某鋼廠冷軋板形控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、目 錄 1板形定義、影響板形的因素和板形控制手段板形定義、影響板形的因素和板形控制手段 - 2 - 1.1帶鋼斷面形狀表示方法- 2 - 1.1.1凸度（cr）- 2 - 1.1.2楔形（ct）- 3 - 1.1.3邊部減?。╡）- 3 - 1.1.4局部高點(diǎn)- 3 - 1.2坦度表示方法- 4 - 1.2.1纖維相對(duì)長(zhǎng)度差表示法- 4 - 1.2.2波浪表示法- 5 - 1.2.3常見(jiàn)板形錯(cuò)誤與帶鋼延伸的關(guān)系- 6 - 1.3影響板形的因素- 7 - 1.3.1軋輥的彈性彎曲變形- 9 - 1.3.2軋輥的熱膨脹- 10 - 1.3.3軋輥的磨損- 10 - 1.3.4軋輥的彈性壓扁- 11

2、 - 1.3.5軋輥的原始輥型- 11 - 1.3.6軋輥的安裝- 11 - 1.4控制板形的手段 - 13 - 21450 冷連軋控制系統(tǒng)中的板形控制系統(tǒng)冷連軋控制系統(tǒng)中的板形控制系統(tǒng)- 15 - 2.1系統(tǒng)總覽 - 15 - 2.2基本測(cè)量原理 - 16 - 2.3板形測(cè)量設(shè)備 - 17 - 2.3.1bfi測(cè)量輥- 17 - 2.3.2pcm解碼單元- 18 - 2.4實(shí)現(xiàn)、接口與通訊方式 - 19 - 2.5測(cè)量值處理 - 20 - 2.5.1測(cè)量值處理（軋制模式）- 20 - 2.5.2測(cè)量值處理（標(biāo)定模式）- 21 - 2.6板形控制 - 21 - 2.6.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)- 21 -

3、2.6.2板形分析- 22 - 2.7分段冷卻控制介紹 - 23 - 2.8調(diào)試中所需要進(jìn)行工作 - 24 - 冷軋板形控制系統(tǒng)介紹 現(xiàn)在對(duì)冷軋帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，繼縱向厚差由于使 用 agc 獲得比較圓滿的解決之后，橫向厚差及板形的控制則成為重 點(diǎn)的研究課題。本文主要分為兩個(gè)部分，第一部分介紹了板形的定 義、影響板形的因素和板形控制的手段，第二部分介紹了 1450 冷連 軋控制系統(tǒng)中的板形控制系統(tǒng)和調(diào)試工作中所做的工作。 1板形定義、影響板形的因素和板形控制手段 板形問(wèn)題包括板帶的橫向厚差及板帶的平直度兩個(gè)方面，但由 于這二者又緊密相關(guān)，故把他們總稱為板形問(wèn)題。板形實(shí)際上包含 帶鋼橫

4、截面幾何形狀和在自然狀態(tài)下帶材的平坦度兩個(gè)方面，因此 要定量描述板形就涉及到這兩個(gè)方面的多項(xiàng)指標(biāo)，包括：凸度、楔 形、邊部減薄、局部高點(diǎn)和和平坦度。 1.1 帶鋼斷面形狀表示方法帶鋼斷面形狀表示方法 1.1.1 凸度（凸度（cr） 凸度是描述帶材橫截面形狀的一項(xiàng)主要指標(biāo)。凸度定義為在寬 度中點(diǎn)處厚度與兩側(cè)邊部標(biāo)志點(diǎn)平均厚度之差 crhc-1/2her+hel 式中 her和 hel為右部及左部的標(biāo)志點(diǎn)厚度。所謂標(biāo)志點(diǎn)是指不 包括邊部減薄部分的邊部點(diǎn)，一般取離實(shí)際邊部 40mm 左右處的點(diǎn)。 hc為帶材寬度方向中心點(diǎn)的厚度。 1.1.2 楔形楔形（ct） 楔形：即左右標(biāo)志點(diǎn)厚度之差 ctherh

5、el he1 1.1.3 邊部減?。ㄟ叢繙p?。╡） 邊部減?。杭磶т撆c軋輥接觸處的軋輥壓扁在板邊由于過(guò)渡區(qū) 而造成的帶鋼邊部減薄。 er= her-her el= hel-hei 式中 her和 hel為帶材實(shí)際右邊部和左邊部的厚度（上面各式中 右部一般指?jìng)鲃?dòng)側(cè)，左部為操作側(cè)）。 1.1.4 局部高點(diǎn)局部高點(diǎn) 局部高點(diǎn)是指橫截面上局部范圍內(nèi)的厚度凸起。對(duì)于寬冷軋帶 鋼，嚴(yán)格說(shuō)，凸度可分為二次凸度 cr2和四次凸度 cr4（甚至還包括 更高次的）。從帶寬中心點(diǎn)到兩側(cè)標(biāo)志點(diǎn)范圍內(nèi)如測(cè)取多個(gè)點(diǎn)的厚 度值，并用這些點(diǎn)的厚度值擬合出一條曲線，往往是如下形式 h()=b0+b1+b22+b44+ b0 -

6、b4為系數(shù) 由此可定義 cr1=2b1 cr2=(b2+b4) cr4=b4/4 其中 cr1實(shí)際上表現(xiàn)了帶鋼的楔形，cr2為二次凸度，亦即為前 面所說(shuō)的凸度，cr4為四次凸度 w 圖 125 局部高點(diǎn) 1.2 坦度表示方法坦度表示方法 平坦度指軋制后在不存在張力的狀態(tài)下（自然狀態(tài)）帶材的平 坦性，由于對(duì)冷軋成品使用多種測(cè)量方法，平坦度可有多種表示方 法。 平坦度不良的主要表現(xiàn)為帶鋼（在自然狀態(tài)下）的翹曲。翹曲 是由于帶寬方向上各處延伸不均造成內(nèi)部殘余應(yīng)力分布。 冷軋帶鋼時(shí)，對(duì)帶鋼前后將施加較大張力，因此軋制時(shí)從表面 上一般不易看出翹曲、起浪等現(xiàn)象，但當(dāng)帶鋼無(wú)張力，自然地放在 平臺(tái)上，常可看到

7、帶鋼地翹曲（起浪、皺紋或局部凹凸）。 冷軋帶鋼地翹曲比熱軋帶鋼復(fù)雜。不僅有側(cè)彎、邊浪、中浪， 而且存在 1/4 處的波浪以及復(fù)合浪，這是由于內(nèi)應(yīng)力的不同分布造 成。 1.2.1 纖維相對(duì)長(zhǎng)度差表示法纖維相對(duì)長(zhǎng)度差表示法 軋后帶鋼翹曲是由于邊部或中部較大的延伸而產(chǎn)生嚴(yán)重邊浪或 中浪。一個(gè)比較簡(jiǎn)單的方法就是取寬度方向上不同點(diǎn)的相對(duì)長(zhǎng)度差 l/l 來(lái)表示平坦度。其中 l 是所取基準(zhǔn)點(diǎn)的軋后長(zhǎng)度，l 是其它 點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的軋后長(zhǎng)度差，相對(duì)長(zhǎng)度差也稱為板形指數(shù) w。 wl/l 這個(gè)值是非常小的，為了更好的表達(dá)和操作，我們引入了 i 單 位。 1 i-unit = 10-5 * l/l。 一般定義 i 為

8、負(fù)時(shí)是邊浪，i 為正時(shí)是中浪。 l l+ l l l+ l l l l l edge waves = strip edges are long, strip center is shortcenter waves = strip center is long, strip edges are short definition1_e.dsf 18.07.2000 1.2.2 波浪表示法波浪表示法 在翹曲的鋼板上測(cè)量相對(duì)長(zhǎng)度來(lái)求出長(zhǎng)度差很不方便，所以采 用了更為直觀的方法，即以翹曲波形來(lái)表示平坦度，稱之為波浪度 dw。將帶材切取一段置于平臺(tái)之上，如將其最短縱條視為一直線， 最長(zhǎng)縱條視為一正弦波，則

9、如圖 126 所示，可將帶鋼的波浪度表 示為 dw（rw/lw）100 式中 rw波高； lw波長(zhǎng)。 平臺(tái) w lw 波形表示法 dw 為波浪度，也叫陡度（steepness）。這種方法直觀、易于測(cè) 量，所以許多工廠都采用這種方法。 設(shè)在波形表示法圖中與長(zhǎng)度為 lw 的直線部分相對(duì)應(yīng)的曲線部分 長(zhǎng)為 lw+lw，并認(rèn)為曲線按正弦規(guī)律變化，則可利用線積分求出 曲線部分與直線部分的相對(duì)長(zhǎng)度差。 因設(shè)波形曲線為正弦波，設(shè)：hw（rw/2）sin（2y/lw） 故與 lw 對(duì)應(yīng)的曲線長(zhǎng)度為： lw+lw 因此，曲線部分和直線部分的相對(duì)長(zhǎng)度差為 wlw/ lw =(rw/2 lw)2=(2/4)d2w1

10、0-5 因此波浪度可以作為相對(duì)長(zhǎng)度差的代替量。只要測(cè)出帶鋼波浪 度，就可以求出相對(duì)長(zhǎng)度差。 1.2.3 常見(jiàn)板形錯(cuò)誤與帶鋼延伸的關(guān)系常見(jiàn)板形錯(cuò)誤與帶鋼延伸的關(guān)系 下圖顯示了典型的幾種板形表現(xiàn)形式與板寬方向上延伸率的對(duì) 應(yīng)關(guān)系。 但是，實(shí)際上在實(shí)際軋制完的帶鋼上，這些板形錯(cuò)誤會(huì)同時(shí)出 現(xiàn)，帶鋼表現(xiàn)出來(lái)的是這幾種板形的綜合表現(xiàn)。下圖演示了其中的 一種情況。 1.31.3 影響板形的因素影響板形的因素 通常冷軋帶鋼產(chǎn)品不允許有明顯的浪形與瓢曲等板形缺陷存在， 因?yàn)榘逍尾涣紝⒅苯佑绊懹脩舻氖褂?。如帶鋼在長(zhǎng)度方向在水平面 上向一邊彎曲，會(huì)影響用戶放樣下料、自動(dòng)進(jìn)料或材料的利用率， 更為嚴(yán)重的是切不成材，

11、無(wú)法使用。要不就是大材小用或積壓待處 理。因此，板形是冷軋帶鋼產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的保證項(xiàng)目之一。 根據(jù)冷軋帶鋼產(chǎn)品的規(guī)格、用途等不同，在板形質(zhì)量方面的要 求程度亦各有異。我們平時(shí)所說(shuō)的板形或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的板形 要求一般是指“視在板形”，亦即指在軋制過(guò)程中或軋后即可用肉 眼或測(cè)量器具辨別的板形。而事實(shí)上，操作不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生一種在軋制 后不能立即發(fā)現(xiàn)往往要在后部加工工序中才會(huì)暴露的板形，即“潛 在板形”。例如，有時(shí)從軋機(jī)出來(lái)的帶鋼看起來(lái)并無(wú)浪形，但一旦 縱剪，即會(huì)出現(xiàn)旁彎或者浪形。因此，在生產(chǎn)中要將視在板形都控 制在所要求的范圍內(nèi)。 眾所周知，帶鋼的橫向厚度差取決于軋輥在軋制時(shí)輥縫的實(shí)際 大小及形狀，帶鋼

12、的板形則取決于與此有關(guān)的各部分的延伸的均勻 程度。因此，橫向厚度和板形是兩個(gè)不同的概念。但無(wú)論是橫向厚 度差方面的缺陷或板形方面的缺陷，其根源都在于帶鋼在軋制過(guò)程 中的不均勻變形（不均勻 的壓下與不均勻的延伸），實(shí)質(zhì)是帶鋼內(nèi) 部殘余應(yīng)力的分布?？梢?jiàn)，橫向厚度差與板形有著內(nèi)在的關(guān)系。因 此，通過(guò)調(diào)整輥縫形狀可以達(dá)到減小帶鋼的橫向厚度差和改善板形 質(zhì)量的目的。 研究證明，在冷軋過(guò)程中，由于帶鋼的寬展很小幾乎可以忽略 不計(jì)。因此，壓下變形基本都轉(zhuǎn)為延伸，特別在待張力軋制的情況 下，可以相當(dāng)準(zhǔn)確的認(rèn)為壓下系數(shù)就等于延伸系數(shù)。如此，帶鋼在 軋制過(guò)程中由于某種原因而引起的各部分的壓下不均將表現(xiàn)為這部 分的

13、延伸不均，板形缺陷的出現(xiàn)就是來(lái)源于帶鋼寬度方向上各部分 的延伸不均，延伸較大的部分被迫受壓，而延伸較小者則被迫受拉。 通常拉伸作用不會(huì)引起板形問(wèn)題，但是當(dāng)壓縮力超過(guò)一定的臨界值 時(shí)，該部分帶鋼在壓縮力的作用下將產(chǎn)生不同形式的屈曲。 事實(shí)上，帶鋼在軋制時(shí)在尚未進(jìn)入軋輥之前的部分其前進(jìn)速度 沿寬度方向是均勻分布的，而剛從輥縫出來(lái)的帶鋼速度沿寬度方向 上的分布是不均勻的。為了區(qū)別于軋制時(shí)帶鋼的變形，通常把這種 離開(kāi)輥縫以后由于縱向延伸不均而引起的附加變形稱為“二次變形” ，帶鋼“二次變形”的結(jié)果導(dǎo)致帶鋼板形的不良。 如果認(rèn)為“二次變形”等于零是確保帶鋼完全平直的理想條件， 就應(yīng)設(shè)法使帶鋼各點(diǎn)延伸一致

14、，即意味著帶鋼斷面上各點(diǎn)的壓下率 相同。當(dāng)帶鋼在軋制前就已存在著一定的斷面厚度差時(shí)，則依照帶 鋼斷面上各點(diǎn)的壓下率相同顯然還不能保證縱向各點(diǎn)延伸完全一致。 如果料中部厚于邊部的情況下，為了保證均勻延伸，就必須使中部 的壓下率大于邊部的壓下率，這樣才有可能使中部與邊部的延伸差 等于零。 在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)碰到這樣一個(gè)情況，即有時(shí)軋出帶鋼板 形良好但厚度超出偏差，為了保證帶鋼橫斷面厚度偏差值，板形方 面的要求又可能滿足不了，造成這種局面的根本原因就是原料斷面 厚度的不均勻。 如前所述，帶鋼橫向各部位延伸一致的標(biāo)準(zhǔn)是各點(diǎn)的壓下率相同。 然而，只要軋前帶鋼的各點(diǎn)厚度差不等于零，所軋出的帶鋼厚度差 在

15、保證板形良好的條件下是不可能等于零的。而且，在延伸相同的 條件下，軋前厚度差越大，那么在保證板形良好的情況下所軋出的 帶鋼橫向厚差也越大。換句話說(shuō)，只要軋前厚度差不等于零而想使 軋出的帶鋼厚度差等于零，就只有破壞均勻延伸條件，從而也破壞 了板形的平直。因此，為了盡可能兼顧板形與橫向厚差的要求，重 要的問(wèn)題在于努力保證冷軋帶鋼原料的厚度比較均勻，這點(diǎn)已為冷 軋帶鋼生產(chǎn)實(shí)踐所證明。 上所述，影響板形不良的原因在于帶鋼在軋制過(guò)程中沿寬度方 向上各處的不均勻延伸。板形缺陷的產(chǎn)生，除了原料的厚度不均勻 等因素外主要是軋輥的輥縫變化。因此，板形的控制基本上可以說(shuō) 是輥形的控制，而輥形的控制系指對(duì)實(shí)際軋制時(shí)

16、工作輥縫形狀的控 制。 眾所周知，帶鋼在冷軋過(guò)程中，其橫斷面上各點(diǎn)的厚度取決于 軋輥在軋制時(shí)的實(shí)際輥縫；其平直度則取決于各部分延伸的均勻程 度，這同樣也取決于軋制時(shí)的實(shí)際輥縫的形狀與大小。由于軋輥的 彎曲而沿帶鋼寬度方向輥縫發(fā)生變化，使軋出的帶鋼沿寬度方向變 的不均勻，這就導(dǎo)致帶鋼板形的不良，而軋輥的彈性變形、輥溫的 變化及軋輥的磨損乃是使軋輥彎曲、其實(shí)際工作輥縫發(fā)生變化的主 要因素。特別是軋輥的磨損，每時(shí)每刻都在破壞著正常的輥形，使 輥縫發(fā)生不均勻的變化。 歸結(jié)起來(lái)，影響輥縫形狀的因素主要有以下幾點(diǎn)： 1.3.1 軋輥的彈性彎曲變形軋輥的彈性彎曲變形 從變形工具方面來(lái)看，如果軋制用的軋輥加工

17、成嚴(yán)格的圓柱形， 那么在不過(guò)鋼時(shí)，輥縫顯然是平行的。在軋制帶鋼時(shí)，由于軋制壓 力的作用，軋輥將產(chǎn)生彈性變形（如下圖）。這些彈性變形沿輥身 長(zhǎng)度方向是不均勻分布的，結(jié)果使軋制時(shí)的實(shí)際輥縫變成中間尺寸 大于邊部尺寸的鼓形輥縫，所軋出的帶鋼斷面形狀自然也是鼓形的。 即帶鋼中部產(chǎn)生凸度，帶鋼邊緣減薄。通常，軋制壓力越大，軋輥 的彈性彎曲變形越大；軋輥直徑越大，剛性就越好，則軋輥的彈性 彎曲變形越小。 1.3.2 軋輥的熱膨脹軋輥的熱膨脹 冷軋生產(chǎn)過(guò)程中，帶鋼的變形主要是壓下與延伸變形，厚度方 面的壓下幾乎全部變成縱向的延伸。在變形過(guò)程中，帶鋼將產(chǎn)生大 量的變形熱，帶鋼在軋制中產(chǎn)生的變形熱是主要的熱源。

18、由于這種 變形熱使軋輥熱膨脹而改變?cè)驾佇?，?shí)測(cè)表明，輥身各部分的溫 度并不一致，由此引起的溫度差將導(dǎo)致軋輥直徑的熱膨脹差。在多 數(shù)情況下，輥身中部的溫度將高于其邊部的溫度，此時(shí)，假如軋輥 由于熱膨脹所形成的凸度其值正好與軋輥產(chǎn)生的彈性彎曲所形成的 凹度值相互補(bǔ)償，則輥身就能保持圓柱形，這時(shí)沿帶鋼橫斷面各處 的壓下將都是一樣的，那么帶鋼各點(diǎn)的延伸也就都相同（原料厚度 各點(diǎn)都相同的情況下），軋出的帶鋼板形自然是良好的；如果軋輥 的彈性彎曲所形成的凹度值大于軋輥熱膨脹凸度值，則帶鋼兩邊的 壓下將比中間大，那么帶鋼兩邊的延伸變形也相應(yīng)的要大些，儀即 比中間部分伸長(zhǎng)要大些；換一種情況，如果軋輥的彈性彎

19、曲所形成 的凹度值小于軋輥熱膨脹，則帶鋼中間部分的延伸大于兩邊部分的 延伸?？梢?jiàn)，軋輥由于熱膨脹所形成的凸度不管其大小都將影響原 始輥縫形狀。 軋輥溫度分析示意圖 需提請(qǐng)注意的是輥溫沿輥身長(zhǎng)度上的分布往往也不是對(duì)稱的。 1.3.3 軋輥的磨損軋輥的磨損 隨著軋輥在換輥以后工作時(shí)間的逐漸增長(zhǎng)，工作輥與帶鋼之間、 工作輥與支撐輥之間由于摩擦?xí)管堓伳p，軋輥的磨損使輥縫形 狀漸漸的變的不規(guī)則起來(lái)（如圖所示）。影響軋輥磨損的因素也是 多方面的。例如，軋輥與帶鋼的材質(zhì)、軋輥表面硬度和光潔度、軋 制壓力和軋制速度。前滑和后滑的大小以及支撐輥與工作輥之間的 滑動(dòng)速度都會(huì)影響軋輥磨損的快慢；另外，沿輥身長(zhǎng)度

20、方向軋輥磨 損也是不均勻的，這些都將影響輥縫的形狀。 軋輥磨損示意圖 1.3.4 軋輥的彈性壓扁軋輥的彈性壓扁 軋制時(shí)由于軋制壓力的作用，帶鋼與工作輥之間、工作輥與支撐輥 之間均會(huì)產(chǎn)生彈性壓扁。影響輥縫形狀的不是軋輥的彈性壓扁的數(shù) 值，而是壓扁值沿輥身長(zhǎng)度方向的不同大小，對(duì)于工作輥來(lái)說(shuō)，如 果軋制壓力沿帶鋼寬度是均勻分布時(shí)，則工作輥的彈性壓扁分布也 是均勻的。由于工作輥與支撐輥之間的接觸長(zhǎng)度上各點(diǎn)的壓力是不 同的，這就使輥與輥之間彈性壓扁值沿輥身長(zhǎng)度方向也是不均勻的， 工作輥與支撐輥之間的不均勻壓扁引起了輥縫形狀的變化。 1.3.5 軋輥的原始輥型軋輥的原始輥型 軋輥的原始輥型不同，就可以人為

21、的使輥縫形狀不同。在實(shí)際 生產(chǎn)中人們就是利用軋輥原始輥型這一因素來(lái)補(bǔ)償上述因素對(duì)輥縫 所造成的影響。 1.3.6 軋輥的安裝軋輥的安裝 軋輥水平度和垂直投影不良時(shí)，也會(huì)使輥縫形狀改變，顯然這 是應(yīng)該極力避免的。 除上述各因素對(duì)輥縫將產(chǎn)生一定影響外，在軋制過(guò)程中張力和 潤(rùn)滑等對(duì)輥縫同樣將產(chǎn)生影響。張力，特別是后張力能使帶鋼對(duì)軋 輥的壓力降低；工藝潤(rùn)滑可以使帶鋼與輥面間摩擦系數(shù)減小，同樣 也能降低帶鋼對(duì)軋輥的壓力。所有這些均使軋輥的彈性彎曲減小而 影響輥縫。 在實(shí)際生產(chǎn)中，軋輥的受力變形、熱膨脹與磨損這三個(gè)因素是 綜合的起作用的，他們一方面既是引起板形缺陷與橫向厚差不合格 的根源；另一方面，如能進(jìn)

22、行適當(dāng)調(diào)整和控制，卻又可使這三大因 素成為改善板形和提高橫向厚度均勻性的有效手段。例如，在軋制 過(guò)程中，由于變形熱使軋輥熱膨脹而改變?cè)驾佇停率拱逍问艿?影響，此時(shí)，為保持原始輥形可通過(guò)沿輥身長(zhǎng)度方向上的分段控制 冷卻液的流量，以適當(dāng)調(diào)節(jié)軋輥輥身兩端與中部的溫度差以及輥徑 與軸承的溫度，就有可能減小軋輥的凸度，從而達(dá)到原始輥縫的要 求。 綜上所知，帶鋼的橫向厚差和板形的變化是由輥縫形狀的變化 而引起的，因此，在軋制過(guò)程中凡是對(duì)輥縫形狀有影響的所有工藝 參數(shù)如軋制張力、工藝潤(rùn)滑等都將有可能對(duì)板形產(chǎn)生影響。可見(jiàn)影 響板形的因素與影響軋輥形狀的因素有類同之處。即： 軋輥的原始輥型。 軋制張力。 張

23、力。 冷卻液的使用。 工藝潤(rùn)滑劑的使用。 軋輥的安裝。 原料厚度及硬度的變化。 以上影響板形變化的因素除了原料和軋輥安裝的因素外，主要 是軋輥的輥型變化，因此，可以這樣認(rèn)為。板形與“輥型”（系指 軋輥輥縫形狀）的基本概念可以是一致的，即有什么樣的“輥型” 就有什么樣的板形。 如前所述，軋輥的彈性彎曲、彈性壓扁、輥溫的變化以及軋輥 的磨損乃是使軋輥輥縫發(fā)生變化的主要因素。其中，軋輥的磨損是 軋制時(shí)間的函數(shù)，它每時(shí)每刻都在改變著正常的輥型，使輥縫產(chǎn)生 不均勻的變化。根據(jù)所用軋輥的材質(zhì)與工作條件不同，軋輥的磨損 （磨損的分布與磨損的速度）有其特定的規(guī)律，一般軋輥磨損與所 軋品種、規(guī)格、軋制計(jì)劃的安排

24、、軋制工藝制度、軋輥材質(zhì)、原始 輥型與軋輥冷卻、潤(rùn)滑條件等密切相關(guān)。通常，軋輥的磨損是很難 隨意加以改變的，而輥溫與軋輥的彈性變形則不然，通過(guò)采取適當(dāng) 的措施是可以人為的隨意加以改變，以達(dá)到控制輥縫形狀的目的。 1.41.4 控制板形的手段控制板形的手段 板形控制要求有可靠的信息，這些信息要靠操作工人的實(shí)際經(jīng) 驗(yàn)或板形檢測(cè)儀提供。故板形檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)板形控制的重要前提之一。 在冷軋帶鋼生產(chǎn)中，板形檢測(cè)以前是通過(guò)操作者的目測(cè)和經(jīng)驗(yàn) 酌情判斷板形好壞，有時(shí)操作者為掌握板形，用手去按壓機(jī)架間繃 緊的帶鋼，根據(jù)各部分的松弛程度來(lái)判斷板形的好壞，然后以人為 方式操縱彎輥裝置或調(diào)整軋輥凸度以及調(diào)整壓下量等來(lái)實(shí)

25、現(xiàn)的。板 形的好壞都依賴操作者的熟練程度。用上述方法檢測(cè)，顯然是誤差 大，只能對(duì)軋制過(guò)程中板形作粗略的估計(jì)，并且不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)檢測(cè)。 為了精密的進(jìn)行板形控制，現(xiàn)代化的冷軋機(jī)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中板形 的變化、控制是依靠板形檢測(cè)儀來(lái)測(cè)定的。通常，在不帶張力軋制 的情況下，板形不良（例如出現(xiàn)浪形）可以在帶鋼表面上看出來(lái)， 在帶張力特別是在大張力的條件下，帶鋼在軋制過(guò)程中看起來(lái)似乎 是很平直的部分，在張力消失后往往會(huì)出現(xiàn)浪形，因此，人們根據(jù) 板形缺陷產(chǎn)生的主要來(lái)源是沿帶鋼寬度上各處的不均勻延伸的原理， 研制出各種各樣的板形檢測(cè)儀。板形檢測(cè)儀主要有接觸式和非接觸 式兩大類。 最早板形控制的方法是在軋輥上磨削一定弧

26、度的原始凸度，或 者用沿寬度不均勻冷卻或潤(rùn)滑軋輥的方法來(lái)調(diào)整板形。隨著軋制技 術(shù)的發(fā)展，逐漸研制出許多板形控制方法。例如：彎曲軋輥裝置、 vc 可變凸度軋輥、hc 軋機(jī)或階梯狀支撐輥、cvc 軋機(jī)和 upc 軋機(jī)、 交叉軋輥技術(shù)（如 pc 軋機(jī)）、水平彎曲軋輥（如 ffc 軋機(jī)）和上述 技術(shù)的綜合應(yīng)用。 目前，在冷軋生產(chǎn)中普遍采用的板形控制方法有： “調(diào)溫控制法”。 即采用合理控制輥溫的輥型調(diào)整方法。如在輥身長(zhǎng)度方向用改 變各段冷卻液數(shù)量的方法來(lái)調(diào)整輥溫，便可改變軋輥的凸度，從而 也就改變了軋輥的實(shí)際凸度，以達(dá)到調(diào)節(jié)輥縫的目的。此方法的優(yōu) 點(diǎn)是采用的設(shè)備和控制方法都很簡(jiǎn)單，但它的調(diào)整不能令人滿

27、意， 因?yàn)槭管堓伬鋮s需要較長(zhǎng)的時(shí)間，并且不是經(jīng)常能夠保證熱凸度的 對(duì)稱性和穩(wěn)定性，所以不能滿足高速軋制的要求。 改變壓下規(guī)程。 即采用改變軋制壓力，以改變軋輥的實(shí)際撓度的方法。如帶鋼 產(chǎn)生對(duì)稱邊浪，通過(guò)減小壓下量以減小軋輥本身的撓度就可緩和或 消除此缺陷。但這種方法很難進(jìn)行精密的調(diào)節(jié)，用改變產(chǎn)品規(guī)格和 減小壓下量來(lái)滿足板形的要求，會(huì)使生產(chǎn)增加許多麻煩，如會(huì)導(dǎo)致 軋制道次的增加，降低生產(chǎn)率。 調(diào)節(jié)張力。 因張力是影響板形的一個(gè)重要因素，后張力有減小軋制力的作 用（壓力大小對(duì)輥型有影響），前張力有明顯改善板形的作用。但 張力調(diào)節(jié)法其調(diào)節(jié)范圍有限。 采用潤(rùn)滑油（劑）。 即采用潤(rùn)滑油（劑）以減小摩擦系

28、數(shù)的方法來(lái)達(dá)到調(diào)整軋制壓 力的目的。這種方法其調(diào)整范圍同樣有限且不經(jīng)濟(jì)。 采用高性能軋輥凸度控制軋機(jī)如 hc 軋機(jī)、cvc 軋機(jī)等。 采用液壓彎輥裝置。 目的是為了能調(diào)節(jié)軋輥撓度。當(dāng)采用這種方法時(shí)，軋輥（工作 輥或支撐輥）兩端受一附加的彎曲力作用，可以加大或減小軋輥在 軋制過(guò)程中所產(chǎn)生的撓度，使軋輥實(shí)際撓度自動(dòng)或人為的保持在最 佳數(shù)值上。液壓彎輥的突出優(yōu)點(diǎn)是快速、準(zhǔn)確且調(diào)整幅度大，能滿 足高速度、高精度軋制的要求，實(shí)現(xiàn)板形自動(dòng)控制。采用液壓彎輥 裝置能使一種輥型適應(yīng)多種規(guī)格的生產(chǎn)，便于磨輥，減少了換輥次 數(shù)，提高了作業(yè)率。此方法的不足之處是彎輥力使軋輥軸承本身增 加了附加負(fù)荷，因而影響了軋機(jī)能

29、力的充分發(fā)揮。 綜上所述，對(duì)板形的調(diào)節(jié)和控制有許多方法。在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì) 板形的控制必須根據(jù)軋機(jī)裝備情況，依據(jù)軋制時(shí)各種因素對(duì)板形的 影響程度來(lái)制定相關(guān)工藝方案。由于軋輥的磨損對(duì)板形的影響，是 軋制時(shí)間的函數(shù)，它每時(shí)每刻在改變著正常的輥型，使輥縫產(chǎn)生不 均勻的變化。鑒于對(duì)某一特定的軋機(jī)來(lái)說(shuō)，軋輥材質(zhì)、軋輥冷卻、 潤(rùn)滑條件一般是變化不大，需要我們?cè)谌粘Ｉ罟ぷ髦姓J(rèn)真探索， 掌握所軋品種、規(guī)格及軋制工藝制度與軋輥磨損之間的規(guī)律，巧妙 的利用磨削原始輥型的施以合適的冷卻、潤(rùn)滑方式，來(lái)達(dá)到控制板 形的目的。 21450 冷連軋控制系統(tǒng)中的板形控制系統(tǒng) 2.1 系統(tǒng)總覽系統(tǒng)總覽 板形是冷軋帶鋼最重要的質(zhì)量

30、因素之一，也是軋機(jī)控制過(guò)程中 的重要工藝參數(shù)。板形不好的帶鋼會(huì)引起張力的不均勻分布。在冷 軋帶鋼的軋制過(guò)程中，需要一個(gè)板形測(cè)量和控制系統(tǒng)。鞍鋼 1450 冷 連軋生產(chǎn)線采用了 achenbach 的 bfi 接觸式板形儀，它通過(guò)測(cè) 量帶鋼寬度方向的張力分布來(lái)測(cè)量板形，使用 simatic-tdc 運(yùn)行 板形控制程序計(jì)算并調(diào)整第 5 機(jī)架軋機(jī)的斜傾、彎輥、串輥及分段 冷卻來(lái)獲得最佳板形。 下面的總覽圖中顯示了板形控制系統(tǒng)是如何集成到自動(dòng)控制系 統(tǒng)中的。 e es sc cf f1 1f f2 2f f3 3f f4 4f f5 5f f6 6f f7 7f f8 8f f9 9f f1 10 0

31、f f1 11 1f f1 12 2 ! ! 1 1 2 2 $ $ 4 4 % 5 5 6 6 ; . . ? ? / / t ta ab b s sh hi i f f t t c c t t r r l la al l t t c c a ap ps s l lo oc ck k a al l t tc c t t r r l l s sh hi i f f t t e en nt t e er r b ba ac ck k s sp pa ac ce e i i n n s s e e r r t th h o o mme ep p a a g g e e u u p p d d e

32、e l le e t t e ee e n n d dp p a a g g e e d d o o w w n n | | 7 78 89 9 4 45 56 6 1 12 23 3 0 0. . n n u u mm l l o o c c k k h h o o mme ep p g g u u p p e e n n d dp p g g d d n n i i n n s sd d e e l l e e n n t t e e r r / /* * + + p p r r i i n n t t s s c c r r e e e e n n s s c c r r o o l l

33、l l l l o o c c k k p p a a u u s s e e s s c c r r o o l ll l l l o o c c k k c c a a p p s s l l o o c c k k n n u u mm l l o o c c k k simatic-tdc flatness system pcm-unit fe bus tcp/ip bus measuring roll uebersicht_e.dsf 16.05.2000 wincc-server engineering station wincc electrical room wincc con

34、trol pulpit hmi bus (tcp/ip) gdm simatic-tdc other automation profibus dp cooling valves 在該生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中，pcm 單元和 simatic-tdc 框架都集 中在一個(gè)控制柜中擺放于控制室內(nèi)，用于顯示板形的 wincc 站同樣 擺放在控制室內(nèi)，分段冷卻控制閥直接通過(guò) profibus 總線連接到板 形控制系統(tǒng)中。其余的自動(dòng)控制系統(tǒng)和板形控制系統(tǒng)通過(guò) gdm（global data memory）連接。wincc 服務(wù)器和板形控制系統(tǒng) 通過(guò)快速以太網(wǎng)，交換數(shù)據(jù)，wincc 服務(wù)器使板形數(shù)據(jù)可以顯示在 控制室

35、或者控制臺(tái)的 wincc 客戶端上。 2.2 基本測(cè)量原理基本測(cè)量原理 當(dāng)帶鋼以一定的包角從板形測(cè)量輥上通過(guò)時(shí)，由于受到張力的 作用，帶鋼對(duì)輥體施加了一個(gè)徑向力。徑向力由輥體上的多個(gè)壓力 傳感測(cè)量，如果各測(cè)量段上的徑向力相同，說(shuō)明板形是好的；如果 各測(cè)量段上徑向力不同，就說(shuō)明板形出現(xiàn)偏差。 ftension = 帶鋼上總的張應(yīng)力 ft = 每個(gè)測(cè)量區(qū)域的帶鋼張應(yīng)力 fr = 徑向壓力 每個(gè)測(cè)量段上的徑向力由各個(gè)壓力傳感器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，電信 號(hào)經(jīng)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后，送至板形控制程序進(jìn)行處理，最終輸出與 板形相關(guān)的信息。 2.3 板形測(cè)量設(shè)備板形測(cè)量設(shè)備 2.3.1 bfi 測(cè)量輥測(cè)量輥 bfi 板

36、形測(cè)量輥是一個(gè)擁有軸向空腔的整體輥，在空腔中每個(gè) 通道通過(guò)編碼器連接電纜連接到各個(gè)壓電式編碼傳感器來(lái)接收壓力 測(cè)量值。壓電式傳感編碼器在軸向方向上以一個(gè)預(yù)定的分布方式分 布在輥的圓周上。每一個(gè)壓電式編碼傳感器被安裝在輥表面的一個(gè) 由圓形密封插頭密封的鉆孔里。圓形密封插頭通過(guò)一個(gè)特殊的張力 螺絲給壓電式編碼傳感器建立了一個(gè)必要的預(yù)拉伸。這個(gè)操作保證 了該壓電式編碼傳感器運(yùn)行在一個(gè)線性區(qū)域。 在一個(gè)測(cè)量通道上最多可以連接 8 個(gè)該壓電式編碼傳感器和一 個(gè)電荷放大器，這 8 個(gè)傳感器是分布在輥身圓周上的各個(gè)角度上的， 不能有同一個(gè)角度的傳感器接到同一個(gè)通道上。電荷由帶鋼張力的 徑向分量產(chǎn)生，所以測(cè)量

37、值是和帶鋼張力成比例的，而測(cè)量值所處 的位置是由 pcm 編碼單元決定的。測(cè)量值的位置和輥的角度的關(guān)系 由一個(gè)增量型脈沖編碼器來(lái)測(cè)量測(cè)量值以對(duì)應(yīng)的角度間隔所對(duì)應(yīng)的 時(shí)間間隔到達(dá)電荷放大器。pcm 編碼單元對(duì)測(cè)量值進(jìn)行線性修正和 正弦修正。被動(dòng)單元（虛擬單元）可以因?yàn)闇y(cè)量元件或技術(shù)原因插 入到相應(yīng)的區(qū)域，同時(shí)每個(gè)測(cè)量區(qū)域可以由不同的寬度，標(biāo)準(zhǔn)的尺 寸為 52 和 26 毫米，不同的區(qū)域?qū)挾劝惭b在板形測(cè)量輥上的目的是 為了提高帶鋼邊部區(qū)域的測(cè)量精度。 電荷放大器出來(lái)的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè) pcm 編碼單元進(jìn)行數(shù)字化 并且傳輸?shù)桨逍屋伾系囊粋€(gè)固定的接口卡上，然后被串行傳輸?shù)?pcm 解碼單元上。pcm

38、解碼單元在測(cè)量輥每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈以后轉(zhuǎn)換測(cè) 量值使其可以被 tdc 中板形測(cè)量值處理單元所使用。 上圖反映了從壓力傳感器出來(lái)的信號(hào)如何一步一步處理直至在 主控面板上顯示測(cè)量值的一個(gè)過(guò)程。電荷放大器、多路復(fù)用、a/d 轉(zhuǎn)化器、pcm 編碼器、位置編碼器都安裝在板形測(cè)量輥內(nèi)部。 板形測(cè)量輥數(shù)據(jù)： 測(cè)量寬度：1404 毫米 測(cè)量區(qū)域數(shù)量：17/10/17 區(qū)域?qū)挾龋?6/52/26 毫米 測(cè)量輥直徑：313 毫米 2.3.2 pcm 解碼單元解碼單元 一個(gè)特殊的 pcm 解碼和測(cè)量值預(yù)處理單元用來(lái)對(duì)從板形輥上的 pcm 編碼單元傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行譯碼。這個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)集中包括有 效的測(cè)量值和無(wú)效的測(cè)量值（沒(méi)有

39、被帶鋼覆蓋的區(qū)域），線性修正 和正弦修正的系數(shù)就通過(guò)無(wú)效單元的值來(lái)求得。這樣，從測(cè)量通道 得到的原始數(shù)據(jù)就可以得到修正。當(dāng)測(cè)量輥每轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，pcm 解 碼單元就會(huì)對(duì)測(cè)量值進(jìn)行一些處理，并通過(guò) tcp/ip 報(bào)文提供給 tdc 測(cè)量值處理進(jìn)程使用，包括每個(gè)區(qū)域的徑向壓力和一些其他的 值。 2.4 2.5 2.6 實(shí)現(xiàn)、接口與通訊方式實(shí)現(xiàn)、接口與通訊方式測(cè)量值處理和板形控制使用一個(gè)單獨(dú) simatic tdc 的 cpu 來(lái)實(shí)現(xiàn)，它插在 5 機(jī)架 tdc 框架中，軟 件系統(tǒng)采用 step 7 和 d7-sys，編程語(yǔ)言使用 cfc。顯示系統(tǒng) 采用 simatic wincc，分段冷卻控制閥通過(guò)

40、profibus dp 接口 連接。 下圖顯示了板形控制功能和其他自動(dòng)控制功能數(shù)據(jù)交換的接口。 flatness control flc hmi human machine interface material tracking mtr parameter storage and handling psh id: - mat-id - position - length setup data handling sdh actual data handling adh line coordinator lco id: - actual values - setpoint values - sta

41、tus signals id: - setpoint values id: - control signals id: - status signals id: - actual values - status signals wedge control wdg id: - actual values - status signals master ramp generator mrg id: - delta setpoint values - status signals id: - actual values - setpoint values - status signals roll

42、bending system rbs modell server mos id: - delta setpoint values - status signals id: - actual values - setpoint values - status signals screw down system sds id: - delta setpoint values - status signals id: - actual values - setpoint values - status signals roll shifting system rss emulsion system

43、emu id: - control signals - cooling flows id: - status signals id: - status signals id: - control signals - simulation value simulation logic sil 在程序中主要使用了 3 種重要的通訊手段： （1）tcp/ip 報(bào)文通訊方式 tcp/ip 報(bào)文通訊方式由位于 tdc 框架中的 cp5100 子模 塊實(shí)現(xiàn)，主要包括 tdc pcm 解碼單元、tdc hmi（wincc 服務(wù)器）、tdc simatic s7 的 emu（乳 化液）功能模塊。 （2）pro

44、fibus dp 連接 主要包括 tdc 冷卻控制柜、 tdc 控制臺(tái)功能。 （3）內(nèi)部 tdc 通訊通過(guò) gdm（共享數(shù)據(jù)內(nèi)存） 主要包括和自動(dòng)控制功能中的其他功能模塊的通訊： adh 實(shí)際值處理、lco 線協(xié)調(diào)、mrg 主令斜坡發(fā)生器、 mtr 物料跟蹤、rbs 彎輥系統(tǒng)、rss 串輥系統(tǒng)、sdh 設(shè)定 值處理、sds 壓下系統(tǒng)、thc 厚度控制系統(tǒng)、wdg 楔形控 制。 2.7 測(cè)量值處理測(cè)量值處理 在程序中測(cè)量值處理有兩種處理模式：軋制模式和標(biāo)定模式。 2.7.1 測(cè)量值處理（軋制模式）測(cè)量值處理（軋制模式） 當(dāng)板形輥每轉(zhuǎn)動(dòng)一周以后，一個(gè)完整的數(shù)據(jù)集將通過(guò) tcp/ip 報(bào) 文的方式從

45、 pcm 解碼單元傳輸給 tdc 中運(yùn)行的測(cè)量值處理進(jìn)程。 當(dāng)主控打開(kāi)板形測(cè)量的開(kāi)關(guān)時(shí)，該數(shù)據(jù)將被讀入進(jìn)行進(jìn)一步處理提 供給軋制模式。該數(shù)據(jù)集中包括用來(lái)進(jìn)一步處理的每個(gè)測(cè)量段的徑 向壓力值和用于診斷目的的而選擇的通道的 360 相位數(shù)據(jù)（可以顯 示測(cè)量波形）。 測(cè)量值處理過(guò)程將使用靜態(tài)標(biāo)定得到的標(biāo)定因子對(duì)測(cè)量值進(jìn)行 修正。同時(shí)將根據(jù)帶鋼寬度、帶鋼偏移、板形輥安裝所形成的幾何 位置偏差、測(cè)量段的寬度、測(cè)量元件的直徑等因素計(jì)算帶鋼邊部區(qū) 域的測(cè)量段上的壓電式傳感器的覆蓋率，用以對(duì)操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)第 一個(gè)覆蓋的測(cè)量段所測(cè)回來(lái)的值進(jìn)行修正。為了能夠準(zhǔn)確的控制板 形效果，經(jīng)過(guò)修正的每個(gè)測(cè)量段的實(shí)際徑向壓力

46、 f(i)將被轉(zhuǎn)化成對(duì) 應(yīng)測(cè)量段的帶鋼張力，平均值由下式求出：( ) i ) 1( )( zbszas i zas zbsi m m: 所有測(cè)量段的帶鋼張力平均值 ( ) i : 各測(cè)量段的帶鋼張力值 zbs: 操作側(cè)第一個(gè)有效覆蓋的測(cè)量段編號(hào) zas: 傳動(dòng)側(cè)第一個(gè)有效覆蓋的測(cè)量段編號(hào) 所有的控制都是根據(jù)測(cè)量值和其平均值的偏差來(lái)進(jìn)行的。如果 這個(gè)偏差被消除，那么整個(gè)帶鋼在板寬方向的延伸率也就一致了， 所以板形控制的實(shí)質(zhì)就是對(duì)帶鋼板寬方向上各區(qū)域張力分布的補(bǔ)償。 其偏差由下式計(jì)算： a fi i z m m * )( )( ( ) i :各測(cè)量段張力偏差 zf :帶鋼張力 a:帶鋼橫斷面面積 根據(jù)帶鋼張力和延伸率的關(guān)系公式，測(cè)量值處理過(guò)程最終獲得 了延伸率的偏差值。)(il em：彈性模數(shù) me i l il)()( 2.7.2 測(cè)量值處理（標(biāo)定模式）測(cè)量值處理（標(biāo)定模式） 當(dāng)一個(gè)新的測(cè)量輥被安裝以后，我們需要對(duì)它進(jìn)行標(biāo)定，目的 是為了提高測(cè)量精度。標(biāo)定時(shí)需要一個(gè)靜態(tài)標(biāo)定設(shè)備安裝在板形測(cè) 量輥上。在標(biāo)定過(guò)程中，板形輥是靜止不動(dòng)的。我們對(duì)每一個(gè)測(cè)量 區(qū)域段上的壓電式傳感器施加一個(gè)相同的壓力（47.8 牛頓，該壓力 由靜態(tài)標(biāo)定設(shè)備提供），測(cè)量回來(lái)的值各不相同，表明每個(gè)傳感器 都有他自己的特性曲線，我們將