第３２卷第４期 甘肃冶金 Ｖ０１．３２ Ｎｏ．４ ２０１０年８月 ＧＡＮＳＵ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ Ａｕｇ．，２０１０ 文章编号：１６７２－４４６１（２０１０）０４－０００８－０２ 开卷机张力控制方法探究 李令文，裴国军 （酒泉钢铁集团公司宏兴检修工程部，甘肃嘉峪关７３５１００） 摘要：酸洗冷轧联合机组（ＰＬ．ＴＣＭ）中，开卷机输出张力对带钢质量有重要影响，张力的大小直接影响到产品的 品质。为保证带钢质量，开卷机都设计有张力控制系统。由于不同的控制方式各有特点，所以这里将常见的“直 接”、“间接”及“复合”张力控制方式优缺点进行对比分析，初步探讨开卷机张力闭环控制系统，分析影响张力控制 的主要因素。 关键宇：开卷机；张力；张力控制 中图分类号：ＴＧ３３３．２ ６ 文献标识码：Ａ Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｐａｙ－ｏｆｆ ＬＩ Ｌｉｎｇ—ｗｅｎ，ＰＥＩ Ｇｕｏ－ｊｕｎ （Ｊｉｕｑｕａｎ Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ’ｓ，Ｊｉａｙｕｇｕａｎ ７３５１００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ Ｐａｙ－ｏｆｆ ｈａｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｓｔｒｉｐ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ＰＬ—ＴＣＭ．Ｔｅｎｓｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｉｐ．ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｔｅｎｓｉｏｎ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｐａｙ·ｏｆｆ． Ｔｈｅｒｅ￥Ｌｒｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａ－ ｇｅｓ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌ＇ｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ａｌｓｏ ｐｒｅｌｌｍｉ－ ｎａｒｉｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｔｅｎｓｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｐａｙ－ｏｆｆ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ａｆｅｃｔ ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏ１． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｐａｙ－ｏｆｆ；ｔｅｎｓｉｏｎ；ｔｅｎｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ １ 引言 在轧线紧急停车时，开卷机能迅速制动，防止在开卷 机与后续设备之问出现带材堆积而损伤带材及设 带钢质量的优劣主要由板厚和板形衡量，两者 备。 在很大程度上取决于对带钢张力的控制。张力过大 近年来，开卷机的生产率有了很大的提高，由于 会造成带钢的拉伸变形，张力过小会造成收卷不整 轧线运行速度的提高要求严格防止带材的跑偏，因 齐。张力控制的效果直接影响着带钢的质量，适当 此要求开卷机不但能够产生设定的开卷张力，而且 的张力是保证轧制过程正常进行的条件和提高轧制 在整个开卷过程中保持开卷张力的恒定不变。由于 产品质量的关键。 卷料的最大重量已超过３０ ｔ，最大外径超过１ ８００ ２ 基本概念 ｍｍ，因此，开卷机在启动加速和快速制动时，应避免 带卷惯性造成的张力偏差，并将张力维持在设定的 所谓张力是加在轧件上的前后拉力。当力的作 限定范围之内。 用方向与轧制的方向一致时称为前张力，而作用方 向与轧制方向相反时称为后张力。 ３张力的作用 开卷机是冷轧生产线中重要设备之一，通常开 张力在连轧过程中发挥着十分重要的作用，主 卷机应具有如下功能：卷料装在卷筒上，卷筒胀开将 要表现在以下几个方面： 卷料内径撑紧，卷筒旋转将卷料料头低速送进，产生 ３．１ 防止轧件跑偏 恒定的开卷张力，以防止带材运行过程中产生跑偏； 在实际生产过程中，由于各种因素的影响，轧件 ６‘ 第４期 李令文，等：开卷机张力控制方法探究 ９ 在轧制过程中容易发生跑偏，而且将会随着轧制过 程的进行而越来越严重。为了防止跑偏，可以采用 凹形辊缝或用导板夹正，但这两种方法存在时滞问 动态分析，从中找出影响张力的所有物理量，通过对 这些物理量控制，从而达到恒张力控制的目的。不 同的物理量往往采用不同的方法，一般有电流反馈、 题，有一定的局限性。而采用微张力轧制时，轧件可 以在一定的张力作用下平稳地进出辊缝，而且在控 制过程中，张力反应迅速，无时滞，所以是防止轧件 电枢反电势反馈、卷径反馈等。间接张力控制涉及 多个参数的控制，一般需采用多闭环的控制方式来 实现。这种恒张力控制方式的优点是减少了张力辊 跑偏的有效方法。 ３．２ 有利于控制带钢的板形 及相应的检测元件，降低了系统成本，缺点是控制方 式更为复杂，控制精度相对地比直接张力控制方式 板形是衡量带钢质量的重要指标，如果带钢的 板形不好（如边部起浪，中部浪皱等），将严重影响 的低，并且完全依赖于控制器的精度。 复合张力控制方式是在问接张力控制方式的基 成品带材质量。带材在没有张力的情况下轧制时， 础上，再增加一个张力闭环，形成一个二环控制系 由于带材内部应力不均匀，使轧件中的残余应力超 统，这种控制方式优点是不仅具有直接张力控制的 出了稳定时所允许的压应力，变形情况不易控制。 精度，还具有间接张力控制方式的快速性能和跟随 而采用一定张力轧制时，使带钢沿宽度方向上的压 性能，缺点是投资成本高，结构更为复杂。 应力不超过所允许的压应力，由此来保持轧件板形 在实际生产中，应用最为广泛的是间接张力控 的平直，从而得到较好的板型。 制方式，其控制精度完全取决于控制器。在上世纪 ３．３ 有利于降低金属轧件的变形抗力和变形 八十年代以前，控制系统一般以模拟器件为主，系统 由于张力不但能减少水平方向的压应力，而且 的精度一般都不高。进入九十年代后，随着机电制 可以减少垂直方向上的压应力，所以能减少轧制压 造技术、电力电子技术、计算机技术、检测技术的发 力。正因为降低了轧制力，所以自然金属变形时所 展，专用张力控制设备（器件）有了飞速的发展，张 需要的功耗就小。 力控制的精确度也得以不断提高。传统的张力控制 此外，张力在轧制过程中可适当调节主电机的 主要采用常规的ＰＩＤ控制，ＰＩＤ控制是基于偏差的 负荷以及带钢的厚度。可见张力对于连轧是十分重 控制方法，具有原理简单、易于实现及适用面广等特 要的，控制好张力，是正常生产的重要保证。而通过 点，只要正确的设定其参数便可以实现其调控作用， 对张力产生的原理分析，我们可以找出控制或影响 因而被广泛地应用于张力控制系统中。 张力的有关因素。 ５ 开卷机张力的控制 ４ 张力控制的方法 由图１可知，开卷机在工作过程中，卷料的外径 恒张力控制一般分为开环控制和闭环控制两大 由大变小，而开卷机在正常运行过程中应保持带材 类。开环控制就是利用有些电机本身所具有的与卷 运行速度稳定不变，因此开卷机卷筒的转速应随卷 绕特性相似的软机械特性，直接用这类电机来传动 径变小而增大，电机转速也由低变高。开卷机的速 卷绕机构，以获取近似的恒张力控制。 度控制需要同时考虑以下两个因素： 闭环控制又分为直接张力控制、间接张力控制 （１）为适应卷径变化而调整卷筒转速时，不应引 和复合张力控制三种方式。 起张力的波动。 直接张力控制是一种最直接、最有效的控制方 （２）为适应开卷线速度变化而调整开卷速度时， 式。在直接张力控制方式中，通常设置有张力检测 不应影响电机的阻转矩。 元件、张力辊和张力控制环。利用张力检测元件的 检测信号与给定张力值比较，经张力控制环输出后 弋 去驱动执行机构，从而达到控制张力的目的。这种 ｒ 母 妙９ 张力控制方式优点是张力控制精度高，从理论上可 以实现零误差控制，缺点是控制精度依赖于张力检 测元件的精度，如果现场环境比较恶劣，就可能导致 张力控制失效。直接张力控制实质上是一种反馈控 制。 图１开卷机张力示意图 间接张力控制系统中没有张力检测元件，对张 力的控制是通过对卷取机构的物理方程进行静态、 即： （下转第１１页） 舔 第４期 白永刚，等：榆钢２号高炉降焦实践 表４ ２００９年５～１０月份入炉料粉末含量（＜５ ｌｎｌｎ％） 月份 烧结矿温，为降低综合焦比创造条件。 ２．４稳定富氧。优化喷煤比 ５ ０．３９ ６ ０．４１ ７ ０．３６ ８ ０．２７ ９ ０．２９ １０ ０．２７ 榆钢高炉用氧是炼钢余氧，这就使高炉用氧很 不稳定，几乎每班富氧量在１ ７００～３ ２００ ｍ ／ｈ之间 波动，影响炉况、炉温的稳定，为此将富氧上限尽量 ２．６ 加强炉前管理 控制到３ ２００ ｍ ／ｈ（以氧气不放散为准），将煤比控 制在１５５ ｋｇ／ｔ以内，同时关注煤比变化，实现经济喷 煤。 稳定出铁秩序，渣铁及时出净，也是高炉生产组 织的重点。要求铁口深度必须保证在１．７～１．８ ｉｎ， 出铁时间稳定在５０～７０ ｍｉｎ，保证稳定的出铁次数， 为炉况的稳定顺行创造条件。 ２．７ 炉内进行热喷涂。进一步规整炉型 ２．５严抓原燃料筛分。确保精料入炉 榆钢没有自己稳定的原料基地，焦煤配比不稳 定，焦炭的稳定性较差，质量无法保证，要进一步提 ２号高炉炉身７、８段冷却壁大面积破损（共３４ 块），对高炉强化冶炼非常不利，２００８年１ １月限产 停炉机会，对炉身各部位进行喷涂，规整了操作炉 高焦炭质量的可能性不大。此外，由于自产焦数量 有限，难以满足高炉需求，每天要配加一定数量的外 购焦，使焦炭质量的稳定性受到了一定的影响。 而制约高炉稳定的另一个重要因素是人炉粉 末，为减少人炉粉末主要采取的措施：一是对下层筛 网由原来的梳齿筛改为网格筛；二是严格控制振筛 时间，在确保拉料速度的前提下，尽量延长振筛时 间，保证过筛质量；三是在烧结检修时，提前逐仓进 地烧，以免落地烧集中人仓对炉况造成影响；四是制 型，为后期的降焦工作奠定了基础。 ３ 结语 ２号高炉通过采取有效措施提高煤气利用，达 到了增产降焦的目的。到１０月底，月产量达到 ４３ ５７６ ｔ，综合焦比由５月份的５６２ ｋｇ／ｔ逐步降到目 前的５２１ ｋｇ／ｔ的较低水平，达到了预期效果。 定了《雨雪季节原燃料管理办法》，从而最大限度的 减少入炉粉末。通过以上措施的有效实施，最大限 度的降低人炉粉末（见表４），减少对高炉生产的影 响。 炉役已到后期，进一步摸索在高炉实现长寿前 提下实现稳产、低耗、经济炼铁将是我们今后工作的 重点。 收稿日期：２０１０－０７－０５ （上接第９页） Ⅳｅ＝ （１） 量。在酸轧联合机组中，开卷机主要采用恒张力的 控制方式，这种工作方式符合产线的工作特性，因此 式中：Ｎｅ一电机转速；Ｄ一卷料外径；ｖ一带材运 行速度；ｉ一开卷机的传动比。 文中对恒张力控制的各种方式进行了讨论，分析了 各种方法的优缺点。由于不同控制系统结构差异也 较大，因此本文对具体张力控制仅进行了一般性的 介绍。 由于开卷过程中带材的张力要保持恒定不变， 随着卷料外径由大变小，电机轴上的张力转矩也由 大变小，有： 参考文献： （２） ［１］杨自厚．自动控制原理（第一版）［Ｍ］．北京：冶金工业 出版社。１９９０．１０． ｚｔＴ／ 式中：Ｍ一张力转矩；Ｔ一开卷张力；－ｑ一传动系 统的机械效率，一般为０．９左右。 由上面两式可以看出，张力控制主要与电机转 速、卷筒外径、带材运行速度、传动比及传动系统的 ［２］尹征琦，诸２０ｏ１． 劲．自适应张力控制［Ｊ］．电气传动， ［３］孙一康．带钢冷连轧计算机控制［Ｍ］．北京：冶金工业 出版社。２００２． 机械特性有关系，控制好这些因素是张力控制的关 键。 ［４］ 陈振翼，杨公源，沈洪勋．张力控制系统［Ｍ］．北京：纺 织工业出版社，２００３． ６ 结语 收稿日期：２００９—１２—１１ 开卷机是酸轧联合机组中的重要设备之一，对 作者简介：李令文（１９７２．），男。讲师，工程师。长期从事自动化系统 的教学和应用开发工作。 开卷机张力控制的好坏直接影响羞成品带材的质 Ｌ＠Ｌ２６ ￣ｏ ｍ