宽带钢热连轧生产关键技术

    目前，我国已建和在建的宽带钢热连轧生产线总数达到80条，设计产能超过2.5亿吨。由于生产条件复杂，变化及耦合因素多，宽带钢热连轧是技术密集度很高的生产工序。其中，“炼铸轧一体化”计划集成与调度技术，自动控制技术和板形综合控制技术已发展为热轧宽带钢生产过程中的关键共性技术，对于节能降耗、产品质量控制、企业经济效益提高等具有决定作用，应当给予更多的关注。

    一体化新工艺优势凸显

    在整个带钢生产流程中，炼钢、连铸、热轧工序衔接尤其紧密，三者之间的物流、信息流匹配不仅是正常生产的保证，对降低能耗和生产成本、提高产品质量也至关重要。针对宽带钢生产过程中，炼钢、连铸、热轧三大工序的一体化生产新工艺和节能减排的实际需求，从生产管理机构重组、业务流程再造、工艺集成方案优化和集成计划与调度系统研发等方面进行系统研究，显得尤为重要。

    在多年的理论研究和工业实践中，业内提出了宽带钢生产“炼铸轧一体化”新工艺整体解决方案，并且研制了生产计划集成与动态调度系统完整的运行平台和系列技术，主要包括以下几个方面：

    生产计划集成与调度系统整体框架和解决方案。框架以订单追踪为核心理念，采用分层式结构设计，既适用于现有生产线的工艺流程重组，又适用于新建生产线的系统建设。整体解决方案包括了炼、铸、轧三大工序的抽象建模、数学描述、功能模块的定义以及模块间的业务流程等。各功能模块可以根据不同企业的具体要求进行适当的裁剪、适配、重组，以满足企业个性化设计的要求。通过消息集成中心和其他通信接口，可实现与企业ERP系统以及炼、铸、轧生产控制系统间无缝对接，既保持了系统的独立性，又使整个企业信息化系统融为一体。

    适合不同生产工艺的炼、铸、轧集成计划与调度模型以及相应的优化算法。这些算法主要包括基于约束规划的热轧CCR批量计划算法，基于遗传算法的HCR批量计划优化算法，基于改进遗传算法的HCR板坯入库决策优化算法，基于改进蚁群算法的DHCR批量计划优化算法、混装计划优化算法，基于约束规划的炼钢-连铸调度算法以及一体化作业调度仿真算法等，解决了三大工序物流匹配、衔接问题，为一体化计划的实施提供依据，大大简化了决策的过程，日计划编排时间可由人工编制时的几个小时缩短为30分钟。

    基于规则推理的动态调度与策略化动态调整的三大工序调控方案和实施技术。基于规则推理的动态调度技术主要是通过衔接区物流管制与动态调控，实现铸轧间物流的动态衔接与匹配，自动消除多铸机、多流供料时生产节奏上的差异，保证了DHCR生产工艺的实施。策略化动态调整技术解决了因设备故障和工艺异常所造成的生产计划中断，须动态调整作业计划的问题。该技术通过决策支持系统与仿真系统较好地解决了生产实践中的难题。

    一体化计划集成与调度技术用于武钢二热轧生产线，实现平均热装率大于75%，平均板坯入炉温度大于650℃，最高日热装率为85.23%；用于日钢1580热连轧，热装率大于90%，平均板坯入炉温度大于750℃。

    板形控制技术提质降耗

    板形是宽带钢一项非常重要的质量指标。若板形控制技术配置完备、先进，则可以增加生产线主动控制带钢板形的能力，以适应各种轧制条件下的板形控制要求。宽带钢热轧机的板形综合控制技术的配置主要包括以下内容：

    粗轧机和精轧机的全部机架采用变接触支持辊技术，自动消除辊间“有害接触区”，将低横向刚度辊缝转化为高横向刚度辊缝，增加轧机对板形干扰因素的抵抗能力，改善轧机的板形调控性能，降低轧辊消耗。

    在精轧机组的上游机架（如F1～F4）采用高效变凸度工作辊技术，通过窜辊使其板形调节能力与带钢宽度成线性关系，在大幅度增加轧机整体板形控制能力的同时，增强对窄规格的板形调控能力。

    在下游机架采用常规工作辊，通过轧辊往复周期的窜动，均匀化轧辊的磨损，以适应自由规程轧制的要求。为兼顾整个轧制单位内的板形控制，设计了特殊的变行程的常规工作辊窜辊策略。针对特殊的品种，如硅钢，也可在末机架或末两个机架采用非对称工作辊技术，实现板形控制和磨损控制的双重功能，对带钢边部板形进行有效控制。  

    考虑热带钢轧机板形控制特性的上下游辊形配置策略，采用能适应灵活辊形配置的、功能齐全的板形控制模型，包括过程控制级的板形设定模型、板形自学习模型和基础自动化级的平坦度反馈控制模型、凸度反馈控制模型、弯辊力前馈控制模型、板形板厚解耦模型及轧后冷却平坦度补偿策略，实现高精度的板形自动控制。

    先进的板形控制功能有力地保障了产品的板形质量，使得带钢的板形控制精度达到很高的水平，并且生产线对自由规程轧制的适应能力很强，同宽轧制量可达70千米，逆宽跳跃可达300毫米。自由规程轧制的实现，不仅可降低轧辊消耗，减少辅助生产时间，对于提高热装率并由此降低能耗也有好处。

    自动控制技术提升产品精度

    自动控制技术对热轧宽带钢的产品性能、生产效率、成材率等有重要的影响，决定着热连轧生产线的先进程度。国内经过多年的消化、吸收和创新，开发成功全套热连轧工艺模型和控制模块，并成功应用于武钢1700mm、重钢1780mm等多条热连轧生产线，取得了好的控制效果。自动控制系统的开发和应用也为今后的技术升级和进步奠定了扎实的基础。

    自动控制系统硬件配置。为了满足热连轧快速、精确控制的要求，控制系统的配置须充分考虑热连轧生产工艺特点以及自动控制系统硬件、软件的发展趋势，以保证整个系统的先进性、可靠性、开放性和便于维护。

    先进控制功能。这主要包括规程计算、AGC子系统、精轧温度控制、卷取温度控制等功能。

    规程计算。规程计算对带钢头部的厚度控制精度有决定性的影响。根据生产工艺特点，轧件从出炉到卷取完成这段时间内要进行多次规程设定计算，包括预计算、再计算、后计算、模型自适应。

    AGC子系统。该系统开发了各种AGC控制算法及组合使用策略，包括厚度计AGC、监控AGC、前馈AGC等。另外为了提高厚度控制精度，使穿带、抛钢过程稳定，采用多种补偿方案，如两侧油缸的同步控制、伺服阀流量补偿、咬钢冲击补偿、轧辊偏心补偿等。AGC的关键参数采用专家系统、神经网络等先进算法进行整定和优化。

    精轧温度控制。终轧温度控制包括头部终轧温度控制和全长终轧温度控制两部分。轧件头部终轧温度控制的目的是将轧件头部离开精轧机组时的温度控制在所要求的范围内，并为全长终轧温度控制提供良好的初始条件。在精轧预设定计算时，该系统根据预测的精轧入口处带钢全长温度变化，计算出合适的温度加速度，通过加速度控制带材全长温度的波动趋势。

    卷取温度控制。相对于传统的统计回归模型，该系统采用基于有限差分算法的温度预报模型，可以比较细致地考虑换热边界条件、厚度方向热传导、带钢热物性参数与带钢的温降之间相互影响的关系。

    自动控制技术可助力缩短热试的时间、尽早达产、提高产品精度，而且齐全的控制功能、高精度的质量控制模型及预置的模型工艺参数，也有利于生产线品种规格的自动扩展，包括高牌号的无取向硅钢、高级别的管线钢、先进高强钢等品种均能实现稳定生产，在薄规格不锈钢生产方面也实现了重大突破。