CN105522000A - 一种冷连轧机组振动抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷连轧机组振动抑制方法，包括如下步骤：1)冷连轧机组为五机架连轧机；在冷连轧机组的第5或第4机架上设置冷轧机组振动监测装置，即在机架牌坊上部安装有振动传感器，轧机振动信号由振动传感器传送给数据采集器，数据采集器对振动信号进行采集处理后提供给轧机振动监测装置，轧机振动监测装置通过振动信号的能量大小来判断轧机是否要发生振动；2)在轧机的第5或第4机架的入口乳化液喷射梁之前，设置可以独立调节流量的液体喷射装置，并将液体喷射到带钢上下表面上；3)轧机振动监测系统所监测到的轧机振动信号能量值的大小或前滑值计算模型所计算出的前滑值的大小所决定液体喷射装置的开关。

Description

一种冷连轧机组振动抑制方法

技术领域

本发明属于冷连轧机，具体涉及一种冷连轧机组振动抑制方法。

背景技术

随着现代轧制设备的快速发展，生产产品的需求向着高速、极薄和高强化发展。但众所周知的，在现代冷轧机的生产现场中，在轧制时不可避免会面临设备的振动缺陷。此现象和机械共振现象有所类似，在生产中通常表现为超过一定轧制速度的轧机机架会产生一个拥有基本上固定的频率的震颤，此时通常轧机振动又会在带钢上形成垂直方向的厚度波动，严重时造成轧向的带材明暗交替表面纹路或在轧辊上造成压痕，以及带材断裂等严重的生产故障。

冷轧机组振动问题的形成机理目前尚未能得以完全解析，但主要的研究都表明振动可能源自于多各机架对带钢的前后拉伸作用和单个机架上轧辊碾压带钢而在辊缝中的相互作用有关。通过在现场的大量实践，通常发现冷轧机组出现的振动频率形式主要聚集出现在三倍频段，振动频率为120～250Hz；或者五倍频段，振动频率为500～700Hz；在这两大类振动内，前者会造成带材厚度缺陷和断裂，后者易于形成轧辊带钢的表面留痕。一旦出现直接影响生产。

面对此类问题，尚没有可靠解决办法而机组通常只能通过降速、换辊等应对措施来减轻轧机的振动，但如此会影响机组的生产效率。因此，如何消除冷轧生产的轧机振动问题一直是钢铁企业关注的研究重点。

如中国专利CN200580021274.8提出一种机械的方法来减少振动，其主要核心的思想是在每个轧机的机架牌坊上安装一个振动缓冲机构，其内部采用具有一定粘度的不可以压缩流体作为振动能量缓冲层来降低振动频率的传递以起到减少轧机振动的目的。

中国专利CN200980122983.9提出在轧机的生产过程中抑制三倍频振动的方法，简单来说是在生产设备上安装有振动监控装置，实时测量振动情况，并在轧辊的压下机构上增设一个液压的调节执行机构，通过不断向轧辊施加加载负荷来调节消除轧辊上形成的振动。

日本专利JP8-238510提出了另一种冷轧机轧制振动的抑制方法，在轧制设备上安装有辅助偏转辊，通过此辊的不断调整对机架前后的张力进行不断修正，以此来减小轧制过程设备振动。

中国专利CN201110116180.6(一种轧机辊系振动抑制装置，北京科技大学)给出了另一种冷轧机组轧制振动的消除方法，具体就是在轧制过程中，将振动监测的仪器安装在轧机设备中起到随时监控生产过程轧机振动的作用，同时将轧辊的轴承座四周安装液压缸进行调节轴承座的位置实时抵消在监测设备所检查到的轧制产生的振动。

中国专利CN201210456110.X提出一种全新的控制轧机振动的方法和装置，简单来说就是通过在轧机的动力传递系统装监测设备，当轧机被监测到的实际扭矩处于某一过大或过小值时，系统既判断轧机处于扭振状态，此时控制驱动电机自动调节作用而改变到轧辊的实际扭矩，并实时改变机架出口处喷射到工作辊/带钢辊缝区域乳化液的量，此时生产过程的轧辊压下扭矩得以改变，且改变乳化液在机架出口处的量而使得摩擦状态变化，共同效应下振动得到控制。

中国专利CN201310446068.8提出了一种在考虑抑制轧制振动情况下的脸轧机的使用浓度计算方法，核心思想是通过合理考虑轧机划伤、打滑、出口高速等影响因素，提出一种可以抑制连轧机生产时发生振动的合适乳化液的计算方法，其本质就是合理使用轧制时乳化液的浓度使得轧制变形区内润滑油的膜厚合适而起到将轧机系统生成的垂直振动进行阻尼作用地削弱，最终整个轧机振动得以抑制的作用。

上述的各个专利所提出的各种轧机振动控制方法，总体可分为两大类：一种是通过在轧机设备内安装机械作用机构，用以吸收轧机振动时的振动能量传递，或反向消除振动时产生的轧辊位移等变化来抑制振动的产生；另一种振动应对方法主要是采用调节轧制过程的摩擦状态，使得轧制过程的带钢-润滑油起到阻尼作用抑制振动现象。

第一类方法从原理上可以有效控制振动的产生，并具有很广的适用性，但此类方法提出的机械装置受限于现有技术水平，并没有考虑到轧制振动(尤其是三倍频自激振动)快速形成及实际的轧机机械设备的特点，提出的各种机械装置在实际生产中或在安装空间上不具备可操作性，或者机械结构复杂难以制作，或有响应速度上尚难以和现有的轧机高速生产相匹配，因此并未有实际应用的先例。而改变轧制摩擦的方法，则具有一定的实用性，但是前述专利改变机架出口乳化液喷射量的办法，未考虑到乳化液的巨大冷却作用，在实际生产中使用可能会造成除了振动外的生产问题，如乳化液量的不足导致轧制生产冷却不佳造成热划伤，或过润滑导致轧机打滑以及板形控制波动等的风险；此外，由于现代化大型冷轧机组通常会配备使用体积达数百立方米的乳化液，因而前述变化乳化液浓度的方法则通常需要每次操作花费一至数小时不等的长时间变浓度操作，整体过程缓慢因此实际并不具备实用性。

可以看出，上述大部分的专利在解决冷轧机生产振动的问题中，都存在着一些难以使用或者面临使用效果不佳的问题。在本发明中提出一种的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷连轧机组振动抑制方法，可较为简便并能较为有效控制冷连轧机高速生产过程中的轧机振动。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明在轧机第5或第4机架的入口处设置一套可单独调节流量的液体喷射装置，对带钢上下表面喷射水、轧制油和水的混合物，从而改善轧机辊缝内的润滑条件，抑制轧机振动的发生。本发明中液体喷射装置的开关是由轧机振动监测系统所监测到的轧机振动信号能量值的大小或前滑值计算模型所计算出的前滑值的大小所决定。

具体的，本发明的一种冷连轧机组振动抑制方法，其包括如下步骤：

1)在五机架冷连轧机组的第5或第4机架上设置冷轧机组振动监测装置，即在机架牌坊上部安装有振动传感器，轧机振动信号由振动传感器传送给数据采集器，数据采集器对振动信号进行采集处理后提供给轧机振动监测装置，轧机振动监测装置通过振动信号的能量大小来判断轧机是否要发生振动；

2)在轧机的第5或第4机架的入口乳化液喷射梁之前，设置可以独立调节流量的液体喷射装置，并将液体喷射到带钢上下表面上，喷射的液体为纯水或浓度为2％以下的轧制油和水的混合物；喷射液体压力在5.0～8.5bar之间，单位带钢宽度上的喷射流量不少于0.005m3/(m·min)；

3)当轧机进行正常生产时，即轧机振动系统所测量到的轧机振动能量值g＜g₀，g₀轧机振动阀值，且前滑值a＜a_m时，a_m前滑报警值，关闭设置在轧机第5或第4机架入口侧的液体喷射管路装置；所述的轧机振动能量值g一般处于0.05～0.2G的水平，轧机振动阀值g₀一般在0.4～0.6G的水平，前滑值a为0.975-0.995，前滑报警值a_m值在1.003-1.02之间；

当轧机进行生产时，当第5或第4机架实际带钢出口轧制速度V大于某一速度值V₀时；且第5或第4机架的振动能量值g超过g₀时，此时认为轧制过程面临振动风险，打开设置在轧机第5或第4机架入口侧的液体喷射装置进行液体喷射；所述的轧机速度阀值V₀通常在300-800m/min之间；

前滑值计算模型从轧机控制系统中调取收集轧制过程中实时记录的生产实际数据，并按照下述方法进行计算：

$a=\frac{R*}{h}\×{\mathrm{\φ}}^2---\left(1\right)$

其中：

R^*：轧辊压扁半径，mm；

φ：中性角，°；

h：机架出口带钢厚度，mm；

轧辊压扁半径R*按下述公式计算：

$R^{*}=R(1+\frac{16(1-{\mathrm{\γ}}^2)P}{\mathrm{\πEb}(H-h)})---\left(2\right)$

其中：

R：轧辊半径，mm；

γ：轧辊泊松系数：

E：杨氏模量，Mpa；

H：机架入口带钢厚度，mm；

P：轧制力，N；

b：带钢宽度，mm；

中性角φ按照下述公式计算：

$\mathrm{\φ}=\sqrt{\frac{h}{R^{*}}}\tan [\frac{1}{2}{\sin }^{-1}\sqrt{r}+\frac{1}{4\mathrm{\μ}}\sqrt{\frac{h}{R^{*}}}\ln \left(\frac{h}{H}\frac{1-t_b/k_b}{1-t_f/k_f}\right)]---\left(3\right)$

其中：

$k_b=k_0{(\ln \frac{H_1}{H}+m)}^n;$

$k_f=k_0{(\ln \frac{H_1}{h}+m)}^n;$

γ：压下率，％；

μ：摩擦系数；

H₁：来料厚度，mm；

k₀、m、n：计算变形抗力的系数，0＜k₀＜1000，0＜m、n＜2；摩擦系数μ按照下述公式计算：

$\mathrm{\μ}={\mathrm{\μ}}_0(m_1+\frac{m_2}{V+m_3})---\left(4\right)$

其中：

μ₀：摩擦系数计算系数，0～0.3；

m₁、m₂、m₂：与轧制油相关的系数，0＜m₁、m₂、m₂＜2；

V：轧制速度，m/min；

获取所述步骤的a值，当其值大于某一前滑报警值a_m时，打开设置在第5或第4机架入口侧的液体喷射装置，喷射纯水或浓度为C的轧制油和水的混合物，直至a值小于a_m或轧机振动能量值g小于g₀时，停止第5或第4机架入口侧的液体喷射装置喷射液体。

进一步，所述的冷连轧机组的每个机架为4辊轧机或6辊轧机。

又，所述的喷射的液体是水、轧制油和水的混合物。

另外，所述液体喷射装置将所述液体喷射到机架入口带钢上下面时可垂直或偏转一定角度向所述带钢进行喷射，偏转角度以垂直方向为中在±5°范围内进行设置。

本发明在轧机第5或第4机架的入口处设置了可单独调节流量的液体喷射装置，并根据轧机振动监测系统所提供的轧机振动报警信号或前滑值计算模型所计算出的前滑值的大小，判断液体喷射装置的开关闭，从而在轧机发生振动之前改善轧机辊缝内的润滑状态，抑制轧机振动的发生。

本发明相对现有技术的优点在于：

本发明只需在轧机机架入口侧增加带钢上下表面的液体喷射装置和轧机振动测量装置，所使用的技术的设备简单可靠，无需对轧机设备进行改造，也无需对正常轧制过程中的轧制规程进行改动，可有效简单的抑制轧机高速生产过程中的振动问题。

附图说明

图1为本发明振动抑制系统的示意图；

图2为本发明机架前液体喷射装置安装位置示意图；

图3为本发明液体喷射装置控制方法的示意图；

图4为实施例中正常轧制过程中轧机振动信号示意图；

图5为实施例中临界振动时轧机振动信号示意图。

具体实施方式

参见图1～图5，本发明的冷连轧机组振动抑制方法，在五机架冷连轧机组的第5或第4机架1上设置冷轧机组振动监测装置2，即在机架牌坊上部安装有振动传感器，轧机振动信号由振动传感器传送给振动监测装置中的数据采集器，数据采集器对振动信号进行采集处理后提供给轧机振动监测装置2，轧机振动监测装置通过振动信号的能量大小来判断轧机是否要发生振动。

在轧机的第5或第4机架的入口乳化液喷射梁之前，设置可以独立调节流量的液体喷射装置3；液体喷射装置控制器4接到轧机振动监测装置2及控制计算机5(前滑值计算模型)，100为轧制控制系统。

在本实施例中，在五机架冷连轧机中的第4机架安装液体喷射装置3。生产钢种为DP980，入口带钢宽度为1003mm，入口厚度为2.3mm，出口厚度为0.8mm。此时，本发明中所提出的轧机振动抑制方法中的各参数设置如下：轧机振动能量阀值g₀为0.5、第4机架轧制速度阀值V₀为400m/min、前滑报警值a_m为1.01、喷射液体浓度为1.8％，安装在第4机架入口的液体喷射装置垂直喷射于带钢上下表面。

该钢卷轧制初期轧制速度较低，大约为200m/min，低于第4机架轧制速度阀值V₀为400m/min，并且前滑值a在0.99附近以±0.005的幅度波动，轧机振动信号处于比较平稳的水平，在0.1～0.2G的范围内波动，见图4，此时，安装于第4机架入口的液体喷射装置处于关闭状态。

随着轧制速度提升至800m/min，轧机振动能量值达到0.3～0.5G的范围内波动，前滑值达到1.005左右，并有一定幅度的波动，见图5。随着轧制过程的进行，当轧制过程进行到83秒时，轧机振动能量g值超过振动报警阀值g₀值(0.5G)，同时前滑值a值也达到了1.012，超过了前滑报警值a_m＝1.01，此时液体喷射装置控制器接到轧机振动监测装置及前滑值计算模型的报警信号，打开处于第4机架入口的液体喷射装置，并对带钢上下表面喷射浓度为1.8％的乳化液，从而改善带钢与轧辊之间的摩擦状态，轧机振动能量g值逐渐下降至0.3～0.4G的水平，且前滑值a也逐渐降低到1.0左右，此时液体喷射装置控制器将关闭液体喷射管路。

本发明主要针对传统冷轧机轧制时易于发生振动影响生产效率的不足现状，提出了一种在冷轧机振动抑制的方法，以提高冷轧生产过程的效率和降低轧制产生振动的概率。本发明的实现原理简单，相关设备成熟且安装便利，可以较为有效地减少生产带钢时振动的发生率，对现场生产和操作没有特殊的需求，具有较高的应用推广价值。

Claims (4)

1.一种冷连轧机组振动抑制方法，其特征是，包括如下步骤：

1)在五机架冷连轧机组的第5或第4机架上设置振动监测装置，即在机架牌坊上部安装有振动传感器，轧机振动信号由振动传感器传送给数据采集器，数据采集器对振动信号进行采集处理后提供给轧机振动监测装置，轧机振动监测装置通过振动信号的能量大小来判断轧机是否要发生振动；

2)在轧机的第5或第4机架入口乳化液喷射梁之前，设置可以独立调节流量的液体喷射装置，并将液体喷射到带钢上下表面上，喷射的液体为纯水或浓度为2％以下的轧制油和水的混合物；喷射液体压力在5.0～8.5bar之间，单位带钢宽度上的喷射流量不少于0.005m³/(m·min)；

3)当轧机进行正常生产时，即轧机振动系统所测量到的轧机振动能量值g＜g₀，g₀轧机振动阀值，且前滑值a＜a_m时，a_m前滑报警值，关闭设置在轧机第5或第4机架入口侧的液体喷射装置；所述的轧机振动能量值g一般处于0.05～0.2G的水平，轧机振动阀值g₀一般在0.4～0.6G的水平，前滑值a为0.975-0.995，前滑报警值a_m值在1.003-1.02之间；

当轧机进行生产时，当第5或第4机架实际带钢出口轧制速度V大于某一速度值V₀时；且第5或第4机架的振动能量值g超过g₀时，此时认为轧制过程面临振动风险，打开设置在第5或第4机架入口侧的液体喷射装置进行液体喷射；所述的轧机速度阀值V₀通常在300-800m/min之间；

前滑值计算模型从轧机控制系统中调取收集轧制过程中实时记录的生产实际数据，并按照下述方法进行计算：

$a=\frac{R*}{h}\×{\mathrm{\φ}}^2---\left(1\right)$

其中：

R^*：轧辊压扁半径，mm；

φ：中性角，°；

h：机架出口带钢厚度，mm；

轧辊压扁半径R^*按下述公式计算：

$R^{*}=R(1+\frac{16(1-{\mathrm{\γ}}^2)P}{\mathrm{\πEb}(H-h)})---\left(2\right)$

其中：

R：轧辊半径，mm；

γ：轧辊泊松系数：

E：杨氏模量，MPa；

H：机架入口带钢厚度，mm；

P：轧制力，N；

b：带钢宽度，mm；

中性角φ按照下述公式计算：

$\mathrm{\φ}=\sqrt{\frac{h}{R^{*}}}\tan [\frac{1}{2}{\sin }^{-1}\sqrt{r}+\frac{1}{4\mathrm{\μ}}\sqrt{\frac{h}{R^{*}}}\ln \left(\frac{h}{H}\frac{1-t_b/k_b}{1-t_f/k_f}\right)]---\left(3\right)$

其中：

$k_b=k_0{(\ln \frac{H_1}{H}+m)}^n;$

$k_f=k_0{(\ln \frac{H_1}{H}+m)}^n;$

γ：压下率，％；

μ：摩擦系数；

H₁：来料厚度，mm；

k₀、m、n：计算变形抗力的系数，0＜k₀＜1000，0＜m、n＜2；摩擦系数μ按照下述公式计算：

$\mathrm{\μ}={\mathrm{\μ}}_0(m_1+\frac{m_2}{V+m_3})---\left(4\right)$

其中：

μ₀：摩擦系数计算系数，0～0.3；

m₁、m₂、m₂：与轧制油相关的系数，0＜m₁、m₂、m₂＜2；

V：轧制速度，m/min；

获取所述步骤的a值，当其值大于某一前滑报警值a_m时，打开设置在第5或第4机架入口侧的液体喷射装置，喷射纯水或浓度为C的轧制油和水的混合物，直至a值小于a_m或轧机振动能量值g小于g₀时，停止第5或第4机架入口侧的液体喷射装置喷射液体。

2.如权利要求1所述的冷连轧机组振动抑制方法，其特征是，在冷连轧机组的第5或第4机架入口侧安装可独立调节流量的液体喷射装置。

3.如权利要求1或2所述的冷连轧机组振动抑制方法，其特征是，所述设置在第5或第4机架前的液体喷射装置将所述液体喷射到带钢上下面时可垂直或偏转一定角度向所述带钢进行喷射，偏转角度以垂直方向为中心在±5°的范围内进行设置。

4.如权利要求1或2所述的冷连轧机组振动抑制方法，其特征是，所述的冷连轧机组为4辊轧机或6辊轧机。