浅谈厚板厂冷矫直机辊缝控制逻辑优化和运用

浅谈厚板厂冷矫直机辊缝控制逻辑优化和运用

王德彩

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摘要：在厚板车间，板坯矫直是一个重要的工艺环节，在该工艺中，板坯矫直能够提高板料的平直程度，降低板料的弯曲程度，提高板料的表面质量。在厚钢板制造中，矫直是一个很重要的工序，而矫直机又是厚钢板制造中最常见的一种设备。通过对钢坯进行冷矫，可以有效地消除钢坯表面的各种缺陷，从而达到提高钢坯质量、达到客户需求的目的。然而，由于厚板车间采用了大量的冷矫设备，因此，在实际运行中，经常会遇到各种问题，得不到及时的解决，将会对产品质量产生很大的影响。

关键词：厚板厂；冷矫直机；辊缝控制逻辑；优化和运用

引言

冷矫直装置是厚板生产中的一种主要的板形控制装置，它的辊缝控制系统是由伺服电机，位置反馈，速度反馈等组成的闭环系统，目的是对辊缝进行精确的控制。常规冷矫直设备的辊缝控制是由压力、速度、位置三闭环控制构成，主要是由压下系统来实现。由于校正器的工作机理，导致校正器呈现出较强的非线性特性，且各辊道间存在着一定的间隙，造成了各辊道系统的变形。因此，在实际生产过程中，辊子间的间隙很大。因此，为了提高轧辊间隙的控制精度，必须对轧辊间隙进行相应的改造。

一、矫直设备及过程

在厚板企业中，冷矫直机是一种主要由矫直辊道及上、下两个部分构成的冷矫直机。该冷矫直设备的工作原理为：当轧辊移动时，钢片的弯矩逐步降低，直到钢片完全被弯折，再由上、下两个压头对钢片进行加压，使钢片变得平整。在厚板车间，为实现钢板的平整，一般都是先用滚筒送料，再用下压机把钢板压平。在厚板车间，用于矫直辊道的滚子直径通常为100mm，这与压下辊的直径相差不大。冷矫直过程中，辊道的工作压力通常为50吨，上下压头间的压差为150吨。在厚板企业中，当钢板被矫直机矫直时，其首要目标就是消除钢板上下表面所产生的弯曲应力。在厚板工厂，当使用冷矫直机矫直钢板时，其基本工艺是：一、使钢板在上下压头间运动；再将钢板横移；最后，再做一次纵移。

二冷矫直机的基础构造

冷矫直机主要由辊系、机架、支撑机构、传动机构及矫直控制机构等构成。冷矫直机架有三种：U形，I形，K形。其中，U形的框架结构最为简单，只有一条纵、一条横，而横则是两条纵、一条横；I型机框架的结构比较复杂，其框架主要由两根纵向支撑和一根横向支撑所构成；K型机框架结构较为复杂，其框架主要由两根横梁、一根横梁、一根纵梁组成，并由两根横梁组成。

在冷矫工艺中，对钢片的矫直应遵循如下原则：一是冷矫时应保证钢片的表面无缺陷；第二，要有相对快速的冷矫形；第三，要有较高的冷矫直准确度；第四，要有合适的体位，才能实施。冷矫直辊系统由三个部件构成：一是框架，二是支撑机构，三是矫直辊。其中，框架为焊接型；支撑装置主要由固定板、支撑架和支撑辊等构成；矫直辊采用辊系。就冷矫直机而言，它主要包括四个方面：一是液压控制；第二节为电控系统；第三部分为自动控制部，第四部分为滚子传动部。在冷矫工艺中，对于板坯的冷矫，主要利用了液压控制技术。对厚板厂而言，钢板的冷矫有两种形式，一种是直接冷矫，它的特征是无需对钢板进行加热；第二种方法是先对钢片加热，然后再对钢片进行冷矫直。

在厚板工厂，由于其轧制温度通常为160℃，所以对其长度影响不大。在冷矫直过程中，板坯表面将发生不同程度的塑性形变。但在冷矫正器中，钢板表面的温度会在400摄氏度左右。所以，在厚板车间的生产中，应重视对冷矫机的维护。同时，对轧制后的表面质量也要加以控制，才能提高成品的质量。

三、辊缝控制逻辑的最优控制

传统的轧辊间隙控制方法都是以零矫直力为目标来控制轧辊间隙。在实际生产过程中，由于辊子的弯曲和张力等因素的影响，会造成矫直力的波动，因此，必须对辊缝的控制逻辑做适当的优化。在优化辊缝控制逻辑时，应充分考虑轧辊变形对两个辊间接触力的影响，构建一种基于轧辊变形的压下控制系统，实现两个辊间接触力的实时控制。为此，对常规轧制工艺中的轧制与定位两个环节进行了优化，以提高轧制精度。

（一）位置系统

冷矫直装置中的定位系统是由一个位置回路来实现的，它是通过一个滚子的位置回路来实现的。位置环采用增量PID控制，以改善控制的准确性，其控制思想是：D0为下压系统的输出；L1是压力控制系统的输入，L2是辊位控制信号；L3是两个辊子间的接触压强；L4表示两个辊子间的接触压强增加；其中，L5是该加压装置的实际输出信号；

在分析了上述因素后，发现若未考虑到压下系统的真实输出与辊面接触压力的变化，则会产生较大的误差。因此，在设计位置回路的时候，必须根据实际的输出信号来进行补偿。通过对两个辊子间的接触压力及偏转情况进行补偿，使输出信号能够准确地反映两个辊子间的接触压力及偏转情况。

（二）水压装置

压力子系统的设计思想是，根据轧辊的变形与轧辊间的接触压力的关系，利用PID算法来控制矫直压力，使轧辊的辊缝达到预定的目标。在实际应用中，当辊子的偏转幅度很小时，偏转幅度的偏转幅度对矫直力的影响可以忽略不计。所以，在实际的生产中，仅将压力子系统添加到位置子系统中是可行的。

（三）控制系统模型

在冷矫直设备运行时，必须对其施加的矫直压力进行控制，而压力的大小将直接影响到轧辊间隙的变化。在冷矫直机中，由于轧辊系统间的挠度和张力等因素都会影响到矫直机的正确性，因此，有必要将上述因素引入到轧辊系统中，并将其应用到轧辊系统中。在冷矫直设备中，一般由三大控制系统组成：位置控制，压力控制，张力控制。其中，位置控制系统主要以两个辊子间的相对位置为基础，计算出两个辊子间的接触压力，而压力控制系统则是以两个辊子间的接触压力为基础，控制辊缝。

四、厚板厂冷矫直机辊缝控制逻辑运用策略

冷矫的目的是要使辊子变得平整，因此，要实现这一目的，就必须对冷矫的工作流程进行分析，并对影响辊缝控制精度的各种因素进行分析，为辊缝控制的逻辑优化奠定基础。在冷矫直设备中，既要按板料厚度调整，又要实现辊缝动态补偿。冷矫直系统的运行受到很多因素的影响，如弯辊，轧件宽度，冷却水等。因此，在冷矫直过程中，必须综合考虑以上几个方面的影响，以确保冷矫直过程中的精度和稳定性。

结语厚板生产中，因其适用范围较广，因此，在实际使用中，极易产生各种问题。若得不到及时的解决，将会对产品质量造成很大的影响。因此，要确保产品的质量，就需要有关人员定期地对冷矫直装置进行保养，并针对存在的问题，及时采取有效的措施来解决。此外，在进行冷矫时，还应考虑到钢水温度和冷却水温度对冷矫结果的影响。因此，需要有关部门对其进行有效的控制，以减少其对冷矫直效果的影响。同时，为了保证冷矫直装置的正常运行，还应加强对其控制系统的维护。

参考文献

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