第１期总第１９ｌ期 ２ ０ １ １年２月 冶 金 丛 刊
ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＣＯＬＬＥＣＴＩＯＮＳ Ｓｕｍ．１９ Ｊ ＮＯ．１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２ ０ １ ｌ
轧机自动辊缝标定技术
曹文豪
（新余钢铁股份有限公司，江西新余３３８００１）
摘要基于新余钢铁股份有限公司新建１ ５５０ｍｍ冷轧机，分析了轧机辊缝自动标定的分类与过程，阐述了轧机 辊缝自动标定时，如何实现相对轧制力、辊缝位置、辊缝倾斜的零点标准，同时，对现场标定过程出现的典型故障进 行分析并提出解决方法。实践证明通过辊缝自动标定，可以提高轧机ＨＧＣ精度，保证成品带钢的厚度要求。 关键词 自动标定；冷轧机；轧制力控制 中图分类号：ＴＧ３３３．１７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—３８１８（２０１１）Ｏ１—００２８—０４
ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ ＯＦ ＲｏＬＬ ＧＡＰ ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＣＡＬＩＢＲＡＴＩｏＮ
Ｃａｏ Ｗｅｎｈａｏ
（Ｘｉｎｙｕ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉｎｙｕ ３３８００１，Ｊｉａｎｇｘｉ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｒｏｌｌ ｇａｐ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｆｏｒ ｎｅｗ １５５０ｍｍ ｃｏｌｄ
ｒｏｌｌｉｎｇ ｍｉｌｌ ｏｆ Ｘｉｎｙｕ ｓｔｅｅｌ ｃｏｍｐａｎｙ．Ｈｏｗ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｚｅｒｏ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎｓ ｏｆ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｒｏｌｌ ｆｏｒｃｅ，ｒｏｌｌ ｇａｐ ｐｏｓｉｔｉｏｎ
ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｔｉｈｉｎｇ ｗｅｒｅ ｅｘｐｌａｉｎｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｒｏｌｌ ｇａｐ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ．Ｔｙｐｉｃａｌ ｔｒｏｕｂｌｅｓ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｉｔ ｗａｓ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ ｔｈａｔ ＨＧＣ ａｃｃｕ—
ｒａｃｙ ｏｆ ｒｏｌｌｉｎｇ ｍｉｌｌ ａｎｄ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｓｔｒｉｐ ｗｅｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｒｏｌｌ ｇａｐ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ；ｃｏｌｄ ｍｉｌｌ；ｒｏｌｌ ｆｏｒｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌ
在现代冷连轧机基础自动化控制中，液压辊缝 控制（ＨＧＣ）系统是最为复杂、技术含量最高、测量
设备最为精密的系统之一。在轧机正常轧制带钢
前，更换工作辊或支撑辊后使整个轧机的轧制线发 生了改变，所以必须对轧机液压辊缝控制系统进行
机架液压辊缝零点标定。通过标定可以获得轧制 力、辊缝位置、辊缝倾斜的零点标准。只有获得以上
３种变量的零点标准，轧机才能实现正常轧制时
ＨＧＣ系统的自动控制功能。可以说机架液压辊缝 标定是轧机进行液压ＨＧＣ的前提，是实现冷连轧生
产高精度成品的必要条件。本文基于新余钢铁股份
有限公司新建的１ ５５０ｍｍ冷连轧机，介绍１ ５５０ｍｍ
冷连轧机的标定过程。
１ 辊缝标定理论基础
轧机机架液压辊缝标定是建立在轧机弹跳方程
的基础上。 弹跳方程： ｈ＝Ｓｏ＋（Ｐ—Ｐ０）／Ｋ （１） 式中 ．Ｉｌ——轧件出口厚度；
Ｓ ——空载辊缝；
Ｐ——轧制力； Ｐ ——影响辊缝的轧制力极限值； Ｋ—一车乙机冈４度。 见图１，轧件塑性线斜率为 ，轧机弹性线斜率
为Ｋ。当某种因素影响轧件塑性线由曰变化到日
时，为保证轧机出口带钢厚度ｈ不变，需调整轧机辊
缝ＡＳ，使轧机弹性线由Ａ变化到Ａ 。厚度控制的基
本原理是：无论轧制过程如何变化，总使轧机弹性线 Ａ与塑性线Ｂ相交于等厚制线Ｃ。轧制力在作用的
过程中有一个从小到大的过程，对辊缝的影响会从
大到小变化。在轧制力相对较小时，辊缝变化呈非
线性，当轧制力达到Ｐ。时，辊缝变化开始呈线性趋
势，而这种影响是通过轧制力作用在轧辊两端产生
的。辊缝的非线性段计算方法如下：
作者简介：曹文豪（１９６７一），男，工程师，大学本科，１９９０年毕业于江西冶金学院 第ｌ期 曹文豪：轧机自动辊缝标定技术
ｌ ＼ ／ｔ
＼／ｔａｎａ０＝Ｍｔｔ＝Ｋ
Ⅳ
图１ 轧制力与厚度的关系 Ｓ ＝Ｃ，×（Ｐ—Ｐ。） （２） 式中．ｓ ——轧制力对辊缝的影响值；
Ｃ ——轧制力对辊缝影响的补偿系数，当Ｐ ＞Ｐ。时，进入线性段后则Ｃ 为０。 通常在轧制前启动辊缝标定功能，将轧辊按初 始压力Ｐ。压靠到一定程度，并将此时的辊缝ｓ。确
定为轧机调整的零辊缝。通过辊缝标定将图１中曲 线Ａ的非线性部分进行处理，把．ｓ。前面非线性段去
除，实现在正常轧制时轧制力和辊缝之间的线性化。
２辊缝标定测量系统与轧制线标定
２．１辊缝标定测量系统
新钢ｌ ５５０ｍｍ冷连轧机辊缝标定测量系统主
要包括：液压缸位置检测和轧制力检测系统。其中，
液压缸位置检测元件主要采用日本Ｓｏｎｙ公司位置 传感器，该位置传感器精度达到０．００１ｍｍ，可以精
确检测辊缝标定时液压缸杆的具体位置。轧制力测
量系统采用德国ＨＹＤＡＣ公司的压力传感器。它利 用液压缸油腔将液压油的压力传递给压力传感器，
测量到的压强与相应活塞面积相乘，得到实际轧制
力。这种压力传感器工作稳定，其精度完全满足现 场工作要求，被广泛应用在辊缝标定轧制力测量系
统中。 ２．２轧制线标定 轧制线标定是辊缝标定的前提。轧机正常生产
时，应保持一个稳定不变的轧制线，使带钢始终处于 同一水平高度进行轧制。但是更换机架轧辊以后则
会影响轧制线的位置，因此需要重新调整轧制线到 原定位置。新钢１５５０ｍｍ冷连轧机轧制线标定时，
按照轧机各个部件数据计算轧制线的调整高度，其
计算和调整过程通过Ｓｉｅｍｅｎｓ公司的ＰＣＳ７系统中
的Ｓ７实现，轧制线标定原理见图２。
为了准确控制轧制线调整精度，轧制线调整装 置采用梯形台和精调斜楔组合来调整轧制线高度。
其中梯形台共有６级台阶，通常首阶高度为４０ｍｍ。 其余台阶高度为３０ｒａｍ，精调斜楔的移行距离与高 图２轧制线标定原理 度调整量之比为２０：１。
轧制线高度
日 ｌ ＝Ｈ一（ＤＢＲ／２＋Ｄ ＋Ｄ Ｒ）＋△日 （３） 式中Ｈ－一支撑辊轴承中心线到轧制线距离； ＤＢＲ——支撑辊直径；
Ｄ ——中间辊直径； Ｄ Ｒ——工作辊直径； △日——辊径偏差。
梯形台水平调节量（粗调）
Ｓｐｋ 。＝（日 一Ｈ１）／Ｈｏ×１３０ （４） 式中日．——首阶高度；
——其余台阶高度； １３０——台阶长度，ｍｍ。
斜楔水平调节量（精调） Ｓ ＝（日 一／ｔ， 。）／ｔａｎ０ （５）
式中Ｆ／ 。——梯形台调整高度；
ｔａｎ０ ——斜楔斜率，ｔａｎ０ ＝ｌ／２０。 轧制线调整的计算精度是辊缝标定能否成功的
关键。通过轧制线的计算可以为轧机辊缝标定提供
标尺和参照，从而保证轧机辊缝相对零点在同一水 平线上。
３辊缝标定分析
３．１辊缝标定分类 辊缝标定可分为无带标定和有带标定，无（有）
带标定是在机架内没有（有）带钢的情况下进行的
标定。这两种标定过程存在很大差别。无带标定是 对“零点”的校正，即辊缝标定必须达到设定的基准
位置；而有带标定继承了无带标定的轧制力和辊缝
基准值，标定的最终目标是达到原来的辊缝位置。
通常在液压缸实际位置和位置计数器数值之间出现
偏差时，必须进行无带标定。另外，如果更换支撑辊
或位置计数器数据突然丢失（控制器复位、电源断
电或位置计数器失效导致），也应该进行无带标定。
在轧机有带钢存在并且更换工作辊或中间辊重新调 冶金丛刊 总第ｌ９ｌ期
整水平轧制线后，应该进行有带标定。由于有带标
定相对比较简单且原理与无带标定相同，因此本文
仅介绍无带标定。 ３．２无带标定过程 新钢１ ５５０ｍｍ冷连轧机无带标定执行顺序见
图３，其中控制方式包括位置控制方式、轧制力控制
方式、单轧制力控制方式和倾斜控制方式。启动标
定功能之前，需要满足如下基本条件：轧机没有快停
信号和维护方式信号、位置计数器无报错、ＨＧＣ系
统状态ＯＫ、乳液系统和传动系统状态ＯＫ。在无带
标定过程中，需要对ＨＧＣ、弯辊控制、窜辊控制、乳
液喷射控制、传动控制等多方面因素进行检查校准， 完成相对轧制力、辊缝位置、辊缝倾斜的零点标定，
最终找到正常轧制时ＨＧＣ的零点标准。自动标定 过程是通过Ｓｉｅｍｅｎｓ公司的ＴＤＣ系统实现顺序控制
的。当标定条件满足时，可以在操作面板或ＨＭＩ中
启动自动标定过程，然后通过ＳＦＣ软件实现基本顺
序控制功能，步骤之间转换条件收集和中断报警功
能由ＣＦＣ软件实现。系统对每一步执行过程都设
有超时监控功能，一旦超时顺控过程会立即终止且
系统恢复到自动标定之前的 态。前一步完成后，
操作按字ｊｌ 标定开始
第 Ｉ初 牒
第ｚ步 Ｉ 辫
第ｓ步ｌ 茬嚣 葬 ｌ 完成位置记忆
Ｊ 将辊缝在释放位置之 第４步ｌ 上开５ｍｍ，保持原有 ｌ 倾斜控制值
第ｓ步Ｉ 盒鬈 磊毽 褒装 ｌ 是否在容限范围之内
ｌ 保证两侧辊缝同时接 第 步Ｉ 触 搀 绪舅 接
ｌ 选择位置和倾斜控制 聊步Ｉ方 要 ’
Ｉ检测辊重、弯辊力等影 第８步Ｉ 响轧制力因素并完成 ｌ 轧制力清零
第 步Ｉ囊囊望霜翁 蕴蠢翻舅 ｌ 达到２ＭＮ 第 。步Ｉ 换 霆
第１３步Ｉ要求 达到
步
ｌ 标定位置传感器， 第 步ｌ 将牿 覆掣慧墨缸
Ｉ选择倾斜控制方式， 第１６步Ｉ开
步Ｉ ：
， 第ｔｓ步Ｉ选 ｍ式
图３无带标定流程 自动标定结束 下一步包括它的连锁条件就立即执行，只有步骤之 间的转换条件全部满足后，才能完成自动标定的全
部过程。当完成全部标定过程后，说明轧机状态正
常，可以开始轧制，并将辊缝位置合到１５ｍｍ，为穿
带生产准备条件。 ３．２．１轧制力标定过程
标定过程轧制力变化曲线见图４。初始化自动
标定参数过程中，将上次标定形成的相对轧制力修 改为绝对轧制力，那就意味着已经考虑了辊重、轴承
重和弯辊力等对轧制力的影响因素，完全依靠压力
传感器检测轧制力数据。在轧制力和倾斜控制方式
下，合辊缝到轧制力最小（１ＭＮ），保证此时上下工
作辊恰好接触但却没有相互作用，同时检查此时辊 缝位置与接触位置偏差是否在容限范围内（２ｍｍ），
其中接触位置通过轧辊数据计算得出：
Ｈ… ＝（Ｄ８Ｒ／２＋Ｄ腿＋Ｄ ）一日 （６） 式中日……——接触位置；
日 ——轧制线到下支撑辊中心线的距离。
这时主要为了检查轧辊数据是否正确，并继续 以单轧制力控制方式使轧辊两侧达到接触轧制力
（１ＭＮ），保证轧辊两侧在上下辊系之间产生相互作
用并造成一定程度的辊系变形。然后在位置和倾斜
控制方式下将辊缝在当前位置的基础上打开５ｍｍ， 如图３中第７步所示。根据液压和辊系变形原理以
及相关实验数据，一般认为在接触轧制力辊系变形
的基础上辊缝打开５ｍｍ，会使上下辊系之间恰好接
触却没有相互作用，此时再将检测实际轧制力的固 定载荷质量影响因素去掉，即对压力传感器系统做
一次轧制力清零操作，就可以得到相对轧制力零点
标准。
时同 图４标定过程轧制力变化曲线 ３．２．２辊缝位置标定过程
标定过程中辊缝位置变化曲线见图５。首先，
将液压缸全部缩回，完全打开辊缝，同步位置计数器
完成从相对位置到绝对位置的转换过程，再将液压 缸绝对位置置为１５０ｍｍ。见图６，液压缸的绝对位
置ＳＡｈ．是以液压缸上限位置为零点的，液压缸释放
到底位置为下限位置（１５０ｒａ
ｍ）。根据工艺要求，零
