冷轧平整机延伸率控制系统应用探讨

2019-01-03石旭

中国金属通报 2019年2期

石旭

（河钢集团唐钢公司，河北省唐山市，063000）

随着我国企业生产工业化水平的逐步提高，人们对于产品生产精度水平以及产品质量等均提出了更加严格的要求，因此，在生产过程中，需要采取相关技术手段加强生产控制。冷轧平整机是现阶段机械产品生产制造业需应用的重要设备，在生产过程中，延伸率的控制水平直接关系着平整工艺的应用效果，因此，相关企业一定要针对冷轧平整机延伸率控制系统的应用进行深入分析，确保产品质量。

1 冷轧平整机设备的应用意义

在企业生产作业过程中，为了全面保证产品规格及质量，进行带钢的平整处理是一道必然工序，能够有效控制版形、提高产品尺寸精度、同时确保带钢产品良好的力学性能水平。在生产过程中，冷轧带钢在退火初期硬度水平较低，带钢的平直度、光洁度以及组织性能等元素均无法全面满足产品的应用标准，因此，需要通过对带钢产品实施相应的平整处理，进一步改善产品质量，使其符合应用需求。在这一作业过程中，冷轧平整机具有重要的应用价值，主要体现在以下几方面：

首先，能够提高带钢产品平直度水平。带钢产品在冷轧退火后硬度及性能水平较差，表面平直度不足，同时，部分薄带钢在其冷却的过程中会在应力的影响下出现双边浪的现象，降低产品质量。在这种情况下，可以将冷却到相应标准的钢卷通过冷轧平整机进行平直处理，使其在设备（0%～3%）的标准状态下给予一定压力，从而满足其平直标准。

其次，能够改善产品力学性能。在冷轧平整机工作运行状态下，对着运行压力水平的逐步提高，带钢对应的屈服极限延伸空间就会随之缩减，抗拉强度水平提高，全延伸降低。通过对设备压下率参数的控制能够促进带钢力学性能的改善，弥补传统生产过程中吕德斯线的皱纹缺陷以及屈服平台部分的拉伸应变等漏洞问题，增加其弹性变形区域。

再次，能够降低粗糙度。为了能够进一步提高带钢质量，还应采取相应措施对其表面粗糙度加以处理，使其符合产品应用需求。在这一部分企业引入了延伸率的概念，以此对带钢二次变形的较小压下量进行精准定义，而此时对冷轧平整机延伸率的控制则成为关键的一环。延伸率实际上就是带钢在经平整处理之后延伸长度的比率值[1]。在生产过程中，测量延伸率的方式主要有两种，一种是一种是将增量编码器设置于平整机设备的出入口转向辊轴的位置，然后对机架出入口带钢长度变化率参数加以计算。还有一种是直接应用激光测速仪设备对出入口部分的带钢速度进行测量与记录，在此基础上对出入口钢带速度的变化率加以计算。才这一过程中选用激光测速仪能够有效保证数值的测量精度水平，同时还能够防止测量辊上打滑现象对测量结果造成影响。例如柳钢冷轧厂，其在生产中就采用了激光测速法，并且在机架的出、入口测张辊上安装了增量型测速编码器，通过二者功能的结合进一步提高了平整处理质量。

2 冷轧平整机延伸率控制系统应用要点

带钢延伸率水平主要受带钢材料本身的宽度、厚度、粗糙度以及硬度等因素影响，同时与控制系统的张力及轧制力水平以及带钢速度等均有一定关联。在材料的宽度、厚度、粗糙度以及硬度指数一定的条件下，延伸率的变化即可通过轧制力、张力及带钢两边速度的控制而实现，因此，在处理工作中为了能够确保延伸率水平与设定标准相符，只需对其张力及轧制力水平进行调节即可[2]。如柳钢冷轧板带厂，该企业生产中就是在确保恒张力状态下对轧制力的修正完成延伸率的控制的。

2.1 延伸率控制下的总轧制力

根据冷轧平整机延伸率闭环轧制力计算公式进行计算，首先需要明确反馈控制的轧制力附加设定值、前馈控制的轧制力附加设定值以及轧制力的预设值，然后利用斜坡函数发生器进行轧制力的输出来进行CPU管理，实现轧制力压下闭环控制[3]。该部分一定要注意将延伸率调节在标准范围之内，不可以超过允许最大值，并且综合生产工艺方面的要求对控制延伸率的轧制力门槛值加以明确。一旦延伸率超过标准范围，则应发出警报并对机架出口的张力水平进行及时调节，减少延伸率设定等方式使轧制力调节值重新回到允许的调节范围内，明确最佳工作点。

2.2 延伸率反馈控制的附加轧制力

通过比例积分控制器对冷轧平整机延伸率进行控制，并将控制器输出值作为轧制力控制器的给定值。根据对应的标准公式进行计算，明确其中的系统增益值、延伸率偏差、积分时间常数以及程序采样周期[4]。通常情况下，带钢冷轧作业中其延伸率水平是由工作辊辊径及工作辊与带钢之间的摩擦力值、材料厚度值、宽度值等决定的，一旦外部条件发生变化，想要对延伸率水平进行控制，则应确保冷轧平整控制系统的增益情况与其向一致，此时可以通过增益动态修正的手段提高延伸率控制效果，从而得到最佳延伸率水平。因此，应明确上一扫描周期计算的轧制力给定值以及计算的增益、实际延伸率、积分时间常数、程序的采样周期以及加减速调整因子。在冷轧平整机加速运行的状态下，延伸率会逐步降低，而设备减速过程中延伸率则随之逐步增加，实际延伸率长时间内偏差较大，因此可以在冷轧平整机减速、加速以及恒速状态下对相关匀速进行调节，继而提高对于加、减速对延伸率变化的响应水平。当轧制力控制延伸率的条件具备，并且在以定长为延伸率计算值有新值产生时，轧制力修正附加值便累加到压下轧制力的设定[5]。

2.3 前馈控制下的加减速附加轧制力

在冷轧平整机运行加速及减速的过程当中，为了能够确保延伸率的恒定状态水平，其控制系统一定要具有足够的灵敏度，实现延伸率的快速调节，但实际运行中，系统的外环响应通常存在一定的滞后性，因此，在加速或减速过程中会产生相应的延伸率波动情况。为例解决延伸率波动这一问题，确保延伸率的恒定状态，可应用速度前馈轧制力预控的延伸率控制手段，在冷轧平整机设备发出加速运行或者减速运行的讯号时就及时获得相应的轧制力增减修正参数，通过轧制力附加值的变化来抵御运行速度的改变对带钢延伸率水平所造成的影响。通常情况下，针对相同材质以及相同规格的带钢，如果延伸率水平基本稳定不变，那么冷轧平整机的运行速度越快，其产生的轧制力水平就越高。为了通过公式计算获得具体参数值，应明确其中的带钢厚度、标准带钢厚度、带钢宽度、加减速轧制力补偿增益，与带钢的钢种、机组的速度相关，反映了单位带钢宽度的轧制力补偿值。另一方面，在进行加减速轧制力补偿增益计算的过程中，需要明确其中最大线速度、运行线速度、穿带线速度以及速度前馈轧制力修正系数，实际加减速轧制力补偿增益与其轧制力设定值、穿带时轧制力设定值具有很大的联系，同时还和带钢材料的密度以及硬度的性质有关，但是因为材料密度及硬度等相关物理性能及分布情况无法进行准确的测量，可以结合相应的模型自学习方法对其进行优化处理[6]。冷轧平整机设备中工作辊的表层粗糙程度对于其与带钢之间的摩擦效力水平具有直接性的联系，加快运行速度二者间的摩擦力水平也随之增加，继而对带钢平整处理状态的稳定性造成一定影响，致使轧制力延伸率出现明显波动问题。因此，在进行实际作业过程中一定要注意控制突然加速或者降速等情况的出现，若需该表设备运行速度，则应改为慢速升降，从而降低对延伸率水平的影响。