CN103223420A - 一种控制热轧钢卷内圈压痕的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种控制热轧钢卷内圈压痕的方法和系统，涉及一种专门适用于金属轧机或其加工产品的控制设备或方法，在卷取机组前设置卷取测温装置，一级计算机设置卷取力矩设定单元，卷取力矩反馈单元，延时设定单元和延时计时器；根据带钢的卷取力矩参数计算和设定卷取力矩，根据带钢的打滑特性参数设置助卷辊加压延时时间，在达到设定卷取力矩时启动加压延时计时；延时结束打开助卷辊停止加压，从而使助卷辊与带钢接触的压力和时间最小化，卷取力矩参数优选为带钢的宽度、厚度和热屈服强度；打滑特性参数优选为带钢的宽度、卷取温度和厚度。采用本发明的方法可显著减少薄规格带钢的内圈压痕缺陷。

Description

一种控制热轧钢卷内圈压痕的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种专门适用于金属轧机或其加工产品的控制设备或方法，尤其涉及一种减少热轧钢卷的内圈压痕的方法和热轧带钢的卷取控制系统。

背景技术

卷取机是热轧生产线的重要设备，用于将轧制的热轧带钢卷成钢卷。卷取机位于精轧机组后，是热连轧生产线的最后一道工序。请参见图1，卷取机主要包括辊道11、侧导板12、夹送辊13、三根助卷辊14、卷筒15、助卷辊液压缸16等主要设备。其中辊道11的主要负责将带钢由精轧机组输送至卷取机机组。侧导板12的主要作用是对中带钢。夹送辊13的主要作用是在头部咬钢阶段对带钢施加一定的夹紧力，同时对其实施第一次弯曲变形；在尾部卷取阶段对带钢施加稳定的张力，以保证良好的卷形质量。助卷辊14帮助弯曲带钢，并使带钢紧紧缠绕上卷筒15。助卷辊与卷筒之间的间隙称为助卷辊辊缝，助卷辊辊缝由助卷辊液压缸16控制。卷筒15是卷取机的核心设备，在带钢缠绕上后，对其施加前向张力，以确保卷形质量合格。

热轧钢卷内圈压痕缺陷主要有头部压印缺陷和助卷辊非周期性压痕缺陷两种。头部压印缺陷的成因如图2所示，当带钢21的头部22绕卷筒15一圈以后会出现重叠，随着带钢绕卷筒的圈数不断增加，助卷辊14会对带钢施加100-1200KN的压紧力，重叠部分每次受到碾压，都会在带钢上下表面上形成一道月牙形的头部压印，导致了钢卷内圈压痕缺陷。头部压印缺陷周期性地出现，直至助卷辊打开停止加压，头部压印缺陷才会不再出现。带有钢卷内圈压痕缺陷的产品表面质量无法满足用户的要求，所以必须切除。这样造成了很大的质量损失。

恒辊缝控制是助卷辊最常用的一种控制方式，即在带钢咬入卷筒和3个助卷辊辊缝的过程中，助卷辊的辊缝始终保持不动。助卷辊的设定辊缝在带钢头部进入以前预设定到位，带钢头部咬入后，助卷辊辊缝保持恒定不动。期间，随着带钢绕卷筒的圈数不断增加，助卷辊的实际辊缝会被带钢逐渐顶开，助卷辊液压缸的压力也会不断上升，重叠部分受到碾压便导致了钢卷内圈压痕缺陷。为解决热轧头部压印缺陷问题，各国相继开发了助卷辊踏步控制技术。简单而言，踏步控制技术就是在带钢头部绕卷筒一圈后，助卷辊抬起至一定高度，避让带钢头部的重叠部分后再压下，在整个头部的卷取的过程中，助卷辊重复抬起和压下动作，以达到减轻头部压印缺陷的目的。目前，国内外绝大多数热连轧产线均采用了助卷辊踏步控制技术.助卷辊踏步控制技术开发的目的是避开带钢头部的重叠部分，减少头部压印缺陷。以3根助卷辊中的任意一根助卷辊为例，助卷辊的踏步控制功能如下：如图3所示，纵坐标31为助卷辊辊缝，助卷辊的设定辊缝32在带钢头部进入以前预设定到位。当带钢头部咬入后，助卷辊设定辊缝32立即第一次下压54，当带钢头部绕卷筒一周重新回到该助卷辊位置以前，该助卷辊设定辊缝开始上抬56，直至达到一定高度，以避开带钢头部的重叠部分。当带钢头部第二次通过该助卷辊以后，该助卷辊辊缝第二次下压57。带钢头部绕卷筒9-11圈以后，设定辊缝32在35位置开始打开，停止加压。但实际应用证明，该技术可以有效控制厚度5mm以上带钢的头部压印缺陷，但厚度5mm以下的控制效果却不理想。这是由于液压系统的相应速度和检测滞后造成助卷辊踏步精度较差，影响了控制效果。实际辊缝如图2中的曲线33所示，可以看出，实际辊缝33始终滞后于设定辊缝32。根据对这些产线的产品实物质量确认，所有厚度5mm以下的热轧直发钢卷均存在不同程度的头部压印缺陷，且距离一般均在20-25米左右。这证明踏步控制功能在薄带钢卷取时的实际应用效果都不好。

中国发明专利“一种具有良好助卷性能的热轧薄板材卷取机”(中国发明专利号ZL200610048120.4公开号CN1903467A)公开了一种具有良好助卷性能的热轧薄板材卷取机，属板材轧制设施技术领域，用于消除现有卷取机使用中的松卷、压痕等缺陷。其技术方案是，构成中设有芯轴、助卷辊、支撑助卷辊的摆臂、以及驱动摆臂绕铰接轴摆动的液压缸，增设1～3个助卷辊，各助卷辊环绕芯轴间隔配置。该发明通过增加助卷辊数量增加助卷施压点，缩小助卷施压点之间的距离，相对减小每一助卷辊上的压力，以防止出现松卷、压痕缺陷，但是增加助卷辊的技术方案导致卷取机的结构复杂化，不能用于现有卷取机的技术改造。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制热轧钢卷内圈压痕的方法，无论恒辊缝控制系统或者踏步控制系统，都可以使用本发明的方法解决热轧钢卷内圈压痕缺陷的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种控制热轧钢卷内圈压痕的方法，其特征在于在卷取机组前设置卷取测温装置，根据带钢的卷取力矩参数计算和设定卷取力矩，根据带钢的打滑特性参数设置助卷辊加压延时时间，在达到设定卷取力矩时启动加压延时计时；延时结束打开助卷辊停止加压，从而使助卷辊与带钢接触的压力和时间最小化，减少热轧钢卷内圈压痕缺陷。

本发明的控制热轧钢卷内圈压痕的方法的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的卷取力矩参数优选为带钢的宽度、厚度和热屈服强度；所述的打滑特性参数优选为带钢的宽度、卷取温度和厚度；所述的宽度是目标宽度或实测宽度，所述的厚度为目标厚度或实测厚度；所述的卷取温度为实测卷取温度。

本发明的控制热轧钢卷内圈压痕的方法的一种改进的技术方案，包括下列步骤：

S1)带钢咬入精轧机组的第一机架，二级计算机收到第一机架的咬钢信号以后，将该带钢的目标宽度、目标厚度和热屈服强度数据下达给卷取机组的一级计算机。

S2)当带钢的头部到达卷取机组入口处的卷取测温装置时，卷取测温装置依照预定的采样周期检测采集带钢头部若干测温点的卷取温度，发送给卷取机组的一级计算机。

S3)一级计算机的卷取力矩设定单元根据带钢的目标宽度、目标厚度和热屈服强度数据计算设定卷取力矩，然后通过电机驱动单元控制卷筒电机运转。

S4)卷筒电机通过减速箱输出卷取力矩给卷筒，用于卷取带钢。

S5)一级计算机的延时设定单元根据步骤S2采集的若干点的卷取温度，计算平均实测卷取温度，根据平均实测卷取温度、带钢宽度和厚度计算并设定助卷辊加压延时时间。

S6)电机驱动单元通过卷取力矩反馈单元将实际卷取力矩反馈给一级计算机，一级计算机将实际卷取力矩和设定卷取力矩进行比较，当实际卷取力矩达到设定值后，启动延时计时器开始延时。

S7)当计时到达设定的助卷辊加压延时时间后，卷取一级计算机判定卷筒建立张力成功，通过助卷辊阀驱动单元控制助卷辊液压缸打开助卷辊，停止加压。

本发明的控制热轧钢卷内圈压痕的方法的一种改进的技术方案，其特征在于所述的助卷辊加压延时时间是根据平均实测卷取温度、带钢宽度和厚度，通过检索存储在一级计算机存储单元中的打滑特性延时表得到的。

本发明的另一个目的是要提供一种热轧带钢的卷取控制系统，采用本发明提供的控制热轧钢卷内圈压痕的方法，用于解决热轧带钢生产过程中产生钢卷内圈压痕的技术问题。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种热轧带钢的卷取控制系统，连接到热轧控制系统二级计算机和卷取机组，采用本发明提供的控制热轧钢卷内圈压痕的方法，所述的卷取控制系统包括卷取系统一级计算机，卷筒电机驱动单元，卷筒电机，助卷辊阀驱动单元和助卷辊液压缸，其特征在于：所述的卷取机组的带钢入口处设置卷取测温装置；所述的一级计算机设置卷取力矩设定单元，卷取力矩反馈单元，延时设定单元和延时计时器；所述的卷取测温装置获取的带钢温度数据通过一级计算机的输入端口传送到卷取力矩设定单元和延时设定单元；所述的取力矩设定单元通过所述的卷筒电机驱动单元控制卷筒电机；所述的延时设定单元确定助卷辊加压延时时间并传送给所述的延时计时器；所述的卷筒电机驱动单元将卷取力矩反馈到卷取力矩反馈单元，控制延时计时器启动计时；所述的延时计时器，通过助卷辊阀驱动单元，输出控制信号到助卷辊液压缸，控制助卷辊打开，停止加压。

本发明的热轧带钢的卷取控制系统的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的卷取测温装置81包含若干测温点和多路采样控制电路。

本发明的有益效果是：

使用本发明的控制热轧钢卷内圈压痕的方法和热轧带钢的卷取控制系统，可显著减少厚度5mm以下的薄规格带钢的内圈压痕缺陷，且不会引起打滑事故发生。根据实测数据由内圈压痕缺陷原来的20-25米减少至15米左右。

附图说明

图1是卷取机的结构示意图；

图2是热轧钢卷内圈压痕的成因示意图；

图3是踏步控制技术的辊缝与卷取力矩和延时时间示意图；

图4是本发明的控制热轧钢卷内圈压痕的方法的流程示意图；

图5是本发明的热轧带钢的卷取控制系统的原理框图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

由于踏步控制无法有效控制薄板的内圈压痕缺陷，且助卷辊的辊面质量也会严重影响钢板表面质量，所以必须寻求其他方法解决该问题。在现有的技术条件下，尽可能减少助卷辊加压带钢的时间是减少热轧钢卷的内圈压痕的最好方法。无论踏步控制是否精度准确、助卷辊辊面是否良好，只要减少助卷辊加压带钢的时间，从而减少助卷辊与带钢接触的圈数，就可以达到减少内圈压痕缺陷长度的目的。

但减少助卷辊加压带钢的时间也存在个致命的问题：减少助卷辊加压带钢的时间很可能导致卷取机打滑事故发生。助卷辊加压带钢的时间过少，带钢头部就无法缠紧卷筒，当助卷辊打开时，张力无法建立就会导致卷取机打滑事故。所以为防止打滑事故发生，助卷辊一般均采用较长的加压带钢的时间，即助卷辊需要较长的踏步圈数。

判断一块带钢缠绕上卷筒后是否成功建立张力，目前使用的方法大致有两种：第一种是根据带钢的品种规格计算一个卷取设定力矩或设定电流。带钢缠绕上卷筒后，当实际卷取力矩或电流达到设定值，再延时一段时间后就判断已经成功建立张力。建立张力成功以后，助卷辊立即打开。第二种是任何品种规格的带钢都采用相同的卷筒设定力矩或设定电流。

无论是哪一种判断方法，都需要在实际力矩或电流达到设定值后延时一段时间才能判断已经建立张力成功。为保证易出现打滑事故的带钢不发生打滑事故，现有技术对所有品种规格的带钢都采用了同一种较长的延时。请参见图3，纵坐标61为卷取设定力矩或设定电流，当带钢头部开始缠绕卷筒，实际卷取力矩或电流63逐渐上升，直至达到设定卷取力矩62，经过6b至6c这一段延时时间Td之后，判断张力建立成功，助卷辊打开35。由于现有技术采用了同一种较长的延时时间Td，厚度h5mm以下的带钢的助卷辊加压时间6a至6c较长，踏步圈数最长需要11圈，厚度h5mm以上的带钢，因力矩上升速度快，踏步圈数略短。

由此可见，对卷取机建立张力的延时时间Td进行分类，就可以实现根据不同品种、规格带钢的特点采用不同的助卷辊加压时间。分类设定延时的原则是在保证所有带钢在不打滑的前提下，最大限度减少助卷辊踏步圈数。

根据对以往打滑事故的分析发现，打滑与带钢品种、规格的关系最为密切。由于影响打滑的带钢品种、规格数据很多，如果采用全部数据作为变量，仅钢种就达数千种，势必造成数据库庞大。为此，本发明筛选出宽度w、卷取温度ct和厚度h这3个对打滑的影响最为显著的变量，把带钢的目标宽度w、目标厚度h和热屈服强度作为带钢的卷取力矩参数，把宽度w、卷取温度ct和厚度h作为带钢的打滑特性参数，根据不同规格带钢的特点，采取不同的助卷辊打滑特性延时，在保证不发生打滑事故的前提下，尽可能减少助卷辊与带钢接触，以减少热轧钢卷内圈压痕缺陷。

根据试验，这3个变量中，卷取温度ct与打滑事故的相关性最强，所以在本发明的技术方案中卷取温度ct采用实测值。为此，本发明在卷取机组前设置卷取测温装置81，根据带钢的卷取力矩参数计算和设定卷取力矩；根据带钢的打滑特性参数设置助卷辊加压延时时间Td；当达到设定卷取力矩62时，启动加压延时计时；计时到达延时时间Td，延时结束，打开助卷辊停止加压，从而使助卷辊与带钢接触的压力和时间最小化，减少热轧钢卷内圈压痕缺陷。

根据本发明的控制热轧钢卷内圈压痕的方法的一种较佳的实施方案，所述的卷取力矩参数优选为带钢的宽度w、厚度h和热屈服强度；所述的打滑特性参数优选为带钢的宽度w、卷取温度ct和厚度h；所述的宽度是目标宽度或实测宽度，所述的厚度为目标厚度或实测厚度；所述的卷取温度ct为实测卷取温度。

本发明的控制热轧钢卷内圈压痕的方法的实施例的流程图如图4所示，包括下列步骤：

S1)带钢21咬入精轧机组70的第一机架71，二级计算机90收到第一机架71的咬钢信号以后，将该带钢的目标宽度w、目标厚度h和热屈服强度数据下达给卷取机组80的一级计算机82。

S2)当带钢21的头部到达卷取机组80入口处的卷取测温装置81时，卷取测温装置81依照预定的采样周期检测采集带钢头部若干测温点的卷取温度ct，发送给卷取机组80的一级计算机82。

S3)一级计算机82的卷取力矩设定单元821根据带钢21的目标宽度w、目标厚度h和热屈服强度数据计算设定卷取力矩，然后通过电机驱动单元83控制卷筒电机84运转。

S4)卷取电机84通过减速箱85输出卷取力矩给卷筒15，用于卷取带钢21。

S5)一级计算机82的延时设定单元823根据步骤S2采集的若干点的卷取温度ct，计算平均实测卷取温度ct，根据平均实测卷取温度ct、带钢宽度w和厚度h计算并设定助卷辊加压延时时间Td。

S6)电机驱动单元83通过卷取力矩反馈单元822将实际卷取力矩反馈给一级计算机82，一级计算机82将实际卷取力矩和设定卷取力矩进行比较，当实际卷取力矩达到设定值后，启动延时计时器824开始延时。

S7)当计时到达设定的助卷辊加压延时时间Td后，卷取一级计算机82判定卷筒建立张力成功，通过助卷辊阀驱动单元86控制助卷辊液压缸16打开助卷辊14，停止加压。

在本发明的控制热轧钢卷内圈压痕的方法的一种实施方案中，所述的助卷辊加压延时时间Td是根据平均实测卷取温度ct、带钢宽度w和厚度h，通过检索存储在一级计算机82存储单元中的打滑特性延时表得到的。

根据打滑特性参数建立的打滑特性延时表划分为三级索引结构：

第一级：宽度w，划分为2个区间；

第二级：实测卷取温度ct，划分为3个区间；

第三级：厚度h，划分为4个区间。

宽度w为第一检索变量，实测卷取温度ct为第二检索变量，厚度h为第三检索变量。根据实验获得的数据，在每一区间内存储一个加压延时时间Td的值。对于将要卷取的带钢，根据其宽度w、实测卷取温度ct和厚度h，就可以在打滑特性延时表中检索到相应的加压延时时间Td。打滑特性延时表的结构如表1所示，表中，实测卷取温度ct的单位为℃，宽度和厚度的单位为mm，加压延时时间Td的单位为ms。

表1打滑特性延时表[ms]

一个用于热轧厂2050机组的打滑特性延时表的实施例如表2所示：

表2热轧厂2050机组使用的打滑特性延时表[ms]

本发明的提供的热轧带钢的卷取控制系统的原理框图如图5所示，该系统采用本发明提供的控制热轧钢卷内圈压痕的方法，用于解决热轧带钢生产过程中产生钢卷内圈压痕的技术问题。

参见图5，本发明的热轧带钢的卷取控制系统连接到热轧控制系统二级计算机90和卷取机组80，该系统采用本发明提供的控制热轧钢卷内圈压痕的方法，控制卷取机组80的助卷辊，所述的卷取控制系统包括卷取系统一级计算机82，卷筒电机驱动单元83，卷筒电机84，助卷辊阀驱动单元86和助卷辊液压缸16，其特征在于：在卷取机组80的带钢入口处，设置卷取测温装置81；在一级计算机82中，设置卷取力矩设定单元821，卷取力矩反馈单元822，延时设定单元823和延时计时器824；所述的卷取测温装置81获取的带钢温度数据，通过一级计算机82的输入端口传送到卷取力矩设定单元821和延时设定单元823；所述的取力矩设定单元821通过所述的卷筒电机驱动单元83控制卷筒电机84；所述的延时设定单元823确定助卷辊加压延时时间Td，并传送给所述的延时计时器824；所述的卷筒电机驱动单元83将卷取力矩反馈到卷取力矩反馈单元822，控制延时计时器824启动计时；所述的延时计时器824，通过助卷辊阀驱动单元86，输出控制信号到助卷辊液压缸16，控制助卷辊14打开，停止加压。在图5所示的原理框图中，三组助卷辊14的液压缸16仅表示出一组，省略了另外两组液压缸及其与助卷辊阀驱动单元86的连接关系。

根据本发明的热轧带钢的卷取控制系统的一种较佳的实施方案，所述的卷取测温装置81包含若干测温点和多路采样控制电路。

在一个用于热轧厂2050机组的实施例中，卷取测温装置采用LAND公司的system 4测温仪，型号为M2 300～1100响应速度5ms(0 to 95％)；输出更新频率10ms。卷取温度采用实测值，取带钢头部的的10个测量点计算平均实测卷取温度。

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的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种控制热轧钢卷内圈压痕的方法，其特征在于在卷取机组前设置卷取测温装置，根据带钢的卷取力矩参数计算和设定卷取力矩，根据带钢的打滑特性参数设置助卷辊加压延时时间，在达到设定卷取力矩时启动加压延时计时；延时结束打开助卷辊停止加压，从而使助卷辊与带钢接触的压力和时间最小化，减少热轧钢卷内圈压痕缺陷。

2.根据权利要求1所述的控制热轧钢卷内圈压痕的方法，其特征在于所述的卷取力矩参数优选为带钢的宽度、厚度和热屈服强度；所述的打滑特性参数优选为带钢的宽度、卷取温度和厚度；所述的宽度是目标宽度或实测宽度，所述的厚度为目标厚度或实测厚度；所述的卷取温度为实测卷取温度。

3.根据权利要求2所述的控制热轧钢卷内圈压痕的方法，其特征在于包括下列步骤：

S1)带钢咬入精轧机组的第一机架，二级计算机收到第一机架的咬钢信号以后，将该带钢的目标宽度、目标厚度和热屈服强度数据下达给卷取机组的一级计算机；

S2)当带钢的头部到达卷取机组入口处的卷取测温装置时，卷取测温装置依照预定的采样周期检测采集带钢头部若干测温点的卷取温度，发送给卷取机组的一级计算机；

S3)一级计算机的卷取力矩设定单元根据带钢的目标宽度、目标厚度和热屈服强度数据计算设定卷取力矩，然后通过电机驱动单元控制卷筒电机运转；

S4)卷筒电机通过减速箱输出卷取力矩给卷筒，用于卷取带钢；

S5)一级计算机的延时设定单元根据步骤S2采集的若干点的卷取温度，计算平均实测卷取温度，根据平均实测卷取温度、带钢宽度和厚度计算并设定助卷辊加压延时时间；

S6)电机驱动单元通过卷取力矩反馈单元将实际卷取力矩反馈给一级计算机，一级计算机将实际卷取力矩和设定卷取力矩进行比较，当实际卷取力矩达到设定值后，启动延时计时器开始延时；

S7)当计时到达设定的助卷辊加压延时时间后，卷取一级计算机判定卷筒建立张力成功，通过助卷辊阀驱动单元控制助卷辊液压缸打开助卷辊，停止加压。

4.根据权利要求3所述的控制热轧钢卷内圈压痕的方法，其特征在于所述的助卷辊加压延时时间是根据平均实测卷取温度、带钢宽度和厚度，通过检索存储在一级计算机存储单元中的打滑特性延时表得到的。

5.一种热轧带钢的卷取控制系统，连接到热轧控制系统二级计算机和卷取机组，采用权利要求1所述的控制热轧钢卷内圈压痕的方法，所述的卷取控制系统包括卷取系统一级计算机，卷筒电机驱动单元，卷筒电机，助卷辊阀驱动单元和助卷辊液压缸，其特征在于：

所述的卷取机组的带钢入口处设置卷取测温装置；

所述的一级计算机设置卷取力矩设定单元，卷取力矩反馈单元，延时设定单元和延时计时器；

所述的卷取测温装置获取的带钢温度数据通过一级计算机的输入端口传送到卷取力矩设定单元和延时设定单元；

所述的卷取力矩设定单元通过所述的卷筒电机驱动单元控制卷筒电机；

所述的延时设定单元确定助卷辊加压延时时间并传送给所述的延时计时器；

所述的卷筒电机驱动单元将卷取力矩反馈到卷取力矩反馈单元，控制延时计时器启动计时；

所述的延时计时器，通过助卷辊阀驱动单元，输出控制信号到助卷辊液压缸，控制助卷辊打开，停止加压。

6.根据权利要求5所述的热轧带钢的卷取控制系统，其特征在于所述的卷取测温装置包含若干测温点和多路采样控制电路。

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