CN1065457C - 可进行轧辊椭圆度的补偿的冷轧方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种在一个接着一个排列的轧机机架间冷轧金属带材的方法，为了补偿机架的辊子的不圆度缺陷，至少对所述机架中的一个机架进行实时辊子夹紧调整，并通过在频率范围内分析上游紧靠机架的与带材中的张力对应的测量信号并从张力测量信号中提取其频率与辊子的转速对应的信号的周期性变化就可算出修正量，由此得到一个与周期性变化成正比的补偿信号，从而改善了补偿控制的反应时间及离开轧机的带材厚度的均匀性。补偿装置与夹紧机架的装置及紧靠机架上游的一个张力传感器相连。

Description

可进行轧辊椭圆度的补偿的冷轧方法和设备

本发明涉及了一种轧制金属薄板，特别是薄钢板的方法和设备。

在轧制金属薄板带材的生产过程中，人们更关心的是其厚度是否均匀，特别是沿着带材的长度方向或沿着轧制方向带材的厚度是否均匀。

在生产金属薄板时，特别是在生产用于包装和／或用于饮料罐的金属薄板时，其厚度的均匀性就更加至关重要的。

带材通常在下述设备中轧制而成，该设备包括连续排列的轧机机架，使带材在经过每个机架后进入由轧辊限定的间隙。

通常，通过控制每个机架，特别是根据在两个机架间的张力的设定和／或要进行轧制的带材在一个机架的两个工作辊之间的夹紧程度来进行轧制。

因此，如图1所示，含有三个轧机机架C1、C2、C3的轧制设备可由控制装置S来进行控制，特别是根据用传感器T2，T3和／或对作用于连续排列的每个机架的夹紧装置A1、A2、A3上的带材B的机架间张力进行测量的基础上来进行控制。

轧辊精确的圆度是沿带材的长度得到薄厚均匀的带材的条件之一。

然而，用机加工的方法不可能生产出绝对圆形的轧辊，轧辊经常会有轻微的椭圆度。

另外，即使通过研磨得到了圆形辊，但是，由于如热应力的影响，使辊子在运转过程中，仍会产生轻微的椭圆度或加重其椭圆度。

轧辊的这种轻微的椭圆度也被称为“不圆度”或“偏心度”，它由在轧制过程中，例如在一个轧机机架的两个工作辊之间的间隙的几十个微米的变化得到说明。

间隙厚度的这些变化是周期性的，这种变化的频率与辊子的转速成正比，并且这种变化使得离开每个轧机机架的金属薄板带材沿其长度方向出现周期性的厚度变化。

带材厚度的这些变化被称为不圆度缺陷或是偏心度缺陷。

这些厚度的变化对于设备的每个机架来说，典型的约为0．5μm，这预示着在0．25mm厚的带材上将有0．2％的厚度变化量。

这种带材厚度的变化在多数应用领域中是不能被接受的，特别是在包装及饮料罐的领域中。

现在已知有多种在轧制过程中补偿轧辊的这种椭圆度或“不圆度”，从而使带材在长度方向上得到更均匀的厚度的方法。

根据其中的第一种方法，在轧制带材之前的第一步骤中，让设备的轧机机架“空转”，使每个机架的工作辊夹紧，并通过按照振幅和相位测量在所述辊子间的受力变化来记录“不圆度”缺陷，然后在轧制带材的第二步骤中，用不圆度补偿信号调整每个机架的滚子的夹紧，该补偿信号的振幅与上述测定的辊子的缺陷相同，但是相位与其相反。

这种不圆度的补偿方法是一种脱机的补偿方法，在不圆度缺陷是不恒定时，特别是当它在轧制中，例如由于热应力致使辊子变形而产生的影响下变化时，这种方法是无效的。

第二种已知的方法为不圆度实时补偿方法，其中：在轧制过程中，测定离开每个机架的带材的厚度，记录与辊子的转动频率相对应并且有恒定的移相的周期性变化，由此算得为了补偿不圆度而欲提供给夹紧调整操作的信号的振幅和相位。

参照图2，为了这一目的，不圆度补偿装置与前面所述的设备相连。该补偿装置包括在所述机架下游设置的厚度传感器E1、E2，用于测定辊子角度位置的传感器V1、V2，和补偿器P1、P2。

为了消除辊子的不圆度缺陷，补偿器P1，P2根据由传感器E1、V1供给补偿器P1的信号，和传感器E2、V2供给补偿器P2的信号，给出夹紧调整操作的补偿信号并将补偿信号施加到用于夹紧机架C1、C2的装置A1、A2上。

因此，这种实时的不圆度补偿方法需要在每个机架上安装许多的测量传感器。

这种厚度测量传感器总是离一个机架的间隙、出口有几米，例如2．5m，这就使所述机架的辊子的不圆度缺陷的记录滞后于在机架的间隙内所产生的缺陷本身。

这样，在传感器离机架的距离为2．5m，机架上带材的运行速度为300m／min时测定缺陷的滞后时间约为0．5s。

此外，观察到由传感器E1、E2提供厚度测定信号存在着相当大的噪声，并且经常很难辨别出与辊子的不圆度缺陷相关的薄板的周期性厚度变化和其它来源的厚度变化之间的区别。

为了给出由补偿器P1、P2施加到夹紧装置A1、A2上的补偿信号，在频率范围内分析厚度测量信号特别是通过傅利叶变换来分析厚度测量信号，将与机架C1、C2的辊子转动频率相对应的信号从所得到的频谱中提取出来，而补偿信号取自这些提取出来的信号。

因此，为了产生可靠和准确的补偿信号，以使从厚度测量中提取出来的信号确实代表不圆度缺陷而不是其它现象，就必须延长傅里叶变换的积分时间，这样就能改进测量信号分析的频率分辨力，以便更容易地从测量信号中提取不圆度信号，以避免或限制偶然或不精确的缺陷检测。

然而，延长积分时间就进一步地使测量不圆度缺陷更滞后于产生缺陷本身的瞬间。

为了得到不圆度补偿装置的稳定的操作控制，就必须要有长的积分时间。这就使在机架中产生出不圆度与补偿所述缺陷之间有一很长的用于控制补偿装置的总反应时间，而在这段时间内，运行的带材的厚度缺陷并没有得到适当改正。

举例来说，补偿装置的各个构件的反应时间可能为：

-厚度测量传感器的典型的反应时间为：50ms；

-由于机架与传感器的距离而滞后的时间为500ms；

-夹紧装置的反应时间为50至70ms。

在这种装置中，不圆度补偿控制电路的反应时间约为几十分之一秒。

如果运行的速度很快，同时由于带材显然要通过好几个轧机机架，因此，在轧制结束时，带材的持续存在不圆度缺陷的区域就代表带材的主要部分(可达一半)，这就使它不能提供所需要的商业保证，例如，商业需要带材的厚度变化保证少于2．5％或3％。

因此，不圆度实时补偿方法仍不能保证使整个轧制的带材的厚度保持相当的均匀，特别是在轧制薄金属板时。

再者，这种补偿方法需要昂贵的设备，而这特别是与需要安装的传感器数量有关联的。

本发明的目的是提供一种能沿带材的整个长度，轧制出有高厚度均匀性的金属带材的方法。

本发明的目的还在于提供一种实施该方法的经济、可靠的设备。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种用于在顺序排列的两个或更多个轧机机架中冷轧金属带材的方法，每个轧机机架包括一对被设置成可使金属带材通过其间的辊子和一个辊子的夹紧装置，该方法包括调整至少一个机架的夹紧装置，用以实时补偿至少一个机架的辊对中的不圆度缺陷，其特征在于以下步骤：在带材的冷轧过程中向一个用于补偿至少一个机架的辊对中的不圆度缺陷的装置连续提供一个有关紧位于至少一个机架上游的带材上的张力的测量信号；从所述信号中获得频率与辊子的每秒转数相对应的周期性变化；从所述周期性变化中推敲出一个频率与辊子的每秒转数相对应而相位与周期性变化相反的补偿信号；通过根据作为夹紧装置的一个控制信号的补偿信号调整至少一个机架的夹紧装置来实时补偿至少一个机架的辊子上的不圆度缺陷。

同时，本发明也提供了一种轧制设备，该设备由逐次排列的轧机机架、机架间张力测量传感器、作用于每个机架的夹紧装置、一个控制装置特别是用于控制所述夹紧装置的控制装置和至少一个补偿装置组成，该补偿装置用于补偿按顺序排列的机架中的一个机架的轧辊的不圆度缺陷，其中为了把不圆度缺陷的补偿信号传给夹紧所述机架的装置，补偿装置与夹紧装置相连，其特征在于，为了接收从张力测量传感器(T2，T3)中传出的测量信号和给出所述的补偿信号，补偿装置也与安装在紧靠所述机架上游的机架间张力测量传感器相连。

在阅读了下面的例子并参照下面的附图说明后，将会更清楚地理解本发明，其中：

图1为带有控制装置的现行冷轧设备的局部示意图。

图2与图1所示的冷轧设备相同，但是，该设备装有现有技术的用于补偿辊子不圆度的装置。

图3与图1所示的冷轧设备相同，但是，该设备装有本发明的用于补偿辊子不圆度的装置。

参照图3，轧制设备包括三个轧机机架C1、C2、C3，一个控制装置S，支座间张力测量传感器T2、T3，用于夹紧机架C1、C2、C3的装置A1、A2、A3和补偿装置P’2、P’3。

例如使用偏转型张力计来测定对应于每个机架和传感器T2、T3之间带材的张力的机架间张力。

夹紧装置A1、A2、A3主要由控制装置S发出的调整来控制。

如同以前为补偿器P2、P3所作的一样，补偿装置P’2、P’3的作用是计算出用于实时改正装置A2、A3的夹紧调整的补偿信号，(装置A2、A3用于夹住机架C2、C3)，目的是消除所述机架的辊子的不圆度的缺陷。

在本发明中，为了算出补偿信号，补偿装置P2和P3与张力传感器T2和T3相连。

通常，机架C2、C3的轧辊是圆的，但是有椭圆度或不圆度的缺陷，在没有补偿的轧制过程中，这些缺陷将使工作辊之间的缝隙产生变化。

以本身已知的方式，通过控制装置S的帮助控制设备上的机架C1、C2、C3的操作，特别是在用传感器T2，T3测定带材B的机架间张力及用按顺序排列的装置A1、A2、A3夹紧每个机架的基础上，使带材B被轧制。

另外，为了轧制金属带材B，同时保持厚度沿带材的变化在一个范围内(这种厚度变化要明显地小于机架C2和C3的辊子的椭圆度缺陷)，因此要向夹紧装置A2、A3的夹紧调节发出一个用于补偿所述辊子的不圆度的信号。

根据本发明，补偿器P’2、P’3基于由机架C2、C3上游的传感器T2，T3发出的测量信号处理信号，把所述的补偿信号传给夹紧装置A2、A3。

因此，本发明适用于不装有附加传感器的轧制设备中的第二机架到最后一个机架，这是因为，为了让装置S控制普通的轧制设备，已经在每个机架之间安装了张力测量传感器T2、T3。

因此，例如按照已知的方法将补偿装置P’2设计成从传感器T2中提取在机架C2上游的带材B中的张力周期变化的信号(机架C2所具有的频率与机架C2的辊子的转速相同)，并且产生与所提取的变化成正比的补偿信号。

根据本发明的另一种形式，补偿装置P’2也考虑不圆度的谐函数，这也就是说，带材B的张力的周期性变化的频率是机架C2的辊子的转速的倍数。

为了提取这些周期性的变化，通常要进行傅里叶变换。

根据本发明，可以看出，张力测定信号可在比现有技术短得多的时间内进行积分，同时还更可靠并更准确地测定出机架C的辊子的不圆度。

虽然，例如机架C2处的两个工作辊的转速可能略有不同，特别是因为它们的直径略有不同，但也不必选择足够长的积分时间去根据另一个辊子的不圆度缺陷辨别出两个辊子中的一个辊子的不圆度缺陷，而且可以证明，根据所测到的不圆度的平均振幅足以确定补偿信号。

令人惊讶的是发现来自机架C2上游的张力测量传感器T2的不圆度缺陷测定信号的噪声要小于在图2所示现有技术工艺中特别是来自机座C2下游的最度测量传感器E2的厚度测定信号噪声。

这样，通过分析上述机架上游的张力传感器传出的测量信号的频率来记录一个机架的辊子的不圆度，对所述不圆度缺陷的可靠及准确的测定来说，很细微的频率分辨不再是必需的，因此就实质性地减少了傅里叶变换的积分时间。

故根据本发明，因为测定不圆度缺陷的传感器是一个张力传感器，因此与现有技术相反，在缺陷出现和它的测定之间没有滞后。

再之，根据本发明，为了分析测量信号而对补偿装置编程，此分析在信号的频率范围内，它的积分时间要大大地少于现有技术的积分时间。

因此，一般来说本发明的不圆度补偿装置的反应时间要明显地少于现有技术中该装置的反应时间。

因此，对于每分钟为60转即1赫兹的辊子来说，张力测量传感器的反应时间为16ms，夹紧装置对调整的反应时间为70ms，在本发明的工艺中，不圆度补偿控制的总反应时间仅大约为辊子旋转2．5圈所用的时间，即大约为2．5秒。

根据本发明，夹紧装置的反应时间及夹紧这些装置的最大夹紧率对执行这一工艺可能是限制的临界因素，夹紧装置的反应时间必须少于辊子旋转一圈所用的时间。

因为带材的速度因而也就是辊子的转速是从轧制设备的上游端到下游端增加的，这些条件仅实现于轧制设备的第一个机架，因此根据本发明，不总是有可能在轧制设备上全部装有补偿装置。

补偿装置和其操作是以机架2为例来进行描述的，它同样也适用于机架3或任何其它的下游机架。

根据本发明，当设备的所有轧机机架均装有本发明的装置时，在轧制终止时所得到的金属带材的纵向厚度变化小于5μm，也就是说，纵向厚度的变化少于平均厚度0．26mm的0．7％。

Claims (4)

1．一种用于在顺序排列的两个或更多个轧机机架中冷轧金属带材的方法，每个轧机机架包括一对被设置成可使金属带材通过其间的辊子和一个辊子的夹紧装置，该方法包括调整至少一个机架的夹紧装置，用以实时补偿至少一个机架的辊对中的不圆度缺陷，其特征在于以下步骤：

在带材的冷轧过程中向一个用于补偿至少一个机架的辊对中的不圆度缺陷的装置连续提供一个有关紧位于至少一个机架上游的带材上的张力的测量信号；

从所述信号中获得频率与辊子的每秒转数相对应的周期性变化；

从所述周期性变化中推敲出一个频率与辊子的每秒转数相对应而相位与周期性变化相反的补偿信号；

通过根据作为夹紧装置的一个控制信号的补偿信号调整至少一个机架的夹紧装置来实时补偿至少一个机架的辊子上的不圆度缺陷。

2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：利用傅里叶变换提取张力测定信号中的周期性变化。

3．一种轧制设备，该设备包括顺序排列的两个或更多个轧机机架、机架间的张力测量传感器、作用于每个机架的夹紧装置、一个控制装置特别是用于控制所述的夹紧装置的控制装置和至少一个补偿装置，该补偿装置用于补偿按顺序排列的机架中的一个机架的轧辊的不圆度缺陷，其中为了把不圆度缺陷的补偿信号传给夹紧所述机架的装置，补偿装置与夹紧装置相连，其特征在于：为了从张力测量传感器中接收传出的测量信号和输出所述的补偿信号，补偿装置也与安装在紧靠所述机架上游的机架间张力测量传感器相连。

4．根据权利要求3所述的设备，其特征在于：张力测量传感器是一种偏转型张力计。

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