CN100546734C - 精轧机架间带钢穿带时的活套控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种精轧机架间带钢穿带时的活套控制方法，其特征在于，包括以下步骤：活套辊处于初始角度；当带钢进入前机架，活套进入预备角度；当带钢头部吸入前机架，过了活套辊位置，活套辊进入穿带角度；当带钢头部进入后机架，活套起套，保证活套辊上母线低于实际轧制最低线；起套结束，活套落套，进入预备位置。其中，所述的活套辊初始角度通过角度发生器自动标定。应用本精轧机架间带钢穿带时的活套控制方法，无须活套器初始角度的人工固定位置控制，在控制方法上实现了自动定量控制和自动动态控制，有效避免精轧机架间带钢存在的下表面划伤缺陷、带钢头部折叠和废钢。

Description

精轧机架间带钢穿带时的活套控制方法

技术领域

本发明涉及一种活套自动控制技术，尤其涉及一种精轧机架间带钢穿带时的活套控制方法。

背景技术

在国内外钢铁企业，活套是热轧精轧连轧过程中用于支持带钢、形成一定的套量、保持机架间的流量与张力恒定的装置。宝钢2050热轧精轧活套采用的是恒张力控制的电动活套。活套摆动臂角度的变化通过角度发生器检测出，经力矩计算设定力矩马达电流，并同时进行套量计算调整主传动，实现控制机架间张力和带钢流量。套量就是指机架间带钢超出机架间距的带钢长度。在轧制过程中，活套基本功能有恒定机架间的张力(即带钢套量变化时，带钢所受的张力基本不变)、存储一定的带钢长度(以消除速度偏差)、能够快速起套(使前后机架间在瞬时建立一定的张力，防止带钢出现迭轧；落套时有人迅速下降，避免带尾翘起而损伤入口导板或轧辊)。因此，在轧制过程中，活套的作用主要包括两个方面，一是保证机架间的流量平衡，二是调节机架间的张力平衡。

一般，宝钢2050热轧工作辊辊面与理论轧制中心线允许有正/负15mm的偏差，特别在每次更换辊系后，活套辊面与实际轧制线存在较大偏差。现有技术活套初始角度的标定采用机械标定法，活套上端位置为一固定位置，活套下端位置为一角度可以调节(通过调节垫块)，一般调节角度为4°～11°。通过配合轧辊辊系尺寸，可以保证精确获得活套器在各个工作角度的带钢套量，但由于下端为受到摩擦造成尺寸变化、活套辊辊径变化、前后支承辊及工作辊辊径变化等原因，导致活套支持器的底部位置不能始终低于实际轧制线，且活套支持器初始角度不容易精确标定。

现有的热轧带钢穿带控制系统，着重于带钢进入后轧机工作辊时对套量和张力的控制：一方面通过机架间套量的变化调节前后机架的主传动的速度，维持机架间的套量，保证机架间的带钢秒流量相等；另一方面，通过活套自身的电流调节(力矩)维持机架间的张力不变。

但是，现有的热轧带钢穿带控制系统，没有涉及精轧机架间带钢穿带时关于活套的精确控制，就不能保证活套器在穿带过程中低于理论轧制线，而在实际操作中，为解决现有精轧机架间带钢存在的下表面划伤的缺陷，操作工只能通过人工增加垫块抬高活套辊高度，结果常常导致带钢在穿带过程中撞击活套辊面辊面而造成活套辊辊面损伤、带钢头部折叠和带钢头部折叠严重时的废钢。

发明内容

本发明主要目的是解决现有精轧机架间带钢存在的下表面划伤缺陷，避免操作工采用增加垫块抬高活套辊高度来人工控制活套辊初始角的方法，实现精轧机架间带钢穿带时的活套的精确控制和自动控制。

本发明的目的是这样实现的：

一种精轧机架间带钢穿带时的活套控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1、活套辊处于初始角度；2、当带钢进入前机架，活套进入预备角度，该预备角度需保证活套辊上母线与前机架出口导板相切；3、当带钢头部吸入前机架，并过了前后机架间的活套辊位置，活套辊进入穿带角度，该穿带角度需保证活套辊上母线与实际轧制线相切；4、当带钢头部进入后机架，活套起套；5、起套结束，活套落套，回到初始角度。

其中，所述的活套辊初始角度通过角度发生器自动标定，标定方法为：首先将活套支持器手动抬到上端位置，用销子销住，过程控制计算机通过活套角度发生器固有角度位置进行角度标定，放下活套器就完成活套的角度标定。在活套落套至接近轧制水平线附近切换到用一角度闭环调节器进行角度闭环控制，在过程计算机的轧辊参数输入终端上输入本次上机的上下工作辊、上下支撑辊、垫板的尺寸数据，过程控制计算机将这些轧辊参数电文发送给基础自动化控制系统，基础自动化系统收到后分发到各个逻辑功能单元，活套逻辑控制功能单元接收到电文后计算出该机辊系参数所对应的活套穿带角度，并保存该数据一直到下一次有有效的新轧辊数据电文。所述角度闭环调节器的比例系数根据角度闭环调节器的响应特性进行设置。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：应用本精轧机架间带钢穿带时的活套控制方法，无须活套器初始角度的人工固定位置控制，在控制方法上实现了自动定量控制和自动动态控制，有效避免精轧机架间带钢存在的下表面划伤缺陷、带钢头部折叠和废钢，同时减少机架间穿带时带钢头部导致活套辊辊面损伤，延长活套辊使用寿命，降低设备的维护修复和备件成本，为提高带钢表面质量提供了设备保证。

附图说明

通过以下对本发明的实施例并结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体方法特征和优点。其中，附图为：

图1为本发明前后机架轧制高度示意图。

图2为本发明活套辊面接触实际轧制线的角度示意图。

图3为本发明的电气控制器功能控制框图。

图4为本发明的机架间带钢控制时序图。

图5为本发明的活套控制的主要数据框图。

图6为本发明的活套控制方法流程图。

具体实施方式

精轧活套控制方法的机电实施条件和本发明控制方法：

1、机械条件：上述技术方案实现的前提，是在相关机械设备上对下端位进行改进，重新设计活套辊下端位置，确保活套辊上母线始终低于实际轧制线，以保证活套支持器下端位置能够按照不同的角度要求进行灵活控制。

原有技术的活套支持器下端位为活套辊等待位置，一般调节角度为4°～11°。由于下端为受到摩擦等原因，活套支持器初始角度不容易精确标定，且活套辊下端位置与套辊初始角度位置为同一位置，无法确保活套辊上母线始终低于实际轧制线，更无法保证活套支持器下端位置能够按照不同的角度要求进行灵活控制。

本发明技术取消活套辊下端位置决定活套初始角度的机械设定(角度调节垫块)，给活套辊下端位置留下足够的位置空间，使其活套辊下端位置的机械设定能够确保活套辊上母线始终低于实际轧制线。

2、电气条件：重新设定活套辊下端位置与活套辊初始角度位置的控制。

原有技术的活套支持器下端位为类似于开环控制的思想，保证活套支持器在有钢下降或无钢时在下端位等待位置，此时控制指令撤掉，由活套器自重将活套器落到机械的下端位置。

本发明技术取消活套辊下端位置的角度调节通过角度调节垫块实现的方法，不采用角度调节垫块控制活套初始角度的精度。其活套辊下端位置可灵活确定活套辊初始角度位置。

3、本发明技术精轧活套初始角度的自动标定方法：

1)角度发生器标定：通过上端位标定方法对角度发生器进行实际关联标定。

具体标定过程为：首先将活套支持器手动抬到上端位置，用机械销子(销子必须与机械活套图纸中表示的空的大小相一致，减少标定误差)销住，电气通过活套角度发生器专用编程软件将活套此时的位置标定成60度，放下活套器确认活套工作角度，标定结束。这种标定方法避开了下端位置角度不容易精确确定的弊端。

2)活套辊初始角度的自动标定：通过电气控制器在活套器下端位采用位置闭环控制。

根据图1分别计算F_X及F_X+1轧机的实际轧制高度：

y和y1分别为前后机架的轧线高度。轧线高度的计算公式如下：

$y=d+\frac{D}{2}+h-y0$

式中y为轧线高度，d为工作辊直径，D为支撑辊直径，h为垫板厚度，y0为活套位置对参照点的距离。

由根据实际轧辊数据计算得到的F_X及F_X+1轧机的实际轧制高度，反推算活套支持器辊面接触实际轧制线的接触角度，如图2所示：

x＝R₀sinα₀+D/2-y

$x=[b+R_0\cos {\mathrm{\α}}_0]\frac{\mathrm{\Δy}}{L}$

解上述方程

令R₀＝C₀，C₁＝D/2-y那么：

$C_0\sin {\mathrm{\α}}_0+C_1=b\frac{\mathrm{\Δy}}{L}+C_0\cos {\mathrm{\α}}_0\frac{\mathrm{\Δy}}{L}$

$C_0(\sin a_0-\cos a_0\frac{\mathrm{\Δy}}{L})=b\frac{\mathrm{\Δy}}{L}-C_1$

上式两边除以 $\frac{1}{R_0\left(\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{\Δy}}{L}\right)}^2}\right)}$

$\frac{1}{\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{\Δy}}{L}\right)}^2}}\sin a_0-\frac{\frac{\mathrm{\Δy}}{L}}{\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{\Δy}}{L}\right)}^2}}\cos a_0=\left(\frac{b\frac{\mathrm{\Δy}}{L}-C_1}{C_0}\right)/\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{\Δy}}{L}\right)}^2}$

令 $\frac{1}{\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{\Δy}}{L}\right)}^2}}=\sin \mathrm{\β},\frac{\frac{\mathrm{\Δy}}{L}}{\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{\Δy}}{L}\right)}^2}}=\cos \mathrm{\β}$

那么有：

sinβsina₀-cosβcosa₀＝Z

则：-cos(a₀+β)＝Z

故角度得解：a₀＝arccos(-Z)-β

上面-各式中，C₁＝D/2-y；

$Z=\left(\frac{b\frac{\mathrm{\Δy}}{L}-C_1}{C_0}\right)/\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{\Δy}}{L}\right)}^2}.$

电气控制器功能控制框图如图3所示：

θi为位置实测值，θe为位置设定值，θ₁活套底部等待位置角度设定值，θ2活套穿带过程中的预控制位置角度设定值，ni为速度实测值，ne为速度设定值，ie为电流设定值。Nek为进行底部位置控制时得活套速度设定值，该值为角度调节器输出值。Ner为轧制时得活套速度设定，该值为常数。

功能改进部分逻辑控制描述：

如图5、图6所示，精轧机更换工作辊或支撑辊时，在过程计算机的轧辊参数输入终端上输入本次上机的上下工作辊(WR)、上下支撑辊(BUR)、垫板(SHIM)的尺寸数据。由过程计算机通过电文(轧辊参数电文)发送给基础自动化控制系统。基础自动化系统收到轧辊参数电文后(SDH：设定值分配器))分别分发到各个需要使用轧辊参数的功能单元(LFE：逻辑功能单元)。活套逻辑控制功能单元接收到轧辊参数电文后根据上面描述的启始角度计算公式计算得到该上机辊系参数所对应的活套启始角度θe，保存该数据一直到下一次有有效的新轧辊数据电文。

活套启始角度θe的使用：

活套启始角度θe的使用：1、操作工在没有带钢在轧机里时的手动下降活套。2、有带钢在轧机中但带钢已经开始抛钢，要求启动活套的抛钢过程。两种状态下控制过程相同。分两个阶段：活套器落到接近轧制水平线前的控制及从轧制水平线附近开始切换到角度闭环的控制。活套器落到接近轧制水平线前的控制为现有功能，不进行修改。从轧制水平线附近开始切换到角度闭环的控制阶段首先根据活套的实际角度θi与设定的门坎角度(此门坎角度一般设定为等于起始角度θe)比较，如果实际角度θi小于设定的门坎角度则投入角度闭环控制功能。

角度闭环控制功能为一角度比例调节器，其工作原理可以用下列公式表示：

nek＝kp×(θe-θist)

其中kp为比例调节器系数，可以根据角度闭环调节器的响应特性进行设置。

角度闭环调节器的输出作为活套传动系统的控制目标nek由活套传动系统进行控制。该部分功能为原有功能不进行修改。

如图4所示，角度θ₁与θ₂的切换逻辑如下：

θ₁的切换逻辑如上描述，切换到θ₂。

带钢咬入F_X机架后进行带钢头部位置跟踪， $S=V_{F_S}*f*T.$

S为带钢头部距离F_X的长度。

为F_X机架轧辊的圆周线速度。

f为F_X机架前滑。

T为距离F_X机架咬钢的时间。

当S≥L₀+L₁活套的角度设定值切换到θ₂进行控制。

上式L1为+200mm～-200mm安全余量之间。

θi为位置实测值，θe为位置设定值，ni为速度实测值，ne为速度设定值，ie为电流设定值。ia为电流预补偿值，该电流预补偿值在起套和落套时避免位置超调，为一个微分环节。Nek为进行底部位置控制时得活套速度设定值，该值为角度调节器输出值。Ner为轧制时得活套速度设定，该值为常数。

本发明技术目前拟通过自主管理实施于宝钢股份宝钢分公司2050热轧精轧，在现场调查研究的基础上，对活套控制技术采用本发明技术的机械结构、控制工艺和专用软件程序，并在技术条件论证、准备充分的基础上，对机械改进和现场控制安装后进行跟踪。

本发明技术对以往的活套工艺进行了有效突破，改变了活套人工设定活套辊初始角度的工艺，通过机械电气条件的满足提供一种新的活套控制工艺，能够杜绝带钢对活套辊面的撞击，延长活套辊使用寿命，降低设备的维护修复和备件成本；同时实现活套初始角度的精确标定，确保活套初始角度低于实际轧制线，有效避免导致带钢在穿带过程中撞击活套辊面而造成活套辊辊面损伤、带钢头部折叠和带钢头部折叠严重时废钢。

活套工艺是热轧精轧连轧过程中用于支持带钢、形成一定的套量、保持机架间的流量与张力恒定的装置，是轧钢设备的关键工艺技术，具有较广的推广应用价值和前景。

Claims (6)

1.一种精轧机架间带钢穿带时的活套控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设定机械条件和电气条件：

机械条件：设计活套下端位置，确保活套上母线始终低于实际轧制线，以保证活套器下端位置能够按照不同的角度要求进行灵活控制；

电气条件：设定活套下端位置与活套初始角度位置的控制；

2)活套处于初始角度；

3)当带钢进入前机架，活套进入预备角度，该预备角度需保证活套上母线与前机架出口导板相切；

4)当带钢头部吸入前机架，并过了前后机架间的活套位置，活套进入穿带角度，该穿带角度需保证活套上母线与实际轧制线相切；

5)当带钢头部进入后机架后，进入活套起套控制，待活套落套时回到初始角度。

2.根据权利要求1所述的精轧机架间带钢穿带时的活套控制方法，其特征在于：所述的活套初始角度通过活套角度发生器自动标定。

3.根据权利要求2所述的精轧机架间带钢穿带时的活套控制方法，其特征在于：所述活套初始角度自动标定方法为，首先将活套器抬到上端位置，用销子销住，过程控制计算机通过活套角度发生器固有角度位置进行角度标定，放下活套器就完成活套的角度标定。

4.根据权利要求2所述的精轧机架间带钢穿带时的活套控制方法，其特征在于：在活套落套至接近轧制水平线附近切换到用一角度闭环调节器进行角度闭环控制。

5.根据权利要求3所述的精轧机架间带钢穿带时的活套控制方法，其特征在于：在过程控制计算机的轧辊参数输入终端上，输入本次上机的上下工作辊、上下支撑辊、垫板的轧辊参数，过程控制计算机将这些轧辊参数电文发送给基础自动化控制系统，基础自动化控制系统收到后分发到各个逻辑功能单元，活套逻辑控制功能单元接收到轧辊参数电文后计算出该轧辊参数所对应的穿带角度，并保存该穿带角度数据一直到下一次有效的新轧辊参数电文。

6.根据权利要求4所述的精轧机架间带钢穿带时的活套控制方法，其特征在于：所述角度闭环调节器的比例系数根据角度闭环调节器的响应特性进行设置。

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