熱軋張力在304不銹鋼中的應(yīng)用

紀(jì)顯彬，王建澤，李具倉(cāng)

酒泉鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司

不銹鋼熱軋爐卷卷取張力技術(shù)是帶鋼生產(chǎn)過程中非常重要的一道工序，其控制的精度將直接影響到最終產(chǎn)品的質(zhì)量問題。為了能讓帶鋼在卷取過程中取得較好的卷取效果，會(huì)在熱軋板帶上施加一定的卷取張力。對(duì)于不銹鋼爐卷軋機(jī)的卷取，帶鋼在每道次的卷取過程中，如果張力過大，熱軋帶鋼則容易被拉窄或產(chǎn)生厚度波動(dòng)，甚至被拉斷；如果張力過小，就會(huì)導(dǎo)致松卷、滑移和軋制狀態(tài)不穩(wěn)定。所以本文通過304不銹鋼張力控制建立數(shù)學(xué)模型，達(dá)到穩(wěn)定張力和減小熱軋帶鋼拉窄和層間滑移。

1.不銹鋼熱軋爐卷軋機(jī)的張力控制模式

不銹鋼爐卷軋機(jī)軋制分平直軋制和卷取軋制兩種模式。平直軋制時(shí)不采用張力控制模式，卷取軋制時(shí)采用間接張力控制模式。間接張力控制是通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩間接的調(diào)節(jié)帶鋼張力的，也就是說，熱軋爐卷軋機(jī)系統(tǒng)中沒有張力檢測(cè)元件，而是通過對(duì)卷取芯軸傳動(dòng)電機(jī)的物理方程進(jìn)行靜態(tài)與動(dòng)態(tài)分析，找出影響張力的物理量，然后通過控制這些物理量來間接實(shí)現(xiàn)張力的恒定控制。間接張力控制減少了檢測(cè)張力的元器件，在一定程度上降低了控制系統(tǒng)的運(yùn)行成本，但控制精度方面略低于直接張力控制。

2.張力數(shù)學(xué)公式的建立

因熱軋張力考慮到高溫張力和張力強(qiáng)度，所以設(shè)定方程：

T=f(σ,D,H,)……………………………………………………1

σ=f(t)……………………………………………………………2

1式中T是張力；D是寬度；H是板厚。

2式中σ是張力強(qiáng)度；t是溫度。

因張力T的單位為KN，抗拉強(qiáng)度單位為KN/M2,D單位為M，H單位為M。所以設(shè):

T=σ*D*H………………………………………………………3

3 精軋寬度的計(jì)算

3.1 寬度公式的優(yōu)化

因精軋沒有測(cè)寬儀，寬度計(jì)算采用寬展模型進(jìn)行計(jì)算。由于影響寬展因素很多，一般公式很難把所有因素考慮進(jìn)去，有時(shí)一些主要因素也難以考慮正確。所以，在全部現(xiàn)有公式中，只能說某類公式比較適合某種軋制情況。用大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)各類有代表性的寬展公式進(jìn)行驗(yàn)算的結(jié)果表明，各類公式中，西門子公司的自然寬展經(jīng)驗(yàn)公式適合不銹鋼精軋寬度計(jì)算[1]，但因沒有考慮精軋張力和溫度的影響，所以對(duì)公式進(jìn)行了優(yōu)化，加了綜合系數(shù)K。

W2=W1+=W1+

式中K—常數(shù)；

——寬展量；

h1、h0——分別為壓下前和壓下后的軋件厚度；

W1——入口寬度；

W2——出口寬度

R——水平輥半徑；

——道次壓下量。

因精軋只有第一道次和最后道次的寬度，因此不考慮過程，只考慮結(jié)果，利用熱軋現(xiàn)場(chǎng)304不銹鋼中33個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)公式進(jìn)行優(yōu)化，得到綜合系數(shù)K為-1.14，因此方程變形為；

W2=W1-1.14

3.2 寬度計(jì)算的結(jié)果分析

利用優(yōu)化的寬度公式，計(jì)算精軋最后一道次出口寬度和各道次寬度，對(duì)計(jì)算的寬度和實(shí)際的寬度進(jìn)行對(duì)比分析。具體數(shù)值如圖1，圖2所示。從圖1可以看出，計(jì)算寬度和實(shí)際寬度偏差不大，最大相差2mm左右，說明公式計(jì)算合理。從圖2可以看出，5道次和7道次的寬度變化趨勢(shì)一致，都是前幾道次的寬展比較大，后幾道次趨于平緩，所以精軋的拉窄量的控制主要從前幾道次入手，通過對(duì)張力進(jìn)行微調(diào)，以減小寬度的拉窄量。

圖1 計(jì)算寬度和實(shí)際寬度對(duì)比Table1Contrastbetweencomputewidthandactualwidth

圖2 各道次的寬度變化Table2Widthateachrollingpasse

4 張力公式

4.1 張力方程的求解

通過各道次計(jì)算的寬度、厚度和各道次張力，求得張力強(qiáng)度σ

圖4 計(jì)算張力與實(shí)際張力對(duì)比Table4Contrastbetweencomputetensionandactualtension

圖5 計(jì)算厚度與實(shí)際厚度對(duì)比Table5Contrastbetweencomputethicknessandactualthickness

T=σ*D*H

σ=T/D*H

把W2=W1-1.14代入方程

σ=

利用上述公式,求出張力強(qiáng)度σ，找出張力強(qiáng)度σ和精軋溫度t的變化規(guī)律。通過現(xiàn)場(chǎng)56個(gè)σ和t的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行線性回歸。得到方程σ=-0.03376t+35.384。置信區(qū)間R2=0.963。

通過σ和t的回歸方程確定張力強(qiáng)度方程為

σ=f(t)

=-0.03376t+35.384

把σ=f(t)帶入張力方程

T=σ*D*H

=(-0.03376t+35.384)*D*H

出口寬度W2=W1-1.14帶入張力方程

4.2.張力計(jì)算結(jié)果分析

利用張力公式，對(duì)計(jì)算的張力和厚度進(jìn)行比較，如圖4，圖5所示。由圖4，圖5可見，除個(gè)別道次有偏差外，計(jì)算張力和厚度與實(shí)際值基本吻合。個(gè)別道次偏差大的主要原因是軋制現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量設(shè)備抗干擾性差，受頭尾板型和軋輥封水情況等因素的影響，使得測(cè)量溫度存在偏差，導(dǎo)致回歸數(shù)據(jù)有誤差。總的來說，此張力方程較為精準(zhǔn)，穩(wěn)態(tài)精度高。

5.結(jié)論

通過該張力模型，可以對(duì)成品寬度和厚度進(jìn)行微調(diào)。模型不僅適用304鋼種，也可以在410、430、2205等鋼種中應(yīng)用。通過不斷優(yōu)化和完善熱軋張力模型，可減少精軋張力調(diào)整不當(dāng)引起的寬度和厚度變化，避免精軋拉窄和厚度波動(dòng)的影響，寬度和厚度精度的提高，有效地提高成材率。

[1]鄒俊,傅新.粗軋液壓寬度控制系統(tǒng)與精軋張力控制系統(tǒng)仿真及優(yōu)化研究[J].浙江大學(xué)，2006，:57-58.