控制辊轧机中的辊间隙的方法与流程

1.本发明涉及控制辊轧机的工作辊之间的辊间隙的方法。


背景技术：

2.在辊轧机中，两个长形工作辊布置为在水平定向上一个在另一个之上。工作辊的工作表面由间隙分隔开。在使用中，金属带材在大体水平定向上并且在垂直于工作辊的纵向轴线的行进方向上穿过间隙时由工作辊形成。
3.正确设置工作辊之间的间隙是高效操作的基础。绝对间隙必须是正确的大小，以便实现所需的带材厚度。此外，重要的是沿工作辊的长度使间隙保持一致的大小。如果间隙大小沿长度不是基本一致的，即，使得在工作辊的左侧和右侧之间的间隙大小存在差异，则在带材开始穿过工作辊时在期望的长度内将无法实现目标带材厚度。此外，左侧和右侧之间的间隙大小的这种差异或“差异间隙”将导致带材从行进轴线横向偏离。
4.出现差异间隙的原因如下。当新的工作辊插入到轧机中时，其将已经磨成具有对称的辊轮廓，每个工作辊的半径沿工作辊的长度基本上是恒定的。在使用中，热产生和消散的源不必然相对带材中心线对称，并且因此跨轧机的温度差异可逐渐变大。造成这种热不对称的原因的示例是：主轴布置（仅在一侧上）、推力轴承（同样，仅在一侧上）以及从工作辊轴承热移除的不同速率。这种热分布导致不对称的辊热膨胀，并且因此辊间隙在中心线一侧上比在另一侧上大。
5.当带材从行进轴线转向偏离中心时，经常会发生“堆料（cobble）”或堵塞，导致在清除废料时不可避免的生产延迟。在极端情况下，进来的板坯可能冷却过多使得其无法被轧制并且不得不切割和报废，从而导致进一步的延迟。这些延迟反馈到粗轧机，粗轧机可能已经在为下一卷材轧制粗轧道次。
6.常见的是在热连轧机的最后一个机架之后进行侧边修整。这是通过包括旋转刀的成对的修剪器头完成的，该旋转刀从带材的每个边缘修剪几十毫米。修剪器通常距离最终机架三到四米。当带材转向偏离中心时，带材很可能会堵在修剪器头中的一个中。带材也可能完全错过在相对侧上的修剪器头。
7.许多生产商正在努力在他们的轧机上轧制愈发更薄和更高强度的产品。这增加了堆料的风险，因为从百分比的角度上看差异间隙相对于带材厚度变得更大。在两侧上压下率（percentage reduction）的差异越大，带材弯曲将越严重。
8.操作者不时将没有任何带材的辊放置到一起，以建立用于间隙设置的基准。这通常称为轧机调零（mill zero）。但是完全调零可相当耗时。在两个工作辊之间的摩擦差异也会导致调零过程自身的误差，并且因此导致间隙设置的误差。
9.在使用中，操作者观察带材的进展，并且如果带材开始转向偏离中心的话则进行干预。干预包括将工作辊中的一个倾斜，以便在带材继续穿过工作辊时减小差异间隙。通过这种方式，操作者可将带材朝向中心线带回。虽然这种操作可预防堆料，但这是人工密集型的，并且不能够对平均工作辊间隙大小进行非常精确和快速的校正。
10.us 4,397,097涉及用于测量成对的辊之间的辊隙大小的量规。
11.鉴于以上，存在对于辊轧机的工作辊之间的间隙的改进控制的需要。


技术实现要素：

12.根据本发明的方面，提供了一种控制辊轧机的第一和第二工作辊之间的辊间隙的方法，第一和第二工作辊的工作表面以相对关系布置，并且辊的相应纵向轴线位于公共平面中，在使用中，所述工作表面间隔开以便形成间隙以用于接收金属产品进行轧制，该方法包括：限定沿第一工作辊在纵向方向上间隔开的多个工作表面位置；获得在工作表面位置中的每个处的第一工作辊的工作表面的半径；基于工作表面位置的半径，获得工作表面的纵向轮廓；基于所述纵向轮廓，在公共平面中使第一工作辊相对于第二工作辊倾斜，以便减小中心线两侧的间隙的平均大小的差异，该中心线二等分第一和第二工作辊的纵向轴线。
13.在轧制操作期间，由于从金属带材到辊的热传递，所以工作辊的温度将升高。这种温度升高导致辊在直径上膨胀，从而导致辊之间的间隙大小的减小。虽然常规的温度和/或磨损模型可对间隙大小的减小进行补偿，但模型不能适应温度的不对称性并且因此无法适应辊膨胀的不对称性。因此，模型并未解决辊之间的差异间隙问题。
14.本发明的方法通过下述解决了该问题，即，获得在沿辊长度的多个位置处的辊半径，使用该半径来获得辊的纵向轮廓，并且使用该纵向轮廓以使辊倾斜以便减小（优选地最小化或消除）在中心线两侧的间隙的平均大小的差异，即，校正差异间隙。
15.虽然校正差异间隙是主要优点，但额外的优点在于还可识别并且补偿中心线（即平均）间隙的任何误差。
16.该方法可包括：基于所述纵向轮廓，限定第一工作辊的工作表面的线性分量；并且基于所述线性分量，在公共平面中使第一工作辊相对于第二工作辊倾斜，以便减小中心线两侧的间隙的平均大小的差异，该中心线二等分第一和第二工作辊的纵向轴线。
17.获得在工作表面位置中的每个处的第一工作辊的工作表面的所述半径可包括：在第一工作辊的非工作表面处限定基准；限定在纵向方向上间隔开的多个基准参考点，每个基准参考点空间上位于工作表面位置中的一个的径向上并且位于距基准的预定径向距离处；测量在基准参考点和相应工作表面位置之间的径向距离；获得在基准参考点距基准的预定径向距离和相应测量的径向距离之间的差异；并且基于所述差异，获得在工作表面位置中的每个处的第一工作辊的工作表面的所述半径。
18.限定在纵向方向上间隔开的所述多个基准参考点可包括：在基准参考点中的每个处提供传感器，传感器中的每个配置为测量在基准参考点和相应工作表面位置之间的径向距离。
19.第一工作辊可包括金属材料，并且传感器可包括用于在金属材料中引发涡电流的涡电流传感器。
20.获得在工作表面位置中的每个处的第一工作辊的工作表面的所述半径可包括：就工作表面位置中的每个，在绕工作表面的圆周的多个径向位置处获得工作表面的半径，以便获得多个半径；并且对多个半径取平均以获得在相应工作表面位置处的工作表面的所述半径。
21.方法可包括：在获得在工作表面位置中的每个处的第一工作辊的工作表面的半径
之前，使第一和第二工作辊沿其纵向轴线弯曲到预定量。
22.方法可包括：当第一工作辊的工作表面与第二工作辊的工作表面接触时，获得在工作表面位置中的每个处的第一工作辊的工作表面的所述半径。
23.方法可包括：当第一工作辊的工作表面与第二工作辊的工作表面间隔开时，获得在工作表面位置中的每个处的第一工作辊的工作表面的所述半径。
24.方法可包括：限定沿第二工作辊在纵向方向上间隔开的多个工作表面位置；获得在第二工作辊的工作表面位置中的每个处的第二工作辊的工作表面的半径；基于第二工作辊的工作表面位置的半径，获得第二工作辊的工作表面的纵向轮廓；基于第一和第二工作辊的工作表面的纵向轮廓，在公共平面中使第一工作辊相对于第二工作辊倾斜，以便减小中心线两侧的间隙的平均大小的差异，该中心线二等分第一和第二工作辊的纵向轴线。
25.使第一工作辊倾斜可包括：同时向第一工作辊的相应第一和第二端部部分施加第一和第二力，第一和第二力的大小相等并且方向相反，使得第一工作辊绕中心轴线旋转，该中心轴线延伸通过并且垂直于第一工作辊的纵向轴线和中心线中的每个，该中心线二等分第一和第二工作辊的纵向轴线。
附图说明
26.现在将以示例的方式参考所附附图描述示例，其中：图1示出了包括成对的工作辊的辊轧机的示意性侧视图；图2示出了工作辊和工作辊之间的间隙的示意性前视图；图3a和3b分别示出了工作辊测量装置的侧视图和前视图；图4a-5b示出了与工作辊中的一个一起使用的测量装置；以及图6示出了与工作辊的测量相关的数据。
具体实施方式
27.参考图1，辊轧机100包括第一工作辊102和第二工作辊104，每个工作辊由相应的支承辊106、108支撑。第一和第二工作辊102、104和支承辊106、108的纵向轴线位于单个公共平面（在图1的意义上为竖直平面）中。成对的液压辊负载缸110a、110b（在图1中仅其中的一个可见）布置为经由第一工作辊的相应的支承辊106向第一工作辊102施加轧制力。第二工作辊104及其相应的支承辊108的位置通过位于辊轧机100的基部处的成对的楔块112a、112b设置。在该示例中，第一和第二工作辊102、104由钢构成。（图1的辊轧机100是典型的热轧机布置。在冷轧机中，液压辊负载缸通常位于底部处并且楔块位于顶部处。本发明适用于热轧和冷轧二者，并且因此将理解的是，楔块和液压辊负载缸的位置可颠倒。）第一和第二工作辊102、104在轧制操作期间将易于发生磨损，并且因此对其进行周期性地重新研磨以确保其辊表面适合用于轧制。重新研磨使工作辊102、104的直径从其新的（最大）大小减小到报废（最小）大小。新的、部分磨损的和报废直径的工作辊的混合可在任何时候存在于轧机100中。对液压辊负载缸110a、110b来说，适应这些直径变化导致的位置范围是不现实的，因此包括楔块112a、112b，其调整确保第二工作辊104的顶部分在期望的位置。该位置通常在带材轧制线114处或在带材轧制线114附近，该带材轧制线114根据工作辊直径的操作者输入值确定。
28.参考图2，在轧机操作期间，在相对的第一和第二工作辊102、104之间可存在差异间隙，例如由于上文讨论的那些原因。如附图中示出的，中心线cl二等分第一和第二工作辊102、104的纵向轴线。在中心线cl的左侧，间隙具有大小较大的分量g1，而在中心线cl的右侧，间隙g具有大小较小的分量g2，而在中心线cl处，间隙具有平均大小的分量g3，即(g1+g2)/2。将理解的是，在附图中，为了说明的目的已经夸大了两侧之间的间隙大小的差异。还将理解的是，间隙相反可在左侧具有较小分量并且在右侧具有较大分量。
29.仍然参考图2，第一工作辊102的中间部分包括工作表面102a，该工作表面102a在位于第一工作辊102的端部部分处的成对的非工作表面102b、102c之间延伸。尽管图中未示出，第二工作辊104类似地包括在成对的非工作表面104b、104c之间延伸的工作表面104a。如关于工作辊102、104在本文中所使用的，“工作表面”是指工作辊的在轧制操作期间与金属带材接触的表面，而“非工作表面”是指工作辊的一般不与金属带材接触的表面。在轧制操作期间，预期非工作表面102b、102c，104b、104c比工作表面102a、104a显著更冷，并且因此应较不容易磨损和变形。在金属带材宽度之外将不存在磨损（在轧机调零期间辊对辊接触引起的任何磨损均忽略不计）。因为工作辊102、104在这些点处较冷，所以其还具有较小的热膨胀。将理解的是，工作表面102a的纵向长度与非工作表面102b、102c的纵向长度的比可不同于图2中示出的比。
30.转到图3a和3b，在该示例中，工作辊测量装置200包括成对的伸缩支撑臂202a、202b，其间隔开并且由长形横构件204连接在一起。在横构件204的每个端部处提供有支撑脚206a、206b，该支撑脚206a、206b布置为绕横构件204的纵向轴线枢转。长形传感器梁208的两个端部附接到相应的支撑脚206a、206b（例如通过螺栓），使得传感器梁208在横构件204下方并且与横构件204成平行关系在支撑脚206a、206b之间延伸。多个传感器210安装在传感器梁208上。在该示例中，传感器210在纵向方向上沿传感器梁208布置成单个排（或行），并且通过间隙彼此间隔开。在该示例中，有25个传感器210。在该示例中，传感器210包括涡电流传感器。
31.工作辊测量装置200适于附接到辊轧机100（或替代地可形成辊轧机100的整体部件），使得传感器梁208可凭借伸缩支撑臂202a、202b选择性地朝向和远离第一和第二工作辊102、104移动。
32.现在将描述辊轧机100的操作工序。
33.（1）当将新的工作辊引入到轧机时，工作辊将没有热拱度，而只有研磨拱度（如果有的话）。此时总是需要轧机调零工序。在轧机调零工序之后将是如下文描述的轮廓测量工序，以为轮廓测量建立基准。辊轧机100因此被调零。轧机调零是当工作辊102、104碰触时确定液压辊负载缸110a、110b的延伸的一系列操作。对于间隙设置来说，该信息是有用的。为了使辊轧机100调零，液压辊负载缸110a、110b被轻挪出（stroke out）就位，直到工作辊102、104碰触，此时控制切换到力控制并且力增加到调零负载。工作辊102、104在仍然接触的同时旋转。一旦力稳定并在两侧上相等，则记录缸延伸并在支承辊106、108的限定转数（例如，两转）上取平均。获得的平均缸延伸成为零或基准延伸。
34.（2）第一和第二工作辊102、104以稳定的速度旋转，并且金属带材在工作辊102、104之间穿过。对差异间隙和液压辊负载缸110a、110b的位置进行采样，并且存储轧制和运行平均值。优选地，带材转向修整也取平均并存储。
35.（3）接近带材穿过结束，第一和第二工作辊102、104减速。此时，冻结并存储差异间隙的平均值和液压辊负载缸110a、110b的位置（以及优选地，带材转向修整的平均值），为下一卷材的开始做准备。
36.（4）一旦带材已经离开辊咬合，液压辊负载缸110a、110b被控制为施加力以便使第一和第二工作辊102、104沿其纵向轴线弯曲到预定弯曲度。
37.（5a）现在参考图4a-5b，工作辊测量装置200的伸缩支撑臂202a、202b延伸以便将传感器梁208移动到第一工作辊102。工作辊测量装置200的每个支撑脚206a、206b包括轴承206a1、206b1和成对的间隔开的引导轮（或滚轮）206a2，该轴承206a1、206b1允许支撑脚206a、206b在横构件204上枢转，并且使该引导轮206a2与第一工作辊102发生接触，支撑脚206a、206b的枢转动作提供了引导轮206a2在第一工作辊102上的自对准。优选地，引导轮206a2由不会损坏或玷污第一工作辊102的表面的材料制成，例如聚氨酯。
38.特别参考图4b和5b，通过使工作辊测量装置200如此定位，传感器梁208在纵向方向上置于第一工作辊102的工作表面102a上方并且沿着该工作表面102a，传感器梁208与工作表面102a以小的径向间隙分开。因此，安装在传感器梁208上的传感器210中的每个向下投影到传感器210下方的工作表面102a上的相应位置上，所述相应位置沿工作表面102a的长度延伸。此外，工作辊测量装置200的支撑脚206a、206b中的每个位于第一工作辊102的两个非工作表面102b、102c中的一个上。
39.对于工作辊测量装置200，传感器210中的每个距引导轮206a2的距离是预定的。因此，引导轮206a2在第一工作辊102的非工作表面102b、102c上的位置为测量提供了基准。也就是说，引导轮206a2在非工作表面102b、102c上的接触点提供了基准。换言之，非工作表面102b、102c有效地提供测量基准。此外，传感器210的位置提供多个基准参考点。可邻近引导轮206a2提供温度传感器，用于测量非工作表面102b、102c的温度以帮助建立基准。
40.第一工作辊102以稳定速度旋转并且激活传感器210。随着第一工作辊102转动，传感器210中的每个反复测量在传感器和传感器210下方的工作表面102a上的相应（投影）位置之间的径向距离。测量值存储在数据库中。非工作表面102b、102c的滚动半径的任何变化由允许支撑脚206a、206b枢转的轴承206a1、206b1适应。
41.一旦测量值已经取得并存储，工作辊测量装置200的伸缩支撑臂202a、202b缩回，以便将传感器梁208从第一工作辊102移开。
42.（5b）使用对从每个传感器到非工作表面102b、102c上的基准的预定径向距离的上述知晓，获得了工作表面102a上的所述位置中的每个距基准的径向距离。对于位置中的每个，计算绕工作表面102a的圆周的半径的平均值。因此，在沿工作表面102a的长度的所述位置中的每个处获得工作表面102a的滚动半径。
43.图6示出了沿工作表面102a的长度的滚动半径的示例曲线图，即实际工作表面102a的纵向轮廓102apa。图中还包括表示理想轮廓102api的抛物线，其中滚动半径关于中心线cl对称。因此将看出，工作表面102a的实际纵向轮廓102apa并不理想，并且因此需要进行校正以便减小在中心线cl两侧的间隙的平均大小的差异。
44.（5c）为此目的，使用合适的常规数学方法获得纵向轮廓102apa的线性分量102al。线性分量102al的峰间幅值用作为用于液压辊负载缸110a、110b的输入，以在第一和第二工作辊102、104的平面中使第一工作辊102相对于第二工作辊104倾斜。以这种方式，在中心线
两侧的辊间隙的平均大小的差异减小，并且优选地被最小化。优选地向操作者提供倾斜的视觉显示。
45.在第一工作辊102倾斜期间，液压辊负载缸110a、110b中的一个收缩而另一个延伸，调整是相等且相反的，使得总轧制力将保持恒定，并且因此使得在轧制操作期间带材的厚度将保持不变。
46.优选地，将先前获得并存储的差异间隙的平均值和液压辊负载缸110a、110b的位置（以及优选地，带材转向修整的平均值）与倾斜和平均间隙数据结合，用于在轧制操作期间进行精细调整。
47.来自带材的前一次通过的液压辊负载缸110a、110b的转向和差异位置，与第一工作辊102的工作表面102a的纵向轮廓102apa一起，可提供至辊轧机100的热和/或磨损模型。工作表面102a的半径的存储的测量值可用于获得关于在第一工作辊102的寿命期间辊轮廓如何随时间变化的知识。
48.在描述的示例中，第一工作辊102的工作表面102a的传感器测量是在第一工作辊102旋转时进行的，并且对于沿工作表面102a的长度的位置中的每个，计算绕工作表面102a的圆周的半径的平均值。较不优选地，工作表面102a的传感器测量可在第一工作辊102静止时进行，并且对于沿工作表面102a的长度的位置中的每个，可进行径向距离的单个测量并且这些单个测量用于获得工作表面102a的纵向轮廓。
49.将理解的是，可使用多种函数获得第一工作辊102的工作表面102a的纵向轮廓102apa，线性分量102al只是其中之一。例如，纵向轮廓102apa可以以工作辊的每单位长度曲线下的面积的形式获得。
50.将理解的是，传感器可采用适合测量至第一工作辊102的工作表面102a的距离的任何形式，涡电流传感器只是一个示例。还可省略传感器210，并且使用一些其他器件来获得在沿第一工作辊102的长度的工作表面位置中的每个处的工作表面102a的半径。例如，可拍摄工作表面102a的摄影图像并从这些图像中获得半径。
51.在描述的示例中，仅测量第一工作辊102的工作表面102a并获得纵向轮廓。在该示例中，假设第二工作辊104的工作表面104a的纵向轮廓104apa将大体上类似于第一工作辊的工作表面的纵向轮廓。在另一示例中，以上文描述的方式，还测量第二工作辊104的工作表面104a并且还获得所述工作表面104a的纵向轮廓104apa。对第二工作辊104的这种知晓可允许更准确地控制辊间隙。
52.无论是测量第一和第二工作辊102、104中的一个还是两个的工作表面，在测量期间，辊可彼此接触或者其可通过间隙间隔开。
53.测量第一和第二工作辊102、104的非工作表面102b、102c，104b、104c的温度可以是期望的。这可通过接触式或非接触式温度传感器完成。凭借这些温度，将可能的是使用测量的工作辊增长推断跨宽度的辊温度。
54.装置和控制方案可在进行的测量中扩展。其也可用于辊轧机中一些或所有其他机架。额外的距离传感器可安装在参考点之间，以便测量整体工作辊拱度。该真实拱度的反馈然后可用作为数学模型的输入，以为下一工件设置辊弯曲设置。可安装温度传感器以测量热分布。
55.应理解的是，本发明已经结合其优选实施例进行了描述，并且本发明可以以许多
不同的方式进行修改而不偏离由所附权利要求限定的本发明的范围。