一種新型CEC控制方法的研究與實踐

王超峰

摘 要：通過對國內(nèi)外CEC控制技術(shù)和A鋼管廠張減機CEC控制技術(shù)現(xiàn)狀的分析和研究，提出一種新型的CEC控制方法，根據(jù)張減機管端壁厚分布規(guī)律計算鋼管增厚端控制因子表，利用此因子表能根據(jù)增厚端長度在軋制過程的變化而自適應(yīng)的增減參與CEC作用的機架數(shù)，配合作用在鋼管頭尾增厚端的附加張力的調(diào)整實現(xiàn)縮短頭尾增厚端。計算張減機CEC因子表的步驟為：決定基礎(chǔ)調(diào)速等級；構(gòu)造靜態(tài)CEC調(diào)速因子表；修正原始CEC因子表構(gòu)建動態(tài)CEC因子表。通過生產(chǎn)實際應(yīng)用證明該方法能進一步縮短鋼管增厚端長度，提高軋制成材率。

關(guān)鍵詞：張減機；CEC；因子表；增厚端

中圖分類號：TG335.71 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）12-0049-02

1 前言

管端增厚現(xiàn)象是無縫鋼管張力減徑的特性現(xiàn)象。在張力減徑過程中，由于張力一般要通過若干個機架才能達到工藝所要求的固定平均張力值，這使得鋼管兩端與中間部分相比受到的減徑張力作用要小一些，于是出現(xiàn)端部壁厚比中間壁厚厚的現(xiàn)象。由于此效應(yīng)，最終延伸后的管端增厚端將由于壁厚不合格而不得不切除報廢，影響熱軋成材率。減少管端增厚端的技術(shù)又叫做CEC（Crop End Control）控制技術(shù)[1-5]。

1.1 國外CEC控制技術(shù)簡介

住友金屬為了控制管端增厚，在連軋機上采用管端軋薄工藝較為成功，除海南廠外，和歌山廠的小口徑制管車間也同樣在軋管機上采用液壓壓下管端軋薄工藝。管端軋薄的效果最終該在張減機上體現(xiàn)出來。

新日鐵八幡廠研究開發(fā)了一種名叫“學(xué)習(xí)增益”法的控制方法，學(xué)習(xí)增益法實際就是實際測定值與設(shè)定值進行比較，從二者的差進行學(xué)習(xí)，再進行速度控制，從而進一步提高增厚端控制的效果。

德國SMS-Meer公司開發(fā)了計算機化軋制技術(shù)系統(tǒng)——CARTA系統(tǒng)（Computer Aid Rolling Technology Application），其中的CEC管端控制系統(tǒng)采用了最先進的監(jiān)控技術(shù)，在鋼管進出料階段控制軋輥的轉(zhuǎn)速，使鋼管管端壁厚數(shù)值盡可能地與理論值相符合，從而獲得最小的切頭損失，其效果明顯。

1.2 國內(nèi)CEC控制技術(shù)及A鋼管廠控制技術(shù)簡介

目前國內(nèi)鋼管廠在引進現(xiàn)代化張力減徑機的同時，大多也引進了相應(yīng)的CEC管端控制功能和方案，然而，除A鋼管廠外其他鋼管廠大多缺乏掌握CEC管端控制的技術(shù)實力或?qū)嵤┻@項技術(shù)的硬件條件。

A鋼管廠CEC控制的基本思路是補償管端所缺少的那部分張力作用，其實現(xiàn)方法是在管端咬入機架時使相關(guān)機架的轉(zhuǎn)速增大，以增大相鄰機架間速度差，產(chǎn)生瞬態(tài)的較大張力，彌補正常狀態(tài)下所缺失的張力，減少延伸后的不合格管端長度。

但鋼管頭尾增厚端在軋制過程中實際上是隨著鋼管在軋機中的前進而不斷增長的，只采用固定的幾個機架對增厚端進行靜態(tài)CEC作用產(chǎn)生的后果是：一方面作用機架過多會把CEC作用到鋼管正常端，另一方面作用機架過少不能達到縮短增厚端的效果。

2 新的CEC控制方法的實現(xiàn)

2.1 新的CEC控制方法技術(shù)關(guān)鍵點

新的思路是設(shè)計出全新的動態(tài)CEC因子表能根據(jù)增厚端在軋制過程中的變化而調(diào)整CEC作用機架數(shù)。這種取消了前端延遲級和尾端干涉級兩個參數(shù)，能改變附加張力作用機架數(shù)的技術(shù)較原來附加張力只作用固定幾個機架的技術(shù)有較大優(yōu)勢。

2.2 全新的動態(tài)CEC因子表的構(gòu)造

2.2.1 決定基礎(chǔ)調(diào)速等級

基礎(chǔ)調(diào)速等級為鋼管頭部剛進入機架和鋼管尾部將進入機架的初始參與CEC調(diào)速的機架數(shù)。最大調(diào)速等級是指同時參與CEC調(diào)速的最多機架數(shù)?；A(chǔ)調(diào)速等級由鋼管張減軋制的平均張力決定，計算平均軸向張力系數(shù)xlm的方法如公式（1）、（2）、（3）、（4）所示。

其中，設(shè)dmK、dmR分別為荒管和成品管的平均外徑，SK、SR分別為荒管和成品管的壁厚，則為φr切向變形，φt為徑向變形，εm為平均壁徑比。

根據(jù)計算的平均軸向張力系數(shù)，決定基礎(chǔ)調(diào)速等級，如表1所示。

2.2.2 構(gòu)造靜態(tài)CEC調(diào)速因子表

首先計算軋輥工作直徑，理想軋輥直徑為D，第k機架的軋輥的孔型直徑為dk，工作直徑的比例參數(shù)為Ck，該參數(shù)的變化范圍為0.5到1.0，則工作直徑Dk的計算公式如公式（5）所示。

記鋼管處于正常軋制位置時，第k機架的軋輥工作直徑的比例參數(shù)為Ck，頭、尾軋制時，第k機架的軋輥工作直徑的比例參數(shù)為Ck（i），i代表軋輥工作直徑的變化級數(shù)。

基礎(chǔ)因子的計算方式如下：假設(shè)第k機架正常軋制的轉(zhuǎn)速為ωk，鋼管線速度為υk，如式（6）所示；若采用CEC控制調(diào)整轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)速為，鋼管線速度為，如式（7）所示，則

利用公式（10）可以得到基礎(chǔ)的頭端和尾端CEC調(diào)速因子表。

2.2.3 動態(tài)CEC因子表的構(gòu)建

計算得到基礎(chǔ)的頭端CEC調(diào)速因子后，需要根據(jù)鋼管延伸率的變化情況，決定鋼管頭端處于具體機架時，應(yīng)該作用的管端長度。

估計管端增厚端長度LVE的公式主要有以下三種，分別如式（11）、（12）、（13）所示。

（3）A.A.舍甫琴科（Shevchenko）公式：

該式中各符號的意義同洛特爾公式。

針對需要進行CEC增厚端控制的鋼管類型，考慮到控制機構(gòu)的滯后以及控制過程中的過渡過程，一般應(yīng)選擇計算值偏大的頭尾增厚端長度公式，具體如表2所示。

上述公式也可根據(jù)不同的鋼管型號進行調(diào)整，根據(jù)鋼管的延伸率和不采用CEC控制的頭尾增厚端長度，得到基礎(chǔ)的頭尾增厚端長度公式。

若各機架的延伸率為λi，i=1，2，3，…，m，此處，延伸率可理解為鋼管從第1機架到第i機架時，鋼管的延伸比率。結(jié)合i機架處同時參與CEC作用的機架數(shù)，根據(jù)“速度系列同比改變軋制壁厚不變原理”對靜態(tài)CEC因子按同比修正，得出動態(tài)的CEC因子表。

3 新的CEC控制方法應(yīng)用結(jié)果

將上述方法在A鋼管廠中應(yīng)用到典型規(guī)格73.03×5.6mm油管軋制中發(fā)現(xiàn)，頭部A端增厚端切頭長度由之前的1.5m減少到1.1m，降低了26.67%；尾部C端增厚端切尾長度由之前的1.6m減少到0.9m，降低了43.75%。73.03×5.6mm油管軋制成材率得以提升。

生產(chǎn)應(yīng)用證明了使用此方法能顯著縮短張減管增厚端長度，顯示出新的CEC控制技術(shù)具有很大的優(yōu)越性。此項新型的CEC控制技術(shù)的成功應(yīng)用和改進，能夠在很大程度上提高鋼管軋制成材率，產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

（1）鋼管頭尾增厚端在軋制過程中是隨著鋼管在軋機中的前進而不斷增長的，只采用固定的幾個機架對增厚端進行靜態(tài)CEC控制，不一定能夠帶來意想的控制效果。

（2）本文詳細介紹了一種獲得動態(tài)CEC因子表的新型CEC控制方法，具體步驟為：決定基礎(chǔ)調(diào)速等級；構(gòu)造靜態(tài)CEC調(diào)速因子表；修正原始CEC因子表構(gòu)建動態(tài)CEC因子表。

（3）實際生產(chǎn)應(yīng)用證明了使用此方法能顯著縮短張減管增厚端長度，提高鋼管軋制成材率。

參考文獻

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