作者：張世厚　尹曉雷　王津平
［太原鋼鐵（集團(tuán)）公司熱連軋廠］

　　摘　要：熱連軋卷取機(jī)的張力控制是帶鋼卷取控制的核心，如何提高帶鋼卷形合格率一直是熱連軋工序研究的課題。本文結(jié)合實(shí)際，介紹了熱連軋?zhí)厥怃摼砣∽儚埩刂频乃枷耄诒ＷC卷取帶鋼張力控制的前提下，實(shí)現(xiàn)了頭部變張力控制。生產(chǎn)實(shí)際表明，在采用該控制模型后，卷形合格率由90.52％提高到98.2％，并改善了冷軋不銹鋼的頭部板形。
　　關(guān)鍵詞：熱連軋；卷取；變張力控制
　　太原鋼鐵(集團(tuán))公司熱連軋機(jī)是從日本日新制鋼株式會(huì)社吳制鐵所購買的帶鋼熱連軋二手設(shè)備，于1994年8月8日投產(chǎn)。根據(jù)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的進(jìn)一步提高，于2002年9月對(duì)機(jī)械及三電系統(tǒng)進(jìn)行了全面改造。改造后，隨著生產(chǎn)節(jié)奏的加快、軋制品種的增多，在不銹鋼、硅鋼等特殊鋼種的軋制中逐步暴露出一些問題和缺陷，尤其是供冷軋鎳系不銹鋼帶鋼頭部浪形較為嚴(yán)重；成品卷薄料內(nèi)圈松、頭部塔形、雙折、下塔；不銹鋼頭部超寬造成卷取堆鋼；硬質(zhì)帶鋼及厚料頭部容易打滑、堆鋼；軟質(zhì)帶鋼頭部拉窄等，導(dǎo)致卷形合格率只有90.52％，且鎳系不銹鋼頭部板形浪高大于50mm。由于自動(dòng)化系統(tǒng)采用的是德國(guó)西門子TDC工業(yè)控制器，國(guó)內(nèi)外采用TDC的成熟經(jīng)驗(yàn)可以借鑒的不多；而且太鋼是以特殊鋼為主的企業(yè)，涉及不銹鋼、硅鋼等品種鋼(國(guó)內(nèi)外熱軋廠一條線同時(shí)軋制這么多特殊鋼種的僅太鋼一家)；另外國(guó)內(nèi)外熱軋卷取機(jī)控制全部是采用恒張力控制，而由于我公司軋制品種多、帶鋼性能差別大，恒張力控制導(dǎo)致了如管線鋼等這類硬質(zhì)大的鋼種頭部極易打滑、軟質(zhì)帶鋼頭部拉窄并且也無助于冷軋不銹鋼頭部板形改善等。因此，為了從根本上解決帶鋼頭部的板形和卷形問題，我們開發(fā)了特殊鋼卷取變張力控制模型。
　　1　卷取張力控制理論分析
　　卷取控制方法非常重要，而控制方法的優(yōu)化則要從卷取產(chǎn)生的壓力基本狀態(tài)分析著手。卷取壓力分布是沿帶卷寬度方向和帶卷半徑方向，即切向壓力和徑向壓力。鋼卷內(nèi)圈切向壓力Z大，主要是被整個(gè)帶卷在連續(xù)箝緊過程中壓緊產(chǎn)生的，它與前幾圈的縱向彎曲有關(guān)；至于塔形，它與帶卷沒有箝緊從而導(dǎo)致各圈之間產(chǎn)生滑移有直接關(guān)系，為避免各圈之間的滑移，應(yīng)確保帶卷有足夠的徑向壓力。徑向壓力和切向壓力的壓力水平，隨張力變化而變化，通過張力給定值可調(diào)整鋼卷內(nèi)壓力水平，以避免心形和塔形的產(chǎn)生。
　　精軋拋鋼前，帶鋼張力建立在精軋機(jī)和卷筒之間，精軋拋鋼后，帶鋼張力建立在夾送輥和卷筒之間。卷取過程可看作每圈帶鋼將一厚管箝緊，每圈新帶鋼類似一個(gè)薄管，該薄管對(duì)帶鋼表面施加了壓力。理論分析表明，徑向壓力與帶鋼的張力成正比，因此帶鋼張力的大小對(duì)卷筒的壓力狀態(tài)極為重要。
　　2　變張力控制思想
　　變張力控制采用了帶鋼頭部張力優(yōu)化控制軟件。總體思想是：，根據(jù)卷取機(jī)能力設(shè)定頭部咬鋼張力設(shè)定值，在帶鋼進(jìn)入卷取機(jī)前由二級(jí)計(jì)算機(jī)根據(jù)鋼種設(shè)定卷取機(jī)張力啟動(dòng)值，在帶鋼負(fù)荷繼電器接通時(shí)由一級(jí)計(jì)算機(jī)投入張力控制，然后依據(jù)已確定的積分曲線迅速提高張力設(shè)定值，使張力在極短的時(shí)間達(dá)到設(shè)定值。這樣可以保證頭部纏緊，避免帶鋼頭部進(jìn)入卷取機(jī)產(chǎn)生大電流沖擊、影響精軋控制和板形質(zhì)量，以保護(hù)卷取機(jī)機(jī)電設(shè)備。第二，依據(jù)鋼種設(shè)置卷筒全漲時(shí)間，使卷筒全漲根據(jù)鋼種、卷取速度進(jìn)行自適應(yīng)，既不能因?yàn)槿珴q太早，造成鋼卷內(nèi)徑不足、卸卷困難、頭部打滑；又不能因?yàn)槿珴q太晚，造成鋼卷內(nèi)圈松。因此增設(shè)了助卷輥頭部壓力調(diào)整模型，使助卷輥按照帶鋼厚度自動(dòng)調(diào)整頭部壓力，解決了硬質(zhì)厚料頭部打滑難題；增設(shè)減張積分器，用于計(jì)算平滑減張；增設(shè)帶鋼減張力啟動(dòng)標(biāo)志，在卷取機(jī)咬鋼后，通過程序計(jì)算設(shè)置開始減張力標(biāo)志，變張力值由過程自動(dòng)化級(jí)下送。針對(duì)奧氏體不銹鋼，在過程控制模型中，有卷取機(jī)張力設(shè)定值Z大限制，避免張力設(shè)定值過大，使卷取機(jī)過電流掉電出現(xiàn)廢鋼。
　　3　變張力模型
　　由二級(jí)計(jì)算機(jī)完成下送區(qū)分鋼種的標(biāo)志和張力設(shè)定值，只要在相應(yīng)的文本輸入框中輸入Z大張力值，模型即可執(zhí)行卷取機(jī)Z大張力限定功能；同時(shí)在相應(yīng)的文本輸入框中輸入相應(yīng)的變張力值，模型即可進(jìn)行相應(yīng)的變張力控制，表格模型主要內(nèi)容如表1所示。

　　基于表1，由一級(jí)計(jì)算機(jī)完成1號(hào)卷取機(jī)帶鋼頭部咬鋼張力控制功能，其實(shí)現(xiàn)卷取變張力控制程序的主要算法如下。

　　式中，T _n為采樣時(shí)刻n的變張力值；T_n-1為采樣時(shí)刻n-1的變張力值；X_n為變張力控制開始時(shí)的固定取值；T_A為采樣周期； T₁為掃描時(shí)間。

　　4　實(shí)施效果
　　經(jīng)過以上改進(jìn)，1號(hào)卷取機(jī)卷取能力得到極大提高。通過變張力控制標(biāo)志及補(bǔ)償值的下送，實(shí)現(xiàn)了卷取過程的變張力控制，成功改善了帶鋼開卷過程中的浪形及薄料頭部不良、硬質(zhì)厚料頭部打滑等，不銹鋼頭部超寬導(dǎo)致卷取堆鋼及軟帶鋼頭部拉窄的技術(shù)難題也得到徹底解決，卷形合格率由90,52％提高到98,2％，供冷軋鎳系不銹鋼頭部板形合格率大幅提高，浪高基本上小于25mm，滿足了冷軋要求。

來源：《冶金自動(dòng)化》