1500 mm冷軋平整機(jī)延伸率控制技術(shù)

朱昌奇

冷軋帶鋼的平整工序從本質(zhì)上講是一種小壓下率的二次冷軋，由于壓下量只有微米級(jí)的變化，用測(cè)厚儀很難測(cè)出平整機(jī)入出口的帶鋼厚度偏差。因此采用與壓下量成正比的帶鋼長(zhǎng)度方向上的變化，即延伸率來(lái)表示帶鋼的變形程度，是平整有別于普通軋制的地方。它是以較小變形量（0．5%～5%）對(duì)退火后的冷軋帶鋼進(jìn)行軋制，以消除帶鋼屈服平臺(tái)，獲得良好板形及所要求的表面質(zhì)量。延伸率是平整機(jī)軋制中控制帶鋼力學(xué)性能方面最重要的指標(biāo)，其數(shù)值是根據(jù)鋼種組織結(jié)構(gòu)特性和最終用途按要求給定的，其大小和均勻程度直接影響帶鋼的平整質(zhì)量和深加工性能。因此，延伸率控制是平整軋制中至關(guān)重要的問(wèn)題。

1 裝機(jī)水平及軋制過(guò)程

1.1 機(jī)組裝機(jī)水平

（1）開(kāi)卷機(jī)采用CPC自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)；

（2）平整機(jī)下工作輥單獨(dú)傳動(dòng)；

（3）機(jī)組可采用干平整、濕平整；

（4）平整機(jī)采用工作輥正/負(fù)彎輥控制；

（5）斜楔軋線標(biāo)高自動(dòng)調(diào)零；

（6）采用間接張力控制、直接張力控制；

（7）機(jī)組采用分段張力控制；

（8）機(jī)組采用交流傳動(dòng)，數(shù)字式調(diào)速系統(tǒng)；

（9） 液壓輥縫控制（HGC）、自動(dòng)延伸率控制（AEC）。

1.2 軋制過(guò)程

（1）上卷小車(chē)托起鋼卷運(yùn)送至受卷臺(tái)或開(kāi)卷機(jī)卷筒上，在運(yùn)送過(guò)程中測(cè)量鋼卷外徑和卷寬，之后上卷小車(chē)托頭下降返回。

（2）開(kāi)卷機(jī)向入口張緊輥送料，開(kāi)頭刮板裝置中的刮板負(fù)責(zé)將帶材掀起，當(dāng)帶材頭部到達(dá)下張緊輥時(shí)，壓輥擺起壓緊帶材，繼續(xù)送料至上、下張緊輥之間，下張緊輥升起壓緊帶材，當(dāng)送到上張緊輥?lái)敳繒r(shí)，上壓輥擺下壓緊帶材。帶材頭部咬入入口張緊輥后，用手動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)使帶材對(duì)中。之后，帶材經(jīng)過(guò)入口導(dǎo)向臺(tái)以喂料速度進(jìn)入平整機(jī)。當(dāng)帶材頭部到達(dá)出口上張緊輥處時(shí)，上壓輥擺下壓緊帶材，至上、下張緊輥之間時(shí)，下張緊輥升起壓緊帶材，送至下張緊輥底部時(shí)，下壓輥擺起壓緊帶材。之后，開(kāi)卷機(jī)、入口、出口的張緊輥、平整機(jī)同步送料，帶材經(jīng)出口導(dǎo)向臺(tái)喂入由皮帶助卷器包裹的卷取機(jī)卷筒處，待卷取機(jī)將帶材在卷筒上繞3～4圈后，機(jī)組停止送料，皮帶助卷器松開(kāi)退回原位，抱緊輥抬起。開(kāi)卷機(jī)的壓緊輥、入出口張緊輥的上、下壓輥擺開(kāi)，入、出口下張緊輥下降，開(kāi)頭刮板、入口導(dǎo)向臺(tái)、出口導(dǎo)向臺(tái)均落回下限，防皺輥、防跳輥上升至工作位置，自動(dòng)對(duì)中、AEC、HGC、彎輥及乳化液噴射等系統(tǒng)投入工作，開(kāi)卷機(jī)、入、出口的張緊輥、平整機(jī)、卷取機(jī)聯(lián)合控制軋制帶頭。當(dāng)帶鋼厚度大于1.5 mm時(shí)，不經(jīng)入、出口張緊輥，使帶鋼沿導(dǎo)板在入、出口上張緊輥處通過(guò)（上張緊輥僅作轉(zhuǎn)向輥），此時(shí)開(kāi)卷刀和帶尾剪切機(jī)均上升至上限即開(kāi)卷和剪切的合適位置。

（3）在機(jī)組建立張力并加速到所要求的平整速度后，開(kāi)始進(jìn)行穩(wěn)定軋制。

1.3 液壓輥縫控制

HGC液壓輥縫控制的檢測(cè)元件和執(zhí)行元件由2個(gè)伺服閥、1個(gè)比例減壓閥、2個(gè)液壓鎖控制用換向閥、2個(gè)快泄用換向閥、2套磁尺、3個(gè)壓力傳感器組成（見(jiàn)圖1）。

系統(tǒng)采用磁尺進(jìn)行液壓缸位置檢測(cè)，用壓力傳感器檢測(cè)油路壓力。2個(gè)伺服閥用于壓力控制和位置控制，該平整機(jī)組采用的D661系列伺服閥具有較高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，系統(tǒng)先進(jìn)可靠；比例減壓閥用于傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)的HGC液壓缸有桿腔壓力控制；鎖控用換向閥用于液控單向閥的開(kāi)閉，能有效切斷或打開(kāi)油路；快泄換向閥用于HGC液壓缸活塞桿快速縮回。

在電氣控制上設(shè)有輥縫調(diào)節(jié)器、軋制力調(diào)節(jié)器、同步調(diào)節(jié)器、軋制力差調(diào)節(jié)器等4個(gè)比例積分（PI）調(diào)節(jié)器。平整時(shí)，軋制力調(diào)節(jié)器和位置差調(diào)節(jié)器投入工作，以保證穩(wěn)定的軋制力控制和輥縫的水平。4個(gè)調(diào)節(jié)器協(xié)調(diào)工作，相互之間平滑切換，構(gòu)成穩(wěn)定可靠的液壓輥縫控制系統(tǒng)。

2 延伸率控制

2.1 定義及測(cè)量方法

可以通過(guò)入、出口長(zhǎng)度來(lái)定義帶鋼延伸率

圖1 HGC流體原理圖

式中，Lin—軋機(jī)入口側(cè)長(zhǎng)度（m）；Lout—軋機(jī)出口側(cè)長(zhǎng)度（m）。

也可以通過(guò)入、出口速度來(lái)定義延伸率

式中，Vin—軋機(jī)入口側(cè)速度（m/s）；Vout—軋機(jī)出口側(cè)速度（m/s）。

軋機(jī)入、出口長(zhǎng)度、速度等均可以通過(guò)安裝在入、出口S輥上輥的編碼器測(cè)得，也可以通過(guò)安裝在入、出口的激光測(cè)速儀測(cè)得。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)（見(jiàn)表1）。

由于激光測(cè)速儀是把固體物體的表面速度轉(zhuǎn)換成電子頻率信號(hào)，而該頻率和物體運(yùn)動(dòng)速度成正比，采用激光多普勒技術(shù)和相干技術(shù)，利用光線的干涉條紋形成柵格成像，再用激光多普勒傳感器采集變化，形成脈沖信號(hào)輸出。通過(guò)對(duì)比在振動(dòng)環(huán)境下激光測(cè)速儀和編碼器所測(cè)延伸率可以看出，激光測(cè)速儀對(duì)振動(dòng)非常敏感（見(jiàn)圖2）。所以在使用激光測(cè)速儀時(shí)應(yīng)充分考慮安裝方式。

表1 測(cè)量方法比較

2.2 延伸率平滑切換

在實(shí)際工作中，通過(guò)入、出口S輥編碼器和激光測(cè)速儀測(cè)得的延伸率并不相等。在編碼器與激光測(cè)速儀均正常工作的前提下，由于S輥與帶鋼之間存在前滑，所以S輥測(cè)得的延伸率要略大于實(shí)際延伸率。而激光測(cè)速儀由于精度高，其測(cè)量結(jié)果更接近于實(shí)際。但激光測(cè)速儀會(huì)出現(xiàn)信號(hào)異常、有效信號(hào)丟失等情況，此時(shí)，應(yīng)將控制系統(tǒng)所用的延伸率切換至S輥編碼器所測(cè)值。為避免因延伸率突變?cè)斐绍堉屏Α埩ν蛔儯由炻是袚Q效果應(yīng)平滑。

2.3 延伸率控制策略

當(dāng)帶鋼穿帶時(shí)，輥縫打開(kāi)后以最小軋制力壓緊帶鋼，建張起車(chē)，延伸率閉環(huán)投入。根據(jù)測(cè)得的平整機(jī)入、出口帶鋼長(zhǎng)度，計(jì)算出實(shí)際延伸率，將該值送到延伸率調(diào)節(jié)系統(tǒng)中與設(shè)定值相比較，得出延伸率偏差，再經(jīng)延伸率調(diào)節(jié)控制回路計(jì)算后得到軋制力和張力的修正量并送到HGC系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)，使得帶鋼實(shí)際延伸率向設(shè)定值逐漸逼近，最終達(dá)到目標(biāo)值。

帶鋼延伸率的影響因素有軋制力、張力、帶鋼厚度、帶鋼材料抗拉伸強(qiáng)度、軋輥輥徑等。其中軋制力和張力是控制系統(tǒng)中最重要的調(diào)節(jié)參數(shù)。所以在控制中有軋制力調(diào)節(jié)模式、張力調(diào)節(jié)模式、軋制力與張力同時(shí)調(diào)節(jié)模式等。帶鋼截面積越大，對(duì)軋制力越敏感；而帶鋼截面積越小，對(duì)張力越敏感。一般來(lái)說(shuō)，調(diào)節(jié)軋制力是延伸率控制的最重要手段，只有在平整薄帶（小于0.6 mm） 時(shí)，軋制力的影響較小，張力調(diào)節(jié)延伸率最有效。當(dāng)延伸率大于設(shè)定值時(shí)，應(yīng)減小軋制力和張力；而當(dāng)延伸率小于設(shè)定值時(shí)，增加軋制力和張力。通常說(shuō)來(lái)，在帶鋼厚度在0.6 mm以上時(shí)，只調(diào)整軋制力，帶鋼厚度在0.6 mm以下時(shí)，既調(diào)整軋制力又調(diào)整張力。

圖2 激光測(cè)速儀與編碼器測(cè)得的延伸率比較圖（激光測(cè)速儀不當(dāng)安裝時(shí)）

為避免由于延伸率測(cè)量系統(tǒng)出錯(cuò)，或者其他設(shè)備異常原因引起延伸率測(cè)量系統(tǒng)反饋的延伸率偏差值出錯(cuò)，導(dǎo)致控制系統(tǒng)無(wú)限制的調(diào)節(jié)張力或軋制力的設(shè)定值情況出現(xiàn)。對(duì)張力或軋制力的調(diào)節(jié)量必須設(shè)置一個(gè)限幅值，以避免由于延伸率調(diào)節(jié)失控而影響產(chǎn)品的質(zhì)量，甚至造成重大的設(shè)備事故。

另外，在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，加、減速對(duì)于軋制力的影響也應(yīng)該引起足夠的重視，對(duì)升降速段的軋制力進(jìn)行補(bǔ)償控制是非常有必要的（見(jiàn)圖3）。實(shí)踐證明，對(duì)不同速度下的軋制力補(bǔ)償能夠有效提高加、減速段延伸率的控制精度。

圖3 軋制速度與軋制力基準(zhǔn)值擬合曲線圖

3 結(jié)語(yǔ)

該平整機(jī)組自投入試生產(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，并在2011年4月通過(guò)驗(yàn)收。該平整機(jī)組在帶材機(jī)械性能和延伸率控制、板形改善及帶材表面質(zhì)量的提高等方面都取得了良好的效果。

[1]陳萍，李東亭；2030 mm冷軋平整機(jī)延伸率控制系統(tǒng)的研究；寶鋼技術(shù).

[2]宋祖峰，陳利；冷軋平整機(jī)的延伸率控制策略；軋鋼.