[发明专利]一种高硅钢的卷取式温轧装置及其方法

权利要求书

1.一种高硅钢的卷取式温轧装置，其特征在于，包括左炉底辊道、左炉卷导板、左炉卷箱、左卷取机、左夹送辊、左带钢感应加热装置、温轧机、右带钢感应加热装置、右夹送辊、右卷取机、右炉卷箱、右炉卷导板、右炉底辊道、热油加热装置、防氧化保护装置和PLC控制系统，其中，左炉底辊道、左夹送辊、左带钢感应加热装置、温轧机、右带钢感应加热装置、右夹送辊和右炉底辊道，从左到右依次相连接；左卷取机设置在左炉底辊道之上，左卷取机外设置左炉卷箱，左炉卷箱的左侧设置有第一热金属检测器，右卷取机设置在右炉底辊道之上，右卷取机外设置右炉卷箱，所述左卷取机上设有左卷筒导料槽，右卷取机上设有右卷筒导料槽；左带钢感应加热装置的入口处设置有第一测温仪，右带钢感应加热装置的入口处设置有第四测温仪；

所述左夹送辊包括左上辊、左上辊液压缸、左伺服阀、左上辊轴承座、左上辊直流电机、左下辊、左下辊液压缸和左下辊直流电机；其中，在左夹送辊的右侧设置有第二热金属检测器，左上辊通过第一旋转接头与热油加热装置相连接，左上辊通过左伺服阀与左上辊液压缸相连接，左上辊与左上辊轴承座连接，左上辊轴承座设置有左环形测力压头，左上辊与左上辊直流电机相连接，左上辊直流电机设置有左上辊增量编码器，左伺服阀、左环形测力压头、左上辊增量编码器和热油加热装置，分别与PLC控制系统相连接；左下辊通过第二旋转接头与热油加热装置相连接，左下辊液压缸的供油液压管上，从靠近左下辊液压缸侧依次设置有左液压比例阀和左电磁换向阀，左电磁换向阀与左下辊相连接，左下辊与左下辊直流电机相连接，左下辊直流电机设置有左下辊增量编码器，左电磁换向阀、左液压比例阀和左下辊增量编码器分别与PLC控制系统相连接；

所述右夹送辊包括右上辊、右上辊液压缸、右伺服阀、右上辊轴承座、右上辊直流电机、右下辊、右下辊液压缸和右下辊直流电机；其中，在右夹送辊的左侧设置有第五热金属检测器；右上辊通过第三旋转接头与热油加热装置相连接，右上辊通过右伺服阀与右上辊液压缸相连接，右上辊与右上辊轴承座连接，右上辊轴承座设置有右环形测力压头，右上辊与右上辊直流电机相连接，右上辊直流电机设置有右上辊增量编码器，右伺服阀、右环形测力压头和右上辊增量编码器，分别与PLC控制系统相连接；右下辊通过第四旋转接头与热油加热装置相连接，右下辊液压缸的供油液压管上，从靠近右下辊液压缸侧依次设置右液压比例阀和右电磁换向阀，右电磁换向阀与右下辊相连接，右下辊与右下辊直流电机相连接，右下辊直流电机设置有右下辊增量编码器，右电磁换向阀、右液压比例阀和右下辊增量编码器分别与PLC控制系统相连接；

所述左炉卷导板设置在左炉底辊道的下方；左炉卷导板与PLC控制系统相连；

所述右炉卷导板设置在右炉底辊道的下方；右炉卷导板与PLC控制系统相连；

所述温轧机采用四辊轧机，包括上工作辊、下工作辊、上支撑辊和下支撑辊，其中，温轧机的上工作辊和温轧机的上支撑辊为温轧机的上辊系，统称为温轧机上辊，温轧机的上工作辊和下工作辊，统称为温轧机工作辊，轧机辊缝控制采用压下液压缸全液压控制，温轧机的上工作辊通过第五旋转接头与热油加热装置相连，温轧机的下工作辊通过第六旋转接头与热油加热装置相连；温轧机的左侧设置有第二测温仪和第三热金属检测器，温轧机的右侧设置有第三测温仪和第四热金属检测器；温轧机的前端设置第一导卫装置，温轧机的后端设置第二导卫装置；温轧机与PLC控制系统相连；

所述左炉卷箱、右炉卷箱、左带钢感应加热装置和右带钢感应加热装置均设置有防氧化保护装置，防氧化保护装置与PLC控制系统相连；

所述的第一导卫装置和第二导卫装置，分别与PLC控制系统相连；

所述的第一至第四测温仪，分别与PLC控制系统相连；

所述的第一至第五热金属检测器，分别与PLC控制系统相连。

2.根据权利要求1所述的高硅钢的卷取式温轧装置，其特征在于，所述的第一至第六旋转接头，每个旋转接头的出油杆上设置2～4个出油口。

3.采用权利要求1所述的的高硅钢的卷取式温轧装置进行高硅钢的卷取式温轧的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，穿带：

(1)高硅钢铸轧带钢到达左夹送辊前，左夹送辊、温轧机和右夹送辊的辊缝打开，均以铸轧出带速度向右转动；左卷取机卷筒、右卷取机卷筒定位完成并保持静止，左炉卷导板落下，右炉卷导板抬起；

左上辊抬起至最高位置，左下辊上抬至最高位置，高于轧线标高2～5mm；温轧机上辊抬起，保持10～20mm辊缝；右夹送辊的右上辊抬起至最高位置，右夹送辊的右下辊上抬至最高位置，高于轧线标高2～5mm；

(2)当带钢头部进入左夹送辊后，左夹送辊的左上辊压下至轧线标高位置，左夹送辊的左下辊根据夹送压力设定值进行压力闭环控制，其中，夹送压力使带钢的变形率≤3％，左夹送辊辊缝闭合，进行夹送控制；左夹送辊的左上辊、左夹送辊的左下辊均以铸轧的出带速度向右转动，向温轧机输送带钢；

(3)当带钢头部进入温轧机后，左夹送辊的左上辊位置保持在轧线标高位置，左夹送辊的左下辊落下至最低位置，左夹送辊辊缝打开，温轧机上辊压下，根据压力设定值进行压力闭环控制，温轧机辊缝闭合并进行夹送控制；左夹送辊的左上辊和温轧机工作辊均以铸轧出带速度向右转动，向右夹送辊输送带钢；

(4)当带钢头部进入右夹送辊后，温轧机上辊抬起，保持10～20mm辊缝；右夹送辊的右上辊压下至轧线标高位置，右夹送辊的右下辊根据夹送压力设定值进行压力闭环控制，右夹送辊辊缝闭合，进行夹送控制；左夹送辊的左上辊、温轧机工作辊和右夹送辊的右下辊均以铸轧的出带速度向右转动；右夹送辊的右下辊：右夹送辊的右上辊速度比为1.05～1.1，使带钢头部微翘；

(5)计算右卷取机的右卷径D_CR(n)和进入右卷取机的带钢长度L_CR(n)：

右炉卷导板抬起，带钢头部经右炉卷导板引导，在右夹送辊的作用下推动右卷取机开始转动，据此判断带钢头部进入右卷取机的右卷筒导料槽，右卷取机转矩限幅设定为额定转矩的2～5％，右卷取机开始卷取，当带钢头部进入右卷取机后，调整右夹送辊的右下辊：右夹送辊的右上辊速度比为1，调整右卷取机转矩限幅设定为额定转矩的10～20％，带钢在右卷取机卷筒上缠绕3～5圈后，右炉卷导板落下，根据高硅钢温轧工艺进行设定，通过调整右卷取机转矩限幅，使张应力为2～20MPa，进入张力闭环模式，同时开始计算右卷取机的右卷径计算D_CR(n)，并根据右夹送辊速度计算进入右卷取机的带钢长度L_CR(n)，具体计算公式如下：

D_CR(n)＝D_CR(n-1)+δ(1)

ΔDCR(n)=DGR×NGR(n)NCR(n)-DCR(n-1)---(2)]]>

α＝2×h×N_CR(n)×T_S(3)

δ=0,ΔDCR(n)≤0ΔDCR(n),0<ΔDCR(n)<αα,ΔDCR(n)≥α---(4)]]>

L_CR(n)＝L_CR(n-1)+π×N_GR(n)×D_GR×T_S(5)

其中，L_CR(n)的初始值为0；

D_CR(n)为第n时刻的右卷取机卷径；

D_CR(n-1)为第n-1时刻的右卷取机卷径；

D_GR为右夹送辊直径；

N_GR(n)为第n时刻的右夹送辊转速；

N_CR(n)为第n时刻的右卷取机转速；

h为温轧机出口带钢厚度；

T_S为计算周期；

L_CR(n)为第n时刻进入右卷取机的带钢长度；

L_CR(n-1)为第n-1时刻进入右卷取机的带钢长度；

(6)当带钢尾部到达左夹送辊时，左夹送辊、温轧机、右夹送辊和右卷取机停止转动，左炉卷导板抬起，左夹送辊辊缝闭合，温轧机辊缝打开，右夹送辊辊缝打开；左夹送辊、温轧机、右夹送辊、右卷取机均同步向左转动，左夹送辊和右卷取机之间进行微张力控制；左夹送辊的左上辊速度：左夹送辊的左下辊速度比为1.05～1.1，使带钢尾部微翘；

在左夹送辊的作用下推动左卷取机开始转动，据此判断带钢头部进入左卷取机的左卷筒导料槽，左卷取机转矩限幅设定为额定转矩的2～5％，左卷取机开始卷取，当带钢头部进入左卷取机后，调整左夹送辊的左下辊：左夹送辊的左上辊速度比为1，调整左卷取机转矩限幅设定为额定转矩的10～20％，带钢在左卷取机卷筒上缠绕3～5圈后，左炉卷导板落下，温轧穿带完成；

步骤2，建张：

(1)温轧机辊缝根据温轧工艺每道次厚度设定，进行辊缝预压下，温轧机停车时辊缝比轧制过程设定值大0.4～0.6mm；

(2)左夹送辊、右夹送辊辊缝闭合，根据温轧工艺张力设定值分配左夹送辊、左卷取机、右卷取机和右夹送辊的转矩限幅值，左卷取机的速度等于左夹送辊线速度，左夹送辊线速度：温轧机出口带钢线速度为1.05～1.1，右卷取机的速度等于右夹送辊线速度，温轧机入口带钢线速度：右夹送辊线速度为1.05～1.1；左卷取机和右卷取机进入张力闭环模式建立张力；

步骤3，温轧：

根据轧线工艺设备布置及轧制工艺要求，温轧总道次为奇数，即第一道次和最后一道次均向左轧制，最终成品卷在左卷取机上；具体温轧过程如下：

(1)第一道次向左轧制

根据温轧工艺控制模型，右炉卷箱内温度达到设定值并按设定时间保温后，开始第一道次温轧，此时安装在温轧机和右夹送辊之间的右带钢感应加热装置开始对带钢进行加热，根据密封在右带钢感应加热装置内的第四测温仪反馈值进行温度闭环控制；

通过调整左卷取机的卷取速度、左卷取机的卷取速度的转矩限幅、右卷取机的卷取速度、右卷取机的卷取速度的转矩限幅、左夹送辊的速度和右夹送辊的速度，使带钢在左卷取机、左夹送辊、温轧机、右夹送辊、右卷取机之间张力恒定；

开始计算左卷径D_CL(n)和进入左卷取机的带钢长度L_CL(n)，具体计算公式如下：

D_CL(n)＝D_CL(n-1)+δ(6)

ΔDCL(n)=DGL×NGL(n)NCL(n)-DCL(n-1)---(7)]]>

α＝2×h×N_CL(n)×T_S(8)

δ=0,ΔDCL(n)≤0ΔDCL(n),0<ΔDCL(n)<αα,ΔDCL(n)≥α---(9)]]>

L_CL(n)＝L_CL(n-1)+π×N_GL(n)×D_GL×T_S(10)

其中，L_CR(n)起车上升沿时的数值，为0，

D_CL(n)为第n时刻的左卷取机卷径，

D_CL(n-1)为第n-1时刻的左卷取机卷径，

D_GL为左夹送辊直径，

N_GL(n)为第n时刻的左夹送辊转速，

N_CL(n)为第n时刻的左卷取机转速，

h为温轧机出口带钢厚度，

T_S为计算周期，

L_CL(n)为第n时刻进入左卷取机的带钢长度，

L_CL(n-1)为第n-1时刻进入左卷取机的带钢长度；

向左轧制时，右卷取机卷径D_CR(n)和进入右卷取机的带钢长度L_CR(n)做减法计算，公式如下：

D_CR(n)＝D_CR(n-1)+δ(11)

ΔDCR(n)=DGR×NGR(n)NCR(n)-DCR(n-1)---(12)]]>

α＝2×h×|N_CR(n)|×T_S(13)

δ=0,ΔDCR(n)≥0ΔDCR(n),-α<ΔDCR(n)<0-α,ΔDCR(n)≤-α---(14)]]>

L_CR(n)＝L_CR(n-1)-π×|N_GR(n)|×D_GR×T_S(15)

根据L_CR(n)判断右侧带钢减速和停车的位置，具体减速和停车位置根据轧制速度调整：

当L_CR(n)＝5000mm时，右卷取机卷筒上剩余带钢为8～10圈，温轧机开始减速；

当L_CR(n)＝50mm时，右卷取机卷筒上剩余带钢为3～5圈，温轧机停车；

根据温轧机入口来料厚度H计算第一道次轧制出口厚度：

h1(n)=LCR(n)-LCR(n-j)LCL(n)-LCL(n-j)×H---(16)]]>

其中h₁(n)为第一道次轧制时，第n时刻的厚度计算值；

j为大于1的整数，用于保证L_CL(n)-L_CL(n-j)≥20mm；

(2)第二道次向右轧制

根据温轧工艺控制模型，左炉卷箱内温度达到设定值并按设定时间保温后，开始第二道次温轧；此时安装在温轧机和左夹送辊之间的左带钢感应加热装置开始对带钢进行加热，根据第一测温仪反馈值进行温度闭环控制；

通过调整左卷取机的卷取速度、左卷取机的卷取速度的转矩限幅、右卷取机的卷取速度、右卷取机的卷取速度的转矩限幅、左夹送辊的速度和右夹送辊的速度，使带钢在左卷取机、左夹送辊、温轧机、右夹送辊、右卷取机之间张力恒定；

开始计算右卷径D_CR(n)和进入右卷取机的带钢长度L_CR(n)，起车上升沿时L_CR(n)的数值置为0，具体计算公式为(1)，(2)，(3)，(4)和(5)；

向右轧制时，左卷取机卷径D_CL(n)和进入左卷取机的带钢长度L_CL(n)做减法计算，公式如下：

D_CL(n)＝D_CL(n-1)+δ(17)

ΔDCL(n)=DGL×NGL(n)NCL(n)-DCL(n-1)---(18)]]>

α＝2×h×|N_CL(n)|×T_S(19)

δ=0,ΔDCL(n)≥0ΔDCL(n),-α<ΔDCL(n)<0-α,ΔDCL(n)≤-α---(20)]]>

L_CL(n)＝L_CL(n-1)-π×|N_GL(n)|×D_GL×T_S(21)

根据L_CL(n)判断左侧带钢减速和停车的位置，具体减速和停车位置根据轧制速度调整：

当L_CL(n)＝5000mm时，左卷取机卷筒上剩余带钢为8～10圈，温轧机开始减速；

当L_CL(n)＝50mm时，左卷取机卷筒上剩余带钢为3～5圈，温轧机停车；

根据温轧机第一道次厚度平均值计算第二道次轧制出口厚度：

h2(n)=LCL(n)-LCL(n-j)LCR(n)-LCR(n-j)×h‾1---(22)]]>

其中，为第一道次出口厚度平均值；h₂(n)为第二道次轧制时，第n时刻的厚度计算值；j为大于3的整数，用于保证L_CR(n)-L_CR(n-j)≥20mm；

(3)中间第m道次轧制

根据温轧工艺设定，当向左轧制时参照步骤3(1)第一道次向左轧制，当向右轧制时参照步骤3(2)第二道次向右轧制：

向左轧制时，停车位置为L_CR(n)＝50mm；向右轧制上升沿时L_CR(n)重置为0，所以每次向左轧制停车时，在右卷取机上多卷了长度为45～55mm的带钢；

向右轧制时，停车位置为L_CL(n)＝50mm；向左轧制上升沿时L_CL(n)重置为0，所以每次向右轧制停车时，在左卷取机上多卷了长度为45～55mm的带钢；

根据温轧机第m-1道次厚度平均值计算第m道次轧制出口厚度：

其中，为第m-1道次的出口厚度平均值；h_m(n)为第m道次轧制时，第n时刻的厚度计算值；

(4)终轧道次轧制

根据温轧工艺设定，最后一道次向左轧制，参照步骤3(1)第一道次向左轧制，厚度计算根据公式(23)；

停车后，右卷取机转矩限幅设定为额定转矩的2～5％，右炉卷导板抬起；左卷取机转矩限幅根据工艺要求设定，左炉卷导板抬起；温轧机辊缝控制切换到压力闭环，压力设定100～150kN用于右卷取机上剩余带钢平整；左夹送辊和右夹送辊压力设定50～100kN，右夹送辊和温轧机之间进行微张力控制，左卷取机、左夹送辊和温轧机之间进行微张力控制；

左卷取机、左夹送辊、温轧机、右夹送辊和右卷取机向左转动，当带钢头部被抽出右卷取机后，右卷取机停止转动，右炉卷导板落下；

当带钢头部被抽出右夹送辊后，右夹送辊停止转动，右夹送辊的右上辊抬起；

当带钢头部被抽出温轧机后，左卷取机、左夹送辊和温轧机停止转动；温轧机辊缝打开到10～20mm；左炉卷导板落下；左夹送辊辊缝闭合保持50～100kN压力，左卷取机转矩限幅设定为额定转矩的102～105％；

步骤4，成品运送：

当需要带钢向成品卷取机或定尺剪运送时，采用左夹送辊驱动带钢头部向右运送；当带钢头部穿过右夹送辊后，右夹送辊辊缝闭合，左夹送辊辊缝打开，采用右夹送辊驱动带钢头部向右运送；当带钢尾部被抽出左卷取机后，左卷取机停止；当带钢尾部通过右夹送辊后，右夹送辊辊缝打开，温轧机组设备进入待机状态。