首钢京唐1580热轧定宽机控制系统

1. 概述
板坯侧压定宽机（Slab Sizing Press，简称定宽机）作为热轧主要的调宽设备，在锻压状态下对板坯全长进行大的板坯宽度轧制，通过一道次压下，最大宽度压下量可达350mm；而立辊轧机在碾压状态下对板坯进行轧制，经过1~5个道次的轧制，侧压量最大不超过100mm。作为水平轧机前面附设的立辊轧机只起微量侧压和实现宽度自动控制(AWC)的作用，采用效率更高的定宽机实现无级宽度压下。
由于定宽压力机对板坯是在锻压状态下进行轧制的，其金属的变形状态与立辊轧机截然不同，因此定宽压力机轧出的坯料前后切头切尾损耗小，即由过去的0.6%~0.7%减少到0.2%~0.3%，通过减少鱼尾大大提高了钢材的收得率[1]。另外，由于定宽压力机的宽度调节量大而广，这不仅增加了板坯连铸机平均浇铸宽度，而且为板坯连铸机的浇铸宽度由50mm加大到200mm，减少了连铸板坯宽度规格的种类，大大提高了板坯连铸机的生产能力和效果，同时对板坯连铸机的稳定操作起到了绝对作用。

2. 工艺描述
定宽机位于除鳞箱（HSB）和R1粗轧机之间。加热炉送出的经除鳞后板坯，通过定宽机前辊道运送到定宽机前侧导板；然后由定宽机前侧导板完成水平对中；再由辊道电机、入口和出口夹送辊及入口和出口导辊传送板坯进入并通过挤压室，最后挤压完成定宽的板坯经由定宽机后辊道向下游传送。在板坯经过挤压室的过程中，大侧压定宽机对板坯的侧压是靠两个对称运动的锤头模块对板坯的连续侧压，来实现板坯的调宽和板坯头尾的板形调节。锤头模块与板坯的接触面为平面，这就相当于用辊径为无穷大的立辊对板坯进行侧压。

3. 定宽机控制系统组成
首钢京唐1580热轧定宽机控制系统采用GE公司PAC RX7i CPE040 CPU，主柜框架模拟量功能模块采用基于VME总线的MEN公司第三方模板，数字量模板采用GE公司PAC RX7i的；远程柜采用GE公司VersaMax I/O站系统，每个VersaMax I/O站框架系统最多容纳8块功能模块。主要完成的工艺功能有高压水坯料除鳞、坯料输送和夹送、坯料对中、坯料定宽压力平衡、锤头更换以及工艺水冷却等。
PAC RX7i主柜和VersaMax I/O远程柜及传动装置采用PROFIBUS-DP网通讯，PAC RX7i主柜与一级（L1）画面服务器、二级（L2）服务器之间采用内存映像网。定宽机控制系统的配置拓扑图如图1所示。

 图1.定宽机系统配置拓扑图

4. 定宽机控制系统主要功能
4.1 定宽机的工作模式
1) 直通方式
定宽机的直通方式是指定宽机的主电机不转动，坯料由定宽机前后辊道、前后导辊和前后夹送辊直接传送过定宽机，而板坯的宽度上不经受挤压，没有任何变形。
2) 定宽方式
定宽机的定宽方式是指定宽机的前、后辊道和入口、出口夹送辊以步进的运动方式夹送坯料通过定宽机的挤压室，在挤压室内板坯经过主电机带动的锤头挤压。挤压模式中，依照入口和出口夹送辊停止时压下电机是否改变其行程而又划分为短行程模式和等宽模式。
短行程模式是指板坯头部通过锤头时压下电机的行程逐步减小，而板坯尾部通过锤头时，侧压电机的行程逐步增大；等宽模式是指板坯通过锤头时压下电机的行程始终保持不变。

4.2辊道和夹送辊的速度控制
辊道和夹送辊的速度有4种，分别是除鳞速度、送钢速度、定宽速度和跟随速度。
(1) 除鳞速度
除鳞速度是指带钢坯料在出炉辊道上启动向下游运钢时，除鳞箱前辊道、除鳞辊道和定宽机前辊道以0.7m/s的速度运送带钢坯料进入和通过除鳞箱。值得一提的是除鳞前辊道处的热检检测到带钢坯料钢头进入除鳞前辊道时，为了避免出炉辊道因负荷增大跳闸，需要降速到除鳞速度。
(2) 送钢速度
送钢速度是指带钢坯料在定宽机前侧导板对中后，钢坯进入定宽机挤压室时的速度。当定宽模式是直通模式时，定宽机前、后辊道以送钢速度将带钢送入和送出定宽机的挤压室；当定宽模式是挤压模式时，定宽机前、后辊道以送钢速度将带钢送人挤压室，并将带钢坯料的钢头停在距锤头中心线856mm处。
(3) 定宽速度
定宽速度是指带钢坯料定宽机工作在挤压模式时，带钢通过挤压室的速度，定宽速度的波形是周期的三角波波形。定宽机前辊道、定宽机入口夹送辊、定宽机出口夹送辊和定宽机后辊道，根据单步步距参数的设定，依据定宽机入口或出口下夹送辊传动轴上的码盘对坯料的跟踪，在定宽机主电机偏心轴处于空闲角度范围内完成设定步距带钢的精确输送。
(4) 跟随速度
跟随速度是指定宽机出口辊道热检检得带钢坯料通过定宽机的出口夹送辊后，定宽机的后辊道跟随R1轧机设定的速度送钢。当R1前辊道热检检得带钢坯料进入R1前辊道后，定宽机后辊道停止以跟随速度转动。
4.3 定宽机主电机的控制
主电机通过连续的偏心轴旋转运动带动锤头滑架作垂直于带钢的直线往复运动，从而对带钢的宽度进行挤压，使带钢达到设定的出口宽度，满足粗轧区宽度的大压下量调节。
当带钢到达入口夹送辊前500mm处停止，侧导板开始对中时，主电机开始以设定转速旋转，并且在挤压带钢的过程中保持匀速运动。当带钢尾部离开出口导辊，主电机在完成一周期旋转，之后自动定位停止在换锤头角度即180度角度，直至下块板坯到来。主电机连续转动过程中，当偏心轴旋转在20°与240°之间，板坯通过位置控制前移一次，当偏心轴旋转在248.6°与360°之间，锤头击打板坯完成定宽，其运动过程如图2所示。

 图2. 定宽机主电机偏心轴运动示意图
4.4 锤头机械压下电机控制
锤头机械压下电机是用来根据定宽机出口要求的带钢宽度预调节锤头的开口度，使通过定宽机的带钢本体达到合适的宽度。当投入短行程控制时，压下螺丝根据带钢跟踪检测带钢头部和尾部到达锤头，由二级下发头尾最多各5次短行程数据（包括距带钢头部或尾部距离，短行程的偏移量），控制锤头压下电机调节开口度。头部短行程开口度由大逐渐缩小，尾部短行程开口度由小逐渐放大，以避免带钢头尾的形状出现舌形，保证带钢同板宽度一致。
4.5 夹送辊的位置与压力控制
定宽机入口夹送辊和出口夹送辊，与定宽机前辊道配合用于精确传送带钢坯料进入和通过定宽机挤压室，实现锤头对坯料的逐段挤压。
在板坯未进入夹送辊前，入口夹送辊和出口夹送辊以夹送辊的辊缝为控制对象通过PI调节控制伺服阀先导阀和伺服阀自动定位到L2服务器设定的辊缝；当板坯通过导辊后，根据轧制工艺要求，夹送辊以液压缸的作用压力为控制对象，通过PI调节控制伺服阀先导阀和伺服阀的PI控制入口上夹送辊和出口上夹送辊自动定位到目标压力。

4.6 导辊的位置与压力控制
定宽机入口导辊和出口导辊，与入口夹送辊和出口夹送辊配合用于精确传送带钢坯料进入和通过定宽机挤压室，实现锤头对坯料的逐段挤压。
在板坯未进入导辊前，入口上导辊和出口上导辊以导辊的辊缝为控制对象通过PI调节控制伺服阀先导阀和伺服阀自动定位到L2服务器设定的辊缝；当板坯通过导辊后，根据轧制工艺要求，导辊以液压缸的作用压力为控制对象，通过PI调节控制伺服阀先导阀和伺服阀的PI控制入口上导辊和出口上导辊自动定位到目标压力。

5. 结束语
京唐1580热轧定宽机控制系统，针对德国德马克-西马克公司的大压力侧压定宽机械设备和定宽工艺，实现了国内首个定宽机控制系统技术的研发，满足了高精度、大压下和高效率等的工艺控制要求。
 
[1]韩春英 赵蔚 苏兆发 雷智颖 热连轧工艺中定宽压力机的性能特点 鞍钢技术 2000.7
[2]王昭东 王国栋 张强等  热连板带的控宽和调宽技术 钢铁研究 1992.11