熱軋卷取機張力控制系統

叢振華

（北京首鋼股份有限公司，河北 遷安 064404）

隨著制造工業的不斷發展，熱軋工藝的應用逐漸成熟。就熱軋工藝應用過程而言，卷取機是其技術實現的重要支撐設備。與傳統鋼材加工工藝相比，其不僅具有較高的軋制效率；而在在軋制鋼材塑性和經濟效益把控方面具有較為突出的應用優勢。當前環境下，其已廣泛應用于建筑、機械制造、電機、化工等領域，對于工業生產效益的提升具有重大影響。實踐過程中，張力系統控制是卷取機應用的關鍵所在，然而受諸多因素影響，熱軋卷取機的張力控制尚不完善。基于此，本文就其張力控制的過程進行優化分析。

1 熱軋卷取機的結構組成

卷取機是熱軋工藝應用的基本支撐設備。從應用過程來看，其結構組成包含了現場熱軋設備、后續工藝設備和輔助設備三個層級[1]。在現場熱軋設備中，輸出輥道、側導板、張力輥、切換版、傾斜板、地下卷取機、成型輥、卸卷及升降小車是其主要的組成結構。而在后續工藝應用過程中，其不僅包含了樣品翻轉輥道、取樣飛剪、開卷機等鋼卷檢查站設備；而且包含了較多的運輸設備和標記包裝設備，譬如運輸輥道鏈、旋轉臺、升降臺、噴號機、稱重機和打捆機等。此外，就輔助設備應用過程中，鋼卷托盤 、潤滑油供給設備、噴水冷卻設備、傳感器、檢測器、廢料小車等都是其主要的設備支撐。

2 卷取機的張力控制流程

卷取機張力控制是一個專業要求較高的系統實踐過程。從鋼材熱軋過程來看，其張力控制流程包含以下五個環節：

（1）前期張力控制。卷取機熱軋工藝應用過程中，當卷取機帶鋼頭部穿出軋機末機架時，熱輸出輥道與軋機末機架之間的控制是其張力控制的重點所在[2]。在控制過程中，熱軋操作人員必須確保熱輸出輥道的運行速度不低于軋機末機架的運行速度，唯有如此，才能確保兩者之間速度差的形成，在保證向前張力產生的同時，避免帶鋼頭部跳動現象的發生。需要注意的是，該環節中，張力輥、成形輥、芯軸都需要以設定的超前速度運行。

（2）張力輥窗口控制。當張力輥速度保持在超前狀態時，為實現芯軸對帶鋼的有效卷曲，則其芯軸速度應進行適當加快，并確保其也保持在超前狀態。此時，其張力控制的的部位轉移到張力輥、熱輸出輥道、軋機末機架。張力輥窗口控制過程中，其張力的控制具有階段性，即張力輥尚未進行咬鋼加載時，其設置的超前速度應稍微大于張力輥速度；而一旦張力輥咬鋼加載完成，則應在力矩控制下，實現速度控制的轉變，確保向前張力的穩定，促使帶鋼穿過張力輥。

（3）芯軸張力控制。芯軸張力控制包含了兩個方面的內容：其一，芯軸與張力輥之間的張力控制；其二，熱輸出輥道與軋機末機架之間的張力控制[3]。在控制過程中，張力輥輸出的張力與芯軸運轉方向相反，這種向后張力可實現卷曲張力的分擔。芯軸張力控制下，力矩控制是其基本的控制形態，在電機輸出樁距設定值調節下，帶鋼上會附加一定的張力，確保了其卷曲的順利進行。需要注意的是，受帶鋼附加張力的影響，其成形輥應與帶鋼保持一定距離，唯有如此，才能避免帶鋼劃傷現象的發生。

（4）帶鋼尾部離開軋機末機架。一旦帶鋼完成卷曲，且帶鋼尾部已脫離軋機末機架時，芯軸與張力輥、熱輸出輥道之間的張力控制是其把控的關鍵所在。該階段，張力輥向后的張力會持續擴大，并且芯軸張力控制模式會發生裝轉變，當其由力矩控制轉化為速度控制時，芯軸與帶鋼尾部之間會產生一定的速度差，并確保了張力控制的穩定。實際控制過程中，設計帶鋼卷徑的大小是芯軸與成形輥的距離把控的基本依據。

（5）帶鋼尾部運行至張力輥。熱軋用以進行到后期，當帶鋼尾部運行至張力輥時，芯軸與張力輥之間的張力控制是其控制的核心內容。此時張力輥的控制模式發生變化，速度控制是其基本的控制形態，與前期控制相異的是，滯后速度運作是該階段張力控制的主要形態；并且在控制過程中，卷取機的芯軸會開始定位，當帶唯定位于5點鐘位置時，其芯軸的熱軋卷曲完成。

3 熱軋卷取機張力控制系統優化策略

當前環境下，人們對于熱軋工藝的應用提出了較高要求，要實現其軋制鋼件質量的提升，在技術應用過程中，加工人員就必注重卷取機張力控制系統的合理優化。具體而言，其技術改進措施如下。

（1）芯軸電機張力控制系統改進。作為熱軋卷取機芯軸電機力矩的重要組成，張力力矩的控制至關重要。實踐過程中，鋼卷卷徑、L2以下單位張力給定值、帶鋼寬度、厚度及張力斜率等都是其重要的影響因素。在這些要素控制過程中，張力既定模型和鋼卷直徑是其控制的要點所在，并且其會對鋼卷的熱軋效果造成重大影響。實踐過程中，加工人員根據以下公式對其進行張力力矩計算。

式中，TR表示張力力矩；D為帶鋼鋼卷的直徑；而m，t分別表示齒輪比和單位張力；w和h分別表示帶鋼的寬度和厚度[4]。

芯軸電機張力控制系統改進過程中，張力控制系統的轉變存在以下形態：其一，卷曲負荷接通，然尚未卷到三圈前，其張力值為TLE。其二，p1接通時，芯軸電機的最大張力得以投入，其張力值為TT0P。其三，卷曲徑發生轉變，當期控制值達到DLE1時，單位張力就會和設定曲線發生耦合，并按照預設的趨勢進行減小；當卷徑值達到DLE2、DLE3、DLE4時，其對應的張力值分別為TLE2、TLE3、T1（如圖1）。此時，卷曲經帶鋼頭部位存在加大張力，確保了帶鋼與卷筒的緊密集合。而在鋼卷中部區域，若單位張力保持不變，則卷材卷徑成為其力矩的主要影響因素，在其控制下，中部卷材的穩定性得以有效控制。另外，當帶鋼尾部經過F1機架后，其單位張力雖保持不變，然仍高于最小限幅值T2，實現了尾部卷材質量的良好控制。

圖1 張力設定模型圖

（2）熱軋鋼卷錯層優化。熱軋成形工藝應用過程中，整體錯層、外圈錯層和內圈錯層時期鋼卷錯層的三種基本形態。這些錯層問題不僅影響熱軋工藝的規范應用，更對軋鋼質量造成較大影響。在其錯層優化過程中，卷取設備精度控制和卷曲設備功能優化是其基本的兩種方式。具體優化過程如下：卷取設備的精度控制包含以下內容：其一，進行側導下導向輪注油孔方式優化，確保卷曲機油路的通暢性；其二，檢查并優化導板的導向輪，確保其具有較高的靈活性，從而避免導向輪轉動失控現象的發生。其三，進行輥道表面與卷取側導下圓弧間隙的優化，確保其間隙尺寸保持在5mm；在該控制手段下，墊圈間隙和數量可實現有效控制，從而在避免墊片變形的幾次上，實現側導板的恒定。其四，優化側導小車的定位銷，避免定位銷啃傷狀況發生。

卷曲設備功能優化過程中，側導板“ 平移模式 ”開發時期功能優化的基本內容。具體而言，其應在側導板平移模式中增加自動定位系統，確保其平移把控的規范。其次，注重卷取機兩側力控解構的建立，從而確保兩側側導板功能的有效發揮，在保證帶鋼加持質量的同時，實現錯層現象的有效控制。最后，進行側導板傳輸功能的優化，從而提高側導板壓靠帶鋼速度，實現卷型控制能力提升。

4 結論

卷取機張力控制對其熱軋工藝的應用具有重大影響。工業生產中，加工人員只有充分掌控卷取機的結構組成，并在明確其張力控制流程的基礎上，進行控制過程的系統優化，才能確保卷取機張力控制的規范化，繼而在提升熱軋工藝應用水平的基礎上，促進現代制造工業的進一步發展。