平整機(jī)延伸率控制系統(tǒng)的研究

寇 鵬，王 斌，竇 鋒，王大號，朱 琳

(中國重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

1 前言

由中國重型機(jī)械研究院有限公司自主研制開發(fā)設(shè)計成套的、具有較高自動控制水平的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)。

平整軋制實際上是小變形量的冷軋過程，由于壓下量很小，用測厚儀很難測出平整機(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，此時鋼帶的強(qiáng)度和屈服極限低，而斷裂伸長率高。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的屈服延伸(屈服平臺)，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變形。這種現(xiàn)象在彎曲時即會出現(xiàn)所謂“卷繞斷裂”形式的突然折裂，或在拉伸時形成滑移線，使加工性能變壞。解決辦法便是通過平整，消除屈服平臺，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

出口張力輥最大張力/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實現(xiàn)對帶鋼延伸率的控制。

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定義為入口帶鋼長度，l1定義為出口帶鋼長度，則平整延伸率η為

因為帶鋼的入、出口長度無法直接進(jìn)行測量，而帶鋼的入、出口速度可以通過安裝在平整機(jī)入、出口的測速裝置直接測得，所以在同一周期(t)內(nèi)，入口帶鋼長度l0=v0t，出口帶鋼長度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得脈沖數(shù)與轉(zhuǎn)向輥的周長計算得出。這種方式測得的速度存在一定的誤差，因為在帶材和轉(zhuǎn)向輥之間會存在打滑，就會造成測速編碼器出現(xiàn)丟脈沖。如果編碼器測得脈沖數(shù)不準(zhǔn)確，那么所計算的速度值就會出現(xiàn)偏差。用這個不準(zhǔn)確的速度信號來進(jìn)行延伸率閉環(huán)控制時，其延伸率控制精度就會存在較大的偏差。第二種是用激光測速儀直接來測量平整機(jī)入、出口帶材的速度。這種方式測得的速度信號，其精度和準(zhǔn)確度都很高。因為激光測速儀其本身的測量精度就很高，同時用它測量不會出現(xiàn)，像編碼器那樣的丟脈沖現(xiàn)象。因此，用激光測速儀所測得的速度信號來進(jìn)行延伸率閉環(huán)控制時，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)入口和出口的兩臺激光測速儀測出的帶鋼入口和出口的速度值，經(jīng)過延伸率運算器計算出延伸率的實際值;通過延伸率實際值與延伸率設(shè)定值的邏輯連接，可以得出一個差分值;系統(tǒng)程序?qū)⑦@個差分值送入延伸率控制器中，進(jìn)行計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

本系統(tǒng)在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，在平整不同厚度的鋼帶時，通過調(diào)整平整力和張力來改變延伸率，其調(diào)整的側(cè)重點是有區(qū)別的。對于比較厚的帶材(如1.0 mm以上)，是通過調(diào)整平整力的大小來控制其延伸率的變化，而張力此時要保持恒定值。對于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控制其延伸率，但此時平整力的變化對延伸率的影響比較明顯，因此應(yīng)該以平整力的調(diào)節(jié)為主來控制帶材的延伸率。對于0.5 mm厚度以下的帶鋼，張力的大小對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，設(shè)備運行穩(wěn)定可靠，各項技術(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自動控制系統(tǒng)在四輥平整機(jī)上的應(yīng)用［J］．軋鋼，2008(2):35－38．