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摘要：钢板轧制过程中，过程自动化模型不能收到生产线上的实际钢板温度，预测轧制力计算不能实现闭环控制。根据过程自动化模型对轧制力的计算方法，结合轧机弹跳，重点分析轧制过程中一级自动化的反馈数据对轧制力再计算的影响，修改二级自动化程序，完成闭环控制，提高轧制力预测精度
关键词：炉卷轧机，预测轧制力，实际轧制力，流变应力
0前言
南钢炉卷轧机生产是在完全自動的情况下完成的，轧制过程不需要操作人员的参与。控制程序分为过程自动化控制（二级），一级自动化控制（一级）。二级的主要功能是：结合原料的尺寸与成品的尺寸、轧制方式等，根据速度温度模型、轧制力模型等相关模型，进行每一道次的压下量分配、轧制力计算（只计算本体）、钢板温度计算、每一道次出口厚度对应的一级辊缝值计算等。一级自动化控制是按照二级下达的道次辊缝值与轧制力对实际生产过程进行自动化控制。因此，二级预测的精确与否与成品的厚度、板形有直接的关系。
1生产现状及存在问题
2009年，聘请外方专家对二级模型钢种文件按坯料钢种、原料尺寸与成品尺寸、生产方式等条件进行了有效分类，把板卷厂的所有钢种分为12个家族8000多个模型钢种文件，以此减少因为原料与成品尺寸等的不同对预测轧制力产生的影响。近年来，客户对成品外观提出更高的要求、冶炼时调整合金成分或者新钢种的开发等原因，板坯化学成分发生了变化，但二级模型钢种文件内与化学成分有关的数据并没有得到更新，结果导致某些钢种预测的轧制力与实际的轧制力严重不符，造成了厚度出格、瓢曲等缺陷。
2二级轧制力模型与模型钢种文件的关系
轧制力的计算主要是流变应力的计算，流变应力的公式中四个关键参数均来自对应的模型钢种文件
流变应力公式：
其中：
T：当前钢板的温度
ε：塑性变形
：轧制过程中的塑性变形速率
A，△Q，m，n四个参数来自对应的模型钢种文件
根据流变应力公式，在模型钢种文件内参数不变的情况下，通过一级反馈的轧制力很容易反计算出当前的温度T
3生产过程与轧制力修正
炉卷轧机前后各有一个卷取炉，轧机与卷取炉之间水气比较大，热金属检测器只能安装到卷取炉的外侧，离轧机比较远，机前位置距轧机6.4米，机后位置距轧机20.9米。轧制的板子短、卷轧时，热金属检测器都不能检测到有效的钢板实际温度。如图2。轧制过程中，没有现场实际温度的反馈，二级模型无法完成闭环，只能处于一个独立的单元，无法根据现场的实际温度对先前预测的轧制力进行修正，失去了短期自学习（道次自适应）应有的作用，这是轧制力不准确最主要原因。
4提高轧制力预测精度的措施
根据二级程序的特点，提高轧制力预测精度主要是修改短期自学习。
4.1利用一级反馈轧制力分别计算头尾与本体轧制力
每一道次轧制时，轧钢二级每100毫秒收到一条轧钢一级发来的实时轧制力，本道次轧制结束后，二级根据这些数据计算出平均的轧制力（头尾与本体分别计算），针对该计算结果，二级计算机通过轧制力计算模型很容易反推出当前道次的温度，把该温度修正后运用到下一道次的轧制力计算中。同时因为温度发生了变化，下道次轧机入口的厚度、道次压下量等需要根据当前计算的温度重新计算。
通过轧制力反馈计算出的温度弥补了二级模型对冷却水的计算不准确、轧制间隔时钢板的温降计算等问题。
4.2统一二级预测轧制力与一级实测轧制力
目前二级发送到一级的预测轧制力包括两个部分：一是钢板产生塑性变形需要的变形力、二是为了保持板形所需要的弯辊力。轧制过程中一级实时传到二级的轧制力是剔除弯辊力的压头压力。一级工程师修改电气通信程序，直接把轧机上压头实测的力传给二级，二级再结合轧机牌坊弹跳与轧制力的关系（见表1），进行每一道次出口厚度计算。出口厚度精度的提高为下一道次的压下精度提供了保证。
轧制力（牛） 1.00E+07 2.00E+07 3.00E+07 4.00E+07 5.00E+07 6.00E+07 7.00E+07 8.00E+07
牌坊弹跳量（米） -1.07E-04 1.37E-03 2.60E-03 3.82E-03 5.00E-03 6.16E-03 7.28E-03 8.38E-03
表1：轧机牌坊弹跳与轧制力的关系
4.3厚度偏差参加轧制力计算
操作人员为修正成品厚度输入到二级模型系统的厚度偏差，没有参加轧制力的计算，这样生产薄规格产品时，每一个道次的压下量仅有0.5毫米，而厚度偏差有时达到0.3毫米，厚度偏差对精轧道次轧制力影响比较大。因此，二级计算时，不仅把厚度偏差补偿一级的辊缝值，而且要计算出产生这么多厚度变化需要多少轧制力，把重新计算的轧制力发送到一级。修正后的轧制力预测精度得到大大提高，修正前后两个道次轧制力比较，如下图3。
5结论
5.1轧制力预测精度提高后，轧制力的偏差基本控制到5%以内。
5.2去年每月生产中，平均厚度问题导致的非计划400余吨，自从轧制力修正后该非计划量减至150吨；
5.3预测精度提高后宽薄规格瓢曲率降低了50%，市场不好的情况下，为南钢盈得了许多重要客户。
作者信息：单承勤（1979-）男，汉族，江苏省南京市，现供职于南京南钢股份有限公司中厚板卷厂，中级工程师.
关键词：炉卷轧机，预测轧制力，实际轧制力，流变应力
0前言
南钢炉卷轧机生产是在完全自動的情况下完成的，轧制过程不需要操作人员的参与。控制程序分为过程自动化控制（二级），一级自动化控制（一级）。二级的主要功能是：结合原料的尺寸与成品的尺寸、轧制方式等，根据速度温度模型、轧制力模型等相关模型，进行每一道次的压下量分配、轧制力计算（只计算本体）、钢板温度计算、每一道次出口厚度对应的一级辊缝值计算等。一级自动化控制是按照二级下达的道次辊缝值与轧制力对实际生产过程进行自动化控制。因此，二级预测的精确与否与成品的厚度、板形有直接的关系。
1生产现状及存在问题
2009年，聘请外方专家对二级模型钢种文件按坯料钢种、原料尺寸与成品尺寸、生产方式等条件进行了有效分类，把板卷厂的所有钢种分为12个家族8000多个模型钢种文件，以此减少因为原料与成品尺寸等的不同对预测轧制力产生的影响。近年来，客户对成品外观提出更高的要求、冶炼时调整合金成分或者新钢种的开发等原因，板坯化学成分发生了变化，但二级模型钢种文件内与化学成分有关的数据并没有得到更新，结果导致某些钢种预测的轧制力与实际的轧制力严重不符，造成了厚度出格、瓢曲等缺陷。
2二级轧制力模型与模型钢种文件的关系
轧制力的计算主要是流变应力的计算，流变应力的公式中四个关键参数均来自对应的模型钢种文件
流变应力公式：
其中：
T：当前钢板的温度
ε：塑性变形
：轧制过程中的塑性变形速率
A，△Q，m，n四个参数来自对应的模型钢种文件
根据流变应力公式，在模型钢种文件内参数不变的情况下，通过一级反馈的轧制力很容易反计算出当前的温度T
3生产过程与轧制力修正
炉卷轧机前后各有一个卷取炉，轧机与卷取炉之间水气比较大，热金属检测器只能安装到卷取炉的外侧，离轧机比较远，机前位置距轧机6.4米，机后位置距轧机20.9米。轧制的板子短、卷轧时，热金属检测器都不能检测到有效的钢板实际温度。如图2。轧制过程中，没有现场实际温度的反馈，二级模型无法完成闭环，只能处于一个独立的单元，无法根据现场的实际温度对先前预测的轧制力进行修正，失去了短期自学习（道次自适应）应有的作用，这是轧制力不准确最主要原因。
4提高轧制力预测精度的措施
根据二级程序的特点，提高轧制力预测精度主要是修改短期自学习。
4.1利用一级反馈轧制力分别计算头尾与本体轧制力
每一道次轧制时，轧钢二级每100毫秒收到一条轧钢一级发来的实时轧制力，本道次轧制结束后，二级根据这些数据计算出平均的轧制力（头尾与本体分别计算），针对该计算结果，二级计算机通过轧制力计算模型很容易反推出当前道次的温度，把该温度修正后运用到下一道次的轧制力计算中。同时因为温度发生了变化，下道次轧机入口的厚度、道次压下量等需要根据当前计算的温度重新计算。
通过轧制力反馈计算出的温度弥补了二级模型对冷却水的计算不准确、轧制间隔时钢板的温降计算等问题。
4.2统一二级预测轧制力与一级实测轧制力
目前二级发送到一级的预测轧制力包括两个部分：一是钢板产生塑性变形需要的变形力、二是为了保持板形所需要的弯辊力。轧制过程中一级实时传到二级的轧制力是剔除弯辊力的压头压力。一级工程师修改电气通信程序，直接把轧机上压头实测的力传给二级，二级再结合轧机牌坊弹跳与轧制力的关系（见表1），进行每一道次出口厚度计算。出口厚度精度的提高为下一道次的压下精度提供了保证。
轧制力（牛） 1.00E+07 2.00E+07 3.00E+07 4.00E+07 5.00E+07 6.00E+07 7.00E+07 8.00E+07
牌坊弹跳量（米） -1.07E-04 1.37E-03 2.60E-03 3.82E-03 5.00E-03 6.16E-03 7.28E-03 8.38E-03
表1：轧机牌坊弹跳与轧制力的关系
4.3厚度偏差参加轧制力计算
操作人员为修正成品厚度输入到二级模型系统的厚度偏差，没有参加轧制力的计算，这样生产薄规格产品时，每一个道次的压下量仅有0.5毫米，而厚度偏差有时达到0.3毫米，厚度偏差对精轧道次轧制力影响比较大。因此，二级计算时，不仅把厚度偏差补偿一级的辊缝值，而且要计算出产生这么多厚度变化需要多少轧制力，把重新计算的轧制力发送到一级。修正后的轧制力预测精度得到大大提高，修正前后两个道次轧制力比较，如下图3。
5结论
5.1轧制力预测精度提高后，轧制力的偏差基本控制到5%以内。
5.2去年每月生产中，平均厚度问题导致的非计划400余吨，自从轧制力修正后该非计划量减至150吨；
5.3预测精度提高后宽薄规格瓢曲率降低了50%，市场不好的情况下，为南钢盈得了许多重要客户。
作者信息：单承勤（1979-）男，汉族，江苏省南京市，现供职于南京南钢股份有限公司中厚板卷厂，中级工程师.