楔形軋制彎輥竄輥系統(tǒng)對(duì)帶鋼板型的調(diào)整修復(fù)

馬德平，陳利東（天津鞍鋼天鐵冷軋薄板有限公司，天津300400）

0 引言

隨著我國(guó)鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，鋼鐵市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，提高帶鋼質(zhì)量、檔次及自動(dòng)化水平、降低成本，成為各個(gè)鋼鐵企業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)。彎輥竄輥系統(tǒng)對(duì)帶鋼板型調(diào)整修復(fù)起到關(guān)鍵性作用，能夠避免帶鋼表面出現(xiàn)板型波動(dòng)，在軋制過(guò)程中起到微調(diào)節(jié)作用。我公司對(duì)彎輥和竄輥系統(tǒng)主要通過(guò)TDC（TDC工業(yè)控制系統(tǒng)是西門子公司SIMADYN D的升級(jí)換代產(chǎn)品，也是一種多處理器并行遠(yuǎn)行的控制系統(tǒng)）進(jìn)行控制。TDC在整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中起到承上啟下的作用，實(shí)現(xiàn)彎輥竄輥系統(tǒng)模擬量信號(hào)的閉環(huán)控制。彎輥竄輥系統(tǒng)的應(yīng)用應(yīng)充分考慮到冷軋薄板軋制過(guò)程的完整性和配套的合理性，滿足生產(chǎn)工藝的要求，降低成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量及自動(dòng)化水平，同時(shí)保持系統(tǒng)的先進(jìn)性。

1 概述

技術(shù)設(shè)備包括：楔形調(diào)整系統(tǒng)、上支撐輥平衡系統(tǒng)、中間輥和工作輥平衡，以及彎輥和中間輥竄輥。

以上設(shè)備既可以通過(guò)第1～第5機(jī)架的控制面板操作，又可以通過(guò)軋機(jī)主操作臺(tái)控制，且可以在手動(dòng)或維護(hù)模式下發(fā)揮HMI功能。在維護(hù)模式下，通過(guò)第1～第5機(jī)架的控制面板來(lái)進(jìn)行CVC竄輥。在自動(dòng)模式下，設(shè)備根據(jù)軋制計(jì)劃順序執(zhí)行。該順序可以被軋機(jī)機(jī)架操作面板或主操作面板觸發(fā)。

2 楔形調(diào)整系統(tǒng)

楔形調(diào)整系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

圖1 楔形調(diào)整系統(tǒng)圖

楔形調(diào)整設(shè)備位于機(jī)架的底部，主要具有以下功能：

（1）移動(dòng)底輥到各自的換輥位置，換輥時(shí)將底輥降到最低位置。

（2）換輥完成后，根據(jù)底輥直徑的函數(shù)調(diào)節(jié)以得到恒定的軋制線。

調(diào)整可通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)可水平移動(dòng)的楔形實(shí)現(xiàn)。在楔形基座上移動(dòng)，該基座在安裝在可移動(dòng)楔形的下部。楔形的水平位置通過(guò)安裝在液壓缸上的位置傳感器測(cè)量。根據(jù)楔形的斜坡、已知輥?zhàn)拥闹睆郊暗撞?個(gè)輥（bottom roll stack），可在垂直方向上保持一條恒定的軋制線。由于使用了絕對(duì)值傳感器，無(wú)需其他額外的校驗(yàn)。每個(gè)液壓缸都有夾頭，用于保持楔形的位置。在楔形移動(dòng)之前，夾持裝置自動(dòng)釋放；楔形停止后，應(yīng)用夾持裝置，保持液壓缸（楔形）的位置。位置控制器用來(lái)控制從最低位置（換輥位置）到軋制線的提升，控制從軋制線到最低位置的下降。根據(jù)不同情況下輥?zhàn)又睆降暮瘮?shù)，計(jì)算出所需要的軋制線的調(diào)整距離。當(dāng)楔形到達(dá)了極限位置或水平原始位置，在停止時(shí)鎖緊夾持裝置。調(diào)整的全部距離（沖程），定義以底部工作輥、中間輥和支撐輥都為最大直徑時(shí)的軋制線位置為0位置。指示器的值是底部工作輥（最大直徑-實(shí)際直徑）、底部中間輥（最大直徑-實(shí)際直徑），以及1/2底部支撐輥（最大直徑-實(shí)際直徑）的總和，因此操作人員可以較容易地控制軋制線的位置。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)值時(shí)，則表示處于換輥位置。通過(guò)預(yù)先選擇維護(hù)模式，可確保楔形調(diào)整在手動(dòng)模式下進(jìn)行。對(duì)于底部工作輥、中間輥和支撐輥直徑輸入值的檢測(cè)，可通過(guò)兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)來(lái)監(jiān)測(cè)底部輥組（3個(gè)輥?zhàn)釉谝黄穑┑奈恢谩ｋS著楔形塊將底部輥組（bottom roll stack）提升，一旦底部工作輥從軌道梁上提升，會(huì)立刻觸發(fā)限位開(kāi)關(guān)，指示楔形塊調(diào)整系統(tǒng)已經(jīng)移動(dòng)了足夠長(zhǎng)的距離，需使HGC液壓缸下降。當(dāng)限位開(kāi)關(guān)被觸發(fā)時(shí)，限位開(kāi)關(guān)通過(guò)比較實(shí)際楔形位置和預(yù)設(shè)定的楔形位置來(lái)執(zhí)行直徑監(jiān)測(cè)。

輥?zhàn)又睆捷斎胝_與否也是由HGC調(diào)整系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的。通過(guò)比較預(yù)期的行程長(zhǎng)度，如果監(jiān)測(cè)功能作出反應(yīng)，發(fā)出“通過(guò)線錯(cuò)誤”并顯示，無(wú)法作出相應(yīng)的調(diào)整。

3 支撐輥平衡

支撐輥平衡的作用是配平和提升/下降頂部支撐輥。

3.1 校驗(yàn)?zāi)Ｊ?/h3>

在軋制過(guò)程中，通過(guò)壓力控制平衡輥?zhàn)拥闹亓浚源_保頂部支撐輥和HGC液壓缸之間的有效接觸。配平通過(guò)活塞側(cè)配平液壓缸的壓力控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。伺服閥壓力控制器配有壓力傳感器，用來(lái)測(cè)量由平衡液壓缸產(chǎn)生的實(shí)際向上的壓力。該壓力值用來(lái)補(bǔ)償計(jì)算出的輥?zhàn)拥姆至蚜Α?/p>

3.2 控制模式

在換輥操作中，提升和降低底部支撐輥，操作側(cè)與傳動(dòng)側(cè)之間的同步，是通過(guò)每側(cè)單獨(dú)的液壓閥設(shè)定流量來(lái)控制的。用于下降的較高桿側(cè)壓力與用于軋制的較低壓力，是通過(guò)配平液壓缸來(lái)進(jìn)行壓力轉(zhuǎn)換的。通過(guò)預(yù)先選擇“軋制操作啟動(dòng)”來(lái)進(jìn)行校驗(yàn)?zāi)Ｊ降那袚Q。通過(guò)選擇“工作輥或支撐輥換輥啟動(dòng)”來(lái)進(jìn)行控制模式的切換。

對(duì)于換輥，通過(guò)預(yù)先選擇“工作輥/支撐輥換輥開(kāi)啟”來(lái)讓支撐輥上升/下降系統(tǒng)提升。上支撐輥保持與HGC液壓缸的接觸，與液壓調(diào)整系統(tǒng)一起移動(dòng)到最頂部位置。當(dāng)頂部支撐輥完全提升之后，在支撐輥和工作輥中建立起輥縫。支撐輥?zhàn)铐敹说奈恢帽唤咏_(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)。如果更換支撐輥，配平系統(tǒng)會(huì)完全降低，在工作輥移出后，將支撐輥的楔形墊放到支撐輥換輥裝置上。配平系統(tǒng)繼續(xù)下降，使配平液壓缸處在收縮狀態(tài)，并且保證配平液壓缸和支撐輥楔形墊的潔凈。

4 中間輥和工作輥彎輥系統(tǒng)

彎輥的控制原理見(jiàn)圖2。

中間輥和工作輥的正/負(fù)彎輥的平衡：

圖2 彎輥的控制原理

4.1 在校驗(yàn)?zāi)Ｊ较?/h3>

在軋制過(guò)程中，通過(guò)壓力控制來(lái)平衡輥的重量，確保各個(gè)輥?zhàn)又g的接觸。（WR->IR->BUR）在軋制過(guò)程中通過(guò)正負(fù)彎輥力的調(diào)整來(lái)設(shè)定輥縫的屬性。彎輥力的調(diào)整通過(guò)控制壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)。

傳動(dòng)和操作側(cè)的正負(fù)彎輥是以總壓力（壓下力）控制的形式體現(xiàn)的，如壓力在傳動(dòng)和操作側(cè)的彎輥缸的齒輪和桿側(cè)的值。在齒輪和桿側(cè)的壓力監(jiān)測(cè)對(duì)傳動(dòng)和操作側(cè)彎輥系統(tǒng)的動(dòng)作都有影響。傳動(dòng)和操作側(cè)的平均值被看作是實(shí)際的彎輥力。

在軋制過(guò)程中，根據(jù)產(chǎn)品的要求來(lái)控制正負(fù)彎輥。該正負(fù)參考值有一個(gè)最小值的限制，以保證軋制過(guò)程中輥?zhàn)涌偸怯行Ы佑|的。輥?zhàn)訌澼伭Φ南拗埔揽颗c輥?zhàn)臃至蚜Α顟B(tài)、軋輥的條件（輥縫的開(kāi)啟/關(guān)閉）和相應(yīng)的操作模式（加減速、快停、緊急停車）。工作輥和中間輥對(duì)彎輥量值的限制，需符合平衡頂部工作輥和中間輥的重量，以及頂輥加速所產(chǎn)生的摩擦力的要求。

彎輥力的進(jìn)一步限制是在0kN附近區(qū)域（起始值的+/-5%)，強(qiáng)烈建議在穿帶或者設(shè)定輥?zhàn)訅合铝Φ膮⒖贾禃r(shí)不要使用這一區(qū)域的值，只能線形通過(guò)。這是由于在以上描述區(qū)域，彎輥的壓力改變方向不是十分穩(wěn)定，“0”區(qū)域?qū)⒔档凸ぷ鬏亸澼伒氖褂脡勖?。在輥縫打開(kāi)的情況下旋轉(zhuǎn)輥?zhàn)?，彎輥系統(tǒng)被設(shè)定為一個(gè)固定的平衡值。與CVC竄輥設(shè)備、多區(qū)冷卻系統(tǒng)以及液壓輥縫控制系統(tǒng)傾斜移動(dòng)的連接，在板形儀控制范圍內(nèi)可以達(dá)到技術(shù)要求的最優(yōu)輥縫適應(yīng)。

4.2 在控制模式下

在換輥期間移動(dòng)輥?zhàn)踊蛘邚澼亯K的分離或夾緊。彎輥塊：在垂直軌道上（牌坊）卡緊軸承座的設(shè)備，只有中間輥和工作輥有彎輥塊，而支撐輥沒(méi)有。通過(guò)預(yù)先選擇“軋輥操作啟動(dòng)”來(lái)切換到校驗(yàn)?zāi)Ｊ健Ｍㄟ^(guò)預(yù)先選擇“換輥開(kāi)啟”來(lái)切換到控制模式。

對(duì)于換輥，通過(guò)預(yù)先選擇“換輥開(kāi)啟”，中間輥和工作輥平衡系統(tǒng)切換到抬升位置（減少壓力設(shè)定值）。中間輥和工作輥一直保持與支撐輥的接觸，直到到達(dá)他們的換輥位置。底部中間輥和工作輥彎輥塊的換輥位置為限位開(kāi)關(guān)所監(jiān)測(cè)（換輥的前提）。

5 CVC竄輥系統(tǒng)

中間輥具有拋物線形的凸度，可以通過(guò)軸向移動(dòng)來(lái)改變連續(xù)變化的凸度（CVC）。與中間輥和工作輥彎輥系統(tǒng)、多區(qū)冷卻系統(tǒng)、液壓輥縫控制系統(tǒng)傾斜移動(dòng)的連接，在板形儀控制范圍內(nèi)可以達(dá)到技術(shù)要求的最優(yōu)輥縫適應(yīng)，見(jiàn)圖3。

CVC竄輥被安裝在每個(gè)機(jī)架的操作側(cè)。對(duì)于中間輥的換輥，松開(kāi)竄輥設(shè)備和中間輥之間的連接元件非常必要。當(dāng)中間輥換輥完畢后，竄輥設(shè)備要重新連接到中間輥上。有兩個(gè)位置的控制器被應(yīng)用到底部、頂部輥的軸向竄輥上。另外，應(yīng)用同步控制系統(tǒng)來(lái)保證相等或相反的頂部和底部竄輥。這個(gè)控制系統(tǒng)在移動(dòng)過(guò)程中比較和校正實(shí)際值（通過(guò)位置傳感器測(cè)量每個(gè)移動(dòng)缸）與當(dāng)前設(shè)定值。位置參考值被指定為軋制程序的預(yù)設(shè)值或者作為板形儀控制系統(tǒng)的校驗(yàn)值。

通過(guò)預(yù)先選擇相應(yīng)機(jī)架的軋制操作、工作輥、中間輥、支撐輥換輥的操作模式和CVC系統(tǒng)的操作/維護(hù)模式，以及軸向移動(dòng)設(shè)備的相應(yīng)的操作模式。

5.1“軋制操作”模式

通過(guò)啟動(dòng)“原始位置值接近”，系統(tǒng)運(yùn)行到給定的參考值。接近參考值的位置依賴于軋機(jī)的速度、輥?zhàn)拥目偡至蚜σ约败垯C(jī)條件（輥縫的打開(kāi)和關(guān)閉）。

圖3 CVC竄輥系統(tǒng)

為了能夠適應(yīng)參考值的改變，軋機(jī)的速度在輥縫閉合時(shí)必須高于最低值，或者在輥縫打開(kāi)時(shí)，輥?zhàn)拥尿?qū)動(dòng)必須加速（以delta斜坡）。此外，HGC液壓缸以一個(gè)固定值打開(kāi)（初始值設(shè)定為0.3mm），以防止?jié)撛诘母Z輥力過(guò)大。只允許對(duì)運(yùn)行的機(jī)架進(jìn)行CVC控制器接管、接近新的參考值，并且加速機(jī)架的驅(qū)動(dòng)到更高值。每個(gè)機(jī)架都單獨(dú)地處理和接近新的參考值。

在軋制過(guò)程中，當(dāng)預(yù)設(shè)的新參考值被下到下一卷時(shí)，過(guò)程計(jì)算機(jī)跟蹤焊縫位置，在合適的位置觸發(fā)竄輥運(yùn)動(dòng)。輥縫打開(kāi)并且工作輥、中間輥和支撐輥不相互接觸，在關(guān)閉軋機(jī)機(jī)架之前，接近到參考值。HGC系統(tǒng)或者軋制的校驗(yàn)，在預(yù)先選擇的液壓缸速度下執(zhí)行。

頂部和底部的竄輥在位置控制下向相反的方向移動(dòng)。在新輥被安裝后，接近校驗(yàn)位置和/或“老”的原始值同樣是通過(guò)位置控制的。但不可使用同步控制。只有當(dāng)輥?zhàn)娱L(zhǎng)距離沖程后，相對(duì)于其他輥?zhàn)拥竭_(dá)校驗(yàn)或相反位置，同步控制和窗口檢測(cè)將會(huì)被激活。

除了事故停車和事故完畢命令，止回閥前后的伺服閥總是打開(kāi)的。即使相應(yīng)的位置已經(jīng)到達(dá)，位置閉環(huán)回路仍然有效。

5.2“工作/支撐輥更換”模式

在換輥過(guò)程中，在換輥位置的所有輥被移動(dòng)到操作側(cè)頂部。在機(jī)架停止時(shí)，單向位置控制下，以及最大缸速度下執(zhí)行移動(dòng)。當(dāng)達(dá)到最終位置時(shí)，止回閥前后的伺服閥被關(guān)閉。當(dāng)換輥完畢后，輥?zhàn)颖灰苿?dòng)到校準(zhǔn)位置（機(jī)架上沒(méi)有帶鋼），或者參考位置（機(jī)架上有帶鋼），校驗(yàn)和/或關(guān)閉液壓調(diào)整系統(tǒng)的前提條件是要在單向位置控制下。

5.3“運(yùn)行”模式

軋輥的運(yùn)行包括位置控制，同前文，此處不再贅述。

5.4“維護(hù)”模式

在“維護(hù)”位置，每個(gè)輥可在機(jī)架停止時(shí)進(jìn)行單獨(dú)手動(dòng)操作（慢行模式）。每個(gè)輥的精確“0位置”可以通過(guò)機(jī)械測(cè)量和單獨(dú)的點(diǎn)動(dòng)（jogging）達(dá)到。當(dāng)輥?zhàn)尤糠稚⒑螅╰he roll totally separated），竄輥速度是最大的缸速度（大約30 mm/s）。當(dāng)輥縫關(guān)閉或者輥?zhàn)硬辉趽Q輥位置，竄輥的速度在各自輥速的1/2 000～1/4 000。

相對(duì)于軋制速度，CVC速度的因數(shù)（輥?zhàn)拥姆至蚜ψ鳛閰?shù)）在調(diào)試階段被優(yōu)化。當(dāng)最小的軋制速度低于15 m/min時(shí)，竄輥被關(guān)閉。為了保證竄輥系統(tǒng)能夠校正潛在的偏移，仍然要保證位置控制有效。

6 結(jié)束語(yǔ)

竄輥彎輥系統(tǒng)可以通過(guò)工作輥和中間輥的竄輥，以及彎輥動(dòng)作有效提高帶鋼表面板型質(zhì)量。利用板型儀反饋信號(hào)，對(duì)軋機(jī)軋制過(guò)程實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，提高冷軋生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量。