冷軋薄板生產中帶鋼張力的控制研究及應用

齊 樂

河北省唐山市唐鋼冷軋部

冷軋薄板生產中帶鋼張力的控制研究及應用

齊 樂

河北省唐山市唐鋼冷軋部

當前冷軋生產中的帶鋼張力問題已經越來越引起重視，帶鋼及軋制張力的控制好壞對薄板產品的板型、表面質量、尺寸精度、力學性能都起到了至關重要的作用。隨著國際冷軋設備技術的發展和進步，我國在高精度軋制技術方面做了大量的研究開發，冷軋薄板工藝設備水平大幅提升，但是冷軋生產中帶鋼張力的控制技術還需要進一步加強研究。基于此本文分析了冷軋薄板生中帶鋼張力的控制。

冷軋薄板；帶鋼張力；控制

1 、概述

現代鋼鐵工業向著多品種，高質量，深加工，清潔生產的方向發展。隨著市場對板材，尤其是薄板寬板需求的增加，軋鋼產品對品種質量的要求越來越高。現代軋鋼機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。軋機裝備水平的提高對傳動系統提出了高精度和高動態性能的技術要求。為了適應現代軋鋼工業的發展，我國鋼鐵企業軋機在近期都進行了大規模電氣自動化系統的技術更新改造。從生產的情況來看，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，也可以進一步深加工，如退火、鍍鋅、彩涂等，好的最終產品可以做家電板、汽車板等，前景廣闊，因此進一步加強對其的研究非常有必要。

2 、冷軋薄板生產中帶鋼張力的控制的意義

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

張力軋制是冷連軋生產的一個重要特點。機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”。張力在冷連軋生產中的作用主要體現在以下幾個方面。

(1)穩定軋制過程，防止軋件跑偏；在軋制過程中，若軋件出現不均勻延伸，則沿軋件寬度方向上的張力分布將會發生相應的變化，及延伸較大的一側張力減少，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，金屬在變形區中是受三向壓應力的作用。

3 、冷軋薄板生產中帶鋼張力的控制

3.1 系統概述

本文主要采用西門子公司的6RA70系列全數字化直流傳動控制裝置，完成各個直流電機的磁場控制，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，配備標準的SPW420軟件包，來完成張力調節控制和卷徑計算功能。采用S7-400PLC實現張力設定，動態力矩，靜態力矩等補償力矩的計算，斷帶保護，軋制速度給定等功能，完成軋機軋制工藝及張力集中控制。

3.2 開卷張力控制模型

單機架可逆軋機開卷機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——電動機力矩常數；Ф——電動機磁通；Ia——電動機電樞電流；D——卷取機卷徑I；i一卷取機傳動比

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，二是使Ia與D/Ф成正比。

圖1 冷軋開卷機間接張力控制框圖

在冷軋薄板的生產中采用了第二種方法保持張力恒定。就是卷取電動機始終提供一個與工作瞬時轉速相對應的最大力矩。這種控制使在基速以下時電動機滿磁工作，即Ф=Фmax=常數常數，故只要保持Ia/D恒定就可達到張力T恒定。換言之，設計的電流調節器應能按卷徑D變化而成比例的調節電樞電流，以保證張力恒定。在基速以上時，利用電勢調節器控制電機電勢E恒定，又因E=CeФn，所以可通過磁通調節器使電動機弱磁工作，且此時由于速度調節器已飽和，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用較為廣泛。冷軋薄板卷取機采用的就是直接張力控制模型。在機前機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進行張力控制。

卷取機程序控制框圖如圖2所示。

總之，軋制張力是冷軋帶鋼生產過程中必需嚴格控制的重要參數，張力變化對帶鋼軋制的影響已經成為應該重視的問題，需要進一步加強對其的研究。

圖2 卷取機控制框圖

[1]祝新民.冷軋純鈦帶起筋機理研究[D].鋼鐵研究總院，2013.

[2]許斌.高品質冷軋產品生產技術問題分析與對策[D].東北大學，2011.

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

[4]王野.不同冷軋壓下率和退火條件對Ti-Nb-IF鋼組織及性能的影響[A].2011年中國鋼鐵年會論文集[C].2011.