摘要：针对莱芜钢铁集团公司1500mm热带轧机因无板形控制系统而导致产品档次低的问题，研究应用了变接触支撑辊(VCR)技术与高效变凸度的T作辊辊型(HVC)技术。经实际应用．提高了带钢板形质量，并开发出高附加值产品。

关键词：热带轧机；板形控制；平坦度；凸度；辊型

1  前言

    热轧带钢的发展方向为高附加值产品，如冷轧用原料、管线钢、深冲钢乃至汽车用钢等，而板形控制技术是保证高附加值产品质量以及开发薄带钢新产品的核心技术之一。

    莱芜钢铁集团公司2005年7月建成1500mm热轧带钢生产线口]，产品宽700～1400mm，厚1．2～20mm，2006年年产量近200万t。由于该生产线元板形控制系统，导致产品存在如下问题：带钢头部及尾部质量较差；厚4mm以下带钢产品质量难以保证；高附加值产品开发难度大等。为解决这些问题，莱钢研究应用北京科技大学新开发的板形控制系统，尤其是根据莱钢1500mm精轧机组的实际，优化设计出支撑辊变接触曲线(VCR曲线)及工作辊高效变凸度曲线(HVC曲线)，效果显著。

    该精轧机组的6架四辊轧机F₁～F₆都配置有液压AGC、液压弯辊与液压横移，F₆机架出口侧增加了凸度仪、平坦度仪各1台，因此该生产线已具有板形自动闭环控制的设备条件及检测装置。

2  莱钢1500mm精轧机组板形控制策略及技术方案

2．1板形控制策略

    板形包括带钢的横截面形状(主要是凸度)和平坦度2个主要指标，凸度和平坦度在某种情况下具有强耦合性，如何实现良好的解耦控制是板形控制的难点与重点。图1为莱钢1500mm热带精轧机组6机架连轧机解耦控制策略。由图1可以看出，上游机架具有较大的“平坦死区”，是控制凸度的理想机架；而下游机架，“平坦死区”较小，应保持带钢的比例凸度基本不变，完成平坦度控制，亦即实现上游凸度控制+下游平坦度控制+下游边部控制。上游机架在F。达到比例凸度目标值，在后续下游机架以平坦度控制为主，保持相邻机架比例凸度相等，均等于比例凸度目标值。

2．2板形控制技术方案

    按上述板形控制策略，板形控制方案主要包括两方面内容：一是辊型技术，开发适合本生产线板形控制的工作辊和支撑辊辊型；二是板形自动控制技术。

2．2．1  辊型技术

    轧辊辊型是控制板形最直接、最有效的手段。莱钢研究应用了北京科技大学新开发的高效变凸度工作辊辊型(HVC)技术和变接触支撑辊辊型(VCR)技术，优化设计辊型。VCR技术应用于F₁～F₆机架；HVC技术应用于F₁～F₄机架，F₅～F₆仍采用普通辊型(WRS)的工作辊，并配合轧辊轴向液压横移，实现自由规程轧制(逆宽轧制、增加同宽轧制量、延长换辊周期等)。

2．2．2板形自动控制系统简介

    莱钢1500mm精轧机组板形自动控制系统主要包括板形没定(SSU)控制、板形在线闭环控制、凸度自学习和平坦度自学习。板形设定(SSU)控制指过程控制级(L₂)的轧辊轴向横移设定(SFTSU)和弯辊力设定(BFSU)；板形在线闭环控制指在基础自动化级(L₁)的弯辊力前馈(BFFF)控制和弯辊力反馈(BFFBK)控制功能；由于在精轧机组出口安装有凸度仪和平坦度仪，在板形设定控制系统中还包括凸度自学习和平坦度自学习，以提高设定模型的精度。

3  辊型设计

3．1变接触支撑辊(VCR)技术

    采用常规支撑辊，F₁～F₆机架轧辊轴向不均匀磨损较严重，工作辊下机后呈现箱形或凹槽形，辊型保持稳定的能力较差。而VCR技术的核心是支撑辊采用特殊的大圆弧辊型曲线，使辊系在轧制力的作用下，支撑辊和工作辊的辊间接触长度能够与所轧带钢的宽度相适应，消除或减少辊间“有害接触区”，从而将低横向刚度的辊缝转化为高横向刚度的辊缝，降低带钢的凸度；同时可增加轧机对板形干扰因素(如来料板形的波动、轧制力的波动等)的抵抗能力，抑制板形缺陷产生，使轧后带钢的板形保持稳定；此外，由于“有害接触区”的减少，增加了弯辊力的调控功效，可提高板形控制能力。

    另外，常规的大倒角支撑辊在倒角拐弯处易出现接触压力尖峰，而VCR技术改变支撑辊与工作辊辊问的接触状态，可降低接触压力尖峰，使轴向辊间接触压力均匀分布，对改善轧辊轴向不均匀磨损、延长换辊周期、降低轧辊消耗有明显作用。变接触支撑辊VCR技术如图2所示。

3．2  高效变凸度工作辊辊型(HVC)技术

CVC技术是由德国西马克公司开发的标志性板形控制技术，目前在热轧和冷轧生产中均有许多成功的应用实例。其基本思想是将上下工作辊磨削成近似S形但呈180°相位差放置，通过上、下工作辊相对轴向移动可连续改变空载辊缝的凸度(主要是二次凸度)，以达到增加轧机板形控制能力的目的。但是，采用CVC技术时空载辊缝的二次凸度与所轧带钢的宽度成平方关系，亦即轧制宽带钢时，凸度调节能力较大；而轧制窄带钢时，凸度调节能力成平方下降；当生产窄而薄的带钢时，容易失去板形控制能力。

为增加板形控制能力，在设计工作辊辊型时，充分吸收CVC辊型的优点，同时克服其不足，在精轧机组的上游机架应用高性能变凸度(High-per·formance  Variable Crown)工作辊辊型(简称HVC)技术，其将空载辊缝的二次凸度与所轧带钢的宽度设计为线性关系。轧制时，当所轧带钢宽度B在700～1350mm变化时，HVC和CVC的空载辊缝凸度(二次凸度)调节能力对比如图3所示。

带钢宽度变化时空载辊缝凸度调节能力比值为：

   u(B) = (C_B／C_max)×100％

式中，u(B)为带钢宽度变化时的空载辊缝凸度调节能力比值；C_max为最大带钢宽度时的空载辊缝凸度；C_B为带钢宽度为B时的空载辊缝凸度。

从图3可知，当带钢宽度由宽变窄时，CVC的空载辊缝调节能力下降较大，接近70％；而HVC空载辊缝调节能力下降相对缓慢，接近50％，．因此HVC技术的板形调控能力更强。

采用HVC工作辊技术，空载辊缝的二次凸度与板宽成线性关系，同时二次凸度与轧辊轴向横移量也成线性关系，因而该技术对板形有很强的控制能力，具有控制幅度大、精度高的特点；此外，采用该技术既可实现正凸度控制，也可实现负凸度控制，尤其适于轧制强度高、规格薄的品种；再有，线性关系对于实现模型自动控制非常有利。经研究还发现，HVC辊型不仅具有二次凸度的控制能力，还具有高次凸度的控制能力，这使得HVC具有消除边、中复合浪的能力。HVC技术工作辊辊型如图4所示。

3．3 HVC工作辊与WRS工作辊的区别

HVC工作辊与常规wRS工作辊的本质区别在于：HvC工作辊可通过轧辊的轴向横移来改变承载辊缝的形状，以达到增加轧机板形控制能力的目的。为此，HVC工作辊的横移策略与WRS工作辊的横移策略不同，需由过程控制级(L₂)的板形设定模型计算出横移量与弯辊力，然后传至基础自动化(L₁)执行。对于HVC工作辊，根据轧制规格、钢种、轧制力、轧辊磨损和热胀的变化，其轴向横移量因板形设定而变；而对于WRS工作辊，其横移位置不考虑这些因素的变化，而是根据预先设定的横移策略(横移模式、横移步长、横移行程和横移频率)进行周期性来回横移，其目的不是增加轧机板形控制能力，而是不断改变带钢与工作辊的接触位置，使轧辊轴向磨损均匀化，以实现自由规程轧制。

测量下机后轧辊的磨损辊型(冷态)，发现HVC工作辊的磨损辊型与WRS工作辊的磨损辊型没有本质差别。经过一个轧制单位后，在与带钢接触的区域内，HVC工作辊辊型仍保持较好，因此采用HVC工作辊技术后，轧制单位公里数并未减少，保证了正常的换辊周期。

HVC轧辊的轴向移动能明显改变空载辊缝的凸度，可为每一种规格的带钢设定所需的轴向移动量，而工作辊弯辊装置仅仅用来平衡轧辊变形与设定值之间的偏差以及带钢运行过程中干扰因素的变化。因此将HVC轧辊轴向移动值作为预设定值，轧制时用工作辊弯辊装置作在线调整，起微调作用。

4  应用效果

投入板形控制系统前，带钢平坦度指标与凸度指标都很差，达不到国标要求，因此一般不作为交货条件，交货时带钢产品外形主要控制厚度、宽度及塔形，产品主要作为焊管、结构用钢等档次较低产品的原料，与国内同类型热带生产线，如宝钢1580mm、梅钢1422mm、鞍钢1780mm、1800mm等相比，在产品档次、附加值、板形质量上相差较大，产品效益不高、竞争力不强。带钢平坦度与凸度设计指标见表1。

投入该板形控制系统后，根据产品板形指标与轧制工艺参数等逐步调试，不断优化模型，取得良好效果，厚2．3～4mm带钢板形质量不断提高，尤其是头、尾部板形质量明显提高，平坦度指标取40IU时平均命中率已近90％，接近设计的平直度指标；凸度指标取±35μm时平均命中率已达90．5％，接近设计的凸度指标。厚度4mm以上的带钢板形质量更容易保证。现已开发出厚2．5～5mm冷轧原料、厚3～5mm集装箱板；X52管线钢等附加值较高的产品。

5  结语

板形控制技术对于热轧带钢厂高精度板带和高附加值产品的研制与开发具有重要意义。通过应用先进的支撑辊和工作辊辊型技术，配合板形自动闭环控制系统，提高了莱钢1500mm热轧精轧机组的板形控制能力，显著提高了产品板形质量，并能生产出高精度板材和高附加值产品。