热轧轧机辊缝标定系统优化研究

摘  要：在现代热轧带钢生产中，轧机是生产线中重要轧制设备，轧机精度直接影响着带钢生产的稳定性和成品质量，轧机辊缝标定是保证轧机正常工作的前提。但在实际使用中，轧机标定时会出现不少问题，影响热轧生产线进一步产能释放。本文主要探讨在轧机自动标定的过程中和在轧机辊缝自动标定时，如何对轧机标定进行检测和纠错，准确判断标定失败原因，设立故障保护机制。

关键词：零位标定;轧制力;辊缝计算;热轧

中图分类号：TG334.9;TG333.17     文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）18-0141-03

Abstract：In the production of modern hot-rolled strip，the rolling mill is an important rolling equipment in the production line. The precision of the rolling mill directly affects the stability of the strip production and the quality of the finished product. The rolling mill seam calibration is the prerequisite for ensuring the normal operation of the rolling mill. In actual use，there are many problems in the rolling mill calibration，which affects the further capacity release of the hot rolling production line. This paper mainly discusses the process of automatic calibration of the rolling mill and the automatic calibration of the roll gap of the rolling mill. How to detect and correct the calibration of the rolling mill，accurately determine the cause of the failure of the calibration，and establish a fault protection mechanism.

Keywords：zero calibration;rolling force;roll gap calculation;hot rolling

0  引  言

某钢铁公司1580mm热轧生产线主要由2架粗轧机、7架精轧机和2台卷取机组成。其轧钢控制系统主要分为两级控制，包括一级基础自动化系统和二级过程控制系统。按照轧制生产单元计划模式，为保证产品的表面质量和轧制稳定性，需要定期更换轧机的工作辊和支承辊。更换完工作辊或支撑辊后，根据匹配的辊径数据，轧机需进行自动辊缝标定，当标定完成后，轧机才能具备生产条件[1，2]。自动标定是一个循环流程，根据二级系统下发的辊径数据，进行辊缝的初步计算，如果计算的辊缝和现场实际辊缝出现较大的偏差，会造成标定失败和更严重的设备伤害。

1  辊缝标定理论

轧机标定确定在零辊缝时，通过轧机HGC液压缸位置磁尺的测量位置，以便在生产过程中换算为相应辊缝值下压的相应量，为了消除机架牌坊内部的机械设备和轧辊轴承等带来的弹跳间隙误差，轧机辊缝通过HGC缸压下至工作辊压靠产生1500t轧制力，判断认为此时轧机辊缝为零位，并记录此时HGC液压缸磁尺装置的伸长量，在轧机标定的整个过程中，通过轧机两侧轧制力来调整计算辊缝倾斜的零位[3]。

1.1  轧机机架设备简介

轧机的主要设备包括上下工作辊、上下支持辊、上支持辊平衡装置、上下阶梯板、弯辊控制装置、HGC液压缸和位置传感器。轧机轧制力主要通过HGC缸的压力传感器和压头检测，两者互为备用。轧机设备示意图如图1所示。

1.2  轧机辊缝算法

由于轧机辊缝零位标定是通过轧制力来实现的，所以轧机轧制力检测的真实性是十分关键的，因为每次更换的轧辊重量都有区别，轧机在自动标定时，在保证轧辊不相接触的前提下，都会将轧制力清零记录，保证压头是直接测量的轧制力，认为是最接近实际带钢轧制力的数据。

每次更换完轧辊后，需要根据轧辊数据，重新计算轧机理论辊缝，此时可以通过轧机牌坊的固有标高，减去牌坊内所有设备高度，可以得到一个最大辊缝值和轧机零位辊缝值。理论辊缝计算值对于轧机标定流程验证和程序控制，起到参考与比較的作用。轧机理论辊缝计算图如图2所示。

由此可以得出理论辊缝计算公式为：

SGAP=LH-DTWR-DBWR-DTBUR/2-DBBUR/2-HTPLADJ-HBPLADJ-SMSD-HTCST-HBCST

其中，SGAP为理论辊缝（mm），LH为牌坊高度（mm），DTWR为上工作辊直径（mm），DBWR为下工作辊直径（mm），DTBUR为上支持辊直径（mm），DBBUR为下支持辊直径（mm），HTPLADJ为上阶梯板标高（mm），HBPLADJ为下阶梯板标高（mm），SMSDHGC为缸伸长量（mm），HTCST为上部恒定高度，从上支持辊轴承座中心处到上表面和HGC本体固有高度之和（mm），HBCST为下部恒定高度，从下支持辊轴承座中心处到摇板下表面和换辊滑座本体固有高度之和（mm）。

1.3  轧机自动标定流程

为实现标定的准确性和过程控制的稳定性，标定控制采用顺控程序完成，该程序流程图采用动作执行过程监控控制，该系统检测到前一步命令完成后，会立即执行下一步命令，对每步过程都设有超时监控功能，一旦该动作执行过程出现超时情况，会立即停止标定，当所有步骤完成后，才能完成标定的全部过程，显示标定成功。

轧机标定过程一般分为15步，标定流程为：（1）按下自动标定操作→（2）完全打开辊缝→（3）HGC液压缸位置传感器位置清零→（4）HGC液压缸以恒定速度压下至理论辊缝计算值10mm→（5）对轧制力传感器清零→（6）HGC液压缸以恒定速度继续压下至理论辊缝计算值2mm→（7）当检测到轧制力大于50t后转为压力控制继续下压→（8）同时轧机开始以恒定转速转动→（9）当轧制力达到200t时，对两侧轧制力做一次调平，保证偏差力小于5t→（10）完成调平后，继续以压力控制压下→（11）当轧制力达到1500t时，做二次调平，保证偏差力小于5t→（12）完成调平后，做好HGC液压缸位置标志→（13）辊缝清零→（14）将辊缝打开到设定值→（15）标定成功。

2  缺陷分析

在理想状态下，自动标定程序是可以实现辊缝正常标定的，但在使用过程中会出现各种类型的故障，有些情况下的事故，会造成严重的伤害，例如：工作辊弯辊缸漏油、工作辊轴承损伤、换辊小车行走辊道压弯等等。通过大量的事故分析数据得知，造成这种事故情况如下：

（1）轧辊辊径数据错误，造成理论计算辊缝值和实际辊缝值差距过大。通常情况下，更换轧辊和上线轧辊的准备，牵涉到多机架，且主要通过轧辊编号来识别，往往过程繁琐，参与人员较多，容易出现上线轧辊与输入系统的轧辊数据错位的情况，以及对辊径精度小数点疏忽的问题。

（2）机械设备损坏，而导致阶梯板位置错误。不同辊径的轧辊需要与不同厚度阶梯板来匹配，得以实现轧制标高线的准确性，在更换轧辊的过程中，需要通过液压缸来调整阶梯板位置，其内置位置传感器对于阶梯板位置定位起到至关重要的作用，一旦机械连接机构损坏，实际阶梯板位置将无法确定。

3  标定方法改进

为了减少标定事故对设备的伤害，结合标定事故缺陷分析，特改进现有的标定方法，设计一种标定纠错机制，做到异常情况尽早发现，避免设备的严重损坏。

在标定过程中，引入综合性分析判断，一旦检测到异常，则标定立即停止执行。将辊缝计算值位置和轧制力加以结合，在HGC液压缸压下至上下工作辊逐渐接触的瞬间，辊缝计算值每次都保持在特定位置，将这一特性引入标定流程制作保护程序，其具体方法如下：

（1）当轧制力传感器清零后，辊缝压下至SGAP>2mm之前，检测轧制力<50t。

（2）当辊缝压下至SGAP>-2mm时，检测轧制力>50t。

当标定时不满足上述条件，则标定自动停止，重新核实轧辊数据，并现场检查机架内部支持辊和工作辊之间接触面，以及阶梯板机械设备的位置状况等等。

根据实践以来的观察数据，在标定控制中，壓下动作时轧辊接触，轧机的理论计算辊缝基本上是一个固定数值，其偏差范围不会超过1mm，根据经验制定的数值可以有效地检测轧机标定的准确性，同时监控机架内部设备的运行状态，为设备保障维护提供有力依据。轧机设备示意图如图3所示。

4  结  论

轧机标定通过轧制力对辊缝相对零点的校准，是实现带钢厚度精准自动控制的基础，同时也是对轧机设备系统包括机械设备、液压系统、传动控制系统，现场各种检测元件以及轧辊辊系的综合测试，不断完善自动标定流程，对于稳定生产有着重要的意义。在自动标定中，对整个系统的保护纠错功能，利用程序自动检查故障，减少事故发生的概率和影响性，笔者通过此文提供一个解决思路以供读者参考。

参考文献：

[1] 张岩，邵富群，王军生，等.冷连轧机辊缝自动标定原理及应用 [J].冶金自动化，2009，33（5）：33-37.

[2] 丁建培，刘冰.天铁1750mm热轧线粗轧机辊缝标定计算 [J].天津冶金，2011（3）：35-37+65.

[3] 周治平，邢俊.中厚板轧机垂直系统标定及标高分析应用 [J].河北冶金，2018（3）：34-37+58.

作者简介：张鹏飞（1991.08-），男，汉族，安徽马鞍山人，助理工程师，电气工程师，本科，研究方向：热轧自动化设备维护。