浮動張力輥在連續(xù)光亮退火爐中的應用

欒久成?余敘斌?湯福朋

摘要：張力控制是提高產(chǎn)品合格率，改善產(chǎn)品質量的關鍵技術，而在連續(xù)光亮退火爐中，工藝段張力控制系統(tǒng)的主要任務就是要保持爐內張力的恒定，它就是整條生產(chǎn)線中的核心部分，本文在工藝段入口處增加一組浮動輥裝置，通過中間輥輪位置高度的變化即可判斷出張力的變化，然后再通過調節(jié)浮動輥入口帶鋼的傳動電機轉速，從而保證整個工藝段張力的恒定。

關鍵詞：張力控制;浮動輥;輥輪位置;傳動速度

前言

在高速連續(xù)帶材熱處理線上，對工藝段帶鋼張力控制要求非常嚴格。尤其是在0.1mm厚度以下的超薄料退火生產(chǎn)中，要求爐內帶鋼張力控制的非常穩(wěn)定，因為不銹鋼帶在退火爐內高溫1100攝氏度的條件下運行，帶材的塑性明顯增大，這導致了帶材的模向面積收縮，寬度會自動變窄。在實踐操作經(jīng)驗表明，在固定的張力條件下，帶材在爐內變窄值隨著爐溫的升高而增大，為了避免在高溫下帶材發(fā)生嚴重拉鋼變窄，甚至會產(chǎn)生斷帶，影響下一道生產(chǎn)工藝的執(zhí)行和帶材性能的嚴重改變（如硬度、抗拉強度）。應使帶材隨著工藝退火溫度的提高，而適當改變鋼帶的爐內張力，要達到這一目的，光靠爐子前后的S輥組的張力控制是不夠的，通常要求設置專門的機械裝置設備，對爐內工藝熱處理段張力進行自動控制和補償，浮動張力輥就是這樣一種滿足需求的專用機械裝置。

1連續(xù)光亮退火爐概述

連續(xù)光亮退火爐用于不同規(guī)格銅直管（棒）、鋼管、鋁管或盤園在控制氣氛下連續(xù)光亮退火。

特點：工件連續(xù)通過預熱、加熱、保溫、緩冷、冷卻，不受長度限制;傳動采用托輥式同步傳動，變頻調速，平穩(wěn)可靠;通保護氣氛和強力的熱氣氛循環(huán)，溫度均勻，內外表面十分光亮;冷卻區(qū)設計獨特，保證工件均勻冷卻;處理的產(chǎn)品內外表面光亮，產(chǎn)品質量高，生產(chǎn)率高。

加熱方式：電加熱或燃氣加熱。

生產(chǎn)線組成：前輥道料臺、前換氣室、前預熱區(qū)、加熱爐、緩冷區(qū)、冷卻區(qū)（含過渡區(qū)及強風冷區(qū)）、后換氣室（含水冷區(qū)）后輥道料系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、保護氣氛裝置。

2張力自動控制系統(tǒng)的分類

張力，即物體受到拉力作用時，存在于其內部而垂直作用于兩鄰部分接觸面上的相互牽引力。張力控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，直接關系到帶材產(chǎn)品的質量和力學性能，張力太大會導致帶材退火后發(fā)生飄曲，折痕，抽筋印以及蚯蚓紋，甚至會嚴重拉鋼變窄而斷帶，張力太小，會導致材料在工藝段出現(xiàn)跑偏，甚至在爐管壁兩側刮壞，使帶材產(chǎn)品出現(xiàn)改制現(xiàn)象，甚至報廢。因此在爐內工藝退火系統(tǒng)中，一定要保持爐內張力的恒定。

張力控制系統(tǒng)主要有直接張力控制和間接張力控制。

①直接張力控制是一種最有效的方法，其控制方法如下：將張力計測量出來的實際張力值反饋到控制器的輸入端，通過與張力設定值進行比較，得出的誤差，再通過控制器內部調節(jié)器對張力進行控制，它屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)，其也有不足之處，整個系統(tǒng)的精度取決于張力計的精度和響應速度，目前國產(chǎn)的壓電應變電阻式張力計精度僅為正負3%，動態(tài)響應為200ms。利用這種張力計，控制精度不可能高于正負3%，另外，該系統(tǒng)在此過程中可能會產(chǎn)生較大的偏差，需要經(jīng)常校準，易產(chǎn)生振蕩，尤其在生產(chǎn)線運行開始的時候，張力控制范圍明顯較大，嚴重時會將帶材拉斷。

②間接張力控制，只要得到張力驅動電機的電流，電壓及轉速等參數(shù)，就能算出張力力矩，然后進行反饋，選擇合理的控制參數(shù)，就能實現(xiàn)張力控制，這就不需要張力計，從而避免了系統(tǒng)精度受到張力計精度的制約情況，因此在本文系統(tǒng)中采用了間接張力控制方法，通過跳動輥位置高度變化，來判斷張力的實際變化情況，再根據(jù)合理的積分運算來控制工藝段入口的速度的補償，即可保持張力的恒定，從而避免張力計帶來的精度缺陷，最小張力可以控制在50N。

3跳動輥模型的建立

（1）對于跳動輥模型的建立，其設備模型見下圖1。

傳動輥中的無動力導向輥設備安裝調試前需要做動靜平衡，以確保在運行中對帶材張力的影響控制到最小，氣缸進出口分別由一個氣動比例閥控制，氣動比例閥控制氣缸兩腔的壓力，根據(jù)壓力推動平衡，可得知如下公式：

T=P2XA2+G+G1-P1XA1????????? （1）

式中：

P1 ——活塞腔壓力（MPa）

P2 —— 活塞桿腔壓力（MPa）

A1 —— 氣缸活塞腔面積（mm2）

A2 ———活塞桿腔面積（mm2）

G ———跳動輥軸承座重量

G1 ———跳動輥自身重量

由式（1）可知，只要精確的控制P1，P2的壓力，就可以控制帶材的張力。

（2）浮動位置的變化在自動控制中起到檢測張力變化的作用，同時它可以吸收和緩沖張力跳變對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。他的另一個作用是其自動補償功能。在生產(chǎn)線中由于某種原因停爐溫度變化使帶鋼長度變化較大，此時設備中張力輥處于靜止傳動狀態(tài)，無法參與張力控制，如果不進行補償，由于停爐在設定前的張力，只有加裝張力計F檢測停產(chǎn)后的張力變化，再來調節(jié)氣缸P1、P2的進氣比例閥，使浮動輥位置上浮，釋放帶鋼存量，不致使帶鋼拉力過大，延伸過長而斷帶，反之亦然，如果帶鋼由于溫度較高而延伸，浮動輥在氣缸控制下，向下運動，增加浮動輥的壓力，吸收爐內帶鋼伸長量，防止帶鋼過長在高溫環(huán)境下和馬氟管出現(xiàn)粘連現(xiàn)象。

結論

文中介紹了浮動輥模型和其控制原理及結構，在大型高速連續(xù)帶鋼處理線和超薄料高精帶的生產(chǎn)運用中，尤其是在連續(xù)噴氫光亮退火爐的熱處理工藝段中，它具有良好的控制能力和張力精度的把握，為穩(wěn)定爐內張力，提高生產(chǎn)速度，減少斷帶事故，提高了設備穩(wěn)定性，減少生產(chǎn)故障率做出了很大的貢獻，具有很好的節(jié)能效應，給生產(chǎn)企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。

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