冷軋開(kāi)卷機(jī)卷徑與帶鋼長(zhǎng)度計(jì)算

摘要：介紹安鋼1550酸軋生產(chǎn)線工藝流程。以酸軋生產(chǎn)線入口開(kāi)卷機(jī)為例闡述開(kāi)卷機(jī)帶鋼卷徑與帶鋼長(zhǎng)度計(jì)算。

Abstract： The technological process of anyang 1550 PL-TCM line is introduced. Taking payoff reel in the entry of production line as an example， the coil diameter and strip length calculation of payoff reel are discussed.

關(guān)鍵詞：開(kāi)卷機(jī);卷徑;帶鋼長(zhǎng)度

Key words： payoff reel;coil diameter;strip length

0 ?引言

安鋼1550冷軋生產(chǎn)線是安鋼第一條冷連軋生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)能力為年產(chǎn)120萬(wàn)t/a，其中冷軋產(chǎn)品70萬(wàn)t/a，熱鍍鋅產(chǎn)品30 萬(wàn)t/a，冷硬卷20萬(wàn)t/a。產(chǎn)品厚度：800～1430mm，產(chǎn)品厚度：0.25～2.0mm，產(chǎn)品品種：CQ、DQ、DDQ、HSS。開(kāi)卷機(jī)作為酸軋生產(chǎn)線、鍍鋅生產(chǎn)線、連退生產(chǎn)線和重卷生產(chǎn)線的入口重要設(shè)備，其作用將鋼卷頭部運(yùn)行到焊機(jī)處焊接完成并與張力輥間保持張力運(yùn)行。開(kāi)卷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)必須保證帶鋼張力平穩(wěn)，如果張力發(fā)生波動(dòng)：如張力過(guò)小，會(huì)造成鋼卷松卷、層間竄動(dòng)、帶鋼跑偏，損壞帶鋼和設(shè)備;如張力過(guò)大，就會(huì)把帶鋼拉斷或損壞設(shè)備。開(kāi)卷機(jī)卷徑是開(kāi)卷機(jī)張力控制的重要參數(shù);同時(shí)開(kāi)卷機(jī)卷徑計(jì)算可得到帶鋼剩余長(zhǎng)度，是帶尾在雙切剪和焊機(jī)處精準(zhǔn)定位的保證，直接影響到成材率與生產(chǎn)節(jié)奏，所以如何在高速軋制情況下來(lái)保證開(kāi)卷機(jī)卷徑計(jì)算尤為重要。本文以酸軋生產(chǎn)線入口開(kāi)卷機(jī)卷徑與帶鋼長(zhǎng)度計(jì)算為例來(lái)進(jìn)行闡述。

1 ?安鋼1550酸軋生產(chǎn)線簡(jiǎn)介

如圖1所示，酸軋生產(chǎn)線流程[1]為鋼卷由吊車(chē)放在入口步進(jìn)梁，步進(jìn)梁運(yùn)輸鋼卷到上卷固定鞍座，由上卷小車(chē)將鋼卷運(yùn)至開(kāi)卷機(jī)，開(kāi)卷后經(jīng)雙切剪剪掉頭部缺陷部分到焊機(jī)與上一卷尾部進(jìn)行焊接，進(jìn)入入口活套，運(yùn)行經(jīng)過(guò)拉矯機(jī)、酸洗槽去除表面氧化鐵皮，進(jìn)入出口活套、圓盤(pán)剪、碎邊剪切邊，進(jìn)入聯(lián)機(jī)活套，然后進(jìn)入五機(jī)架六輥軋機(jī)軋制后進(jìn)入出口卷取機(jī)，經(jīng)飛剪分卷后，到出口步進(jìn)梁進(jìn)行稱重、打捆，最后運(yùn)送到成品庫(kù)。

安鋼1550酸軋生產(chǎn)線機(jī)械設(shè)備由中冶南方和中國(guó)一重設(shè)計(jì)，電氣部分由TMEIC公司提供。其中自動(dòng)控制系統(tǒng)采用TMEIC公司的TM-drive傳動(dòng)系統(tǒng)、NV 3000的PU 86S系統(tǒng)，HMI采用Ifix人機(jī)界面。

2 ?開(kāi)卷機(jī)卷徑與帶鋼長(zhǎng)度計(jì)算

開(kāi)卷機(jī)卷徑常用的測(cè)量方式分為直接測(cè)量和間接計(jì)算測(cè)量。直接測(cè)量法在開(kāi)卷區(qū)域合適位置安裝超聲波測(cè)量?jī)x，超聲波測(cè)距原理是通過(guò)超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播時(shí)碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。由于測(cè)量?jī)x距離開(kāi)卷機(jī)芯軸距離固定，不斷減小的鋼卷直徑可由超聲波測(cè)量?jī)x直接得到，這種測(cè)量方式直觀準(zhǔn)確。間接測(cè)量方式是利用安裝在開(kāi)卷機(jī)電機(jī)上的增量型編碼器測(cè)得電機(jī)轉(zhuǎn)速與生產(chǎn)線線速度通過(guò)秒流量方程進(jìn)行計(jì)算，利用計(jì)算得到鋼卷直徑中間環(huán)節(jié)多，精度不及直接測(cè)量準(zhǔn)確但節(jié)省了項(xiàng)目投資和減少超聲波測(cè)量?jī)x的維護(hù)量。安鋼1550酸軋生產(chǎn)線入口開(kāi)卷機(jī)鋼卷直徑計(jì)算采用間接計(jì)算測(cè)量。在開(kāi)卷機(jī)不同的運(yùn)行階段，開(kāi)卷機(jī)卷徑與帶鋼長(zhǎng)度計(jì)算采用不同的方法。

2.1 開(kāi)卷機(jī)未開(kāi)卷時(shí)計(jì)算

為了實(shí)現(xiàn)冷連軋酸洗和軋制過(guò)程的連續(xù)性，入口采用兩臺(tái)開(kāi)卷機(jī)進(jìn)行開(kāi)卷如圖2所示。上卷小車(chē)從鞍座取卷進(jìn)行鋼卷直徑測(cè)量順控，通過(guò)上卷小車(chē)上升編碼器計(jì)算可得到鋼卷外徑值[2]并與PDI信息中的直徑值進(jìn)行比較選用合適直徑，通過(guò)外徑值計(jì)算來(lái)自動(dòng)調(diào)整小車(chē)上卷高度。小車(chē)上卷后芯軸漲徑到壓力開(kāi)關(guān)信#到由芯軸漲徑編碼器值可得到鋼卷內(nèi)徑值。

開(kāi)卷機(jī)上帶鋼未打開(kāi)，由熱軋卷取機(jī)將帶鋼繞芯軸緊密纏繞，正常鋼卷帶鋼厚度一致且各層間隙忽略不計(jì)。如圖2中從側(cè)面看，帶鋼在卷筒上形成一個(gè)圓環(huán)，圓環(huán)部分面積由帶鋼厚度疊加[3]。由測(cè)得的鋼卷內(nèi)徑與外徑值進(jìn)行計(jì)算得到未開(kāi)卷時(shí)鋼卷長(zhǎng)度與圈數(shù)：

其中L為帶鋼長(zhǎng)度，N為帶鋼圈數(shù)，D0為鋼卷外徑，d為鋼卷內(nèi)徑，T為帶鋼厚度。

2.2 開(kāi)卷機(jī)有張力時(shí)計(jì)算

開(kāi)卷機(jī)壓輥壓上鋼卷，擺動(dòng)框架對(duì)鋼卷進(jìn)行開(kāi)卷，帶頭通過(guò)頭部矯直機(jī)對(duì)頭部進(jìn)行矯直再運(yùn)行到雙切剪處按照設(shè)定值進(jìn)行頭部剪切，再通過(guò)轉(zhuǎn)向加送輥運(yùn)行至激光焊機(jī)處與上卷尾部進(jìn)行焊接。鋼卷焊接完成后，開(kāi)卷機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)向入口活套沖套。L2系統(tǒng)根據(jù)帶鋼強(qiáng)度、厚度及寬度下發(fā)入口開(kāi)卷機(jī)與1、2#張力輥組間張力。在勻速和加減速過(guò)程中都應(yīng)保持張力穩(wěn)定，1、2#張力輥組間提供前張力，開(kāi)卷機(jī)電機(jī)與防皺輥提供后張力。期間帶鋼張力穩(wěn)定無(wú)松卷且?guī)т摕o(wú)厚度及寬度變形量，相同時(shí)間內(nèi)開(kāi)卷機(jī)上運(yùn)行帶鋼長(zhǎng)度等于張力輥上帶鋼長(zhǎng)度。根據(jù)帶鋼秒流量方程，利用開(kāi)卷機(jī)增量型編碼器測(cè)得的電機(jī)轉(zhuǎn)速和入口段線速度可得到開(kāi)卷機(jī)實(shí)時(shí)卷徑Dact：

其中V為入口段線速度，由于張力輥輥徑為恒定值，控制系統(tǒng)采用1#張力輥2#輥線速度為入口段基準(zhǔn)線速度;i為開(kāi)卷機(jī)減速箱減速比;n為開(kāi)卷機(jī)轉(zhuǎn)速。

但是在運(yùn)行過(guò)程中存在誤差：①帶鋼在開(kāi)卷機(jī)上抖動(dòng)或松動(dòng)造成編碼器測(cè)量誤差;②帶鋼在張力輥上滑動(dòng)造成線速度誤差。這些誤差導(dǎo)致計(jì)算得到的鋼卷直徑值變化不規(guī)則，會(huì)出現(xiàn)計(jì)算直徑值比上一次計(jì)算值還大。直徑計(jì)算值不穩(wěn)定導(dǎo)致張力不斷變化波動(dòng)，不利用張力和速度穩(wěn)定控制。

為改變鋼卷直徑值不規(guī)則變化，系統(tǒng)對(duì)計(jì)算值Dact進(jìn)行線性化處理。系統(tǒng)記錄下最后五個(gè)采樣周期（一個(gè)采樣周期為20ms）計(jì)算的實(shí)時(shí)卷徑并求平均數(shù)Dave。最新測(cè)量的鋼卷直徑D與Dave比較，如果D小于Dave，做正常求平均數(shù)計(jì)算處理得到新的平均值Dave;如果D大于或等于Dave，采用最后一次記錄值進(jìn)行替代最新測(cè)量值來(lái)進(jìn)行平均數(shù)計(jì)算。張力和速度調(diào)節(jié)采用鋼卷直徑計(jì)算程序塊輸出的平均數(shù)Dave來(lái)作為鋼卷直徑參數(shù)為來(lái)進(jìn)行控制。

同樣可以按照?qǐng)D2來(lái)利用平均值Dave計(jì)算帶鋼剩余長(zhǎng)度Lact為：

開(kāi)卷機(jī)高速?zèng)_套帶鋼不斷減少，為保證甩尾順控執(zhí)行和帶尾定位，系統(tǒng)設(shè)定開(kāi)卷機(jī)上剩余帶鋼30米時(shí)入口段速度降為60m/min，可根據(jù)加速度公式得入口段需要降速時(shí)帶鋼長(zhǎng)度Lslow為：

其中V為入口段線速度，a為入口段加速度。

2.3 開(kāi)卷機(jī)甩尾時(shí)計(jì)算

鋼卷還剩最后13m時(shí)，開(kāi)卷機(jī)根據(jù)操作人員設(shè)定的帶尾剪切值來(lái)執(zhí)行甩尾順控，此時(shí)開(kāi)卷機(jī)與張力輥上無(wú)張力無(wú)法采用有張力時(shí)公式計(jì)算。為保證帶尾定位剪切和焊機(jī)處精準(zhǔn)定位，采用1#張力輥2#輥線速度進(jìn)行帶鋼剩余長(zhǎng)度計(jì)算。入口段各設(shè)備間距離為固定值，所以在執(zhí)行帶尾在雙切剪處定位使用頭尾矯直機(jī)夾送輥前光電開(kāi)關(guān)信#和雙切剪夾送輥前光電開(kāi)關(guān)信#對(duì)帶尾長(zhǎng)度進(jìn)行修正;在焊機(jī)處定位使用雙切剪夾送輥后光電開(kāi)關(guān)信#、轉(zhuǎn)向夾送輥后光電開(kāi)關(guān)信#和焊機(jī)處光電開(kāi)關(guān)信#對(duì)帶尾長(zhǎng)度進(jìn)行修正。

3 ?結(jié)語(yǔ)

安鋼1550酸軋生產(chǎn)線自2014年生產(chǎn)至今，入口開(kāi)卷機(jī)卷徑與帶鋼長(zhǎng)度計(jì)算在生產(chǎn)中應(yīng)用良好，運(yùn)行過(guò)程中，從傳動(dòng)柜看開(kāi)卷機(jī)電流曲線無(wú)大的波動(dòng)，證明張力保持穩(wěn)定;帶尾定位剪切和焊機(jī)處定位準(zhǔn)確率高，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度加快生產(chǎn)節(jié)奏，為5分鐘生產(chǎn)一卷帶鋼和96.9%的成材率提供保證。酸軋入口開(kāi)卷機(jī)卷徑與帶鋼長(zhǎng)度計(jì)算方法與公式同樣適用于鋼鐵行業(yè)中的連退生產(chǎn)線開(kāi)卷機(jī)、鍍鋅生產(chǎn)線開(kāi)卷機(jī)、有色金屬中的銅帶、鋁帶生產(chǎn)線開(kāi)卷機(jī)，具有重要的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉玠，孫一康，童朝南，等.冷軋生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[3]葉剛橋，宋軍.冷軋生產(chǎn)線開(kāi)卷取機(jī)卷徑計(jì)算的方法研究[J].武鋼技術(shù)，2011（01）：47-49.

作者簡(jiǎn)介：劉慶（1981-），男，河南淮陽(yáng)人，中級(jí)工程師，研究生學(xué)歷，研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化。