一、研究的背景与问题

随着轧制和在线热处理技术的不断进步，钢铁企业生产钢板的强度性能越来越高，钢板在轧制和热处理过程中所产生的内应力和变形也越来越大，依靠常规矫直机已经难以消除，从而无法保证钢板的交货质量。为适应现代轧钢高质量、高产量、高效率的要求，在新建宽厚板生产线和对旧生产线实行改造过程中，越来越多的客户开始追求功能全面、性能稳定、自动化程度更高的新一代高强矫直机。

目前国产的常规矫直机机型存在机架刚度低、弯辊曲线单一且精度低、辊缝型式少、辊系受力易偏载及主传动扭矩分布不均衡等缺点，只能在一定程度上满足低强度钢板的矫直要求，不能满足屈服强度超过400MPa钢板的矫直需求。基于常规机型的矫直机已无法满足需求，配置高精度高技术含量的全液压恒辊缝矫直机已是宽厚板生产线的大势所趋。但全液压恒辊缝矫直技术均被国外企业垄断，引进成本高昂，是一台国产矫直机的3～4倍，为了尽早填补该项国内空白，解决客户之忧，提高中冶京诚在宽厚板领域的核心竞争力，开发具有全液压恒辊缝控制技术的冷矫直机迫在眉睫。

二、解决问题的思路与技术方案

1、总体思路：

中冶京诚研发的新一代全液压恒辊缝矫直机成套设备，与传统矫直机相比，该矫直机采用了恒辊缝矫直、多点弯辊补偿、微张力矫直及流体系统解决方案等多项先进技术，配有矫直扭矩在线检测及控制系统、和适应钢板头尾自动矫直的成套装置，自动化程度和模型功能都更加完善，可有效消除高强度中厚板的多种板形缺陷，提高矫直产品的不平度精度，达到微张力矫直的效果，满足中厚板生产厂家对高强中厚板的研发和生产需要。

图1 现有矫直机存在的问题

2、技术方案特点：

（1）打破常规宽厚板矫直机的设计理念，首创一套能同时满足高强薄钢板及低温厚钢板快节奏矫直的专有恒辊缝矫直工艺装备技术，大幅度拓展高强钢板的品种和规格范围，并提高矫后合格率，且可减少矫直道次、提高矫直效率。

自主创新研发出全液压恒辊缝宽厚板矫直机，该机型拥有高刚度整体铸钢机架、多点弯辊补偿系统、微张力矫直技术、多排密布高承载支承辊组、钢板头尾自动矫直、柔性锁紧机构等多项新装备和新技术；首先通过自适应辊缝调整机构和多点弯辊补偿机构实现辊缝的预设定和动态补偿，组成自适应辊缝调整机构的4套APC液压缸可单独或同步控制，预设定上辊系水平或沿轧制方向及矫直辊轴线方向有一定的倾动量，再配合入/出口边辊的单独调整，可设置的辊缝型式非常丰富，实际生产中可根据钢板的不同浪形有针对性的设置辊缝型式及压下量；并可根据控制模型预报的矫直力在线计算矫直机牌坊、上辊系、上横梁等设备的弹性变形量，通过辊缝调整机构、弯辊补偿系统动态补偿该弹性变形，保持矫直过程中原设定辊缝的恒定，真正意义上实现了全液压恒辊缝控制。 

（2）针对负载时矫直机设备会发生复杂的弹性变形，矫直模型的设定辊缝与实际辊缝会产生偏差的问题，首创了多点弯辊补偿技术，能实现补偿量动态调节，且弯辊曲线丰富、自动化程度高、安全可靠。本创新成果解决了因为设备变形和复杂浪形对矫直效果的影响，提高了矫后产品质量和成材率。   

（3）首创了厚板微张力矫直技术，自主开发了矫直扭矩在线检测及控制系统，该技术解决了矫直过程中的负扭矩问题，实现了矫直扭矩的均匀分配。

（4）独创了能够超快响应、高精度一体化且能实现微量自适应调节的恒辊缝控制液压系统，该系统解决了常规矫直机液压系统响应速度慢、控制逻辑复杂、故障点多等难题，在厚板产线上实现快节奏矫直。

（5）首次提出了一整套适应恒辊缝矫直的自动化控制系统解决方案，本控制系统为恒辊缝矫直机提供了可靠的应用平台，同时针对恒辊缝矫直技术开发了全面丰富的软件控制功能，例如APC及弯辊补偿位置控制、矫直力控制、微张力控制、矫直辊负荷平衡控制、钢板头尾自动矫直、辊系快速更换、钢板信息跟踪、矫直模型、矫直程序管理、矫直计划执行等控制功能，保证了机组的高效、稳定、智能运行。该系统在现场应用效果良好，矫直合格率100%。

三、主要创新性成果

中冶京诚研发并投入实际生产使用的全液压恒辊缝矫直机具有以下创新性：

1、首创了恒辊缝矫直工艺及装备，能同时满足高强薄钢板及低温厚钢板快节奏矫直，大幅度拓展高强钢板的品种和规格范围，并提高矫后合格率；

2、创新设计多点弯辊补偿装置，能实现补偿量动态调节，弯辊曲线丰富，解决了因为设备变形和复杂浪形对矫直效果的影响；

3、首次应用厚板微张力矫直技术，自主开发了矫直扭矩在线检测及控制系统，解决了矫直过程中的负扭矩问题，实现了矫直扭矩的均匀分配，显著提高了设备的矫直能力；

4、独创了能够超快响应、高精度一体化且能实现微量自适应调节的恒辊缝液压控制系统，解决了现有系统响应速度慢、控制逻辑复杂、故障点多等难题，在厚板产线上实现快节奏矫直；

5、提出了一整套适应恒辊缝矫直的自动化控制系统解决方案，开发了APC及弯辊补偿位置控制、矫直力控制、微张力控制、矫直辊负荷平衡控制等控制功能，保证了机组的高效、稳定、智能运行。该控制系统在现场得到成功应用，首台套恒辊缝矫直机现场考核矫后合格率达100%。

中冶京诚自主研发的全液压恒辊缝矫直机进行了全面的专利布局，共申请专利14项，软著4项，对核心技术进行知识产权保护。

四、应用情况与效果

从2020年开始研发至今，2021年首次在鞍钢股份鲅鱼圈分公司厚板部3800mm生产产线新增冷矫直机的项目上得到应用，2022年又与该生产线签订热矫直机在线改造合同，2023年11月份再次与鞍钢股份鲅鱼圈分公司5500mm产线签订新增温矫直机总包合同，该项目是国内5000mm级宽厚板生产线首次采用国产化全液压恒辊缝矫直机，标志着在恒辊缝矫直这一高端领域中国制造可以全面取代进口装备。

图2  鞍钢股份鲅鱼圈分公司厚板部3800mm产线新增冷矫直机

本项目开发成功的高性能恒辊缝矫直机技术领先、成熟、可靠，矫直工艺装备技术可完全替代进口，设备投资仅为国外同类型设备的50%，采用本项目创新技术矫直的高强钢板表面及内在质量高，考核合格率100%，具有较高市场竞争力。

来源：中冶京诚工程技术有限公司

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