2800mm中厚板轧机液压AGC系统改造

王跃民

(安阳钢铁股份有限公司)

2800mm中厚板轧机液压AGC系统改造

王跃民

(安阳钢铁股份有限公司)

针对2800mm中厚板轧机液压AGC系统存在的问题进行了分析。从液压、机械、控制和操作等方面入手，对工艺自动化和伺服缸机械结构进行了改造，实现了系统升级，满足了生产要求。

中厚板 轧机 液压AGC 改造

0 概况

液压AGC就是借助于轧机的液压系统，通过液压伺服阀调节液压缸的油量和压力来控制轧辊的位置，对带钢进行厚度自动控制的系统［1］。液压AGC系统具有轧制压力大、控制精度高、响应速度快、过载保护简单可靠的显著特点，已成为现代化轧机装机水平的重要标志［2］。通过基础自动化和过程计算机控制，实现了快速、精准的辊缝控制技术，满足了现代化生产工艺要求。安钢2800mm中厚板轧机液压AGC系统是90年代初期设备，主要由486计算机、STD总线﹑液压站﹑J079－159型电液伺服阀﹑检测仪表等部分组成。

1 存在的问题及分析

安钢2800mm生产线由单机架改造为双机架四辊轧机，产能由42万t/年提高到125万t/年;品种由Q235为主的普碳板转变到低合金系列的16MnQ、16MnR和船板等高强度板;板坯单重由2.5 t上升到7 t;随着产能的提高、生产节奏的加快以及轧制强度不断上升，液压AGC系统越来越不能满足生产要求，存在问题主要包括:伺服油缸开裂、液压系统故障频繁和控制精度低几方面。

1.1 伺服油缸开裂

伺服油缸先后两次出现底部开裂等较大设备故障，致使轧机液压AGC系统停用时间累计达到4个月以上，给生产组织造成很大影响。分析其原因主要包括:一是支撑辊轴承座与牌坊存在2.5mm左右间隙，而牌坊与伺服油缸间的间隙最小才1mm(现场实测)。由于间隙过小，造成轧钢时本应支撑辊轴承座承受的冲击力，由伺服油缸承受附加外力，进而造成缸底开裂。这一情况，从防转块固定螺栓多次断裂可以说明。二是各主要配合尺寸间隙不合理，造成在使用时伺服油缸局部应力过于集中而产生开裂。

1.2 伺服阀块设计繁琐，故障率高

伺服阀块采用二缸四阀配置，属90年代初期水平，理论上可实现A－C、B－D和A－B－C－D三种控制方式，实际应用中只能实现前两种，第三种由于稳定性太差，很少在轧钢生产中应用。生产中，由于结构繁琐，控制复杂，故障率非常高，不利于快速的故障判断和处理，检修、维护难度大等不利因素。

1.3 控制系统精度低

控制系统由486计算机、模拟量检测仪表和STD总线等组成。486计算机运算速度慢，经常出现死机。系统仅能实现部分1级基础自动化功能(仅厚度补偿)，对于宽度超过2200mm、厚度小于12mm的品种板来说，不能满足在4200 t～4800 t之间轧制要求，控制精度很差(当钢坯温度较好时精度可达±0.15mm，钢坯温度差时精度降到±0.35mm)。主要体现在以下两方面:

1)控制方式以电动APC+手动压下+液压AGC微调为主，主要问题包括:电动压下的涡轮蜗杆存在间隙，影响产品精度;电磁离合器容易打滑，使轧辊两侧辊缝出现偏差;人工操作压下厚度，精度低，随意性大;液压AGC工作行程过小，不能满足成品道次的全液压轧制，仅能起到道次间的微调补偿作用。

2)头部沉入现象严重。在生产中发现，产品距离头、尾约100mm～300mm处同板差普遍较大，甚至超平均值0.3mm。为解决难题，按以下方案采集数据:轧件咬入后，每16 ms分别从TDC采样轧制力、压下丝杠MTS值、油柱MTS值以及总辊缝值，共采样320 ms，并记录相应项目咬钢前的稳定值。在手动状态和自动状态，以轧制20mm厚的Q345轧件为例，所得数据绘图如图1、图2所示。

图1 手动状态轧件头部辊缝

图2 自动状态轧件头部辊缝

由以上图1、图2可以看出，在轧件咬入时，轧制力的阶跃对轧机系统是个冲击，造成的影响是辊缝暂时偏离设定值，液压AGC的辊缝闭环调节需要一定响应时间才能把辊缝恢复到设定值，造成咬钢初期产品头部偏厚，影响相对AGC锁定值的准确度，使得AGC补偿不能及时投入，必须等到辊缝回到预摆位置才能投入，对产品的同板厚差和异板厚差都产生较大影响。

2 系统改造

液压AGC改造首先考虑两台轧机间的坯料厚度和轧制节奏衔接问题。粗轧机是交流电机，轧制能力强，轧制速度快;精轧机是直流电机，成品道次多，轧制速度慢等特点。依据精轧机和粗轧机不同的轧制规程计算，确认粗轧机成品厚度应控制在40mm～50mm之间，生产节奏比较合理。另外，通过轧机牌坊的刚度测试和压靠程序，消除高轧制力的轧辊变形。

2.1 优化设计伺服油缸

2.1.1 伺服油缸设计参数设定

伺服油缸连接方式与轧机压下的蜗轮蜗杆紧密相关，而外形尺寸直接受轧机牌坊的窗口限制，因此，本次改造在保持原有连接方式和外形尺寸不变的前提下，针对伺服油缸进行重新设计。依据轧机装配图计算后得出，改造后伺服油缸工作行程不能大于80mm，确保正常的平衡块更换、伺服油缸更换和前后机架辊更换。经计算得出:伺服油缸内径由Φ1400mm改进为Φ1200mm，活塞杆直径由Φ1200mm改进为Φ1100mm，最大工作行程由20mm改进为80mm，改造后伺服油缸参数为Φ1200mm×Φ1100mm×80mm。

2.1.2 调整伺服油缸配合间隙

在缸体、止推轴承和压下螺丝三者之间参考国内同类机组间隙数据进行设计(如图3所示)，间隙参数见表1。

图3 间隙示意图

2.1.3 增加伺服油缸抗压强度

经计算，伺服油缸缸底厚度增加+50mm，缸璧增加+50mm(相当于油缸内径减小100mm)。

表1 间隙参数

2.2 优化设计液压阀块

阀块优化设计采用二缸二阀配置，依据三位四通特性，将南、北阀块上的A、B工作油口，分别对应轧机操作侧伺服油缸和传动侧伺服油缸。这样，对于同一个伺服阀而言，在操作侧安装的伺服阀是A口工作，而传动侧安装的伺服阀是B口工作，具体原理如图4所示。

图4 阀块原理

伺服阀在使用一定时间后可进行换位工作，极大延长了伺服阀使用寿命。对于同一型号的两个伺服阀，机械“零位”和工作状态时的“零位”由电气信号保证。

2.3 优化控制系统

轧机压下控制系统的功能是在指定时刻，通过电动压下和液压压下将辊缝调节到给定的目标值上，使调节后的辊缝实际值与目标值之差保持在允许的误差范围内，主要包括空载的预摆辊缝和带载的辊缝快速调整。电动APC和液压AGC的基本控制原理如图5所示。

图5 电动APC和液压AGC控制原理

1)优化电液联摆方式。直接采用电动APC和液压AGC联合控制方式为主控制模式，突出实现了电动APC的“快”和液压AGC的“准”两大优点。电液联摆方式有两种:①轧制规程每一道次，先按轧制状态的基本设定油柱为基准给定液压位置，即液压系统不动，电动压下系统按设定的位移－速度曲线快速压下，当电动到位(比如偏差＜0.5mm)后，保持电动辊缝，让液压系统动作以补偿电动死区。②在轧制规程的末两道次，在油柱不超过液压缸有效工作行程范围时，电动不动，全用液压油柱伸缩完成摆辊缝。规程的其余道次液压系统始终在该轧制状态的初始位置保持不动，全部由电动完成辊缝调整。如果超过液压缸有效工作行程，程序将自动切换到上一模式。

从实际运用效果看，方式①和方式②相比，有明显的优势。因为在国内现有中厚板生产中，厚板所占比重较少，末两道次行程和一般都较小(大部分小于12mm)。

方式①也有它独特之处，当液压缸行程很小，而对辊缝准确要求很高时，就可用它。在改造实施过程中，利用原有伺服油缸(有效行程为8mm)，采用方式①进行生产，取得了较好效果。

2)头部沉入的改进措施对整个改造工作至关重要，起到标尺作用。如果头部补偿值过小，起不到相应的补偿作用，如果头部补偿值过大，容易造成超调;如果补偿时间不合理，又容易造成头尾较长范围内的厚度波动。经测试计算，主要包括以下改进:①咬钢延时200ms后，开始计算80ms区间内的两侧辊缝值和轧制力，其均值作为锁定值，咬钢300ms之后投入相对AGC补偿，头部沉入补偿值为0.18mm。②降低进钢速度，做到平稳咬钢。③加强对轧机冷却水的管理，包括挡水板、胶木条的维护。④保证加热质量，使坯料表面加热温度均匀。

3 效果

通过上述改造措施的全面实施，达到了良好效果，主要体现在以下几方面:

1)控制方面，基础自动化使用SIMATIC TDC全数字控制系统;过程控制使用HP等高端服务器，配有轧机操作系统和人机界面(HMI);检测仪表采用MTS数字位置传感器和HYDAC压力传感器;通讯连络使用现场总线、远程I/O和工业以太网，把检测仪表、基础计算机、过程计算机、操作台、人机界面HMI、液压站等有机的连接在一起，完成所有控制功能，整个系统运行速度由10 ms提高到1 ms。

2)液压方面，采用了Rexroth系列恒压变量泵，工作压力由17 MPa提升到25 MPa;采用了HYDAC高精度过滤器，系统清洁度长期保持在NAS163～5级运行，伺服阀寿命由1年延长至3年。

3)操作方面，实现了道次自动下移、电液联摆等;控制方式有手动、半自动、全自动、全液压等;实现了Win CC画面显示和计算机故障检测记录、规程优化和自学习;2000 t自动压靠、红外线温度显示补偿、计算机各道次参数计算、成品道次全液压压下;油缸行程由25mm提高到80mm。

4)产品精度，同板差控制精度达到 ±0.042mm，异板差控制精度达到±0.016mm，系统投用率达到99% 以上，提高产品成材率0.1% 以上。

4 结语

轧制生产正沿着高精度、连续化、高速化、大型化、自动化、信息化和智能化方向迅速发展。通过改造，安钢2800mm中厚板轧机装机水平有了质的飞跃，达到国内先进水平。为新工艺轧制、新品种开发提供了有力的设备和技术保障，在中厚板行业中具有较大的借鉴和推广价值。

［1］郑申白，曾庆亮，李子林.轧制过程自动化基础.北京:冶金工业出版社，2005:35.

［2］杨安，欧阳奇.轧机液压AGC系统建模与仿真.机床与液压，2008(9):243－246.

HYDRAULIC AGC SYSTEM REFORMATION IN2800mm MEDIUM AND HEAVY PLATE MILL

Wang Yuemin
(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

After analyzing the existing problems of hydraulic AGC system in2800mm medium and heavy plate mill，the process automation and servo cylinder mechanical structure were reformed from hydraulic，mechanical，control and operation system，which implemented system upgrade and met production requirements.

medium and heavy plate rolling millhydraulic AGC reformation

2012—4—2