摘要：随着我国经济的不断发展壮大产，钢铁产能开始过剩，特别是2008年金融危机和钢铁寒冬后，市场对钢材的需求在下降，而对钢材的质量要求越来越高，促使钢铁企业不断对生产工艺进行改革创新，降低企业生产成本和提高产品质量。
近几年，棒线型材厂也不断的对原有的棒材生产线进行新工艺新技术的改造，突出的有四棒直供改造、无间隔轧制应用、微张力控制和活套优化控制的应用等等。其中微张力控制和活套优化控制对于提高成品尺寸均匀性有很大成效，能大大提高产品质量和负偏差利用率，也降低了操作工手动调整张力的劳动强度。
关键词：棒材；微张力控制；活套优化控制；原理
引言
柳钢棒材生产线由加热炉、主轧线、精整后区组成。柳钢棒材生产线生产原料为：165mm*165mm*10m的钢坯，成品有12mm~40mm的螺纹钢和16mm~75mm的圆钢。
棒材主轧线由1#~18#轧机、1#~3#飞剪、1#~7#活套、变频辊道ABC段、裙板抛钢装置、穿水等设备组成。与之对应的软件控制系统由轧机控制系统、飞剪控制系统、活套控制系统、变频辊道控制系统、裙板抛钢控制系统、穿水控制系统组成。
其中轧机控制系统和活套控制系统用来控制和调整每架轧机的电机转速，使轧机与轧机之间的金属秒流量无限接近相等。每架轧机的电机转速是通过工艺技术科设计的每道料型尺寸的面积、成品机架速度、轧辊工作辊径、减速齿轮箱的齿轮比例计算出来的。
比如：用165mm*165mm*10m的钢坯轧制28螺，成品长度=0.165*0.165*10/3.14*0.014*0.014=442.36m，设计小时产量130吨，也就是一个小时大概要轧62支钢=130/2.1t，那么轧制一条钢间隔时间大概58秒=3600秒/62，如果两支钢的轧制间隔时间为5秒，那么轧制一条钢需要53秒左右，需要的成品机架速度=442.36m/53秒=8.34m/s.确定好成品机架速度后，就可以根据工艺技术科计算出来的延伸系数，计算出每架轧机的轧辊线速度。比如：16#轧机（成品机架）设计速度=8.34m/s，那么15#轧机的速度=16#轧机速度/16#轧机延伸系数=8.34/1.329=6.27m/s，以此类推，计算出每架轧机的线速度。
如果16#轧机的原始辊径是380，齿轮箱减速比是1.1，那么16#轧机的电机转速=1.1*60v/3，14*D=1.1*60*8.34*1000/3.14*（380-6.8）=469.7n/min。
在轧机控制系统中，PLC程序按照这些计算公式计算出每架轧机的电机转速，然后变频器按照计算好的电机转速，控制电机以此恒定转速运转。但是在实际生产过程中，并不能保证轧机与轧机之间的张力合适，主控台还要根据每架电机的电流值和调整工测量的轧件头中尾尺寸、活套起套值来调整电机转速，保证轧机与轧机之间实现微张力轧制。就可以保证每道料型尺寸符合设计要求，通条轧件头中尾尺寸均匀，从而保证切分线差尺寸均匀，保证成品尺寸均匀，保证每节倍尺负差接近相等，提高负差利用率。
但是在生产过程中，钢温会变化、孔型会磨损、张力就会有变化，操作工为了尽量保证整个轧制过程处于微张力轧制状态，就要时不时调整电机转速。而且操作工还要一直观察轧件的走向、倍尺的变化等等工作，有时不免会疏忽观察电流变化，就有可能造成张力太大，成品尺寸拉小超负，甚至还会造成轧件扭转不进轧机。
为了减轻操作工的劳动强度和保证成品尺寸稳定，工艺技术科在轧机控制系统中投入了微张力控制系统和活套优化控制系统，其中的大概原理如下：
一、微张力控制系统
微张力控制系统是根据每架轧机的电机电流值的变化来控制变频器调整电机转速的，就跟操作工根据电流值的变化调整调速操作杆一样的原理。
同时程序也会暂时存储2#电机电流值，等下支轧件咬入2#轧机后，程序同样根据采集的数据修正2#存储值。
3、当轧件咬入3#轧机后，PLC程序实时采集2#、3#电机电流值，并将此时2#电机的电流值跟2#存储值进行比较，如果小于存储值将升高2#电机转速，直到2#电机电流值接近存储值。反之，降低2#电机转速。（在2#电机转速变化的过程中，原有的级联关系正常进行。即，2#电机转速升高时，1#电机转速按照之前调整后的延伸率进行升速，反之降速。）同时程序也会暂时存储3#电机电流值，等下支轧件咬人3#轧机后，程序同样根据采集的数据修正3#存储值。
4、当轧件咬入4#轧机后，PLC程序实时采集3#、4#电机电流值，并将此时3#电机的电流值跟3#存储值进行比较，如果小于存储值将升高3#电机转速，直到3#电机电流值接近存储值。反之，降低3#电机转速。（在3#电机转速变化的过程中，原有的级联关系正常进行。即，3#电机转速升高时，2#和1#电机转速按照之前调整后的延伸率进行升速，反之降速。）同时程序也会暂时存储4#电机电流值，等下支轧件咬人4#轧机后，程序同样根据采集的数据修正4#存储值。
5、以此类推，后面轧机的微张力控制原理，跟前面的一样，因为老的轧机控制系统中从11#轧机开始有活套控制，所以微张力控制系统只做到10#轧机。现在11#至13#轧机之间的1#2#活套已经取消了，需要操作工根据电流值的变化和料型尺寸的差别调整电机转速，实现微张力状态。从13#轧机至17#轧机，活套会根据活套实际扫描情况调整13#至17#轧机的电机转速，使活套两边的轧机实现无张力轧制。
还要说明的是：当前一支轧件离开轧机后，轧机电机转速将脱离后面轧机电机转速的级联控制，等下一支轧件依次咬入前面的轧机时，级联依次恢复，但是不受上一支轧件负载电机影响。这样，活套控制电机调整转速时的变化就不会影响到前面轧机微张力控制系统的转速，转速不受影响电流就不受影响，即PLC程序就能采集正确的电流值。
二、活套优化控制系统
活套的作用是保证轧机与轧机之间无张力轧制。比如15#与16#轧机之间的活套，如果15#与16#轧机之间设定的转速处于拉钢也就是张力太大的状态时，轧件从15#出来进入16#轧机时，起套轮起套后，活套扫描器能扫描到的最高点检测不到轧件的信号，程序就会自动给15#电机升速（升速是在设定的转速基础上再提高电机的转速，而且在15#电机升速的过程中，15#电机之前的电机【1#电机至14#电机】都会根据之前设定的或调节后的延伸率同时进行对应的升速），直到活套的起套量达到设定的活套量（也就是活套扫描器能扫描到的最高点）。
PLC程序控制15#电机升速，使活套套量稳定后的电机转速已经大于设定的电机转速。活套优化控制系统将采集此时的15#电机转速值，并将其作为15#电机的设定转速值。等下条轧件从15#轧机进入16#轧机时就不会拉钢起套，影响轧件头部尺寸。在生产过程中，活套优化系统会根据钢温的变化，来料的变化，不断采集新的数据，不断优化电机转速设定值，对数据进行修正。
结束语：当钢温变化、孔型磨损时，微张力控制系统能及时调整轧机电机转速，保持粗中轧轧机间处于微张力轧制状态，保证粗中轧出来的轧件头中尾尺寸均匀，为下一道次打好基础。同时对于调整张力经验不足的新手，微张力控制系统能起到很好的补救作用，让他们能尽早独立上岗。而活套优化控制系统能减少活套拉钢起套的情况，改善第一节倍尺拉小的情况。总之，微张力控制和活套优化控制对于减轻操作工的劳动强度和改善成品尺寸的均匀性，提高产品质量都有很大的作用。
论文作者:许细华,金梁,罗翠娟,姚赛峰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/19
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