CN100413610C - 一种防止带钢在热轧过程中出现头部弯曲的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止带钢在热轧过程中出现头部弯曲的控制方法，该方法主要根据工作辊直径是否发生变化来确定调节支撑辊下方的液压缸的行程高度及轧制线高度，此外，还根据粗轧轧制过程中的每一道次入口的同一块带坯厚度的变化量，来确定调节支撑辊下方的液压缸的行程高度及轧制线高度。与传统的方法相比，本发明控制方法可以实现根据不同的钢种和规格自动实现粗轧机轧制线高度自动调整，确保对称轧制条件，防止不对称轧制造成的轧后带坯出现翘扣头现象。

Description

一种防止带钢在热轧过程中出现头部弯曲的控制方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶过程的热轧工艺，特别涉及一种防止带钢在热轧过程中出现头部弯曲的控制方法。

背景技术

在金属冶炼的热轧过程中，带坯经过粗轧后头部出现弯曲是普遍存在的现象，带坯头部弯曲可出现两种情况，翘头和扣头，即带坯头部被轧辊咬入后，在出口侧形成向上或向下的弯曲，向上的弯曲称为翘头，向下的弯曲称为扣头，两种情况都非常常见。实际生产中，当粗轧轧制后的带坯翘头或者扣头达到一定的程度时，其危害是很大的，例如会影响后一道次的咬入，严重时造成堆钢；会撞击除鳞箱、保温罩、输送辊道等设备，造成这些相应的设备损坏；另外，翘、扣头严重时还会造成中间辊道上的一些设备如边部加热器等无法使用，对产品的质量带来影响。因此生产中控制带坯的翘扣头是非常必要的。

粗轧轧制过程中影响带坯翘、扣头的因素很多，主要有：

带坯上下表面存在温差。由于上下表面金属的变形程度不同，温度高的一侧变形大，因此带坯向温度低的一侧弯曲。

轧辊上下辊径差。如果两辊的转速一样，由于轧辊辊径不同造成轧辊线速度的不同，与大辊径接触的轧件表面技术流动较另一侧块，造成带坯向辊径小的一侧弯曲。

上下辊速不同。如果辊径相同，带坯向辊速慢的一侧弯曲。

轧件的入口厚度。轧件的入口厚度不同造成的导入角的变化和轧制线的变化，影响头部弯曲状况

上下辊的摩擦条件不同。

根据上述产生带坯翘扣头原因，如何降低这些因素对带坯翘扣头影响，在实际生产中采取了很多措施，例如，针对辊径差造成的翘扣头，在实际生产的在配辊上一般严格控制上下辊的直径差小于一定的范围。对于上下辊的辊速差，一方面在电机的速度调节系统上来保证上下辊速度的同步，另一方面也是通过单独调整上下辊的辊速对带坯翘扣头进行控制。针对带坯上下表面的温差，通过加热工艺的调整尽可能的减少这种温差。另外可以计算或测量出上下表面存在的温差，采取措施补偿温差造成的影响。例如，日本专利号JP09085318A针对带坯上下表面存在的温差造成的带坯翘扣头，采用测温仪对上下表面温度进行测量得到上下表面的温差，根据上下表面温差与上下辊转速差对翘扣头的影响关系，调整轧辊的上下辊速实现对翘扣头的控制。对于上下辊辊面摩擦条件不同的影响，日本专利JP06007817A采用了对上下工作辊喷射能改变摩擦系数的颗粒，根据检测到的翘扣头情况，动态调整喷出的颗粒来改变上下辊的摩擦条件来实现翘扣头的控制。

轧件的入口厚度不同造成的导入角的变化和轧制线高度的变化，主要随着每道次轧机入口带坯厚度的变化、支撑辊和工作辊的直径的变化而变化的。对于常规的粗轧机来说，目前只能通过增加垫板和配辊等措施将下辊面高度(即轧制线高度)和入、出口辊道的辊面高度(理论轧制线高度)之差保持在一定范围内(一般的控制范围是下辊面高于理论轧制线5～35mm)。具体说来，当支撑辊的直径减小时，需要在支撑辊轴承座下增加垫板；对于一个支撑辊使用周期内，为了满足上述辊面高度的变化的范围，工作辊直径的变化要控制在较严的范围内。但是对于每个道次入口厚度不同造成的导入角的变化和轧制线高度的变化造成带坯翘扣头目前是没有办法补偿的。

通过在粗轧机下部配置了液压压上装置，可以实现在线的辊面高度调整，但是由于粗轧各道次入口的厚度变化较大，如何利用液压压上装置调节轧制线的高度，防止带坯翘扣头目前仍然还是难题。

发明内容

本发明的目的是针对传统粗轧机无法通过调节轧制线的高度来防止带坯翘扣头的缺点，提出一种防止带钢在热轧过程中出现头部弯曲的控制方法，该方法在粗轧机上采用液压压上调整轧制线高度，能根据粗轧工作辊直径、轧机入口的带坯厚度的变化，自动调整轧制线高度，以控制带坯出现翘扣头。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

该防止带钢在热轧过程中出现头部弯曲的控制方法包括以下步骤：

a，首先对更换工作辊后的轧制线高度进行初始化；

b，再对工作辊直径是否发生变化进行判断，如果工作辊直径增大，通过设置于支撑辊下方的液压缸，降低轧制线高度，若工作辊直径减小，则升高轧制线高度，若工作辊直径没有发生变化则保持轧制线高度不变；

c，随后，根据粗轧轧制过程中的某一道次入口带坯厚度是否变化进行判断，如果带坯的厚度减小，则调整液压缸行程，升高轧制线的高度，若带坯的厚度增大，则调整液压缸行程，降低轧制线的高度，在对实现轧制线高度进行调整中，需要根据当前的支撑辊辊径、工作辊辊径、垫板厚度和需要的轧制线高度来确定液压缸行程的高度，在确定液压缸行程的高度时，根据下述公式来确定：

H_cylinder(Δp+H_Total)-(d+D/2+T_SL+H_Fixed)

式中，

Δp为下工作辊辊面高于理论轧制线的高度

H_Total为理论轧制线高度

d为下工作辊直径

D为下支撑辊直径

T_SL为阶梯垫板的高度

H_cylinder为压上液压缸高度

H_Fixed为固定的高度；

d，重复上述步骤c，依次对带坯经各道次的厚度变化进行判断并相应地调整液压缸行程和轧制线的高度；

e，在本块带坯轧制结束后，根据下一块带坯的厚度再依次重复上述步骤b、c、d，调整轧制线的高度，直至结束。

在本发明的上述技术方案中，该方法主要根据工作辊直径是否发生变化量来确定调节支撑辊下方的液压缸的行程高度及轧制线高度，此外，还根据粗轧轧制过程中的每一道次入口的同一块带坯厚度的变化量，来确定调节支撑辊下方的液压缸的行程高度及轧制线高度。与传统的方法相比，本发明控制方法可以实现根据不同的钢种和规格自动实现粗轧机轧制线高度自动调整，确保对称轧制条件，防止不对称轧制造成的轧后带坯出现翘扣头现象。

附图说明

图1为轧辊辊面高度及轧制线高度之间关系示意图。

图2为带坯经过轧制后出现扣头的示意图。

图3为带坯经过轧制后出现翘头的示意图。

图4为本发明的控制方法流程示意图。

图5为工作辊、支撑辊、固定物、液压缸布置示意图。

图6为采用本发明控制方法的实施例流程示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，先分析一下为什么轧制线高度不匹配会造成带坯翘扣头。

轧制线L高度是指轧机下辊的上表面与入、出口辊道上表面的高度差，用符号Δp表示(见图1)。显然，对称轧制时轧制线L高度等于总压下量的1/2(Δh/2)，这时板坯水平咬入，如果轧制过程其它条件均对称情况下，板坯经轧制后保持平直。当Δp≠Δh/2时，就会出现轧制线高度不匹配，出现非对对称轧制，非对称轧制可以分为Δp＞Δh/2和Δp＜Δh/2两种情况。

(1)当Δp＞Δh/2时，假设板坯温度均匀，轧制上下辊径相等，转速相同，这时板坯将爬坡咬入，如图2所示由于板坯倾斜爬坡咬入存在倾角θ，即上下辊的咬入角不同，而且α1＞α2，因此上下辊的接触弧长分别计算如下：

l₁＝R×sinα₁   l₂＝R×sinα₂

则上下辊的压下量分别为：

Δh₁＝[R×(1-cosα₁)+l₁tgθ]/cosθ

Δh₂＝[R×(1-cosα₂)-l₂tgθ]/cosθ

显然Δh₁＞Δh₂，即上辊的压下量比下辊的压下量大，使得带坯上表面的延伸率大于下表面的延伸率，从而形成带坯出轧机后向下弯曲。

(2)当Δp＜Δh/2时，带坯将下倾咬入，带坯的受力变形与前一种情况相反，带坯轧制后向上弯曲，如图3所示。

因此，当轧制线高度不匹配时，带坯不能水平进入轧机辊缝，轧辊将带坯头部抬起或向下倾斜咬入，这样的非对称咬入过程引起了非对称的轧制，造成带坯的翘扣头。

根据上述的分析，在粗轧轧制过程中有两种情况会产生轧制线高度变化而造成带坯的翘扣头。

(1)工作辊直径变化

生产中四辊粗轧机支撑辊的更换周期一般在一周左右，而工作辊更换周期约为1～2天，在更换支撑辊时通过人工增加垫板来保证轧制线的高度符合规定的范围，但是在同一对支撑辊使用的过程中由于工作辊直径不可能保持一致，这就造成了不同的工作辊对应着不同的轧制线高度。根据上面的分析，在轧制过程中就会出现由于轧制线高度不匹配造成中间带坯翘扣头的情况。

(2)粗轧每个道次带坯入口厚度

四辊可逆粗轧机通常是多道次轧制，每个道次进入轧机的带坯厚度都是在变化的。如果轧制线高度总是固定不变的，根据上面的分析，不同厚度的带坯会出现爬坡或下倾咬入，造成翘扣头。下表中数据表示了粗轧五道次轧制时，带坯入口厚度在不同的轧制线高度情况下出现翘扣头的定性分析。表中表头横向代表轧制线高度控制的范围，如前所述是由垫板高度，支撑辊辊径和工作辊辊径决定的，轧制时只能固定为其中的一个数值；表头纵向代表一个典型的粗轧五个道次的压下量分配，轧制时随轧制的规格、道次变化；“+，-，0”分别表示Δp＞Δh/2(带坯下扣)，Δp＜Δh/2(带坯上翘)和Δp＝Δh/2(正常)三种情况，从中可以看出在粗轧五个道次的轧制中，对应于某种固定的轧制线高度，带坯出口翘扣头的情况是不断变化的，为了能够防止这种现象的发生，必须要轧制线能够根据带坯的入口厚度进行调整。

通过上述对翘扣头产生的原因分析后，再对本发明的控制方法进行描述，请结合图4所示，该方法包括以下步骤：

a，首先对更换工作辊后的轧制线高度进行初始化；

b，再对工作辊直径是否发生变化进行判断，如果工作辊直径增大，通过设置于支撑辊下方的液压缸，降低轧制线高度，若工作辊直径减小，则升高轧制线高度，再进入下一步，若工作辊直径没有发生变化则直接进入下一步；

c，随后，根据粗轧轧制过程中的某一道次入口带坯厚度是否变化进行判断，如果带坯的厚度减小，则调整液压缸行程，升高轧制线的高度，若带坯的厚度增大，则调整液压缸行程，降低轧制线的高度；

d，重复上述步骤c，依次对带坯经各道次的厚度变化进行判断并相应地调整液压缸行程和轧制线的高度；

e，在本块带坯轧制结束后，根据下一块带坯的厚度再依次重复上述步骤b、c、d，调整轧制线的高度，直至结束。

为了防止不对称轧制造成的出口带坯的翘扣头，需要调整轧制线的高度确保入口带坯的中心线与辊缝中心线一致，如图1所示，即满足

Δp＝Δh/2

即，Δp＝(H-h)/2(1)

式中，H：入口带坯的厚度

h：出口带坯的厚度，由计算机数学模型计算

要在粗轧轧钢时实现轧制线高度随入口厚度自动调整，需要根据当前的支撑辊辊径、工作辊辊径、垫板厚度和需要的轧制线高度来计算液压缸高度(行程)，计算公式如下：

H_cylinder＝(Δp+H_Total)-(d+D/2+T_SL+H_Fixed)(2)

式中，

Δp为下工作辊辊面高于理论轧制线的高度

H_Total为理论轧制线高度

d为下工作辊直径

D为下支撑辊直径

T_SL为阶梯垫板的高度

H_cylinder为液压缸高度

H_Fixed为固定高度公式(2)中各参数表示的设备相对位置请参见图5。公式中阶梯垫板1的高度TSL在更换支撑辊时根据支撑辊的辊径、工作辊的辊径变化范围、下工作辊辊面允许的高度范围(+5～+30mm)来确定。公式中固定高度H_Fixed包括位于下支撑辊以下的所有固定物但不含液压缸高度之和。液压缸6高度H_cylinder和固定高度H_Fixed(该高度根据轴承座2、测压头3、硬垫板4、底板5的具体高度决定。即，H_Fixed＝h1+h2+h2)。

请继续参阅图6所示，遵循本发明的上述控制方法，在具体实施时，

步骤一，先对液压缸的行程、阶梯垫板的高度进行初始化。

步骤二，由计算机计算的粗轧第i道次带坯入口厚度、出口厚度和辊缝设定值。

步骤三，再计算粗轧第i道次所需要的下工作辊辊面高度P，计算公式参阅公式(1)。

步骤四，由操作人员根据实际翘扣头情况，对计算出的下工作辊辊面高度进行修正，修正量和计算机计算的数据根据公式(3)叠加后作为最终的下工作辊辊面高度设定值，如果轧制后带坯出现翘头时修正量Δ为正，反之为负；

Δp’＝Δp+Δ＝(H-h)/2+Δ(3)

Δ：修正量，该修正量可以通过模型表格数据和操作工人工方式修正。

步骤五，由计算机根据支撑辊的辊径、实际的工作辊辊径、垫板的厚度、所需要的下辊面高度来计算粗轧第i道次液压缸的动作行程，计算公式按前述的公式(2)。

步骤六，再由计算机根据下工作辊辊面的高度和设定辊缝的大小，计算第i道次上工作辊压下的压下量，即压下位置；

将压下量传给计算机执行。

同样，对于粗轧的第i+1道次来说，则重复上述步骤

由计算机计算的粗轧第i+1道次带坯入口厚度、出口厚度和辊缝设定值。

再计算粗轧第i+1道次所需要的下工作辊辊面高度P，计算公式参阅公式(1)。

由操作人员根据实际翘扣头情况，对计算出的下工作辊辊面高度进行修正，修正量和计算机计算的数据根据公式(3)叠加后作为最终的下工作辊辊面高度设定值，如果轧制后带坯出现翘头时修正量Δ为正，反之为负。

由计算机根据支撑辊的辊径、实际的工作辊辊径、垫板的厚度、所需要的下辊面高度来计算粗轧第i+1道次液压缸的动作行程，计算公式按前述的公式(2)。

再由计算机根据下工作辊辊面的高度和设定辊缝的大小，计算第i+1道次上工作辊压下的压下量，即压下位置；

将压下量传给计算机执行。

对于后序的i+n道次来说，其步骤完全同前，在此就不累述了。

在经过上述的各道次后，最后，判断i+n是否为粗轧最后道次，如果是，本块带坯控制过程结束，在本块带坯轧制结束后，根据下一块带坯的厚度再依次重复上述步骤调整轧制线的高度。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (4)

1. 一种防止带钢在热轧过程中出现头部弯曲的控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：

a，首先对更换工作辊后的轧制线高度进行初始化；

b，再对工作辊直径是否发生变化进行判断，如果工作辊直径增大，通过设置于支撑辊下方的液压缸，降低轧制线高度，若工作辊直径减小，则升高轧制线高度，若工作辊直径没有发生变化则保持轧制线高度不变；

c，随后，根据粗轧轧制过程中的某一道次入口的带坯厚度是否变化进行判断，如果带坯的厚度减小，则调整液压缸行程，升高轧制线的高度，若带坯的厚度增大，则调整液压缸行程，降低轧制线的高度，在对实现轧制线高度进行调整中，需要根据当前的支撑辊辊径、工作辊辊径、垫板厚度和需要的轧制线高度来确定液压缸行程的高度，在确定液压缸行程的高度时，根据下述公式来确定：

H_cylinder＝(Δp+H_Total)-(d+D/2+T_SL+H_Fixed)

式中，

Δp为下工作辊辊面高于理论轧制线的高度

H_Total为理论轧制线高度

d为下工作辊直径

D为下支撑辊直径

T_SL为阶梯垫板的高度

H_cylinder为压上液压缸高度

H_Fixed为固定的高度；

d，重复上述步骤c，依次对带坯每个道次的厚度变化进行判断并相应地调整液压缸行程和轧制线的高度；

e，在本块带坯轧制结束后，根据下一块带坯的厚度再依次重复上述步骤b、c、d，调整轧制线的高度，直至结束。

2. 如权利要求1所述的防止带钢在热轧过程中出现头部弯曲的控制方法，其特征在于：

在调整轧制线的高度时，保持入口带坯的中心线与工作辊辊缝中心线一致，满足Δp＝(H-h)/2，

式中，Δp为下工作辊辊面高于理论轧制线的高度，

H为入口带坯的厚度，

h为出口带坯的厚度。

3. 如权利要求2所述的防止带钢在热轧过程中出现头部弯曲的控制方法，其特征在于：

在得到下工作辊辊面高于理论轧制线高度Δp后，下工作辊辊面高度Δp’满足Δp’＝Δp+Δ＝(H-h)/2+Δ

式中，H为入口带坯的厚度，

h为出口带坯的厚度，

Δ为修正量。

4. 如权利要求1所述的防止带钢在热轧过程中出现头部弯曲的控制方法，其特征在于：

所述的固定高度H_Fixed包括支撑辊轴承座和位于轴承座以下的所有固定物但不含液压缸高度之和。

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