CN1911546A - 一种热轧板形控制的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于热轧设备及热轧方法，特别涉及一种热轧宽带钢板形控制的设备及方法。本发明在精轧机的全部机架均安装工作辊弯辊和工作辊轴向移动装置；在精轧机的前部机架安装工作辊，工作辊弯辊和工作辊轴向移动装置安装液压伺服系统。通过轴向移动改变工作辊的辊缝凸度，从而控制带钢凸度的一种板形控制方式：凸度辊型与弯辊/轴向移动相结合的控制方式：“SCS正弦曲线辊型板形控制技术”。本发明具有自补偿能力的工作辊弯辊与轴向移动双油路弯辊块，可以实现工作辊轴向移动，制造出高质量的宽带钢板。本发明结构简单，调节能力强，投资省。可以运用于新建的热带钢轧机的板形控制或者对现有轧机进行板形控制改造。

Description

一种热轧板形控制的设备及方法

技术领域

本发明属于热轧设备及热轧方法，特别涉及一种热轧宽带钢板形控制的设备及方法。

背景技术

热轧带钢板形由于在轧制过程中将会产生一定程度的变形，影响热带钢的板形质量。热轧带钢的板形内涵包括凸度，平直度，边部减薄。带钢因工作辊的磨损而产生的带钢边沿凸起的板形缺陷定义为带钢边部形状。板形缺陷的具体表现形式为边浪、中间浪，边部减薄、带钢宽度方向上的厚度不均匀。带钢楔型不是板形缺陷，也不属于板形控制的范畴。

带钢的平直度缺陷是由带钢沿宽度方向的不均匀变形所造成的，如图1-3所示，中间部分的变形大于边部时就产生中浪，反之则产生边浪：

凸度产生的原因是因为在轧制压力的作用下，辊系出现挠曲变形而使带钢在宽度方向上产生不均匀变形，如图4所示，带钢凸度是指带钢中心线厚度和离边部40mm处板带厚度平均值的差值。

凸度和平直度是相关的，他们可以相互转换，他们是板形控制的关键。

改变各机架的凸度就会影响到个机架出口的平直度。

为了提高热带钢的板形质量，在板形控制的发展中各种板形控制方式不断涌现。有的只是在试验阶段就失去了生命力，经过多年的生产实践，目前比较有效的板形控制方式有CVC、PC、WRB/WRS，呈三足鼎立之势。

1)CVC板形控制系统：

CVC(Continuous Variable Crown)是由SMS公司开发的板形控制系统。它的原理是工作辊直径连续变化，如图5所示，上下工作辊配合时其辊缝形状随工作辊辊身长度变化而成多项式(y_i＝a₀+a₁x+a₂x²+...a_nxⁿ)变化，通过工作辊轴向移动可以获得工作辊辊缝的正负凸度的变化，从而实现对带钢凸度的控制。其凸度控制能力和工作辊轴向移动量为线性变化关系。自开发完成以来，已经运用于250多架机架。

2)PC板形控制系统：

PC(Pair Cross)成对交叉轧机是由日本三菱公司开发完成的。它通过上下轧辊的交叉来改变辊缝凸度。

PC轧机特点是凸度控制范围与交叉角θ的平方成正比，交叉角度为0-1.5°(在实际使用时交叉角控制在1°之内，)。PC轧机有单交叉和双交叉两种方式，单交叉的交叉移动量是双交叉的两倍。因此在宽带钢轧机中一般选用双交叉方式，如图6所示，而窄规格带钢轧机则选用单交叉轧制方式(如宝钢1580mm)。现在已经有65个机架为PC轧机。PC轧机在后部机架采用ORG(On-line Roll Grinding)或者是由工作辊轴向移动(WRS)来消除轧辊磨损，实现自由轧制。

3)WRB/WRS工作辊弯辊窜辊控制系统

WRB/WRS(Work Roll Bending/Work Roll Shifting)即工作辊弯辊和工作辊轴向移动。该方式是一种使用范围很广、历史相当悠久的板形控制方式，特别是在PC和CVC没有投入实际生产实践以前，东西方开发使用的厂家都比较多。比较有名的有日本的目立(它称之为HCW)、法国的CLECIM，美国的UNITED等。WRB/WRS采用工作辊弯辊(WRB)控制凸度和平直度，工作辊轴向移动(WRS)改善工作辊磨损而实现自由轧制。凸度控制的能力视弯辊力的大小而定。

WRB/WRS是最早使用的板形控制技术，WRB用于控制凸度，而WRS用于自由轧制。由于弯辊力的限制，该控制技术所能等达到的效果受到限制，特别是在宽轧机(轧机宽度超过1800mm)领域的使用受到局限。

发明内容

本发明的目的在于提出一种热轧宽带钢板形控制的设备及方法，可以解决上述问题并顺利制造出高质量的宽带钢板。

采用具有正弦曲线辊型的工作辊，通过轴向移动改变工作辊的辊缝凸度，从而控制带钢凸度的一种板形控制方式：正弦曲线辊型与弯辊/轴向移动相结合的控制方式——“正弦曲线辊型板形控制技术(Sinusoid-Shaped-Roll Crown Control System-SCS)”。

本发明是这样实现的：

具有自补偿能力的工作辊弯辊与轴向移动双油路弯辊块装置以及弯辊力平衡算法；

具有特定正弦曲线车削辊型的工作辊；

轧辊系统的热变形和挠曲变形分析计算方法及工作辊车削凸度曲线的确定方法；

不同辊缝条件下的可能板形缺陷预报分析模型；

弯辊力和AGC调节时轧制压力的非相干控制方式及模型；

凸度、平直度在线调节方式及模型；

工作辊轴向力预测模型；

工作辊的磨损预测模型；

依据轧制条件的轴向移动预设定策略。

本发明具有自补偿能力的工作辊弯辊与轴向移动双油路弯辊块可以实现更大范围的工作辊轴向移动，制造出高质量的宽带钢板。

本发明结构简单，调节能力强，投资省，提高热带钢的板形质量。

附图说明

图1-3为带钢板形缺陷示意图

图4为带钢凸度示意图

图5为CVC板形控制示意图

图6为PC板形控制示意图

图7为双油路弯辊块装置示意图

图8为弯辊与轴向移动装置和辊系配置示意图

图9为具有正弦曲线车削辊型的工作辊示意图

图10为SCS系统的机械配置示意图

图11为轴向移动后SCS辊凸度与辊缝凸度关系

图12为SCS辊凸度与辊缝凸度分析

图13为工作辊轴向移动量和带钢凸度的关系

图14为工作辊轴正向移动后的带钢凸度

图15为工作辊轴反向移动后的带钢凸度

图16为SCS控制系统的配置示意图

图17为SCS的控制逻辑图

图中，件1为弯辊块，件2为工作辊轴承座，件3为轴向移动液压缸，件4为工作辊

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

双油路弯辊块装置的结构原理如图7所示：

弯辊块1由螺栓固定在精轧机的牌坊上，每架精轧机共四个弯辊块1。每个弯辊块1内置四个液压缸，双供油回路；在工作辊4轴向移动方向上的两个液压缸3通过的油路提供液压油。在设定不同的工作辊4轴向移动量的情况下通过控制和调节两个油路的压力而使二个液压缸弯辊力的合力F作用在工作辊轴承座2的中心上。这样可以保证工作辊轴承使用寿命不会降低。同时也可以保证工作辊4轴向移动量的增加。

弯辊块1和工作辊轴承座2的配置如图8所示：F所表示的是在工作辊4轴向移动量为S的情况下弯辊力的合力作用方向。

具有正弦曲线车削辊系的工作辊4如图9所示：

辊型曲线可以描述为：

y＝a sin(bx)

式中a：系数，和工作辊车削凸度和工作辊辊身长度有关；

    b：形状系数，和工作辊辊身长度有关；

a、b可以通过对轧机的综合板形控制模拟计算终确定。

其辊型曲线由离线模拟程序计算分析得到，并在数控工作辊磨床上磨出，该工作辊每个精轧机二根。

系统的机械配置和现有热带钢轧机的工作辊弯辊和轴向移动装置的配置相类似，如图10所示。通过对产品不同宽度范围、不同的凸度目标的分析计算，通过对工作辊4和支持辊在轧制压力状态下的绕曲变形分析，可以得出对每种规格的轧机所需要的各机架工作辊车削凸度。

通过不同机架工作辊4的轴向移动量的设定计算可以得到不同的辊缝凸度，如图11所示，从而达到控制带钢凸度的目的。

如图12所示，依据辊型曲线可以得到上下工作辊4配合时的辊缝凸度，即带钢凸度。在距带钢边部的带钢凸度Ca表示为：

Ca＝β[1-cos(bW)]·S——(1)

式中Ca：距带钢边部a mm处的带钢凸度；

    β：综合系数，由工作辊车削凸度(Dc-d)、工作辊辊身长度L、工作辊的挠曲变形等确定；

    W：带钢宽度；

    b：系数；

    S：工作辊轴向移动量；

从(1)式可以看出，带钢凸度的变化和工作辊轴向移动量呈现线性变化关系。如图13所示。

当工作辊4进行正、负方向移动时，带钢凸度的变化随之由正变负、连续变化。如图14和图15所示。

如图16所示，一个完整的板形控制SCS系统的配置，包括以下几个部分：

①工作辊弯辊和轴向移动装置：对于常规热连轧机而言，需要在全部精轧机组中均配置工作辊弯辊和轴向移动装置，即图5和6所示的装置；

②带正弦曲线车削凸度的工作辊：原则上在精轧机组的前部机架上配置图9所示的工作辊。车削凸度的大小，正弦曲线的方程以及配置的机架数量需要依据具体的轧机规格、产品板形控制目标要求、负荷分配等因素离线模拟计算确定；

③和装置图8有关的液压伺服系统；

④凸度和平直度检测仪表；

⑤完整的基础自动化和过程控制计算机系统。

如图17所示，SCS的控制逻辑如下：

首先确定过程参数，然后通过轧制压力、辊缝凸度、分配每个机架的带钢的出口凸度设定值；再通过工作辊的轴向移动量、弯辊力，确定弯辊块双油路的压力控制；通过平直度仪和凸度仪得到实测值；将实测值返回到第六步。

本发明SCS正弦曲线辊型板形控制技术完全能够满足热轧带钢对带钢凸度控制的要求，制造出高质量的宽带钢板。

通过数字分析和模拟计算显示，在工作辊的车削凸度达到±300μm时，其凸度控制能力就可以达到±500μm，随着工作辊的车削凸度的增加，其凸度控制能力递增。

计算表明，工作辊的车削凸度达到±300μm时，工作辊轴向移动量在±150mm时，辊缝凸度可以连续地从+500μm变化到-500μm(如图11所示)。完全能够满足热轧带钢板形控制的要求。

本发明结构简单，调节能力强，投资省。可以运用于新建的热带钢轧机的板形控制或者对现有轧机进行板形控制改造，提高热带钢的板形质量。

Claims (8)

1.一种热轧板形控制的设备，其特征在于：在精轧机的全部机架均安装工作辊弯辊和工作辊轴向移动装置；在精轧机的前部机架安装工作辊，工作辊弯辊和工作辊轴向移动装置安装液压伺服系统。

2.根据权利要求书1所述的热轧板形控制的设备，其特征在于：工作辊的辊型曲线为正弦曲线，并在数控工作辊磨床上磨出。

3.根据权利要求书1所述的热轧板形控制的设备，其特征在于：弯辊块由螺栓固定在精轧机的牌坊上，每架精轧机共四个弯辊块；弯辊块内置四个液压缸，双供油回路；在工作辊轴向移动方向上的两个液压缸通过的油路提供液压油。

4.一种热轧板形控制的方法，其特征在于：凸度、平直度在线调节方式及模型；凸度和平直度检测仪表；完整的L1、L2计算机控制系统；

SCS的控制逻辑：第一步确定过程参数，如带钢的尺寸、温度以及最终产品的凸度、厚度目标值；第二步通过轧制力能参数计算得到轧制压力；第三步通过辊系变形分析模型得到负荷状态下的辊缝凸度；第四步按照平直度优先分配每个机架的带钢的出口凸度设定值；第五步通过SCS模型计算每个机架工作辊的轴向移动量；第六步通过SCS模型计算每个机架工作辊的弯辊力；第七步根据工作辊轴向移动量确定弯辊块双油路的压力控制；第八步通过平直度仪和凸度仪得到实测值；第九步将实测值返回到第六步。

5.根据权利要求书4所述的热轧板形控制的方法，其特征在于：不同辊缝条件下的可能板形缺陷预报分析模型。

6.根据权利要求书4所述的热轧板形控制的方法，其特征在于：弯辊力和AGC调节时轧制压力的非相干控制方式及模型。

7.根据权利要求书4所述的热轧板形控制的方法，其特征在于：工作辊轴向力预测模型。

8.根据权利要求书4所述的热轧板形控制的方法，其特征在于：工作辊的磨损预测模型。

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