一种自动可逆冷轧轧制力控制装置及控制方法与流程

本发明属于钢带冷轧技术领域，具体涉及一种自动可逆冷轧轧制力控制装置及控制方法。

背景技术：

随着经济的发展，不锈钢带的需求量急剧上升，用途不断扩大，广泛用于电子工业、家用电器、汽车工业、机械工业、轻工机械等各行各业，不仅是尖端科学、新技术开发的重要基础，也是各传统工业部门高技术、高水平、高要求产品的关键原材料。不锈钢是指在大气中不易生锈、在酸、碱、盐中耐腐蚀的钢。冷轧钢带是以热轧钢坯为原料，经过酸洗、轧制、退火处理制成的。

中国专利CN104646417A公开的一种极薄钢带的冷轧方法，该方法在轧制力为7500～15000KN的条件下，经7道次轧制制成厚度为0.1～0.2mm的钢带，在较大轧制力的条件下，提高了轧制速度和道次压下量。中国专利CN102029290B公开的一种硬态不锈钢带冷轧方法，在初轧过程中，冷轧6-7道次，在精轧过程中，冷轧3-4道次，轧制张力分别为6-12KN和2-5KN,且初轧的速度采用120m/min保持不变，改善了成品的性能质量，能满足对成品的力学性能要求。但是上述方法的轧制力或轧制速度在轧制过程中保持不变，针对不同品质的热轧钢坯原料，得到成品质量也不相同，因此上述方法不能在不同品质、不同刚度原料的冷轧工艺中通用，且生产效率依然较低。

技术实现要素：

针对上述问题，为克服不同品质热轧钢坯原料经过冷轧工艺得到成品的厚度、品质不同，以及针对相同产品的生产效率和轧制过程中钢带厚度的测量误差问题，本发明提供了一种自动可逆冷轧轧制力控制装置及控制方法。通过采用PLC控制剪切装置自动剪切，控制电焊机自动焊接引带和钢坯，实现了轧制过程的自动化；通过在钢带上方设置厚度传感器行走轨道，实现了厚度传感器的横向移动，能够检测钢带不同位置的厚度，使得检测数据误差较小；通过计算上一轧程得到的总压下率，改变轧制过程中的轧制力和轧制速度，节约了工时，提高了生产效率和产能；通过PLC控制器控制轧制力和轧制速度的增减，较少了人工劳力；通过采用PLC控制剪切装置自动剪切，控制电焊机自动焊接引带和钢坯，实现了轧制过程的自动化。

本发明采取以下技术方案实现上述目的：

一种自动可逆冷轧轧制力控制装置，包括机架(101)、开卷机(1)、收卷机(2)、引带卷机(3)、距离传感器(4)、电焊机(5)、剪切装置(6)、PLC控制器(7)、运动架(8)、行走装置(9)、引带夹(10)、轧辊组(11)、厚度传感器(12)、传感器行走轨道(13)，所述开卷机(1)数量安装在机架(101)两侧；引带卷机(3)设置在开卷机(1)与机架(101)之间；收卷机(2)设置在轧辊组(11)的两侧，且位于钢坯(102)下方；所述收卷机(2)两端固定设置有钢带夹；所述剪切装置(6)设置在机架(101)上方，剪切方向是收卷机(2)的外侧竖直切线方向；所述运动架(8)安装在轧辊组(11)两侧，运动架(8)下端通过行走装置(9)与机架(101)滑动连接；行走装置(9)上方设置有引带夹(10),引带夹(10)两端与运动架(8)固定连接；距离传感器(4)设置在引带夹(10)上方，且两端与运动架(8)固定连接；传感器行走轨道(13)位于运动架(8)外侧，且与运动架(8)固定连接，与距离传感器(4)平行；电焊机(5)设置在距离传感器(4)上方，且两端与运动架(8)固定连接；所述PLC控制器(7)与开卷机(1)、收卷机(2)、引带卷机(3)、距离传感器(4)、电焊机(5)、剪切装置(6)、行走装置(9)、引带夹(10)、轧辊组(11)、厚度传感器(12)、传感器行走轨道(13)电连接。

控制方法的步骤为：

1)原材料准备，热轧带钢3.0-4.0mm厚，引带(103)穿过引带夹(10)，钢坯(102)在引带夹(10)上方穿过运动架(8)进入轧辊组(11)，电焊机(5)焊接出轧侧引带(103)与钢坯(102)；启动PLC控制器(7)电源，设置第一轧程轧制力、轧制速度，第一轧程轧制力范围8000-10000KN，第一轧程轧制速度范围320-330m/min；

2)第一轧程，出口侧厚度传感器(12)在传感器行走轨道(13)上定时检测钢坯(102)厚度，时间范围为1-5秒；若行走至传感器行走轨道(13)边缘时，则反向行走，检测厚度为0时不记录检测到的数据；当待轧侧距离传感器(4)检测到的距离数值发生变化时，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)停车，待轧侧的行走装置(9)沿着钢坯(102)运动方向行走直至检测数值再次发生变化时停止，PLC控制器(7)控制电焊机(5)焊接钢坯(102)与引带(103)；

3)每一轧程结束后，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)停车，并计算厚度传感器(12)本轧程检测的平均值和总压下率，比对当前轧程的总压下率和上一轧程的总压下率：

a)若总压下率≤上一轧程总压下率+15％或总压下率≥上一轧程总压下率+25％，则PLC控制器(7)提升下一轧程轧制力和轧制速度，提升量分别为1000KN-1200KN、100-150m/min，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)反转进入下一轧程；

b)若上一轧程总压下率+15％＜若总压下率＜上一轧程总压下率+25％，则PLC控制器(7)提升下一轧程轧制速度并保持轧制力不变，提升量为100-250m/min，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)反转进入下一轧程；

c)若90％≤总下压率＜92％，则PLC控制器(7)提升下一轧程轧制速度并保持轧制力不变，提升量为50-100m/min，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)反转进入下一轧程；

d)若总下压率≥92％，则PLC控制器(7)控制引带卷机(3)停车，下一轧程的出轧侧剪切装置(6)剪切钢带，控制同侧钢带夹夹紧钢带，收卷机(2)收卷，进入最后一道轧程，轧制力不变，提升轧程轧制速度30-50m/min；

4)最后一道轧程，轧制出口侧剪切装置(6)剪切钢带，PLC控制器(7)控制轧制出口侧钢带夹夹紧钢带，控制收卷机(2)收卷；当待轧钢坯(102)上方的距离传感器(4)检测数值发生变化时，PLC控制器(7)控制收卷机(2)停车，待轧钢坯(102)侧剪切装置(6)剪切钢带，PLC控制器(7)控制收卷机(2)再次启动直至收卷完成，PLC控制器(7)计算厚度传感器(12)本轧程检测的平均值。

本发明的有益效果是：

本发明通过采用PLC控制剪切装置自动剪切，控制电焊机自动焊接引带和钢坯，实现了轧制过程的自动化。

本发明采用PLC控制器计算每轧制道次的总压下率，控制每段轧程的轧制力和轧制速度，与轧制力或轧制速度不变的方式相比，节约了轧制时间，提高了生产效率。

本发明采用传感器行走轨道及厚度传感器，实现了厚度传感器的横向移动，使得传感器测量钢带宽度上多点的厚度，得到的数据更加准确，减小了厚度测量的误差。

本发明的控制方法通过PLC控制器控制轧制力和轧制速度的增减，实现了钢带轧制的全自动化，减少了人力消耗。

附图说明

图1为：本发明自动可逆冷轧轧制力控制装置结构示意图。

图2为：本发明自动可逆冷轧轧制力控制装置运动架结构示意图。

图中：

1、开卷机；2、收卷机；3、引带卷机；4、距离传感器；5、电焊机；6、剪切装置；7、PLC控制器；8、运动架；9、行走装置；10、引带夹；11、轧辊组；12、厚度传感器；13、传感器行走轨道；101、机架；102、钢坯；103、引带。

具体实施方式

下面结合附图1-2和对比例、实施例1-2对本发明进行说明。

对比例：

对比例采用两端焊接引带的方式对3毫米钢坯进行冷轧，冷轧7道次，轧制力保持9000KN不变，轧制速度分别为325、560、670、700、780、850、1080米/分钟。每道次的工时分别为8.3、5.9、4、6、7、9、11分钟。轧制过程的参数如下表：

实施例1:

实施例1采用的自动可逆冷轧轧制力控制装置，包括机架(101)、开卷机(1)、收卷机(2)、引带卷机(3)、距离传感器(4)、电焊机(5)、剪切装置(6)、PLC控制器(7)、运动架(8)、行走装置(9)、引带夹(10)、轧辊组(11)、厚度传感器(12)、传感器行走轨道，所述开卷机(1)数量为2个，分别安装在机架(101)两侧；引带卷机(3)数量为2个，分别设置在开卷机(1)与机架(101)之间；收卷机(2)数量为2个，分别设置在轧辊组(11)的两侧，且位于钢坯(102)下方；所述收卷机(2)两端固定设置有钢带夹；所述剪切装置(6)设置在机架(101)上方，剪切方向是收卷机(2)的外侧竖直切线方向；所述运动架(8)的数量为2个，分别安装在轧辊组(11)两侧，所述运动架(8)下端通过行走装置(9)与机架(101)滑动连接；行走装置(9)上方设置有引带夹(10),引带夹(10)两端与运动架(8)固定连接；距离传感器(4)设置在引带夹(10)上方，且两端与运动架(8)固定连接；传感器行走轨道位于运动架(8)外侧，且与运动架(8)固定连接，与距离传感器(4)平行；电焊机(5)设置在距离传感器(4)上方，且两端与运动架(8)固定连接；所述PLC控制器(7)与开卷机(1)、收卷机(2)、引带卷机(3)、距离传感器(4)、电焊机(5)、剪切装置(6)、行走装置(9)、引带夹(10)、轧辊组(11)、厚度传感器(12)、传感器行走轨道电连接。

其控制方法的步骤为：

1)原材料准备，热轧带钢3.0mm厚，左右两边引带(103)穿过引带夹(10)，钢坯(102)从左向右轧制，钢坯(102)在引带夹(10)上方穿过运动架(8)进入轧辊，焊接出轧侧引带(103)与钢坯(102)；启动PLC控制器(7)电源，设置第一轧程轧制力、轧制速度，第一轧程轧制力范围8000KN，第一轧程轧制速度范围320m/min；

2)第一轧程，右侧厚度传感器(12)在传感器行走轨道(13)上行走定时检测钢坯(102)厚度，时间范围为5秒；若行走至传感器行走轨道(13)边缘时，则反向行走，检测厚度为0时不记录检测到的数据；当左侧距离传感器(4)检测到的距离数值发生变化时，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)停车，左侧的行走装置(9)沿着钢坯(102)运动方向行走直至检测数值再次发生变化时停止，行走时间为18秒，PLC控制器(7)控制电焊机(5)焊接钢坯(102)与引带(103)；

3)第一轧程结束，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)停车，计算出厚度传感器(12)第一轧程检测的平均值1.9mm，总压下率37％＞上一轧程总压下率0+25％，PLC控制器(7)提升第二轧程轧制力1000KN，提升至9000KN，提升第二轧程轧制速度100m/min，提升至420m/min；PLC控制器(7)控制引带卷机(3)反向运动开始第二轧程；

4)第二轧程结束，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)停车，计算出厚度传感器(12)第二轧程检测的平均值1.35mm，上一轧程总压下率37％+15％＜总压下率55％＜上一轧程总压下率37％+25％，第三轧程轧制力不变，提升第三轧程轧制速度100m/min，提升至520m/min；PLC控制器(7)控制引带卷机(3)反向运动开始第三轧程；

5)第三轧程结束，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)停车，计算出厚度传感器(12)第三轧程检测的平均值1.11mm，总压下率63％＜上一轧程总压下率55％+15％，PLC控制器(7)提升第四轧程轧制力1000KN，提升至10000KN，提升第四轧程轧制速度100m/min，提升至620m/min；PLC控制器(7)控制引带卷机(3)反向运动开始第四轧程；

6)第四轧程结束，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)停车，计算出厚度传感器(12)第四轧程检测的平均值0.8mm，总压下率70％＜上一轧程总压下率63％+15％，PLC控制器(7)提升第五轧程轧制力1000KN，提升至11000KN，提升第五轧程轧制速度100m/min，提升至720m/min；PLC控制器(7)控制引带卷机(3)反向运动开始第五轧程；

7)第五轧程结束，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)停车，计算出厚度传感器(12)第五轧程检测的平均值0.3mm，90％≤总压下率90％＜92％，第六轧程轧制力不变，提升第六轧程轧制速度50m/min，提升至770m/min；PLC控制器(7)控制引带卷机(3)反向运动开始第六轧程；

8)第六轧程结束，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)停车，计算出厚度传感器(12)第六轧程检测的平均值0.2mm，总压下率93％＞92％，右侧剪切装置(6)剪切钢带，钢带通过重力作用落在收卷机(2)上，PLC控制器(7)引带卷机(3)停车，控制右侧钢带夹夹紧钢带，右侧收卷机(2)收卷，进入最后一道轧程，轧制力不变，提升轧程轧制速度50m/min，提升至820m/min；

9)最后一道轧程，当左侧距离传感器(4)检测到焊接点，即检测数值发生变化时，PLC控制器(7)控制收卷机(2)停车，左侧剪切装置(6)剪切钢带，PLC控制器(7)控制收卷机(2)再次启动直至收卷完成，PLC控制器(7)计算厚度传感器(12)本轧程检测的平均值0.15mm。

轧制过程的参数如下表：

实施例2:

实施例2采用的自动可逆冷轧轧制力控制装置，包括机架(101)、开卷机(1)、收卷机(2)、引带卷机(3)、距离传感器(4)、电焊机(5)、剪切装置(6)、PLC控制器(7)、运动架(8)、行走装置(9)、引带夹(10)、轧辊组(11)、厚度传感器(12)、传感器行走轨道，所述开卷机(1)数量为2个，分别安装在机架(101)两侧；引带卷机(3)数量为2个，分别设置在开卷机(1)与机架(101)之间；收卷机(2)数量为2个，分别设置在轧辊组(11)的两侧，且位于钢坯(102)下方；所述收卷机(2)两端固定设置有钢带夹；所述剪切装置(6)设置在机架(101)上方，剪切方向是收卷机(2)的外侧竖直切线方向；所述运动架(8)的数量为2个，分别安装在轧辊组(11)两侧，所述运动架(8)下端通过行走装置(9)与机架(101)滑动连接；行走装置(9)上方设置有引带夹(10),引带夹(10)两端与运动架(8)固定连接；距离传感器(4)设置在引带夹(10)上方，且两端与运动架(8)固定连接；传感器行走轨道位于运动架(8)外侧，且与运动架(8)固定连接，与距离传感器(4)平行；电焊机(5)设置在距离传感器(4)上方，且两端与运动架(8)固定连接；所述PLC控制器(7)与开卷机(1)、收卷机(2)、引带卷机(3)、距离传感器(4)、电焊机(5)、剪切装置(6)、行走装置(9)、引带夹(10)、轧辊组(11)、厚度传感器(12)、传感器行走轨道电连接。

其控制方法的步骤为：

1)原材料准备，热轧带钢3.0mm厚，左右两边引带(103)穿过引带夹(10)，钢坯(102)从左向右轧制，钢坯(102)在引带夹上方穿过运动架(8)进入轧辊，焊接出轧侧引带(103)与钢坯(102)；启动PLC控制器电源，设置第一轧程轧制力、轧制速度，第一轧程轧制力范围10000KN，第一轧程轧制速度范围330m/min；

2)第一轧程，出口厚度传感器在行走装置上定时检测钢坯(102)厚度，时间范围为2秒；若行走至行走轨道边缘时，则反向行走，检测厚度为0时不记录检测到的数据；当左侧距离传感器(4)检测到的距离数值发生变化时，PLC控制器控制引带卷机(3)停车，左侧的行走装置(9)沿着钢坯(102)运动方向行走直至检测数值再次发生变化时停止，行走时间为18秒，PLC控制器控制电焊机(5)焊接钢坯(102)与引带(103)；

3)第一轧程结束，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)停车，计算出厚度传感器(12)第一轧程检测的平均值1.8mm，总压下率40％＞上一轧程总压下率0+25％，PLC控制器提升第二轧程轧制力1000KN，提升至11200KN，提升第二轧程轧制速度150m/min，提升至480m/min；PLC控制器控制引带卷机(3)反向运动开始第二轧程；

4)第二轧程结束，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)停车，计算出厚度传感器(12)第二轧程检测的平均值1.3mm，上一轧程总压下率40+15％＜总压下率57％＜上一轧程总压下率40％+25％，第三轧程轧制力不变，提升第三轧程轧制速度200m/min，提升至680m/min；PLC控制器控制引带卷机(3)反向运动开始第三轧程；

5)第三轧程结束，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)停车，计算出厚度传感器(12)第三轧程检测的平均值1.08mm，总压下率64％＜上一轧程总压下率57+15％，PLC控制器提升第四轧程轧制力1200KN，提升至12400KN，提升第四轧程轧制速度150m/min，提升至830m/min；PLC控制器控制引带卷机(3)反向运动开始第四轧程；

6)第四轧程结束，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)停车，计算出厚度传感器(12)第四轧程检测的平均值0.6mm，上一轧程总压下率64％+15％＜总压下率80％＜上一轧程总压下率64％+25％，第五轧程轧制力不变，PLC控制器提升第五轧程轧制速度200m/min，提升至1030m/min；PLC控制器控制引带卷机(3)反向运动开始第五轧程；

7)第五轧程结束，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)停车，计算出厚度传感器(12)第五轧程检测的平均值0.35mm，总压下率88％＜上一轧程总压下率80％+15％，PLC控制器提升第六轧程轧制力1200KN，提升至13600KN，提升第六轧程轧制速度150m/min，提升至1180m/min；PLC控制器控制引带卷机(3)反向运动开始第六轧程；

8)第六轧程结束，PLC控制器(7)控制引带卷机(3)停车，计算出厚度传感器(12)第六轧程检测的平均值0.2mm，总压下率93％＞92％；PLC控制器(7)右侧剪切装置(6)剪切钢带，钢带通过重力作用落在收卷机(2)上，PLC控制器(7)控制右侧钢带夹夹紧钢带，控制右侧收卷机(2)收卷，进入最后一道轧程，轧制力不变，提升轧程轧制速度50m/min，提升至1230m/min；

9)最后一道轧程，当左侧距离传感器(4)检测到焊接点，即检测数值发生变化时，PLC控制器控制收卷机(2)停车，左侧剪切装置(6)剪切钢带，PLC控制器控制收卷机(2)再次启动直至收卷完成，PLC控制器计算厚度传感器本轧程检测的平均值0.14mm。

轧制过程的参数如下表：

本发明的技术方案与对比例相比，节约了轧制时间，提高了生产效率；减小了厚度测量的误差，实现了钢带轧制的全自动化，减少了人力消耗。