冷軋開卷機卷徑與帶鋼長度計算

摘要：介紹安鋼1550酸軋生產線工藝流程。以酸軋生產線入口開卷機為例闡述開卷機帶鋼卷徑與帶鋼長度計算。

Abstract： The technological process of anyang 1550 PL-TCM line is introduced. Taking payoff reel in the entry of production line as an example， the coil diameter and strip length calculation of payoff reel are discussed.

關鍵詞：開卷機;卷徑;帶鋼長度

Key words： payoff reel;coil diameter;strip length

0 ?引言

安鋼1550冷軋生產線是安鋼第一條冷連軋生產線，設計能力為年產120萬t/a，其中冷軋產品70萬t/a，熱鍍鋅產品30 萬t/a，冷硬卷20萬t/a。產品厚度：800～1430mm，產品厚度：0.25～2.0mm，產品品種：CQ、DQ、DDQ、HSS。開卷機作為酸軋生產線、鍍鋅生產線、連退生產線和重卷生產線的入口重要設備，其作用將鋼卷頭部運行到焊機處焊接完成并與張力輥間保持張力運行。開卷機運轉時必須保證帶鋼張力平穩，如果張力發生波動：如張力過小，會造成鋼卷松卷、層間竄動、帶鋼跑偏，損壞帶鋼和設備;如張力過大，就會把帶鋼拉斷或損壞設備。開卷機卷徑是開卷機張力控制的重要參數;同時開卷機卷徑計算可得到帶鋼剩余長度，是帶尾在雙切剪和焊機處精準定位的保證，直接影響到成材率與生產節奏，所以如何在高速軋制情況下來保證開卷機卷徑計算尤為重要。本文以酸軋生產線入口開卷機卷徑與帶鋼長度計算為例來進行闡述。

1 ?安鋼1550酸軋生產線簡介

如圖1所示，酸軋生產線流程[1]為鋼卷由吊車放在入口步進梁，步進梁運輸鋼卷到上卷固定鞍座，由上卷小車將鋼卷運至開卷機，開卷后經雙切剪剪掉頭部缺陷部分到焊機與上一卷尾部進行焊接，進入入口活套，運行經過拉矯機、酸洗槽去除表面氧化鐵皮，進入出口活套、圓盤剪、碎邊剪切邊，進入聯機活套，然后進入五機架六輥軋機軋制后進入出口卷取機，經飛剪分卷后，到出口步進梁進行稱重、打捆，最后運送到成品庫。

安鋼1550酸軋生產線機械設備由中冶南方和中國一重設計，電氣部分由TMEIC公司提供。其中自動控制系統采用TMEIC公司的TM-drive傳動系統、NV 3000的PU 86S系統，HMI采用Ifix人機界面。

2 ?開卷機卷徑與帶鋼長度計算

開卷機卷徑常用的測量方式分為直接測量和間接計算測量。直接測量法在開卷區域合適位置安裝超聲波測量儀，超聲波測距原理是通過超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播時碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。由于測量儀距離開卷機芯軸距離固定，不斷減小的鋼卷直徑可由超聲波測量儀直接得到，這種測量方式直觀準確。間接測量方式是利用安裝在開卷機電機上的增量型編碼器測得電機轉速與生產線線速度通過秒流量方程進行計算，利用計算得到鋼卷直徑中間環節多，精度不及直接測量準確但節省了項目投資和減少超聲波測量儀的維護量。安鋼1550酸軋生產線入口開卷機鋼卷直徑計算采用間接計算測量。在開卷機不同的運行階段，開卷機卷徑與帶鋼長度計算采用不同的方法。

2.1 開卷機未開卷時計算

為了實現冷連軋酸洗和軋制過程的連續性，入口采用兩臺開卷機進行開卷如圖2所示。上卷小車從鞍座取卷進行鋼卷直徑測量順控，通過上卷小車上升編碼器計算可得到鋼卷外徑值[2]并與PDI信息中的直徑值進行比較選用合適直徑，通過外徑值計算來自動調整小車上卷高度。小車上卷后芯軸漲徑到壓力開關信#到由芯軸漲徑編碼器值可得到鋼卷內徑值。

開卷機上帶鋼未打開，由熱軋卷取機將帶鋼繞芯軸緊密纏繞，正常鋼卷帶鋼厚度一致且各層間隙忽略不計。如圖2中從側面看，帶鋼在卷筒上形成一個圓環，圓環部分面積由帶鋼厚度疊加[3]。由測得的鋼卷內徑與外徑值進行計算得到未開卷時鋼卷長度與圈數：

其中L為帶鋼長度，N為帶鋼圈數，D0為鋼卷外徑，d為鋼卷內徑，T為帶鋼厚度。

2.2 開卷機有張力時計算

開卷機壓輥壓上鋼卷，擺動框架對鋼卷進行開卷，帶頭通過頭部矯直機對頭部進行矯直再運行到雙切剪處按照設定值進行頭部剪切，再通過轉向加送輥運行至激光焊機處與上卷尾部進行焊接。鋼卷焊接完成后，開卷機轉動向入口活套沖套。L2系統根據帶鋼強度、厚度及寬度下發入口開卷機與1、2#張力輥組間張力。在勻速和加減速過程中都應保持張力穩定，1、2#張力輥組間提供前張力，開卷機電機與防皺輥提供后張力。期間帶鋼張力穩定無松卷且帶鋼無厚度及寬度變形量，相同時間內開卷機上運行帶鋼長度等于張力輥上帶鋼長度。根據帶鋼秒流量方程，利用開卷機增量型編碼器測得的電機轉速和入口段線速度可得到開卷機實時卷徑Dact：

其中V為入口段線速度，由于張力輥輥徑為恒定值，控制系統采用1#張力輥2#輥線速度為入口段基準線速度;i為開卷機減速箱減速比;n為開卷機轉速。

但是在運行過程中存在誤差：①帶鋼在開卷機上抖動或松動造成編碼器測量誤差;②帶鋼在張力輥上滑動造成線速度誤差。這些誤差導致計算得到的鋼卷直徑值變化不規則，會出現計算直徑值比上一次計算值還大。直徑計算值不穩定導致張力不斷變化波動，不利用張力和速度穩定控制。

為改變鋼卷直徑值不規則變化，系統對計算值Dact進行線性化處理。系統記錄下最后五個采樣周期（一個采樣周期為20ms）計算的實時卷徑并求平均數Dave。最新測量的鋼卷直徑D與Dave比較，如果D小于Dave，做正常求平均數計算處理得到新的平均值Dave;如果D大于或等于Dave，采用最后一次記錄值進行替代最新測量值來進行平均數計算。張力和速度調節采用鋼卷直徑計算程序塊輸出的平均數Dave來作為鋼卷直徑參數為來進行控制。

同樣可以按照圖2來利用平均值Dave計算帶鋼剩余長度Lact為：

開卷機高速沖套帶鋼不斷減少，為保證甩尾順控執行和帶尾定位，系統設定開卷機上剩余帶鋼30米時入口段速度降為60m/min，可根據加速度公式得入口段需要降速時帶鋼長度Lslow為：

其中V為入口段線速度，a為入口段加速度。

2.3 開卷機甩尾時計算

鋼卷還剩最后13m時，開卷機根據操作人員設定的帶尾剪切值來執行甩尾順控，此時開卷機與張力輥上無張力無法采用有張力時公式計算。為保證帶尾定位剪切和焊機處精準定位，采用1#張力輥2#輥線速度進行帶鋼剩余長度計算。入口段各設備間距離為固定值，所以在執行帶尾在雙切剪處定位使用頭尾矯直機夾送輥前光電開關信#和雙切剪夾送輥前光電開關信#對帶尾長度進行修正;在焊機處定位使用雙切剪夾送輥后光電開關信#、轉向夾送輥后光電開關信#和焊機處光電開關信#對帶尾長度進行修正。

3 ?結語

安鋼1550酸軋生產線自2014年生產至今，入口開卷機卷徑與帶鋼長度計算在生產中應用良好，運行過程中，從傳動柜看開卷機電流曲線無大的波動，證明張力保持穩定;帶尾定位剪切和焊機處定位準確率高，降低操作人員勞動強度加快生產節奏，為5分鐘生產一卷帶鋼和96.9%的成材率提供保證。酸軋入口開卷機卷徑與帶鋼長度計算方法與公式同樣適用于鋼鐵行業中的連退生產線開卷機、鍍鋅生產線開卷機、有色金屬中的銅帶、鋁帶生產線開卷機，具有重要的借鑒意義。

參考文獻：

[1]張景進.板帶冷軋生產[M].北京：冶金工業出版社，2006.

[2]劉玠，孫一康，童朝南，等.冷軋生產自動化技術[M].北京：冶金工業出版社，2006.

[3]葉剛橋，宋軍.冷軋生產線開卷取機卷徑計算的方法研究[J].武鋼技術，2011（01）：47-49.

作者簡介：劉慶（1981-），男，河南淮陽人，中級工程師，研究生學歷，研究方向為電氣自動化。