热连轧活套张力异常的分析与解决.pdf

2 0 0 9 年 4月 第 2 6 卷 第 2 期 Apr 2 00 9 Vo 1 26 No 2 轧 钢 S TE EL R0LL I NG 47 热连轧活套 张力异 常的分析 与解决 吕 长宝 ( 唐 山钢铁股份有 限公 司第一 钢轧厂 ， 河北唐 山0 6 3 0 1 6 ) 摘 要 ： 介绍 了唐 山钢铁股 份有 限公 司 1 8 1 0 mm 热连轧生产线 的活套控制原理 ， 分析 了起 套过程 中和正常轧 制时活套张力异常 的原 因， 并提出了解决办法 ， 其 中合理设定 AMTC参数 、 避 免连铸坯厚度频繁改变 、 正确计 算活套量等是关键 。 关键词 ： 带钢热 连轧 ； 活套 ； 张力 ； 轧制力 ； 功率 中 图 分 类 号 ： TG3 3 5 5 6 文 献 标 识 码 ： A 文 章 编 号 ： 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 支检 测点 时 ， 一旦 定支 条件 满足 ， 该 处 的“ 手指 ” 挡 板 立起 ， 独立 阻挡 下一 支棒 材通 过 ， 待 多数 检测 点 条 件满 足后 ， 系统认 为 定支 工作 完成 。 5 结 语 根据 实 际生产 使 用 要 求 ， 在 不 改 变 现有 的棒 材传 输 、 包装 工艺方 式 的基础 上 ， 提 出了基 于微差 速分 离 的棒材 在 线定 支 包 装 控 制 的解 决 方 案 ， 并 设计 了微 差速分 离装 置 、 计 数控 制 电路 、 定支 控制 机构 、 以及 整个 电控 系统 ， 通过 莱芜 钢铁公 司棒 材 生 产线 的实 际应 用 表 明 ： 本 文 提 出 的棒 材 定 支 包 装 控制 技术 ， 在不 影 响 棒 材 生产 工 艺 和生 产 能 力 的条件下， 具有较高的稳定性和可靠性 ， 极大地提 高了劳动生产率， 减少了棒材计量错误 ， 取得 了显 著的经济效益和社会效益。 参考 文献 ： 1 章家岩 ， 金俊 棒材生产在线计数 问题 的研究 J 华中科技 大学学报 ， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 9 ) ： 7 9 8 1 E 2 章家岩 ， 金俊， 姚有领 基 于传感器技 术的棒 材在线 自动计 数方法 J 钢铁研究学报， 2 0 0 6 ， 1 8 ( 1 ) ： 5 9 6 2 3 3 郎传红 ， 章 家岩， 周宝贵 一 种新 型棒 材 自动计 数定支装 置的 设 计与分 析口 电子测量与仪 器学报 ， 2 0 0 7 ， 2 1 ( 2 ) ： 9 5 9 8 4 3 崔 艳 国内棒材 生产线 自产工艺及 设备综述 J 重型机 械 科技 ， 2 0 0 4 ， ( 1 ) ： 3 6 5 O E 5 3 李朴 ， 孙运芝 ， 盂春 轧钢 车间打捆 计数装 置研究 J 仪 器仪表与分析检测 ， 2 0 0 3 ， ( 2 ) ： 1 1 1 2 6 余晓流 ， 马欣艺 ， 储列火 ， 等 一种新型棒材 自动计数与控制装 置的研究口 冶金 自动化 ， 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 作者简介 ： 吕长 宝( 1 9 7 2 一) ， 男( 汉族) ， 河北唐 山人 ， 高级工程师 。 4 8 轧 钢 2 0 0 9年 4月出版 l 前 言 在带 钢热 连轧 生 产线 中 ， 活套 系 统 起 着非 常 重要的作用， 适 当的活套张力不仅可 以提高轧制 稳定 性 ， 还可调 节前 后轧 机主 电机 的功率 分配 ， 而 且 在带 钢宽度 控制 方面 也起着 重要作 用 。 唐钢 1 8 1 0 mm 热 连 轧 生产 线 由 2架 粗 轧 机 ( R 、 R ： ) 和 5架精 轧机 ( F F ) 组 成 ， 2架粗 轧机 间及 R 轧 机 与 F 轧 机 间 采 用 最 小 张 力 控 制 ( AMTc ) ， 精轧机架间采用 电动活套L 1 。 自投产 以来 ， 多次 出现精轧 区活 套张力 过大 的 问题 ， 不仅 导 致板 带宽度 严重 拉窄 、 厚度 变薄 ， 还导致 后部轧 机 主 电机 电流超 限 ， 既影 响 了成 品质量 ， 又严重威 胁主 电机 的安 全 运行 。因此 ， 对 该 问题 进 行 了深 入 研究 ， 较好 地解 决 了活 套张 力异 常的 问题 。 2活套控 制原理 活套控 制包 括 活套 高 度 控 制 、 张力 控 制 和 带 钢流量 控制 2 。活套 高度 控 制是 通过 调节 主 电 机 的转 速来进 行 的 ； 张 力 控 制是 通 过 活套 电机 的 电流控 制进 行 的 ； 而带 钢 的 流量 控 制 主要 是 通 过 调节 上游机 架 主速度来 维持 活套 高度相 对恒定 而 完成的。唐 钢 1 8 1 0 ram 热连轧生产线 的精 轧机 组采用 直流 低惯 量 电动 活套 机 构 ， 其 机 架 间带 钢 张力 主要靠 活套 电机 力矩产 生 。其活套 控制 功能 主要包 括 ： 升落 套 时序 控 制 、 “ 软接 触 ” 控 制 、 抗 抖 动控 制 、 多 变量 控制 。 “ 软接触” 控制功能的作用是在活套高速升起 并贴 紧带 钢前 的 瞬 间 ， 将 活 套 的 升起 速 度 控制 在 适当范围内， 避免活套 与带钢高速接触产生巨大 的冲击 而使带钢 头部 拉窄 。 F 十l 活套实际角 活套 角度控 活套张力控 抗抖动控 防 甩尾 控 抗抖动控制功能 的作 用是在 F 机架抛钢 后 ， 在维持张力控制的情况下， 将活套降低至抗抖 动角 。 当活 套 实 际角 度小 于 防甩 尾控 制 角 时 ， 启 动 防甩尾控 制 功能 ， 在 F 机架 抛 钢 前 的瞬 间 ， 活 套迅 速落 至机械 零位 。 多变量控制功能的作用是降低活套张力控制 和高度控制的相互干扰， 使张力和活套角度的波 动降到最小 ， 使系统更加稳定 。在多变量控制中， 实际活套角度通过调整活套 电机的转矩来控制， 实际 的带钢 张力 通过调 整上游 轧机 主 电机 的转 速 来控 制 。 1 8 1 0 mm 生 产 线 活套 升 、 落套 时序 控 制 过 程 ( 见 图 1 ) 为 ： ( 1 ) F 机架 咬钢 +延 时 ， 活 套 以最 大加 速 度 起套 并 以最 大 速度 升 至设 定 的减 速角 度 ， 活 套 高 度控 制功 能开 始投 入 ， 此 阶 段 活套 电机 电 流设 定 为允 许 的最大 电流 ； ( 2 ) 活套 以最大减 速度 升至 预测套量 附近 ， 电 流设 定为允 许 的最大 电流 ； ( 3 ) 活套低速上升接触带钢并贴紧， 当活套实 际角度达到设定工作角度时， 张力控制功能开始 投入 ， 电流设定转变为由张力来控制电流， 起套过 程结束 ， 轧机速度控制切换为活套调节 ； ( 4 ) F H 机架抛钢+延时， 抗抖动功能开始执 行 ， 活套 角度 降至抗 抖动 角 ； ( 5 ) 当 F 机架 抛钢 后 ， 活套 高度 控制 和张力 控制同时结束 ， 活套继续落套 ， 启动 防甩尾功能 后 ， 在 F 机架抛钢前 的瞬间活套迅速落至机械零 位 。 钢 设定工作角度 ” J U 尾 F J l 抛钢 卜l f 、 、 图 I活套控 制时序 3 活套 张力异 常的原 因与分析 3 1 起 套 过程 中的活套 张 力异常 在活套起套过程 中， 如果轧机的设定速度或 设定辊缝存在误差时， 活套往往会出现抬升不到 设定工作角度 的情况( 图 2 e ) ， 此时活套实际张力 + 延 时 很大 ， 对带钢宽度、 厚度有严重影响 ， 这一异常现 象主要 出现在 3 、 4 活套上 。图 2所示为 3 活 套起套时在 F 。与 F 轧机 间 ( 带钢成 品规 格为 】 1 5 mm， 此时 F 轧机空过) 产生了较大 的张力， 带钢宽度被拉窄( 图 2 f ) 。 第 2 6卷 第 2期 吕长宝 ： 热连轧活套 张力异 常的分析与解决 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 赛 1， _ _ _ I 4 0l 8 01 1 2 Ol 1 6 0 l 2 0 01 2 4 0 l 带钢长度 m al 带钢长度 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 嚣t 蜒 带钢长度 m b 1 带钢长度 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 带钢 长度 m c) 图 2起套 时活套 张力异 常情 况 a )F 。轧机 轧制力 ；b )F 。轧机主电机功率 ； c)F 5轧机轧制力 ； d )F 4轧机主电机功率 ； e )3 活套实 际角度 ； f ) 成品宽度曲线 若轧机的设定速度或设定辊缝存在误差而使 咬入阶段实际活套量小于活套设定的工作角度所 能 吸收 的活套量 时 ， 活套 将 不 能 抬 升 到设 定 的 工 作角度 ， 并 导致较 大 的带钢 机架 间张 力 ， 使 活套 高 度控制功能和张力控制功能均不投入 ， 此时活套 系统不 能起 到调节 带钢 活套 和 张力 的作用 。经 分 析， 造成轧机设定速度或设定辊缝值不合理的主 要原 因是 由铸坯厚度频繁改变而使 自学习系数不 稳定 。1 8 1 0 ram 生 产线 采用 2种 铸坯 厚度 ： 9 0 mm ( 未 用动 态软压 下 ) 和 7 0 ram( 采 用 动 态 软 压 下 ) ， 以适应 不 同成 品规格 的要 求 。但 是 在这 2种厚 度 铸坯 允 许 轧 制 的规 格 中 ， 存 在 一 个 交 叉 区域 ， 即 4 1 7 9 mm 范 围 ， 这 个 区 域 恰 是 3 、 4 活 套 频 繁发生 张力 异常 的主要 规格 区 间 。另 一个影 响较 大的 因素是 轧线 的实 际水冷 情况 与温 度控制 模 型 认定 的情 况存 在 较 大偏 差 ， 使 温 度 模 型计 算 的各 点 轧制 温度与 实 际 温度 出现 较 大偏 差 ， 从 而造 成 轧机 速度 、 辊缝 等 设 定 不 准确 。其解 决 的途 径 主 要是 ： ( 1 ) 避 免频 繁改变 连铸 坯 的厚 度 ， 以免 造成 自 学习 系数 的混乱 ； ( 2 ) 解决工作辊冷却水漏水 问题并严禁手动 关闭机架间冷却水 ， 保证温度模型计算的准确度 ； ( 3 ) 生产薄规格带钢时， 根据实际冲击速降计 算形成的活套量， 并据此设定最合理的活套工作 角度 。 3 2 正 常轧制 时的活 套 张力异 常 第 2种活套张力异常主要出现在 1 活套上， 带钢长度 IT I n 即正常轧制时 ， 由于铸坯存在夹渣等质量缺陷或 AMT C的参数设定不合理 ， 造成 AMT C不稳 定 而 使 R 。 与 F ， 间带 钢起 套 ， 于 是 操作 工 手 动 降 低 R 。 轧 机速 度 ， 当 R 的速 度降 至与 F 。 轧机 的匹 配 速度 之下 时 ， R 与 F 间产生 张力 ， 此 张力 使 带 钢 在 F 机 架 的前 滑急 剧 降低 、 出 口速 度 下 降 ， 造成 F 与 F 。 间“ 拉钢” 。当 F 出 口速度下 降的幅度 超过活套 自动调节 能力 时 ， 1 活套将 被拉低 ， 当 1 活套 角度 最终 未低 于 抗 抖 动角 度 时 ， 在 活套 高 度控制 和 自动速 度调 节功 能 的作 用 下 ， F 轧 制 速 度 升高 ， 1 活 套 角 度 逐 渐 升 高 ， 最 后 稳 定 在 设 定 工 作角度 附近 。此 种 情 况下 ， 1 活 套 张 力波 动 的 危 害较小 。当 1 活套 角度 被 拉 低 至 抗 抖 动 角 度 以下时 ( 图 3 a ) ， 此 时 活 套 高 度 控 制 、 张力 控 制 和 自动速度 调 节 功 能 全 部 停 止 ， F 与 F 间继 续 维 持大 张力 的状态 而不 能 被 检 测 并 加 以控 制 ， 最 终 造成带 钢 被严重 拉 窄 ( 图 3 b ) 。通 过 合 理调 整 、 设 定 AMT C 的参 数 ， 以避 免 R 2与 F 间 AMT C 的 波 动 ， 可解决 1 活套正 常轧制时 的张力异常 问题 。 3 3 活套 张力异 常时实 际张 力的估 算 机 架间 张力 改 变 了变 形 区 应 力 状 态 ， 使 前 后 轧机 的轧制力 均 有 不 同程 度 的 降低 ( 图 2 a 、 2 c， 图 3 c、 3 e ) 。在 热连 轧 中 ， 一般 采 用 简 化 的张 力 影 响 系数来 表示 张力 对 轧制力 的影 响 5 , 6 3 。 张力影响系数一般用下式表示 ： R l 一 ) ( 1 ) 定 l 一 2fZ 矗； k一 1 1 5 5 0 轧 钢 2 0 0 9年 4月出版 式中， R为张力影响系数 为单位后张力 ， MP a ； 订为单位前张力 ， MP a ； 为金属塑性变形阻力 ， 2 5 2 0 1 5 蓬 0 ； 黜 5 o o o 蝌4 0 0 0 3 0 0 0 毒 O 带钢长度 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 带钢长度 m d 1 g 2 5 宴1 5 s 一 5 麴 R 磊 MP a ； A h为压下量， mm； f为摩擦系数 ； z为变形 区接 触弧 长 。 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 带钢长度 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 带钢长度 m e 1 Z * ： - 一- 一 ! ： l - ； 至 00 00 o0 O 带钢长度 m f ) 图 3正 常 轧 制 时 活 套 张 力 异 常 情 况 a )1 活套实际角度 I b )成品宽度曲线 ；c)F 1 轧机轧制力； d )F 轧机主 电机功率 ； e )F z轧机轧制力 ； f )F z轧机主电机功率 由于在 活套 张力 异常 时活套 的 张力控 制或 已 ( 1 ) 合 理 调 整 设 定 AMTC 的参 数 ， 避 免 R 2 停止或尚未开始执行 ， 活套张力并没有反映实际 与 F 。 间 AMTC的波动 ； 张力 ， 此时可利用张力影 响系数并在 已知前张力 ( 2 ) 避免频繁改变连铸坯厚度 ， 以免造成 自学 ( 或后张力) 的情况下 ， 估算 出活套实际张力 。由 习系数 的混乱 ； 式( 1 ) 可分别推得前 、 后张力 ： ( 3 ) 根据实际的冲击速降计算形成的活套量 ， ( 一 1 )( 1一 R) 一 0 3 r rb 一 一 ( 一 1 )( 1一 R) k 一 0 7 n一 一 并调 整活套 工作 角度设 定值 ； ( 2 ) ( 4 ) 解决工作辊冷却水漏水问题并严禁手动 关 闭机架 间冷却 水 ， 保 证 温 度 模 型计 算 的 轧制 温 度 的准 确度 。 ( 3 ) 利 用式 ( 2 ) 、 式 ( 3 ) 计算 张力 异 常 时活 套 的实 际张 力 ， 得 出 图 2中 F 。的