熱連軋卷取成卷原理分析及研發(fā)應(yīng)用

閆豐梅

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

太鋼熱連軋2 250 mm 主軋線采用日本TEMIC V3000 系列控制系統(tǒng)，通過TC-NET、Device-NET 及Tosline-s20 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將各個(gè)控制器之間以及控制器與HMI、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、傳動(dòng)設(shè)備之間有機(jī)地連接成先進(jìn)、穩(wěn)定的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]。主軋線分為爐區(qū)、粗軋區(qū)、精軋區(qū)、卷取區(qū)，本文著重介紹卷取的成卷原理，并對(duì)造成頭部壓痕的原因進(jìn)行分析并進(jìn)行相應(yīng)處理。

1 卷取設(shè)備及帶鋼頭部壓痕控制因素分析

卷取區(qū)的主要設(shè)備包括輸出輥道、層流冷卻、側(cè)導(dǎo)、卷取機(jī)等。

1.1 機(jī)械設(shè)備因素

帶鋼頭部在卷取機(jī)內(nèi)的彎曲變形不夠，使帶鋼頭部端面與下表面接觸時(shí)為線接觸，而非面接觸，帶鋼頭部端面直接沖擊帶鋼第一圈下表面，產(chǎn)生壓痕缺陷。而導(dǎo)致帶鋼頭部在卷取機(jī)內(nèi)的彎曲變形不夠的因素包括助卷輥與裙導(dǎo)板之間間隙大小設(shè)計(jì)、裙導(dǎo)板選用的材質(zhì)、裙導(dǎo)板的磨損程度等。

1.2 控制精度因素

當(dāng)帶鋼頭部端面與帶鋼下表面接觸時(shí)，由于卷取機(jī)助卷輥在接觸前沒有及時(shí)跳開，導(dǎo)致帶鋼頭部端面與帶鋼下表面產(chǎn)生很大的沖擊力，沖擊力值越大，壓痕的深度越深。因此，機(jī)械設(shè)備是帶鋼頭部壓痕產(chǎn)生的根本原因，而控制功能精度可以降低壓痕缺陷的深度。

2 帶鋼頭部壓痕的解決方案

通過細(xì)致分析和深入研究機(jī)械設(shè)備和其控制功能原理，提出了從機(jī)械設(shè)備和控制功能精度兩方面解決帶鋼頭部壓痕的方案。

2.1 機(jī)械設(shè)備改進(jìn)

比對(duì)國內(nèi)外不同機(jī)械設(shè)備供應(yīng)商和設(shè)計(jì)單位對(duì)卷取機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)，結(jié)合生產(chǎn)廠實(shí)際生產(chǎn)過程中帶鋼在卷取機(jī)內(nèi)的彎曲變形程度，對(duì)機(jī)械設(shè)備提出了如下改進(jìn)方案：

1）改變卷取機(jī)助卷輥裙導(dǎo)板設(shè)計(jì)，降低助卷輥與裙導(dǎo)板之間的間隙，從而提高帶鋼在卷取機(jī)內(nèi)的彎曲變形程度；

2）改造卷取機(jī)助卷輥裙導(dǎo)板的制造材質(zhì)，降低裙導(dǎo)板的耐磨程度，延長使用壽命；

3）縮短卷取機(jī)助卷輥裙導(dǎo)板的更換周期，保障設(shè)備功能精度，避免壓痕缺陷產(chǎn)生。

2.2 控制精度改進(jìn)

2.2.1 提高卷取機(jī)自動(dòng)踏步控制（AJC）的控制精度

卷取機(jī)自動(dòng)踏步控制（AJC）是為了解決降低鋼卷頭部壓痕深度而開發(fā)的功能，即當(dāng)帶鋼頭部在到達(dá)卷取機(jī)助卷輥前，助卷輥及時(shí)跳開，從而降低帶鋼頭部與帶鋼下表面接觸產(chǎn)生的沖擊力，減輕壓痕的深度。

自動(dòng)踏步控制（AJC）的基本原理（見圖1）：控制系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤計(jì)算帶鋼頭部位置，當(dāng)帶鋼頭部轉(zhuǎn)到距離任一助卷輥一定位置時(shí)，該助卷輥迅速抬起（位置控制），而當(dāng)帶鋼頭部通過助卷輥后，該助卷輥則迅速按設(shè)定壓力回靠，以壓緊卷筒上的帶鋼（壓力控制）。該過程一直持續(xù)到卷取若干圈后，全部助卷輥打開為止。精度高的自動(dòng)踏步控制應(yīng)在保證帶鋼頭部端面不與助卷輥相撞的前提下，盡可能縮小助卷輥和帶鋼脫離的時(shí)間，使卷形不受影響，從而減少壓痕缺陷程度。

圖1 卷取機(jī)助卷輥?zhàn)詣?dòng)踏步控制（AJC）過程簡圖

控制系統(tǒng)對(duì)帶鋼頭部跟蹤距離計(jì)算的精度直接關(guān)系到帶鋼頭部在到達(dá)助卷輥前助卷輥是否可及時(shí)跳開。因此，在夾送輥前面設(shè)置1 個(gè)金屬熱檢裝置和1 個(gè)金屬冷檢裝置，金屬冷檢裝置位于金屬熱檢裝置的前面，同時(shí)接通金屬冷檢裝置和金屬熱檢裝置，啟動(dòng)帶鋼的跟蹤控制，根據(jù)帶鋼速度計(jì)算出帶鋼頭部到達(dá)夾送輥以及助卷輥的時(shí)間，從而精確帶鋼頭部跟蹤位置。當(dāng)帶鋼頭部到達(dá)第一個(gè)助卷輥后，助卷輥的負(fù)荷接通，帶鋼進(jìn)行頭部跟蹤修正，然后到達(dá)第二個(gè)、第三個(gè)助卷輥時(shí)都要進(jìn)行修正。當(dāng)帶鋼頭部纏繞卷筒第二圈且再次到達(dá)三個(gè)助卷輥時(shí)則不再進(jìn)行修正。頭部跟蹤距離計(jì)算公式如下：

式中：S 為頭部跟蹤距離，mm；v 為帶鋼速度；t 為運(yùn)行時(shí)間；Sx為距離修正值。

當(dāng)Q235B 鋼的厚度為15～16 mm，Sx=30 mm；當(dāng)Q235B 鋼的厚度為16～19 mm，Sx=37 mm；當(dāng)Q235B鋼的厚度為19～22 mm，Sx=40 mm；當(dāng)Q245R 鋼的厚度為15～16 mm，Sx=35 mm；當(dāng)Q245R 鋼的厚度為16～19 mm，Sx=41 mm；當(dāng)Q245R 鋼的厚度為19～22 mm，Sx=43 mm。

與之前直接靠檢測(cè)器計(jì)算相比，投入檢測(cè)器計(jì)算與帶鋼頭部位置跟蹤修正的智能模糊控制思想，完善了控制系統(tǒng)中跟蹤距離計(jì)算的控制思想，避免了由于檢測(cè)器受外部環(huán)境異常干擾導(dǎo)致精度降低而造成的助卷輥踏步控制精度差的問題。

2.2.2 開發(fā)AJC 助卷輥跳開值自動(dòng)識(shí)別功能

自動(dòng)踏步控制（AJC）功能可以根據(jù)鋼種、規(guī)格來識(shí)別帶鋼速度、卷取張力力矩等工藝參數(shù)[2]，并可自動(dòng)修正自動(dòng)踏步控制（AJC）調(diào)節(jié)參數(shù)，達(dá)到精確控制助卷輥跳開值，降低頭部壓痕缺陷程度的目的。

控制系統(tǒng)具體執(zhí)行方法：根據(jù)不同鋼種的硬度組別確定助卷輥跳開值以及助卷輥壓力。不同鋼種由于硬度不同，助卷輥與帶鋼接觸受壓后，產(chǎn)生壓痕的深度不同。通過區(qū)分鋼種硬度、助卷輥的跳開值以及助卷輥壓力采用最優(yōu)值，最大限度地消除頭部壓痕的產(chǎn)生。

在二級(jí)計(jì)算機(jī)中根據(jù)板坯的化學(xué)成分確定不同的鋼種，根據(jù)不同的鋼種確定不同的硬度組別，在卷取機(jī)建立跟蹤前，二級(jí)計(jì)算機(jī)將硬度組別代碼以及厚度代碼發(fā)給一級(jí)計(jì)算機(jī)。一級(jí)計(jì)算機(jī)根據(jù)不同的硬度和厚度規(guī)格自動(dòng)調(diào)節(jié)助卷輥的跳開值以及助卷輥的壓力值（見表1）。

表1 厚規(guī)格帶鋼助卷輥?zhàn)詣?dòng)踏步控制（AJC）跳開值

2.2.3 改變帶鋼頭部層流冷卻方式

根據(jù)不同的鋼種、規(guī)格，分別采取不同的帶鋼頭部層流冷卻方式，厚規(guī)格鋼種由原來設(shè)定的頭部冷卻調(diào)整為頭部弱冷方式或者頭部不冷方式，并且保證層流冷卻頭部溫度控制精度，目的是使帶鋼頭部易產(chǎn)生壓痕的品種規(guī)格能夠提高帶鋼頭部溫度，降低頭部變形抗力，使帶鋼頭部到達(dá)卷取機(jī)助卷輥裙導(dǎo)板（apron plate）與卷筒之間形成的弧形通道時(shí)，在卷取機(jī)內(nèi)更容易彎曲成卷，減小帶鋼頭部端面對(duì)鋼卷第一圈下表面的沖擊，避免產(chǎn)生帶鋼頭部壓痕。

3 結(jié)論

1）通過對(duì)帶鋼頭部壓痕產(chǎn)生的原因進(jìn)行認(rèn)真分析和仔細(xì)研究，得出帶鋼頭部壓痕產(chǎn)生的影響因素是機(jī)械設(shè)備，而控制功能精度可以降低壓痕缺陷的程度，并提出了有效可執(zhí)行的解決方案。

2）改進(jìn)熱軋帶鋼卷取助卷輥控制技術(shù)，在一級(jí)計(jì)算機(jī)中進(jìn)行頭部跟蹤計(jì)算，帶鋼頭部到達(dá)夾送輥時(shí)進(jìn)行第一次負(fù)荷修正，到達(dá)助卷輥時(shí)進(jìn)行第二次負(fù)荷修正；在二級(jí)計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分鋼種規(guī)格設(shè)定，在卷取機(jī)建立跟蹤前，二級(jí)計(jì)算機(jī)將硬度組別代碼以及厚度代碼發(fā)給一級(jí)計(jì)算機(jī)；一級(jí)計(jì)算機(jī)根據(jù)不同的硬度和厚度自動(dòng)調(diào)節(jié)助卷輥的跳開值并進(jìn)行助卷輥壓力的給定控制。

3）方案實(shí)施后，壓痕的深度明顯減輕，個(gè)別鋼種規(guī)格的壓痕基本消除，滿足了用戶的需求，得到用戶的好評(píng)，同時(shí)也標(biāo)志著本廠卷取機(jī)帶鋼頭部壓痕的控制水平已處于國際領(lǐng)先水平。