基于UG解读酸轧联合机组

刘冠华 史晓强 李鹏飞 董春雨

(1.河钢集团唐钢公司生产制造部，河北063016；2.唐山钢铁集团高强汽车板有限公司，河北063016)

连续酸洗机组与全连续冷轧机组相连接，组成酸-轧联合机组，两组工艺过程合理配合，可以提高生产率及成品率。酸-轧联合机组共用一套入口设备和出口设备，减少了设备投资，无需中间仓库储存酸洗卷，大量缩减了用地，是现代化冷轧生产的主流机型。酸-轧联合机组生产线跨度总长超过300 m，辊系繁多[1-2]。UG是一款功能全面、专业的三维设计软件，在实体造型的基础上，以基于特征的建模和编辑方法进行设计，类似于工程师传统的设计方法，可以用参数驱动。本文以国内某钢厂1740六辊5机架酸-轧联合机组为对象，基于UG对生产线辊系进行三维建模，立体呈现酸-轧生产线，从生产线布局、过程控制、产品检验方面对酸轧联合机组进行解读。

1 布局展示

1.1 开卷入口段

坐标系是UG软件中确定实体模型在空间位置和方向的参照物，是三维建模过程中不可缺少的元素，UG软件包含绝对坐标系、工作坐标系和机械坐标系三种。选取生产线中轴线为绝对坐标系X轴方向，带钢运行方向为X轴正向，高度方向为绝对坐标系Z轴方向，水平地面为Z轴方向零点。辊系圆柱体建模可利用扫描特征完成，绘制截面草图然后选择方向进行拉伸，选择XC-ZC平面绘制1#开卷机芯轴截面，拉伸类型选择对称值，即芯轴关于XC-ZC平面两侧对称。变换坐标及截面圆直径，完成后续2#开卷机、1-6#夹送辊、1-2#矫直辊等辊系建模，见图1。原料卷由自动天车从原料库吊至上卷步进梁，由步进梁分别送入1#、2#开卷机。

1—1#开卷机 2—1#夹送辊 3—1#矫直辊 4—3#夹送辊 5—5#夹送辊 6—1#开卷机 7—2#夹送辊 8—2#矫直辊 9—4#夹送辊 10—6#夹送辊

1.2 酸洗入口段

原料卷经焊机焊接后形成无头尾连续带钢进入酸洗入口段，酸洗入口段由1-3#纠偏辊、1-4#张力辊、入口活套车和1#转向辊组成，转向辊距离1#开卷机超过50 m，不便以绝对坐标系为参照，故需创建工作坐标系。1#和3#纠偏辊为六杆机构式比例积分型纠偏，纠偏辊安装在转向架上，由液压缸推动转向架绕旋转中心摆动，完成带钢纠偏，转向架由4个转轮支撑，转向架摆动时转轮与基础架为滚动加滑动摩擦，摩擦阻力相对较小。2#纠偏辊为比例型纠偏，转向架绕轴承台进行摆动，转向架与基础架为滑动摩擦，摩擦阻力相对较大[3-4]。利用实体镜像特征完成纠偏辊转向架建模，即先拉伸特征绘制操作侧支架，再选取XC-ZC平面做镜像实体，完成驱动侧支架建模。入口活套保证酸洗段在入口段进行换卷与焊接的情况下不发生减速、停顿，属于常满活套，即活套内要始终充满带钢，所以开卷速度设定远大于酸洗速度[5]。入口活套位于地下，有效隔绝带钢高速运行产生的铁粉，带钢经拉伸破鳞机清除氧化铁皮后进入酸洗池，见图2。

1.3 中间活套

酸洗后带钢经5#纠偏辊和5#张力辊后进入中间活套车，中间活套位于酸洗槽下一层，5#张力辊处安装表面自动检测系统，使用高性能线扫描相机检测带钢上下表面缺陷。中间活套保证切边剪换刀的停机不影响酸洗段的正常运转，属于常空活套，所以切边剪的剪切速度设定要大于酸洗速度，见图3。

1.4 切边剪

带钢经6#纠偏辊、2#转向辊和7#纠偏辊后进入切边剪，7#纠偏辊为三辊连杆式比例积分纠偏，无需带钢在辊子上绕向即可实现纠偏。切边剪后为卧式检查台，确认切边情况和带钢上表面质量，3#、4#转向辊构成立式检查台，可同时观察上下表面质量情况。带钢下行经6#张力辊和5#转向辊后进入耦合活套，见图4。

1.5 耦合活套

耦合活套位于地面一层，其功能是保证切边剪与轧机互不干涉。在切边剪要换刀停机时，活套必须充满，保证轧机正常运转；在轧机下卷降速时，活套必须放空来储存带钢，保证切边剪正常工作；在轧机换辊时，耦合活套必须与中间活套一起完成带钢储存作用，即耦合活套属于满空兼顾活套。带钢经9#纠偏辊、6#转向辊、7#张力辊、10#纠偏辊和8#张力辊后进入轧机，10#纠偏辊属比例型纠偏，液压缸推动转动架后，带钢随即产生横向偏移，见图5。

1.6 轧机段

阵列特征是指对已有特征进行复制，生成多个呈一定规律分布的特征，六辊5机架轧机由相对轧制线对称的工作辊、中间辊和支撑辊组成，机架间间距相同，完成1#机架建模后，利用阵列特征生成2-5#机架，减少重复建模时间，见图6。

1—1#纠偏辊 2—1#张力辊 3—2#纠偏辊 4—入口活套 5—3#纠偏辊 6—1#转向辊 7—2#张力辊 8—3#张力辊 9—4#张力辊

1—5#纠偏辊 2—5#张力辊 3—中间活套

图3 中间活套

Figure 3 Middle looper

1—6#纠偏辊 2—2#转向辊 3—7#纠偏辊 4—3#转向辊 5—4#转向辊 6—6#张力辊 7—5#转向辊

图4 切边剪

Figure 4 Edge shearing

1—5#转向辊 2—耦合活套 3—8#纠偏辊 4—9#纠偏辊 5—6#转向辊 6—7#张力辊 7—10#纠偏辊 8—8#张力辊

图5 耦合活套

Figure 5 Coupled looper

1.7 出口段

轧机出口带钢进入卡罗塞尔卷取机，见图7，实现不停机连续分卷卷取，带钢由飞剪进行分卷，带钢剪切时轧机需降速匹配飞剪剪切速度max.300 mmin。出口处设有离线检验台，飞剪切取长度14 m样板，由皮带传送至离线检验台，检验带钢上下表面质量情况。

1—1#支撑辊 2—1#中间辊 3—1#工作辊 4—2#支撑辊 5—2#中间辊 6—2#工作辊 7—3#支撑辊 8—3#中间辊 9—3#工作辊 10—4#支撑辊 11—4#中间辊 12—4#工作辊 13—5#支撑辊 14—5#中间辊 15—5#工作辊

1—测张辊 2—夹送辊 3—夹送辊 4—卡罗塞尔卷取机

图7 轧机出口段

Figure 7 Exit section

表1 开卷检查比例

2 原料选择

酸轧机组对原料进行严格把关，对冷轧原料外观进行验收，钢卷不允许有边部裂口和分层，不得有影响生产的松卷、塌卷，喷码、标签必须足够清晰，无涂抹破损，且喷码和标签的钢卷信息必须一致。对问题卷进行封闭，按规定进行返工或退货处理。

3 过程控制

酸洗工艺段应用过程模块化控制，在线分析过程参数，实现酸浓度控制、流量控制、温度控制、液面控制[6]，结合酸洗出口表面检测系统进行人工调控，发现欠酸洗、过酸洗等缺陷时，及时调整酸洗速度，发现孔洞、边部裂口、翘皮等缺陷时，标记位置，调整轧机参数。

六辊5机架轧机，采用专用技术[7]，增加了板形控制的效率，高精度测厚仪有力支撑AGC控制，可实现监视控制、前馈控制和秒流量控制。

4 产品检验

产品检验内容包括表面质量判定、尺寸外形判定、过程工艺参数判定、性能判定、卷形标识判定，依据各项检验结果做出一次判定。过程参数和性能结果在质量判定系统界面呈现，按卷号进行100%确认；卷形标识及边部情况在下线钢卷步进梁处进行100%确认；表面质量在离线检查台处开卷检查，开卷检查可以选择带头或带尾，采用油石对带钢表面进行打磨，开卷检查频次依据岗位规程及技术通知单，开卷比例情况见表1。开卷检查属于抽检，表面缺陷漏检问题难以避免。带钢表面检测系统已大范围应用到热轧、酸洗、连退、涂镀生产线，冷连轧出口表面检测系统安装应用实绩很少，国内某酸轧联合机组克服检测的速度限制和环境限制，自主开发了一套高速带钢表面质量检测系统，实现全幅面检测[8]。

5 结语

利用UG完成酸轧联合机组主要辊系三维建模，立体呈现了酸轧联合机组生产线布局，便于员工快速了解生产线，为员工生产线培训提供了新颖素材。UG模型在展示辊系尺寸和辊系位置方面优于传统生产线示意图，在视觉效果方面优于二维CAD工程图。基于产品表面质量的实时全面监控，以及对内外部客户负责的质量原则，有必要在轧机出口安装表面检测系统，实现表面质量全检代替抽检。