平整機(jī)延伸率控制系統(tǒng)的研究

寇 鵬，王 斌，竇 鋒，王大號(hào)，朱 琳

(中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

1 前言

由中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司自主研制開發(fā)設(shè)計(jì)成套的、具有較高自動(dòng)控制水平的1 100 mm四輥高精度冷軋帶鋼平整機(jī)已于2007年2月份成功在中山中粵馬口鐵有限公司投入生產(chǎn)。

平整軋制實(shí)際上是小變形量的冷軋過程，由于壓下量很小，用測(cè)厚儀很難測(cè)出平整機(jī)入出口的帶鋼厚度偏差，這是平整有別于冷軋的地方。延伸率是平整機(jī)軋制中控制帶鋼力學(xué)性能的唯一指標(biāo)。因此延伸率控制是平整軋制中至關(guān)重要的問題。

在冷軋帶鋼生產(chǎn)中，冷軋鋼帶經(jīng)過再結(jié)晶退火后使加工硬化消除而變軟，此時(shí)鋼帶的強(qiáng)度和屈服極限低，而斷裂伸長(zhǎng)率高。但是，在鋼帶的應(yīng)力－應(yīng)變曲線上具有明顯的上屈服極限，在下屈服極限有很長(zhǎng)的屈服延伸(屈服平臺(tái))，如圖1所示。這種從彈性區(qū)過渡到塑性區(qū)的突發(fā)轉(zhuǎn)變，使鋼帶斷面上具有不均勻和局部的流動(dòng)變形。這種現(xiàn)象在彎曲時(shí)即會(huì)出現(xiàn)所謂“卷繞斷裂”形式的突然折裂，或在拉伸時(shí)形成滑移線，使加工性能變壞。解決辦法便是通過平整，消除屈服平臺(tái)，從而改善冷軋帶材沖壓成型性能。平整后的應(yīng)力－應(yīng)變曲線如圖2所示。

2 機(jī)組設(shè)備組成及主要工藝參數(shù)

2．1 設(shè)備布置與組成

四輥平整機(jī)機(jī)組設(shè)備與組成如圖3所示。

2.2 機(jī)組工藝參數(shù)

四輥平整機(jī)組的主要參數(shù)見表1。

表1 1 100 mm四輥平整機(jī)組的主要工藝參數(shù)Table 1 Main technological parameters of 1100 mm 4-roller planishing mill

出口張力輥?zhàn)畲髲埩?kN 45出口S輥上輥電機(jī)/kW 167出口S輥下輥電機(jī)/kW 119卷取機(jī)卷筒直徑/mm Φ508最大卷取張力/kN 25卷取機(jī)電機(jī)/kW 直流362

3 延伸率控制系統(tǒng)

在平整生產(chǎn)中，延伸率是最重要的工藝參數(shù)之一，延伸率的大小與平整后帶鋼的力學(xué)性能、加工性能以及板形密切相關(guān)。由于延伸率是平整生產(chǎn)中控制帶鋼力學(xué)性能的唯一變形指標(biāo)，因此延伸率的控制是帶鋼工藝質(zhì)量控制的重要內(nèi)容。而延伸率自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要控制功能就是通過調(diào)整平整力的大小和帶鋼張力的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼延伸率的控制。

3.1 延伸率的定義

延伸率是指帶材平整軋制前后在長(zhǎng)度方向的變化率，如果在同一周期內(nèi)把l0定義為入口帶鋼長(zhǎng)度，l1定義為出口帶鋼長(zhǎng)度，則平整延伸率η為

因?yàn)閹т摰娜搿⒊隹陂L(zhǎng)度無(wú)法直接進(jìn)行測(cè)量，而帶鋼的入、出口速度可以通過安裝在平整機(jī)入、出口的測(cè)速裝置直接測(cè)得，所以在同一周期(t)內(nèi)，入口帶鋼長(zhǎng)度l0=v0t，出口帶鋼長(zhǎng)度l1=v1t，則平整延伸率可以表示為

式中，v0為入口帶鋼速度;v1為出口帶鋼速度。

平整機(jī)組入、出口的速度有兩種測(cè)量方法:一種是通過安裝在平整機(jī)入出口兩側(cè)的轉(zhuǎn)向輥上的增量型編碼器測(cè)得脈沖數(shù)與轉(zhuǎn)向輥的周長(zhǎng)計(jì)算得出。這種方式測(cè)得的速度存在一定的誤差，因?yàn)樵趲Р暮娃D(zhuǎn)向輥之間會(huì)存在打滑，就會(huì)造成測(cè)速編碼器出現(xiàn)丟脈沖。如果編碼器測(cè)得脈沖數(shù)不準(zhǔn)確，那么所計(jì)算的速度值就會(huì)出現(xiàn)偏差。用這個(gè)不準(zhǔn)確的速度信號(hào)來(lái)進(jìn)行延伸率閉環(huán)控制時(shí)，其延伸率控制精度就會(huì)存在較大的偏差。第二種是用激光測(cè)速儀直接來(lái)測(cè)量平整機(jī)入、出口帶材的速度。這種方式測(cè)得的速度信號(hào)，其精度和準(zhǔn)確度都很高。因?yàn)榧す鉁y(cè)速儀其本身的測(cè)量精度就很高，同時(shí)用它測(cè)量不會(huì)出現(xiàn)，像編碼器那樣的丟脈沖現(xiàn)象。因此，用激光測(cè)速儀所測(cè)得的速度信號(hào)來(lái)進(jìn)行延伸率閉環(huán)控制時(shí)，就能得到非常高的控制精度。

3.2 延伸率的控制原理(圖4)

本延伸率控制系統(tǒng)就是通過借助于安裝在1 100 mm平整機(jī)入口和出口的兩臺(tái)激光測(cè)速儀測(cè)出的帶鋼入口和出口的速度值，經(jīng)過延伸率運(yùn)算器計(jì)算出延伸率的實(shí)際值;通過延伸率實(shí)際值與延伸率設(shè)定值的邏輯連接，可以得出一個(gè)差分值;系統(tǒng)程序?qū)⑦@個(gè)差分值送入延伸率控制器中，進(jìn)行計(jì)算就可以得出平整力或張力的修正值;再將平整力修正值或張力修正值疊加到前一周期測(cè)得的平整力或張力值上，其結(jié)果為一積分響應(yīng)。系統(tǒng)將其作為補(bǔ)充設(shè)定值與平整力或張力控制設(shè)定值相加，對(duì)設(shè)定值進(jìn)行修正，最終使延伸率恢復(fù)到設(shè)定值大小。

圖4 延伸率控制系統(tǒng)原理圖Fig.4 Schematic digram of elongation control system

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，在平整不同厚度的鋼帶時(shí)，通過調(diào)整平整力和張力來(lái)改變延伸率，其調(diào)整的側(cè)重點(diǎn)是有區(qū)別的。對(duì)于比較厚的帶材(如1.0 mm以上)，是通過調(diào)整平整力的大小來(lái)控制其延伸率的變化，而張力此時(shí)要保持恒定值。對(duì)于1.0 mm到0.5 mm厚度的帶材，可以通過調(diào)整平整力和張力共同來(lái)控制其延伸率，但此時(shí)平整力的變化對(duì)延伸率的影響比較明顯，因此應(yīng)該以平整力的調(diào)節(jié)為主來(lái)控制帶材的延伸率。對(duì)于0.5 mm厚度以下的帶鋼，張力的大小對(duì)延伸率的影響較為明顯，因此應(yīng)該以張力的調(diào)節(jié)為主來(lái)控制帶材的延伸率。

1 100 mm冷軋單機(jī)架四輥平整機(jī)組自投入生產(chǎn)以來(lái)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到合同要求。在延伸率控制系統(tǒng)的控制下，帶鋼的延伸率非常穩(wěn)定，精度很高，使帶鋼的機(jī)械性能、帶材板形以及帶材表面質(zhì)量都有大幅的提高。

［1］ 向浪濤．平整機(jī)延伸率控制系統(tǒng)［J］．重型機(jī)械科技，2007(4):12－14．

［2］ 宋祖峰，陳利．冷軋平整機(jī)的延伸率控制策略［J］．軋鋼，2009(4):50－52．

［3］ 朱琳，寇鵬，竇鋒．APC自動(dòng)控制系統(tǒng)在四輥平整機(jī)上的應(yīng)用［J］．軋鋼，2008(2):35－38．