冷軋卷取機張力控制研究

王艷斌 首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司

在帶材生產(chǎn)過程中，一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是卷取工藝，在整個冷軋生產(chǎn)工藝過程中直接對板形產(chǎn)生影響，有必要對其進行重點關(guān)注，板形質(zhì)量的提升以及鋼卷下線缺陷概率的有效降低直接受到卷取工藝參數(shù)合理性的影響。對于鋼卷卷取卸卷以及運輸、堆垛等過程中出現(xiàn)的整個帶卷塌陷的現(xiàn)象被稱之為扁卷或塌卷，發(fā)生扁卷或塌卷時，整個鋼卷逐漸由正圓向橢圓轉(zhuǎn)變，甚至出現(xiàn)鋼卷內(nèi)圈被壓扁的情形，導致鋼卷的垂直卷徑縮小而水平卷徑增大，增加了內(nèi)徑護圈安裝的難度，影響下游產(chǎn)線的正常上機，對產(chǎn)線的生產(chǎn)效率產(chǎn)生嚴重影響。

1 卷取機工藝介紹及控制要求

整個鋼卷的生產(chǎn)過程對卷取機張力的要求比較嚴格，需要采用轉(zhuǎn)矩補償?shù)姆绞酱_保張力的恒定。只有保持恒定的張力，才能對連退產(chǎn)品的板形質(zhì)量及尺寸精度提供有效保障，進而實現(xiàn)生產(chǎn)效率的不斷提升。對于連退生產(chǎn)線而言，其控制系統(tǒng)是復雜對變量的耦合系統(tǒng)，在生產(chǎn)過程中通過帶鋼張力實現(xiàn)設(shè)備之間的相互聯(lián)接，提高整個機組的整體性能。連退爐的溫度以及成品帶鋼的品質(zhì)都直接受到帶鋼張力控制精度的影響。出口輸送設(shè)備、自動打捆機、稱重裝置、出口步進梁、鋼卷小車、卷取機、出口飛箭、靜電涂油機、檢查臺、去毛刺機、圓盤剪以及出口活套等共同組成連續(xù)生產(chǎn)線的出口設(shè)備。帶鋼自檢查站輸出由靜電涂油機涂油再進入出口飛箭，并根據(jù)不同的工藝要求由出口飛箭實施廢料切割、試樣剪取以及分卷等流程，再通過穿帶裝置、轉(zhuǎn)向輥等套入特定卷取機，完成鋼卷的卷取。出口鋼卷小車根據(jù)卷取機上根據(jù)帶尾的位置進行提升以發(fā)揮對鋼卷的托住作用，卷取機芯隨著出口鋼卷小車的托住作用進行收縮。出口鋼卷小車托住并卸下鋼卷后將鋼卷送達運轉(zhuǎn)小車并由運轉(zhuǎn)小車向步進梁進行運轉(zhuǎn)。

2 卷取機系統(tǒng)的張力控制

2.1 軋制速度給定

在軋制過程中，主軋機的線速度VM對軋制線速度起到?jīng)Q定性作用，故主機轉(zhuǎn)速公式為：nM =60iVM/πDM

其中，減速比為i，支撐輥傳動直徑為 DM。卷取工作狀態(tài)中的卷取機的速度公式表示為：nW=60iVMVM(1+α)/πD

其中，帶卷直徑用D表示，超調(diào)量用a表示，其有效范圍通常在0.1-0.2之間，也就是說卷取機的線速度可高于前主軋機速度的10%-20%，以確保在卷取機張力確定后，速度調(diào)節(jié)器能夠在一定的飽和深度下對卷取機張力的穩(wěn)定性提供保障。當卷取機系統(tǒng)處于開卷狀態(tài)時，設(shè)定某固定卷取方向速度，以確保速度給定與反饋保持相同方向，進而提升速度調(diào)節(jié)器輸出的飽和度，一旦發(fā)生斷帶，開卷系統(tǒng)能通過制動力矩的作用實現(xiàn)快速停車，并保持低速反轉(zhuǎn)，提高帶材纏繞的密度。

2.2 卷徑測量及計算

對于可逆軋機而言，當軋制線速度一定時，帶卷卷徑對電流的張力及加速度動態(tài)補償起到直接的影響作用，張力系統(tǒng)控制的精度與卷徑計算的精確性密切相關(guān)。在軋機系統(tǒng)中，分別將脈沖編碼器安裝于卷取電機軸及導向輥上，排除打滑因素的影響，受卷筒與導向輥之間帶材張力的影響，當時間區(qū)間特定時，相同長度的帶材通過導向輥由卷筒進行卷取，故

其中，導向輥的直徑、轉(zhuǎn)速以及卷取機的轉(zhuǎn)速和減速比分別由Dde、nde、n、i進行表示。

2.3 張力控制的類型

根據(jù)控制程度的不同，張力控制可分為直接控制和間接控制，其中，直接張力控制以速度控制為準，而間接張力控制則以轉(zhuǎn)矩控制為準。根據(jù)提前設(shè)定的張力由張力控制器對需要的轉(zhuǎn)矩電流進行計算，并傳遞給傳動裝置，傳動裝置根據(jù)電機需要對電機電流進行控制，最終實現(xiàn)對帶鋼張力的控制。間接張力控制又被稱為開環(huán)控制，此時的張力給定和反饋不是必須的，而是給定系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩以及補償?shù)拇鷶?shù)。將給定的張力作為電流限幅值的標準。當基數(shù)給定時，一定的張力可以通過電樞電流與機組實際線速度的常數(shù)比值來實現(xiàn)。

間接張力控制主要用于生產(chǎn)線卷取機的張力控制，而且該控制系統(tǒng)又是由電流環(huán)和速度環(huán)組成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)產(chǎn)生張力時，一旦速度環(huán)處于飽和狀態(tài)，電流環(huán)就會自動主導整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)，此時，速度環(huán)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速在特定范圍內(nèi)無法對系統(tǒng)發(fā)揮影響作用，整個自動控制系統(tǒng)主要受到力矩限幅的控制。整個控制系統(tǒng)通過以下方案得以實現(xiàn)：在卷取機的整個生產(chǎn)過程中，張力產(chǎn)生時的速度環(huán)速度與附加速度給定值的總和要高于速度反饋值，進而提高了速度調(diào)節(jié)器的飽和速度，導致其輸出受到較大的限制，使得速度環(huán)的調(diào)節(jié)作用被削弱，電流環(huán)在整個系統(tǒng)的張力控制方面發(fā)揮主導作用，在張力給定的情況下通過慣量補償、機械補償?shù)茸饔?，實現(xiàn)對電流的閉環(huán)控制調(diào)節(jié)。

2.4 卷取機張力控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩補償算法

卷取機進行鋼材卷取受加速和減速的影響明顯，因此需要通過轉(zhuǎn)矩補償提高卷取狀態(tài)的穩(wěn)定性。隨著鋼材卷取量的不斷增大，卷取機的卷徑、質(zhì)量及負荷均呈不斷上升的趨勢，進而導致電機的輸出轉(zhuǎn)矩、線速度呈現(xiàn)加快加大的趨勢，因而對卷取機張力的穩(wěn)定性提出了更高要求。在卷取機工作的一系列過程中，轉(zhuǎn)動慣量會隨之產(chǎn)生，進而導致一定的動態(tài)轉(zhuǎn)矩，引發(fā)張力的不穩(wěn)定性。而如何有效控制張力的波動性，則需要對其補償值進行準確計算。

所謂慣性補償，就是適當補充卷取機的運行慣性，補償值受到帶鋼的厚度和寬度以及電子加減速度值的直接影響。運行中的卷取機因卷徑值的變化而對角速度產(chǎn)生影響，因此需要通過慣性補償?shù)姆绞絹肀Ｕ暇砣C張力的穩(wěn)定性，且該補償值隨著卷徑的增加而不斷增大。

結(jié)語：在整個鋼材生產(chǎn)的連退線上，卷取機的作用不可忽視，機組連續(xù)生產(chǎn)的穩(wěn)定性直接受到其工作質(zhì)量的影響。在鋼材生產(chǎn)線中，受卷取機張力影響而出現(xiàn)的帶鋼跑偏、鋼卷內(nèi)圈松動現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴重影響了產(chǎn)品質(zhì)量的提升。因此要求設(shè)備維護人員對按什么流程如何有效控制張力有一定的心得和技巧，確保機組運行效率穩(wěn)中有升。