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1、攀钢 HC冷连轧机简介夏传杨军王秋柱摘要介绍了 HC 轧机的发展及其特点；分析并阐述了攀钢 4 机架六辊 HC机组 AGC,张力测量,板形测量控制等系统的主要特点；同时介绍了该机组的使用情况。关键词HC 轧机,控制,特点Brief Introductionon Cold Tandem High Crown Control Millin Panzhihua Iron and Steel Company Xia WeiYang JunWang Qiuzhu(Panzhihua Iron & Steel (Group) Co.,617067)AbstractThe development and c
2、haracteristics of HC mill are introduced.The mainfeature ofAGC,tension measurement system,shape control,etc.of the Panzhihua Irou Steel Co.4 stands HC cold rolling mill are analyzed and descried in detail.At the same time,the operation condition of the mill are introduced too.KeywordsHCmill,control,
3、characteristics1 概述HC 轧机是日本日立与新日铁公司于 70 年代初发明的新型六辊轧机。由于其独特的板形控制能力,大压下率,节能和适宜轧制硬薄带钢等优点,在世界范围内迅速发展,到 1996 年世界各地共安装了 413 台 HC 轧机。1982 年我国开始研究 HC 轧机,第 1 台于 1985 年试车成功。目前国内已有 HC 轧机达 40 台。2 HC 轧机的特点HC 轧机有以下特点：（1）增强了弯辊装置的效能。由于中间辊一端是悬臂的,所以用很小的弯辊力就能明显改变工作辊的挠度。（2）扩大了辊型的调整范围。由于中间辊位置可以移动,即使工作辊原始辊型为零（即轧辊没有凸度）,配合
4、液压弯辊也可在较大范围内调整辊型,因此可减少备用轧辊的数量。（3）带钢板形稳定性好,实践表明,当中间辊调整到某一位置时,轧制力波动和张力变化对板形的影响很小。这样,可减小冷轧张力,也能控制良好的板形,并减少板形控制的操作次数。（4）可以显著提高带钢平直度。可减少带钢边部变薄和裂边部分的宽度,减少切边损失。（5）可采用小直径工作辊,大压下量,减少轧制道次和轧机数量。以攀钢 HC 轧机为例,采用了 4 机架,成品机架的最小工作辊直径可达422mm。当用 2.0mm 板生产 0.3mm 极薄带时,各机架的压下率分别为40.0%,39.3%,40.9%,30.2%,总压下率达 85%。3攀钢 HC 冷
5、连轧机组攀钢 HC 机组于 1992 年从墨西哥购买并由德国 MDS 公司负责机械,液压部分配套改造,瑞典 ABB 公司负责电气,基础自动化和二级计算机控制系统及板形仪闭环控制的改造,该机组成为继武钢之后引进的又一套大型 4 机架六辊 HC 轧机。该轧机主液压缸安装在机架下牌坊横梁上,液压缸的活塞设计具有辊缝设定功能,并可补偿轧辊辊径的减少量,热膨胀等。其安装具有以下优点：（1）油不会漏到带钢上；（2）可将位置传感器,压力传感器,伺服阀等直接安装在靠近主液压缸乳化液收集槽下的清洁区,具有动态特性好,维护方便的特点。同时机组设置有自动换辊系统,换辊快,轧制效率高。自动化系统由过程计算机和基础自动
6、化二级计算机完成。机组设计有多种自动控制功能,特别是用数学模型进行设定计算,可选择出最佳的轧制规程,又有自适应功能,可即时收集过程数据,不断地对控制量和模型参数修正,使设定计算数据更符合实际,能轧出板形好,厚度公差精度高的高质量冷轧板卷。为克服轧机本身的弹性变形以及轧机的热膨胀和磨损等因素对轧出厚度的影响,ABB 公司应用现代理论的观测技术,开发了 NOVATUNE 自适应控制器模型,它可以预测某些无法测量的变量参数,如：轧机的弹性变形,轧辊的热膨胀和磨损等。根据动态的控制过程调整自身内部的数学模型参数,用瞬间过程采样值预测出下一时刻该值偏离设定值的大小和方向,并根据预测值提前输出新的控制值,
7、改善预测的精度。3.1工艺流程及主要设备性能参数攀钢 HC 轧机工艺流程如图 1 所示。图 1攀钢冷轧厂 4 机架六辊 HC 冷连轧机工艺流程1-上料小车；2-开卷机；3-转向辊；4-入口夹送辊；5-1 #测厚仪；6-1 #机架；7-主液压缸；8-2 #测厚仪；9-2 #机架；10-3 #机架；11-4 #机架；12-压力传感器；13-3#测厚仪；14-板形仪；15-卸卷小车；16-卷取机；17-皮带助卷器；机组主要性能参数：工作辊辊身长度 1220mm,工作辊直径 460/ 422mm,中间辊直径 490/ 440mm,支撑辊直径 1090/ 1000mm,最大轧制力 15MN,最大轧制速度
8、 1200m/min,成品厚度 0.252.50mm,成品宽度 7201120mm,年生产能力约 53 万 t,张力轧制,机组需年作业率 52.42%。轧机采用直流电机传动,电机主要技术参数见表 1。表 1攀钢冷轧厂主轧机电机技术参数项目 开卷机 1#机架 2#机架 3#机架 4#机架 卷取机电机功率/kW 75 2 2240 2980 1490 2 1305 2 900转速r .min1 235900 125375 200520 300800 355900 250950传动比 3.190 1.000 1.000 1.000 1.000 1.255速度m .min1 450 180542 28
9、9751 4051080 4791200 12003.2机组的主要特点该机组经改造后,总体性能达到了国际 90 年代水平。下面介绍轧制线调整、辊缝控制、张力控制、带钢厚度控制、板形控制、各种补偿功能等。3.2.1轧制线调整机构为保证轧制线恒定,辊缝调整方便,该 HC 轧机在轧机牌坊上横梁设抽动粗调,斜楔精调机构,以及垫片调节轧制线,粗调分 4 级,每级 22.5mm,精调从 025mm 范围内无级调整,垫片用于调节余量,垫片有 2.5,5,10mm3 种,轧制线调整精度为1.5mm。其结构如图 2 所示。图 2攀钢 HC 轧机轧制线调整机构示意图1-斜楔液压缸；2-机架横梁；3-斜楔；4-阶梯
10、板；5-阶梯板液压缸调整基准面为使用最大辊径时,上支撑辊中心与轧制线距离,即1495mm(1#、2 #机架)、1465mm(3 #、4 #机架)。上支撑辊、上中间辊和上工作辊磨损后,换辊时调整轧制水平线。调整机构重新调整量 S 为：S=1495-(Db/2+Di+Dw)(1#、2 #机架)S=1465-(Db/2+Di+Dw)(3#、4 #机架)式中,D b为支撑辊直径；D i为中间辊直径；D w为工作辊直径。3.2.2辊缝控制辊缝控制功能主要有 3 种：即控制平均辊缝,控制总轧制力；控制倾斜。执行机构安装在机架下牌坊上的主液压缸。液压缸活塞位置（辊缝）由安装在缸体内的线性数字累积脉冲传感器测
11、量,轧制力由装在机架的压力传感器测量。1#3 #机架配有位置和倾斜控制系统,4 #机架配有位置/轧制力及倾斜控制系统。由位置控制方式向压力方式的转换是平滑无冲击性的（反之亦然）。另外,可手动增加/降低辊缝。倾斜控制可与位置控制或压力控制同时运行。位置方式和轧制力方式是互补的,在任一时刻只有一种方式起作用。位置方式在轧制力方式不发生作用时随时起作用；压力控制只有当轧制力超过预设定值时发生作用。其次,机组设计有自动抬起和快速抬起辊缝功能,用于在断带或在压力很大等情况时自动或快速抬起辊缝。同时,如果轧制力测量系统关闭或轧制力超过预设极限,自动报警功能将产生警报。3.2.3自动厚度控制（AGC）在本
12、HC 机组中的厚度控制系统,其基本控制思想是在第 1 机架消除绝大部分厚差,并在整个轧制过程中维持各机架的金属秒流量相等,以此来控制带钢的厚度。（1）入口 AGC直接前馈控制1 #测厚仪测出的厚度偏差被延迟传送,直到带钢的相应部分到达 1#轧机。该延迟包含对 1#测厚仪测量时间和 1#轧机辊缝反应时间的补偿,延迟的信号通过前馈控制器作用于 1#机架辊缝,1 #机架入口段的带钢长度测量是一个关键,机组采用 1#机架前转向辊上的脉冲发生器测量其长度,前馈/反馈控制1 #测厚仪的厚度偏差信号转换成绝对偏差作为前馈信号提供给 NOVATUNE(自适应控制器）,2 #测厚仪的厚度偏差信号转换成绝对偏差作
13、为反馈信号提供给NOVATUNE,从而构成前馈/反馈控制,NOVATUNE 输出信号通过辊缝控制系统进行辊缝控制。第 2 机架直接前馈控制经 1#机架产生的厚度偏差,在 1#机架无法进行直接调整,而这个偏差量如果不及时消除,必然给后部机架带来偏差。根据秒流量原理,通过改变 2#机架带钢入口速度,可维持 2#机架金属秒流量恒定来控制,而 2#机架带钢入口速度等于 1#机架出口速度,故改变 1#机架速度即可达到目的,2 #测厚仪的厚度偏差信号被延迟传输,该延迟传输包含对 2#测厚仪测量时间和 1#机架传动装置反应时间的补偿,延迟传输的信号通过前馈控制器作用于 1#机架速度。（2）出口 AGC出口
14、AGC 有两种控制方式,分别采用单独的 NOVATUNE 控制器,控制轧制普通板和超薄板。3 #测厚仪的厚度偏差百分比信号转换成绝对偏差信号作为反馈信号传给 NOVATUNE,其输出信号在轧制普通板时,控制 3#,4#机架速度,在轧制超薄板时,控制 4#机架速度。（3）速度监控出口 AGC 的输出改变 3#和 4#机架的操作状态,这对厚度精度将产生不良影响,故要求其速度改变要限制在一个较小的范围内。因此,对于出口速度超出调节范围的要”卸荷“一部分到入口机架中去。3.2.4张力测量控制系统张力测量系统由张力计和张力辊组成。张力计置于张力辊轴承座下,带钢通过时对张力辊产生压力被张力计测出,再用力的
15、平衡原理计算出张力值。（1）机架间张力控制当张力误差超过张力参考值的死区范围时,张力限制起作用,在光面辊轧制模式下,所有机架间的张力由辊缝调节来控制。在毛面辊轧制模式下,1#2 #,2#3 #机架间张力是通过辊缝调节来控制,3 #4 #机架间张力是由 4#机架的速度调节来控制。（2）开卷张力和卷取张力控制在开卷机和 1#机架间以及卷取机和 4#轧机间的张力分别由拉曳式开卷机和张力卷取机通过比较电机电能和机械能来保持带钢张力达到预设定值。（3）张力补偿控制工艺要求各机架在轧制过程中,不能因轧制速度改变而影响轧制力。但是,当轧机升速或减速时,随着轧制速度的变化,轧辊与轧件的摩擦力发生变化,轧件的变
16、形速度相随变化。这样将引起轧制力发生变化使得轧机的弹跳系数发生变化,结果影响出口板材的厚度发生变化,为了保证轧制力恒定,采用张力补偿控制。通过检测相应机架的速度,改变张力调节器的设定值,随着轧机升速或减速,张力给定值减小或增大。3.2.5板形测量控制系统在原日立轧机的设计中,没有板形测量设备,带钢板形的控制是根据轧制模型通过辊缝倾斜,工作辊弯曲,中间辊侧移等控制系统进行开环控制,带钢板形不能进行实时测量,不能根据实际的板形进行及时调整,很难保证其板形质量。在改造设计中,增加了一套 ABB 公司的板形测量与控制系统,对带钢板形进行实时测量和在线控制起到十分重要的作用。（1）测量原理在本 HC 机组中,为测量带钢板形,在末架轧机与卷取机之间设置一个由 ABB生产的类似转向辊的板形应力测量辊,其结构如图 3 所示。测量辊设计成实心钢芯,轴向相互呈 90刻有 4 条凹槽,磁弹性传感器就固定在凹槽中,每排 23 个。钢芯外面再采用热装方法套上钢环
