浮動(dòng)張力輥在連續(xù)光亮退火爐中的應(yīng)用

欒久成?余敘斌?湯福朋

摘要：張力控制是提高產(chǎn)品合格率，改善產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)，而在連續(xù)光亮退火爐中，工藝段張力控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是要保持爐內(nèi)張力的恒定，它就是整條生產(chǎn)線中的核心部分，本文在工藝段入口處增加一組浮動(dòng)輥裝置，通過中間輥輪位置高度的變化即可判斷出張力的變化，然后再通過調(diào)節(jié)浮動(dòng)輥入口帶鋼的傳動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而保證整個(gè)工藝段張力的恒定。

關(guān)鍵詞：張力控制;浮動(dòng)輥;輥輪位置;傳動(dòng)速度

前言

在高速連續(xù)帶材熱處理線上，對(duì)工藝段帶鋼張力控制要求非常嚴(yán)格。尤其是在0.1mm厚度以下的超薄料退火生產(chǎn)中，要求爐內(nèi)帶鋼張力控制的非常穩(wěn)定，因?yàn)椴讳P鋼帶在退火爐內(nèi)高溫1100攝氏度的條件下運(yùn)行，帶材的塑性明顯增大，這導(dǎo)致了帶材的模向面積收縮，寬度會(huì)自動(dòng)變窄。在實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)表明，在固定的張力條件下，帶材在爐內(nèi)變窄值隨著爐溫的升高而增大，為了避免在高溫下帶材發(fā)生嚴(yán)重拉鋼變窄，甚至?xí)a(chǎn)生斷帶，影響下一道生產(chǎn)工藝的執(zhí)行和帶材性能的嚴(yán)重改變（如硬度、抗拉強(qiáng)度）。應(yīng)使帶材隨著工藝退火溫度的提高，而適當(dāng)改變鋼帶的爐內(nèi)張力，要達(dá)到這一目的，光靠爐子前后的S輥組的張力控制是不夠的，通常要求設(shè)置專門的機(jī)械裝置設(shè)備，對(duì)爐內(nèi)工藝熱處理段張力進(jìn)行自動(dòng)控制和補(bǔ)償，浮動(dòng)張力輥就是這樣一種滿足需求的專用機(jī)械裝置。

1連續(xù)光亮退火爐概述

連續(xù)光亮退火爐用于不同規(guī)格銅直管（棒）、鋼管、鋁管或盤園在控制氣氛下連續(xù)光亮退火。

特點(diǎn)：工件連續(xù)通過預(yù)熱、加熱、保溫、緩冷、冷卻，不受長(zhǎng)度限制;傳動(dòng)采用托輥式同步傳動(dòng)，變頻調(diào)速，平穩(wěn)可靠;通保護(hù)氣氛和強(qiáng)力的熱氣氛循環(huán)，溫度均勻，內(nèi)外表面十分光亮;冷卻區(qū)設(shè)計(jì)獨(dú)特，保證工件均勻冷卻;處理的產(chǎn)品內(nèi)外表面光亮，產(chǎn)品質(zhì)量高，生產(chǎn)率高。

加熱方式：電加熱或燃?xì)饧訜帷?/p>

生產(chǎn)線組成：前輥道料臺(tái)、前換氣室、前預(yù)熱區(qū)、加熱爐、緩冷區(qū)、冷卻區(qū)（含過渡區(qū)及強(qiáng)風(fēng)冷區(qū)）、后換氣室（含水冷區(qū)）后輥道料系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、保護(hù)氣氛裝置。

2張力自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類

張力，即物體受到拉力作用時(shí)，存在于其內(nèi)部而垂直作用于兩鄰部分接觸面上的相互牽引力。張力控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，直接關(guān)系到帶材產(chǎn)品的質(zhì)量和力學(xué)性能，張力太大會(huì)導(dǎo)致帶材退火后發(fā)生飄曲，折痕，抽筋印以及蚯蚓紋，甚至?xí)?yán)重拉鋼變窄而斷帶，張力太小，會(huì)導(dǎo)致材料在工藝段出現(xiàn)跑偏，甚至在爐管壁兩側(cè)刮壞，使帶材產(chǎn)品出現(xiàn)改制現(xiàn)象，甚至報(bào)廢。因此在爐內(nèi)工藝退火系統(tǒng)中，一定要保持爐內(nèi)張力的恒定。

張力控制系統(tǒng)主要有直接張力控制和間接張力控制。

①直接張力控制是一種最有效的方法，其控制方法如下：將張力計(jì)測(cè)量出來的實(shí)際張力值反饋到控制器的輸入端，通過與張力設(shè)定值進(jìn)行比較，得出的誤差，再通過控制器內(nèi)部調(diào)節(jié)器對(duì)張力進(jìn)行控制，它屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)，其也有不足之處，整個(gè)系統(tǒng)的精度取決于張力計(jì)的精度和響應(yīng)速度，目前國(guó)產(chǎn)的壓電應(yīng)變電阻式張力計(jì)精度僅為正負(fù)3%，動(dòng)態(tài)響應(yīng)為200ms。利用這種張力計(jì)，控制精度不可能高于正負(fù)3%，另外，該系統(tǒng)在此過程中可能會(huì)產(chǎn)生較大的偏差，需要經(jīng)常校準(zhǔn)，易產(chǎn)生振蕩，尤其在生產(chǎn)線運(yùn)行開始的時(shí)候，張力控制范圍明顯較大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)將帶材拉斷。

②間接張力控制，只要得到張力驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流，電壓及轉(zhuǎn)速等參數(shù)，就能算出張力力矩，然后進(jìn)行反饋，選擇合理的控制參數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)張力控制，這就不需要張力計(jì)，從而避免了系統(tǒng)精度受到張力計(jì)精度的制約情況，因此在本文系統(tǒng)中采用了間接張力控制方法，通過跳動(dòng)輥位置高度變化，來判斷張力的實(shí)際變化情況，再根據(jù)合理的積分運(yùn)算來控制工藝段入口的速度的補(bǔ)償，即可保持張力的恒定，從而避免張力計(jì)帶來的精度缺陷，最小張力可以控制在50N。

3跳動(dòng)輥模型的建立

（1）對(duì)于跳動(dòng)輥模型的建立，其設(shè)備模型見下圖1。

傳動(dòng)輥中的無動(dòng)力導(dǎo)向輥設(shè)備安裝調(diào)試前需要做動(dòng)靜平衡，以確保在運(yùn)行中對(duì)帶材張力的影響控制到最小，氣缸進(jìn)出口分別由一個(gè)氣動(dòng)比例閥控制，氣動(dòng)比例閥控制氣缸兩腔的壓力，根據(jù)壓力推動(dòng)平衡，可得知如下公式：

T=P2XA2+G+G1-P1XA1????????? （1）

式中：

P1 ——活塞腔壓力（MPa）

P2 —— 活塞桿腔壓力（MPa）

A1 —— 氣缸活塞腔面積（mm2）

A2 ———活塞桿腔面積（mm2）

G ———跳動(dòng)輥軸承座重量

G1 ———跳動(dòng)輥?zhàn)陨碇亓?/p>

由式（1）可知，只要精確的控制P1，P2的壓力，就可以控制帶材的張力。

（2）浮動(dòng)位置的變化在自動(dòng)控制中起到檢測(cè)張力變化的作用，同時(shí)它可以吸收和緩沖張力跳變對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。他的另一個(gè)作用是其自動(dòng)補(bǔ)償功能。在生產(chǎn)線中由于某種原因停爐溫度變化使帶鋼長(zhǎng)度變化較大，此時(shí)設(shè)備中張力輥處于靜止傳動(dòng)狀態(tài)，無法參與張力控制，如果不進(jìn)行補(bǔ)償，由于停爐在設(shè)定前的張力，只有加裝張力計(jì)F檢測(cè)停產(chǎn)后的張力變化，再來調(diào)節(jié)氣缸P1、P2的進(jìn)氣比例閥，使浮動(dòng)輥位置上浮，釋放帶鋼存量，不致使帶鋼拉力過大，延伸過長(zhǎng)而斷帶，反之亦然，如果帶鋼由于溫度較高而延伸，浮動(dòng)輥在氣缸控制下，向下運(yùn)動(dòng)，增加浮動(dòng)輥的壓力，吸收爐內(nèi)帶鋼伸長(zhǎng)量，防止帶鋼過長(zhǎng)在高溫環(huán)境下和馬氟管出現(xiàn)粘連現(xiàn)象。

結(jié)論

文中介紹了浮動(dòng)輥模型和其控制原理及結(jié)構(gòu)，在大型高速連續(xù)帶鋼處理線和超薄料高精帶的生產(chǎn)運(yùn)用中，尤其是在連續(xù)噴氫光亮退火爐的熱處理工藝段中，它具有良好的控制能力和張力精度的把握，為穩(wěn)定爐內(nèi)張力，提高生產(chǎn)速度，減少斷帶事故，提高了設(shè)備穩(wěn)定性，減少生產(chǎn)故障率做出了很大的貢獻(xiàn)，具有很好的節(jié)能效應(yīng)，給生產(chǎn)企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]高樹良.基于全自動(dòng)密封裝置的帶鋼連續(xù)光亮退火爐的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2013（30）：100.

[2]陳莉，魏文華.不銹鋼帶鋼連續(xù)退火爐前沿綜述[J].中國(guó)鋼鐵業(yè)，2009（08）：25-28.

[3]鐘建華，王磊，馬寒.兩種光亮退火爐的比較及其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響[J].南方冶金學(xué)院學(xué)報(bào)，2000（01）：60-63.

[4]益田明英，楊志華.節(jié)能型連續(xù)式光亮退火爐介紹[J].國(guó)外金屬熱處理，1999（05）：29-32.

[5]呂茂堃.高效帶材光亮退火爐[J].上海金屬.有色分冊(cè)，1988（06）：17-21.