吳德強(qiáng)  黃  波

 (中冶賽迪公司軋鋼設(shè)計(jì)室,　重慶  400013) 

[摘  要]厚度精度是考核熱軋帶鋼質(zhì)量的重要指標(biāo)，而厚度自動控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)軋制高精度熱軋帶鋼產(chǎn)品的重要手段。本文就目前世界上廣泛采用的熱軋帶鋼厚度自動控制技術(shù)進(jìn)行分析，并結(jié)合具體情況，尋求厚度自動控制系統(tǒng)在精軋機(jī)上的最佳配置。

[關(guān)鍵詞]厚度自動控制  電動AGC  液壓AGC  AGC配置

1  前言

隨著工業(yè)化生產(chǎn)自動化程度的提高和汽車制造業(yè)的發(fā)展，對板帶材質(zhì)量的要求也越來越高。同時(shí)，為了降低機(jī)電產(chǎn)品和汽車制造的成本，熱軋帶鋼正逐漸在許多機(jī)電產(chǎn)品和汽車部件中取代冷軋帶鋼。反映熱軋帶鋼質(zhì)量的重要指標(biāo)之一是帶鋼的厚度精度。獲得高精度厚度的熱軋帶鋼產(chǎn)品的重要手段是采用帶鋼厚度自動控制技術(shù)。探討目前世界上廣泛采用的熱軋帶鋼自動厚度控制技術(shù)，尋求提高熱軋帶鋼產(chǎn)品厚度精度的途徑，選擇最佳的熱軋帶鋼厚度自動控制系統(tǒng)配置方式，將有利于熱軋帶鋼軋機(jī)控制水平的提高。

2  厚度自動控制技術(shù)的發(fā)展

熱軋帶鋼生產(chǎn)中，影響厚度精度的因素主要有：軋機(jī)剛度、軋輥?zhàn)冃?、輥縫控制、支持輥偏心等。

厚度精度是反映帶鋼質(zhì)量的重要指標(biāo)。熱軋帶鋼生產(chǎn)時(shí)，減少帶鋼的厚度偏差，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，是滿足用戶要求的重要條件。熱軋帶鋼厚度自動控制系統(tǒng)(簡稱AGC)的作用，就在于進(jìn)行輥縫調(diào)節(jié)、補(bǔ)償支持輥偏心和軋輥?zhàn)冃蔚?，減少帶鋼的縱向厚度偏差，提高其厚度精度。

為了實(shí)現(xiàn)帶鋼厚度控制，20世紀(jì)中葉在熱軋帶鋼軋機(jī)上開始應(yīng)用電動AGC。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，電動AGC的負(fù)載和響應(yīng)特性不能適應(yīng)大軋制壓力和高速軋制下的大規(guī)模、高精度產(chǎn)品的生產(chǎn)。隨著液壓控制技術(shù)的提高和液壓元件的改進(jìn)，液壓系統(tǒng)的快速性、高精度控制等優(yōu)點(diǎn)就充分顯示出來了。20世紀(jì)70年代，液壓AGC逐漸投入工業(yè)應(yīng)用，并迅速得以普及。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前AGC控制技術(shù)已經(jīng)由數(shù)字控制方式代替了模擬控制，并使用了高級的控制邏輯，實(shí)現(xiàn)極精確的控制。

3  液壓AGC與電動AGC的比較

3.1電動AGC

電動AGC主要由壓下電機(jī)、蝸輪蝸桿減速機(jī)、壓下螺絲、位置傳感器、壓頭及控制系統(tǒng)組成。

電動AGC的傳動系統(tǒng)是電動－機(jī)械壓下系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，適用于對帶鋼厚度精度要求不高的軋機(jī)的帶鋼厚度控制。

由于電動－機(jī)械壓下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的原因，對于厚度自動控制精度要求高的軋機(jī)，電動AGC主要有以下局限：

a)在軋制壓力的作用下，壓下所需力矩使壓下螺絲產(chǎn)生彈性扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生20mm～30mm的壓下位置滯后。在位置滯后范圍內(nèi)，盡管厚度自動控制系統(tǒng)已發(fā)出了調(diào)節(jié)信號，壓下電機(jī)已開始轉(zhuǎn)動，表明壓下系統(tǒng)已運(yùn)轉(zhuǎn)了，但實(shí)際上壓下系統(tǒng)的壓下位移并沒有到位。

b)電動－機(jī)械壓下系統(tǒng)受電機(jī)、機(jī)械傳動效率、蝸輪蝸桿和壓下螺絲摩擦損失等因素的制約，壓下系統(tǒng)總的有效傳動效率很低。

c)電動－機(jī)械壓下系統(tǒng)的壓下速度一般為1 mm/s、加速度小于2 mm/s²，其動態(tài)響應(yīng)速度慢，加速和減速時(shí)間長，造成帶鋼頭尾厚度偏差大。

d)電動－機(jī)械壓下系統(tǒng)受電機(jī)、機(jī)械結(jié)構(gòu)限制，難以實(shí)現(xiàn)壓下微調(diào)。當(dāng)需要調(diào)節(jié)幾個(gè)微米的精度時(shí)，電機(jī)－機(jī)械壓下系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)，也就難以保證高精度的帶鋼厚度。

3.2液壓AGC

液壓AGC主要由液壓缸、位置傳感器、壓力傳感器、伺服閥、壓頭及控制系統(tǒng)組成。

液壓AGC常用的配置有三種方式：電動壓下＋液壓短行程AGC、長行程液壓AGC＋電動階梯墊、長行程液壓AGC。這三種液壓AGC的共同點(diǎn)都是通過液壓系統(tǒng)來調(diào)節(jié)輥縫實(shí)現(xiàn)帶鋼厚度自動控制，不同之處在于換輥時(shí)軋輥的升降調(diào)節(jié)方式不一樣。液壓AGC具有響應(yīng)速度快、壓下速度快、輥縫設(shè)定精度高、控制系統(tǒng)比較簡單、帶鋼厚度精度高等特點(diǎn)。

與電動AGC相比，液壓AGC具有的特性為

a)響應(yīng)速度快，反應(yīng)靈敏，截止頻率高達(dá)16 Hz～20 Hz，可用于克服支持輥偏心的影響，而電動AGC截止頻率只有6 Hz～7 Hz。

b)壓下速度快，可達(dá)4 mm/s以上，而電動壓下一般為1 mm/s；當(dāng)糾偏量為0.1 mm時(shí)，液壓AGC只需43 ms即可完成，而電動AGC需要458 ms才能完成。

c)輥縫設(shè)定精度高，液壓AGC最小壓下位移可達(dá)0.01 mm。

d)加速度可達(dá)500 mm/s²，而電動AGC小于2 mm/s²。

e)控制系統(tǒng)比較簡單，采用液壓系統(tǒng)和弱電控制系統(tǒng)，而電動AGC是采用復(fù)雜的直流電控系統(tǒng)或交流變頻控制系統(tǒng)。

f)液壓AGC精度可達(dá)±30mm，而電動AGC精度一般為±50mm。

g)采用液壓AGC系統(tǒng)的軋機(jī)模數(shù)可根據(jù)控制方式而改變，而采用電動AGC系統(tǒng)的軋機(jī)模數(shù)是固定的常數(shù)。

h)液壓AGC具有的油膜厚度補(bǔ)償、軋輥熱膨脹和補(bǔ)償軋輥偏心量補(bǔ)償?shù)榷囗?xiàng)補(bǔ)償功能，均優(yōu)于電動AGC。

4  AGC與帶鋼厚度精度和板形控制的關(guān)系

4.1AGC與帶鋼厚度精度的關(guān)系

由于液壓AGC的應(yīng)用從20世紀(jì)70年代開始才得以在熱軋帶鋼軋機(jī)上普及，所以20世紀(jì)80年代以前建設(shè)的熱軋帶鋼軋機(jī)厚度自動控制幾乎都是電動AGC。隨著對熱軋帶鋼厚度精度的要求越來越高，電動AGC已不能滿足要求。另外，對于低凸度帶鋼、難加工帶鋼和低溫軋制等產(chǎn)品的開發(fā)和穩(wěn)定生產(chǎn)，就需要響應(yīng)快、精度高的厚度控制來更好地避免穿帶時(shí)出現(xiàn)絞折等故障，顯然電動AGC就更難滿足要求。因此，在熱軋帶鋼精軋機(jī)上配置液壓AGC，實(shí)現(xiàn)高精度的帶鋼厚度控制很有必要。

國外有一家公司曾對一套6機(jī)架熱軋帶鋼精軋機(jī)組的各架軋機(jī)的液壓AGC在線投入使用情況對帶鋼厚度偏差精度值的影響，進(jìn)行過測試。測試使用的中間帶坯設(shè)定厚度為27 mm，實(shí)測厚度偏差2.7 mm，偏差率為10％。根據(jù)各架軋機(jī)液壓AGC不同的投入使用情況，實(shí)測帶鋼厚度精度結(jié)果為：預(yù)設(shè)定帶鋼成品厚度2 mm，當(dāng)全部機(jī)架液壓AGC都不投入時(shí)，實(shí)測厚度偏差37mm，偏差率為1.85％；當(dāng)僅后部1架軋機(jī)液壓AGC投入時(shí)，實(shí)測厚度偏差30mm，偏差率為1.50％；當(dāng)后部2架軋機(jī)液壓AGC投入時(shí)，實(shí)測厚度偏差27mm， 偏差率為1.35％；當(dāng)后部3架軋機(jī)液壓AGC投入時(shí)，實(shí)測厚度偏差26mm，偏差率為1.28％；當(dāng)后部4架軋機(jī)液壓AGC投入時(shí)，實(shí)測厚度偏差25mm，偏差率為1.26％；當(dāng)后部5架軋機(jī)液壓AGC投入時(shí)，實(shí)測厚度偏差25mm，偏差率為1.25％；當(dāng)全部6架軋機(jī)液壓AGC都投入時(shí)，實(shí)測厚度偏差25mm，偏差率為1.25％。

從以上測試結(jié)果分析可知，后部4～6架軋機(jī)使用液壓AGC，帶鋼厚度偏差值基本相同；其后部3架軋機(jī)與后部4架軋機(jī)使用液壓AGC相比, 帶鋼厚度偏差值有很小差別，但對厚度精度值幾乎沒有影響。而只是后部1架軋機(jī)或部后2架軋機(jī)使用液壓AGC時(shí), 帶鋼厚度偏差值與后部4架軋機(jī)使用液壓AGC就有明顯區(qū)別。

4.2 AGC與板形控制的關(guān)系

工作輥彎輥(WRB)控制中的一個(gè)很重要的因素就是彎輥與AGC的非相干控制。當(dāng)彎輥系統(tǒng)作彎輥力預(yù)設(shè)定或彎輥力在線調(diào)節(jié)時(shí)對AGC的實(shí)際工作狀態(tài)都會造成影響。電動AGC或液壓AGC均可實(shí)現(xiàn)非相干控制技術(shù)，但液壓AGC的性能優(yōu)于電動AGC。

在沒有AGC的情況下實(shí)現(xiàn)工作輥彎輥在線調(diào)節(jié)會影響帶鋼的厚度，其壓下量不可調(diào)節(jié)時(shí)，用于帶鋼平直度控制的本機(jī)架帶鋼凸度比(Ci/Hi)就是不可知的，從而就無法精確控制帶鋼的平直度。

因此，熱軋帶鋼精軋機(jī)要獲得好的帶鋼厚度精度，需要有厚度自動控制；要獲得高精度的帶鋼厚度精度，要獲得良好的板形，不但精軋機(jī)架需要有板形控制，而且全部機(jī)架應(yīng)配置液壓AGC。

5  厚度自動控制系統(tǒng)的配置

世界上的熱軋帶鋼精軋機(jī)組大多數(shù)為6～7架軋機(jī)，由于液壓AGC在帶鋼厚度精度和板形控制等諸多方面明顯優(yōu)于電動AGC，所以對于新建的熱軋帶鋼精軋機(jī)組厚度自動控制幾乎都是全部軋機(jī)采用液壓AGC，已形成共識。

然而，在以往建造的大量的熱軋帶鋼精軋機(jī)上仍然還在使用電動AGC。那么，在老軋機(jī)改造時(shí)，究竟怎樣進(jìn)行電動AGC和液壓AGC的合理配置，就是一個(gè)值得探討的問題。

從滿足帶鋼厚度精度要求考慮，經(jīng)研究和實(shí)踐證明：由于液壓AGC主要是提高成品帶鋼縱向厚度精度。例如：7機(jī)架精軋機(jī)組的軋機(jī)全部配置液壓AGC與后部4架軋機(jī)配置液壓AGC相比，其帶鋼厚度精度略有提高(約±5mm)，隨著液壓AGC配置機(jī)架數(shù)量的增加，對于帶鋼厚度精度提高的貢獻(xiàn)逐漸減少。

對于AGC裝置結(jié)構(gòu)的性能而言，電動AGC系統(tǒng)能承受的軋制壓力比液壓AGC系統(tǒng)承受的軋制壓力小。因此，精軋機(jī)組只在后部幾架軋機(jī)配置液壓AGC，其需要承受較大軋制壓力的精軋機(jī)組前部軋機(jī)能承受的軋制壓力反而偏小，與精軋機(jī)組的軋機(jī)全部配置液壓AGC相比，使難軋產(chǎn)品受到限制。

就液壓AGC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、配置和控制比較， 精軋機(jī)組的后部3～4架軋機(jī)設(shè)置液壓AGC與精軋機(jī)組6～7架軋機(jī)全部配置液壓AGC相比，其設(shè)計(jì)和控制基本相同，只是液壓站和液壓系統(tǒng)組成的伺服閥、液壓缸和中間配管等硬件相應(yīng)減少，投資相對要少一些。

通過上述分析，可以得出在老軋機(jī)改造時(shí)，精軋機(jī)組AGC系統(tǒng)的最佳配置方式為：

a)對于各架軋機(jī)的電動AGC結(jié)構(gòu)、性能完好的精軋機(jī)組，可先將后部3～4架軋機(jī)改造或配置成液壓AGC，既可提高帶鋼厚度精度，又可減少改造投資。待將來前部幾架軋機(jī)的電動AGC需要改造時(shí)，才將其全部軋機(jī)都配置為液壓AGC，以實(shí)現(xiàn)更高精度的帶鋼厚度控制和拓寬軋制的產(chǎn)品范圍。

b)對于各架軋機(jī)的電動AGC結(jié)構(gòu)、性能不能完全滿足軋制要求的精軋機(jī)組，宜一次性將全部機(jī)架的電動AGC改為液壓AGC，以減少電動－機(jī)械壓下系統(tǒng)的維護(hù)量，保證軋制的順利進(jìn)行，提高帶鋼厚度精度。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(編稿日期：2009-08-11)