CN101466484B - 用于控制辊间隙的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在轧制机中轧制带(1)时控制辊间隙的方法和设备,该轧制机包括至少两个辊(3a-3b,4a-4b)和独立控制辊间隙尺寸的至少两个辊间隙致动器(6,7)。该设备适于接收与跨过带宽度的带厚度轮廓中的楔形形状的量(POSactOS,POSactDS)有关的信息、以及基于所述与带厚度轮廓中的楔形形状的量有关的信息来控制所述致动器,使得带在轧制机两侧上的相对减少变得基本相同。
Description
技术领域
本发明涉及生产基本上长而平的带或者片。在下文中同义地使用带和片。例如,带由金属如筒、铁或者铝制成。具体而言,本发明涉及一种用于在轧制机(rolling mill)中轧制带时控制辊间隙的方法和设备,该轧制机包括至少两个辊和独立控制辊间隙尺寸的至少两个致动器。
本发明用于热轧以及用于冷轧。
背景技术
在金属带的生产过程中,普遍做法是在轧制机中将材料轧制成期望的尺度。轧制机包括至少两个辊和厚度控制系统,该厚度系统控制辊之间的间隙,也称为辊间隙,并且由此控制所生产的带的厚度。根据惯用术语,轧制机的一侧称为操作者侧而另一侧称为驱动侧。操作者侧和驱动侧各自具有用于调节辊之间距离的致动器,例如机械致动器,如液压致动器。因此,可以相互独立地调节操作者侧和驱动侧上的辊间隙。也已知使用热致动器来调节辊间隙。热致动器通过冷却或者加热工作辊的部分来调节辊间隙。除了厚度控制之外,轧制机也具有平坦度控制。
对于厚度控制,在轧制之后,即在带已经穿过工作辊之后,在带上的至少一点测量带的厚度。通常,在带的中央处的点测量厚度。将这一测量与带的期望厚度值一起用作向厚度控制的输入。因此,根据现有技术的厚度控制以跨过带宽度的带恒定减少为目标。
有时会出现带材料在轧制之前具有不对称的厚度轮廓(profile)。例如,热轧的带常具有在带的中央最厚而朝着带的侧部减少的厚度轮廓。在一些情况中,带材料的厚度轮廓朝着它的一端逐渐变细,这意味着带材料在它的一端比在另一端更厚,也称之为楔形带。具有逐渐变细的厚度轮廓的带材料例如在窄型冷轧机中司空见惯,在这些冷轧机中具有的厚度轮廓在带的中央最厚的宽型热轧带在冷轧之前划分成两个更窄的带。
只要带在轧制之前的厚度随着带的宽度基本恒定,则厚度控制系统工作良好。然而,如果带在轧制之前具有不对称厚度轮廓,则厚度控制系统会在带中产生不对称平坦度误差。这一平坦度误差归因于如下事实:带的厚度减少造成相对带伸长的量与相对厚度减少相同。例如,如果带的一侧在轧制之前比另一侧厚,则带在轧制之后的相对伸长在该侧上变得小于另一侧,这造成平坦度问题。在一段时间之后,通过平坦度控制系统可以检测和校正这一平坦度误差。然而在这段时间内,带的平坦度将不是最优的。即使辊间隙优选地适合于传入的带厚度轮廓,仍然造成这一平坦度误差。
如今使用不同形式的建立模型以便使辊间隙匹配于带的厚度轮廓。然而,一旦主要在带的开头和末尾执行厚度校正,厚度校正就会在轧制楔形带时造成不对称平坦度误差。这归因于如下事实:根据现有技术,总是在轧制机的操作者侧和厚度侧按照相同的量执行厚度校正。平坦度误差可能导致必须丢弃带的一个或者多个部分。因此,平坦度问题对于带生产商而言造成了高成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对上述问题的有吸引力的解决方案。
根据本发明的一个方面,这一目的利用如权利要求1限定的一种方法来实现。这样的方法包括:接收与跨过带宽度的带厚度轮廓中的楔形形状的量有关的信息;以及基于该信息来控制致动器,使得带在轧制机两侧上的相对减少变得基本相同。
根据工件在轧制之前具有跨过它的宽度的不同厚度轮廓这一事实,来执行根据本发明的厚度控制。根据本发明,关于带的相对减少进行厚度控制,而不是如在现有技术中那样关于带的绝对减少来进行厚度控制。跨过带宽度的恒定相对减少将实现跨过带宽度的恒定相对伸长,并且因此实现平坦的带。因此,当轧制楔形形状的带(即,在一侧比在另一侧更厚的带)时,两侧在轧制过程中具有相同的相对厚度减少至关重要。
为了能够控制致动器使得轧制机两侧上的相对减少变得基本相同,有必要具有与跨过带宽度的带厚度轮廓中的楔形形状的量有关的信息。可以用不同方式获得此信息。可以根据对在跨过带宽度的至少两个点处的带厚度的测量来直接给出该信息,或者可以经由接收在操作者侧和驱动侧上的辊间隙致动器的位置来间接给出该信息。例如,从先前热轧制工艺获得此信息,或者例如借助扫描来获得此信息。在轧制过程中,通常定位辊间隙致动器以使平坦度误差最小化,由此使工作辊跟随带的厚度轮廓楔形。因此,致动器的位置很好地反映带的楔形形状。也有可能估计带厚度轮廓中的楔形形状。可替代地,基于测量的平坦度误差以及辊间隙致动器位置的信息来确定关于厚度轮廓的信息。
根据本发明的一个实施例,该轧制机还包括基于期望带厚度来计算用于辊间隙的厚度校正的厚度控制系统,以及该方法还包括:接收与将要完成的厚度校正有关的信息;以及基于厚度校正和带厚度中的楔形形状的量来控制致动器,使得轧制机两侧上的相对厚度校正变得基本相同。根据这一实施例,通过控制致动器使得轧制机两侧上的相对厚度校正变得基本相同来实现对致动器的控制,使得轧制机两侧上的相对厚度校正变得基本相同。
一般利用自动厚度控制系统(AGC)来控制期望带厚度并且由此控制带间隙的期望厚度减少。这一系统持续计算向辊间隙致动器控制系统馈送的厚度校正。该厚度控制系统包括厚度校正循环,该厚度校正循环基于期望带厚度和对轧制之后实际带厚度的测量来反复计算用于辊间隙的期望厚度校正。
该方法还包括从厚度控制系统接收与将要进行的厚度校正的量有关的信息。为了在轧制机两侧上实现相同的相对减少,各校正输出必须在轧制机两侧上给予相同的相对厚度校正。与在现有技术中一样,在轧制机两侧上对称地应用厚度校正意味着在轧制楔形形状的带时造成平坦度误差。带的相对减少等于从带的轧制开始起进行的所有相对厚度校正之和。如果控制辊间隙使得轧制机两侧上的相对厚度校正在厚度校正循环的各步骤中变得基本相同,则会实现跨过带宽度的恒定相对减少。根据本发明的这一实施例,厚度校正分布到轧制机两侧上的致动器,以使得轧制机两侧上的相对厚度校正变得基本相同,这造成平坦度误差最小化。这一实施例的一个优点在于它使用已经可从厚度控制系统获得的关于厚度校正的信息以便在轧制机两侧上实现相同的总相对减少。
相对厚度校正一般被定义为来自厚度控制系统的厚度校正与带在轧制之前或者之后的实际厚度之商。
根据另一实施例,该方法包括:接收与带在轧制带之前在跨过带宽度的至少两个点处的厚度有关的信息;接收与带在轧制带之后在跨过带宽度的至少一个点的厚度有关的信息;基于带在轧制之前和之后的厚度来计算带的相对减少;以及基于计算的带的相对减少和与带在轧制之前在至少两个点的厚度有关的信息来控制致动器。
带的相对减少,也称为分数减少,一般被定义为带的传入厚度(即,带在轧制之前的厚度)与带的传出厚度(即,带在轧制之后的厚度)之差除以带的传入厚度:(H-h)/H,其中H是传入厚度而h是传出厚度。
在跨过带宽度的一个点处、例如在带的中央或者在它的一端确定相对减少,然后以如下方式控制辊间隙的尺寸,即辊间的距离,该方式使得至少在跨过带宽度的另一点并且优选地跨过带的整个宽度实现相同的相对减少。跨过辊宽度的控制点的最大数目依赖于控制辊间隙的致动器的数目。例如,如果轧制机具有控制辊间隙的两个致动器,则可以控制辊间隙在跨过辊宽度两个点处的尺寸。
根据本发明的另一实施例,辊间隙致动器独立控制辊间隙在轧制机的操作者侧上和在轧制机的驱动侧上的尺寸,而该方法包括:基于计算的带的相对减少和操作者侧的带在轧制之前的厚度来估计轧制机的操作者侧上的期望辊间隙,并基于该期望辊间隙来控制操作者侧上的辊间隙致动器;以及基于计算的带的相对减少和驱动侧的带在轧制之前的厚度来估计轧制机的驱动侧上的期望辊间隙,并基于该期望辊间隙来控制驱动侧上的辊间隙致动器。
易于实现的是,如在所附那组方法权利要求中限定的根据本发明的方法适合于由计算机程序指行,该计算机程序具有在运行于处理器单元上时与发明方法中的步骤对应的指令。
根据本发明的又一方面,该目的通过一种计算机程序产品来实现,该计算机程序产品直接能加载到计算机或者处理器的内部存储器中,包括用于在程序运行于计算机上时执行根据所附那组方法权利要求的方法步骤的软件代码部分。在计算机可读介质上或者经过网络提供计算机程序。
根据本发明的另一方面,该目的通过一种其上记录有程序的计算机可读介质来实现,其中在程序运行于计算机上时该程序使计算机执行根据所附那组方法权利要求的方法步骤。
根据本发明的另一方面,这一目的通过如权利要求10限定的一种设备来实现。这样的设备适于接收与跨过带宽度的带厚度轮廓中的楔形形状的量有关的信息,并且该设备适于基于与带厚度轮廓中的楔形形状的量有关的信息来控制致动器,使得带在轧制机两侧上的相对减少变得基本相同。
本发明对于在冷轧机中控制带厚度而言特别地有用。这是因为在冷轧机中的普遍使用经过切分的带。在热轧过程中,通常将带厚度轮廓控制为对称形状。
本发明对于在轧制机中轧制楔形形状的带时控制辊间隙特别有用。
附图说明
现在将通过描述本发明的不同实施例并且参照附图来更进一步说明本发明。
图1示意地示出了包括根据本发明第一实施例用于控制带厚度的设备的轧制机的侧视图。
图2示出了图1中所示轧制机的正视图。
图3示出了图1中所示轧制机的顶视图。
图4示出了根据本发明第一实施例的用于在轧制机中控制带厚度的方法的框图。
图5示意地示出了包括根据本发明第二实施例的用于控制带厚度的设备的轧制机的侧视图。
图6示出了根据本发明第二实施例的用于在轧制机中控制带厚度的方法的框图。
具体实施方式
图1-图3以不同视图示出了包括根据本发明第一实施例的用于控制轧制机辊间隙的设备14的轧制机。这些图示了以箭头所示方向上穿过轧制机2的金属带1。轧制机包括两个主辊3a-3b和两个支撑辊4a-4b。在这一情况下为液压致动器的两个致动器6、7确定主辊3a-3b之间的距离,也称之为辊间隙。致动器6确定轧制机的操作者侧10上的辊之间的距离,而致动器7确定轧制机的驱动侧11上的辊之间的距离。致动器6、7独立控制轧制机的各侧上的辊之间的间隙尺寸。轧制机还包括用于测量带在轧制之后的厚度的传感器12。传感测器12基本位于跨过带宽度的带中央,即位于距带的两边基本相等距离处。传感器12在跨过带宽度的一点测量厚度。图2示出了辊间隙在轧制机中央的尺寸dC、辊间隙在操作者侧上的尺寸dOS和辊间隙在驱动侧上的尺寸dDS。
设备14适于控制致动器6、7的位置。设备14接收与带在轧制之前的厚度h有关的信息。在这一实施例中,从先前热轧工艺接收厚度信息。可替代地,可以从在带进入轧制机之前对其扫描的扫描仪接收该信息。在这一实施例中,如图3中所示,需要在跨过带宽度的三个点15a-15c处的与带在轧制之前的厚度有关的信息。应当在与带的移动方向垂直的方向上彼此相距一定距离地选择这些点。在这一实施例中,第一个点15a位于轧制机的操作者侧10,第二个点15b位于带宽度的中央,即与传感器12对应的位置,而第三个点15c位于轧制机的驱动侧11。
设备14适于基于带在轧制该带之前和之后(即,在带的尺寸减少之前和之后)的厚度来计算带的相对减少在这一实施例中,根据下式基于在点15b测量的在减少之前的带厚度Hc和在点13测量的在减少之后的带厚度hc,计算带中央的相对减少
ΔhC=HC-hC (1)
设备14还适于基于计算的带中央的相对减少和在轧制之前的操作者侧的带厚度HOS(即在点15a测量的厚度),来计算轧制机的操作者侧上的期望辊间隙dOS。该计算单元也适于基于计算的带中央的相对减少和在轧制之前的驱动侧的带厚度HDS(即在点15c的测量厚度),来计算轧制机的驱动侧上的期望辊厚度dDS。可替代地,也可以计算与轧制之前的带厚度相除的相对减少这将实现与轧制之后的带厚度相除相同的结果。
该计算需要使用某种算术逻辑单元ALU,但是它可以用FPGA的数字电路、ASIC或者简单微处理器来实施。该设备还包括本领域中已知的适当数据处理装置,比如输入和输出装置以及存储器装置。
设备14适于基于计算的期望辊间隙dOS和dDS来控制致动器6、7。致动器将辊之间的距离调节到操作者侧和驱动侧上的期望辊间隙。由此,跨过带宽度的相对减少变得基本恒定。
图4是根据本发明第一实施例的方法和计算机程序产品的流程图图示。将理解的是,可以通过计算机程序指令来实施流程图的各块。
在块20,接收与在轧制带之前的带厚度HC,HOS,HDS有关的信息。在块22,接收与在轧制带之后的带厚度hc有关的信息。在块24,基于带在轧制之前和之后的厚度来计算带中央的相对减少:
为了实现带跨过带宽度的恒定相对减少,以下关系应当成立:
在块26,基于下式计算辊间隙在操作者侧上的期望尺寸dOS:
在块28,基于下式计算辊间隙在操作者侧上的期望尺寸dDS:
随后,在块30,调节操作者侧上的致动器7直至操作者侧上的辊间隙等于计算的尺寸dOS,并且在块30,调节驱动侧上的致动器6直至驱动侧上的辊间隙等于计算的尺寸dDS。
图5示意地示出了包括根据本发明第二实施例的用于控制带厚度的设备40的侧视图。针对与图1中的部件对应的部件,已经给予了相同标号,并且这里将不具体描述它们。如由图中可见,轧制机还包括厚度控制系统42,该系统基于期望带厚度href和对轧制之后的带厚度hc的测量来计算用于辊间隙的厚度校正POSadd。将厚度校正计算为带在轧制之后的实际厚度与期望带厚度之差。厚度校正是μm级。设备42适于从厚度控制系统42接收厚度校正POSadd以及基于厚度校正和带厚度中的楔形的量来生成去往致动器6、7的控制信号,从而使轧制机两侧上的相对厚度校正变得基本相同。
厚度控制系统42持续计算向设备40馈送的厚度校正POSadd。为了实现轧制机两侧上相同的总相对减少,各校正输出也必须在轧制机两侧上给出相同的相对校正。当轧制楔形带(即,在一侧比在另一侧更厚的带)时,两侧在轧制过程中具有相同的相对厚度减少至关重要。
应用下式以便保证跨过带的相同的相对厚度减少:
POSadd=(POSaddOS+POSaddDS)/2 (6)
其中:
POSadd=从厚度控制系统计算的厚度校正
POSaddOS=将向轧制机操作者侧上的辊间隙致动器应用的厚度校正
POSaddDS=将向轧制机驱动侧上的辊间隙致动器应用的厚度校正
W=相对带楔形轮廓,其定义如下:
W=(HDS-HOS)/HOS
或者(当使用自动平坦度控制系统时):
W=(POSactDS-POSactOS)/POSactOS (7)
其中:
HDS=操作者侧上的传入带厚度
HOS=驱动侧上的传入带厚度
POSactDS=驱动侧上一个或者多个辊致动器的实际位置
POSactOS=操作者侧上一个或者多个辊致动器的实际位置
为了在操作者侧和驱动侧上获得相同的相对厚度校正,必须应用下式:
POSaddDS=POSaddOS(1+W) (8)
求解这些等式给出下式:
POSaddDS=POSaddOS(1+W)=(2POSadd-POSaddDS)*(1+W)
POSaddDS=(2POSadd*(1+W))/(2+W) (9)
POSaddOS=2POSadd-POSaddDS (10)
图6是根据本发明第二实施例的方法和计算机程序产品的流程图图解。将理解可以通过计算机程序指令来实施流程图的各块。
在块52,接收与跨过带的带厚度轮廓中的楔形形状的量有关的信息。此信息例如是在驱动侧和操作者侧上的辊间隙致动器的实际位置POSactDS,POSactOS。在块54,根据等式7来计算相对带楔形轮廓W。在块56,从厚度控制系统接收厚度校正POSadd。随后,在块58,根据等式10来计算将向轧制机操作者侧上的辊间隙致动器应用的厚度校正POSaddOS,并且在块60根据等式9来计算将向轧制机驱动侧上的辊间隙致动器应用的厚度校正POSaddOS(块60)。然后,根据计算的厚度校正来调节操作者侧和驱动侧上的致动器。
当在本说明书中使用术语“包括/包含”时,应理解为指明所述特征、整数(integer)、步骤或者部件的存在。然而,该术语并不排除一个或者多个附加特征、整数、步骤或者部件或者其组合的存在或者添加。
本发明不限于公开的实施例,而是可以在所附权利要求书的范围内加以变化和修改。例如,相对带楔形轮廓W可以计算为W=(POSactDS-POSactOS)/POSactDS。
Claims (14)
1.一种用于在轧制机中轧制带(1)时控制辊间隙的方法,所述轧制机包括至少两个辊(3a-3b,4a-4b)和独立控制所述辊间隙的尺寸的至少两个辊间隙致动器(6,7),其中所述方法包括:
-接收与跨过带宽度的带厚度轮廓中的楔形形状的量有关的信息;以及基于该信息,
-控制所述致动器,使得所述带在轧制机两侧上的相对减少变得基本相同,其中,所述与所述楔形形状的量有关的信息包括与跨过将要轧制的所述带的带宽度的所述厚度轮廓(H)有关的信息。
2.一种用于在轧制机中轧制带(1)时控制辊间隙的方法,所述轧制机包括至少两个辊(3a-3b,4a-4b)和独立控制所述辊间隙的尺寸的至少两个辊间隙致动器(6,7),其中所述方法包括:
-接收与跨过带宽度的带厚度轮廓中的楔形形状的量有关的信息;以及基于该信息,
-控制所述致动器,使得所述带在轧制机两侧上的相对减少变得基本相同,其中,所述与所述带厚度轮廓中的所述楔形形状的量有关的信息包括所述辊间隙致动器的实际位置。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述轧制机还包括基于期望带厚度(href)来计算用于所述辊间隙的厚度校正(POSadd)的厚度控制系统(42),以及所述方法包括:
-接收与将要执行的所述厚度校正(POSadd)有关的信息,以及
-基于所述厚度校正和所述辊间隙致动器的实际位置来控制所述致动器(6,7),使得在所述轧制机两侧上的所述相对厚度校正变得基本相同。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,所述辊间隙致动器(6,7)独立控制所述辊间隙在所述轧制机的操作者侧上和在所述轧制机的驱动侧上的尺寸,以及所述方法包括基于所述厚度校正和所述带厚度中的所述楔形形状的量,来计算将应用于所述操作者侧上的所述辊间隙致动器的厚度校正和将应用于所述驱动侧上的所述辊间隙致动器的厚度校正。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述方法包括:
-接收与所述带在轧制该带之前在跨所述带的宽度的至少三个点(15a-15c)的厚度有关的信息,
-接收与所述带在轧制该带之后在跨所述带的宽度的至少一个点(13)的厚度有关的信息,
-基于所述带在轧制之前和之后的厚度来计算所述带的相对减少,以及
基于所述计算的所述带的相对减少和所述与所述带在轧制之前在至少两个点的厚度有关的信息,来控制所述致动器(6,7)。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述辊间隙致动器独立控制所述辊间隙在所述轧制机的操作者侧上和在所述轧制机的驱动侧上的尺寸,以及所述方法包括:基于所述计算的所述带的相对减少和所述操作者侧的所述带在轧制之前的厚度来估计在所述轧制机的所述操作者侧上的期望辊间隙,并基于该期望辊间隙来控制所述操作者侧上的所述辊间隙致动器;以及基于所述计算的所述带的相对减少和所述驱动侧的所述带在轧制之前的厚度来估计所述轧制机的所述驱动侧上的期望辊间隙,并基于该期望辊间隙来控制所述驱动侧上的所述辊间隙致动器。
7.一种用于在轧制机中轧制带(1)时控制辊间隙的设备,所述轧制机包括至少两个辊(3a-3b,4a-4b)和独立控制所述辊间隙的尺寸的至少两个辊间隙致动器(6,7),其特征在于,所述设备适于接收与跨带宽度的带厚度轮廓中的楔形形状的量有关的信息,并且所述设备适于基于所述与所述带厚度轮廓中的所述楔形形状的量有关的信息,来控制所述致动器,使得所述带在轧制机两侧上的相对减少变得基本相同,其中,所述与所述楔形形状的量有关的信息包括与跨将要轧制的所述带的带宽度的所述厚度轮廓(H)有关的信息。
8.一种用于在轧制机中轧制带(1)时控制辊间隙的设备,所述轧制机包括至少两个辊(3a-3b,4a-4b)和独立控制所述辊间隙的尺寸的至少两个辊间隙致动器(6,7),其特征在于,所述设备适于接收与跨带宽度的带厚度轮廓中的楔形形状的量有关的信息,并且所述设备适于基于所述与所述带厚度轮廓中的所述楔形形状的量有关的信息,来控制所述致动器,使得所述带在轧制机两侧上的相对减少变得基本相同,其中,所述与所述楔形形状的量有关的信息包括所述辊间隙致动器的实际位置。
9.根据权利要求7或8所述的设备,其中,所述轧制机还包括基于期望带厚度来计算用于所述辊间隙的厚度校正的厚度控制系统,以及所述设备适于接收与将要执行的所述厚度校正有关的信息、并且基于所述厚度校正和所述带厚度中的所述楔形形状的量来控制所述致动器,使得所述轧制机两侧上的所述相对厚度校正变得基本相同。
10.根据权利要求9所述的设备,其中,所述辊间隙致动器独立控制所述辊间隙在所述轧制机的操作者侧上和在所述轧制机的驱动侧上的尺寸,以及所述设备适于基于所述厚度校正和所述带厚度中的所述楔形形状的量,来计算将应用于所述操作者侧上的所述辊间隙致动器的厚度校正和将应用于所述驱动侧上的所述辊间隙致动器的厚度校正。
11.根据权利要求7或8所述的设备,其中,所述设备适于接收与所述带在轧制该带之前在跨过所述带的宽度的至少三个点的厚度有关的信息、并且适于接收与所述带在轧制该带之后在跨过所述带的宽度的至少一个点的厚度有关的信息,并且所述设备适于基于所述带在轧制之前和之后的厚度来计算所述带的相对减少、以及基于所述计算的所述带的相对减小和所述与所述带在轧制该带之前在至少两个点的厚度有关的信息来控制所述致动器。
12.根据权利要求11所述的设备,其中,所述辊间隙致动器独立控制所述轧制机的操作者侧上的和在所述轧制机的驱动侧上的所述辊间隙的尺寸,以及所述设备适于基于所述计算的所述带的相对减少和所述操作者侧的所述带在轧制之前的厚度来估计所述轧制机的所述操作者侧上的期望辊间隙,并基于该期望辊间隙来控制所述操作者侧上的所述辊间隙致动器;以及基于所述计算的所述带的相对减少和所述驱动侧的所述带在轧制之前的厚度,来估计所述轧制机的所述驱动侧上的期望辊间隙,并基于该期望辊间隙来控制所述驱动侧上的所述致动器。
13.一种根据权利要求7-12中任一项所述的设备的用途,用于在冷轧机中控制带厚度。
14.一种根据权利要求7-12中任一项所述的设备的用途,用于当在轧制机中轧制楔形形状的带时控制辊间隙。
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