楔形軋制彎輥竄輥系統對帶鋼板型的調整修復

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

隨著我國鋼鐵行業的發展，鋼鐵市場的競爭越來越激烈，提高帶鋼質量、檔次及自動化水平、降低成本，成為各個鋼鐵企業發展的重要目標。彎輥竄輥系統對帶鋼板型調整修復起到關鍵性作用，能夠避免帶鋼表面出現板型波動，在軋制過程中起到微調節作用。我公司對彎輥和竄輥系統主要通過TDC（TDC工業控制系統是西門子公司SIMADYN D的升級換代產品，也是一種多處理器并行遠行的控制系統）進行控制。TDC在整個自動化系統中起到承上啟下的作用，實現彎輥竄輥系統模擬量信號的閉環控制。彎輥竄輥系統的應用應充分考慮到冷軋薄板軋制過程的完整性和配套的合理性，滿足生產工藝的要求，降低成本，提高生產質量及自動化水平，同時保持系統的先進性。

1 概述

技術設備包括：楔形調整系統、上支撐輥平衡系統、中間輥和工作輥平衡，以及彎輥和中間輥竄輥。

以上設備既可以通過第1～第5機架的控制面板操作，又可以通過軋機主操作臺控制，且可以在手動或維護模式下發揮HMI功能。在維護模式下，通過第1～第5機架的控制面板來進行CVC竄輥。在自動模式下，設備根據軋制計劃順序執行。該順序可以被軋機機架操作面板或主操作面板觸發。

2 楔形調整系統

楔形調整系統見圖1。

圖1 楔形調整系統圖

楔形調整設備位于機架的底部，主要具有以下功能：

（1）移動底輥到各自的換輥位置，換輥時將底輥降到最低位置。

（2）換輥完成后，根據底輥直徑的函數調節以得到恒定的軋制線。

調整可通過液壓驅動可水平移動的楔形實現。在楔形基座上移動，該基座在安裝在可移動楔形的下部。楔形的水平位置通過安裝在液壓缸上的位置傳感器測量。根據楔形的斜坡、已知輥子的直徑及底部3個輥（bottom roll stack），可在垂直方向上保持一條恒定的軋制線。由于使用了絕對值傳感器，無需其他額外的校驗。每個液壓缸都有夾頭，用于保持楔形的位置。在楔形移動之前，夾持裝置自動釋放；楔形停止后，應用夾持裝置，保持液壓缸（楔形）的位置。位置控制器用來控制從最低位置（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。根據不同情況下輥子直徑的函數，計算出所需要的軋制線的調整距離。當楔形到達了極限位置或水平原始位置，在停止時鎖緊夾持裝置。調整的全部距離（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-實際直徑）、底部中間輥（最大直徑-實際直徑），以及1/2底部支撐輥（最大直徑-實際直徑）的總和，因此操作人員可以較容易地控制軋制線的位置。當出現負值時，則表示處于換輥位置。通過預先選擇維護模式，可確保楔形調整在手動模式下進行。對于底部工作輥、中間輥和支撐輥直徑輸入值的檢測，可通過兩個限位開關來監測底部輥組（3個輥子在一起）的位置。隨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，會立刻觸發限位開關，指示楔形塊調整系統已經移動了足夠長的距離，需使HGC液壓缸下降。當限位開關被觸發時，限位開關通過比較實際楔形位置和預設定的楔形位置來執行直徑監測。

輥子直徑輸入正確與否也是由HGC調整系統監測的。通過比較預期的行程長度，如果監測功能作出反應，發出“通過線錯誤”并顯示，無法作出相應的調整。

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 校驗模式

在軋制過程中，通過壓力控制平衡輥子的重量，以確保頂部支撐輥和HGC液壓缸之間的有效接觸。配平通過活塞側配平液壓缸的壓力控制來實現。伺服閥壓力控制器配有壓力傳感器，用來測量由平衡液壓缸產生的實際向上的壓力。該壓力值用來補償計算出的輥子的分裂力。

3.2 控制模式

在換輥操作中，提升和降低底部支撐輥，操作側與傳動側之間的同步，是通過每側單獨的液壓閥設定流量來控制的。用于下降的較高桿側壓力與用于軋制的較低壓力，是通過配平液壓缸來進行壓力轉換的。通過預先選擇“軋制操作啟動”來進行校驗模式的切換。通過選擇“工作輥或支撐輥換輥啟動”來進行控制模式的切換。

對于換輥，通過預先選擇“工作輥/支撐輥換輥開啟”來讓支撐輥上升/下降系統提升。上支撐輥保持與HGC液壓缸的接觸，與液壓調整系統一起移動到最頂部位置。當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。支撐輥最頂端的位置被接近開關監測。如果更換支撐輥，配平系統會完全降低，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。配平系統繼續下降，使配平液壓缸處在收縮狀態，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

彎輥的控制原理見圖2。

中間輥和工作輥的正/負彎輥的平衡：

圖2 彎輥的控制原理

4.1 在校驗模式下

在軋制過程中，通過壓力控制來平衡輥的重量，確保各個輥子之間的接觸。（WR->IR->BUR）在軋制過程中通過正負彎輥力的調整來設定輥縫的屬性。彎輥力的調整通過控制壓力來實現。

傳動和操作側的正負彎輥是以總壓力（壓下力）控制的形式體現的，如壓力在傳動和操作側的彎輥缸的齒輪和桿側的值。在齒輪和桿側的壓力監測對傳動和操作側彎輥系統的動作都有影響。傳動和操作側的平均值被看作是實際的彎輥力。

在軋制過程中，根據產品的要求來控制正負彎輥。該正負參考值有一個最小值的限制，以保證軋制過程中輥子總是有效接觸的。輥子彎輥力的限制依靠與輥子分裂力、狀態、軋輥的條件（輥縫的開啟/關閉）和相應的操作模式（加減速、快停、緊急停車）。工作輥和中間輥對彎輥量值的限制，需符合平衡頂部工作輥和中間輥的重量，以及頂輥加速所產生的摩擦力的要求。

彎輥力的進一步限制是在0kN附近區域（起始值的+/-5%)，強烈建議在穿帶或者設定輥子壓下力的參考值時不要使用這一區域的值，只能線形通過。這是由于在以上描述區域，彎輥的壓力改變方向不是十分穩定，“0”區域將降低工作輥彎輥的使用壽命。在輥縫打開的情況下旋轉輥子，彎輥系統被設定為一個固定的平衡值。與CVC竄輥設備、多區冷卻系統以及液壓輥縫控制系統傾斜移動的連接，在板形儀控制范圍內可以達到技術要求的最優輥縫適應。

4.2 在控制模式下

在換輥期間移動輥子或者彎輥塊的分離或夾緊。彎輥塊：在垂直軌道上（牌坊）卡緊軸承座的設備，只有中間輥和工作輥有彎輥塊，而支撐輥沒有。通過預先選擇“軋輥操作啟動”來切換到校驗模式。通過預先選擇“換輥開啟”來切換到控制模式。

對于換輥，通過預先選擇“換輥開啟”，中間輥和工作輥平衡系統切換到抬升位置（減少壓力設定值）。中間輥和工作輥一直保持與支撐輥的接觸，直到到達他們的換輥位置。底部中間輥和工作輥彎輥塊的換輥位置為限位開關所監測（換輥的前提）。

5 CVC竄輥系統

中間輥具有拋物線形的凸度，可以通過軸向移動來改變連續變化的凸度（CVC）。與中間輥和工作輥彎輥系統、多區冷卻系統、液壓輥縫控制系統傾斜移動的連接，在板形儀控制范圍內可以達到技術要求的最優輥縫適應，見圖3。

CVC竄輥被安裝在每個機架的操作側。對于中間輥的換輥，松開竄輥設備和中間輥之間的連接元件非常必要。當中間輥換輥完畢后，竄輥設備要重新連接到中間輥上。有兩個位置的控制器被應用到底部、頂部輥的軸向竄輥上。另外，應用同步控制系統來保證相等或相反的頂部和底部竄輥。這個控制系統在移動過程中比較和校正實際值（通過位置傳感器測量每個移動缸）與當前設定值。位置參考值被指定為軋制程序的預設值或者作為板形儀控制系統的校驗值。

通過預先選擇相應機架的軋制操作、工作輥、中間輥、支撐輥換輥的操作模式和CVC系統的操作/維護模式，以及軸向移動設備的相應的操作模式。

5.1“軋制操作”模式

通過啟動“原始位置值接近”，系統運行到給定的參考值。接近參考值的位置依賴于軋機的速度、輥子的總分裂力以及軋機條件（輥縫的打開和關閉）。

圖3 CVC竄輥系統

為了能夠適應參考值的改變，軋機的速度在輥縫閉合時必須高于最低值，或者在輥縫打開時，輥子的驅動必須加速（以delta斜坡）。此外，HGC液壓缸以一個固定值打開（初始值設定為0.3mm），以防止潛在的竄輥力過大。只允許對運行的機架進行CVC控制器接管、接近新的參考值，并且加速機架的驅動到更高值。每個機架都單獨地處理和接近新的參考值。

在軋制過程中，當預設的新參考值被下到下一卷時，過程計算機跟蹤焊縫位置，在合適的位置觸發竄輥運動。輥縫打開并且工作輥、中間輥和支撐輥不相互接觸，在關閉軋機機架之前，接近到參考值。HGC系統或者軋制的校驗，在預先選擇的液壓缸速度下執行。

頂部和底部的竄輥在位置控制下向相反的方向移動。在新輥被安裝后，接近校驗位置和/或“老”的原始值同樣是通過位置控制的。但不可使用同步控制。只有當輥子長距離沖程后，相對于其他輥子到達校驗或相反位置，同步控制和窗口檢測將會被激活。

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的。即使相應的位置已經到達，位置閉環回路仍然有效。

5.2“工作/支撐輥更換”模式

在換輥過程中，在換輥位置的所有輥被移動到操作側頂部。在機架停止時，單向位置控制下，以及最大缸速度下執行移動。當達到最終位置時，止回閥前后的伺服閥被關閉。當換輥完畢后，輥子被移動到校準位置（機架上沒有帶鋼），或者參考位置（機架上有帶鋼），校驗和/或關閉液壓調整系統的前提條件是要在單向位置控制下。

5.3“運行”模式

軋輥的運行包括位置控制，同前文，此處不再贅述。

5.4“維護”模式

在“維護”位置，每個輥可在機架停止時進行單獨手動操作（慢行模式）。每個輥的精確“0位置”可以通過機械測量和單獨的點動（jogging）達到。當輥子全部分散后（the roll totally separated），竄輥速度是最大的缸速度（大約30 mm/s）。當輥縫關閉或者輥子不在換輥位置，竄輥的速度在各自輥速的1/2 000～1/4 000。

相對于軋制速度，CVC速度的因數（輥子的分裂力作為參數）在調試階段被優化。當最小的軋制速度低于15 m/min時，竄輥被關閉。為了保證竄輥系統能夠校正潛在的偏移，仍然要保證位置控制有效。

6 結束語

竄輥彎輥系統可以通過工作輥和中間輥的竄輥，以及彎輥動作有效提高帶鋼表面板型質量。利用板型儀反饋信號，對軋機軋制過程實現閉環控制，提高冷軋生產的產品質量。