热轧地下卷取机自动控制原理
来源：华体体育在线登录 发布时间：2025-12-21 02:45:05
热轧带钢是重要的工业原材料，大范围的应用于汽车、电机、化工、机械制造、建筑、造船等工业部门，除此以外还有大量的热轧带钢 用于冷轧原料及制造焊管和冷弯型钢等。因此，在国民经济中占有重要的地位。
自从20世纪20年代第一卷热轧钢卷在Armgo Butler热轧厂产出，金属带材的生产出现了新的领域。令人吃惊的是，人们 对卷取技术似乎一直不太关注。直到客户对钢材的外观品质与表面上的质量提出要求时，卷取技术才纳入工程师们的研究范围。这 是因为，卷取技术作为生产的基本工艺中的最后一道工序直接影响产品的质量。在历史上，由于卷取技术的原因，曾出现过高达 10％次品率。未解决卷取技术中的难题，各个国家都花费了大量的物力、财力进行技术探讨研究及技术改造。然而，卷取过程 中造成次品的原因一般都不能很好解释(人工操作的随机性与次品率有相关性)，原因是人们缺少直接检测和分析的手段，人 们唯一能进行的就是对卷取过程中的张力做多元化的分析。经过几十年的知识积累，人们已总结了最优的卷取策略及卷取工艺的特 点。我们大家都知道，一张纸如果没有绷紧，是没有很好的方法卷紧的。如果张力不恰当，纸卷的边缘将不齐，纸卷有的紧有的松散。张力 过大，纸张容易拉断。在冶金行业中，对薄钢板的卷取，也同样有相同的问题，并且有其特殊性。如果张力过小，钢卷会在自 身重量下松散，
同样，在纺织、造纸、印刷、化纤等行业中，张力控制也是一个重要的研究领域。例如，在复合材料的缠绕工艺中，如果张力 控制不恰当，或者张力控制不稳定，就会使复合缠绕材料的强度下降20％一30％，如果张力得到了很好的控制，就能控制 树脂和纤维在芯模上按规定的线形排列，提高了纤维树脂复合材料的强度。在印染行业中对张力控制也有相近的要求。例如， 在印染过程中，织物的张力影响织物的着差、着色强度，最终直接影响到产品的质量。
（2）带钢头部进入夹送辊至芯轴建立张力前 此时夹送辊速度超前于层冷辊道，而芯轴的速度超前于夹送辊。带钢在开关门及斜槽板的导引下进入卷取机，经过自动踏步控 制后，带钢缠上芯轴，张力建立。正常的情况下踏步3～4圈后张力即可建立。 （3）芯轴建张至带钢离开精轧机前 卷取机建张后，助卷辊打开，表示卷取过程已由速度控制转化为张力控制。此时精轧机、夹送辊及芯轴之间的张力己建立，精 轧机、层冷辊道、夹送辊、芯轴速度进入同步状态，卷取机根据二级计算机机给定的张力来控制。此时夹送辊与芯轴张力方 向一致，共同完成张力控制尾部。
卷取机应用在炉卷轧机生产线上，是带钢生产线上的关键设备之一。在热轧生产中，产出的轧件往往长达数百米甚至更 长，为了钢材的收集、运输和贮存的需要，必须用专门的卷取机将长轧件绕成板卷。卷取机是主轧线上必不可少的。卷取机一 般安设在车间地坪以下，因此也可称为地下卷取机。轧钢生产实践表明，卷取机的工作状态直接影响着轧机生产能力的发挥， 卷取系统工作性能的好坏将直接影响到成品带钢的最终质量和生产利润，并会对下一道工序的顺利进行直接造成困难。实际的 卷取机是一个集机械、电器、控制、传动为一体的复杂系统，并且是在冲击振动、高温水和氧化铁皮等恶劣环境条件下工作， 因而卷出的带卷经常会出现塔卷、面包卷等质量上的问题，卷形不良始终困扰着绝大部分钢铁企业。但在现有的经济条件下将这些 卷取系统更新为新型卷取系统又是各个企业的经济能力所难以承受的，并且新型的卷取系统又均为国外的产品。因此，如何在 现有的设备的基础上通过一定的技术改造，使现役卷取系统处于最优卷取状态。因此，保证卷取机的顺利工作有着重要的意 义。
钢卷在散开过程中由于相对滑动，会在钢板表面产生划痕，影响钢材的表面上的质量，或者由于钢卷的内层松散突出，无法包装。 如果张力过大，在钢材卷取过程中，会使钢卷内卷产生滑动，由于滑动造成表面划痕，影响了钢材表面上的质量，更重要的是，由 于张力过大，会造成钢卷内部应力过大，致使钢卷的内孔内陷或者整个内层卷突出(塔形)，若发生这种情况，就会降低钢卷 的等级。为避免层间滑动，层间的径向作用力乘以摩擦系数的值应大于张力力矩除以半径所的值，在实际生产中，滑差率 (不产生相对滑动的最大张力力矩与实际力矩之比)必须大于1．0。为了更好的提高钢卷的成材率，应根据不同的加工工艺(平整、酸 洗、涂层等)及被卷取的物料的特性设置相应的张力，然后，在卷取过程中，保持该张力值恒定。总之，恒张力控制是卷取技 术的关键。
(4)助卷辊：助卷辊的作用是促使带钢在芯轴上形成带卷。在芯轴的周围有三个助卷辊定义为1#、2#、3#助卷辊，顺着卷取方 向由密到疏进行配置，即1#、2#助卷辊相距较近，而2#、3#助卷辊相距较远。它们引导带钢的头部缠绕在芯轴上，随着带钢 张力的建立，助卷辊就被自动打开。当带钢尾部离开夹送辊时，1#3#助卷辊关闭，助卷辊切换至压力模式，防止带卷尾部松 卷。
【摘要】本文以我公司热轧卷取机为对象,分析讨论了热轧薄钢板在传统卷取过程存在的问题、卷取机的主要设备组成、卷取 过程的工艺分析以及卷取机AJC踏步控制特点，反映了热轧在卷取机实施AJC踏步控制后，由此大幅度的提升了带钢表面质量。
（1）实现AJC所需的I／O信号主要有： (a) 每个助卷辊的位置与压力反馈信号； (b) 各助卷辊液压伺服阀信号； (c) 用于液压系统压力调节的电磁阀信号； (d) 夹送辊咬钢信号(用于带钢头部跟踪)： (e) 卷取区域热金属检测信号 （2）助卷辊液压系统伺服阀检测及控制方框图如图1所示。
图1 助卷辊液压伺服阀检测和执行机构框图 （2）AJC跟踪计算 带钢周长计算利用下夹送辊的速度反馈，可以计算至最后一个助卷辊的外部周长，或至下一个助卷辊的内部弧长，也可以计算 带钢到达第几号助卷辊。带钢周长计算公式为：
（1)层冷辊道：用来传输带钢和卷取前带钢的冷却，它安装在精轧机后，包括4组，每一组42根辊，分别由42台变频电机驱 动。
(2)侧导板（推床）：卷取侧导板的作用在于正确引导带钢对中，使得带钢能够对准卷取机中心卷取，防止带钢跑偏，顺利导 入夹送辊、芯轴并形成良好
的卷形，降低卷取塔形，稳定和提高卷取质量。为防止带钢头部在侧导板处卡钢，侧导板的开口度在头部未到达前，比带钢宽 50～lOOmm。当头部通过后，侧导板将快速关闭到稍大于带钢宽度的开口度，通常称为短行程控制。
（1）带钢头部出精轧机至夹送辊咬钢前 在此阶段为了带钢在输出辊道和精轧机间建立张力，并保证带钢紧贴在辊道上，必须使输出层冷辊道速度超前于带钢的速度。 全部4组辊道的超前速度根据来料的种类决定，其数值由一级给定。在卷取区域准备接钢前，由卷取操作员在一级HMI画面上 设定完成。
当带钢头部穿过夹送辊时，夹送辊辊缝压力将产生一个尖峰值，用来启动助卷辊踏步控制的带钢跟踪。带钢头部经过夹送辊被 传送到芯轴，并通过助卷辊引导缠绕到芯轴上，此时，助卷辊是在踏步控制模式。在一个可调整的长度后，芯轴完成了它的膨 胀并建立了张力。在“卷取机带载”信号来后，传动的速度将由超前速度变为同步速度，而且助卷辊打开。在带钢尾部离开精轧 机时，夹送辊必须承担整个反张力，因此带钢尾部离开精轧机时没有张力，辊道、夹送辊和助卷辊切换到滞后速度。
AJC自动踏步控制带钢头部从夹送辊到芯轴卷取成形并避免压痕。基本控制思想为：当带钢头部接近某助卷辊时，在辊缝设定 基础上增加一个附加值，助卷辊自动抬起，以保证带钢和助卷辊之间开度大于带钢厚度，待带钢头部通过后，辊缝减为设定 值，再次返回压靠状态，重复以上步骤，直至张力建立，助卷辊打开，从而避免碰撞，减少压痕。
(3)夹送辊：一般在卷取机进料端设有两个夹送辊，并采用不一样辊径。上辊大，下辊小。上下辊之间有10o～20o的偏角，这样 可使带钢经夹送辊以后，产生向下弯的弹性弯曲变形。为增加弯曲变形，以及使带钢进入导板有正确的导向，一般都会采用上辊 向热带钢运动方向对下辊偏移一定距离，这个距离我们叫做辊缝。当轧件尾部离开精轧机时夹送辊变为速度控制，并开始计 算减速距离；夹送辊失张后，上夹送辊抬起，给爬行速度，进入下一循环。夹送辊拥有双重功能：首先它牵引着带钢进入卷取 机，另一个重要的功能就是在卷钢过程中，当带钢离开精轧机时，提供一个后张力。
在板带钢的生产的全部过程中，卷取机是非常非常重要的生产设备，其运作状况的好坏直接影响到整个生产的全部过程的顺利进行。目前，我公 司热轧分厂主轧线按轧制工序分为炉区、粗轧、精轧、卷取四个区域。卷取区位于热轧主轧线末端，主要设备包括热层冷辊 道，层冷辊道上的带钢层流冷却装置，卷取机等，其作用是将精轧机组轧制出来的成品带钢经层冷温度控制后的带钢卷成钢 卷，由卸卷小车取出，经运输小车、1#旋转台、1#步进梁、提升站、2#步进梁等组成的带
（4）带钢离开精轧机而未离开夹送辊前 此时层冷辊道的速度滞后于夹送辊速度，并保证带钢紧贴在辊道上。而夹送辊速度又滞后于芯轴速度，以形成夹送辊与芯轴之 间的带钢张力。
（5）尾部离开夹送辊至卷取完毕。 当带钢尾部离开夹送辊前热检时，1#、3#助卷辊切换至压力模式，引导带钢作好尾部定位。 8.AJC硬件构成 助卷辊位置控制通过伺服阀驱动液压缸实现，依据输入的电信号对液压缸活塞的运动方向和位移来控制。每个助卷辊的液压 缸都有两个压力传感器，分为有杆腔和无杆腔，检测液压缸活塞两侧的压强，位移传感器随活塞杆装入液压缸内，实现位置反 馈检测。三个助卷辊液压缸Hale Waihona Puke Baidu缩的位移可分别在一些范围内任意调节，压力也可在一些范围内调节。
助卷辊是根据预计算的带卷直径定位的，因此能避免带尾松卷。当带钢尾部到达层冷辊道的预计算位置，卷取机将减速，当 带钢尾部到达卷取机，带钢通过合适的斜率获得最小速度。当带钢尾部离开夹送辊，为了使带钢尾部定位在合适的位置（5点 钟位置）执行位置控制。带卷被卸出之后，卷取机自动为卷取下一块带钢做好准备。
(e)卷到带钢尾部离开精轧机时，层冷辊道、夹送辊、助卷辊速度降为滞后速度，张力切换至夹送辊与芯轴之间；
在带钢头部离开炉卷轧机时，卷取机的带钢跟踪被启动，这个带钢跟踪是由侧导板前的热金属检测器来修正的。在带钢头部穿 过夹送辊后，侧导板关闭，传动侧保持位置控制，操作侧转换到压力控制。
我公司热轧分厂卷取机是全液压地下卷取机，其三台全液压卷取机助卷辊采用踏步控制和压力控制两种模式，该卷取机是目前
比较先进的板带卷取机。主要设备包括是由侧导板、夹送辊、助卷辊，芯轴及卸卷小车等。此外，在卷取区域还需配置一些其 它辅助设施，如运输车、旋转台、步进梁、提升站、打捆机、标印机等等。
带钢头部通过助卷辊时，助卷辊给带钢施加适当压力，帮助带钢缠绕在芯轴上，随着带钢的缠绕，芯轴半径逐步增大，导致了 助卷辊在圈数变化时与带钢头部的碰撞使带钢表面产生压痕，因此在采取了自动踏步控制（又称自动跳步控制，简称AJC）技术 后，非常大程度上减轻了由于带钢头部处厚度跳跃差造成的带钢表面压痕，同时与传统的定压控制方式相比，采用AJC技术有利于提高 卷形质量，减
(a)设备初始状态，芯轴一次膨胀（预膨胀），1#、2#、3#助卷辊空载辊缝；
(d)如果自动建张，1#、2#、3#助卷辊自动打开。如未能自动建张，则在28米后强制打开；
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