熱軋卷取機張力控制系統(tǒng)

叢振華

（北京首鋼股份有限公司，河北 遷安 064404）

隨著制造工業(yè)的不斷發(fā)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(xiàn)的重要支撐設備。與傳統(tǒng)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(jīng)濟效益把控方面具有較為突出的應用優(yōu)勢。當前環(huán)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(yè)生產(chǎn)效益的提升具有重大影響。實踐過程中，張力系統(tǒng)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?；诖?，本文就其張力控制的過程進行優(yōu)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(xiàn)場熱軋設備、后續(xù)工藝設備和輔助設備三個層級[1]。在現(xiàn)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(xù)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(yè)要求較高的系統(tǒng)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(huán)節(jié)：

（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(chǎn)生的同時，避免帶鋼頭部跳動現(xiàn)象的發(fā)生。需要注意的是，該環(huán)節(jié)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(tài)時，為實現(xiàn)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(tài)。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(xiàn)速度控制的轉變，確保向前張力的穩(wěn)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(nèi)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(xiàn)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(tài)，在電機輸出樁距設定值調(diào)節(jié)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(xiàn)象的發(fā)生。

（4）帶鋼尾部離開軋機末機架。一旦帶鋼完成卷曲，且?guī)т撐膊恳衙撾x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(xù)擴大，并且芯軸張力控制模式會發(fā)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(chǎn)生一定的速度差，并確保了張力控制的穩(wěn)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(jù)。

（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(nèi)容。此時張力輥的控制模式發(fā)生變化，速度控制是其基本的控制形態(tài)，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(tài)；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(tǒng)優(yōu)化策略

當前環(huán)境下，人們對于熱軋工藝的應用提出了較高要求，要實現(xiàn)其軋制鋼件質(zhì)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(tǒng)的合理優(yōu)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(tǒng)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(jù)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(tǒng)改進過程中，張力控制系統(tǒng)的轉變存在以下形態(tài)：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(fā)生轉變，當期控制值達到DLE1時，單位張力就會和設定曲線發(fā)生耦合，并按照預設的趨勢進行減??；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(jīng)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(qū)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(wěn)定性得以有效控制。另外，當帶鋼尾部經(jīng)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(xiàn)了尾部卷材質(zhì)量的良好控制。

圖1 張力設定模型圖

（2）熱軋鋼卷錯層優(yōu)化。熱軋成形工藝應用過程中，整體錯層、外圈錯層和內(nèi)圈錯層時期鋼卷錯層的三種基本形態(tài)。這些錯層問題不僅影響熱軋工藝的規(guī)范應用，更對軋鋼質(zhì)量造成較大影響。在其錯層優(yōu)化過程中，卷取設備精度控制和卷曲設備功能優(yōu)化是其基本的兩種方式。具體優(yōu)化過程如下：卷取設備的精度控制包含以下內(nèi)容：其一，進行側導下導向輪注油孔方式優(yōu)化，確保卷曲機油路的通暢性；其二，檢查并優(yōu)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(xiàn)象的發(fā)生。其三，進行輥道表面與卷取側導下圓弧間隙的優(yōu)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(shù)量可實現(xiàn)有效控制，從而在避免墊片變形的幾次上，實現(xiàn)側導板的恒定。其四，優(yōu)化側導小車的定位銷，避免定位銷啃傷狀況發(fā)生。

卷曲設備功能優(yōu)化過程中，側導板“ 平移模式 ”開發(fā)時期功能優(yōu)化的基本內(nèi)容。具體而言，其應在側導板平移模式中增加自動定位系統(tǒng)，確保其平移把控的規(guī)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(fā)揮，在保證帶鋼加持質(zhì)量的同時，實現(xiàn)錯層現(xiàn)象的有效控制。最后，進行側導板傳輸功能的優(yōu)化，從而提高側導板壓靠帶鋼速度，實現(xiàn)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(yè)生產(chǎn)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(tǒng)優(yōu)化，才能確保卷取機張力控制的規(guī)范化，繼而在提升熱軋工藝應用水平的基礎上，促進現(xiàn)代制造工業(yè)的進一步發(fā)展。