一種新型CEC控制方法的研究與實踐

王超峰

摘 要：通過對國內外CEC控制技術和A鋼管廠張減機CEC控制技術現狀的分析和研究，提出一種新型的CEC控制方法，根據張減機管端壁厚分布規律計算鋼管增厚端控制因子表，利用此因子表能根據增厚端長度在軋制過程的變化而自適應的增減參與CEC作用的機架數，配合作用在鋼管頭尾增厚端的附加張力的調整實現縮短頭尾增厚端。計算張減機CEC因子表的步驟為：決定基礎調速等級；構造靜態CEC調速因子表；修正原始CEC因子表構建動態CEC因子表。通過生產實際應用證明該方法能進一步縮短鋼管增厚端長度，提高軋制成材率。

關鍵詞：張減機；CEC；因子表；增厚端

中圖分類號：TG335.71 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）12-0049-02

1 前言

管端增厚現象是無縫鋼管張力減徑的特性現象。在張力減徑過程中，由于張力一般要通過若干個機架才能達到工藝所要求的固定平均張力值，這使得鋼管兩端與中間部分相比受到的減徑張力作用要小一些，于是出現端部壁厚比中間壁厚厚的現象。由于此效應，最終延伸后的管端增厚端將由于壁厚不合格而不得不切除報廢，影響熱軋成材率。減少管端增厚端的技術又叫做CEC（Crop End Control）控制技術[1-5]。

1.1 國外CEC控制技術簡介

住友金屬為了控制管端增厚，在連軋機上采用管端軋薄工藝較為成功，除海南廠外，和歌山廠的小口徑制管車間也同樣在軋管機上采用液壓壓下管端軋薄工藝。管端軋薄的效果最終該在張減機上體現出來。

新日鐵八幡廠研究開發了一種名叫“學習增益”法的控制方法，學習增益法實際就是實際測定值與設定值進行比較，從二者的差進行學習，再進行速度控制，從而進一步提高增厚端控制的效果。

德國SMS-Meer公司開發了計算機化軋制技術系統——CARTA系統（Computer Aid Rolling Technology Application），其中的CEC管端控制系統采用了最先進的監控技術，在鋼管進出料階段控制軋輥的轉速，使鋼管管端壁厚數值盡可能地與理論值相符合，從而獲得最小的切頭損失，其效果明顯。

1.2 國內CEC控制技術及A鋼管廠控制技術簡介

目前國內鋼管廠在引進現代化張力減徑機的同時，大多也引進了相應的CEC管端控制功能和方案，然而，除A鋼管廠外其他鋼管廠大多缺乏掌握CEC管端控制的技術實力或實施這項技術的硬件條件。

A鋼管廠CEC控制的基本思路是補償管端所缺少的那部分張力作用，其實現方法是在管端咬入機架時使相關機架的轉速增大，以增大相鄰機架間速度差，產生瞬態的較大張力，彌補正常狀態下所缺失的張力，減少延伸后的不合格管端長度。

但鋼管頭尾增厚端在軋制過程中實際上是隨著鋼管在軋機中的前進而不斷增長的，只采用固定的幾個機架對增厚端進行靜態CEC作用產生的后果是：一方面作用機架過多會把CEC作用到鋼管正常端，另一方面作用機架過少不能達到縮短增厚端的效果。

2 新的CEC控制方法的實現

2.1 新的CEC控制方法技術關鍵點

新的思路是設計出全新的動態CEC因子表能根據增厚端在軋制過程中的變化而調整CEC作用機架數。這種取消了前端延遲級和尾端干涉級兩個參數，能改變附加張力作用機架數的技術較原來附加張力只作用固定幾個機架的技術有較大優勢。

2.2 全新的動態CEC因子表的構造

2.2.1 決定基礎調速等級

基礎調速等級為鋼管頭部剛進入機架和鋼管尾部將進入機架的初始參與CEC調速的機架數。最大調速等級是指同時參與CEC調速的最多機架數。基礎調速等級由鋼管張減軋制的平均張力決定，計算平均軸向張力系數xlm的方法如公式（1）、（2）、（3）、（4）所示。

其中，設dmK、dmR分別為荒管和成品管的平均外徑，SK、SR分別為荒管和成品管的壁厚，則為φr切向變形，φt為徑向變形，εm為平均壁徑比。

根據計算的平均軸向張力系數，決定基礎調速等級，如表1所示。

2.2.2 構造靜態CEC調速因子表

首先計算軋輥工作直徑，理想軋輥直徑為D，第k機架的軋輥的孔型直徑為dk，工作直徑的比例參數為Ck，該參數的變化范圍為0.5到1.0，則工作直徑Dk的計算公式如公式（5）所示。

記鋼管處于正常軋制位置時，第k機架的軋輥工作直徑的比例參數為Ck，頭、尾軋制時，第k機架的軋輥工作直徑的比例參數為Ck（i），i代表軋輥工作直徑的變化級數。

基礎因子的計算方式如下：假設第k機架正常軋制的轉速為ωk，鋼管線速度為υk，如式（6）所示；若采用CEC控制調整轉速后，轉速為，鋼管線速度為，如式（7）所示，則

利用公式（10）可以得到基礎的頭端和尾端CEC調速因子表。

2.2.3 動態CEC因子表的構建

計算得到基礎的頭端CEC調速因子后，需要根據鋼管延伸率的變化情況，決定鋼管頭端處于具體機架時，應該作用的管端長度。

估計管端增厚端長度LVE的公式主要有以下三種，分別如式（11）、（12）、（13）所示。

（3）A.A.舍甫琴科（Shevchenko）公式：

該式中各符號的意義同洛特爾公式。

針對需要進行CEC增厚端控制的鋼管類型，考慮到控制機構的滯后以及控制過程中的過渡過程，一般應選擇計算值偏大的頭尾增厚端長度公式，具體如表2所示。

上述公式也可根據不同的鋼管型號進行調整，根據鋼管的延伸率和不采用CEC控制的頭尾增厚端長度，得到基礎的頭尾增厚端長度公式。

若各機架的延伸率為λi，i=1，2，3，…，m，此處，延伸率可理解為鋼管從第1機架到第i機架時，鋼管的延伸比率。結合i機架處同時參與CEC作用的機架數，根據“速度系列同比改變軋制壁厚不變原理”對靜態CEC因子按同比修正，得出動態的CEC因子表。

3 新的CEC控制方法應用結果

將上述方法在A鋼管廠中應用到典型規格73.03×5.6mm油管軋制中發現，頭部A端增厚端切頭長度由之前的1.5m減少到1.1m，降低了26.67%；尾部C端增厚端切尾長度由之前的1.6m減少到0.9m，降低了43.75%。73.03×5.6mm油管軋制成材率得以提升。

生產應用證明了使用此方法能顯著縮短張減管增厚端長度，顯示出新的CEC控制技術具有很大的優越性。此項新型的CEC控制技術的成功應用和改進，能夠在很大程度上提高鋼管軋制成材率，產生很大的經濟效益。

4 結語

（1）鋼管頭尾增厚端在軋制過程中是隨著鋼管在軋機中的前進而不斷增長的，只采用固定的幾個機架對增厚端進行靜態CEC控制，不一定能夠帶來意想的控制效果。

（2）本文詳細介紹了一種獲得動態CEC因子表的新型CEC控制方法，具體步驟為：決定基礎調速等級；構造靜態CEC調速因子表；修正原始CEC因子表構建動態CEC因子表。

（3）實際生產應用證明了使用此方法能顯著縮短張減管增厚端長度，提高鋼管軋制成材率。

參考文獻

[1]金如崧，李長穆.鋼管張力減徑[M].北京：中國工業出版社，1966.

[2]盧于逑，楊華峰.張力減徑管增厚段壁厚分布數學模型[J].鋼管，1992，（2）：32-37.

[3]丁大宇.鋼管張力減徑工藝的增厚端控制[J].鋼管，1994，（4）：23-26.

[4]方平.鋼管張力減徑中管端增厚的控制[J].軋鋼，1997，（1）：41-43.

[5]郭慶富，彭龍洲，劉建明，等.管端增厚控制的設定計算通用模型[J].鋼管，2003，32（6）：15-19.