卡罗塞尔卷取机功能及控制方法介绍

摘要：卷取机是将热轧或冷轧带钢卷成卷筒状的重要设备。无论是冷轧还是热轧带钢经过轧制后的长度长达几百米以上，经过冷却处理后的带钢，通过卷取机弯曲成卷，成卷的带钢便于存放和运送。本文介绍的卡罗塞尔卷取机是一种双卷筒卷取机，卡罗塞尔卷取机可广泛应用于各类带钢生产线，该设备工作效率高、连续卷取能力强，设备设计紧凑，双卷筒共用一套导向装置、旋转换位装置、助卷辊、卸卷小车等设备，减少设备重复布置，节省设备投资和安装空间。

关键词：卡罗塞尔卷取机C-CPUL-CPU

中图分类号：TG333文献标识码： A

0 前言

经过处理后的合格钢水，由起重机吊运至连铸机的大包回转台上进行浇注，铸成厚度为1.0~6.0mm的薄带坯。根据不同产品的规格，铸带以不同的拉速经轧机入口No.1、No.2夹送辊纠偏夹送至轧机进行轧制。轧机为双机架四辊PC轧机，轧制道次为1道，轧机入口带钢温度为900~1200℃。轧机采用了动态PC技术、轧机稳定装置、液压厚度自动控制（AGC）、弯辊控制等技术。轧机入口设置了特殊仪表，对轧机入口的铸带厚度、宽度、凸度、平直度、温度等进行测量，以便轧机采用相应的轧制策略。轧机出口设置了单点测厚仪，可测量轧制后产品断面厚度，同时根据检测数据生成质量报告。带钢出轧机后，通过输出辊道送至卷取机，输出辊道上设置了带钢冷却装置，可以精确地控制带钢冷却到规定的卷取温度500℃左右。冷却后的带钢通过卷取机前的转鼓式飞剪，在带钢进入卷取机前剪切取样，热带剪切头部便于卷取和建张，剪切后的带钢通过卷取机前液压侧导板对中导向，夹送辊夹送进入卷取机。卡罗塞尔卷取机主要由两个可涨缩卷筒、回转体、主传动装置及锁定装置组成。带钢进入卡罗塞尔卷取机后，在接卷位置上进行卷取，当卷取到一定的卷层形成张力后，卷取机的回转体旋转，使该卷筒到达卸卷位置，同时另一个卷筒到达接卷位置。当卸卷位置钢卷的卷重达到设定的重量时剪机切断带钢，后续带钢将在接卷位置开始下一个钢卷的卷取。卷取后的钢卷由卸卷小车取下并移出卷取机送至步进梁式运输机，在向前运输的过程中对钢卷进行打捆，然后通过链式运输机运送到钢卷库内堆放冷却。

1 卡罗塞尔卷取机的设备组成

卡罗塞尔卷取机安装在卷取夹送辊的出口侧，卷取机是双卷筒芯轴结构。卡罗塞尔卷取机由两个芯轴、及两个芯轴驱动电机、两套芯轴涨缩控制机构和一套公转机构组成。每个芯轴有四个分段式楔子和两段由带旋转接头的液压缸控制的芯轴涨缩机构组成，形式为可涨缩倒四棱锥卷筒。芯轴可以单独的在全自动模式下运行，每个芯轴都有各自的驱动电机和齿轮减速箱，卡罗塞尔卷取机公转转盘是由一台带有齿轮减速箱的电机控制。

卡罗塞尔卷取机结构示意图

2 主要功能及控制方式

卡罗塞尔卷取机在执行卷取操作的过程中主要执行来自三个系统的指令，分别是控制卡罗塞尔本体逻辑输入输出和运算功能的专用高速CPU（C-CPU），进行全线逻辑输入输出控制运算通讯管理的铸轧线CPU(L-CPU)，进行模型计算和生产任务管理的过程计算机(L2)，本文对L2和L-CPU的功能不做过多说明。

网络示意图

2.1. C-CPU的主要功能和作用是根据铸轧线控制模式和要求，控制本体及辅助设备的动作。

2.1.1 控制芯轴的旋转及定位，1#芯轴、2#芯轴按L-CPU设定的转速值进行旋转，公转转盘旋转到达受卷位及卸卷位的定位控制。

2.1.2 控制助卷辊液压缸的伺服阀和电磁阀，驱动液压缸完成助卷辊辊缝调节功能。

2.1.3 控制助卷辊压靠芯轴，压力达到设定值时对助卷辊辊缝位置进行标定。

2.1.4 根据芯轴涨缩液压缸的位置来计算芯轴的直径，液压缸位置是由电感应传感器检测反馈的，控制伺服阀和电磁阀来控制液压缸，达到芯轴的目标直径，其中涨、缩由电磁阀控制，超涨由伺服阀和电磁阀控制。

2.1.5 接收L2和L-CPU发送来的目标辊缝、速度和压力设定值，控制伺服阀、电磁阀驱动液压缸，通过位置传感器和压力传感器的反馈来控制助卷辊的辊缝和压下力。

2.1.6 实现带头跟踪功能，控制助卷辊按照预定的时间投入压力控制，压力检测装置在检测到助卷辊压力达到设定值后，压力控制方式切换为恒压力控制，恒压力设定值由L-CPU设定并且发送。

2.1.7 在L-CPU检测到芯轴的电流达到带载电流后，C-CPU控制芯轴涨缩液压缸动作，芯轴直径执行超涨指令，并且控制助卷辊打开。

2.1.8 与L2和L-CPU建立通讯，接收指令和设定值，反馈设备状态数据。

2.2 卡罗塞尔卷取机有三种控制方式选择，自动方式、手动方式、机旁方式。

2.2.1 在自动方式下，C-CPU根据L2和L-CPU发来的自动指令和设定值来执行一系列的自动控制，根据特殊操作需要，可以对卸卷位的卸卷功能进行手动操作。

2.2.2 在手动方式下，C-CPU不需要通过L2和L-CPU发送来的指令和设定值，直接由操作工通过画面和主操作台上的按钮来进行手动操作，在轧制开始前的标定都是在手动方式下完成的。

2.2.3 机旁操作方式，通过机旁操作箱操作按钮控制设备动作，主要用于检修和现场卸卷时的异常情况处理。

3 卡罗塞尔卷取机卷取的控制方法

在自动控制方式下，当卡罗塞尔卷取机C-CPU收到L-CPU发来的卷取准备信号时，助卷辊开始自动进行“辊缝初始化”动作，助卷辊根据从L2接受到的初始化辊缝设定值到达预设定辊缝位置，1#助卷辊辊缝到达卷取辊缝，2#、3#助卷辊辊缝到达初始辊缝，卷取机芯轴涨缩电磁阀控制液压缸执行涨开动作，卷筒开始按照主线设定的线速度同步旋转，L-CPU向C-CPU发送轧制开始信号，激活卷取带头检测，在卷取前实现定位检测功能的激光检测器在检测到热带钢头部到达时，开始启动热带钢头部跟踪功能，根据轧制的线速度、激光检测器检测点和1#助卷辊之间的物理长度计算和理论计算对比修正，判断热带钢头部分别到达1#、2#、3#助卷辊压下点前，助卷辊迅速抬起，和带钢脱离接触；而当带钢头部通过助卷辊后，该助卷辊则迅速回靠以压紧卷筒上的带钢，并按压力控制方式运行。L-CPU检测到芯轴电流达到预设定值后，将芯轴有载信号发送给C-CPU，C-CPU控制芯轴涨缩伺服阀和电磁阀超涨动作，驱动液压缸推动卷筒扇形板到超涨，随后助卷辊执行辊缝打开指令，助卷辊辊缝到达打开位时，公转旋转电机接到旋转指令，进行180°旋转，1#卷筒从受卷位运行到卸卷位继续卷取，公转旋转电机准确定位后，2#卷筒开始做好受卷准备，助卷辊到达预设定辊缝，涨缩液压缸执行涨开动作,当热带钢执行切尾命令时,卸卷位的卷筒上下压辊压下,卷筒按照设定的超前率快速提速旋转,使热带钢尾部和头部分离并拉开一定距离,当带热钢尾部离开激光检测器时,跟踪功能开始计算带尾位置,当带尾到达上压辊时,卷筒减速到慢速,当带尾到达下压辊时卷筒停止旋转,此时带尾刚好处于下压辊位置,随后开始执行卸卷功能,卸卷小车运行至热带卷的中心位置,小车向上顶起,带尾刚好位于带钢卷底部,当压力达到托起热卷的设定值后,卸卷位的芯轴电磁阀动作执行缩紧功能,卷筒开始逆时针慢速旋转,卸卷小车向后推出到达步进梁受卷位，同时另一个卷筒开始进行卷取作业，按照同样的控制顺序执行下一个循环指令。卡罗塞尔卷取机卷取过程通过以下图例进行说明：

1. 热带头部到达卷取准备 2. 1#卷筒开始受卷建张 3. 带载后的1#卷筒顺时针旋转 4. 经过180°旋转卷筒到达卸卷位继续卷取 5. 助卷辊压下准备带尾模式 6.1#卷筒卷取完毕准备卸卷2#卷筒开始卷取

4 结束语

卡罗塞尔卷取机的应用优势。卡罗塞尔卷取机卷取节奏紧凑、连续性好，更适合无头和半无头轧制工艺。传统的轧制计划和实际以单块铸坯轧制为主，主要轧制过程初轧、精轧机组轧制、卷取穿带、加速轧制、减速轧制、抛钢、甩尾。每轧制一块铸坯就不可避免的发生一次动态张力平衡调整过程，调整过程时间短，设备局限性大，热带坯成品质量控制难度高，不稳定因素较多，很多问题都是无法彻底解决的。而无头轧制技术一改传统热轧轧制模式，铸板坯是一块连续的坯料，带钢的头部与轧机始终保持恒定张力，这样轧机在恒张力下轧制，热带的几何精度和板形质量发生了本质的改变，而且由于无头轧制穿带和甩尾的次数的减少，可以实现轧制控制稳定的良好效果。