ABB板形仪在安钢1550冷轧机上的应用

侯玉伟

摘 要：在冷轧带钢的生产过程中，随着冷轧板材在各个领域的应用和技术的发展，对冷轧带钢的板形质量提出了更高的要求。板形控制成为带钢轧制过程中非常重要的环节。本文主要介绍了ABB板形仪板形辊的结构，板形测量，主要调节方法及使用与维护中的注意事项。

关键词：板形；板形辊；测量；调节

中图分类号：TG334.9 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）16-0065-03

Application of ABB Plate in Cold Rolling Mill of

Angang 1550 Cold Rolling Mill

HOU Yuwei

Absrtact： In the process of cold rolling strip production， with the development of the application and technology of the cold rolled sheet in various fields， the quality of the strip shape of the cold rolled strip is higher. Strip shape control plays an important role in strip rolling process. This paper mainly introduced the structure， flatness measurement， main adjustment methods and matters needing attention in the use and maintenance of the flatness roller of ABB flatness instrument.

Keywords： shape of strip；shape roll；measure；regulate

近年来，随着社会的发展和科学技术的进步，用户对高质量、高附加值和高技术难度的冷轧带钢产品的需求量显著增加，对钢铁产品质量、品种和性能方面的要求也越来越高。对冷轧板来说，其性能、质量及精度要求主要包括厚度精度、板形精度、成形性能及表面质量等。安钢冷轧1 550mm酸轧生产线采用的是瑞典ABB公司的板形仪控制系统，该套板形仪在板形控制方面有着自己的独特之处。通过TMEIC公司设计的人机操作画面（见图1），能更准确、直观地显示出实际板形的情况。该画面具有操作简单、直观清楚等特点。本文详细介绍ABB板形仪在安钢冷轧1 550mm酸轧生产线上的应用。

1 板形

板形是指板带材的平直度，是指浪形、瓢曲或旁弯的有无及程度而言[1]。板带横向厚度是指沿宽度方向的厚度差，其决定了板带材轧后的断面形状，或轧制时的实际辊缝形状，一般用板带中央与边部厚度之差的绝对值或相对值来表示，因而是一种借助厚度测定即可得到的具体指标。横向厚度差决定于板带材轧后的断面形状，一般用板带中央与边部厚度之差的绝对值或相对值来表示。板带材的横向厚度差决定了钢板的断面形状，钢板的断面形状也称钢板凸度，也是板带材的平直度，板形是板带材平直度的简称。因此，在生产过程中，我们要用精密的仪器实时测量钢带的板形变化，并将其反馈给轧机控制系统，调节消除各因数的影响。

2 板形仪的组成和测量原理

2.1 ABB板形仪控制系统的结构

ABB板形仪控制系统主要包括板形辊、信号传输单元（STU）、励磁单元、电气控制柜和空气加湿单元等几个主要部分。本文主要介绍1550酸轧线采用ABB板形仪进行钢带板形的检测测量部分。首先明确一点，板形仪是通过压磁原理，即通过板带对辊的压力导致传感器内磁场切割二次侧线圈，从而产生电压来测量的。

2.1.1 STU单元（Signal Transmission Unit）。STU单元即信号传输单元。安钢冷轧所采用的板形辊为实心钢棍，分45个测量区，为混合型，即中部测量区的宽度为52mm，两侧测量区的宽度为26mm。每个区有4个传感器，沿截面正交分布，其之间是串联关系，信号采集侧碳刷式传输信号到STU信号模块，最终把信号传递到板形仪中央控制柜（见图1）。

2.1.2 励磁单元。励磁单元是采用三个碳刷供电（根据现场实际使用和维护经验来看，碳刷比较容易损坏），并在一次侧产生磁场，通过卷取机设定张力，那么板带就会对测量辊产生压力，致使传感器发生形变，在形变过程中切割了二次侧线圈从而产生电压，该电压值是通过模块的A/D转换功能来进行测量的，原理图如图2所示。

2.2 测量辊的检测原理

通过测量辊各个测量区测出带钢张力作用在板形测量辊测量区上的径向力与设定的带钢平均张力比较，可反映出带钢的平直度。良好的带钢平直度必须具有相同的轧制延伸。而一般情况下，在横向上很难达到全部相同的延伸，延伸差越大，则平直度越差。虽然在轧制时，带钢承受相当大的张力，而用肉眼看带钢是平直的，但实质上，带钢沿横向的應力分布不均，一旦带钢张力减少或消失，带钢即出现浪形或瓢曲（可以把带钢看做一个一个单条组成）。带钢设定的平均应力为：

[σo=T/Bh=ELs-LO/Lo] （1）

单条带钢应力为：

[σi=ELs-Li/Li] （2）

单条带钢应力差为：

[Δσi=σi-σO=-ELi-LO/LO] （3）

其中，[Li]为带钢沿宽度方向被分成单条后的长度，[Ls]为拉直（也可看做带张）后的长度；T为带钢给定的卷取总张力；[LO]为带钢的额定长度；B为带钢宽度；h为带钢厚度；E为弹性模量。测量辊测出的应力结果与相应的测量区应力分布图（也可换算出延伸率）可显示在显示屏上。

3 测量系统组成及各部分的作用

安钢1550冷轧机组采用的ABB板形测量系统为FSA System7.0，主要包括板形測量辊、基本测量系统、板形控制系统、工程师站（Web服务器）、操作员站及辅助设备，其基本组成如图3所示。

板形测量辊每个测量区有4个传感器，在测量辊转动一周的过程中，连续测量带材作用于这个测量区上面的径向压力。通过测量辊内的信号转换单元（STU）将每个区测得的力信号传送至信号处理单元。测量辊有一个钢质的内核，带有4个轴向的凹槽，凹槽里面的磁力-弹性形变传感器受到保护。辊子被划分成26mm或52mm宽的测量区域，每个区域带有4个传感器。传感器是在ABB湿纸幅压力测定仪原理的基础上发展起来的，其构造类似于一个变压器，内核包含有一定量的平板，由一大片金属板冲压得到，带有适当的磁性。在机械加载情况下，主线圈和二级线圈间的磁耦合会发生改变，输出电压改变的结果是对应用力的测量。所有主侧的传感器都是串联的。在次级侧，4个传感器串联在一起形成一个测量区域，反向成对连接有利于张力改变的寄存，且将温度变化和离心力对输出信号的影响减小到可以忽略的水平。基本测量系统从测量辊的每一个测量区得到每个区受到的径向压力，根据带材宽度不同，所覆盖测量辊的测量区大小也不同，通过数字矩阵信号处理器对每个区的测量数据进行实时处理。板形控制系统机根据带材实际位置等其他生产条件对基本测量系统得到的数据进行实时处理，输出平直度矢量矩阵，从而得到板带的横向板形轮廓描述曲线。通过TCP/IP通信协议将这个阵列曲线输入工程师站和操作站的人机界面，形象地显示出当前在线带材的板形描述曲线。板形仪控制板形的原理是板形仪检测出板形缺陷，由过程计算机运算将需要调整的量发送给ABB的辊缝控制系统，辊缝控制系统调整出需要的辊型，调整的对象有工作辊弯辊、中间辊弯辊、基本冷却、点喷、轴向抽动、倾斜和热边喷等。

4 板形闭环控制方式

4.1 工作辊的弯辊控制

通过调整工作辊的正负弯来改变工作辊的挠度，以达到消除带钢中间浪和两边浪缺陷的目的。

在ABB控制系统中，还把与带材厚度、宽度和材质有关的适应系数纳入控制计算内。通过对这三个适应系数的优化调整使弯辊调节量输出接近理想状态，调节效果达到最优化。

4.2 支撑辊倾斜压下控制

控制支撑辊单侧压下的摆动，实际上就是为了消除或减小边浪而进行支撑辊单侧液压压下量的调整。在系统控制程序中，要考虑与带钢规格和材质等有关的适应系数的调整。

4.3 乳化液冷却喷射控制

板形测量辊所测得的板形偏差减去支撑辊倾斜、弯辊压下所能消除的偏差后，得到板形剩余偏差，再由乳化液喷射工作辊进行冷却，消除误差。计算机按程序设定的采样周期取用剩余偏差，并确定与之对应区域的冷却喷嘴的开、关状态。

4.4 目标曲线的设定

在板形闭环控制系统中，一项重要的工作是制定板形目标曲线。板形目标曲线是指板形控制系统调节带钢板形应达到的目标。板形控制系统一般只是给出几条典型的目标曲线，不一定适用于实际生产要求。到了现场，必须根据本身的原料质量状况、轧制工艺条件、轧制规格进行大量的有针对性的生产试验，不断修改，不断优化，这样才能确定一系列适用于不同材质、不同轧制规格和工艺要求的板形目标曲线。

5 板形辊的正确维护

5.1 板形辊轴承润滑

板形辊轴承用油气润滑，检修人员要定期进行轴承检查，对板形辊做转动惯量测试，防止由于润滑不好、机械卡阻导致带材在辊表面打滑而引起带材表面擦划伤导致质量事故。

5.2 励磁单元（STU）维护

STU单元的冷却冷空气和湿空气压力、流量正常，湿空气用于防止静电产生，冷空气保持内部清洁。冷却空气100L/min，湿空气流量3L/min，空气中含的微粒子小于0.1μm、油含量小于0.01mg/L，压力需保持在3bar。

5.3 研磨与校正

板形辊长期使用后，辊的表面易疲劳损坏，因此要根据实际情况进行研磨或车削。此外，为了保证板形辊的正常使用，要对其进行校正测试。

6 结语

应用于安钢1 550mm冷轧机的ABB板形控制系统是十分成功的，轧出的带材具有良好的平直度，成材率高，取得了较好的经济效益。安钢冷轧机自2014年投产之今，ABB板形仪工作性能稳定，检测精度高；不受板带材质的影响，能适应比较恶劣的工作环境，故障率低；维护简单方便，维修成本低。本文的研究对今后技术改造、国产化研究和设备引进具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]林振波，连家创.ABB板形测量和控制系统及板形标准曲线[J].轧钢，1994（4）：20-24.