高精度四辊液压轧机的研制

高精度四辊液压轧机的研制

1产品技术水平,在招标中得到充分的验证2002年1月，上海钢铁研究院（以下简称“钢研究所”）一期改造项目“安徽省长四辊柔性起重机”在国内外公开招标。西安重型机械研究所（以下简称“西重所”）依靠长期在制造设备研发领域积累的丰富经验和强大的技术实力在招标中获得了一个标准。2002年12月底轧机制造出厂并在钢研所安装完毕,2003年1月20日投入试生产。经过半年左右的试生产考核,该机组于2003年7月在上海验收,正式投入生产使用。在该项目的实施过程中,西重所在继承传统成熟的四辊轧机技术的基础上采用多项新技术,保证了轧机的整体装机水平和产品质量,产品厚度精度0.2±0.0014mm,成品率99%。机组在总体水平、产品精度、成品率等方面均达到同类轧机国内先进水平。2最大屈服极限该机组用于高精度不锈钢、精密合金、双金属板卷的可逆冷轧,机组的主要技术参数如下:坯料规格材质高强度不锈钢,精密合金、双金属等材料最大屈服极限σs1600MPa。坯料厚度1.5～3.2mm坯料宽度150～350mm坯料状态冷轧退火紧卷带材,厚度公差和板形公差符合国家标准成品规格成品厚度0.2～1.2mm成品宽度150～350mm最大轧制力2500kN轧制速度2～90～180m/min开卷速度2～90m/min开卷张力2～10kN卷取速度2～180m/min卷取张力3～90kN3主电源的工艺机组的工艺流程如图1。4u3000钢在机械装置上的应用主轧机,左、右卷取机和开卷机采用直流电机传动,全数字直流调速装置;开卷机,左、右卷取机采用液压涨缩卷筒;上卷、卸卷采用液压上、卸卷小车,并设有上卷高度自动对中系统;轧机采用全液压压上系统;工作辊平衡和支承辊平衡采用液压油缸平衡;轧机设有压下调偏,工作辊正弯等板形调整手段;开卷机设有收纸装置,左、右卷取机设有垫纸装置;轧机的工作辊换辊和支撑辊换辊均采用液压油缸推出式,工作辊换辊时间≤5min;轧机工艺润滑采用矿物油循环冷却润滑;轧机设有排烟罩和油雾回收净化系统;轧制区和工艺润滑站设有火灾自动监测、报警和自动灭火系统;轧机主传动的联合齿轮箱,左右卷取机的减速箱和开卷机的减速箱采用集中稀油循环冷却润滑;轧机的厚度控制主要采用秒流量厚度控制系统;轧机的自动化系统采用两级计算机控制,主要完成轧机的工艺操作控制、带材厚度控制、辊缝控制、速度控制、张力控制、液压系统和润滑系统的控制;轧机设有断带保护、过载保护、紧急停车等保护功能;轧机具有准确停车功能,准确停车控制精度为50mm;轧机设有完备的操作及监控显示系统和故障诊断报警系统,轧制过程可以状态画面显示。5采用新技术和新设备(1)检测前测径尺的k测径装置布置在机组入口端上卷小车前进方向的左侧。主要用来检测钢卷的外径,并将所监测的信号输入计算机,以实现上卷高度自动对中控制。测径装置主要由测径尺、气缸、齿条、齿轮、光电编码器,行程开关和接近开关等组成。检测前测径尺退回到初始极限位置,由接近开关监测并发出信号。当上卷小车托着钢卷运行到测径位置时停住,气缸推动测径尺前进,测尺上的齿条与测尺一起前进并带动齿轮旋转,齿轮的轴端装有光电编码器,因此测尺前进光电编码器就发出脉冲,当测尺前进到前端的护板靠住钢卷时,行程开关发出信号,这时计算机根据光电编码器发出的脉冲数计算出测尺的行程,再由测尺的初始位置算出钢卷的外径。测径完成后,测尺退回到初始极限位置。(2)工艺润滑除油装置由气刀除油装置和辊式除油装置两部分组成。在轧制时气刀除油装置用来吹除出口侧工作辊与支承辊结合处的工艺润滑油,它主要由气刀梁、喷嘴、防爆电磁阀、单向节流阀、气动二联件和管路组成。气刀梁(左右各一个)固定在出口侧及入口侧的机架立柱上。气刀除油装置后面是辊式除油装置,进一步除去带钢表面的残油,该辊式除油装置同时还起展平辊的作用,使出口侧带钢表面干爽无油。(3)主7焦炉上的烟雾机组采用矿物油循环冷却润滑。在轧制过程中,当机组速度较高时,主轧机附近会产生大量的烟雾,如果不处理这些烟雾,一是污染环境,二是对操作工操作及健康不利。该系统通过排烟罩可将烟雾吸走,并通过油雾净化装置将油气分离,把油收集起来,使排放达到环保要求。(4)自动喷射系统该系统用于地下油坑与轧机轧区的火情自动监测及灭火。灭火系统由探测报警系统,自动、手动控制灭火系统,CO2瓶组以及CO2释放系统四部分组成。灭火控制方式有①自动:即发生火情自动监测、报警、延时若干秒后系统自动喷射灭火剂。②电动:人工发现某区域火情时,手动操作按纽、电动控制系统喷射灭火剂。③手动:当发现某区域火情时,直接在CO2瓶组处扳动手动手把,启动系统喷射灭火剂。④上述三种方式并存互补。CO2灭火系统为现代灭火技术最成熟的系统之一,灭火能力强,不危害人类生存环境,不会产生化学分解产物、灭火后不留残渍,动作准确、系统可靠、操作简便,灭火剂不导电,不引发二次灾害,火灾报警控制器内设有UPS装置,确保系统正常运行。(5)卷纸的制作收纸装置置于开卷机之后,开卷时收纸装置将坯料带卷的衬纸用卷轴收卷起来。收纸装置主要由卷轴、定位套、轴承座、联轴器和力矩电机等组成。卷纸前先将卷纸空心轴套套入卷轴,用定位套的旋转锥头将空心轴套固定,然后将坯料带卷的衬纸在轴套上缠绕几圈并启动力矩电机将衬纸拉直(给一定张力)。当机组进入联动开卷轧制时,收纸装置就会将坯料带卷的衬纸收卷起来。(6)层间垫纸装置为防止成品带材表面擦伤,机组设置有左右垫纸装置。左右垫纸装置固定在左右卷取机减速箱的箱盖上。其卷轴与卷筒平行位于卷筒上方。它用在成品带材最后一道次轧制时,在带卷的层与层之间垫上衬纸,防止成品带材表面擦伤。左右垫纸装置结构和参数相同,相对于主轧机呈对称布置,主要由卷轴,定位套,轴承座,联轴器和力矩电机等组成。先将纸卷套在垫纸装置的悬臂卷轴上,用定位套的旋转锥头将纸卷固定。最后一道次轧制前,将衬纸头部喂入卷筒与带钢之间,并和带钢一起在卷筒上缠绕1～2圈,卷取机与轧机建立静张力后,启动力矩电机将衬纸拉直(建立衬纸开卷静张力)。当轧机进入联动轧制时,卷取机在卷取带钢的同时也对衬纸进行卷取,而垫纸装置就是衬纸的开卷机,与卷取机速度一致并建立一定的张力。(7)条件二:进、出口侧带材的线速度测速辊装置为厚控系统提供轧机入口侧和出口侧准确的带材线速度信号。该机组的厚度控制主要采用秒流量厚度控制,该系统依据轧机入口侧和出口侧在单位时间内通过的带材体积相同的原理,根据检测到的入口侧和出口侧带材的线速度,计算出轧机出口侧带材的厚度值,并通过调整辊缝使出口侧带材厚度保持在控制范围内。显然,轧机入、出口带材线速度信号的准确性是厚控精度的基本条件。测速辊装置采用摆臂式,轧制前(建立静张,但轧机未起动)将测速辊摆下,使滚轮压在带材表面,然后轧机开始起动轧制,测速滚轮依靠带材摩擦与带材以相同的线速度转动。滚轮轴后端装有高精度光电编码器,向厚控系统输出速度信号。该道次轧机减速停机后,测速辊摆起。下一道次轧机建立静张后,反向轧制前,测速辊再摆下,如此反复直至该轧程结束。该装置测速滚轮轻,转动惯量小,测速精度高,为厚控精度提供了保证条件。(8)特性参数控制主轧机、开卷机、左右卷取机采用直流电机传动,可控硅供电,并选用西门子公司的6RA70系列全数字整流装置,大大提高了轧机的张力和速度控制精度,为轧制出高精度的带材提供了有力的保证。具体配置有。①主轧机(主电机:Z500-2A340kW/DC440V/857A/353～1000r/min);整流装置选用西门子公司6RA70系列可逆整流装置,采用速度电流双闭环系统,光电编码器反馈,并具有磁场自动调节,电流、速度自适应,加(减)速曲线控制等功能。轧机调速控制精度在±0.1%以内。②卷取机(大电机:Z4-355-11185kW/DC440V/478A/400～1200r/min;小电机:Z4-313-11110kW/440V/294A/400～1200r/min)。卷取机采用大小电机切换式传动。在小张力段小电机单独传动,在大张力段大小电机同时投入拖动,其张力范围为:小电机单独传动3～25kN,大小电机同时传动10～90kN;卷径变化范围为500～1200mm;左右卷取机相同。整流装置选用西门子公司6RA70系列全数字式直流传动装置,配有工艺板及相应的卷绕控制软件,卷绕控制软件具有自动卷径计算,动态张力补偿,磁场调节,断带保护等功能。张力控制精度达到稳态±1.5%,动态±3%。③开卷机(电机:Z4-180-1115kW/DC440V/42A/600～1400r/min)。开卷机除直流电机及控制装置容量不同外,其它控制方法、控制功能等与卷取机相同。主轧机与卷取机、开卷机整流装置均具有完善的通讯与故障自诊断功能,整流装置均配备有CBP2通讯板与PLC进行通讯,工艺操作指令及初始参数(如初始卷径、轧辊磨损修正等)均通过网络由PLC发送给整流装置。整流装置的工作状态、实际值以及故障信息也可以通过网络发送给PLC。PLC通过与HMI的网络连接传给HMI系统,因而操作人员可以随时观察机组工作状态,外围设备故障可以通过故障的信息提示查找故障。(9)带材拉伸控制策略本工程引进美国I2S公司AGC计算机控制系统。液压AGC系统的主要功能有:①油缸活塞位置控制。这是AGC的基本控制环节,常规PID控制器。系统装有位置检测仪。该轧机未配置直接辊缝检测仪,轧机机架的拉伸变形量取决于其拉伸曲线和当前轧制压力。②轧制压力控制。这也是AGC的基本控制环节,常规PID控制器。一般在预压靠(辊缝调零)或带材平整时投入压力控制。③反馈控制。取出口测厚仪信号为测量值,计算测厚点(距轧辊中心约1m)的厚度偏差,经适当的量化和趋势判断计算后产生反馈控制值,作为附加位置量迭加到位置给定值中。这种控制方式在入口带材的厚度一致性较好时有很好的控制效果。④前馈控制。取入口测厚仪信号为测量值,计算测厚点的厚度偏差并跟踪该点的移动,在其到达轧辊时输出控制量。这种控制方式对消除带材的不一致性厚差有较好的控制效果。⑤秒流量控制。这是目前效果较好的厚度控制方式,其特点是可有效抑制来料厚度变化和轧辊偏心等综合因素对系统的扰动影响。(10)主要控制功能及输出机组自动控制系统采用西门子S7-300系列PLC。PLC根据机组工艺操作过程及相互的连锁要求向机组发出顺序控制命令,对机组在运行中产生的各种故障进行相应报警、保护,其主要控制功能有:张力给定控制、主机速度给定控制、轧机自动停车控制、各辅助液压站控制、故障报警及保护功能等。控制柜及外围操作箱等控制场所的输入输出均以分布式远程I/O通过PROFIBUS现场总线连接至PLC(通讯介质选用西门子公司的塑料光纤产品);PLC、HMI计算机、AGC控制计算机也同样采用