间接微张力控制理论浅谈

张飞飞+崔桂梅

【摘 要】线材轧制对于产品精度的要求非常高，而实际轧制过程中存在许多干扰因素影响产品精度的控制，比如：粗、中轧段钢坯尺寸波动大、加热温度不均、轧辊热膨胀和磨损、轧辊压下量调整等，都会影响机架之间线速度的匹配关系，造成机架间物料的异常堆拉，影响产品尺寸精度以及生产的连续性。微张力控制的引用可以极大的降低由于异常的物料堆拉对产品精度的影响，文章对微张力控制的理论计算过程进行了详细描述。

【关键词】精度；微张力；控制

微张力控制的目的是使粗、中轧机组各机架之间的轧件按微小的张力进行轧制。微张力控制是保证线材轧机顺利轧制和提高产品质量的必要手段。张力控制是一个复杂的过程，高速线材轧制一般采用“电流-速度”间接微张力控制法。它的基本思想是：张力的变化是由线材的秒流量差引起的，而调整轧机的速度就能改变秒流量，以达到控制张力的目的。其控制方法同轧机速度的级联调节方向有关，如果级联速度为逆调，则需控制各机架的前张力；如果级联速度为顺调，则需控制各机架的后张力，即：当钢坯咬入下一機架后，根据本机架同下游机架之间的堆拉关系来调整下机架的速度设定，使本机架与下机架之间的张力维持在设定值[1]。

线材生产线为了保证产品的尺寸精度，提高产品质量，进一步降低由于非正常的堆拉关系造成的产品外形尺寸的波动，在粗中轧区域1—11架轧机之间引入微张力控制，大大减少了堆钢和拉钢现象，保证了线材轧制的高速性和连续性。

1 微张力控制实现的理论基础

1.1 物料跟踪信号的产生

物料跟踪的准确度直接影响线材生产过程的稳定性，是线材生产实现连续轧制的控制基础。生产过程中必须准确跟踪每支钢坯的头尾位置，这样才能精确的实施头尾剪切、活套自动投入、现场事故堆钢判定、以及机架间微张力的自动调节。现场设置的热金属检测器、活套扫描器以及轧机传动装置的轧制负荷检测所产生的信号可以准确的触发和刷新跟踪状态，从而使钢坯速度对时间的积分能够准确体现钢坯行进轨迹。物料跟踪的功能体现在以下几个方面：

（1）实际正常生产过程中，当电机负载电流大于20%时，就会产生负一个负荷检测信号LOD，此信号便用来指示物料的头尾是进入轧机内部还是已经离开轧机。

（2）通过轧机的速度在时间上的积分来计算物料头尾距离轧机轧辊中心的距离，以此来完成跟踪位置判定。

（3）跟踪系统随着物料运行产生物料位置信号P、W1、W2、W3 等从而完成轧制过程控制。

W1、W2、W3：物料头部距离下游机架位置信号，用于轧制过程的顺序控制。

P：物料在辊缝中信号。

1.2 金属秒流量相等计算

轧机间金属秒流量相等是实现连续轧制的必要条件，也就是单位时间内通过各架轧机轧槽的物料体积是相等的，是一个常数。

根据上式可以看出，物料的截面积将直接影响金属秒流量的大小，而实际生产中，物料截面积应该由工艺参数决定，工艺参数（孔型道次、辊缝压下量、钢温）设定好以后，物料截面积是一个固定值。因此只能通过改变各个轧机的速度来实现金属秒流量相等。生产过程中各相邻机架的速度关系应当满足以下公式：

1.3 速度分配计算

保证连轧顺利进行，就要用主轧线成品机架为基准机架，其速度保持恒定，并设定为基准速度，利用金属秒流量相等的原理设定上游机架速度，自动按比例进行速度分配；轧制过程中两个机架间的活套闭环控制或微张力控制的调节量、手动干预调节量，由后向前按逆轧制方向对前一机架速度作同比例增减，为不影响其它机架的堆拉关系，实现级联控制就要保证两个机架间用于调节堆拉关系而产生的速度修正量。

1.4 微张力控制计算过程

实际生产过程中，轧制原料即钢坯的加热均匀程度、钢坯材质的通条性能以及钢坯形状的标准度和轧槽磨损情况等均是变量，在这些不确定因素干扰下物料截面值很难精确保证，要达到一个平衡关系，我们必须引入张力控制功能。其新的平衡关系如式（5）

要实现各相邻机架金属秒流量相等，我们通过调整机架间的张力就可以协调机架间的速度。由于现场设备环境影响无法采用一种设备对机架间的张力进行直接测量，所以相邻机架间的张力是通过测量对应电机的电磁转矩变化量来实现，因为在自动控制理论中，轧制转矩可用下式来表达[2]：

从上述公式可以发现一定条件下，机架间张力的变化量可以由电机输出转矩的变化值来表示（注：对于式（9）中机架n与n-1间的张力变化，所有参数是以机架N-1为研究对象）。

2 结束语

通过对微张力控制计算过程的分析，有助于我们更加准确的对轧制状态进行判断控制，对工艺参数的调整更有针对性，实践证明精准的微张力控制可以大大提高产品的质量和成材率，同时减少了堆卡钢次数，提高生产连续性。

【参考文献】

[1]乔万德，徐炜，冯世璋，等.高速线材轧制[M].北京：冶金工业出版社，1989.

[2]李世卿.自动控制系统[M].北京：冶金工业出版社，1990.

[责任编辑：朱丽娜]