出口厚度，因此需要在机架抛钢前对辊缝强制压下，即进行尾端补偿。通过对1780mm热连轧机的尾端补偿参数进行梳理，发现部分钢种层别设置不合理有些机架甚至未投用该功能，由此造成较多尾部超厚的钢卷。在实际优化过程中需要注意，如果补偿值过大会造成尾部轧破甚至甩尾等轧制不稳定现象，为此我们对1780mm热连轧机每个机架的尾端补偿量按照以下原则进行设置：硬度等级大的钢种补偿量大；成品厚度薄的规格补偿量小；下游机架的补偿量要逐渐减小，必要时可以把F6和F7的补偿量全部转移到前机架。改进后带钢尾部厚度精度提高了15%。
4其他注意事项
除了以上厚度控制方面的优化外，还需在计划接续、操作技能、质量设计等方面加强关注，才能进一步提高产品的厚度精度及最大程度地满足用户的需求。
（1）计划接续。现场轧制时要避免在硬度等级最高的钢种和硬度等级最低的钢种之间直接过渡，因为模型中参与辊缝计算的轧辊磨损值主要靠自学习来保证，如果硬度等级跳跃太大则会对自学习精度造成影响，从而造成头部厚度波动。
（2）操作技能。现场轧制薄规格或难轧规格带钢时，部分操作人员为了提高带钢尾部轧制稳定性，经常在抛钢时习惯性地使用“防甩尾按钮”（快开后机架辊缝），从而导致尾部厚度不合格。为此，我们在管理上细化了操作规范，明确了该功能的使用范畴，减少了因盲目使用该功能而造成的质量损失。
（3）质量设计。产品的厚度质量设计既需要充分了解用户的需求范围又需要考虑现场的工序控制误差，因此其合理性是最终产品精度的重要保证。例如：1780mm热连轧机的平整延伸率采用的是经验值，在生产过程中发现其与实际值有较大差异，攻关过程中通过对不同钢种、不同规格的带钢在不同平整轧制力下的延伸率进行长时间的试验，积累了一套符合现场实际生产情况的数据，显著提高了质量设计的准确性，减少了下游机组的厚度余材量。5结束语
通过采取以上措施，目前1780mm热连轧机的厚度适中率及控制精度都得到明显提升，不仅创造了可观的经济效益，同时也提高了公司整体产品的形象。但是目前精轧模型的头部FDT计算精度还不是很高，时常造成辊缝计算出现偏差而影响头部厚度精度，这也是我们下一步工作的努力方向。
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［编辑：沈黎颖］
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