万能轧机辊缝调节与液压系统设计

万能轧机辊缝调节与液压系统设计摘要：本文以H型钢万能轧机辊缝调节系统为对象，介绍了调节系统的辊系组成、液压原理。

并对轧制过程中GM-AGC的控制调节过程及腹板与翼缘辊缝的联调做了分析。

关键词：万能轧机；辊缝调节；GM-AGC；Roll Gap Adjustment System of Universal MillDou Li-juan,( Engineer, CFHI Dalian Engineering ＆ Technology Co.,Ltd. Da lianLiao Ning 116600)Abstract: In this paper, the roll gap adjustment system of H-beam universal mill is taken as the object, and the roll system composition and hydraulic principle of the adjustment system are introduced. The control and adjustment process of GM-AGC and the joint adjustment of web and flange gap are analyzedKeywords：Universal Mill；Roll Gap Adjustment；GM-AGC1 前言从 90 年代开始我国陆续建成并投产了20多套的 H 型钢轧机，具有国际先进水平的不到10套。

在提高辊缝控制精度，提高产品质量，减少废钢率方面，国内做了不少探索和研究。

万能轧机辊缝控制是集机电液一体的复杂的控制系统。

本文介绍了万能轧机辊系组成，液压原理及轧制过程控制。

2万能轧机辊缝调节辊系结构万能轧机UR粗轧机和UF精轧机机械结构完全一致。

如图1所示，上下两个水平轧辊，操作侧和传动侧各一个立辊，一架轧机共 4个轧辊，配备六套三对用于辊缝控制的液压位置控制子系统。

上水平辊及轴承、操作侧和传动侧的压下液压缸对应其机械压下装置。

下水平辊及轴承、操作侧和传动侧的推上液压缸对应其机械推上装置。

机械压下装置和推上装置共用一套AGC闭环回路，来控制H型钢腹板厚度尺寸精度。

操作侧及传动侧立辊各有两个压下液压缸。

每侧立辊的两个压下缸共用一套AGC闭环控制回路。

操作侧和传动侧的两个闭环控制回路分别控制H型钢两个翼缘的厚度尺寸精度。

一架轧机共四个水平辊液压缸，四个立辊液压缸，每个压下缸都有单独的控制阀组。

E轧机则只有上下两个水平辊，没有立辊。

图1 H型钢万能轧机辊系示意图Fig.1 Sketch map of roll system of H-beam universal mill3万能轧机辊缝调节液压系统为确保轧件尺寸精度，需提高辊缝控制精度，万能轧机辊缝调节液压系统选用了伺服阀，与检测元件配合完成液压伺服控制。

液压原理图如图2所示，每个液压缸都由两个伺服阀组成（一用一备），每个伺服阀的前后油路上都有液控单向阀,这三个液控单向阀可以实现伺服阀与前后油路的通断。

液控单向阀的控制油由一个两位电磁换向阀进行控制。

工作时，电磁换向阀得电，三个液控单向阀打开，伺服阀与缸和压力油源联通，伺服阀得到控制电信号，调节供油大小方向，进而控制液压缸的位置。

水平辊的四个液压缸及操作侧传动侧立辊的四个液压缸共同协作控制，完成水平辊缝及立辊辊缝的调节。

活塞腔油路上还设置了一个电磁溢流卸荷阀，正常工作状态时，电磁铁得电，该阀起溢流安全作用，断电或者是事故状态，电磁阀断电卸荷。

该系统伺服阀可选用MOOGD661系列。

连接液压缸杆腔油路经过一个电磁换向阀和减压阀，减压阀阀后压力一般为5-6MPa。

图2 液压原理图Fig.2 Hydraulic schematic该液压伺服控制系统由液压缸，伺服阀及检测反馈装置组成。

液压缸活塞上安装有位移传感器，用来实时精确测量并反馈活塞杆的位置。

液压缸塞腔安装有压力传感器，检测塞腔压力。

计算机可以对两腔压力计算出轧制力并进行监测。

控制系统框图如图3所示。

该控制系统通过高响应伺服阀及以及高精度、高灵敏度的位移传感器、压力传感器，实现精确的位置控制和轧制力监测。

图3 位移-电反馈控制方框图Fig.3 The block diagram of position-electricity feedback4万能轧机GM-AGC调节AGC 技术即厚度自动控制技术在板带生产中已应用广泛且成熟。

但在型钢生产中，由于轧件断面和金属变形相比板材较为复杂，因此万能轧机基本没有采用AGC技术。

然而H型钢的轧制，可以简化看作是三块钢板的辊缝控制，因此AGC技术也有了应用的可能性[1]。

GM-AGC是压力AGC的一种，可看做是板带轧机AGC控制技术的移植，在中厚板轧机上应用较多。

相比板带AGC控制，GM-AGC是以轧机变形模型为基础,轧制过程中实时测出轧制力和辊缝值,间接计算出轧件出口厚度,再计算出与目标厚度之差,以此为依据调整辊缝值,达到轧出厚度恒定。

九十年代初，马钢投产的H型钢轧线是国内首次在型钢轧机上运用了GM-AGC辊缝调节技术，并取得了良好的效果，之后国内投产的几条大型H型钢生产线均用了此控制技术。

4万能轧机辊缝调节过程辊缝的调节的目标就是在轧制过程中保持辊缝的恒定，得到尺寸精度达到要求的轧件。

然而轧制过程中由于来料轧件厚度的波动、长度方向上温度的不均以及轧件钢质的变化等因素的影响，预期轧制力和实际轧制力之间存在一定的差值，因此补偿的轧机变形量也和实际的轧制中产生的变形量有差距，导致最后实际的轧件出口厚度和孔型设计的厚度存在较大差异。

因此为了确保辊缝恒定不变，轧出合格产品，必须借助检测元件实时检测辊缝及轧制力大小并反馈GM-AGC进行计算调节。

轧机辊缝的调节分为轧件咬入前的静态摆辊缝及咬入轧件后轧制过程时的动态调节两个过程。

当坯料还未进入轧机时，轧机要预摆辊缝等待轧件咬入，轧机轧辊根据PLC 中输入的产品尺寸规格数据，再依据TCS(Technological Control System)从轧制表中得到预期轧制力，GM-AGC 根据预期轧制力和机架刚度计算出预期机架变形，TCS 根据此预期机架变形在轧件进入机架前校正辊缝，完成辊缝预摆工作，等待轧件咬入。

轧件咬入后进入正常轧制程序，液压缸上压力检测元件将实时压力反馈到GM-AGC系统，系统计算出实际轧制力，若实际轧制力与预设轧制力偏差大于允许值，则以实测轧制力计算出机架辊系的变形量进行辊缝补偿校正。

这个过程的本质是利用轧机变形模型和轧制力、辊缝等工艺参数的实际测量值，间接、无滞后地检测轧机出口钢板厚度，并据此实现厚度闭环控制[2]为了准确的计算出轧制过程中轧机变形量,需用压靠法测定计算出轧机的变形刚度K值。

压靠法即每次换辊后，通过轧辊压靠的方式，测出轧机变形曲线进行，在变形曲线上选取若干个点，用这若干个变形点，及对应的轧制力拟合出轧机机架刚度曲线(机架变形量与轧制力的关系式)，如图4所示。

根据线性关系建立模型，得出轧机刚度。

图4 机架变形刚度曲线Fig.4 Deformation stiffness curve of frame4立辊水平辊缝的联调与普通中厚板轧制GM-AGC不同的是，H型钢万能轧机的辊缝调整包括水平辊缝调整，立辊辊缝调整，一架万能轧机有 3 个内在配对的辊缝。

轧制不同的 H 型钢翼缘和腹板的相互作用大小不同, 且实际轧制时翼缘和腹板的温度不均匀,翼缘的温度要高于腹板温度[3]，并且翼缘厚度是由立辊辊面和水平辊侧面组成的辊缝控制形成，因此在轧制过程中，无论调整哪一个辊缝，都会对另一个辊缝产生影响，这是动态调节中的一个不稳定因素。

若轧制中水平辊缝相对过调时，H 型钢翼缘易产生波浪; 立辊辊缝相对过调时，H 型钢腹板易产生波浪。

若处理不好这种相互作用，会严重影响产品质量。

由上可知，辊缝的联调存在多种不稳定因素的影响，因此同时对翼缘和腹板进行厚度控制的难度非常大。

但是，由于H 型钢的标准对翼缘的精度要求低于对腹板的要求，腹板的厚度比翼缘要薄,温度低且波动大 ,尺寸控制的难度大，而翼缘尺寸较厚 ,变形温度较高 ,尺寸控制相对比较容易，因此目前钢厂H 型钢万能轧机水平、立辊辊缝联调的基本策略是: 主要调节水平辊缝，也就是主要保证腹板的尺寸精度，立辊辊缝的调节也即两个翼缘的尺寸精度则是通过匹配腹板压延量进行跟随性调节。

调节的关键在于，立辊辊缝控制要把水平辊缝调节量作为非线性扰动量纳入[4]。

有的钢厂轧线直接部分企业生产中将生产中的经验数据运用到实际 H 型钢轧制时辊缝的调节，虽然有一定效果，但是建立在经验数据基础上的人工调节，在精度及响应时间上都显现出不足。

5结语目前，由于立辊与水平辊的相互作用的复杂性，内外扰动因素较多，一直未能建立成熟、可靠地数学模型。

H型钢辊缝调节精度控制更多地还是建立在经验数据上，理论支撑还不完善。

部分高校在控制算法方面做了研究突破，但更多地还是停留在计算机仿真实验中，还未经过规模的生产实践检验。

H型钢万能轧机辊缝调节的研究还有很多工作要做，任重道远。

参考文献[1] 高峰.钱健清, AGC 技术在 H 型钢生产线的应用。

钢铁研究。

2003, No.3: 38~45.[2] 白埃民，周和敏.轧机与轧制条件对AGC稳定性和厚控的影响［J］.轧钢，2001，18（6）:11-13.1.Armamd.先进的大型钢梁控轧技术.钢铁译文集, 1991 ,(1):90～ 972.李仲华、邹叔峰。

H 型钢万能轧机辊缝自动检测系统的应用冶金设备。

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