轧机自动辊缝标定技术

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第 1期 总第 191期 2011年 2 月
冶 金丛刊
M ETALLURG ICAL COLLECT ION S
Sum. 191 N o. 1 F ebruary 2 0 1 1
轧机自动辊缝标定技术
曹文豪
(新余钢铁股份有限公司, 江西 新余 338001)
摘 要 基于新余钢铁 股份有限公司新建 1 550mm 冷轧机, 分 析了轧 机辊缝 自动标定 的分类 与过程, 阐述 了轧机 辊缝自动标定时, 如何实现相对轧制力、辊缝位置、辊缝倾斜的零点标准, 同时, 对 现场标定过 程出现的 典型故障进 行分析并提出解决方法 。实践证 明通过辊缝自动标定, 可以提高轧机 HGC精度 , 保证成品带钢的厚度要求。 关键词 自动标定; 冷轧机; 轧制 力控制 中图分类号: TG333. 17 文献标识码: A 文章编号: 1671- 3818( 2011) 01- 0028- 04
时, 为保证轧机出口带钢厚度 h不变, 需调整轧机辊
缝 S, 使轧机弹性线由 A 变化到 A 。厚度控制的基
本原理是: 无论轧制过程如何变化, 总使轧机弹性线
A 与塑性线 B 相交于等厚制线 C。轧制力在作用的
过程中有一个从小到大的过程, 对辊缝的影响会从
大到小变化。在轧制力相对较小时, 辊缝变化呈非
统中。
2. 2 轧制线标定
轧制线标定是辊缝标定的前提。轧机正常生产
时, 应保持一个稳定不变的轧制线, 使带钢始终处于
同一水平高度进行轧制。但是更换机架轧辊以后则
会影响轧制线的位置, 因此需要重新调整轧制线到 原定位置。新钢 1550mm 冷连轧机轧制线标定时,
按照轧机各个部件数据计算轧制线的调整高度, 其
TECHNOLOGY OF ROLL GAP AUTOMAT IC CAL IBRAT ION
Cao W enhao
( X inyu Iron& Steel Co. , L td. , X inyu 338001, Jiangx i)
Abstract C lassificat ion and process of ro ll gap autom atic calibrat ion w as analyzed for new 1550mm co ld ro lling m ill o f X inyu stee l company. H ow to rea lize zero criterions o f re lative ro ll force, ro ll gap posit ion and relat ive tilt ing w ere exp lained during ro ll gap au tom atic calibrat ion. Typical troub les occurred during calibrat ion w ere analyzed and correspond ing m easures w ere put forw ard. It w as confirm ed thatHGC accu racy o f ro lling m ill and th ickness accuracy o f strip w ere im proved through ro ll gap au tom atic calibration. K ey w ord s autom at ic ca libration; co ld m il;l ro ll force contro l
线 A 的非线性部分进行处理, 把 S0 前面非线性段去
除, 实现在正常轧制时轧制力和辊缝之间的线性化。
2 辊缝标定测量系统与轧制线标定
2. 1 辊缝标定测量系统 新钢 1 550mm 冷 连轧机辊缝标 定测量系统主
要包括: 液压缸位置检测和轧制力检测系统。其中, 液压缸位置检测元件主要采用日本 Sony公司位置
及相关实验数据, 一般认为在接触轧制力辊系变形
的基础上辊缝打开 5mm, 会使上下辊系之间恰好接 触却没有相互作用, 此时再将检测实际轧制力的固
定载荷质量影响因素去掉, 即对压力传感器系统做
一次轧制力清零操作, 就可以得到相对轧制力零点
标准。
图 3 无带标定流程
图 4 标定过程轧制力变化曲线
3. 2. 2 辊缝位置标定过程 标定过程中辊缝位置变化 曲线见图 5。首先,
( 6)
H con ta ct
接触位置;
H 轧制线到下支撑辊中心线的距离。
这时主要为了检查轧辊数据是否正确, 并继续 以单轧制力控制方式使轧 辊两侧达到接触 轧制力
( 1MN ) , 保证轧辊两侧在上下辊系之间产生相互作
用并造成一定程度的辊系变形。然后在位置和倾斜
控制方式下将辊缝在当前位置的基础上打开 5mm, 如图 3中第 7步所示。根据液压和辊系变形原理以
传感器, 该位置传感器精度达 到 0. 001mm, 可以精
确检测辊缝标定时液压缸杆的具体位置。轧制力测
量系统采用德国 HYDAC公司的压力传感器。它利
用液压缸油腔将液压油的压力传递给压力传感器,
测量到的压强与相应活塞面积相乘, 得到实际轧制 力。这种压力传感器工作稳定, 其精度完全满足现
场工作要求, 被广泛应用在辊缝标定轧制力测量系
偏差时, 必须进行无带标定。另外, 如果更换支撑辊 或位置计数器数据突然丢失 ( 控制器复位、电源断 电或位置计数器失效导致 ) , 也应该进行无带标定。 在轧机有带钢存在并且更换工作辊或中间辊重新调
! 30!
冶金丛刊
总第 191期
整水平轧制线后, 应该进行有带标定。由于有带标 定相对比较简单且原理与无带标定相同, 因此本文 仅介绍无带标定。 3. 2 无带标定过程
! 31!
辊缝的选择采用两侧轧制力均达到 5MN 时的辊缝 位置, 所以作为轧机液压缸相对位置 SRe l = 0是在标 定轧制力 FR = 10MN 时产生的。因为机架处于静止 状态时合辊缝到较大的标定轧制力 FR = 10MN 会损 伤辊系, 且机架处于动态过程会更接近轧机的正常 生产状态, 所以实现标定轧制力 FR = 10MN 应该在 辊系正常喷射乳液润滑、轧机处于动态过程中完成。 同时, 考虑到在正常轧制带钢过程中会产生轧机弹 性变形和轧件塑形变形, 也只有在标定轧制力 FR = 10M N 时 产生 的辊 缝位 置 零点 才 会 有 效补 偿 以 上两 种变形带来的误差影响。
计算和调整过程通过 S iem ens公司的 PCS7系统中 的 S7实现, 轧制线标定原理见图 2。
为了准确控制轧制线调整精度, 轧制线调整装 置采用梯形台和精调斜楔组合来调整轧制线高度。
其中梯形台共有 6级台阶, 通常首阶高度为 40mm,
其余台阶高度为 30mm, 精调斜楔的移行距离与高
图 2 轧制线标定原理
在现代冷连轧机基础自动化控制中, 液压辊缝 控制 ( HGC ) 系统是最为复杂、技术含量最高、测量 设备最为精密的系统之一 。在轧机正常轧制带钢 前, 更换工作辊或支撑辊后使整个轧机的轧制线发 生了改变, 所以必须对轧机液压辊缝控制系统进行 机架液压辊缝零点标 定。通过标定 可以获得轧制 力、辊缝位置、辊缝倾斜的零点标准。只有获得以上 3 种变 量的 零点标 准, 轧机 才能 实现 正常轧 制时 HGC 系统的自动控制功 能。可以说机架液压辊缝 标定是轧机进行液压 HGC 的前提, 是实现冷连轧生 产高精度成品的必要条件。本文基于新余钢铁股份 有限公司新建的 1 550mm 冷连轧机, 介绍 1 550mm 冷连轧机的标定过程。
重和弯辊力等对轧制力的影响因素, 完全依靠压力
传感器检测轧制力数据。在轧制力和倾斜控制方式
下, 合辊缝到轧制力最小 ( 1MN ) , 保证此时上下工 作辊恰好接触但却没有相互作用, 同时检查此时辊
缝位置与接触位置偏差是否在容限范围内 ( 2mm ) ,
其中接触位置通过轧辊数据计算得出:
式中
H = con tact (DBR /2+ D IR + D WR ) - H
新钢 1 550mm 冷 连轧机无带标 定执行顺序见 图 3, 其中控制方式包括位置控制方式、轧制力控制 方式、单轧制力控制方式和倾斜控制方式。启动标 定功能之前, 需要满足如下基本条件: 轧机没有快停 信号和维护方式信号、位 置计数器无报错、HGC 系 统状态 OK、乳液系统和传动系统状态 OK。在无带 标定过程中, 需要对 HGC、弯辊控制、窜辊控制、乳 液喷射控制、传动控制等多方面因素进行检查校准, 完成相对轧制力、辊缝位置、辊缝倾斜的零点标定, 最终找到正常轧制时 HGC 的零点标准。自动标定 过程是通过 S iem ens公司的 TDC 系统实现顺序控制 的。当标定条件满足时, 可以在操作面板或 HM I中 启动自动标定过程, 然后通过 SFC 软件实现基本顺 序控制功能, 步骤之间转换条件收集和中断报警功 能由 CFC 软件实现。系统对每一步执行过程都设 有超时监控功能, 一旦超时顺控过程会立即终止且 系统恢复到自动标定之前的状态。前一步完成后,
SP = CP ∀ (P - P 0 ) 2
( 2)
式中 SP 轧制力对辊缝的影响值;
CP 轧制力对辊缝影响的补偿系数, 当 P
> P0 时, 进入线性段后则 CP 为 0 。
通常在轧制前启动辊缝标定功能, 将轧辊按初
始压力 P0 压靠到一定程度, 并将此时的辊缝 S0 确
定为轧机调整的零辊缝。通过辊缝标定将图 1中曲
度调整量之比为 20#1。 轧制线高度
H passlin e = H - (DBR / 2+ D IR + DWR ) + H ( 3) 式中 H 支撑辊轴承中心线到轧制线距离;
D BR 支撑辊直径; D IR 中间辊直径; D WR 工作辊直径;
H 辊径偏差。 梯形台水平调节量 (粗调 )
Sp la te = (H passlin e - H 1 ) /H 0 ∀ 130
线性, 当轧制力达到 P0 时, 辊缝变化开始呈线性趋 势, 而这种影响是通过轧制力作用在轧辊两端产生
的。辊缝的非线性段计算方法如下:
作者简介: 曹文豪 ( 1967 - ) , 男, 工程师, 大学本科, 1990 年毕业于江西冶金学院
第 1期
曹文豪: 轧 机自动辊缝标定技术
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图 1 轧制力与厚度的关系
( 4)
式中 H 1 首阶高度;
H 0 其余台阶高度; 130 台阶长度, mm。
斜楔水平调节量 (精调 )
Sw edge = (H passlin e - H p late ) / tan
( 5)
式中 H p late tan
梯形台调整高度; 斜楔斜率, tan = 1 /20。
轧制线调整的计算精度是辊缝标定能否成功的
1 辊缝标定理论基础
轧机机架液压辊缝标定是建立在轧机弹跳方程 的基础上。
弹跳方程:
h= S0 + (P - P0 ) /K
( 1)
式中 h 轧件出口厚度;
S0 空载辊缝;
P 轧制力;
P0 影响辊缝的轧制力极限值;
K 轧机刚度。
见图 1, 轧件塑性线斜率为 M, 轧机弹性线斜率
为 K。当某种因素影响轧件塑性线由 B 变化到 B
下一步包括它的连锁条件就立即执行, 只有步骤之 间的转换条件全部满足后, 才能完成自动标定的全
部过程。当完成全部标定过程后, 说明轧机状态正
常, 可以开始轧制, 并将辊缝位置 合到 15mm, 为穿
带生产准备条件。
3. 2. 1 轧制力标定过程
标定过程轧制力变化曲线见图 4。初始化自动
标定参数过程中, 将上次标定形成的相对轧制力修 改为绝对轧制力, 那就意味着已经考虑了辊重、轴承
将液压缸全部缩回, 完全打开辊缝, 同步位置计数器 完成从相对位置到绝对位置的转换过程, 再将液压 缸绝对位置置为 150mm。见图 6, 液压缸的绝对位 置 SA bs是以液压缸上限位置为零点的, 液压缸释放 到底位置为下限位置 ( 150mm ) 。根据工艺要求, 零
第Biblioteka Baidu1期
曹文豪: 轧 机自动辊缝标定技术
关键。通过轧制线的计算可以为轧机辊缝标定提供 标尺和参照, 从而保证轧机辊缝相对零点在同一水 平线上。
3 辊缝标定分析
3. 1 辊缝标定分类 辊缝标定可分为无带标定和有带标定, 无 ( 有 )
带标定是在机架内没有 ( 有 ) 带钢的情况下进行的 标定。这两种标定过程存在很大差别。无带标定是
对 ∃ 零点 %的校正, 即辊缝标定必须达到设定的基准 位置; 而有带标定继承了无带标定的轧制力和辊缝 基准值, 标定 的最终目标是达 到原来的辊缝位 置。 通常在液压缸实际位置和位置计数器数值之间出现
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