太钢热连轧特殊钢卷取的变张力控制
2012-05-30作者：张世厚 尹晓雷 王津平
［太原钢铁（集团）公司热连轧厂］
摘 要：热连轧卷取机的张力控制是带钢卷取控制的核心，如何提高带钢卷形合格率一直是热连轧工序研究的课题。本文结合实际，介绍了热连轧特殊钢卷取变张力控制的思想，在保证卷取带钢张力控制的前提下，实现了头部变张力控制。生产实际表明，在采用该控制模型后，卷形合格率由90.52％提高到98.2％，并改善了冷轧不锈钢的头部板形。
关键词：热连轧；卷取；变张力控制
太原钢铁(集团)公司热连轧机是从日本日新制钢株式会社吴制铁所购买的带钢热连轧二手设备，于1994年8月8日投产。根据市场对产品质量要求的进一步提高，于2002年9月对机械及三电系统进行了全面改造。改造后，随着生产节奏的加快、轧制品种的增多，在不锈钢、硅钢等特殊钢种的轧制中逐步暴露出一些问题和缺陷，尤其是供冷轧镍系不锈钢带钢头部浪形较为严重；成品卷薄料内圈松、头部塔形、双折、下塔；不锈钢头部超宽造成卷取堆钢；硬质带钢及厚料头部容易打滑、堆钢；软质带钢头部拉窄等，导致卷形合格率只有90.52％，且镍系不锈钢头部板形浪高大于50mm。由于自动化系统采用的是德国西门子TDC工业控制器，国内外采用TDC的成熟经验可以借鉴的不多；而且太钢是以特殊钢为主的企业，涉及不锈钢、硅钢等品种钢(国内外热轧厂一条线同时轧制这么多特殊钢种的仅太钢一家)；另外国内外热轧卷取机控制全部是采用恒张力控制，而由于我公司轧制品种多、带钢性能差别大，恒张力控制导致了如管线钢等这类硬质大的钢种头部极易打滑、软质带钢头部拉窄并且也无助于冷轧不锈钢头部板形改善等。因此，为了从根本上解决带钢头部的板形和卷形问题，我们开发了特殊钢卷取变张力控制模型。
1 卷取张力控制理论分析
卷取控制方法非常重要，而控制方法的优化则要从卷取产生的压力基本状态分析着手。卷取压力分布是沿带卷宽度方向和带卷半径方向，即切向压力和径向压力。钢卷内圈切向压力Z大，主要是被整个带卷在连续箝紧过程中压紧产生的，它与前几圈的纵向弯曲有关；至于塔形，它与带卷没有箝紧从而导致各圈之间产生滑移有直接关系，为避免各圈之间的滑移，应确保带卷有足够的径向压力。径向压力和切向压力的压力水平，随张力变化而变化，通过张力给定值可调整钢卷内压力水平，以避免心形和塔形的产生。
精轧抛钢前，带钢张力建立在精轧机和卷筒之间，精轧抛钢后，带钢张力建立在夹送辊和卷筒之间。卷取过程可看作每圈带钢将一厚管箝紧，每圈新带钢类似一个薄管，该薄管对带钢表面施加了压力。理论分析表明，径向压力与带钢的张力成正比，因此带钢张力的大小对卷筒的压力状态极为重要。
2 变张力控制思想
变张力控制采用了带钢头部张力优化控制软件。总体思想是：，根据卷取机能力设定头部咬钢张力设定值，在带钢进入卷取机前由二级计算机根据钢种设定卷取机张力启动值，在带钢负荷继电器接通时由一级计算机投入张力控制，然后依据已确定的积分曲线迅速提高张力设定值，使张力在极短的时间达到设定值。这样可以保证头部缠紧，避免带钢头部进入卷取机产生大电流冲击、影响精轧控制和板形质量，以保护卷取机机电设备。第二，依据钢种设置卷筒全涨时间，使卷筒全涨根据钢种、卷取速度进行自适应，既不能因为全涨太早，造成钢卷内径不足、卸卷困难、头部打滑；又不能因为全涨太晚，造成钢卷内圈松。因此增设了助卷辊头部压力调整模型，使助卷辊按照带钢厚度自动调整头部压力，解决了硬质厚料头部打滑难题；增设减张积分器，用于计算平滑减张；增设带钢减张力启动标志，在卷取机咬钢后，通过程序计算设置开始减张力标志，变张力值由过程自动化级下送。针对奥氏体不锈钢，在过程控制模型中，有卷取机张力设定值Z大限制，避免张力设定值过大，使卷取机过电流掉电出现废钢。
3 变张力模型
由二级计算机完成下送区分钢种的标志和张力设定值，只要在相应的文本输入框中输入Z大张力值，模型即可执行卷取机Z大张力限定功能；同时在相应的文本输入框中输入相应的变张力值，模型即可进行相应的变张力控制，表格模型主要内容如表1所示。
基于表1，由一级计算机完成1号卷取机带钢头部咬钢张力控制功能，其实现卷取变张力控制程序的主要算法如下。
式中，T n为采样时刻n的变张力值；Tn-1为采样时刻n-1的变张力值；Xn为变张力控制开始时的固定取值；TA为采样周期； T1为扫描时间。
4 实施效果
经过以上改进，1号卷取机卷取能力得到极大提高。通过变张力控制标志及补偿值的下送，实现了卷取过程的变张力控制，成功改善了带钢开卷过程中的浪形及薄料头部不良、硬质厚料头部打滑等，不锈钢头部超宽导致卷取堆钢及软带钢头部拉窄的技术难题也得到彻底解决，卷形合格率由90,52％提高到98,2％，供冷轧镍系不锈钢头部板形合格率大幅提高，浪高基本上小于25mm，满足了冷轧要求。
来源：《冶金自动化》