摘  要：介绍了宝钢集团梅山热轧厂在其新建带钢热轧机上采用的上、下阶梯垫技术，其中包括阶梯垫的结构和厚度确定方法，并通过分析建立了自动换辊的边界条件以及合理的控制逻辑，解决了原生产中不能进行自动换辊的问题。

关键词：阶梯垫；热轧带钢轧机；轧辊辊径；辊缝

l  前言

    2006年上半年宝钢集团梅山热轧厂进行了技术改造，新上1架F₀机架(相当于一般厂家的F₁)，替换原来的中间机架F₀，形成7机架连轧的精轧机组。该机架采用SMS—DEMAG公司的技术，压下系统为液压HGC(液压厚度控制)，由于大行程液压缸造价昂贵，因此选用了行程为0～100mm的液压缸，并采用上、下阶梯垫技术来调节轧制线高度。但由于设计上的缺陷导致在安装调试和生产过程中不能实现自动换辊，为此根据设备结构和工艺要求，计算出自动换辊边界条件，并提出合理的控制逻辑，很好地解决了这一问题。

2   上、下阶梯垫厚度的确定

    该F₀机架辊系结构见图1。图1中上下黑色部分分别为上、下阶梯垫，其结构见图2，斜线阴影部分为直径可变化的上、下工作辊和支撑辊。其换辊操作过程：第1步，将工作辊抽出机架，即先将HGC卸压，将上、下工作辊分开至一定间隙(该间隙即为初始辊缝)；再将上、下阶梯垫缩回到初始位置(上、下阶梯垫最小厚度的位置)，然后将需更换的轧辊抽出机架。第2步，将符合要求的新轧辊装进机架。首先选择合适的上、下阶梯垫厚度，以满足HGC的调节要求和轧制线高度的调节要求，然后按照操作顺序将新轧辊装进机架。

2．1  下阶梯垫、实际轧制线高度及控制逻辑的确定

    根据图1，轧制线高度z可按式(1)计算：

Z = l₁一d_下一0．5D_下一b_l—P₁一h_下一C₁

= 3085一d_下一0．5D_下一975—425一h_下一40

= 1635一d_下一0．5D_下一h_下                       (1)

式中，l₁为机架下窗体高度；d_下为下工作辊直径；D_下为下支撑辊直径；b₁为下轴承箱高度；p₁为可更换垫板厚度；h_下为下阶梯垫厚度;c₁晒为底板厚度。

    下阶梯垫的调整目标是将轧制线高度保持在理论轧制线偏差内，梅钢热轧工艺要求d_下=720～820 mm，D_下=1300～1420mm，对应的实际轧制线在一5～+10mm变化。换辊时，d_下、D_下。已知，且下阶梯垫厚度h_下分为12档，分别为100、115、130、145、160、175、190、205、220、235、250、265mm。因此，式(1)中有下阶梯垫厚度矗下和实际轧制线高度Z 2个未知数，求解时，在控制程序中用实际轧制线高度范围一5～+10mm作为判断条件，利用穷举法选择下阶梯垫厚度，代人式(1)不断求解Z，如果Z满足一5～+10mm这个条件，说明下阶梯垫选择正确，下阶梯垫即可确定，反过来根据式(1)可求出实际轧制线高度Z。

2．2上阶梯垫位置及控制逻辑的确定

    同样，根据图1可得出初始辊缝S₀：

    S₀ = l₂～c₂一t₁一p₂—b₂一h_上—t₃一0．5D_上一d_上一Z

      = 3615—65－985－50 －830 －h_上一t₃一0．5D_上－d_上一Z

      = 1685一h_上一t₃—0．5D_上—d_上一Z                           (2)

式中，l₂为机架上窗体高度；c₂为伸缩板厚度；t₁为液压厚度控制值(HGC)；p₂为上支撑辊轴承箱固定板厚度；b₂为上支撑辊轴承箱高度；h_上为上阶梯垫厚度；t₃为上轴承箱垫板厚度；D_上为上支撑辊直径；d_上为上工作辊直径；Z为实际轧制线高度。

    式(2)中D上一d上已知，t3可根据图3中SMS—DEMAG公司给出的数据直接查出。但需注意，由于轴承箱垫板在磨辊车间装配，所以在配辊时要非常小心，不能出错，否则会损坏设备。上阶梯垫的厚度分为4档，分别为72、102、132、162mm，但换辊时具体选择哪一档是未知的，所以只有先确定初始辊缝S₀，才能求出上阶梯垫厚度h_上,也才能实现正确换辊。

    换辊操作时应注意2点：一是轧辊能否顺利装进机架；二是装进机架后HGC液压缸行程能否满足辊缝调节要求，能否完成辊缝零位标定。而轧制过程中，辊缝的变化是通过HGC来调节的，所以初始辊缝不能超出HGC液压缸0～100mm的行程范围。因此，在利用式(2)和穷举法确定上阶梯垫厚度前，需先根据辊径范围、实际轧制线的边界值和HGC液压缸行程范围确定初始辊缝的边界值，以后所有的初始辊缝都必须限制在该边界范围内。

首先假设所有的轧辊为新辊，即工作辊直径为Φ820 mm，支撑辊直径为Φ1450 mm，根据下阶梯垫确定时的计算程序和式(1)计算出的轧制线高度为10mm，这时所需的上阶梯垫厚度假设放在最小一档72mm，根据图3可知，轴承箱垫板厚度为15mm，则由式(2)可得初始辊缝S₀=43mm，满足HGC行程0～100 mm调节范围要求，换辊完成后，HGC压下能使上、下工作辊压靠在一起，完成辊缝零位标定。所以选择72 mm厚上阶梯垫是合适的。但如果选择的是第2档阶梯垫。厚度为102㎜，那么由式(2)计算得初始辊缝s₀=13mm，会带来工艺方面的问题：因为梅钢热轧厂粗轧来料最小厚度为24mm，而F₀最大压下率为50％，如果粗轧来料厚度大于26mm，则经F₀轧制后轧件出口厚度将大于13mm,初始辊缝S₀=13mm显然不能满足生产要求，所以阶梯垫厚度选择102 mm足不合理的。因此，对应最大辊径的仞始辊缝边界值为43 mm，阶梯垫厚度应选择72mm这一档。

同样，似设所有轧辊为最小辊径(即将报废的轧辊)，即工作辊直释为Φ720 mm，支撑辊直径为Φ1300 mm，根据下阶梯垫确定时的计算程序和式(1)计算出轧制线高度为一5mm，假设上阶梯垫厚度选择最小一档72mm，根据图3可知轴承箱垫板厚度为85mm，则由式(2)可得初始辊缝S₀==163mm，不满足HGC行程0～100 mm调节范围要求，HGC满行程压下也不能使上、下工作辊压靠在一起，从而无法完成辊缝零位标定。所以选择厚72 mm的上阶梯垫是不合适的。依次选择上阶梯垫厚度102、132、162mm等档位代人式(2)，只有162mm计算得出的辊缝S₀=73mm，才能完成标定功能，所以73 mm是对应最小辊径的初始辊缝边界值。

．  上述方法是通过穷举法先确定阶梯垫的厚度再计算辊缝，但在实际换辊过程中是根据辊径来选择阶梯垫。而根据式(2)选择阶梯垫厚度必须先知道辊缝值，所以通过上面的分析计算，确定辊缝初始值范同为43～73mm，将其作为逻辑判断条件，通过穷举法先选择上阶梯垫的厚度，将阶梯垫厚度代入式(2)计算得到的辊缝值在43～73mm之间，说明阶梯垫选择正确，否则需重新选择计算，直到满足条件。

    上述方法解决了阶梯垫在选择上的逻辑关系及判断条件，因此可实现自动换辊。当然，在自动换辊过程中，上、下工作辊和支撑辊直径必须提前发送到程序中作为已知条件。阶梯垫的动作则南液压伺服系统驱动，位置检测南位置传感器完成。

3  结语

    从工艺角度和设备结构出发，根据宝钢集团梅山热轧厂的实际支撑辊和工作辊辊径、最大压下率及粗轧来料厚度计算出了换辊时所需的初始辊缝范围，并以这个辊缝范围作为阶梯垫选用的判断条件，利用穷举法来选择阶梯垫，通过这种逻辑控制方法，成功地实现了自动换辊，不仅可节省换辊时间，减少人为误操作带给设备的损坏，还可在压下系统中选择小行程液压缸，节省成本。