热轧带钢AGC配置浅析

热轧带钢AGC配置浅析吴德强黄波(中冶赛迪公司轧钢设计室,重庆400013)[摘要]厚度精度是考核热轧带钢质量的重要指标，而厚度自动控制技术是实现轧制高精度热轧带钢产品的重要手段。本文就目前世界上广泛采用的热轧带钢厚度自动控制技术进行分析，并结合具体情况，寻求厚度自动控制系统在精轧机上的最佳配置。[关键词]厚度自动控制电动AGC液压AGCAGC配置1前言随着工业化生产自动化程度的提高和汽车制造业的发展，对板带材质量的要求也越来越高。同时，为了降低机电产品和汽车制造的成本，热轧带钢正逐渐在许多机电产品和汽车部件中取代冷轧带钢。反映热轧带钢质量的重要指标之一是带钢的厚度精度。获得高精度厚度的热轧带钢产品的重要手段是采用带钢厚度自动控制技术。探讨目前世界上广泛采用的热轧带钢自动厚度控制技术，寻求提高热轧带钢产品厚度精度的途径，选择最佳的热轧带钢厚度自动控制系统配置方式，将有利于热轧带钢轧机控制水平的提高。2厚度自动控制技术的发展热轧带钢生产中，影响厚度精度的因素主要有：轧机刚度、轧辊变形、辊缝控制、支持辊偏心等。厚度精度是反映带钢质量的重要指标。热轧带钢生产时，减少带钢的厚度偏差，提高产品质量，降低成本，是满足用户要求的重要条件。热轧带钢厚度自动控制系统(简称AGC)的作用，就在于进行辊缝调节、补偿支持辊偏心和轧辊变形等，减少带钢的纵向厚度偏差，提高其厚度精度。为了实现带钢厚度控制，20世纪中叶在热轧带钢轧机上开始应用电动AGC。实践中发现，电动AGC的负载和响应特性不能适应大轧制压力和高速轧制下的大规模、高精度产品的生产。随着液压控制技术的提高和液压元件的改进，液压系统的快速性、高精度控制等优点就充分显示出来了。20世纪70年代，液压AGC逐渐投入工业应用，并迅速得以普及。随着计算机技术的发展，目前AGC控制技术已经由数字控制方式代替了模拟控制，并使用了高级的控制逻辑，实现极精确的控制。3液压AGC与电动AGC的比较3.1电动AGC电动AGC主要由压下电机、蜗轮蜗杆减速机、压下螺丝、位置传感器、压头及控制系统组成。电动AGC的传动系统是电动－机械压下系统，结构简单，适用于对带钢厚度精度要求不高的轧机的带钢厚度控制。由于电动－机械压下系统结构上的原因，对于厚度自动控制精度要求高的轧机，电动AGC主要有以下局限：a)在轧制压力的作用下，压下所需力矩使压下螺丝产生弹性扭转，产生20m～30m的压下位置滞后。在位置滞后范围内，尽管厚度自动控制系统已发出了调节信号，压下电机已开始转动，表明压下系统已运转了，但实际上压下系统的压下位移并没有到位。b)电动－机械压下系统受电机、机械传动效率、蜗轮蜗杆和压下螺丝摩擦损失等因素的制约，压下系统总的有效传动效率很低。c)电动－机械压下系统的压下速度一般为1mm/s、加速度小于2mm/s2，其动态响应速度慢，加速和减速时间长，造成带钢头尾厚度偏差大。d)电动－机械压下系统受电机、机械结构限制，难以实现压下微调。当需要调节几个微米的精度时，电机－机械压下系统很难实现，也就难以保证高精度的带钢厚度。3.2液压AGC液压AGC主要由液压缸、位置传感器、压力传感器、伺服阀、压头及控制系统组成。液压AGC常用的配置有三种方式：电动压下＋液压短行程AGC、长行程液压AGC＋电动阶梯垫、长行程液压AGC。这三种液压AGC的共同点都是通过液压系统来调节辊缝实现带钢厚度自动控制，不同之处在于换辊时轧辊的升降调节方式不一样。液压AGC具有响应速度快、压下速度快、辊缝设定精度高、控制系统比较简单、带钢厚度精度高等特点。与电动AGC相比，液压AGC具有的特性为a)响应速度快，反应灵敏，截止频率高达16Hz～20Hz，可用于克服支持辊偏心的影响，而电动AGC截止频率只有6Hz～7Hz。b)压下速度快，可达4mm/s以上，而电动压下一般为1mm/s；当纠偏量为0.1mm时，液压AGC只需43ms即可完成，而电动AGC需要458ms才能完成。c)辊缝设定精度高，液压AGC最小压下位移可达0.01mm。d)加速度可达500mm/s2，而电动AGC小于2mm/s2。e)控制系统比较简单，采用液压系统和弱电控制系统，而电动AGC是采用复杂的直流电控系统或交流变频控制系统。f)液压AGC精度可达30m，而电动AGC精度一般为50m。g)采用液压AGC系统的轧机模数可根据控制方式而改变，而采用电动AGC系统的轧机模数是固定的常数。h)液压AGC具有的油膜厚度补偿、轧辊热膨胀和补偿轧辊偏心量补偿等多项补偿功能，均优于电动AGC。4AGC与带钢厚度精度和板形控制的关系4.1AGC与带钢厚度精度的关系由于液压AGC的应用从20世纪70年代开始才得以在热轧带钢轧机上普及，所以20世纪80年代以前建设的热轧带钢轧机厚度自动控制几乎都是电动AGC。随着对热轧带钢厚度精度的要求越来越高，电动AGC已不能满足要求。另外，对于低凸度带钢、难加工带钢和低温轧制等产品的开发和稳定生产，就需要响应快、精度高的厚度控制来更好地避免穿带时出现绞折等故障，显然电动AGC就更难满足要求。因此，在热轧带钢精轧机上配置液压AGC，实现高精度的带钢厚度控制很有必要。国外有一家公司曾对一套6机架热轧带钢精轧机组的各架轧机的液压AGC在线投入使用情况对带钢厚度偏差精度值的影响，进行过测试。测试使用的中间带坯设定厚度为27mm，实测厚度偏差2.7mm，偏差率为10％。根据各架轧机液压AGC不同的投入使用情况，实测带钢厚度精度结果为：预设定带钢成品厚度2mm，当全部机架液压AGC都不投入时，实测厚度偏差37m，偏差率为1.85％；当仅后部1架轧机液压AGC投入时，实测厚度偏差30m，偏差率为1.50％；当后部2架轧机液压AGC投入时，实测厚度偏差27m，偏差率为1.35％；当后部3架轧机液压AGC投入时，实测厚度偏差26m，偏差率为1.28％；当后部4架轧机液压AGC投入时，实测厚度偏差25m，偏差率为1.26％；当后部5架轧机液压AGC投入时，实测厚度偏差25m，偏差率为1.25％；当全部6架轧机液压AGC都投入时，实测厚度偏差25m，偏差率为1.25％。从以上测试结果分析可知，后部4～6架轧机使用液压AGC，带钢厚度偏差值基本相同；其后部3架轧机与后部4架轧机使用液压AGC相比,带钢厚度偏差值有很小差别，但对厚度精度值几乎没有影响。而只是后部1架轧机或部后2架轧机使用液压AGC时,带钢厚度偏差值与后部4架轧机使用液压AGC就有明显区别。4.2AGC与板形控制的关系工作辊弯辊(WRB)控制中的一个很重要的因素就是弯辊与AGC的非相干控制。当弯辊系统作弯辊力预设定或弯辊力在线调节时对AGC的实际工作状态都会造成影响。电动AGC或液压AGC均可实现非相干控制技术，但液压AGC的性能优于电动AGC。在没有AGC的情况下实现工作辊弯辊在线调节会影响带钢的厚度，其压下量不可调节时，用于带钢平直度控制的本机架带钢凸度比(Ci/Hi)就是不可知的，从而就无法精确控制带钢的平直度。因此，热轧带钢精轧机要获得好的带钢厚度精度，需要有厚度自动控制；要获得高精度的带钢厚度精度，要获得良好的板形，不但精轧机架需要有板形控制，而且全部机架应配置液压AGC。5厚度自动控制系统的配置世界上的热轧带钢精轧机组大多数为6～7架轧机，由于液压AGC在带钢厚度精度和板形控制等诸多方面明显优于电动AGC，所以对于新建的热轧带钢精轧机组厚度自动控制几乎都是全部轧机采用液压AGC，已形成共识。然而，在以往建造的大量的热轧带钢精轧机上仍然还在使用电动AGC。那么，在老轧机改造时，究竟怎样进行电动AGC和液压AGC的合理配置，就是一个值得探讨的问题。从满足带钢厚度精度要求考虑，经研究和实践证明：由于液压AGC主要是提高成品带钢纵向厚度精度。例如：7机架精轧机组的轧机全部配置液压AGC与后部4架轧机配置液压AGC相比，其带钢厚度精度略有提高(约5m)，随着液压AGC配置机架数量的增加，对于带钢厚度精度提高的贡献逐渐减少。对于AGC装置结构的性能而言，电动AGC系统能承受的轧制压力比液压AGC系统承受的轧制压力小。因此，精轧机组只在后部几架轧机配置液压AGC，其需要承受较大轧制压力的精轧机组前部轧机能承受的轧制压力反而偏小，与精轧机组的轧机全部配置液压AGC相比，使难轧产品受到限制。就液压AGC系统的设计、配置和控制比较，精轧机组的后部3～4架轧机设置液压AGC与精轧机组6～7架轧机全部配置液压AGC相比，其设计和控制基本相同，只是液压站和液压系统组成的伺服阀、液压缸和中间配管等硬件相应减少，投资相对要少一些。通过上述分析，可以得出在老轧机改造时，精轧机组AGC系统的最佳配置方式为：a)对于各架轧机的电动AGC结构、性能完好的精轧机组，可先将后部3～4架轧机改造或配置成液压AGC，既可提高带钢厚度精度，又可减少改造投资。待将来前部几架轧机的电动AGC需要改造时，才将其全部轧机都配置为液压AGC，以实现更高精度的带钢厚度控制和拓宽轧制的产品范围。b)对于各架轧机的电动AGC结构、性能不能完全满足轧制要求的精轧机组，宜一次性将全部机架的电动AGC改为液压AGC，以减少电动－机械压下系统的维护量，保证轧制的顺利进行，提高带钢厚度精度。