热轧板带厚度自动控制原理和方法

陈凯，党青霞

摘  要：厚度自动控制系统是热连轧精轧机组自动控制中的一个极为重要的组成部分，是实现热轧高精度轧制的重要手段。本文阐述了厚度控制技术的意义，分析了板带钢厚度波动的原因，概述了带钢厚度控制原理，总结出精轧机组中厚度自动控制策略。

关键词：热连轧；液压AGC；厚度自动控制

0    引言

板带材在工业和日常生活中的应用是十分重要的，对于板带钢来说，在所有尺寸精度指标中，厚度精度指标是最基本、最重要的指标，它关系着钢铁企业的经济效益。随着科学技术的快速发展，用户对板带钢厚度精度的要求越来越高，厚度自动控制是实现厚度精度、提高带钢质量的重要方法之一，可获得板带钢纵向厚度的均匀性，它主要取决于精轧机组。

1   板带钢厚度波动的原因

根据弹性方程：，式中：h——轧出厚度，mm；——辊缝，mm；——轧制力，N；——轧机的总刚度，N/mm，可见轧机轧出的带钢厚度取决于轧机辊缝开口大小和轧机弹跳量，因此凡是会改变轧机空载辊缝和轧制力大小的因素都会影响到轧出的带钢厚度。

1.1影响轧机空载辊缝的主要因素

轧机空载辊缝的变化主要受轧机机械设备和液压装置方面干扰因素的影响，包括轧辊在轧制过程中的热膨胀、磨损、轧辊制造工艺带来的偏心以及轧辊油膜轴承厚度的变化。轧辊自身的椭圆度和偏心会造成带钢厚度的周期性波动，轧辊磨损和热膨胀分别使得轧机实际空载辊缝增大和减小。这些都是在压下螺钉位置不变的情况下使实际辊缝发生变化，造成板带钢厚度波动。

1.2影响轧制力的主要因素

轧制力变化主要受轧件方面及轧制工艺方面原因影响。轧件方面原因主要是由于上游机架未能消除的厚度偏差导致的来料厚度波动、加热温度不均匀和轧制过程中温降不一致导致的轧件温度的波动。轧制工艺条件因素主要为轧制前后张力的变化、轧制速度的变化、摩擦因素的波动。连轧机组穿带过程的头部张力建立过程和上游机架抛钢后尾部失张对带钢头部厚度有明显影响，轧制过程中张力变化也会影响带钢其他部位厚度，在热轧过程中，为了防止堆钢和减少带钢窜辊，通常采用恒定小张力轧制。速度变化主要通过影响摩擦因数和变形抗力以及通过影响油膜轴承厚度，来改变轧制力和压下量的作用。

2    带钢厚度控制原理

AGC控制系统可以有效消除板型的厚度偏差，主要通过厚度偏差的检测与厚度偏差的消除这两个环节完成。首先通过测厚仪检测并计算带钢厚度偏差，准确掌握带钢厚度偏差的实时信息，同时将数据反馈至PLC控制系统，PLC根据设定的厚度、各种干扰变量，通过动态控制模型对压下位置、轧制力等参数进行调整和修正，发出控制指令，完成一系列调节动作，从而保持辊缝稳定，实现对板带厚度偏差的有效控制。常用的厚度偏差检测方式分为直接测量和间接测量，通过对轧制力、张力及辊缝等的调节实现对板带厚度偏差的有效控制。

3    精轧机组中厚度自动控制策略

3.1前馈式AGC

前馈AGC是以上游机架的出口厚度偏差前馈至本机架，辊缝根据所接收到的带钢厚度偏差平均值修正相应的执行元件，调整辊缝的张力，将来料偏差控制在合理范围内。

3.2绝对AGC

绝对AGC是以设定值为目标，当轧件轧出后，根据辊缝、轧制力等反馈实测信号，间接计算实测值后，与目标值相比较，确定出口侧实际板厚与目标板厚的偏差值，并以偏差值等于零为目标通过控制液压机构调整压下位置和轧制力进行调厚。

3.3相对AGC

在轧制生产中，由于空载辊缝设置不当以及反作用力、热膨胀等因素的影响，轧件头部厚度已经与设定值相差太多，若一定要求压下系统将带钢厚度调到设定值就会造成压下系统负荷过大，同时会把带钢调成楔形厚差。相对AGC即不论带钢头部是否符合设定值，厚度控制系统以头部的实际厚度为标准，这样有利于得到厚度均匀的带钢，但此带钢的厚度值不一定符合产品所要求的厚度值。

3.4监控AGC

当带钢头部到达测厚仪，测得偏差过大时对精轧除F1机架外的其余机架液压压下进行一次性纠偏（快速监控），修正相对AGC目标厚度。

3.5MMC

MMC为轧机模数控制，该控制方式以轧机模量为目标值来控制辊缝大小，与辊偏心控制同时使用，对于较小的厚度偏差，轧机的模量要较大一些，可减少短期干扰、水印等。

3.6厚度补偿

在轧制生产中，轧机所承受的作用力十分复杂且为非线性，进而影响到带钢厚度的控制，其中包括支撑辊偏心造成的轧制力周期性波动、轧辊磨损、温度变化、油膜轴承厚度变化等。通过建立控制模型，将轧辊偏心补偿、油膜补偿、宽度补偿、弯辊补偿、冲击补偿、监控值计算、尾部补偿、活套补偿、活套张力补偿、轧辊磨损和热凸度补偿等补偿系数输入到建立的控制模型中，系统按照模型中设定的各种补偿系数对轧制力、辊缝缝进行调节和补偿，减少以上影响因素对辊缝设定值以及轧制精度的干扰，提高轧制精度。

参考文献：

[1]刘丽娟.液压AGC厚度自动控制在热连轧生产中的应用.

冶金管理,2019.

[2]尹方辰.板带热连轧厚度自动控制系统的研究与应用.东北大学,2013.