摘要：介绍了济南钢铁集团总公司紧凑式双机架可逆冷轧机(CCM)的设备构成、基本性能参数以及生产工艺流程，并对其带钢厚度和板形控制手段作了详细介绍。

关键词：四辊冷轧机；双机架；紧凑式；质量控制系统

1  引言

    紧凑式双机架可逆冷轧机(CCM)是专为中等生产规模冷轧厂研制、开发的新型高效冷轧机。其既具有单机架可逆式轧机生产灵活的特点，又具有冷连轧机生产能力大的优势，年生产能力可达100万t以上。CCM轧机由德国西马克公司设计，其与传统的冷轧机相比，具有结构紧凑、占地面积少、投资及生产成本低、建设周期短、轧制道次灵活、品种规格变换快、生产效率高和产品质量好的优点，更能满足小批量、多规格的市场发展要求。

    目前，世界上已安装有4套紧凑式双机架可逆冷轧机。1997年12月美国Dynamic钢铁公司建成世界第1套CCM轧机，并很快达到80万t／a的设计产量，目前年产量已超过100万t。随后美国Heart land公司于1999年建成第2套CCM轧机。第3套CCM轧机安装在俄罗斯MMK钢铁公司。中国济南钢铁集团总公司于2005年建成第4套CCM轧机生产线。另外，伊朗NISCO钢铁公司安装有l套由达涅利公司设计制造的紧凑式双机架可逆冷轧机(非CVC轧机)。

2  CCM冷轧机机械设备布置及性能参数

    济钢投产的CCM冷轧机年设计生产能力为83．2万t，其中有20．7万t热镀锌卷、42．5万t退火卷、20万t冷硬卷。原料为低碳软钢、高强度钢、高强度低合金钢酸洗卷，厚1．8～5．0mm、宽900～1650mm，冷轧后成品厚度为0．3～2．5mm、宽度900～1650mm，最大钢卷重量可达35t。

    该套轧机结构紧凑，开卷机中心线距轧机出口2^#卷取机中心线仅为17600mm，入口、出口卷取机均可卸卷，主电机功率为6000kW。轧机基本参数见表1。

    在CCM轧机入口侧配有l套可逆式卷取机和1套开卷机，在轧机的出口侧配有另1套可逆式卷取机。开卷机和卷取机的性能参数见表2。

    CCM轧机设备主要有：出入口钢卷运输设备、轧机、开卷卷取设备和电气测控设备，其布置如图l所示。安装在入口处运输钢卷用的步进梁采用新颖独特的偏心步进机构，运行平稳，载重量大；开卷机的上卷由可升降的钢卷运输车完成，上卷过程中同时完成钢卷的直径和宽度测量；钢卷经人工开卷后，由驱动压辊压住带卷，将带卷头部送入夹送三辊矫直机，夹送三辊矫直机由夹送辊、直头机、带钢对中装置和导向辊组成，直头机将带钢头部压出翘曲形，以利于穿带；在1^#轧机入口侧底座上安装有用于测量带钢平直度和张力的测量辊，入口侧还装有附加有对中装置的压带机，对带钢起导向作用并在带钢甩尾时压住带钢；带空气吹扫装置的带钢压紧辊，将带钢压紧在张力测量辊和轧线辊上，以保证带钢在张力测量辊上产生恒定的包角和保持稳定的轧制线；在2^#轧机出口侧立柱上装有出口对中装置，以防止卷取机卷取带钢时跑偏；在出口侧底座上还装有液压事故剪和张力测量辊。轧机区两侧分别布置有1^#、2^#张力卷取机和1^#、2^#卷取机压辊。逆向轧制时，2^#张力卷取机用作开卷机；1^#或2^#转向辊用于卷取带钢时，可将带钢转向使其头部顺利插入卷取机卷筒的钳口，并压住带钢，使带钢在张力测量辊上产生恒定的包角。

3   CCM轧机的质量控制系统

    带钢的厚度精度和板形是评价带钢质量的两个关键因素，该CCM轧机配备了控制带钢厚度的AGC液压调节装置和控制带钢板形的工作辊弯辊装置(WRB)、CVC工作辊横移装置、MCS多区选择冷却装置以及用于轧制线校正的斜楔调整装置。

3．1   AGC液压调节装置

    在每个机架上装有2个AGC液压伺服油缸，每个AGC油缸的中心安装一个索尼磁尺，用于检测AGC油缸活塞的位移，其分辨率为1μm。每个AGC油缸上还配有压力传感器，用于检测AGC油缸两侧的压力，以测算轧机的轧制力。AGC液压缸基本参数为：活塞侧最大压力26MPa、溢流压力27MPa、活塞直径Φ800mm、活塞杆直径Φ740mm、活塞行程145mm、液压缸最大速度约3mm／s，每个AGC液压缸配有2个流量90L／min的伺服阀(用一备一，自动切换)，系统响应频率18Hz(一3dB)，50μm步长的系统响应时间仅为0．030s。

    CCM轧机厚度控制系统包括厚度前馈控制(FFC)、厚度控制监视器(后馈)(FBC)和流量控制(VFC)3个功能模块。

    (1)厚度前馈控制(FFC)模块：通过厚度前馈控制，可对带钢厚度变化做出快速反应，动态修正辊缝。在带钢进入辊缝前，l^#轧机前的带钢测厚仪测出带钢入口厚度h，与带钢给定厚度h₀进行比较，如有厚度偏差Δh₀，便预测出将要轧出的带钢厚度偏差Δh₁，计算出消除Δh_l所需要的辊缝调节量ΔS₁，然后由执行机构AGC液压缸完成。由于厚度前馈控制是开环控制，测厚仪和辊缝之间有间隔距离，带钢检测点进入辊缝与辊缝刚好调整完毕在时间上必须配合准确，才能达到预期控制效果。CCM轧机采用了高精度激光测速仪，能精确测量带钢的入口速度，准确计算出检测点进入辊缝所需的时间，有效地解决了时间匹配问题。

    (2)厚度控制监控器(后馈)(FBC)模块：主要是消除流量反馈控制不能消除的较小偏差和秒流量计算过程中的系统误差，能有效控制长期的厚度偏差。通过厚度后馈控制，厚度偏差Δh可由在机架出口侧的测厚仪算出，然后定期对液压压下油缸进行修正。由于测厚仪与辊缝有间隔距离，厚度控制监控器是一个具有纯滞后环节的控制系统，因而对提高厚度控制精度具有局限性。为此，CCM轧机在设计中增加了超前反馈预测补偿环节。

    (3)流量控制(VFC)模块：流量控制基本原理是在任一瞬间进入和离开轧机各机架的带钢体积保持不变，因此在轧制过程中带钢即使出现速度变化，流量控制(VFC)也能有效保证带钢厚度。为了实现高精度计算，在入口、出口侧安装了精度很高的激光测速系统。为补偿测量值的时间误差，对出口厚度的确定进行延时，延长时间为带钢从辊缝到出口厚度测量仪所用时间。延时信号和出口厚度偏差的实际测量差值，将作为计算厚度偏差的修正值。修正后的计算出口厚度将输入到PI控制器，在此输出变量将作为一个额外的设定值增加到位置控制中。

    在该CCM轧机上，测速的主要方法是使用激光测速仪。如果失效，系统将自动切换到张力计脉冲编码器，操作者也可手动选择速度信号源。另外，对带钢厚度产生影响的还有目标控制器(TGT)。在开始轧制时预设辊缝，并不能准确地得到希望的设定点厚度，为尽快得到设定值厚度，通过斜坡改变位置，直至测量的或计算的出口厚度达到公差范围。斜坡停止，按预先设定配置，启动辊缝控制。斜坡速度根据轧机出口速度按当前方式进行计算，这样无论轧制过程中速度变化如何，总保持恒定的厚度梯度。

3．2工作辊弯辊(WRB)

    工作辊弯曲装置可有效控制带钢平直度的对称性偏差(如中心拉伸、边部拉伸)。在CCM轧机机架的每个立柱上固定安装有一块液压缸弯辊块，支撑辊平衡油缸和弯辊油缸装配在液压缸弯辊块内部。支撑辊平衡油缸用于提升支撑辊到AGC液压缸，在换辊时用于降低上支撑辊。弯辊油缸用于产生弯辊力，传动侧和操作侧弯辊油缸各自独立分开控制，实际弯辊力由弯辊油缸活塞侧和活塞杆侧的压力传感器监测控制。弯辊力通过工作辊轴承座作用在工作辊辊颈上，使工作辊产生附加弯曲，从而改变辊缝形状。

    该系统包括一个弯辊力控制环、弯曲控制所需的伺服阀和开关阀。操作者可以拨动开关或控制元件手动调整设定值，弯辊力设定因素一个来自平直度控制偏差，另一个来自板形仪(PGM)的偏差。另外，特定的设定值已在系统中参数化。例如，用于断带补偿以降低轧辊滑落的可能性。

3．3工作辊CVC横移

    德国SMS．DEMAG公司于20世纪80年代开发成功CVC(可变凸度控制系统)技术，其基本原理为将工作辊辊身磨削成相同的S形CVC曲线，上、下工作辊的位置倒置180⁰，当曲线的初始相位为零时形成等距的S形平行辊缝；当上下工作辊相对同步轴向横移时，即可在辊缝处产生连续变化的正、负凸度轮廓，能有效消除带钢的任何翘曲和边浪。

    工作辊CVC横移装置位于轧机操作侧，装在液压缸弯辊块上，实际横移值取决于安装在工作辊横移油缸上的位置传感器。

3．4多区选择冷却装置MCS

    MCS多区选择冷却装置是SMS公司开发成功的又一种板形控制先进技术，它是利用热效应对工作辊辊身的作用，通过可控制喷射的乳化液喷嘴，有选择地对工作辊辊身进行冷却，从而控制带钢局部平直度偏差。它能有效补偿其他机械执行机构无法完成的局部残余平直度偏差。

    在带钢轧制过程中，机械执行机构可有效地将平直度偏差控制在给定误差范围内，但局部平直度偏差无法由机械执行机构来消除。此偏差通过带钢平直度控制系统传到多区选择冷却系统，启动电磁先导控制阀，控制气动乳化液喷嘴向工作辊喷射乳化液，对辊身进行区域冷却，利用辊身局部尺寸变化，改变局部辊缝尺寸以达到补偿局部平直度偏差的目的。

    该CCM轧机多区选择冷却装置安装在1#轧机机架出口侧，轧制线的上、下两侧，由2个乳化液喷射集管及上、下两排各装有32个可控制的扁平乳化液喷嘴组成。A和B两排喷嘴为可控多区冷却喷嘴，其余为不间断冷却和辊缝润滑乳化液喷嘴。

4结语

    济钢建成投产的该套CCM冷轧机是德国西马克公司在吸取前3套CCM轧机设计经验的基础上优化设计而来的，代表了当今世界上可逆式冷轧机的最高技术水平。该轧机不仅生产效率高，而且产品质量的保证手段多，可为国内冷轧设备的优化改造提供借鉴。