熱連軋活套張力異常的分析與解決.pdf

2 0 0 9 年 4月 第 2 6 卷 第 2 期 Apr 2 00 9 Vo 1 26 No 2 軋 鋼 S TE EL R0LL I NG 47 熱連軋活套 張力異 常的分析 與解決 呂 長寶 ( 唐 山鋼鐵股份有 限公 司第一 鋼軋廠 ， 河北唐 山0 6 3 0 1 6 ) 摘 要 ： 介紹 了唐 山鋼鐵股 份有 限公 司 1 8 1 0 mm 熱連軋生產(chǎn)線 的活套控制原理 ， 分析 了起 套過程 中和正常軋 制時活套張力異常 的原 因， 并提出了解決辦法 ， 其 中合理設(shè)定 AMTC參數(shù) 、 避 免連鑄坯厚度頻繁改變 、 正確計 算活套量等是關(guān)鍵 。 關(guān)鍵詞 ： 帶鋼熱 連軋 ； 活套 ； 張力 ； 軋制力 ； 功率 中 圖 分 類 號 ： TG3 3 5 5 6 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識 碼 ： A 文 章 編 號 ： 1 0 0 3 9 9 9 6 ( 2 0 0 9) 0 2 0 0 4 7 0 4 Ca u s e Ana ly s is o f Te n s io n Ab no r m a l o f Lo o pe r d ur ing Hot Ro lling a n d Re s o lu t io n M e a s u r e s L 0 C h a n g b a o ( Ta n g s ha n I r o n& S t e e l Co ，Lt d ，Ta n g s h a n 0 6 3 0 1 6，Ch in a ) Ab s t r a ct ：Th e lo o p e r co n t r o l me ch a n is m o f 1 8 1 0 mm h o t s t r ip mi ll o f Ta n g s h a n I r o n& S t e e l C o ，L t d wa s i n t r od uce d The ca us e s of loo pe r t e n s ion a b no r ma l d ur in g r o llin g we r e a na ly z e d，a nd it s cou nt e r m e a s ur e s we r e pu t f or wa r dTh e AM TC pa r a me t e r s a nd loo pe r le ngt h r e a s on a ble ca lcula t ion we r e impo r t a n t M e a n while，t he s la b t hick ne s s s ho uld no t be f r e qu e nt ly ch a nge d Ke y wo r ds ： hot s t r ip r olling；loo pe r ；t e n s ion；r olling f or ce；po we r 支檢 測點 時 ， 一旦 定支 條件 滿足 ， 該 處 的“ 手指 ” 擋 板 立起 ， 獨立 阻擋 下一 支棒 材通 過 ， 待 多數(shù) 檢測 點 條 件滿 足后 ， 系統(tǒng)認(rèn) 為 定支 工作 完成 。 5 結(jié) 語 根據(jù) 實 際生產(chǎn) 使 用 要 求 ， 在 不 改 變 現(xiàn)有 的棒 材傳 輸 、 包裝 工藝方 式 的基礎(chǔ) 上 ， 提 出了基 于微差 速分 離 的棒材 在 線定 支 包 裝 控 制 的解 決 方 案 ， 并 設(shè)計 了微 差速分 離裝 置 、 計 數(shù)控 制 電路 、 定支 控制 機(jī)構(gòu) 、 以及 整個 電控 系統(tǒng) ， 通過 萊蕪 鋼鐵公 司棒 材 生 產(chǎn)線 的實 際應(yīng) 用 表 明 ： 本 文 提 出 的棒 材 定 支 包 裝 控制 技術(shù) ， 在不 影 響 棒 材 生產(chǎn) 工 藝 和生 產(chǎn) 能 力 的條件下， 具有較高的穩(wěn)定性和可靠性 ， 極大地提 高了勞動生產(chǎn)率， 減少了棒材計量錯誤 ， 取得 了顯 著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 參考 文獻(xiàn) ： 1 章家?guī)r ， 金俊 棒材生產(chǎn)在線計數(shù) 問題 的研究 J 華中科技 大學(xué)學(xué)報 ， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 9 ) ： 7 9 8 1 E 2 章家?guī)r ， 金俊， 姚有領(lǐng) 基 于傳感器技 術(shù)的棒 材在線 自動計 數(shù)方法 J 鋼鐵研究學(xué)報， 2 0 0 6 ， 1 8 ( 1 ) ： 5 9 6 2 3 3 郎傳紅 ， 章 家?guī)r， 周寶貴 一 種新 型棒 材 自動計 數(shù)定支裝 置的 設(shè) 計與分 析口 電子測量與儀 器學(xué)報 ， 2 0 0 7 ， 2 1 ( 2 ) ： 9 5 9 8 4 3 崔 艷 國內(nèi)棒材 生產(chǎn)線 自產(chǎn)工藝及 設(shè)備綜述 J 重型機(jī) 械 科技 ， 2 0 0 4 ， ( 1 ) ： 3 6 5 O E 5 3 李樸 ， 孫運芝 ， 盂春 軋鋼 車間打捆 計數(shù)裝 置研究 J 儀 器儀表與分析檢測 ， 2 0 0 3 ， ( 2 ) ： 1 1 1 2 6 余曉流 ， 馬欣藝 ， 儲列火 ， 等 一種新型棒材 自動計數(shù)與控制裝 置的研究口 冶金 自動化 ， 2 0 0 6 ， ( 4 ) ： 5 4 5 7 7 C h a n V H， B r a d l e y C， Vi ck e r s G W A Mu h i s e n s o r Ap p r o a ch t o Au t o ma t in g Co o r d in a t e M e a s u r in g Ma c h in e b a s e d Re v e r s e E n g i n e e r i n g J C o mp u t o r i n I n d u s t r y ， 2 0 0 1 ， 4 4( 2 ) ： 1 0 5一 】 5 收稿 日期 ： 2 0 0 8 0 9 1 6 修 改稿 日期 ： 2 0 0 8 1 1 一l3 作者簡介 ： 呂長 寶( 1 9 7 2 一) ， 男( 漢族) ， 河北唐 山人 ， 高級工程師 。 4 8 軋 鋼 2 0 0 9年 4月出版 l 前 言 在帶 鋼熱 連軋 生 產(chǎn)線 中 ， 活套 系 統(tǒng) 起 著非 常 重要的作用， 適 當(dāng)?shù)幕钐讖埩Σ粌H可 以提高軋制 穩(wěn)定 性 ， 還可調(diào) 節(jié)前 后軋 機(jī)主 電機(jī) 的功率 分配 ， 而 且 在帶 鋼寬度 控制 方面 也起著 重要作 用 。 唐鋼 1 8 1 0 mm 熱 連 軋 生產(chǎn) 線 由 2架 粗 軋 機(jī) ( R 、 R ： ) 和 5架精 軋機(jī) ( F F ) 組 成 ， 2架粗 軋機(jī) 間及 R 軋 機(jī) 與 F 軋 機(jī) 間 采 用 最 小 張 力 控 制 ( AMTc ) ， 精軋機(jī)架間采用 電動活套L 1 。 自投產(chǎn) 以來 ， 多次 出現(xiàn)精軋 區(qū)活 套張力 過大 的 問題 ， 不僅 導(dǎo) 致板 帶寬度 嚴(yán)重 拉窄 、 厚度 變薄 ， 還導(dǎo)致 后部軋 機(jī) 主 電機(jī) 電流超 限 ， 既影 響 了成 品質(zhì)量 ， 又嚴(yán)重威 脅主 電機(jī) 的安 全 運行 。因此 ， 對 該 問題 進(jìn) 行 了深 入 研究 ， 較好 地解 決 了活 套張 力異 常的 問題 。 2活套控 制原理 活套控 制包 括 活套 高 度 控 制 、 張力 控 制 和 帶 鋼流量 控制 2 ?；钐?高度 控 制是 通過 調(diào)節(jié) 主 電 機(jī) 的轉(zhuǎn) 速來進(jìn) 行 的 ； 張 力 控 制是 通 過 活套 電機(jī) 的 電流控 制進(jìn) 行 的 ； 而帶 鋼 的 流量 控 制 主要 是 通 過 調(diào)節(jié) 上游機(jī) 架 主速度來 維持 活套 高度相 對恒定 而 完成的。唐 鋼 1 8 1 0 ram 熱連軋生產(chǎn)線 的精 軋機(jī) 組采用 直流 低慣 量 電動 活套 機(jī) 構(gòu) ， 其 機(jī) 架 間帶 鋼 張力 主要靠 活套 電機(jī) 力矩產(chǎn) 生 。其活套 控制 功能 主要包 括 ： 升落 套 時序 控 制 、 “ 軟接 觸 ” 控 制 、 抗 抖 動控 制 、 多 變量 控制 。 “ 軟接觸” 控制功能的作用是在活套高速升起 并貼 緊帶 鋼前 的 瞬 間 ， 將 活 套 的 升起 速 度 控制 在 適當(dāng)范圍內(nèi)， 避免活套 與帶鋼高速接觸產(chǎn)生巨大 的沖擊 而使帶鋼 頭部 拉窄 。 F 十l 活套實際角 活套 角度控 活套張力控 抗抖動控 防 甩尾 控 抗抖動控制功能 的作 用是在 F 機(jī)架拋鋼 后 ， 在維持張力控制的情況下， 將活套降低至抗抖 動角 。 當(dāng)活 套 實 際角 度小 于 防甩 尾控 制 角 時 ， 啟 動 防甩尾控 制 功能 ， 在 F 機(jī)架 拋 鋼 前 的瞬 間 ， 活 套迅 速落 至機(jī)械 零位 。 多變量控制功能的作用是降低活套張力控制 和高度控制的相互干擾， 使張力和活套角度的波 動降到最小 ， 使系統(tǒng)更加穩(wěn)定 。在多變量控制中， 實際活套角度通過調(diào)整活套 電機(jī)的轉(zhuǎn)矩來控制， 實際 的帶鋼 張力 通過調(diào) 整上游 軋機(jī) 主 電機(jī) 的轉(zhuǎn) 速 來控 制 。 1 8 1 0 mm 生 產(chǎn) 線 活套 升 、 落套 時序 控 制 過 程 ( 見 圖 1 ) 為 ： ( 1 ) F 機(jī)架 咬鋼 +延 時 ， 活 套 以最 大加 速 度 起套 并 以最 大 速度 升 至設(shè) 定 的減 速角 度 ， 活 套 高 度控 制功 能開 始投 入 ， 此 階 段 活套 電機(jī) 電 流設(shè) 定 為允 許 的最大 電流 ； ( 2 ) 活套 以最大減 速度 升至 預(yù)測套量 附近 ， 電 流設(shè) 定為允 許 的最大 電流 ； ( 3 ) 活套低速上升接觸帶鋼并貼緊， 當(dāng)活套實 際角度達(dá)到設(shè)定工作角度時， 張力控制功能開始 投入 ， 電流設(shè)定轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓮埩砜刂齐娏鳎?起套過 程結(jié)束 ， 軋機(jī)速度控制切換為活套調(diào)節(jié) ； ( 4 ) F H 機(jī)架拋鋼+延時， 抗抖動功能開始執(zhí) 行 ， 活套 角度 降至抗 抖動 角 ； ( 5 ) 當(dāng) F 機(jī)架 拋鋼 后 ， 活套 高度 控制 和張力 控制同時結(jié)束 ， 活套繼續(xù)落套 ， 啟動 防甩尾功能 后 ， 在 F 機(jī)架拋鋼前 的瞬間活套迅速落至機(jī)械零 位 。 鋼 設(shè)定工作角度 ” J U 尾 F J l 拋鋼 卜l f 、 、 圖 I活套控 制時序 3 活套 張力異 常的原 因與分析 3 1 起 套 過程 中的活套 張 力異常 在活套起套過程 中， 如果軋機(jī)的設(shè)定速度或 設(shè)定輥縫存在誤差時， 活套往往會出現(xiàn)抬升不到 設(shè)定工作角度 的情況( 圖 2 e ) ， 此時活套實際張力 + 延 時 很大 ， 對帶鋼寬度、 厚度有嚴(yán)重影響 ， 這一異?，F(xiàn) 象主要 出現(xiàn)在 3 、 4 活套上 。圖 2所示為 3 活 套起套時在 F 。與 F 軋機(jī) 間 ( 帶鋼成 品規(guī) 格為 】 1 5 mm， 此時 F 軋機(jī)空過) 產(chǎn)生了較大 的張力， 帶鋼寬度被拉窄( 圖 2 f ) 。 第 2 6卷 第 2期 呂長寶 ： 熱連軋活套 張力異 常的分析與解決 4 9 1 4 0 0 0 Z 1 2 0 0 0 1 0 0 0 0 8 0 0 0 毒6 0 0 0 4 0 0 0 2 0 0 0 槲 賽 1， _ _ _ I 4 0l 8 01 1 2 Ol 1 6 0 l 2 0 01 2 4 0 l 帶鋼長度 m al 帶鋼長度 m d) 3 0 0 0 2 5 0 0 瓣 2 0 0 0 1 5 0 0 5 0 0 0 0 0 O ，、 2 k -2 1 囂t 蜒 帶鋼長度 m b 1 帶鋼長度 m e) 4 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 l0 0 0 O g 2 5 1 5 s 一 5 越 。 l 4 0 1 8 OI l2 Ol l6 01 2 0 0l 2 4 0l 帶鋼 長度 m c) 圖 2起套 時活套 張力異 常情 況 a )F 。軋機(jī) 軋制力 ；b )F 。軋機(jī)主電機(jī)功率 ； c)F 5軋機(jī)軋制力 ； d )F 4軋機(jī)主電機(jī)功率 ； e )3 活套實 際角度 ； f ) 成品寬度曲線 若軋機(jī)的設(shè)定速度或設(shè)定輥縫存在誤差而使 咬入階段實際活套量小于活套設(shè)定的工作角度所 能 吸收 的活套量 時 ， 活套 將 不 能 抬 升 到設(shè) 定 的 工 作角度 ， 并 導(dǎo)致較 大 的帶鋼 機(jī)架 間張 力 ， 使 活套 高 度控制功能和張力控制功能均不投入 ， 此時活套 系統(tǒng)不 能起 到調(diào)節(jié) 帶鋼 活套 和 張力 的作用 。經(jīng) 分 析， 造成軋機(jī)設(shè)定速度或設(shè)定輥縫值不合理的主 要原 因是 由鑄坯厚度頻繁改變而使 自學(xué)習(xí)系數(shù)不 穩(wěn)定 。1 8 1 0 ram 生 產(chǎn)線 采用 2種 鑄坯 厚度 ： 9 0 mm ( 未 用動 態(tài)軟壓 下 ) 和 7 0 ram( 采 用 動 態(tài) 軟 壓 下 ) ， 以適應(yīng) 不 同成 品規(guī)格 的要 求 。但 是 在這 2種厚 度 鑄坯 允 許 軋 制 的規(guī) 格 中 ， 存 在 一 個 交 叉 區(qū)域 ， 即 4 1 7 9 mm 范 圍 ， 這 個 區(qū) 域 恰 是 3 、 4 活 套 頻 繁發(fā)生 張力 異常 的主要 規(guī)格 區(qū) 間 。另 一個影 響較 大的 因素是 軋線 的實 際水冷 情況 與溫 度控制 模 型 認(rèn)定 的情 況存 在 較 大偏 差 ， 使 溫 度 模 型計 算 的各 點 軋制 溫度與 實 際 溫度 出現(xiàn) 較 大偏 差 ， 從 而造 成 軋機(jī) 速度 、 輥縫 等 設(shè) 定 不 準(zhǔn)確 。其解 決 的途 徑 主 要是 ： ( 1 ) 避 免頻 繁改變 連鑄 坯 的厚 度 ， 以免 造成 自 學(xué)習(xí) 系數(shù) 的混亂 ； ( 2 ) 解決工作輥冷卻水漏水 問題并嚴(yán)禁手動 關(guān)閉機(jī)架間冷卻水 ， 保證溫度模型計算的準(zhǔn)確度 ； ( 3 ) 生產(chǎn)薄規(guī)格帶鋼時， 根據(jù)實際沖擊速降計 算形成的活套量， 并據(jù)此設(shè)定最合理的活套工作 角度 。 3 2 正 常軋制 時的活 套 張力異 常 第 2種活套張力異常主要出現(xiàn)在 1 活套上， 帶鋼長度 IT I n 即正常軋制時 ， 由于鑄坯存在夾渣等質(zhì)量缺陷或 AMT C的參數(shù)設(shè)定不合理 ， 造成 AMT C不穩(wěn) 定 而 使 R 。 與 F ， 間帶 鋼起 套 ， 于 是 操作 工 手 動 降 低 R 。 軋 機(jī)速 度 ， 當(dāng) R 的速 度降 至與 F 。 軋機(jī) 的匹 配 速度 之下 時 ， R 與 F 間產(chǎn)生 張力 ， 此 張力 使 帶 鋼 在 F 機(jī) 架 的前 滑急 劇 降低 、 出 口速 度 下 降 ， 造成 F 與 F 。 間“ 拉鋼” 。當(dāng) F 出 口速度下 降的幅度 超過活套 自動調(diào)節(jié) 能力 時 ， 1 活套將 被拉低 ， 當(dāng) 1 活套 角度 最終 未低 于 抗 抖 動角 度 時 ， 在 活套 高 度控制 和 自動速 度調(diào) 節(jié)功 能 的作 用 下 ， F 軋 制 速 度 升高 ， 1 活 套 角 度 逐 漸 升 高 ， 最 后 穩(wěn) 定 在 設(shè) 定 工 作角度 附近 。此 種 情 況下 ， 1 活 套 張 力波 動 的 危 害較小 。當(dāng) 1 活套 角度 被 拉 低 至 抗 抖 動 角 度 以下時 ( 圖 3 a ) ， 此 時 活 套 高 度 控 制 、 張力 控 制 和 自動速度 調(diào) 節(jié) 功 能 全 部 停 止 ， F 與 F 間繼 續(xù) 維 持大 張力 的狀態(tài) 而不 能 被 檢 測 并 加 以控 制 ， 最 終 造成帶 鋼 被嚴(yán)重 拉 窄 ( 圖 3 b ) 。通 過 合 理調(diào) 整 、 設(shè) 定 AMT C 的參 數(shù) ， 以避 免 R 2與 F 間 AMT C 的 波 動 ， 可解決 1 活套正 常軋制時 的張力異常 問題 。 3 3 活套 張力異 常時實 際張 力的估 算 機(jī) 架間 張力 改 變 了變 形 區(qū) 應(yīng) 力 狀 態(tài) ， 使 前 后 軋機(jī) 的軋制力 均 有 不 同程 度 的 降低 ( 圖 2 a 、 2 c， 圖 3 c、 3 e ) 。在 熱連 軋 中 ， 一般 采 用 簡 化 的張 力 影 響 系數(shù)來 表示 張力 對 軋制力 的影 響 5 , 6 3 。 張力影響系數(shù)一般用下式表示 ： R l 一 ) ( 1 ) 定 l 一 2fZ 矗； k一 1 1 5 5 0 軋 鋼 2 0 0 9年 4月出版 式中， R為張力影響系數(shù) 為單位后張力 ， MP a ； 訂為單位前張力 ， MP a ； 為金屬塑性變形阻力 ， 2 5 2 0 1 5 蓬 0 ； 黜 5 o o o 蝌4 0 0 0 3 0 0 0 毒 O 帶鋼長度 I n a1 l 4 01 8 0 1 l6 0l 2 4 0l 3 2 0 l l2 Ol 2 0 01 2 8 0l 帶鋼長度 m d 1 g 2 5 宴1 5 s 一 5 麴 R 磊 MP a ； A h為壓下量， mm； f為摩擦系數(shù) ； z為變形 區(qū)接 觸弧 長 。 l 4 0 l 8 0 l l6 O l 2 4 0 l 3 2 0 l l2 O l 2 0 01 2 8 0l 帶鋼長度 m b、 l 4 0 1 8 0I 1 6 01 2 4 0 l 3 2 0l 1 2 0l 2 0 01 2 8 01 帶鋼長度 m e 1 Z * ： - 一- 一 ! ： l - ； 至 00 00 o0 O 帶鋼長度 m f ) 圖 3正 常 軋 制 時 活 套 張 力 異 常 情 況 a )1 活套實際角度 I b )成品寬度曲線 ；c)F 1 軋機(jī)軋制力； d )F 軋機(jī)主 電機(jī)功率 ； e )F z軋機(jī)軋制力 ； f )F z軋機(jī)主電機(jī)功率 由于在 活套 張力 異常 時活套 的 張力控 制或 已 ( 1 ) 合 理 調(diào) 整 設(shè) 定 AMTC 的參 數(shù) ， 避 免 R 2 停止或尚未開始執(zhí)行 ， 活套張力并沒有反映實際 與 F 。 間 AMTC的波動 ； 張力 ， 此時可利用張力影 響系數(shù)并在 已知前張力 ( 2 ) 避免頻繁改變連鑄坯厚度 ， 以免造成 自學(xué) ( 或后張力) 的情況下 ， 估算 出活套實際張力 。由 習(xí)系數(shù) 的混亂 ； 式( 1 ) 可分別推得前 、 后張力 ： ( 3 ) 根據(jù)實際的沖擊速降計算形成的活套量 ， ( 一 1 )( 1一 R) 一 0 3 r rb 一 一 ( 一 1 )( 1一 R) k 一 0 7 n一 一 并調(diào) 整活套 工作 角度設(shè) 定值 ； ( 2 ) ( 4 ) 解決工作輥冷卻水漏水問題并嚴(yán)禁手動 關(guān) 閉機(jī)架 間冷卻 水 ， 保 證 溫 度 模 型計 算 的 軋制 溫 度 的準(zhǔn) 確度 。 ( 3 ) 利 用式 ( 2 ) 、 式 ( 3 ) 計算 張力 異 常 時活 套 的實 際張 力 ， 得 出 圖 2中 F 。的