冷軋平整機(jī)延伸率控制系統(tǒng)應(yīng)用探討

石 旭

（河鋼集團(tuán)唐鋼公司，河北省唐山市，063000）

隨著我國企業(yè)生產(chǎn)工業(yè)化水平的逐步提高，人們對于產(chǎn)品生產(chǎn)精度水平以及產(chǎn)品質(zhì)量等均提出了更加嚴(yán)格的要求，因此，在生產(chǎn)過程中，需要采取相關(guān)技術(shù)手段加強(qiáng)生產(chǎn)控制。冷軋平整機(jī)是現(xiàn)階段機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)制造業(yè)需應(yīng)用的重要設(shè)備，在生產(chǎn)過程中，延伸率的控制水平直接關(guān)系著平整工藝的應(yīng)用效果，因此，相關(guān)企業(yè)一定要針對冷軋平整機(jī)延伸率控制系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行深入分析，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

1 冷軋平整機(jī)設(shè)備的應(yīng)用意義

在企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)過程中，為了全面保證產(chǎn)品規(guī)格及質(zhì)量，進(jìn)行帶鋼的平整處理是一道必然工序，能夠有效控制版形、提高產(chǎn)品尺寸精度、同時(shí)確保帶鋼產(chǎn)品良好的力學(xué)性能水平。在生產(chǎn)過程中，冷軋帶鋼在退火初期硬度水平較低，帶鋼的平直度、光潔度以及組織性能等元素均無法全面滿足產(chǎn)品的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，因此，需要通過對帶鋼產(chǎn)品實(shí)施相應(yīng)的平整處理，進(jìn)一步改善產(chǎn)品質(zhì)量，使其符合應(yīng)用需求。在這一作業(yè)過程中，冷軋平整機(jī)具有重要的應(yīng)用價(jià)值，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

首先，能夠提高帶鋼產(chǎn)品平直度水平。帶鋼產(chǎn)品在冷軋退火后硬度及性能水平較差，表面平直度不足，同時(shí)，部分薄帶鋼在其冷卻的過程中會在應(yīng)力的影響下出現(xiàn)雙邊浪的現(xiàn)象，降低產(chǎn)品質(zhì)量。在這種情況下，可以將冷卻到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的鋼卷通過冷軋平整機(jī)進(jìn)行平直處理，使其在設(shè)備（0%～3%）的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下給予一定壓力，從而滿足其平直標(biāo)準(zhǔn)。

其次，能夠改善產(chǎn)品力學(xué)性能。在冷軋平整機(jī)工作運(yùn)行狀態(tài)下，對著運(yùn)行壓力水平的逐步提高，帶鋼對應(yīng)的屈服極限延伸空間就會隨之縮減，抗拉強(qiáng)度水平提高，全延伸降低。通過對設(shè)備壓下率參數(shù)的控制能夠促進(jìn)帶鋼力學(xué)性能的改善，彌補(bǔ)傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中呂德斯線的皺紋缺陷以及屈服平臺部分的拉伸應(yīng)變等漏洞問題，增加其彈性變形區(qū)域。

再次，能夠降低粗糙度。為了能夠進(jìn)一步提高帶鋼質(zhì)量，還應(yīng)采取相應(yīng)措施對其表面粗糙度加以處理，使其符合產(chǎn)品應(yīng)用需求。在這一部分企業(yè)引入了延伸率的概念，以此對帶鋼二次變形的較小壓下量進(jìn)行精準(zhǔn)定義，而此時(shí)對冷軋平整機(jī)延伸率的控制則成為關(guān)鍵的一環(huán)。延伸率實(shí)際上就是帶鋼在經(jīng)平整處理之后延伸長度的比率值[1]。在生產(chǎn)過程中，測量延伸率的方式主要有兩種，一種是一種是將增量編碼器設(shè)置于平整機(jī)設(shè)備的出入口轉(zhuǎn)向輥軸的位置，然后對機(jī)架出入口帶鋼長度變化率參數(shù)加以計(jì)算。還有一種是直接應(yīng)用激光測速儀設(shè)備對出入口部分的帶鋼速度進(jìn)行測量與記錄，在此基礎(chǔ)上對出入口鋼帶速度的變化率加以計(jì)算。才這一過程中選用激光測速儀能夠有效保證數(shù)值的測量精度水平，同時(shí)還能夠防止測量輥上打滑現(xiàn)象對測量結(jié)果造成影響。例如柳鋼冷軋廠，其在生產(chǎn)中就采用了激光測速法，并且在機(jī)架的出、入口測張輥上安裝了增量型測速編碼器，通過二者功能的結(jié)合進(jìn)一步提高了平整處理質(zhì)量。

2 冷軋平整機(jī)延伸率控制系統(tǒng)應(yīng)用要點(diǎn)

帶鋼延伸率水平主要受帶鋼材料本身的寬度、厚度、粗糙度以及硬度等因素影響，同時(shí)與控制系統(tǒng)的張力及軋制力水平以及帶鋼速度等均有一定關(guān)聯(lián)。在材料的寬度、厚度、粗糙度以及硬度指數(shù)一定的條件下，延伸率的變化即可通過軋制力、張力及帶鋼兩邊速度的控制而實(shí)現(xiàn)，因此，在處理工作中為了能夠確保延伸率水平與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)相符，只需對其張力及軋制力水平進(jìn)行調(diào)節(jié)即可[2]。如柳鋼冷軋板帶廠，該企業(yè)生產(chǎn)中就是在確保恒張力狀態(tài)下對軋制力的修正完成延伸率的控制的。

2.1 延伸率控制下的總軋制力

根據(jù)冷軋平整機(jī)延伸率閉環(huán)軋制力計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，首先需要明確反饋控制的軋制力附加設(shè)定值、前饋控制的軋制力附加設(shè)定值以及軋制力的預(yù)設(shè)值，然后利用斜坡函數(shù)發(fā)生器進(jìn)行軋制力的輸出來進(jìn)行CPU管理，實(shí)現(xiàn)軋制力壓下閉環(huán)控制[3]。該部分一定要注意將延伸率調(diào)節(jié)在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，不可以超過允許最大值，并且綜合生產(chǎn)工藝方面的要求對控制延伸率的軋制力門檻值加以明確。一旦延伸率超過標(biāo)準(zhǔn)范圍，則應(yīng)發(fā)出警報(bào)并對機(jī)架出口的張力水平進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)，減少延伸率設(shè)定等方式使軋制力調(diào)節(jié)值重新回到允許的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，明確最佳工作點(diǎn)。

2.2 延伸率反饋控制的附加軋制力

通過比例積分控制器對冷軋平整機(jī)延伸率進(jìn)行控制，并將控制器輸出值作為軋制力控制器的給定值。根據(jù)對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)公式進(jìn)行計(jì)算，明確其中的系統(tǒng)增益值、延伸率偏差、積分時(shí)間常數(shù)以及程序采樣周期[4]。通常情況下，帶鋼冷軋作業(yè)中其延伸率水平是由工作輥輥徑及工作輥與帶鋼之間的摩擦力值、材料厚度值、寬度值等決定的，一旦外部條件發(fā)生變化，想要對延伸率水平進(jìn)行控制，則應(yīng)確保冷軋平整控制系統(tǒng)的增益情況與其向一致，此時(shí)可以通過增益動(dòng)態(tài)修正的手段提高延伸率控制效果，從而得到最佳延伸率水平。因此，應(yīng)明確上一掃描周期計(jì)算的軋制力給定值以及計(jì)算的增益、實(shí)際延伸率、積分時(shí)間常數(shù)、程序的采樣周期以及加減速調(diào)整因子。在冷軋平整機(jī)加速運(yùn)行的狀態(tài)下，延伸率會逐步降低，而設(shè)備減速過程中延伸率則隨之逐步增加，實(shí)際延伸率長時(shí)間內(nèi)偏差較大，因此可以在冷軋平整機(jī)減速、加速以及恒速狀態(tài)下對相關(guān)勻速進(jìn)行調(diào)節(jié)，繼而提高對于加、減速對延伸率變化的響應(yīng)水平。當(dāng)軋制力控制延伸率的條件具備，并且在以定長為延伸率計(jì)算值有新值產(chǎn)生時(shí)，軋制力修正附加值便累加到壓下軋制力的設(shè)定[5]。

2.3 前饋控制下的加減速附加軋制力

在冷軋平整機(jī)運(yùn)行加速及減速的過程當(dāng)中，為了能夠確保延伸率的恒定狀態(tài)水平，其控制系統(tǒng)一定要具有足夠的靈敏度，實(shí)現(xiàn)延伸率的快速調(diào)節(jié)，但實(shí)際運(yùn)行中，系統(tǒng)的外環(huán)響應(yīng)通常存在一定的滯后性，因此，在加速或減速過程中會產(chǎn)生相應(yīng)的延伸率波動(dòng)情況。為例解決延伸率波動(dòng)這一問題，確保延伸率的恒定狀態(tài)，可應(yīng)用速度前饋軋制力預(yù)控的延伸率控制手段，在冷軋平整機(jī)設(shè)備發(fā)出加速運(yùn)行或者減速運(yùn)行的訊號時(shí)就及時(shí)獲得相應(yīng)的軋制力增減修正參數(shù)，通過軋制力附加值的變化來抵御運(yùn)行速度的改變對帶鋼延伸率水平所造成的影響。通常情況下，針對相同材質(zhì)以及相同規(guī)格的帶鋼，如果延伸率水平基本穩(wěn)定不變，那么冷軋平整機(jī)的運(yùn)行速度越快，其產(chǎn)生的軋制力水平就越高。為了通過公式計(jì)算獲得具體參數(shù)值，應(yīng)明確其中的帶鋼厚度、標(biāo)準(zhǔn)帶鋼厚度、帶鋼寬度、加減速軋制力補(bǔ)償增益，與帶鋼的鋼種、機(jī)組的速度相關(guān)，反映了單位帶鋼寬度的軋制力補(bǔ)償值。另一方面，在進(jìn)行加減速軋制力補(bǔ)償增益計(jì)算的過程中，需要明確其中最大線速度、運(yùn)行線速度、穿帶線速度以及速度前饋軋制力修正系數(shù)，實(shí)際加減速軋制力補(bǔ)償增益與其軋制力設(shè)定值、穿帶時(shí)軋制力設(shè)定值具有很大的聯(lián)系，同時(shí)還和帶鋼材料的密度以及硬度的性質(zhì)有關(guān)，但是因?yàn)椴牧厦芏燃坝捕鹊认嚓P(guān)物理性能及分布情況無法進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，可以結(jié)合相應(yīng)的模型自學(xué)習(xí)方法對其進(jìn)行優(yōu)化處理[6]。冷軋平整機(jī)設(shè)備中工作輥的表層粗糙程度對于其與帶鋼之間的摩擦效力水平具有直接性的聯(lián)系，加快運(yùn)行速度二者間的摩擦力水平也隨之增加，繼而對帶鋼平整處理狀態(tài)的穩(wěn)定性造成一定影響，致使軋制力延伸率出現(xiàn)明顯波動(dòng)問題。因此，在進(jìn)行實(shí)際作業(yè)過程中一定要注意控制突然加速或者降速等情況的出現(xiàn)，若需該表設(shè)備運(yùn)行速度，則應(yīng)改為慢速升降，從而降低對延伸率水平的影響。

2.4 延伸率前饋控制中預(yù)設(shè)軋制力

在二級計(jì)算機(jī)，根據(jù)來料物理特性和板形，設(shè)定延伸率，并以此決定預(yù)設(shè)軋制力fref的大小[7]。在明確在不同軋制力作用下不同規(guī)格帶鋼的延伸率參數(shù)后，通過相應(yīng)計(jì)算獲得設(shè)定延伸率下的軋制力預(yù)設(shè)值。預(yù)設(shè)軋制力根據(jù)斜坡輸入的方式參與壓下軋制力的控制。

3 結(jié)語

為了能夠進(jìn)一步滿足企業(yè)生產(chǎn)需求，確保帶鋼平整度水平，提高其尺寸精度水平，相關(guān)企業(yè)還需針對冷軋平整機(jī)延伸率控制系統(tǒng)的有效應(yīng)用展開深入分析，加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐，對應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與完善，從而全面改善帶鋼生產(chǎn)質(zhì)量。