1500 mm冷軋平整機延伸率控制技術

朱昌奇

冷軋帶鋼的平整工序從本質上講是一種小壓下率的二次冷軋，由于壓下量只有微米級的變化，用測厚儀很難測出平整機入出口的帶鋼厚度偏差。因此采用與壓下量成正比的帶鋼長度方向上的變化，即延伸率來表示帶鋼的變形程度，是平整有別于普通軋制的地方。它是以較小變形量（0．5%～5%）對退火后的冷軋帶鋼進行軋制，以消除帶鋼屈服平臺，獲得良好板形及所要求的表面質量。延伸率是平整機軋制中控制帶鋼力學性能方面最重要的指標，其數值是根據鋼種組織結構特性和最終用途按要求給定的，其大小和均勻程度直接影響帶鋼的平整質量和深加工性能。因此，延伸率控制是平整軋制中至關重要的問題。

1 裝機水平及軋制過程

1.1 機組裝機水平

（1）開卷機采用CPC自動對中系統；

（2）平整機下工作輥單獨傳動；

（3）機組可采用干平整、濕平整；

（4）平整機采用工作輥正/負彎輥控制；

（5）斜楔軋線標高自動調零；

（6）采用間接張力控制、直接張力控制；

（7）機組采用分段張力控制；

（8）機組采用交流傳動，數字式調速系統；

（9） 液壓輥縫控制（HGC）、自動延伸率控制（AEC）。

1.2 軋制過程

（1）上卷小車托起鋼卷運送至受卷臺或開卷機卷筒上，在運送過程中測量鋼卷外徑和卷寬，之后上卷小車托頭下降返回。

（2）開卷機向入口張緊輥送料，開頭刮板裝置中的刮板負責將帶材掀起，當帶材頭部到達下張緊輥時，壓輥擺起壓緊帶材，繼續送料至上、下張緊輥之間，下張緊輥升起壓緊帶材，當送到上張緊輥頂部時，上壓輥擺下壓緊帶材。帶材頭部咬入入口張緊輥后，用手動對中系統使帶材對中。之后，帶材經過入口導向臺以喂料速度進入平整機。當帶材頭部到達出口上張緊輥處時，上壓輥擺下壓緊帶材，至上、下張緊輥之間時，下張緊輥升起壓緊帶材，送至下張緊輥底部時，下壓輥擺起壓緊帶材。之后，開卷機、入口、出口的張緊輥、平整機同步送料，帶材經出口導向臺喂入由皮帶助卷器包裹的卷取機卷筒處，待卷取機將帶材在卷筒上繞3～4圈后，機組停止送料，皮帶助卷器松開退回原位，抱緊輥抬起。開卷機的壓緊輥、入出口張緊輥的上、下壓輥擺開，入、出口下張緊輥下降，開頭刮板、入口導向臺、出口導向臺均落回下限，防皺輥、防跳輥上升至工作位置，自動對中、AEC、HGC、彎輥及乳化液噴射等系統投入工作，開卷機、入、出口的張緊輥、平整機、卷取機聯合控制軋制帶頭。當帶鋼厚度大于1.5 mm時，不經入、出口張緊輥，使帶鋼沿導板在入、出口上張緊輥處通過（上張緊輥僅作轉向輥），此時開卷刀和帶尾剪切機均上升至上限即開卷和剪切的合適位置。

（3）在機組建立張力并加速到所要求的平整速度后，開始進行穩定軋制。

1.3 液壓輥縫控制

HGC液壓輥縫控制的檢測元件和執行元件由2個伺服閥、1個比例減壓閥、2個液壓鎖控制用換向閥、2個快泄用換向閥、2套磁尺、3個壓力傳感器組成（見圖1）。

系統采用磁尺進行液壓缸位置檢測，用壓力傳感器檢測油路壓力。2個伺服閥用于壓力控制和位置控制，該平整機組采用的D661系列伺服閥具有較高動態響應特性，系統先進可靠；比例減壓閥用于傳動側和操作側的HGC液壓缸有桿腔壓力控制；鎖控用換向閥用于液控單向閥的開閉，能有效切斷或打開油路；快泄換向閥用于HGC液壓缸活塞桿快速縮回。

在電氣控制上設有輥縫調節器、軋制力調節器、同步調節器、軋制力差調節器等4個比例積分（PI）調節器。平整時，軋制力調節器和位置差調節器投入工作，以保證穩定的軋制力控制和輥縫的水平。4個調節器協調工作，相互之間平滑切換，構成穩定可靠的液壓輥縫控制系統。

2 延伸率控制

2.1 定義及測量方法

可以通過入、出口長度來定義帶鋼延伸率

圖1 HGC流體原理圖

式中，Lin—軋機入口側長度（m）；Lout—軋機出口側長度（m）。

也可以通過入、出口速度來定義延伸率

式中，Vin—軋機入口側速度（m/s）；Vout—軋機出口側速度（m/s）。

軋機入、出口長度、速度等均可以通過安裝在入、出口S輥上輥的編碼器測得，也可以通過安裝在入、出口的激光測速儀測得。兩種方法各有優缺點（見表1）。

由于激光測速儀是把固體物體的表面速度轉換成電子頻率信號，而該頻率和物體運動速度成正比，采用激光多普勒技術和相干技術，利用光線的干涉條紋形成柵格成像，再用激光多普勒傳感器采集變化，形成脈沖信號輸出。通過對比在振動環境下激光測速儀和編碼器所測延伸率可以看出，激光測速儀對振動非常敏感（見圖2）。所以在使用激光測速儀時應充分考慮安裝方式。

表1 測量方法比較

2.2 延伸率平滑切換

在實際工作中，通過入、出口S輥編碼器和激光測速儀測得的延伸率并不相等。在編碼器與激光測速儀均正常工作的前提下，由于S輥與帶鋼之間存在前滑，所以S輥測得的延伸率要略大于實際延伸率。而激光測速儀由于精度高，其測量結果更接近于實際。但激光測速儀會出現信號異常、有效信號丟失等情況，此時，應將控制系統所用的延伸率切換至S輥編碼器所測值。為避免因延伸率突變造成軋制力、張力突變，延伸率切換效果應平滑。

2.3 延伸率控制策略

當帶鋼穿帶時，輥縫打開后以最小軋制力壓緊帶鋼，建張起車，延伸率閉環投入。根據測得的平整機入、出口帶鋼長度，計算出實際延伸率，將該值送到延伸率調節系統中與設定值相比較，得出延伸率偏差，再經延伸率調節控制回路計算后得到軋制力和張力的修正量并送到HGC系統和傳動系統，使得帶鋼實際延伸率向設定值逐漸逼近，最終達到目標值。

帶鋼延伸率的影響因素有軋制力、張力、帶鋼厚度、帶鋼材料抗拉伸強度、軋輥輥徑等。其中軋制力和張力是控制系統中最重要的調節參數。所以在控制中有軋制力調節模式、張力調節模式、軋制力與張力同時調節模式等。帶鋼截面積越大，對軋制力越敏感；而帶鋼截面積越小，對張力越敏感。一般來說，調節軋制力是延伸率控制的最重要手段，只有在平整薄帶（小于0.6 mm） 時，軋制力的影響較小，張力調節延伸率最有效。當延伸率大于設定值時，應減小軋制力和張力；而當延伸率小于設定值時，增加軋制力和張力。通常說來，在帶鋼厚度在0.6 mm以上時，只調整軋制力，帶鋼厚度在0.6 mm以下時，既調整軋制力又調整張力。

圖2 激光測速儀與編碼器測得的延伸率比較圖（激光測速儀不當安裝時）

為避免由于延伸率測量系統出錯，或者其他設備異常原因引起延伸率測量系統反饋的延伸率偏差值出錯，導致控制系統無限制的調節張力或軋制力的設定值情況出現。對張力或軋制力的調節量必須設置一個限幅值，以避免由于延伸率調節失控而影響產品的質量，甚至造成重大的設備事故。

另外，在實際調試過程中，加、減速對于軋制力的影響也應該引起足夠的重視，對升降速段的軋制力進行補償控制是非常有必要的（見圖3）。實踐證明，對不同速度下的軋制力補償能夠有效提高加、減速段延伸率的控制精度。

圖3 軋制速度與軋制力基準值擬合曲線圖

3 結語

該平整機組自投入試生產以來，設備運行穩定可靠，各項技術指標均達到合同要求，并在2011年4月通過驗收。該平整機組在帶材機械性能和延伸率控制、板形改善及帶材表面質量的提高等方面都取得了良好的效果。

[1]陳萍，李東亭；2030 mm冷軋平整機延伸率控制系統的研究；寶鋼技術.

[2]宋祖峰，陳利；冷軋平整機的延伸率控制策略；軋鋼.