齊 樂

河北省唐山市唐鋼冷軋部

冷軋薄板生產(chǎn)中帶鋼張力的控制研究及應(yīng)用

齊 樂

河北省唐山市唐鋼冷軋部

當(dāng)前冷軋生產(chǎn)中的帶鋼張力問題已經(jīng)越來越引起重視，帶鋼及軋制張力的控制好壞對薄板產(chǎn)品的板型、表面質(zhì)量、尺寸精度、力學(xué)性能都起到了至關(guān)重要的作用。隨著國際冷軋設(shè)備技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，我國在高精度軋制技術(shù)方面做了大量的研究開發(fā)，冷軋薄板工藝設(shè)備水平大幅提升，但是冷軋生產(chǎn)中帶鋼張力的控制技術(shù)還需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究?；诖吮疚姆治隽死滠埍“迳袔т搹埩Φ目刂?。

冷軋薄板；帶鋼張力；控制

1 、概述

現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)向著多品種，高質(zhì)量，深加工，清潔生產(chǎn)的方向發(fā)展。隨著市場對板材，尤其是薄板寬板需求的增加，軋鋼產(chǎn)品對品種質(zhì)量的要求越來越高?，F(xiàn)代軋鋼機(jī)都安裝了板材自動厚度控制(AGC)，自動張力控制(ATC)以及板形檢測與控制等自動化系統(tǒng)。軋機(jī)裝備水平的提高對傳動系統(tǒng)提出了高精度和高動態(tài)性能的技術(shù)要求。為了適應(yīng)現(xiàn)代軋鋼工業(yè)的發(fā)展，我國鋼鐵企業(yè)軋機(jī)在近期都進(jìn)行了大規(guī)模電氣自動化系統(tǒng)的技術(shù)更新改造。從生產(chǎn)的情況來看，煉出的鋼有很大一部分要軋制成板帶鋼，冷軋薄板成品板一般厚度范圍在0.3～3mm，寬度多為1250mm、1500mm，可以直接外銷，也可以進(jìn)一步深加工，如退火、鍍鋅、彩涂等，好的最終產(chǎn)品可以做家電板、汽車板等，前景廣闊，因此進(jìn)一步加強(qiáng)對其的研究非常有必要。

2 、冷軋薄板生產(chǎn)中帶鋼張力的控制的意義

在帶鋼冷連軋生產(chǎn)過程中，由于開卷、卷曲機(jī)與主機(jī)以及主軋機(jī)之間存在速度偏差而產(chǎn)生了帶鋼張力。

張力軋制是冷連軋生產(chǎn)的一個重要特點。機(jī)架間帶鋼所受的張力分為前張力和后張力兩種。作用方向與軋制方向相同的張力叫做“前張力”，而作用方向與軋制方向相反者則稱之為“后張力”。張力在冷連軋生產(chǎn)中的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)穩(wěn)定軋制過程，防止軋件跑偏；在軋制過程中，若軋件出現(xiàn)不均勻延伸，則沿軋件寬度方向上的張力分布將會發(fā)生相應(yīng)的變化，及延伸較大的一側(cè)張力減少，否則反之。

(2)使所軋制的帶鋼厚度均勻、表面無折紋、板形平直、良好；所謂板形良好就是指板帶鋼的平直度好。

(3)降低金屬變形抗力和變形功，從而降低軋制壓力，減少能量消耗，有助于獲得較大的壓下量；在無張力作用下，金屬在變形區(qū)中是受三向壓應(yīng)力的作用。

3 、冷軋薄板生產(chǎn)中帶鋼張力的控制

3.1 系統(tǒng)概述

本文主要采用西門子公司的6RA70系列全數(shù)字化直流傳動控制裝置，完成各個直流電機(jī)的磁場控制，速度控制，力矩控制等傳動控制功能。同時采用西門子公司的T400工藝控制軟件，配備標(biāo)準(zhǔn)的SPW420軟件包，來完成張力調(diào)節(jié)控制和卷徑計算功能。采用S7-400PLC實現(xiàn)張力設(shè)定，動態(tài)力矩，靜態(tài)力矩等補(bǔ)償力矩的計算，斷帶保護(hù)，軋制速度給定等功能，完成軋機(jī)軋制工藝及張力集中控制。

3.2 開卷張力控制模型

單機(jī)架可逆軋機(jī)開卷機(jī)由于只在第一道次中使用，使用率較低，如果單獨使用張力計采用直接張力控制成本較高，因此我們采用間接張力控制方行張力控制。如圖1所示，在開卷機(jī)間接張力控制中的張力值可以通過如下公式計算得出。

張力T=2CMi(ФIa／D)…

式中CM——電動機(jī)力矩常數(shù)；Ф——電動機(jī)磁通；Ia——電動機(jī)電樞電流；D——卷取機(jī)卷徑I；i一卷取機(jī)傳動比

由公式可以得出，保持張力T恒定有兩途徑：

一是Ia與Ф／D均為常數(shù)，二是使Ia與D/Ф成正比。

圖1 冷軋開卷機(jī)間接張力控制框圖

在冷軋薄板的生產(chǎn)中采用了第二種方法保持張力恒定。就是卷取電動機(jī)始終提供一個與工作瞬時轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的最大力矩。這種控制使在基速以下時電動機(jī)滿磁工作，即Ф=Фmax=常數(shù)常數(shù)，故只要保持Ia/D恒定就可達(dá)到張力T恒定。換言之，設(shè)計的電流調(diào)節(jié)器應(yīng)能按卷徑D變化而成比例的調(diào)節(jié)電樞電流，以保證張力恒定。在基速以上時，利用電勢調(diào)節(jié)器控制電機(jī)電勢E恒定，又因E=CeФn，所以可通過磁通調(diào)節(jié)器使電動機(jī)弱磁工作，且此時由于速度調(diào)節(jié)器已飽和，其輸出Ia為限幅值，就是此時為保證張力恒定需要的總電流值。

3.3 張力控制模型

直接張力控制可以利用張力計實測張力值作為其反饋信號，以控制張力恒定也可以利用活套建立張力，由活套位置發(fā)送器給出信號，維持活套大小不變，以控制張力恒定。利用張力計實測張力值作為其反饋應(yīng)用較為廣泛。冷軋薄板卷取機(jī)采用的就是直接張力控制模型。在機(jī)前機(jī)后測張輥上安裝張力計，直接采集張力信號傳輸至T400裝置之上。通過6RA70裝置上的T400進(jìn)行張力控制。

卷取機(jī)程序控制框圖如圖2所示。

總之，軋制張力是冷軋帶鋼生產(chǎn)過程中必需嚴(yán)格控制的重要參數(shù)，張力變化對帶鋼軋制的影響已經(jīng)成為應(yīng)該重視的問題，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對其的研究。

圖2 卷取機(jī)控制框圖

[1]祝新民.冷軋純鈦帶起筋機(jī)理研究[D].鋼鐵研究總院，2013.

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[3]高軼頡.冷軋連續(xù)退火機(jī)組張力在線控制的研究[D].河北科技大學(xué)，2013.

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