D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.05.017 第29卷第5期 北京科技大学学报 Vol.29 No.5 2007年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2007 热带钢轧机板形综合控制技术开发 何安瑞)黄涛)杨荃)陈先霖)赵林) 1)北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京1000832)鞍山钢铁集团公司热轧带钢厂，鞍山114021 摘要为了改善热带钢轧机的板形控制性能、提高产品的板形质量、降低生产消耗，针对工作辊可轴向窜动的热带钢轧机， 在大量有限元模拟基础上开发了特殊的工作辊辊形技术和支持辊辊形技术及相应的板形控制模型，包括过程控制系统(L2 级)的板形设定控制模型和基础自动化系统(L1级)的弯辊力前馈控制模型、凸度反馈控制模型及平坦度反馈控制模型·在经 历离线模型建立、在线编程和调试等诸多复杂过程后，辊形技术及板形控制模型在工业宽带钢热轧机上进行了长期、稳定的 应用.生产实践表明，采用这些板形控制技术后，凸度偏差控制在士18m的比例超过93%，平坦度偏差控制在士25U的比 例超过94%，同时实现了自由规程轧制. 关键词轧机：热带钢：板形控制：辊形：模型：轧制规程 分类号TG334.9:TP273 板形是热轧带钢产品主要尺寸精度之一，也是 1.1工作辊辊形技术 目前还未得到很好解决、困扰生产企业的难题之一， 工作辊辊形主要指初始辊形，也称为磨削辊形， 国内虽然在20世纪六七十年代就开始进行板形相 或者为上机前辊形，作为综合辊形的一部分，改变 关理论的研究，并取得很多成功用于工业生产的单 工作辊的初始辊形将改变轧制时空载辊缝形状，对 项成果，但还未见有向用户提供自主开发的、系统 带钢的板形及板形控制有重要的影响.工作辊辊形 的、成套的板形控制技术并完成从设计到实施、从编 一旦确定，将对整个工作辊换辊周期内所轧的带钢 程到调试、从工艺到模型的整个过程的成功实例. 的板形控制均起作用，另外，除用于带钢的板形控 因而，成套的板形控制技术目前多依赖于几家国际 制外，工作辊的初始辊形对轧制时带钢的运行状态 知名的公司提供，这一方面增加了企业的投入，另 也有重要的影响，合理的工作辊初始辊形可以改善 一方面由于这些公司越来越注重技术保密，不提供 板形控制的起点，增加带钢运行的稳定性 核心技术的设计原理及关键控制程序代码，使得日 对于工作辊配备窜辊系统的热连轧机精轧机组 后企业在进行工艺改进或新产品开发方面处于不利 而言，根据热轧的板形控制策略，在精轧机组下游机 地位，因而有必要集成已经开发成功的板形控制技 架，由于轧辊磨损严重，同时为实现自由规程轧制 术，开发其相应的控制模型，并在工业轧机进行实 (逆宽轧制、增加同宽轧制量、延长换辊周期、改善产 施 品表面质量等)，一般采用普通辊形的工作辊，利用 1辊形技术 工作辊的长行程窜辊系统(WRS)轴向周期窜动，均 匀化轧辊的磨损，实现带钢边部形状的控制，同时， 辊形是控制带钢板形最直接、最有效和最灵活 利用工作辊弯辊系统，保持等比例凸度变化以控制 的板形控制技术，也是最能体现自主创新的板形控 带钢平坦度.而在上游机架则采用线性变凸度的工 制技术.事实上，当今很多国际知名的板形控制技 作辊((linearl山y variable crown,简称LVC)同，以显著 术的创新点就在于辊形技术的创新，如CVC山、 增加轧机的板形控制能力，为下游机架的板形控制 UPC2]和SmartCrown]等 提供良好基础 对于四辊轧机而言，工作辊和支持辊均可作为 CVC(continuously variable crown)工作辊技术 技术载体，分别进行辊形技术的开发，各自实现自己 最早是由德国西马克公司开发的标志性板形控制技 的控制目标，显著改善轧机的板形控制性能， 术，目前在热轧和冷轧均有许多成功的应用实例， 收稿日期：2006-03-28修回日期：2006-09-25 这种辊形技术的板形控制特性如下6]： 基金项目：“九五”国家重大技术装备研制项目(N。.97-31G0-01) (1)空载辊缝的二次凸度C.与轧辊的窜动量 作者简介：何安瑞(1972一)，男，副教授，博士 呈线性关系，这种特性对于简化辊形的上机使用、实
热带钢轧机板形综合控制技术开发 何安瑞1） 黄 涛1） 杨 荃1） 陈先霖1） 赵 林2） 1） 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心北京100083 2） 鞍山钢铁集团公司热轧带钢厂鞍山114021 摘 要 为了改善热带钢轧机的板形控制性能、提高产品的板形质量、降低生产消耗针对工作辊可轴向窜动的热带钢轧机 在大量有限元模拟基础上开发了特殊的工作辊辊形技术和支持辊辊形技术及相应的板形控制模型包括过程控制系统（L2 级）的板形设定控制模型和基础自动化系统（L1级）的弯辊力前馈控制模型、凸度反馈控制模型及平坦度反馈控制模型．在经 历离线模型建立、在线编程和调试等诸多复杂过程后辊形技术及板形控制模型在工业宽带钢热轧机上进行了长期、稳定的 应用．生产实践表明采用这些板形控制技术后凸度偏差控制在±18μm 的比例超过93％平坦度偏差控制在±25IU 的比 例超过94％同时实现了自由规程轧制． 关键词 轧机；热带钢；板形控制；辊形；模型；轧制规程 分类号 TG334∙9；TP273 收稿日期：2006-03-28 修回日期：2006-09-25 基金项目：“九五”国家重大技术装备研制项目（No．97－316－01－01） 作者简介：何安瑞（1972－）男副教授博士 板形是热轧带钢产品主要尺寸精度之一也是 目前还未得到很好解决、困扰生产企业的难题之一． 国内虽然在20世纪六七十年代就开始进行板形相 关理论的研究并取得很多成功用于工业生产的单 项成果但还未见有向用户提供自主开发的、系统 的、成套的板形控制技术并完成从设计到实施、从编 程到调试、从工艺到模型的整个过程的成功实例． 因而成套的板形控制技术目前多依赖于几家国际 知名的公司提供．这一方面增加了企业的投入另 一方面由于这些公司越来越注重技术保密不提供 核心技术的设计原理及关键控制程序代码使得日 后企业在进行工艺改进或新产品开发方面处于不利 地位．因而有必要集成已经开发成功的板形控制技 术开发其相应的控制模型并在工业轧机进行实 施． 1 辊形技术 辊形是控制带钢板形最直接、最有效和最灵活 的板形控制技术也是最能体现自主创新的板形控 制技术．事实上当今很多国际知名的板形控制技 术的创新点就在于辊形技术的创新如 CVC ［1］、 UPC ［2］和 SmartCrown ［3］等． 对于四辊轧机而言工作辊和支持辊均可作为 技术载体分别进行辊形技术的开发各自实现自己 的控制目标显著改善轧机的板形控制性能［4］． 1∙1 工作辊辊形技术 工作辊辊形主要指初始辊形也称为磨削辊形 或者为上机前辊形．作为综合辊形的一部分改变 工作辊的初始辊形将改变轧制时空载辊缝形状对 带钢的板形及板形控制有重要的影响．工作辊辊形 一旦确定将对整个工作辊换辊周期内所轧的带钢 的板形控制均起作用．另外除用于带钢的板形控 制外工作辊的初始辊形对轧制时带钢的运行状态 也有重要的影响合理的工作辊初始辊形可以改善 板形控制的起点增加带钢运行的稳定性． 对于工作辊配备窜辊系统的热连轧机精轧机组 而言根据热轧的板形控制策略在精轧机组下游机 架由于轧辊磨损严重同时为实现自由规程轧制 （逆宽轧制、增加同宽轧制量、延长换辊周期、改善产 品表面质量等）一般采用普通辊形的工作辊利用 工作辊的长行程窜辊系统（WRS）轴向周期窜动均 匀化轧辊的磨损实现带钢边部形状的控制．同时 利用工作辊弯辊系统保持等比例凸度变化以控制 带钢平坦度．而在上游机架则采用线性变凸度的工 作辊（linearly variable crown简称 LVC） ［5］以显著 增加轧机的板形控制能力为下游机架的板形控制 提供良好基础． CVC（continuously variable crown）工作辊技术 最早是由德国西马克公司开发的标志性板形控制技 术目前在热轧和冷轧均有许多成功的应用实例． 这种辊形技术的板形控制特性如下［6］： （1） 空载辊缝的二次凸度 Cw 与轧辊的窜动量 呈线性关系这种特性对于简化辊形的上机使用、实 第29卷 第5期 2007年 5月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．5 May2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．05．017
,520 北京科技大学学报 第29卷 现自动控制非常有利 设定计算，主要是为保证带钢头部的凸度目标值和 (2)空载辊缝的二次凸度C。与所轧带钢的宽 精轧机下游各机架比例凸度，从而也保证带钢平坦 度呈二次方关系，意味着在轧制宽的带钢，其凸度 度目标值 调节能力较大，而轧制窄的带钢时，凸度调节能力呈 在热轧过程中，板形设定控制在整个板形自动 二次方下降，变得较小.事实上，对于宽料，由于弯 控制中占据非常重要的地位，它不仅决定了带钢头 辊力本身的板形调控功效很好，导致板形控制能力 部的板形控制精度；而且作为板形反馈控制的起点， 富余；而轧制窄料时，弯辊力的板形调控功效不好， 对反馈控制的效果也有很大影响，图1为板形设定 加之辊形的调节能力不强，使得轧机的整体板形控 控制模型的主要计算流程图 制能力不强 工作辊初始辊形计算 数据准备 LVC技术既实现了二次凸度C.与带钢宽度 工作银磨损锟形计算 呈线性关系，又保持C与轧辊窜动量的线性化· 工作辊综合辊形计算 工作辊热辊形计算 另外，LVC辊形不仅具有二次凸度的控制能力，还 支持根综合辊形计算 具有高次凸度的控制能力，例如消除边1/4浪、边中 支持辊初始辊形计算 复合浪等复杂浪形 支持辊磨损辊形计算 窜辊设定计算 支持辊热辊形计算 P 1.2支持辊辊形技术 模型系数计算 热轧轧制条件复杂恶劣，板形控制的干扰因素 机架间目标凸度和 很多，所有干扰因素集中表现为轧制过程中轧制力 平坦度计算 的波动和辊形的变化， 各机架弯辊力计算 为了消除或减轻轧制力波动和辊形变化对板形 机架间凸度和 平坦度计算 控制、操作等造成的影响，改善轧机的板形控制性 各机架弯辊力优化 能，在精轧机组全部采用变接触支持辊技术(vai 数据输出及存储 able contact-length backup roll,.简称VCR)[]. VCR辊形技术的核心是在支持辊上磨削特殊 图1板形设定控制模型计算流程 的辊形曲线，使得辊系在轧制力的作用下，支持辊和 Fig-1 Flow chart of the shape setup control model 工作辊的辊间接触长度能够与所轧带钢的宽度相适 2.2弯辊力前馈控制模型 应，消除或减少辊间“有害接触区”，提高承载辊缝的 在热连轧板带生产中，由于轧制温度、材质、精 横向刚度，增加轧机对板形干扰因素（包括来料的板 轧来料厚度、辊形等无法准确预知的因素以及AGC 形波动和轧制力波动等)的抵抗能力，抑制板形缺陷 系统对于辊缝的不断调整，轧制力在轧制过程中会 的产生，使轧后带钢的板形保持稳定。同时，由于 在很大的范围内波动.轧制力变化影响本机架出口 “有害接触区”的减少，增加了弯辊力的调控功效，使 带钢凸度，破坏机架间的协调平衡，如果任其发展 得轧机能够多快好省地消除板形缺陷，提高轧机的 而不加以干预，则带钢的板形必然也会随之波动，造 板形控制能力，另外，由于VCR技术改变了支持辊 成生产的不稳定和带钢板形的恶化.为了消除由于 与工作辊辊间的接触状态，对改善支持辊轴向不均 轧制力的波动给带钢板形带来的不良影响，最有效 匀磨损、延长支持辊的换辊周期乃至增加产量具有 的方法是使弯辊力随轧制力的波动以一定周期做出 非常积极的作用 相应的补偿性调整，以稳定承载辊缝的形状，使带钢 2控制模型 顺行、轧制生产稳定，这一功能由弯辊力前馈控制 模型来完成，通常也称为小闭环模型，即精轧机组各 板形自动控制模型包括过程控制级(L2)的窜 机架工作辊弯辊力根据其轧制力变化而进行相应的 辊设定模型和弯辊力设定模型（统称为板形设定控 前馈调节控制，以保证带钢全长板形的稳定 制模型)、基础自动化级(L1)的弯辊力前馈控制模 2.3凸度反馈控制模型 型、凸度反馈控制模型和平坦度反馈控制模型等. 如果在精轧机组出口安装有能快速检测出带钢 2.1板形设定控制模型 轧后凸度的凸度仪，则可在L1实现凸度反馈控制. 板形设定模型根据精轧设定模型计算的结果计 根据凸度仪检测带钢实际凸度值，与目标凸度 算精轧机组各机架工作辊的窜辊位置和弯辊力，并 值进行比较，得出凸度反馈控制偏差，依次通过调整 将设定值下达给L1.每块带钢可进行1~3次板形 精轧机组上游机架的弯辊力，以消除凸度偏差.当
现自动控制非常有利． （2） 空载辊缝的二次凸度 Cw 与所轧带钢的宽 度呈二次方关系．意味着在轧制宽的带钢其凸度 调节能力较大而轧制窄的带钢时凸度调节能力呈 二次方下降变得较小．事实上对于宽料由于弯 辊力本身的板形调控功效很好导致板形控制能力 富余；而轧制窄料时弯辊力的板形调控功效不好 加之辊形的调节能力不强使得轧机的整体板形控 制能力不强． LVC 技术既实现了二次凸度 Cw 与带钢宽度 呈线性关系又保持 Cw 与轧辊窜动量的线性化． 另外LVC 辊形不仅具有二次凸度的控制能力还 具有高次凸度的控制能力例如消除边1／4浪、边中 复合浪等复杂浪形． 1∙2 支持辊辊形技术 热轧轧制条件复杂恶劣板形控制的干扰因素 很多．所有干扰因素集中表现为轧制过程中轧制力 的波动和辊形的变化． 为了消除或减轻轧制力波动和辊形变化对板形 控制、操作等造成的影响改善轧机的板形控制性 能在精轧机组全部采用变接触支持辊技术（variable contact-length backup roll简称 VCR） ［7］． VCR 辊形技术的核心是在支持辊上磨削特殊 的辊形曲线使得辊系在轧制力的作用下支持辊和 工作辊的辊间接触长度能够与所轧带钢的宽度相适 应消除或减少辊间“有害接触区”提高承载辊缝的 横向刚度增加轧机对板形干扰因素（包括来料的板 形波动和轧制力波动等）的抵抗能力抑制板形缺陷 的产生使轧后带钢的板形保持稳定．同时由于 “有害接触区”的减少增加了弯辊力的调控功效使 得轧机能够多快好省地消除板形缺陷提高轧机的 板形控制能力．另外由于 VCR 技术改变了支持辊 与工作辊辊间的接触状态对改善支持辊轴向不均 匀磨损、延长支持辊的换辊周期乃至增加产量具有 非常积极的作用． 2 控制模型 板形自动控制模型包括过程控制级（L2）的窜 辊设定模型和弯辊力设定模型（统称为板形设定控 制模型）、基础自动化级（L1）的弯辊力前馈控制模 型、凸度反馈控制模型和平坦度反馈控制模型等． 2∙1 板形设定控制模型 板形设定模型根据精轧设定模型计算的结果计 算精轧机组各机架工作辊的窜辊位置和弯辊力并 将设定值下达给 L1．每块带钢可进行1～3次板形 设定计算主要是为保证带钢头部的凸度目标值和 精轧机下游各机架比例凸度从而也保证带钢平坦 度目标值． 在热轧过程中板形设定控制在整个板形自动 控制中占据非常重要的地位．它不仅决定了带钢头 部的板形控制精度；而且作为板形反馈控制的起点 对反馈控制的效果也有很大影响．图1为板形设定 控制模型的主要计算流程图． 图1 板形设定控制模型计算流程 Fig．1 Flow chart of the shape setup control model 2∙2 弯辊力前馈控制模型 在热连轧板带生产中由于轧制温度、材质、精 轧来料厚度、辊形等无法准确预知的因素以及 AGC 系统对于辊缝的不断调整轧制力在轧制过程中会 在很大的范围内波动．轧制力变化影响本机架出口 带钢凸度破坏机架间的协调平衡．如果任其发展 而不加以干预则带钢的板形必然也会随之波动造 成生产的不稳定和带钢板形的恶化．为了消除由于 轧制力的波动给带钢板形带来的不良影响最有效 的方法是使弯辊力随轧制力的波动以一定周期做出 相应的补偿性调整以稳定承载辊缝的形状使带钢 顺行、轧制生产稳定．这一功能由弯辊力前馈控制 模型来完成通常也称为小闭环模型即精轧机组各 机架工作辊弯辊力根据其轧制力变化而进行相应的 前馈调节控制以保证带钢全长板形的稳定． 2∙3 凸度反馈控制模型 如果在精轧机组出口安装有能快速检测出带钢 轧后凸度的凸度仪则可在 L1实现凸度反馈控制． 根据凸度仪检测带钢实际凸度值与目标凸度 值进行比较得出凸度反馈控制偏差依次通过调整 精轧机组上游机架的弯辊力以消除凸度偏差．当 ·520· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第5期 何安瑞等：热带钢轧机板形综合控制技术开发 .521 凸度实测值大于凸度目标值时，增加上游机架的弯 个多月的生产数据统计分析，采用板形综合控制技 辊力：反之，降低上游机架的弯辊力，为保证在进行 术后，轧后带钢的板形质量达到了国内同行业的先 凸度反馈调节时不对平坦度造成影响，对下游机架 进水平，与国际知名的电气供应商提供的质量保证 的弯辊力也要进行相应调整， 值相当，表1和表2分别为凸度和平坦度统计结 凸度反馈控制采用的是基于数字PID控制器 果 的算法，可实现对带钢全长的凸度反馈控制，改善带 表1凸度统计结果 钢全长的凸度精度， Table 1 Statistic data of strip crown 2.4平坦度反馈控制 成品厚度/mm 精度/m 统计带钢块数命中率/% 如果在精轧机组出口安装能快速检测出带钢轧 1.23.0 土18 705 93.12 后平坦度的平坦度仪，则可在L1实现平坦度反馈 3.14.0 土18 912 95.73 控制， 4.15.0 土18 1026 96.92 根据平坦度仪检测带钢实际平坦度值，与目标 5.16.0 ±18 717 96.61 平坦度值进行比较，得出平坦度反馈控制偏差，依次 >6.1 ±18 431 95.33 通过调整精轧机组末两机架的弯辊力，以消除平坦 度偏差 表2平坦度统计结果 平坦度目标值为零时，表示精轧出口带钢完全 Table 2 Statistic data of strip flatness 平坦：平坦度目标值为正时，表示中浪轧制：平坦度 厚度/ 宽度/ 精度/ 统计带 命中 目标值为负时，表示边浪轧制，由于精轧出口带钢 mm mm 10 钢块数 率/% 宽度存在温差，带钢经层流冷却和轧制空冷后，带钢 1250 ±25 1168 96.59 4 平坦度会发生变化，精轧出口轧出完全平坦的带 >1250 ±25 449 94.29 钢，冷却到室温后，带钢又会出现平坦度缺陷，因 1250 ±20 431 97.23 此，应根据不同的钢种、规格，预先确定合理的平坦 >1250 ±20 1743 96.67 度控制目标即补偿策略，使产品平坦度良好 在热轧板形控制中，一次浪形和二次浪形较多， 另外，为了适应市场变化的需要和满足连俦连 尤其是二次浪形.由于一次浪形的产生原因主要与 轧的工艺要求，实现自由规程轧制是必需的，这主要 穿带操作和运行稳定控制有关，自动控制效果并不 体现在两方面一同宽轧制和交叉轧制，其中又包 明显，因此一次浪形主要靠操作员通过压下倾调来 含厚度和钢种跳跃，从实际生产来看，采用综合板 控制，而对于二次浪形，弯辊调节非常有效，是当前 形控制技术后，这两者都能得到满足，同宽轧制长 热轧平坦度反馈控制要完成的主要工作 度一般都在40~70km,有时超过90km,且板形良 当平坦度实测值大于平坦度目标值时，表示中 好.这相对CSP(compact strip production)生产线一 间浪大，应降低下游机架的弯辊力：反之，则存在边 个轧制单位内总的轧制长度只有30~40km具有很 浪，应增加相应机架的弯辊力， 大的优势， 平坦度反馈控制采用的是基于数字PID控制 交叉轧制虽然是市场要求，但交叉轧制会极大 器的算法，实践证明该算法可快速消除平坦度偏 地恶化轧后板形，尤其是在轧制长度较大、工作辊已 差⑧)，另外，由于卷取机卷上带钢后建立了张力，在 经磨损严重时，要将带钢凸度控制在目标范围内非 张力作用下检测到的平坦度信号不能反映实际平坦 常困难，从实际轧制来看，通过合理使用窜辊策略、 度情况，因而不能继续进行平坦度反馈控制，即平坦 采用辊形技术改善轧机的板形控制性能和针对交叉 度反馈控制的有效控制时间段为带钢出精轧机组平 轧制的弯辊力设定策略等手段，能够实现较大范围 坦度仪ON开始至卷取机ON结束， 的宽度、厚度和钢种交叉轧制，轧后带钢的板形较 好，图2为其中一个交叉轧制单位的规格变化及轧 3效果评估 后凸度和平坦度的情况，从图中可以看出，这个轧 经过近两年的开发和实施（包括离线模型建立、 制单位中宽度规格有2种：1513,1256mm;厚度规 在线编程和调试等诸多复杂过程)，将全部板形控制 格有9种：最厚为9.70mm,最薄为2.75mm;钢种 技术（包括辊形和控制模型）应用于工业宽带钢热连 有Q235B和St02Z:轧制总长度为76.95km,从轧 轧机，待全部板形控制功能稳定运行后，通过对三 后板形来看，也能满足要求
凸度实测值大于凸度目标值时增加上游机架的弯 辊力；反之降低上游机架的弯辊力．为保证在进行 凸度反馈调节时不对平坦度造成影响对下游机架 的弯辊力也要进行相应调整． 凸度反馈控制采用的是基于数字 PID 控制器 的算法可实现对带钢全长的凸度反馈控制改善带 钢全长的凸度精度． 2∙4 平坦度反馈控制 如果在精轧机组出口安装能快速检测出带钢轧 后平坦度的平坦度仪则可在 L1实现平坦度反馈 控制． 根据平坦度仪检测带钢实际平坦度值与目标 平坦度值进行比较得出平坦度反馈控制偏差依次 通过调整精轧机组末两机架的弯辊力以消除平坦 度偏差． 平坦度目标值为零时表示精轧出口带钢完全 平坦；平坦度目标值为正时表示中浪轧制；平坦度 目标值为负时表示边浪轧制．由于精轧出口带钢 宽度存在温差带钢经层流冷却和轧制空冷后带钢 平坦度会发生变化．精轧出口轧出完全平坦的带 钢冷却到室温后带钢又会出现平坦度缺陷．因 此应根据不同的钢种、规格预先确定合理的平坦 度控制目标即补偿策略使产品平坦度良好． 在热轧板形控制中一次浪形和二次浪形较多 尤其是二次浪形．由于一次浪形的产生原因主要与 穿带操作和运行稳定控制有关自动控制效果并不 明显因此一次浪形主要靠操作员通过压下倾调来 控制．而对于二次浪形弯辊调节非常有效是当前 热轧平坦度反馈控制要完成的主要工作． 当平坦度实测值大于平坦度目标值时表示中 间浪大应降低下游机架的弯辊力；反之则存在边 浪应增加相应机架的弯辊力． 平坦度反馈控制采用的是基于数字 PID 控制 器的算法．实践证明该算法可快速消除平坦度偏 差［8］．另外由于卷取机卷上带钢后建立了张力在 张力作用下检测到的平坦度信号不能反映实际平坦 度情况因而不能继续进行平坦度反馈控制即平坦 度反馈控制的有效控制时间段为带钢出精轧机组平 坦度仪 ON 开始至卷取机 ON 结束． 3 效果评估 经过近两年的开发和实施（包括离线模型建立、 在线编程和调试等诸多复杂过程）将全部板形控制 技术（包括辊形和控制模型）应用于工业宽带钢热连 轧机．待全部板形控制功能稳定运行后通过对三 个多月的生产数据统计分析采用板形综合控制技 术后轧后带钢的板形质量达到了国内同行业的先 进水平与国际知名的电气供应商提供的质量保证 值相当．表1和表2分别为凸度和平坦度统计结 果． 表1 凸度统计结果 Table1 Statistic data of strip crown 成品厚度／mm 精度／μm 统计带钢块数 命中率／％ 1∙2～3∙0 ±18 705 93∙12 3∙1～4∙0 ±18 912 95∙73 4∙1～5∙0 ±18 1026 96∙92 5∙1～6∙0 ±18 717 96∙61 ＞6∙1 ±18 431 95∙33 表2 平坦度统计结果 Table2 Statistic data of strip flatness 厚度／ mm 宽度／ mm 精度／ IU 统计带 钢块数 命中 率／％ ≤4 ≤1250 ±25 1168 96∙59 ＞1250 ±25 449 94∙29 ＞4 ≤1250 ±20 431 97∙23 ＞1250 ±20 1743 96∙67 另外为了适应市场变化的需要和满足连铸连 轧的工艺要求实现自由规程轧制是必需的这主要 体现在两方面－－－同宽轧制和交叉轧制其中又包 含厚度和钢种跳跃．从实际生产来看采用综合板 形控制技术后这两者都能得到满足．同宽轧制长 度一般都在40～70km有时超过90km且板形良 好．这相对 CSP（compact strip production）生产线一 个轧制单位内总的轧制长度只有30～40km 具有很 大的优势． 交叉轧制虽然是市场要求但交叉轧制会极大 地恶化轧后板形尤其是在轧制长度较大、工作辊已 经磨损严重时要将带钢凸度控制在目标范围内非 常困难．从实际轧制来看通过合理使用窜辊策略、 采用辊形技术改善轧机的板形控制性能和针对交叉 轧制的弯辊力设定策略等手段能够实现较大范围 的宽度、厚度和钢种交叉轧制轧后带钢的板形较 好．图2为其中一个交叉轧制单位的规格变化及轧 后凸度和平坦度的情况．从图中可以看出这个轧 制单位中宽度规格有2种：15131256mm；厚度规 格有9种：最厚为9∙70mm最薄为2∙75mm；钢种 有 Q235B 和 St02Z；轧制总长度为76∙95km．从轧 后板形来看也能满足要求． 第5期 何安瑞等： 热带钢轧机板形综合控制技术开发 ·521·
522 北京科技大学学报 第29卷 带钢轧机一般都需装备有完备的板形控制技术.经 10.5 1600 过多年的技术积累，已成功开发整套的拥有自主知 450 识产权的板形综合控制技术，包括辊形及控制模型， 300 并在工业轧机上进行实施，取得很好的生产实绩. 150 致谢：博士研完生王晓东、王仁忠、令狐克志、邵 一厚度 宽度 健和硕士研究生钟恬等同志参加了辊形及模型的开 161 000 6181101121141 发和工业试验、数据测试及收集等工作 带钢块数 90 90 (b) 一凸度 参考文献 ·一平用度 60 60 [1]Bald W,Beisemann G.Feldmann H.et al.Continuously variable crown rolling-Iron Steel Eng.1997.64(3):32 30 [2]Ginzburg V B.High-Quality Steel Rolling:Theory and Practice. New York:Marcel Dekker,1993 [3]Seilinger A.Kaing A.SmartCrown-VAI's universal system for 30 416181101121141161 improved profile and flatness control in rolling mills.VAI Int Tech 带钢块数 Rep.2004,5:1 [4]何安瑞，张清东，许健勇，等.1800mm虚拟轧机板形控制性 图2宽度、厚度和钢种变化的交叉轧制单位 能.北京科技大学学报，2004,26(2)：91 Fig.2 Rolling unit with the change of width,thickness and steel [5)]王仁忠，何安瑞，杨荃，等.LVC工作辊辊型的板形控制性能 grade 研究.钢铁，2006,41(5)：41 [6]张杰，陈先霖，徐耀鬟，等.轴向移位变凸度四辊轧机的辊型设 计.北京科技大学学报，1994,16(Sppl):98 结束语 [7]何安瑞，曹建国，吴庆海，等.热轧精轧机组变接触支持辊综合 板形控制技术是热带钢轧机的核心技术，是轧 性能研究.上海金属，2001,23(1)：14 [8]何安瑞，杨荃，黄浩东，等.热连轧机平坦度反馈控制系统的应 制线的设备是否先进的重要标志之一，现代化的热 用.钢铁，2006,41(2).55 Development of integrated shape control technologies in hot strip mills HE Anrui),HUA NG Tao),YANG Quan),CHEN Xianlin),ZHAO Lin2) 1)National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Hot Strip Plant.Anshan Iron Steel Group Company.Anshan 114021,China ABSTRACI In order to improve the shape control performances of hot strip mills and the shape quality of strips and to reduce production consume,special contour technologies of work rolls and backup rolls were devel- oped for this type of hot strip mills whose work rolls can shift axially,on the basis of large amount of finite ele- ment simulations.Relevant shape control models were also set up,including the shape setup control model in process control system (LEVEL 2),the bending force feedforward control model,the crown feedback control model and the flatness feedback control model in basic automation system (LEVEL 1).After several complicated processes such as setup of off-line models,on-line programming,and debugging were finished,roll contour tech- nologies and shape control models were stably applied in an industrial wide strip hot rolling mill.The production data showed the control precisions of profile and flatness,with the crown deviation in the range of 18/m and the flatness deviation less than +25 IU,were over 93%and 94%,respectively.And at the meantime,sched- ule free rolling was realized. KEY WORDS rolling mill;strip:shape control;roll contour;model;rolling schedule
图2 宽度、厚度和钢种变化的交叉轧制单位 Fig．2 Rolling unit with the change of widththickness and steel grade 4 结束语 板形控制技术是热带钢轧机的核心技术是轧 制线的设备是否先进的重要标志之一．现代化的热 带钢轧机一般都需装备有完备的板形控制技术．经 过多年的技术积累已成功开发整套的拥有自主知 识产权的板形综合控制技术包括辊形及控制模型 并在工业轧机上进行实施取得很好的生产实绩． 致谢：博士研究生王晓东、王仁忠、令狐克志、邵 健和硕士研究生钟恬等同志参加了辊形及模型的开 发和工业试验、数据测试及收集等工作． 参 考 文 献 ［1］ Bald WBeisemann GFeldmann Het al．Continuously variable crown rolling．Iron Steel Eng199764（3）：32 ［2］ Ginzburg V B．High-Quality Steel Rolling：Theory and Practice． New York：Marcel Dekker1993 ［3］ Seilinger AKainz A．SmartCrown－VAI’s universal system for improved profile and flatness control in rolling mills．VAI Int Tech Rep20045：1 ［4］ 何安瑞张清东许健勇等．1800mm 虚拟轧机板形控制性 能．北京科技大学学报200426（2）：91 ［5］ 王仁忠何安瑞杨荃等．LVC 工作辊辊型的板形控制性能 研究．钢铁200641（5）：41 ［6］ 张杰陈先霖徐耀鬟等．轴向移位变凸度四辊轧机的辊型设 计．北京科技大学学报199416（Suppl）：98 ［7］ 何安瑞曹建国吴庆海等．热轧精轧机组变接触支持辊综合 性能研究．上海金属200123（1）：14 ［8］ 何安瑞杨荃黄浩东等．热连轧机平坦度反馈控制系统的应 用．钢铁200641（2）：55 Development of integrated shape control technologies in hot strip mills HE A nrui 1）HUA NG T ao 1）Y A NG Quan 1）CHEN Xianlin 1）ZHAO L in 2） 1） National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnologyUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Hot Strip PlantAnshan Iron ＆ Steel Group CompanyAnshan114021China ABSTRACT In order to improve the shape control performances of hot strip mills and the shape quality of strips and to reduce production consumespecial contour technologies of work rolls and backup rolls were developed for this type of hot strip mills whose work rolls can shift axiallyon the basis of large amount of finite element simulations．Relevant shape control models were also set upincluding the shape setup control model in process control system （LEVEL 2）the bending force feedforward control modelthe crown feedback control model and the flatness feedback control model in basic automation system （LEVEL1）．After several complicated processes such as setup of off-line modelson-line programmingand debugging were finishedroll contour technologies and shape control models were stably applied in an industrial wide strip hot rolling mill．The production data showed the control precisions of profile and flatnesswith the crown deviation in the range of ±18μm and the flatness deviation less than ±25IUwere over93％ and94％respectively．And at the meantimeschedule free rolling was realized． KEY WORDS rolling mill；strip；shape control；roll contour；model；rolling schedule ·522· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
