摘要：从棒线型材厂4棒生产线的工艺入手，对微张力级联调速、咬钢动态速降补偿、轧制转矩、张力值、断级联控制等概念进行分析，重点研究微张力自动控制的具体实现过程，了解微张力运行过程中存在问题，并确定相应的解决措施与下一步工作计划。
关键词：微张力控制；张力值；断级联；
1 前 言
柳钢棒线型材厂4棒生产线全线Φ610×6+Φ430×6+Φ380×6轧机共18架，为短应力线轧机，粗、中轧为平立交替布置，精轧除14#轧机为立式轧机外，其余为水平轧机；端进端出蓄热式步进加热炉，加热能力为180 t/h（连铸直供坯），燃料为焦炉煤气。设计年生产能力80万吨，主要生产Φ12～18 mm带肋钢筋。坯料断面165 mm×165 mm，长度10 m。为提高产品尺寸均匀性，保证产品质量，决定在4棒运行粗中轧微张力控制程序。本文总结微张力控制过程、运行效果等。
2 相关概念分析
（1）微张力控制原理
在棒材连轧生产过程中，因为各机架间的秒流量存在偏差从而形成张力，为了保证轧制稳定性，机架间一般采取微张力轧制。通过测量某一机架的自由轧制转矩与实际轧制转矩的差值，再转化为机架间张力值。根据张力值大小与实测轧件头、中、尾料型差来判定张力值是否符合要求，并设定张力值允许偏差，通过程序自动调整机架转速，让张力值满足标准要求，最终达到轧件头、中、尾尺寸均匀的目标。
（2）自由轧制转矩、实际轧制转矩、张力值
当轧件通过N-1架轧机，PLC系统会在动态速降补偿过程完成后，N架轧机准备咬钢前，这一段时间范围内自动采集N-1架轧机的轧制转矩值，此轧制转矩值未受到张力影响，称为N-1机架的自由轧制转矩值。
当轧件通过N架轧机，机时，PLC系统会在N机架动态速降补偿过程完成后，N+1架轧机准备咬钢前，这一段时间范围内自动采集N-1架轧机的轧制转矩值，此轧制转矩受到N架轧机的影响，属于N-1机架的实际轧制转矩值。
N-1机架的实际轧制转矩值与自由轧制转矩值的差值，通过公式转化为N-1机架与N机架间的张力值。
轧制力矩计算公式
（U-电压，I-电流，n-电机转速）
张力值计算公式
（i-减速比，S-轧件断面面积，D-轧辊工作辊径）
（3）断级联控制
在运行微张力自动控制期间，当上一条钢轧件尾部脱离N架轧机时，第N架轧机与下游机架断开级联关系，与上游机架恢复级联关系。下游机架活套级联调整不会影响到N机架的电机转速。断级联控制程序可以保证在连续过钢情况下稳定运行微张力自动控制系统。人工手动调整转速属于优先指令级别，不受微张力断级联控制影响。
3 微张力控制实现过程
图1 微张力轧制力矩的取数点图 图2 微张力自动控制PLC画面
表1：4棒粗轧部分轧制参数表
下面以粗轧1#～3#机架为例，详细说明微张力控制程序运行过程：
（1）将轧件在机架间的运行时间分为三段，见图1，动态速降补偿段、自由轧制力矩取数段、实际力矩取数段，为保证取数数值准确，需尽量避开动态速降补偿时间段，又要保证轧制转矩取数段时间充足。一般采用的方法是在动态速补偿时间的基础上延长一部分时间做为动态速降补偿段。常用的方法是按轧件在机架间运行总时长的20%、40%、40%来分配三个时间段，轧件在1#～3#轧制参数见表1。
（2）轧件咬入1#机架，经过t1时间段为1.8s（实际动态速降补偿为0.6s），PLC系统在t2时间段5.5s（因为1#机架为初始机架，延长t2时间，t3范围不取数）范围内取N个轧制转矩数，通过程序滤掉异常数值后然后求平均得出1#机架自由轧制转矩数，见图2。
（3）轧件咬入2#机架后，经过t4时间段1.3s后，在t4时间段2.7s范围内取1#轧机实际轧制转矩数，实际轧制转矩数为瞬时值，系统计算瞬时实际轧制转矩值与平均自由轧制转矩值，并转化为瞬时张力值。
（4）通过实际料型控制要求，设定张力允许偏差值0～0.5 N/mm2，生产车间可根据现场实际情况调整张力值偏差范围。
（5）当瞬时张力值超出设定张力值范围时，系统会实时自动调整1#电机转速。
（6）当轧件经过t5时间段后，无论瞬时张力值是否在设定张力值范围内，1#机架微张力调整过程结束。
（7）当轧件进入t6时间段，PLC系统开始采集2#机架的自由轧制转矩平均值，下游机架调整过程依此类推。
（8）微张力自动调整电机转速时存在PI设定值，P值主要是指转速调整幅度，I值是调整快慢，现阶段主要通过优化P值，要求每条钢的电机转速调整幅度≤20转/min，保证张力调整效率的同时，避免过大转速调整带来的不稳定性。
4 微张力控制存在问题与解析
（1）微张力自动控制是通过测量轧个头部的轧制转矩来做为判定依据，根据经验坯料头、中尾温差要控制在±20℃内，才能保证微张力自动控制达到良好效果。如果坯料温度波动大，容易造成张力调整混乱。
（2）如在换规格、换辊、换孔时投入微张力自动控制系统，坯料之间要保持一定的间隙时间。当初始延伸设置不合理，微张力自动调整降速过多时，会造成前后两条钢实际间距变小，存在追尾工艺故障。
（3）正常节奏生产时，前后两条钢按原正常的间隙时间生产，不需要刻意拉开距离。如因操作不当形成追尾时，会造成微张力控制混乱。另外微张力自动控制系统与无间隙轧制技术存在冲突，不能同时使用。
（4）由于微张力控制过程中许多检测与控制功能的实现都依赖于轧件通过轧机时轧件跟踪功能的精确程度，一旦轧件头尾经过轧机而跟踪功能却没有给出正确的信号，微张力控制就会混乱。（5）现有的微张控制系统t1时间段默认为动态速降补偿段，需根据实际情况调整动态速降补偿时间，避免对微张自动控制造成影响。
（5）粗轧各机架线速度相对较慢，轧件在机架间运行时间较长，系统有足够的时间取轧制转矩数、调整张力值。但中轧各机架线速度较快，微张力自动调整精度与粗轧相比效果会有所降低。
（6）PLC系统会优先接受人工手动调整转速指令，在轧机出现异常情况时，人工调整转速都属于级联调速，不受微张控制系统的断级联影响。
5 结语
微张力自动控制程序可快速调整粗、中轧微张力，提高张力调整效率的同时提高成品尺寸均匀性。使有效作业率和成品的成材率得到提高。将过去根据人的经验对张力进行判断的模式转变为由计算机自动控制的模式，摆脱了对人的经验的依赖性。
下一步将继续优化微张控制系统：（1）优化各线、各机架、各规格动态速降补偿值以及补偿时间；（2）优化机架间张力设定值，使机架间保持微张力，又避免张力调整过于频繁；（3）优化轧制转矩取数程序以及取数时间段，使轧制转矩数更加准确；（4）提高开轧温度均匀性，减少坯料头、中、尾温度差，利于微张力调整的稳定性；（5）加强对关键岗位人员张力调整培训，提高操作水平，用好微张力控制系统。
论文作者:王浩
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/9
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