3500 mm炉卷轧机轧制线调整系统研究与应用

刘 圳， 李冠旻， 焦志敏

（山信软件股份有限公司日照自动化分公司， 山东 日照 276800）

山东钢铁集团日照公司3 500 mm 炉卷产线采用的是单机架四辊可逆式轧机，轧机的轧制线调整主要通过阶梯垫及其他辅助动作设备调整。轧制线调整系统主要用于使不同直径的轧机轧辊适应轧制线。轧制线调整设置取决于在换辊时装入轧机的底部支撑辊和工作辊的直径。该功能是通过可移动的阶梯垫实现的，阶梯垫布置在底部支撑辊轴承座下方、液压辊缝控制系统液压缸的上方。当更换工作辊或支撑辊时，由于工作辊直径的变化而需要调节轧制线，此时它们会通过液压缸移动到合适位置。

1 系统组成

山东钢铁集团日照公司3 500 mm 炉卷轧机的轧制线调整系统分为硬件部分和程序部分，硬件部分主要是通过阶梯垫及其他辅助动作设备调整。包括为了动作阶梯垫也要动作的下支撑辊提升轨道、压紧装置以及冲洗装置等，这些装置通过西马克自动化程序进行控制，一级控制程序通过软件Logicad进行编写。

1.1 阶梯垫参数

在进行轧制线调整时不同的支撑辊直径可通过支撑辊轴承座和阶梯垫之间的滑板（RP）进行补偿。阶梯垫运行的实际值通过一个安装在液压缸内的MTS 位移传感器进行测量。横移液压缸移动的参考值通过自动化系统利用轧辊直径和滑板的函数计算。当新工作辊组推入时，阶梯垫抵达换辊位。在工作辊换辊过程中进行阶梯垫清理时，阶梯板必须首先移动至位置8，之后移动至位置1。

参数：阶梯垫梯级数量为9（包括换辊位置，换辊位也用于轧制）；移动行程数量为8；每个阶梯的高度差为15 mm；每个位置的行进距离为200 mm；行进速度为50 mm/s；液压缸最大行程为1 620 mm；液压缸工作行程为1 600 mm。

1.2 支撑辊直径和滑板关系（见表1）

表1 支撑辊直径和滑板关系

1.3 下支撑辊提升轨道

提升轨道用于：提升下支撑辊用于阶梯板调整（包括换辊位置，从而将下工作辊降至固定工作辊更换轨道上）；提升下支撑辊至抽出高度用于支撑辊更换；提升轨道位于轧机机架的支撑辊轴承座下方（2个固定位置）。

轨道通过8 个液压缸（4 个位于入口侧，4 个位于出口侧）进行升降。

液压缸通过一个电磁阀带2 个线圈、3 个位置和回位弹簧一同启动。

为了实现液压缸的同步运行，在电磁阀和液压缸之间安装2 个液压操作的同步装置（1 个位于入口侧/1 个位于出口侧）。

安装2 个压力开关用于监控液压缸活塞侧的压力。连同激活信号，可确定液压缸的终端位置。

1.4 下支撑辊压紧装置

针对该功能，出口侧安装2 台液压缸：1 台位于传动侧，另1 台位于操作侧。

2 台液压缸将下支撑辊轴承座朝轧机机架的入口侧方向压紧从而清除间隙。

每台液压缸由一个电磁阀带2 个线圈、3 个位置和回位弹簧驱动。

该功能通过压力开关监控。

在手动校准之前，阀门将通过一个信号在换辊后开启约0～5 s（可调），或仅通过自动模式开启。当计时器超时，第二个电磁阀打开。随后轴承座位于释放位置同时也是轧制位。

1.5 阶梯垫及提升轨道冲洗系统

阶梯垫冲洗系统用于防止阶梯垫受到污染影响辊缝控制进而影响轧制钢板的品质。为此冲洗系统需要在换辊过程中打开对阶梯垫进行冲洗。

提升轨道冲洗系统用于防止提升轨道受到污染。为此冲洗系统在换辊过程中运行。冲洗过程通过计时器进行定义。

换辊过程中阶梯垫冲洗的步骤如下：

1）当旧辊从轧机机架抽出时，冲洗开启。目的：清洁阶梯垫上表面。

2）阶梯垫换到最高的梯级，再反过来换到最低的梯级，之后关闭冲洗。

3）阶梯垫换到参考阶梯（根据新轧辊资料）。

该程序可确保所有梯级得到冲洗并从阶梯上清除氧化铁皮保证阶梯垫的清洁，避免因为阶梯垫上的油污、氧化铁皮影响到轧机的辊缝标定进而进一步影响到钢板的轧制。

2 轧制线计算

阶梯垫按照工作辊直径选择。较小的工作辊直径要求较厚的阶梯板，原因是液压辊缝控制（HGC）液压缸的工作行程有限（见图1）。

下列关系式根据轧机系统参数定义了实际轧制线的高度：

由此可得阶梯垫的梯级数（四舍五入至下一个较高阶梯以取得要求的阶梯垫）为：

式中：n 为阶梯数量（1～8），阶梯 1 用于换辊；SD为支撑辊直径；AD为工作辊直径；RP为滑板组合总高度；WP为HGC-阶梯垫计算出来的液压缸工作位置；Xreal为底部工作辊的上边缘与底部轧机牌坊轭之间的尺寸。该值定义了实际轧制线约等于轧机地面以上+830 mm；Xtheoretical=底部工作辊的上边缘与底部轧机牌坊轭之间的尺寸4 690 mm，该值定义了理论轧制线为轧机地面以上+830 mm。

为了防止辊道上产生不被设备允许的轧制力，实际轧制线不得低于辊道上缘以下。辊道上边缘距离轧机地面上方+800 mm。因此计算n 的时候WP的参考值应为30 mm（阶梯垫的参考位置）。如果支撑辊和工作辊均为较小辊径，则WP参考值应为50 mm。

根据n 的计算结果，液压缸的实际工作位置WP必须按照轧制表和轧制原理进行计算。

在入口区域辊缝（实际轧制线）内的底部带钢/板坯表面必须与入口辊道顶面具有足够的垂直距离，这点很重要。因此WP（实际轧制线）应按照满足下列公式的方式进行调整。

式中：hin为入口厚度；hout为出口厚度；drollertabe为带钢/板坯的下表面与辊道标高间的预留间距，该值至少为10 mm；Sbottomroll为下工作辊的上缘至辊道标高的距离。

图1 轧制线计算示意图

生产计划过程中在选择合适梯级数“n”必须考虑上述各方面。

3 运动简图

3.1 阶梯垫横移的原理图（见图2）

图2 阶梯垫横移的原理图（mm）

3.2 几何条件简图（见下页图3，图4）

4 工作辊手动换辊流程

4.1 手动抽辊流程

“首先轧机要从运行模式切换到正常停车模式→此时主传动自动定位并且CVC 回零位”→操作模式选择换辊手动模式→操作权限下放到本地面板→走桥回到入口位置→换辊小车走到轧机前等待位置→上支撑辊提升到位→上支撑辊锁紧打开→电动压下到工作辊换辊位置→上下主轴水平移动到换辊位置→液压压下到油柱回底位置→下工作辊平衡缸缩回→下支撑辊提升轨道提升到位→阶梯垫回到换辊位置→阶梯垫冲洗→下支撑辊提升轨道下降到位→主轴定位块移入→换辊小车走到轧机位置并且将钩子锁住→下主传动接轴垂直平衡下降→下工作辊挡板打开→换辊小车走到上工作辊下降的位置→出入口水箱（导位）下降→上工作辊平衡缸缩回（下降）→上主传动接轴垂直平衡下降→上工作辊挡板打开→换辊小车走到侧移平台位置→换辊小车走到侧移平台脱钩位置并脱钩→换辊小车走到侧移平台等待位置→侧移平台移动至新辊位置→换辊小车移动到侧移平台锁钩位置。

图3 九级阶梯垫轧制线示意图

图4 一级阶梯垫轧制线示意图（mm）

4.2 手动装辊流程

新辊数据下发→换辊小车到上工作辊提升位置→上工作辊挡板锁紧→上主传动接轴垂直平衡提升→上工作辊平衡缸提升到位→出入口水箱提升到位→换辊小车到下工作辊挡板位置→下工作辊挡板锁紧→下主传动接轴垂直平衡提升→换辊小车钩子打开并退回到轧机前等待位置→主轴定位块抽出→下支撑辊提升轨道提升到位→阶梯垫冲洗打开→阶梯垫点动到最大位置，再到最小位置→阶梯垫回到工作位→阶梯垫冲洗关闭→下支撑辊提升轨道下降→下支撑辊侧推推出5 s 再收回→液压压下油柱回到油缓冲液位→下工作辊平衡缸伸出 。

5 结语

轧制线调整系统用于调整不同直径的轧辊以适应轧制线。调整设置取决于在换辊时装入的底部支撑辊和工作辊的直径。