作者：張世厚　尹曉雷　王津平
［太原鋼鐵（集團）公司熱連軋廠］

　　摘　要：熱連軋卷取機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。本文結合實際，介紹了熱連軋特殊鋼卷取變張力控制的思想，在保證卷取帶鋼張力控制的前提下，實現了頭部變張力控制。生產實際表明，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。
　　關鍵詞：熱連軋；卷取；變張力控制
　　太原鋼鐵(集團)公司熱連軋機是從日本日新制鋼株式會社吳制鐵所購買的帶鋼熱連軋二手設備，于1994年8月8日投產。根據市場對產品質量要求的進一步提高，于2002年9月對機械及三電系統進行了全面改造。改造后，隨著生產節奏的加快、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重；成品卷薄料內圈松、頭部塔形、雙折、下塔；不銹鋼頭部超寬造成卷取堆鋼；硬質帶鋼及厚料頭部容易打滑、堆鋼；軟質帶鋼頭部拉窄等，導致卷形合格率只有90.52％，且鎳系不銹鋼頭部板形浪高大于50mm。由于自動化系統采用的是德國西門子TDC工業控制器，國內外采用TDC的成熟經驗可以借鑒的不多；而且太鋼是以特殊鋼為主的企業，涉及不銹鋼、硅鋼等品種鋼(國內外熱軋廠一條線同時軋制這么多特殊鋼種的僅太鋼一家)；另外國內外熱軋卷取機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，恒張力控制導致了如管線鋼等這類硬質大的鋼種頭部極易打滑、軟質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，而控制方法的優化則要從卷取產生的壓力基本狀態分析著手。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。鋼卷內圈切向壓力Z大，主要是被整個帶卷在連續箝緊過程中壓緊產生的，它與前幾圈的縱向彎曲有關；至于塔形，它與帶卷沒有箝緊從而導致各圈之間產生滑移有直接關系，為避免各圈之間的滑移，應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整鋼卷內壓力水平，以避免心形和塔形的產生。
　　精軋拋鋼前，帶鋼張力建立在精軋機和卷筒之間，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薄管，該薄管對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卷筒的壓力狀態極為重要。
　　2　變張力控制思想
　　變張力控制采用了帶鋼頭部張力優化控制軟件。總體思想是：，根據卷取機能力設定頭部咬鋼張力設定值，在帶鋼進入卷取機前由二級計算機根據鋼種設定卷取機張力啟動值，在帶鋼負荷繼電器接通時由一級計算機投入張力控制，然后依據已確定的積分曲線迅速提高張力設定值，使張力在極短的時間達到設定值。這樣可以保證頭部纏緊，避免帶鋼頭部進入卷取機產生大電流沖擊、影響精軋控制和板形質量，以保護卷取機機電設備。第二，依據鋼種設置卷筒全漲時間，使卷筒全漲根據鋼種、卷取速度進行自適應，既不能因為全漲太早，造成鋼卷內徑不足、卸卷困難、頭部打滑；又不能因為全漲太晚，造成鋼卷內圈松。因此增設了助卷輥頭部壓力調整模型，使助卷輥按照帶鋼厚度自動調整頭部壓力，解決了硬質厚料頭部打滑難題；增設減張積分器，用于計算平滑減張；增設帶鋼減張力啟動標志，在卷取機咬鋼后，通過程序計算設置開始減張力標志，變張力值由過程自動化級下送。針對奧氏體不銹鋼，在過程控制模型中，有卷取機張力設定值Z大限制，避免張力設定值過大，使卷取機過電流掉電出現廢鋼。
　　3　變張力模型
　　由二級計算機完成下送區分鋼種的標志和張力設定值，只要在相應的文本輸入框中輸入Z大張力值，模型即可執行卷取機Z大張力限定功能；同時在相應的文本輸入框中輸入相應的變張力值，模型即可進行相應的變張力控制，表格模型主要內容如表1所示。

　　基于表1，由一級計算機完成1號卷取機帶鋼頭部咬鋼張力控制功能，其實現卷取變張力控制程序的主要算法如下。

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

　　4　實施效果
　　經過以上改進，1號卷取機卷取能力得到極大提高。通過變張力控制標志及補償值的下送，實現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、硬質厚料頭部打滑等，不銹鋼頭部超寬導致卷取堆鋼及軟帶鋼頭部拉窄的技術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：《冶金自動化》