CN104874639B - 一种卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法，该方法根据带钢的钢种、厚度、温度，在保证不发生打滑事故的前提下，使助卷辊保持较轻的设定压力，控制助卷辊的辊缝，使其随着卷层的增多和卷筒的涨开同步动态打开，使所有厚度的热轧钢卷的内圈弧形压痕缺陷一直保持在较轻的程度，可使带钢的内圈压痕缺陷程度明显减轻，且不会引起生产不稳定的现象。解决了现有控制方法无法兼顾带钢表面质量和生产稳定性的问题。

Description

一种卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法

技术领域

本发明涉及热轧卷取工艺，具体涉及一种卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法,该方法是一种可减轻热轧钢卷的内圈压痕的方法。

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油缸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。头部压印缺陷由卷取机助卷辊碾压带钢头部的重叠部分而造成。请参见图2，从带钢21的头部开始，在带钢上下表面上每隔一定的距离存在一道月牙形的缺陷23。不同厚度规格的钢卷缺陷长度不同，通常缺陷长度为约20～30米。并且随着离带头的距离越远，缺陷的程度有加深的趋势。由于缺陷较重，在酸洗后仍不能除去，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。

连续压紧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。请参见图3，纵坐标y表示助卷辊辊缝，横坐标表示时间。助卷辊的设定辊缝33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。当带钢头部绕卷筒数圈以后，设定辊缝33在35位置打开。期间，随着带钢绕卷筒的圈数不断增加以及卷筒的涨开，助卷辊的实际辊缝34会被带钢逐渐顶开，助卷辊油缸的压力也会不断上升。请参见图4，纵坐标y为助卷辊压力，横坐标x为时间，助卷辊实际压力随着卷钢过程中卷层的增多及卷筒的涨开而明显上升。

压痕缺陷的产生过程请参见图5，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，重叠部分受到碾压便导致了钢卷内圈压痕缺陷，头部压印缺陷才会消失。

连续压紧控制会造成缺陷程度过重。在使用连续压紧控制时，助卷辊的设定辊缝一直维持不变，但是钢卷的圈数却一直在增多，并且卷筒也会涨开，由此导致助卷辊受到的压力会一直增加，因此带钢头部的压痕深度逐渐加重，从开始的没有手感变为手感明显，直接影响了用户的使用。

为解决热轧头部压印缺陷问题，各国相继开发了类似AJC的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。

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：请参见图6，图中实线33表示助卷辊设定辊缝，虚线34表示助卷辊实际辊缝，助卷辊的设定辊缝33在带钢头部进入以前预设定到位。从图6可以看出，当带钢头部咬入后，该助卷辊设定辊缝立即第一次下压，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，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。带钢头部绕卷筒9-11圈以后，设定辊缝在35位置开始打开。

助卷辊踏步控制不准确。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。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，主要原因如下：

（1）液压系统的问题

由于薄带钢穿带时的速度一般为7～12米/秒，在这样快的速度下，程序设定助卷辊必须在约0.06秒的时间内完成抬起和压下动作。但实际上，阀和油缸等的响应速度达不到这种要求，造成助卷辊踏步精度较差。请参见图6，助卷辊实际辊缝34相对设定辊缝存在较严重的延时问题，更严重的可能还存在动作紊乱问题，甚至导致打滑废钢。

（2）检测系统的问题

因各热轧产线设计时的技术限制，一些老式卷取机只能依靠夹送辊前的热金属检测器和夹送辊压力传感器来检测带钢头部的信号，而带钢头部进入夹送辊后的跟踪只能依靠理论计算获得。但实际上，当带钢头部咬入夹送辊后，可能受到弧形板等设备的阻力而造成较理论计算跟踪滞后的情况。

新型卷取机增加了激光检测装置来解决该问题，但这些新增的设备不但增加了投资，而且这些设备设置位置工况差，维护困难，且控制精度问题也未得到很好地解决。这主要是因为：带钢进入卷取机后的跟踪受到带钢温度、带钢头部形状、弧形板表面光洁度和设备磨损等差异的影响，每块带钢在任意对应时间点的头部位置均存在一定差异，这种差异很难通过改变检测方法予以克服。

发明内容

本发明的目的是提供一种卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法，该方法根据带钢的钢种、厚度、温度，在保证不发生打滑事故的前提下，使助卷辊保持较轻的设定压力，控制助卷辊的辊缝，使其随着卷层的增多和卷筒的涨开同步动态打开，使所有厚度的热轧钢卷的内圈弧形压痕缺陷一直保持在较轻的程度，可使带钢的内圈压痕缺陷程度明显减轻，且不会引起生产不稳定的现象。用以解决现有控制方法无法兼顾带钢表面质量和生产稳定性的问题。

在连续压紧控制中，助卷辊紧紧压住了带钢的外圈，使得卷层之间及卷层和卷筒之间紧紧贴牢，有效避免了打滑的风险，但是也正是因为如此，助卷辊受到的压力也明显增加，导致压痕程度加深。从此处可以看出，若能将助卷辊的压力适当减少，并使其在卷钢过程中按压力控制在一定的值，该压力能够压住带钢外圈使其不发生打滑，但同时又不会造成太明显的压痕，则便可以达到预期的目的。

但减少助卷辊按压带钢的压力在实际实施中存在一个问题：不同的钢种，规格，温度的带钢，其需要的助卷辊压力都是不同的，该压力过小，易造成废钢，过大，易造成压痕过深。

由此可见，需要开发一种新型的助卷辊辊缝控制方法，使其按照设定的压力来控制辊缝，保证压力不至于过大而影响带钢表面质量，则可以有效缓解带钢表面的缺陷程度并不影响生产稳定性。另外必须对该压力根据带钢的特性进行分层，实现根据不同品种、规格带钢的特点采取不同的助卷辊按压带钢的压力，做到所有的钢都可以适用。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法，该方法采用的装置包括一级计算机、二级计算机、位置传感器和压力传感器，所述位置传感器用于检测助卷辊的实际位置，所述压力传感器用于检测助卷辊的实际压力，所述的位置传感器和压力传感器与一级计算机的信号输入输出端口连接，所述的一级计算机与卷取机组控制连接，且一级计算机的信号输入端口与精轧机组连接，所述的一级计算机与二级计算机通信连接，该方法包括如下步骤：

(1)根据带钢的钢种、目标厚度和卷取温度设定助卷辊的压力值，并根据带钢的目标厚度，设定助卷辊的初始辊缝，并将不同带钢对应的助卷辊的初始辊缝和设定压力值存储在二级计算机中；

(2)当精轧机组的第一个机架咬钢后，将咬钢信号上传至一级计算机，一级计算机接收到该咬钢信号后，将当前带钢的钢种、目标厚度和卷取温度上传至二级计算机；

(3)根据步骤（1），二级计算机根据当前带钢的目标厚度，获取助卷辊的初始辊缝，同时根据当前带钢的钢种、目标厚度和卷取温度获取助卷辊的设定压力值，并将所述的初始辊缝和设定压力值发送给一级计算机；

(4)一级计算机将接收到的助卷辊的初始辊缝信息发送给位置传感器，并控制助卷辊到达初始辊缝的位置；

(5)助卷辊咬钢后，将咬钢信号发送给一级计算机，一级计算机收到助卷辊的咬钢信号后，将助卷辊辊缝的控制方式由位置控制切换至压力控制，给压力传感器发送压力控制信号；

(6)压力传感器检测助卷辊的实际压力值，并发送给一级计算机，一级计算机实时地将接收到的助卷辊的实际压力值与设定压力值进行比较；

(7)当助卷辊的实际压力值超过其设定压力值时，一级计算机控制助卷辊的辊缝逐渐增大，直到检测到助卷辊的实际压力达到其设定压力值，完成一次对助卷辊辊缝的动态控制。

进一步地，所述的步骤（1）中，对带钢按钢种进行编号，每个钢种对应一个编号，并按编号进行分层，所有相同编号的带钢为一个层别。

进一步地，所述的步骤（1）中，将带钢的目标厚度划分为一组厚度区间，并按照厚度区间进行分层，每个厚度区间对应一个厚度层别。

进一步地，所述的步骤（1）中，将带钢的卷取温度划分为一组温度区间，并按照温度区间进行分层，每个温度区间对应一个温度层别。

进一步地，所述的步骤（1）中，根据带钢的钢种、目标厚度和卷取温度，设定每个质量号下不同温度层别和厚度层别的带钢对应的助卷辊的压力值，组成一个助卷辊压力静态表，将该压力静态表存储在二级计算机中。

进一步地，所述的步骤（1）中，对带钢的每个厚度层别都对应设定一个助卷辊的初始辊缝，将各厚度层别与助卷辊的初始辊缝一一对应组成一个助卷辊的初始辊缝设定表，将该初始辊缝设定表存储在二级计算机中。

进一步地，所述的步骤（3）中，二级计算机通过查询压力静态表和初始辊缝设定表获取助卷辊的设定压力值和初始辊缝。

进一步地，二级计算机查询压力静态表和初始辊缝设定表时，质量号为第一检索变量，目标厚度为第二检索变量，卷取温度为第三检索变量。

进一步地，所述的厚度区间为8个。

进一步地，所述的温度区间为4个。

本发明达到的有益效果：本发明根据带钢的钢种、厚度和温度，在保证不发生打滑事故的前提下，使助卷辊保持较轻的设定压力，控制助卷辊的辊缝，使其随着卷层的增多和卷筒的涨开同步动态打开，使所有厚度的热轧钢卷的内圈弧形压痕缺陷一直保持在较轻的程度，可使带钢的内圈压痕缺陷程度明显减轻，卷取后带钢的切除长度由20－25米减少至15米左右，大大提高了带钢的表面质量和生产的稳定性。

附图说明

图1是卷取机的结构原理图；

图2是带钢卷取形成的表面缺陷示意图；

图3是对助卷辊采用连续压紧控制方法时，助卷辊辊缝随时间变化的趋势图；

图4是对助卷辊采用连续压紧控制方法时，助卷辊压力随时间变化的趋势图；

图5是带钢卷取过程中，表面压痕缺陷的产生过程示意图；

图6是对助卷辊采用踏步控制时，助卷辊辊缝随时间变化的趋势图；

图7是本发明对助卷辊辊缝进行控制的结构原理图；

图8是本发明控制方法的流程示意图；

图9是本发明对助卷辊压力静态表进行检索时的三个级别示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图7，本发明方法采用的控制装置包括一级计算机、二级计算机、位置传感器和压力传感器，所述位置传感器用于检测助卷辊的位置，所述压力传感器用于检测助卷辊的实际压力，所述的位置传感器和压力传感器与一级计算机的信号输入输出端口连接，所述的一级计算机与卷取机组控制连接，且一级计算机的信号输入端口与精轧机组连接，所述的一级计算机与二级计算机通信连接。

根据对以往建张打滑事故的分析发现，建张难易和带钢品种、规格及温度的关系最为密切。带钢品种决定了带钢的强度性能，其强度越高，需要的助卷辊压力也越大，否则便容易在卷钢时弹开，影响生产稳定性；规格也影响卷钢的稳定性，带钢越厚,发生塑性变形的难度也越高,便越容易在卷钢时打开,因此厚规格带钢需要较大的助卷辊压力;温度也影响带钢的生产稳定性,温度越高,卷层之间的摩擦力越小，钢卷越容易发生打滑废钢，因此也需要一定的压力使其卷层间贴牢。依据钢种、卷取温度、厚度对带钢种类进行粗略分类，根据不同规格带钢的特点采取不同的助卷辊控制压力，在保证不发生打滑事故的前提下，尽可能减少助卷辊的压力，以减轻热轧钢卷内圈压痕缺陷。

如图8，本发明对卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法包括如下步骤：

(1)根据带钢的钢种、目标厚度和卷取温度设定助卷辊的压力值，并根据带钢的目标厚度，设定助卷辊的初始辊缝，并将不同带钢对应的助卷辊的初始辊缝和设定压力值存储在二级计算机中；

(2)当精轧机组的第一个机架咬钢后，将咬钢信号上传至一级计算机，一级计算机接收到该咬钢信号后，将当前带钢的钢种、目标厚度和卷取温度上传至二级计算机；

(3)根据步骤（1），二级计算机根据当前带钢的目标厚度，获取助卷辊的初始辊缝，同时根据当前带钢的钢种、目标厚度和卷取温度获取助卷辊的设定压力值，并将所述的初始辊缝和设定压力值发送给一级计算机；

(4)一级计算机将接收到的助卷辊的初始辊缝信息发送给位置传感器，并控制助卷辊到达初始辊缝的位置；

(5)助卷辊咬钢后，将咬钢信号发送给一级计算机，一级计算机收到助卷辊的咬钢信号后，将助卷辊辊缝的控制方式由位置控制切换至压力控制，给压力传感器发送压力控制信号；

(6)压力传感器检测助卷辊的实际压力值，并发送给一级计算机，一级计算机实时地将接收到的助卷辊的实际压力值与设定压力值进行比较；

(7)当助卷辊的实际压力值超过其设定压力值时，一级计算机控制助卷辊的辊缝逐渐增大，直到检测到助卷辊的实际压力达到其设定压力值，完成一次对助卷辊辊缝的动态控制。

本发明方法的具体实施过程如下：

本方法对带钢按钢种进行编号，在本发明中将该编号称为质量号即钢种在模型中的代码，每个质量号对应一个钢种，并将钢种按质量号进行分层，所有相同编号的带钢为一个层别，目前有1000多个层别。

本方法将带钢的目标厚度划分为8个厚度区间，并按照厚度区间进行分层，每个厚度区间对应一个厚度层别。各个层别与厚度区间的对应关系如表1所示，例如层别1对应厚度小于2.38mm的带钢，层别2对应厚度为2.38～4.05mm之间的带钢。

本方法将带钢的卷取温度划分为4个温度区间，并按照温度区间进行分层，每个温度区间对应一个温度层别。各个温度区间与温度层别的对应关系如表2所示，例如温度层别1对应卷取温度为小于600度的带钢，温度层别2对应卷取温度为600～650之间的带钢。

表1厚度层别表（mm）

表2温度层别表

温度层别	1	2	3	4
					对应温度	<600	600-650	650-700	>700

本方法根据带钢的钢种、目标厚度和卷取温度，设定每个质量号下不同温度层别和厚度层别的带钢对应的助卷辊的压力值，组成如表3所示的助卷辊压力静态表，将该压力静态表存储在二级计算机中。

此外，在带钢头部到达助卷辊之前，助卷辊必须和卷筒之间保持一定的辊缝，

便于带钢咬入。该辊缝主要取决于带钢的厚度，厚度越小则辊缝越小，保证带钢第一圈有足够的压力。本发明对带钢的每个厚度层别都对应设定一个助卷辊的初始辊缝，将各厚度层别与助卷辊的初始辊缝一一对应组成一个助卷辊的初始辊缝设定表，将该初始辊缝设定表存储在二级计算机中。根据实践经验，该初始辊缝设定表如表4所示。

表3热轧厂2050单元使用的助卷辊压力静态表[KN]

表4热轧厂2050单元使用的助卷辊初始辊缝设定表[mm]（注：H为带钢厚度）

厚度层别	1	2	3	4	5	6	7	8
									对应厚度	H+1	H+2	H+2	H+2	H+3	H+4	H+5	H+6

当精轧机组的第一个机架咬钢后，将咬钢信号上传至一级计算机，一级计算机接收到该咬钢信号后，将当前带钢的钢种、目标厚度和卷取温度上传至二级计算机。二级计算机根据接收到的当前待卷取带钢的钢种、卷取温度以及目标厚度数据，可以在表3所示的助卷辊压力静态表中检索到助卷辊对应的设定压力值，并在表4所示的初始辊缝设定表中检索到当前厚度的带钢对应的助卷辊的初始辊缝。

如图9所示，助卷辊压力静态表分为三个级别，质量号为第一级别，厚度层别为第二级别，温度层别为第三级别，在检索时，将质量号作为第一检索变量，目标厚度作为第二检索变量，卷取温度作为第三检索变量。

当得到当前带钢卷取时助卷辊的初始辊缝和设定压力后，开始对助卷辊进行控制。一级计算机将接收到的助卷辊的初始辊缝信息发送给位置传感器，并根据位置传感器检测到的位置信息，控制助卷辊到达初始辊缝的位置。当带钢到达助卷辊，且助卷辊咬钢后，将咬钢信号发送给一级计算机，一级计算机收到助卷辊的咬钢信号后，将助卷辊辊缝的控制方式由位置控制切换至压力控制，给压力传感器发送压力控制信号。压力传感器检测助卷辊的实际压力值，并发送给一级计算机，一级计算机实时地将接收到的助卷辊的实际压力值与设定压力值进行比较。如果助卷辊的实际压力值超过其设定压力值时，一级计算机便开始控制助卷辊的辊缝逐渐增大，直到检测到助卷辊的实际压力达到其设定压力值，完成一次对助卷辊辊缝的动态控制。

本发明已于2013年4月在宝山钢铁股份有限公司热轧厂2050单元的卷取机组上实施。实施结果表明，采用本发明的控制方法后，带钢的内圈压痕缺陷程度明显减轻，卷取后带钢的切除长度由20－25米减少至15米左右，大大提高了带钢的表面质量和生产的稳定性。

Claims (10)

1.一种卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法，该方法采用的装置包括一级计算机、二级计算机、位置传感器和压力传感器，所述位置传感器用于检测助卷辊的实际位置，所述压力传感器用于检测助卷辊的实际压力，所述的位置传感器和压力传感器与一级计算机的信号输入输出端口连接，所述的一级计算机与卷取机组控制连接，且一级计算机的信号输入端口与精轧机组连接，所述的一级计算机与二级计算机通信连接，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)根据带钢的钢种、目标厚度和卷取温度设定助卷辊的压力值，并根据带钢的目标厚度，设定助卷辊的初始辊缝，并将不同带钢对应的助卷辊的初始辊缝和设定压力值存储在二级计算机中；

(2)当精轧机组的第一个机架咬钢后，将咬钢信号上传至一级计算机，一级计算机接收到该咬钢信号后，将当前带钢的钢种、目标厚度和卷取温度上传至二级计算机；

(3)根据步骤(1)，二级计算机根据当前带钢的目标厚度，获取助卷辊的初始辊缝，同时根据当前带钢的钢种、目标厚度和卷取温度获取助卷辊的设定压力值，并将所述的初始辊缝和设定压力值发送给一级计算机；

(4)一级计算机将接收到的助卷辊的初始辊缝信息发送给位置传感器，并控制助卷辊到达初始辊缝的位置；

(5)助卷辊咬钢后，将咬钢信号发送给一级计算机，一级计算机收到助卷辊的咬钢信号后，将助卷辊辊缝的控制方式由位置控制切换至压力控制，给压力传感器发送压力控制信号；

(6)压力传感器检测助卷辊的实际压力值，并发送给一级计算机，一级计算机实时地将接收到的助卷辊的实际压力值与设定压力值进行比较；

(7)当助卷辊的实际压力值超过其设定压力值时，一级计算机控制助卷辊的辊缝逐渐增大，直到检测到助卷辊的实际压力达到其设定压力值，完成一次对助卷辊辊缝的动态控制。

2.根据权利要求1所述的卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法，其特征在于所述的步骤(1)中，对带钢按钢种进行编号，每个钢种对应一个编号，并按编号进行分层，所有相同编号的带钢为一个层别。

3.根据权利要求2所述的卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法，其特征在于所述的步骤(1)中，将带钢的目标厚度划分为一组厚度区间，并按照厚度区间进行分层，每个厚度区间对应一个厚度层别。

4.根据权利要求3所述的卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法，其特征在于所述的步骤(1)中，将带钢的卷取温度划分为一组温度区间，并按照温度区间进行分层，每个温度区间对应一个温度层别。

5.根据权利要求4所述的卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法，其特征在于所述的步骤(1)中，根据带钢的钢种、目标厚度和卷取温度，设定每个质量号下不同温度层别和厚度层别的带钢对应的助卷辊的压力值，组成一个助卷辊压力静态表，将该压力静态表存储在二级计算机中，所述的质量号是指对带钢按钢种进行的编号，每个质量号对应一个钢种。

6.根据权利要求5所述的卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法，其特征在于所述的步骤(1)中，对带钢的每个厚度层别都对应设定一个助卷辊的初始辊缝，将各厚度层别与助卷辊的初始辊缝一一对应组成一个助卷辊的初始辊缝设定表，将该初始辊缝设定表存储在二级计算机中。

7.根据权利要求6所述的卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法，其特征在于所述的步骤(3)中，二级计算机通过检索压力静态表和初始辊缝设定表获取助卷辊的设定压力值和初始辊缝。

8.根据权利要求7所述的卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法，其特征在于二级计算机检索压力静态表和初始辊缝设定表时，质量号为第一检索变量，目标厚度为第二检索变量，卷取温度为第三检索变量。

9.根据权利要求3所述的卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法，其特征在于所述的厚度区间为8个。

10.根据权利要求4所述的卷取机助卷辊辊缝的动态控制方法，其特征在于所述的温度区间为4个。