帶鋼軋機與板形控制技術研究

摘 要：對常見帶鋼軋機的類型進行討論，對先進板形控制技術展開闡述。

關鍵詞：軋機;自動厚度控制;板形控制

中圖分類號：TB文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）09-0391-02

目前，HC軋機已發展了多種機型。我們所說的中間輥移動的HC軋機，也稱為HCM六輥軋機。此外，還有工作輥移動的HCW四輥軋機，以及工作輥和中間輥都移動的HCWM六輥軋機。

HC軋機的主要特點是：（1）通過軋輥的軸向移動，消除了板寬以外輥身間的有害接觸部分，提高了輥縫剛度；（2）由于工作輥一端是懸臂的，在彎輥力作用下，工作輥邊部變形明顯增加。如果對彎控制板形能力的要求不變時，則在HC軋機上可選用較小的彎輥力，這就提高了工作輥軸承的使用壽命并降低了軋機的作用載荷；（3）由于可通過彎輥力和軋輥軸向移動量兩種手段進行調整，使軋機具有良好的板形控制能力；（4）能采用較小的工作輥直徑，實現大壓下軋制；（5）工作輥和支承輥都可采用圓柱形輥子，減小了磨輥工序，節約了能耗。這種軋機典型應用如寶鋼1550冷軋酸洗——連軋機組。

軋輥凸度邊續可變軋機-CVC(Continuously Variable Crown)軋機 CVC軋機的基本特征是：（1）軋輥(工作輥)的原始輥型為S形曲線呈瓶狀，上下軋輥互相錯位1800布置；（2）帶S形曲線的軋輥具有軋輥軸向抽動裝置。雖然CVC軋機與HC軋機一樣有軋輥軸向抽動裝置，但其目的和板形控制的基本原理是不同的。HC軋機是為了消除輥間的有害接觸部分來提高輥縫剛度，以實現板形調整的，是剛性輥縫型。CVC軋機則是通過軋輥軸向抽動裝置來改變S形曲線形成的原始輥縫形狀來實現板形控制的，是柔性輥縫型。當上下軋輥對稱布置時，輥縫各部分高度相同。如果上軋輥向右移動，下軋輥以相同的移動量向左移動，則輥縫中部高度變小。反之，上輥向左移動，下輥以相同的移動量向右移動，輥縫中部高度變大（如圖1所示）。

CVC軋機的主要特點是：（1）通過一組S形曲線軋輥可代替多組原始輥型不同的軋輥，減少了軋輥備品量；（2）可以進行無級輥縫調整來適應不同產品規格的變化，以獲得良好的板帶平直度和表面質量；（3）輥縫調節范圍大，與彎輥裝置配合使用時，如1700mm板帶軋機的輥縫調整量可達600μm。

三大類型的CVC軋機：CVC二輥軋機、CVC四輥軋機和CVC六輥軋機。CVC四輥軋機的工作輥為S型曲線軋輥，而CVC六輥軋機S形曲線軋輥可以是工作輥，也可以是中間輥。CVC四輥軋機可以是工作輥傳動，也可以是支承輥傳動。CVC六輥軋機則可以分為中間輥傳動和支承輥傳動兩種（如圖2所示）。

這種軋機的典型應用如寶鋼2050熱軋機。

軋輥成對交叉軋機-PC(Paired Crossed Roll)軋機PC軋機的主要特點是軋輥“成對交叉”。上下軋輥的軸線交叉后，軋輥輥縫將發生變化（如圖3所示）。離軋輥軸線相交點愈遠，其輥縫就變得愈大，而且輥縫的變化也與軋輥軸線交叉角有關。

PC軋機的優點是：（1）有較大的軋輥凸度控制能力，軋輥軸線交叉角可在00~1.50范圍內調整，最大的軋輥凸度可達100μm，居所有軋機之冠，如配以強力彎輥裝置也能獲得良好的平直度板帶；（2）能有效地控制板帶邊部減薄；（3）軋輥輥型簡單，節省了軋輥備件量并便于軋輥管理。

由于PC軋機板形控制能力較好，獲得的板帶板凸度及厚度精度較高，所以得到了較快地發展。應該指出，為了在PC軋機上能夠實現自由程序軋制和進一步改善板帶表面質量，開發了工作輥在線磨輥裝置ORG（Online Roll Grinder），既可保證軋制帶鋼表面質量和斷面形良好，還可延長軋輥更換周期，也可實現自由程序軋制，對PC軋機的發展起到有利的促進作用。這種軋機典型應用如寶鋼1580熱軋機。

軋輥凸度可變軋機-VC(Variable Crown)軋機VC軋機是通過改變支承輥凸度來調節軋輥輥縫形狀的，也是屬于柔性輥縫型。

支承輥由外套筒和芯軸組成。芯軸與外套筒之間有一液壓腔，外套筒和芯軸是熱裝在一起的。高壓油(最高油壓為50Mpa)由液壓站通過高速旋轉接頭和芯軸內油孔進入液壓腔中，只要改變高壓油的壓力，就可改變軋輥凸度，使其能抵消由軋制力引起的彈性彎曲變形，以獲得良好的板形（如圖4所示）。VC軋機軋輥凸度控制能力比液壓彎輥的四輥軋機大，一般為40～120μm，但遠遠小于CVC和PC軋機。與液壓彎輥配合使用時，可以擴大一些控制范圍。

VC軋輥輥型凸度曲線近似于正弦曲線，軋輥中間部分的凸度與油腔中油壓成正比。凸度變化響應速度快，可在軋制時進行控制，凸度均勻，對軸承壽命無影響。而且，便于對一般四輥軋機的改造，只需將支承輥改為VC軋輥，增加有關液壓系統即可。

現代板帶軋機都設置了厚度控制裝置。常用的厚度控制方法有調整壓下，調整張力和調整軋制速度等幾種方法。壓下裝置一般有電動壓下和液壓壓下相結合、階梯墊和液壓壓下相結合兩種。電動壓下和液壓壓下相結合的壓下方式主要應用在粗軋機和中厚板軋機上；而階梯墊和液壓壓下相結合的壓下方式主要應用在熱、冷連軋機組上。在軋件的厚度自動控制上主要由液壓壓下進行控制，軋制力由裝在階梯墊里的測壓頭進行測量。

軋件的自動厚度控制（Automatic Gauge Control）簡稱AGC， 采用液壓壓下的自動厚度控制系統通常稱為液壓AGC。AGC系統包括三個主要部分：（1）測厚部分，主要是檢測軋件的實際厚度；（2）厚度比較和調節部分，主要將檢測得到的軋件實際厚度與軋件的給定厚度 （ 所要求的軋件厚度）比較，得出厚度差δh。此外，根據具體情況和要求，轉換和輸出輥縫調節量訊號δS； （3）輥縫調整部分， 主要根據輥縫調節量訊號，通過壓下裝置對輥縫進行相應的調整，以減小或消除軋件的厚差。

下圖為液壓AGC系統簡圖。此系統是利用軋制力和彈跳方程間接測量軋件厚度（即P-AGC）基礎上，增加了當量剛度控制功能，并在軋機出口處增設了測厚儀，增加了直接測厚AGC系統。

在軋制前，首先由電位器1給出原始輥縫信號SL。該信號通過綜合比較調節器3和放大器4輸入電液伺服閥5，伺服閥5就輸出油液使壓上油缸12動作。此時，位置傳感器（磁尺）6測出油缸位移信號，并輸入綜合比較調節器3，經與給定輥縫信號SL比較后，得出輥縫差信號為δS，經放大器4在輸入電液伺服閥5。而當輥縫差信號δS＝0時，電液伺服閥5停止油液的輸出，壓上油缸12停止工作，完成了原始輥縫的調整。

在軋制過程中，當軋制力P發生變化而產生厚差時，則通過壓力比較器13與給定的軋制力PL比較后，輸出壓力差δP，再經過壓力和位置轉換器9和輥縫調節系數裝置14，將應予以補償的輥縫調節量輸入綜合比較調節器3，輸出輥縫調整信號，通過放大器和伺服閥使壓上油缸動作，修正原始輥縫值，實現軋輥輥縫的補償調整。

由于軋輥磨損、熱膨脹以及檢測元件誤差所造成的輥縫偏差，可通過軋機出口處的測厚儀7直接測出軋件厚度h，經綜合比較調節器輸出厚差δh，通過放大器和伺服閥使壓上油缸動作，修正這一誤差，以提高厚控系統的精度。

液壓AGC系統可以控制機座當量剛度，能適應不同的軋制工藝要求。例如，在軋制開始階段，要求機座有較大的當量剛度，以獲得較小的縱向厚差。而在精軋或平整時，則要求機座有較小的當量剛度，以獲得良好的板形。因此，液壓AGC系統在現代板帶軋機上獲得了廣泛應用。