1. 立项背景

电工钢是中国国民经济建设不可缺少的重要原材料之一，也是变压器、家用电器、电子、中小型电机、大型电机以及国防、军工等行业的核心原材料产品。边部减薄（又称边降）是冷轧硅钢非常重要的一个质量指标，对于电工钢产品更为关键。带钢的边部减薄量越大，轧后带材的切边量也越大，产品的成材率越低。边部减薄所造成的同板差缺陷会降低材料的冲压成型性能，导致镀锡板和汽车用钢板等在冲压成形加工中产生裂纹问题。冷轧硅钢产品用于电机或变压器制造时，同板厚差的导致叠片系数减小、磁通密度小、空气隙增大、磁感应强度降低、激励电流大，电气设备的电磁转换效能低。边降控制技术是冷轧硅钢生产中继厚度控制和板形控制之后的又一技术难题，是冷轧硅钢生产不可或缺的核心技术之一。

鞍钢1500硅钢冷连轧生产线，由五机架全六辊轧机轧制冷轧硅钢产品，不具备边降控制功能，带钢的边降控制精度≤20μm，已无法满足客户提出的7μm同板差的要求，遂立项对鞍钢冷轧硅钢厂1500冷连轧机进行边降控制改造。

日本公司在冷轧硅钢边降控制领域具有垄断地位，国内的宝钢、武钢、首钢、太钢等硅钢冷连轧机均由日本公司提供全套边降控制技术。鞍钢本意欲让日本公司承担此次硅钢边降改造，但对方提出如下条件：（1）轧机机械部分改造费用约为1.5亿元；（2）日本公司只负责机械部分的改造，电气部分改造需由原供应商负责；（3）改造期间需停产10个月。

与日方未成协议的条件下，鞍钢股份有限公司在国内寻求具有雄厚技术实力尤其是冷轧技术的设备供应商。

中国第一重型机械集团公司是国内第一家进行冶金机械设备设计、加工、制造的单位，拥有雄厚的实力，鞍钢冷轧硅钢厂原有1500硅钢冷连轧机生产线即由一重设计、供货。因此，一重集团大连工程技术有限公司联合鞍钢股份有限公司、鞍钢未来钢铁研究院有限公司对鞍钢硅钢厂1500冷连轧机组进行了边降控制技术改造，轧钢工艺设计、机电设备系统设计、一二级控制系统及边降控制数学模型编程调试等核心技术均自主研发。2014年5月完成硅钢1500冷连轧机组边降控制技术的工业应用。

鞍钢硅钢1500冷连轧机边降控制改造项目，包含轧制工艺、机械、液压、仪表、自动控制和计算机等众多学科，是国内冷轧生产系统有史以来最具挑战性的技术改造项目，工期短、专业多、难度大、风险高、设备全部在线加工，为国内同行业的在线改造提供了宝贵的实践经验。

鞍钢硅钢1500冷连轧机边降控制技术是国内第一次自主研发并工业应用的硅钢冷连轧边降控制核心技术，成卷带钢的边降量≤5μm，鉴定委员会一致认为该项核心技术已达到了国际领先水平。

2. 内涵和主要方法

带钢边降及同板差控制技术包含轧制工艺、机械、液压、仪表、自动控制和计算机等众多学科。主要内容和特点表现在：

（1）通过理论和实验研究，制订了边降控制用短行程工作辊窜辊式六辊冷轧机的技术方案，形成了带钢边降高效控制工艺技术。

（2）自主开发设计了一种新型六辊VCMWS(6-roll Variable Crown Middle Work Shifting Mill)轧机，研发出了冷轧硅钢边降控制所需的工作辊窜辊机电液设备系统。

（3）研发出冷轧硅钢边降在线控制数学模型及动态高精度设定模型；冷轧硅钢平直度与边降协调控制系统，实现了带钢边降的高精度控制。

3. 原理

在边降控制方法中，目前世界上使用最广泛的是锥形工作辊横移轧机。该轧机采用两个单锥度的工作辊，通过带钢在锥形段有效工作长度来控制金属边部的横向流动，补偿工作辊压扁引起的边部金属变形，减少边降的发生，如图1。这种控制方法比较容易实现，设备加工制造成本低，控制效果明显，且四辊或六辊轧机都可以使用。

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图 1 锥形工作辊横移轧机

锥形工作辊横移技术是用工作辊锥形部分在带钢边部的定位来有效地控制带钢边降。锥形工作辊横移边降控制技术的锥形工作辊的锥形部分以斜率S（锥高锥长比）研磨，带钢边缘与轧辊锥形区开始点之间的距离定为插入深度EL，如图2。当轧辊轴向移动时，插入深度发生变化，带钢边部各点的初始辊缝开度随之变化，达到对边部各点边降的控制。

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图 2

根据带钢的不同宽度规格，通过调整锥形工作辊锥形段插入带钢边部的有效工作长度EL，来改变边部金属的横向流动，使带钢在轧制过程中边部增厚，减少切边量，提高成材率。通过工作辊横移可以改变工作辊和中间辊的接触长度，减少轧辊有害弯矩的影响，从而达到降低边降的目的。

4. 创新点

（1） 通过理论研究和实验研究，制定了边降控制用短行程工作辊窜辊式六辊冷轧机的技术方案，设计了独特的工作辊辊形，开发了工作插入量、窜辊速度、弯辊力等工艺参数的数学模型，形成带钢边降高效控制工艺技术。

（2）研发出一种新型六辊VCM-WS轧机及冷轧硅钢边降控制的工作辊窜辊机电液设备系统。开发不带复位弹簧、自动锁紧、滑键连接形式的传动接轴，减小轴向力，提高了轧机轴承使用寿命；设计高精度、一阀多缸、机械同步方式的短行程轧辊窜动系统，保证轧机具有足够的边降控制量；开发缸体固定、上下同缸的弯辊设备，保证边部较薄控制过程中带钢平直度质量；设计入口稳定辊，实现带钢跑偏精确控制。

（3）研发出冷轧硅钢边降在线控制所需的预设定和反馈控制数学模型系统。开发了窜辊预设定和再设定相结合的边降控制动态高精度设定模型；基于功效系数多特征点优化的反馈控制模型；动态变规格窜动、非对称窜动和窜辊速度动态设定等控制功能，提高边降控制稳定性，减少轧辊磨损和轴向力，延长轧辊的使用寿命；冷轧硅钢平直度与边降协调控制系统，实现带钢边降的高精度控制。

5. 实施应用前后效果（益）情况对比

冷轧硅钢边降及同板差控制技术已成功应用于鞍钢冷轧硅钢厂1500冷连轧机，工艺和装备全部自主开发，投资比引进国外技术和装备相比下降66.7%，节约1亿元。边降控制系统投入使用后，带钢边降控制精度由原来的12μm提高到5μm，减少了切边量，大幅提高了成材率。改造完成当年，合同量增加18万吨，改造当年的产品质量提升效益即达365万元。

6. 应用推广情况

一重集团大连工程技术有限公司自主研发的硅钢1500冷连轧机边降控制技术是国内第一次自主研发并工业应用的硅钢冷连轧边降控制核心技术，成卷带钢的边降量≤5μm，达到了国际领先水平。

该项目完成了国内第一套工业应用级的冷轧硅钢边降控制系统，打破了国外公司对冷轧硅钢边降控制技术的长期垄断，使中国成为掌握全套工业应用级冷轧硅钢边降控制核心技术的国家。项目的成功实施是我国冶金装备领域核心技术自主创新的重大进步，其核心技术填补了国内空白，可推广用于冷轧机的非对称板形控制，具有广阔的推广前景。