熱連軋卷取成卷原理分析及研發應用

閆豐梅

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

太鋼熱連軋2 250 mm 主軋線采用日本TEMIC V3000 系列控制系統，通過TC-NET、Device-NET 及Tosline-s20 網絡系統將各個控制器之間以及控制器與HMI、現場設備、傳動設備之間有機地連接成先進、穩定的控制網絡系統[1]。主軋線分為爐區、粗軋區、精軋區、卷取區，本文著重介紹卷取的成卷原理，并對造成頭部壓痕的原因進行分析并進行相應處理。

1 卷取設備及帶鋼頭部壓痕控制因素分析

卷取區的主要設備包括輸出輥道、層流冷卻、側導、卷取機等。

1.1 機械設備因素

帶鋼頭部在卷取機內的彎曲變形不夠，使帶鋼頭部端面與下表面接觸時為線接觸，而非面接觸，帶鋼頭部端面直接沖擊帶鋼第一圈下表面，產生壓痕缺陷。而導致帶鋼頭部在卷取機內的彎曲變形不夠的因素包括助卷輥與裙導板之間間隙大小設計、裙導板選用的材質、裙導板的磨損程度等。

1.2 控制精度因素

當帶鋼頭部端面與帶鋼下表面接觸時，由于卷取機助卷輥在接觸前沒有及時跳開，導致帶鋼頭部端面與帶鋼下表面產生很大的沖擊力，沖擊力值越大，壓痕的深度越深。因此，機械設備是帶鋼頭部壓痕產生的根本原因，而控制功能精度可以降低壓痕缺陷的深度。

2 帶鋼頭部壓痕的解決方案

通過細致分析和深入研究機械設備和其控制功能原理，提出了從機械設備和控制功能精度兩方面解決帶鋼頭部壓痕的方案。

2.1 機械設備改進

比對國內外不同機械設備供應商和設計單位對卷取機設備的設計，結合生產廠實際生產過程中帶鋼在卷取機內的彎曲變形程度，對機械設備提出了如下改進方案：

1）改變卷取機助卷輥裙導板設計，降低助卷輥與裙導板之間的間隙，從而提高帶鋼在卷取機內的彎曲變形程度；

2）改造卷取機助卷輥裙導板的制造材質，降低裙導板的耐磨程度，延長使用壽命；

3）縮短卷取機助卷輥裙導板的更換周期，保障設備功能精度，避免壓痕缺陷產生。

2.2 控制精度改進

2.2.1 提高卷取機自動踏步控制（AJC）的控制精度

卷取機自動踏步控制（AJC）是為了解決降低鋼卷頭部壓痕深度而開發的功能，即當帶鋼頭部在到達卷取機助卷輥前，助卷輥及時跳開，從而降低帶鋼頭部與帶鋼下表面接觸產生的沖擊力，減輕壓痕的深度。

自動踏步控制（AJC）的基本原理（見圖1）：控制系統自動跟蹤計算帶鋼頭部位置，當帶鋼頭部轉到距離任一助卷輥一定位置時，該助卷輥迅速抬起（位置控制），而當帶鋼頭部通過助卷輥后，該助卷輥則迅速按設定壓力回靠，以壓緊卷筒上的帶鋼（壓力控制）。該過程一直持續到卷取若干圈后，全部助卷輥打開為止。精度高的自動踏步控制應在保證帶鋼頭部端面不與助卷輥相撞的前提下，盡可能縮小助卷輥和帶鋼脫離的時間，使卷形不受影響，從而減少壓痕缺陷程度。

圖1 卷取機助卷輥自動踏步控制（AJC）過程簡圖

控制系統對帶鋼頭部跟蹤距離計算的精度直接關系到帶鋼頭部在到達助卷輥前助卷輥是否可及時跳開。因此，在夾送輥前面設置1 個金屬熱檢裝置和1 個金屬冷檢裝置，金屬冷檢裝置位于金屬熱檢裝置的前面，同時接通金屬冷檢裝置和金屬熱檢裝置，啟動帶鋼的跟蹤控制，根據帶鋼速度計算出帶鋼頭部到達夾送輥以及助卷輥的時間，從而精確帶鋼頭部跟蹤位置。當帶鋼頭部到達第一個助卷輥后，助卷輥的負荷接通，帶鋼進行頭部跟蹤修正，然后到達第二個、第三個助卷輥時都要進行修正。當帶鋼頭部纏繞卷筒第二圈且再次到達三個助卷輥時則不再進行修正。頭部跟蹤距離計算公式如下：

式中：S 為頭部跟蹤距離，mm；v 為帶鋼速度；t 為運行時間；Sx為距離修正值。

當Q235B 鋼的厚度為15～16 mm，Sx=30 mm；當Q235B 鋼的厚度為16～19 mm，Sx=37 mm；當Q235B鋼的厚度為19～22 mm，Sx=40 mm；當Q245R 鋼的厚度為15～16 mm，Sx=35 mm；當Q245R 鋼的厚度為16～19 mm，Sx=41 mm；當Q245R 鋼的厚度為19～22 mm，Sx=43 mm。

與之前直接靠檢測器計算相比，投入檢測器計算與帶鋼頭部位置跟蹤修正的智能模糊控制思想，完善了控制系統中跟蹤距離計算的控制思想，避免了由于檢測器受外部環境異常干擾導致精度降低而造成的助卷輥踏步控制精度差的問題。

2.2.2 開發AJC 助卷輥跳開值自動識別功能

自動踏步控制（AJC）功能可以根據鋼種、規格來識別帶鋼速度、卷取張力力矩等工藝參數[2]，并可自動修正自動踏步控制（AJC）調節參數，達到精確控制助卷輥跳開值，降低頭部壓痕缺陷程度的目的。

控制系統具體執行方法：根據不同鋼種的硬度組別確定助卷輥跳開值以及助卷輥壓力。不同鋼種由于硬度不同，助卷輥與帶鋼接觸受壓后，產生壓痕的深度不同。通過區分鋼種硬度、助卷輥的跳開值以及助卷輥壓力采用最優值，最大限度地消除頭部壓痕的產生。

在二級計算機中根據板坯的化學成分確定不同的鋼種，根據不同的鋼種確定不同的硬度組別，在卷取機建立跟蹤前，二級計算機將硬度組別代碼以及厚度代碼發給一級計算機。一級計算機根據不同的硬度和厚度規格自動調節助卷輥的跳開值以及助卷輥的壓力值（見表1）。

表1 厚規格帶鋼助卷輥自動踏步控制（AJC）跳開值

2.2.3 改變帶鋼頭部層流冷卻方式

根據不同的鋼種、規格，分別采取不同的帶鋼頭部層流冷卻方式，厚規格鋼種由原來設定的頭部冷卻調整為頭部弱冷方式或者頭部不冷方式，并且保證層流冷卻頭部溫度控制精度，目的是使帶鋼頭部易產生壓痕的品種規格能夠提高帶鋼頭部溫度，降低頭部變形抗力，使帶鋼頭部到達卷取機助卷輥裙導板（apron plate）與卷筒之間形成的弧形通道時，在卷取機內更容易彎曲成卷，減小帶鋼頭部端面對鋼卷第一圈下表面的沖擊，避免產生帶鋼頭部壓痕。

3 結論

1）通過對帶鋼頭部壓痕產生的原因進行認真分析和仔細研究，得出帶鋼頭部壓痕產生的影響因素是機械設備，而控制功能精度可以降低壓痕缺陷的程度，并提出了有效可執行的解決方案。

2）改進熱軋帶鋼卷取助卷輥控制技術，在一級計算機中進行頭部跟蹤計算，帶鋼頭部到達夾送輥時進行第一次負荷修正，到達助卷輥時進行第二次負荷修正；在二級計算機中進行分鋼種規格設定，在卷取機建立跟蹤前，二級計算機將硬度組別代碼以及厚度代碼發給一級計算機；一級計算機根據不同的硬度和厚度自動調節助卷輥的跳開值并進行助卷輥壓力的給定控制。

3）方案實施后，壓痕的深度明顯減輕，個別鋼種規格的壓痕基本消除，滿足了用戶的需求，得到用戶的好評，同時也標志著本廠卷取機帶鋼頭部壓痕的控制水平已處于國際領先水平。