朱擁民

(山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030003)

0 引言

張力控制是高速線材軋制工藝中保證產品質量和尺寸精度的關鍵環(huán)節(jié)，活套控制作為張力控制的一種，通常布置在預精軋各機架之間、預精軋機組與中軋機組之間、精軋機機組之間等軋件斷面小、容易起套的區(qū)域，為實現無張力軋制發(fā)揮著至關重要的作用，其控制性能的狀況決定著盤卷產品的性能和質量，有必要對其進行細致的研究。不銹線材廠的高速線材生產線于1992年投產，2019年完成智能化升級改造，以220 mm×220 mm×3 500 mm的初軋坯、連鑄坯為原料，能夠滿足Φ5.5 mm～Φ20 mm螺紋和光圓盤卷的生產要求。

1 高速線材工藝概況

高速線材工藝流程如圖1所示，加熱好的鋼坯按節(jié)奏由爐內輥道輸送出爐，經高壓水除鱗裝置后進入軋機開始軋制。軋機區(qū)由開坯機、6架粗軋機、4架中軋機、6架預精軋機、10架精軋機以及4架減定徑軋機組成。開坯機為往復式軋制，粗、中軋機均為平立交替布置，精軋機組和減定徑機組均為頂交式，實現全線無扭微張力和無張力軋制。在各機組之間均設有飛剪，用于切頭尾、事故時進行碎斷。減定徑后設夾送輥和吐絲機。線材經斯太爾摩風冷線運輸收集到立式卷芯架上，形成外徑為Φ1 250 mm、內徑為Φ850 mm的盤卷。盤卷經立式卷芯架系統(tǒng)運輸并掛到PF線(power and free conveyor)的“C”型鉤上。

圖1 高速線材工藝流程

2 活套控制系統(tǒng)應用

高速線材軋機屬連軋機組，其穩(wěn)定工作的前提是各機架秒流量相等，各機架之間實現無張力軋制。但實際生產過程中，受鋼溫波動、軋槽磨損等因素的影響，軋制過程呈現為動態(tài)變化的過程，相鄰機架之間會有秒流量差，進而引起軋件張力的變化，這就需要調整各機架軋制速度，盡量消除秒流量差，以達到控制張力的目的。然而，單純依靠兩機架之間的速度調節(jié)控制張力且不造成堆鋼是難以實現的。因此，通過在機架之間建立活套，使軋制狀態(tài)維持一個動態(tài)平衡，從而得到穩(wěn)定的軋制過程。

2.1 活套控制系統(tǒng)組成及起落套控制

2.1.1 活套控制系統(tǒng)組成

活套由活套臺、起套輥、工作輥、壓輥和活套掃描器等部分組成，其中，活套臺的作用就是通過增加或減少所存儲的套量來緩沖機架間過大的拉張力或堆張力，從而避免軋件尺寸超差。不銹線材廠活套控制系統(tǒng)由一個水平活套(1SL)和四個立活套(1UL～4UL)組成，如圖2所示。預精軋機組(11H～16V，H代表平軋機，V代表立軋機)各機架間間距小，采用立活套，它依靠起套輥起套并支撐活套，套量存儲少；預精軋機組與精軋機組(FBL)之間采用水平活套，它依靠機架間的速度自由形成或依靠起套輥幫助起套,套量存儲大?；钐讙呙杵魍ㄟ^測量實際套高，間接計算出軋件長度，在軋制過程中根據各架軋機秒流量相等的原理，等比例逆調各機架速度，實現級聯控制，從而保證成品的質量和軋制效率。

圖2 活套系統(tǒng)布置示意圖

圖3 活套長度計算示意圖

2.1.2 活套起套和落套控制

活套控制系統(tǒng)利用軋線熱檢、負荷信號及活套掃描器對軋件的頭尾進行實時位置跟蹤。以12V和13H為例，根據12V架速度和12V與13H間距離計算出軋件從12V到13H的理論行進時間T，當軋件頭部到達12V架時，啟動定時器，延時T后，2UL起套輥動作，同時12V架開始升速，使得套量不斷累積增高，當掃描器檢測到活套臺內套量達到預設高度時，12V恢復到原始給定速度，進入到自由活套控制過程。時間T的確定很關鍵，應確保13H咬入軋件時起套輥動作，如果起套過早，軋件不易咬入13H，造成堆鋼；起套過晚，一旦軋件咬入13H，受軋件張力影響，再起套難度較大。此外，需要將控制活套起落的電磁閥動作時間考慮在內，將T適當提前，補償電磁閥死區(qū)時間。當11H架負荷信號消失后，12V降速，2UL開始收套，當12V架負荷信號消失時，收起起套輥，要避免突然收套造成甩尾，過早收輥造成尾部打結。

2.2 活套控制系統(tǒng)的調節(jié)

活套控制系統(tǒng)的任務就是利用安裝于各機架軸端的編碼器測量出軋機實際運行速度，間接計算軋件張力現狀，通過調整機架速度，使軋件張力維持在特定的范圍內，達到張力控制的目的?；钐椎奶赘吆蛙垯C的運行速度是活套控制系統(tǒng)的兩個關鍵參數。

2.2.1 活套控制系統(tǒng)調節(jié)方式

活套控制系統(tǒng)為PI調節(jié)器，它由內環(huán)和外環(huán)兩部分組成，如圖4所示。其中，內環(huán)為調速系統(tǒng)，位于傳動裝置S120中，包括電流環(huán)和速度環(huán)；外環(huán)為活套調節(jié)環(huán)，位于PLC控制系統(tǒng)內?；钐讙呙杵鲗⑻赘邔嶋H值與給定值作比較，其偏差經活套調節(jié)器處理后輸出疊加在PLC速度給定，并與編碼器速度反饋相比較，經內環(huán)系列調節(jié)確保套高維持在一個恒定值。由于軋制過程是一個動態(tài)平衡過程，期間會有多種干擾因素，如軋件溫差、輥縫調節(jié)等，速度環(huán)就是抑制擾動，特別是負載擾動的關鍵環(huán)節(jié)[2]。為確保產品質量，在軋制過程中應盡量減少活套的大幅度波動，避免因張力的頻繁變化導致軋件尺寸超差。如果不能及時消除由一個小的負載波動導致的速度偏差，使得與偏差相關的機架間的套量產生較大波動，加之級聯調速，會使整個活套系統(tǒng)產生較大波動，恢復平衡狀態(tài)時間較長。因此，在實際生產過程中，在確保速度穩(wěn)定的前提下可適當增大速度調節(jié)器的比例時間TP，減少積分時間TI，使得速度調節(jié)器能夠對擾動快速響應，提高速度環(huán)對負載的抗干擾能力，減少負載波動對活套的影響。對于外環(huán)活套環(huán)，由于套量的滯后性較大，調節(jié)時間長，在保證快速響應的同時應避免超調過大造成的調整時間過長。

圖4 活套控制系統(tǒng)應用原理

2.2.2 活套控制系統(tǒng)的級聯調節(jié)

不銹線材廠軋線級聯調節(jié)以精軋機出口機架為基準，采用逆軋制方向調節(jié)上游機架的軋制速度,從而控制整個軋線的軋制張力；對下游的吐絲機夾送輥方向采用順調。逆調方式相比順調方式能夠改善精軋機上游機架的動特性，以立活套2UL為例，當實際套高HA>活套給定值HS時，即12V和13H之間套量過大，則活套調節(jié)器輸出補償分量ΔHn減小，速度調節(jié)器輸入端偏差信號相應減小。由于系統(tǒng)為逆軋制方向調節(jié)，速度調節(jié)系統(tǒng)降低12V電機給定速度，則2UL套量隨之減小并維持在設定套高。與此同時，為遵守軋件秒流量相等的原則，系統(tǒng)會同比例調節(jié)11H架給定速度，當實際套高<活套給定值時，即12V和13H之間套量過小，則活套調節(jié)器輸出補償分量ΔHn增大，速度調節(jié)器輸入端偏差信號相應增大，速度調節(jié)系統(tǒng)提高12V電機給定速度，則2UL套量隨之增大并維持在設定套高，同時，同比例增大11H速度給定。當2UL達到套高設定值時，系統(tǒng)保持12V架電機給定速度不變。同理，當調節(jié)13H時，同比例調節(jié)12V和11H給定速度。級聯調速保證了各機架間的速比恒定，維持張力在一個恒定值，從而確保軋制過程的順利進行和成品質量。

3 運行故障分析

設備在調試和運行期間，出現了起套落套動作異常、活套抖動大等現象，根據軋線實際情況制定了相應的解決措施。

3.1 活套掃描器假信號

活套掃描器易受水汽、強光等影響產生假信號，為此增加吹掃裝置，避免水汽遮擋干擾；廠房照明或經過天窗照射進來的強光會使掃描器信號異常，必要時應遮擋或調整掃描角度；確保每支鋼頭尾間隔5 s以上，防止尾鋼熱輻射造成假頭部信號。

3.2 活套抖動

活套臺前后工作輥、壓輥磨損嚴重，磨損部位影響軋件運行，迫使軋件改變運行方向；起套輥本身松動，造成引導方向偏離軋制線。因此，應及時更換或修復磨損的滾輪，定期點檢起套輥運行狀態(tài)，可以通過標識基準位查看起套輥是否偏離軋制線。

3.3 起套和落套不及時

由于預精軋機組和精軋機組間為一段爬坡輥道，行進距離較長，軋件跟蹤計算的精軋機咬入時間與實際咬入時間偏差較大，為確保正常起套，避免飛鋼，將精軋機負荷信號引入，即當延時時間T到后，且系統(tǒng)收到精軋機負荷信號時，起套輥動作。此外，當電磁閥線圈老化、氣閥故障漏氣也會使起套輥起套慢。為降低起套輥本身硬件故障頻次，建議采用二位氣閥。

4 結語

活套控制作為張力控制的一種，為實現無張力軋制發(fā)揮著至關重要的作用，通過在機架之間建立活套、優(yōu)化活套控制系統(tǒng)，使軋制狀態(tài)維持一個動態(tài)平衡，得到穩(wěn)定的軋制過程，確保了線材產品的性能和質量。