丁建培 劉冰 （天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司，河北涉縣 056404)

天鐵1 750 mm熱軋線粗軋機(jī)輥縫標(biāo)定計(jì)算

丁建培 劉冰 （天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司，河北涉縣 056404)

天鐵為了確保1 750 mm熱軋線中間板坯的厚度控制精度，對(duì)粗軋機(jī)進(jìn)行輥縫標(biāo)定和相關(guān)的計(jì)算，為TCS控制系統(tǒng)提供計(jì)算數(shù)據(jù)。詳細(xì)地介紹了軋機(jī)輥縫標(biāo)定的內(nèi)容、過程及相關(guān)計(jì)算公式。采用該方法將標(biāo)定過程中測量出的相關(guān)數(shù)據(jù)與TCS控制系統(tǒng)的設(shè)定數(shù)據(jù)相結(jié)合，可有效地提高粗軋機(jī)中間坯的厚度控制精度，為精軋機(jī)組的順利軋制提供了保障。

軋機(jī) 軋輥 輥縫 軋制力 標(biāo)定 計(jì)算

1 引言

天鐵1 750 mm熱軋線設(shè)備主要由1架粗軋機(jī)、7架精軋機(jī)和2臺(tái)卷曲機(jī)組成。粗軋機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)分為兩級(jí)，包括一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)和二級(jí)過程控制系統(tǒng)。粗軋機(jī)為四輥可逆軋機(jī)，其輥縫控制主要通過調(diào)節(jié)上輥壓下量來實(shí)現(xiàn)，下輥無上抬功能。粗軋機(jī)輥縫位置控制包括電動(dòng)位置控制（EGC)和液壓位置控制（HGC)兩部分。由電動(dòng)位置控制進(jìn)行粗調(diào)，液壓位置控制進(jìn)行精調(diào)。在粗軋機(jī)的傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)各裝有1臺(tái)壓下電機(jī)和1個(gè)壓下液壓缸，電動(dòng)壓下和液壓缸分別通過絕對(duì)值位移傳感器進(jìn)行位置檢測。兩側(cè)壓下電機(jī)由獨(dú)立的傳動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，壓下液壓缸通過伺服閥進(jìn)行閉環(huán)控制。本文主要論述了粗軋機(jī)輥縫自動(dòng)標(biāo)定的過程和在軋機(jī)輥縫自動(dòng)標(biāo)定時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)相對(duì)軋制力、輥縫位置、輥縫傾斜的零點(diǎn)標(biāo)定，并介紹了相關(guān)的計(jì)算公式。

2 輥縫標(biāo)定內(nèi)容

輥縫標(biāo)定主要包括軋機(jī)輥縫調(diào)零和軋機(jī)剛度測定兩部分內(nèi)容。這些標(biāo)定過程需要在更換完軋機(jī)工作輥或支撐輥后進(jìn)行。當(dāng)軋機(jī)輥縫標(biāo)定和軋機(jī)剛度測定完成后，軋機(jī)才能具備生產(chǎn)條件。

2.1 軋機(jī)輥縫調(diào)零

軋機(jī)輥縫調(diào)零的目的是確定軋機(jī)在零輥縫時(shí)，軋機(jī)壓下系統(tǒng)的絕對(duì)位置。從而在輥縫控制過程中換算為相應(yīng)輥縫值下壓時(shí)設(shè)備的目標(biāo)位置。同時(shí)，為了消除機(jī)架本身和機(jī)械設(shè)備方面自身所帶的系統(tǒng)誤差，粗軋機(jī)可以通過分別調(diào)節(jié)軋機(jī)傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)的液壓系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)軋機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)輥縫調(diào)零。

2.2 軋機(jī)剛度測定

為了提高輥縫控制的精度，就必須對(duì)機(jī)架和軋輥本身的剛度系數(shù)進(jìn)行測定，從而在軋制設(shè)定計(jì)算過程中對(duì)輥縫控制做出正確的補(bǔ)償設(shè)定[1]。該過程主要是通過記錄軋機(jī)受力升降過程中相關(guān)的測量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確地計(jì)算出軋機(jī)的剛度系數(shù)。在軋機(jī)剛度系數(shù)確定后，控制系統(tǒng)可以直接對(duì)輥縫的位置控制提供補(bǔ)償數(shù)據(jù)。

3 軋機(jī)標(biāo)定及相關(guān)描述

3.1 粗軋機(jī)壓力的計(jì)算方法

粗軋機(jī)的主要設(shè)備包括上下工作輥、上下支持輥、上下工作輥節(jié)軸、壓下螺絲裝置、液壓平衡裝置和液壓厚度控制裝置。粗軋機(jī)壓力主要通過壓力傳感器來進(jìn)行測量，軋制力檢測示意圖見圖1。

軋制力計(jì)算公式如下：

式中：FR，DS——傳動(dòng)側(cè)軋制力;

FR，OS——操作側(cè)軋制力;

FH，DS——傳動(dòng)側(cè)液壓缸壓力;

FH，OS——操作側(cè)液壓缸壓力;

3.2 粗軋機(jī)輥縫控制的坐標(biāo)系統(tǒng)

對(duì)于軋機(jī)而言，位置控制和輥縫控制的區(qū)別在于其建立在不同的坐標(biāo)系統(tǒng)當(dāng)中[1]。通過坐標(biāo)方程的轉(zhuǎn)換即可以實(shí)現(xiàn)位置和輥縫之間的相互轉(zhuǎn)換。為了檢測當(dāng)前設(shè)備的實(shí)際位置，需要定義一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)，其坐標(biāo)零點(diǎn)以機(jī)械設(shè)備（壓下螺絲和液壓缸)的最大開口度為坐標(biāo)零點(diǎn)，根據(jù)圖2可以得出以下位置計(jì)算方程。

如果以粗軋機(jī)下工作輥的上表面為坐標(biāo)零點(diǎn)，即可得出軋機(jī)輥縫計(jì)算方程：

式中：GGAP——實(shí)際輥縫;GOFFSET——標(biāo)定的行程范圍;PACT_P——壓下實(shí)際位置。

3.3 粗軋機(jī)輥縫標(biāo)定過程

粗軋機(jī)輥縫標(biāo)定可在操作畫面上進(jìn)行啟動(dòng)。軋機(jī)標(biāo)定前需要滿足標(biāo)定的相關(guān)輔助條件，并對(duì)工作輥直徑、支承輥直徑、墊片厚度等相關(guān)應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)。粗軋機(jī)輥縫標(biāo)定過程主要包括以下幾個(gè)步驟。

（1) 標(biāo)定開始

在粗軋機(jī)更換完工作輥或支撐輥后，操作人員可以通過操作畫面確認(rèn)粗軋機(jī)是否具備標(biāo)定條件。如果標(biāo)定條件滿足，操作人員可通過操作畫面上的標(biāo)定啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)粗軋機(jī)標(biāo)定過程。

（2) 標(biāo)定準(zhǔn)備條件滿足

控制系統(tǒng)判斷標(biāo)定條件是否滿足，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前輥徑數(shù)據(jù)控制壓下裝置到達(dá)一個(gè)初始位置（默認(rèn)為50 mm)，同時(shí)控制液壓缸保持在缸體的中間位置，以保證液壓缸可進(jìn)行伸出方向和回縮方向的位置控制。

（3) 軋制力標(biāo)定

標(biāo)定準(zhǔn)備條件滿足后，上下工作輥之間存在空隙。此時(shí)，控制系統(tǒng)記錄當(dāng)前壓力傳感器的壓力值，并將該壓力值作為粗軋機(jī)零軋制力的補(bǔ)償值，同時(shí)將當(dāng)前軋制力修正為零，完成軋制力標(biāo)定過程。為了檢查軋輥數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可以通過軋制力控制方式控制軋輥兩側(cè)達(dá)到接觸軋制力，保證軋輥兩側(cè)在上下輥之間相互作用并產(chǎn)生輥系變形。然后通過位置控制方式，將當(dāng)前設(shè)備在原有位置基礎(chǔ)上打開5 mm（根據(jù)液壓和輥系變形原理，在產(chǎn)生接觸軋制力的位置基礎(chǔ)上打開輥縫5 mm，可使軋機(jī)上下輥各自系統(tǒng)之間設(shè)備更好接觸，但上下輥之間卻沒有相互作用)[2]，該部分內(nèi)容見圖3。此時(shí)如果軋機(jī)系統(tǒng)之間仍然存在軋制力，則判斷輥徑數(shù)據(jù)錯(cuò)誤;如果軋制力不存在，則再對(duì)壓力傳感器系統(tǒng)做一次軋制力清零操作，最終計(jì)算出相對(duì)軋制力的零點(diǎn)補(bǔ)償值。

其中，軋制力補(bǔ)償值為上工作輥平衡力和支撐輥平衡力在消除上支撐輥重力、上工作輥重力和上節(jié)軸重力后的平衡力偏差值。在力標(biāo)定過程中，傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)分開進(jìn)行計(jì)算。軋制力標(biāo)定完成后，可得出軋制力的計(jì)算方程為：

式中：FACT——實(shí)際軋制力，單位kN;

FHGC——HGC缸檢測壓力，單位kN;

FOFFSET——標(biāo)定力偏差。

（4) 輥縫閉合

在軋制力標(biāo)定完成后，粗軋機(jī)開始以標(biāo)定速度轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)壓下電機(jī)高速向下動(dòng)作，關(guān)閉輥縫。壓下電機(jī)的目標(biāo)值可以根據(jù)輥徑數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)輥縫達(dá)到一定值時(shí)（默認(rèn)為30 mm)，壓下電機(jī)開始低速運(yùn)行，直到粗軋機(jī)上工作輥接觸到下工作輥，且HGC缸一側(cè)壓力達(dá)到1 000 kN時(shí)，壓下電機(jī)停止壓下動(dòng)作，輥縫閉合動(dòng)作完成。該過程中操作側(cè)HGC缸和傳動(dòng)側(cè)HGC缸一直保持在液壓缸的中間位置。

（5) 輥縫標(biāo)定

輥縫閉合結(jié)束后，控制系統(tǒng)控制兩側(cè)HGC缸向外伸出，增加液壓缸壓力，并控制兩側(cè)壓力偏差為零。軋機(jī)設(shè)備系統(tǒng)由于自身特點(diǎn)，其傳動(dòng)側(cè)設(shè)備與操作側(cè)設(shè)備之間必然存在位置偏差，因此造成軋機(jī)系統(tǒng)的兩側(cè)出現(xiàn)位置偏差而產(chǎn)生傾斜現(xiàn)象。如果不將該偏差消除，則會(huì)造成輥縫傾斜[3]。所以在輥縫標(biāo)定過程中必須記錄該傾斜值，并將該補(bǔ)償值應(yīng)用到實(shí)際的輥縫傾斜控制中，消除軋機(jī)兩側(cè)的位置偏差，保證軋機(jī)輥縫兩側(cè)完全處于水平狀態(tài)，完成軋機(jī)的輥縫標(biāo)定。根據(jù)工藝要求，零輥縫的選擇為兩側(cè)軋制力均達(dá)到和保持5 000 kN時(shí)的輥縫位置。將液壓缸的絕對(duì)位置，轉(zhuǎn)換為以零輥縫為基準(zhǔn)的相對(duì)輥縫位置，并進(jìn)行位置記憶，完成輥縫標(biāo)定過程。輥縫標(biāo)定過程中設(shè)備絕對(duì)位置和輥縫相對(duì)位置見圖3。

（6) 標(biāo)定完成

在輥縫標(biāo)定結(jié)束后，電動(dòng)壓下裝置會(huì)抬升到一個(gè)默認(rèn)的輥縫設(shè)定值，同時(shí)液壓缸回到中間位置。到此，整個(gè)粗軋機(jī)輥縫標(biāo)定過程完成。

4 粗軋機(jī)剛度測定

軋機(jī)剛度測定同時(shí)稱為軋機(jī)彈跳標(biāo)定，是對(duì)軋機(jī)機(jī)架和軋輥本身在受到壓力后產(chǎn)生形變所進(jìn)行的自動(dòng)檢測過程，以此確定軋機(jī)的剛度系數(shù)。彈跳標(biāo)定的順序與粗軋機(jī)輥縫標(biāo)定相似，不同之處在于彈跳標(biāo)定過程中位移傳感器的位置讀數(shù)和標(biāo)定壓力會(huì)進(jìn)行階段性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并依據(jù)軋機(jī)彈跳方程計(jì)算出軋機(jī)的剛度系數(shù)，從而在輥縫計(jì)算上給予厚度補(bǔ)償。

5 輥縫計(jì)算

在生產(chǎn)過程中，粗軋機(jī)會(huì)根據(jù)二級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)定值或操作畫面輸入的設(shè)定值自動(dòng)進(jìn)行位置調(diào)整，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的厚度補(bǔ)償。厚度補(bǔ)償包括軋機(jī)彈跳補(bǔ)償、油膜厚度補(bǔ)償、沖擊補(bǔ)償、偏心補(bǔ)償?shù)?。其中軋機(jī)彈跳補(bǔ)償對(duì)輥縫厚度控制的影響最為重要，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)生產(chǎn)過程中的軋制力和軋機(jī)彈跳系數(shù)自動(dòng)進(jìn)行厚度補(bǔ)償，以保證粗軋機(jī)的輥縫控制精度。厚度補(bǔ)償公式如下：

式中：GC，G——厚度補(bǔ)償值;

Fr，Exp——設(shè)定軋制力,單位kN;

CMS——軋機(jī)彈跳系數(shù)。

6 生產(chǎn)應(yīng)用

天鐵1 750 mm熱軋線粗軋機(jī)輥縫標(biāo)定系統(tǒng)在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了良好應(yīng)用。在生產(chǎn)過程中，TCS控制系統(tǒng)將標(biāo)定過程中測量出的相關(guān)數(shù)據(jù)與二級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)定數(shù)據(jù)相結(jié)合，可計(jì)算出粗軋機(jī)在軋制過程中的輥縫補(bǔ)償值，該補(bǔ)償值參與到輥縫計(jì)算中可有效地提高粗軋機(jī)中間坯的厚度控制精度，從而為熱軋線精軋機(jī)組的順利軋制提供了有效保障。

7 結(jié)束語

軋機(jī)輥縫標(biāo)定涉及到位置控制和壓力控制，是熱軋線軋機(jī)控制的核心部分。熟悉軋機(jī)標(biāo)定過程和相關(guān)計(jì)算公式對(duì)了解軋機(jī)輥縫位置控制起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)為分析軋機(jī)標(biāo)定過程中出現(xiàn)的問題提供了依據(jù)。

[1]丁修堃．軋制過程自動(dòng)化[M]．2版.北京：冶金工業(yè)出版社，2005：58－67.

[2]袁樹剛，王京，楊荃．全連續(xù)冷連軋機(jī)帶鋼厚度自動(dòng)控制策略研究及實(shí)現(xiàn)[J]．冶金自動(dòng)化，2006，30（6)：55－59．

[3]王國棟，劉相華，王軍生．冷連軋厚度自動(dòng)控制[J]．軋鋼，2003，20（3)：38－41．

TIANJIN METALLURGY

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Calibration and Calculation of Roll Gap of Roughing Mill of Tiantie 1 750 mm Hot Rolling Mill

Ding Jianpei,Liu Bing

In order to ensure the thickness control precision of intermediate slab for 1 750 mm Rolling Mill,Tiantie calibrated and calculated the roll gap of roughing mill to supply calculating data for TCS control system.The author explains in detail the content,process and calculation formula of roll gap calibration.Combing the relevant data measured during calibration with preset data in TCS control system,the thickness control precision of intermediate slab for roughing mill is effectively improved and the smooth rolling of finishing mill is ensured also.

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（收稿 2011－04－26 責(zé)編 趙實(shí)鳴)

丁建培,男,2006年7月畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè),現(xiàn)于天鐵熱軋公司從事冶金設(shè)備控制技術(shù)管理工作。