間接微張力控制理論淺談

張飛飛+崔桂梅

【摘 要】線材軋制對于產品精度的要求非常高，而實際軋制過程中存在許多干擾因素影響產品精度的控制，比如：粗、中軋段鋼坯尺寸波動大、加熱溫度不均、軋輥熱膨脹和磨損、軋輥壓下量調整等，都會影響機架之間線速度的匹配關系，造成機架間物料的異常堆拉，影響產品尺寸精度以及生產的連續性。微張力控制的引用可以極大的降低由于異常的物料堆拉對產品精度的影響，文章對微張力控制的理論計算過程進行了詳細描述。

【關鍵詞】精度；微張力；控制

微張力控制的目的是使粗、中軋機組各機架之間的軋件按微小的張力進行軋制。微張力控制是保證線材軋機順利軋制和提高產品質量的必要手段。張力控制是一個復雜的過程，高速線材軋制一般采用“電流-速度”間接微張力控制法。它的基本思想是：張力的變化是由線材的秒流量差引起的，而調整軋機的速度就能改變秒流量，以達到控制張力的目的。其控制方法同軋機速度的級聯調節方向有關，如果級聯速度為逆調，則需控制各機架的前張力；如果級聯速度為順調，則需控制各機架的后張力，即：當鋼坯咬入下一機架后，根據本機架同下游機架之間的堆拉關系來調整下機架的速度設定，使本機架與下機架之間的張力維持在設定值[1]。

線材生產線為了保證產品的尺寸精度，提高產品質量，進一步降低由于非正常的堆拉關系造成的產品外形尺寸的波動，在粗中軋區域1—11架軋機之間引入微張力控制，大大減少了堆鋼和拉鋼現象，保證了線材軋制的高速性和連續性。

1 微張力控制實現的理論基礎

1.1 物料跟蹤信號的產生

物料跟蹤的準確度直接影響線材生產過程的穩定性，是線材生產實現連續軋制的控制基礎。生產過程中必須準確跟蹤每支鋼坯的頭尾位置，這樣才能精確的實施頭尾剪切、活套自動投入、現場事故堆鋼判定、以及機架間微張力的自動調節。現場設置的熱金屬檢測器、活套掃描器以及軋機傳動裝置的軋制負荷檢測所產生的信號可以準確的觸發和刷新跟蹤狀態，從而使鋼坯速度對時間的積分能夠準確體現鋼坯行進軌跡。物料跟蹤的功能體現在以下幾個方面：

（1）實際正常生產過程中，當電機負載電流大于20%時，就會產生負一個負荷檢測信號LOD，此信號便用來指示物料的頭尾是進入軋機內部還是已經離開軋機。

（2）通過軋機的速度在時間上的積分來計算物料頭尾距離軋機軋輥中心的距離，以此來完成跟蹤位置判定。

（3）跟蹤系統隨著物料運行產生物料位置信號P、W1、W2、W3 等從而完成軋制過程控制。

W1、W2、W3：物料頭部距離下游機架位置信號，用于軋制過程的順序控制。

P：物料在輥縫中信號。

1.2 金屬秒流量相等計算

軋機間金屬秒流量相等是實現連續軋制的必要條件，也就是單位時間內通過各架軋機軋槽的物料體積是相等的，是一個常數。

根據上式可以看出，物料的截面積將直接影響金屬秒流量的大小，而實際生產中，物料截面積應該由工藝參數決定，工藝參數（孔型道次、輥縫壓下量、鋼溫）設定好以后，物料截面積是一個固定值。因此只能通過改變各個軋機的速度來實現金屬秒流量相等。生產過程中各相鄰機架的速度關系應當滿足以下公式：

1.3 速度分配計算

保證連軋順利進行，就要用主軋線成品機架為基準機架，其速度保持恒定，并設定為基準速度，利用金屬秒流量相等的原理設定上游機架速度，自動按比例進行速度分配；軋制過程中兩個機架間的活套閉環控制或微張力控制的調節量、手動干預調節量，由后向前按逆軋制方向對前一機架速度作同比例增減，為不影響其它機架的堆拉關系，實現級聯控制就要保證兩個機架間用于調節堆拉關系而產生的速度修正量。

1.4 微張力控制計算過程

實際生產過程中，軋制原料即鋼坯的加熱均勻程度、鋼坯材質的通條性能以及鋼坯形狀的標準度和軋槽磨損情況等均是變量，在這些不確定因素干擾下物料截面值很難精確保證，要達到一個平衡關系，我們必須引入張力控制功能。其新的平衡關系如式（5）

要實現各相鄰機架金屬秒流量相等，我們通過調整機架間的張力就可以協調機架間的速度。由于現場設備環境影響無法采用一種設備對機架間的張力進行直接測量，所以相鄰機架間的張力是通過測量對應電機的電磁轉矩變化量來實現，因為在自動控制理論中，軋制轉矩可用下式來表達[2]：

從上述公式可以發現一定條件下，機架間張力的變化量可以由電機輸出轉矩的變化值來表示（注：對于式（9）中機架n與n-1間的張力變化，所有參數是以機架N-1為研究對象）。

2 結束語

通過對微張力控制計算過程的分析，有助于我們更加準確的對軋制狀態進行判斷控制，對工藝參數的調整更有針對性，實踐證明精準的微張力控制可以大大提高產品的質量和成材率，同時減少了堆卡鋼次數，提高生產連續性。

【參考文獻】

[1]喬萬德，徐煒，馮世璋，等.高速線材軋制[M].北京：冶金工業出版社，1989.

[2]李世卿.自動控制系統[M].北京：冶金工業出版社，1990.

[責任編輯：朱麗娜]