无张力轧制

无张力轧制是一种圆钢生产的技术，在生产过程中可根本上消除钢坯温度对微张力的影响，使产品尺寸得到稳定，避免连续生产过程中成品尺寸超差的现象，而且也改变了大规格圆钢无法正公差轧制的现状。

概况研究背景无张力轧制生产圆钢时规格是φ14~50mm。现1#~10#架采用微张力控制，11#~18#架采用活套无张力控制轧制。自2000年3月投产以来，由10#轧机出成品的φ45~50mm大规格圆钢已生产多次。通过对生产实际情况的总结，以φ50mm圆钢为例，生产存在以下问题，一是纵向尺寸不一致，既前瘦后肥，甚至尾部出耳子；二是两旁尺寸的不稳定，既成品或肥或瘦，甚至出现废品，肥的时候通根出耳子，两旁尺寸达到51mm，瘦的时候两旁尺寸达到49mm，成品尺寸严重超差，且生产过程中调整工无法及时对成品尺寸进行调整控制。造成上述现象的主要原因有四：一是各道料型尺寸控制不准，二是钢坯温度不满足工艺要求，三是钢坯尺寸不稳定，四是采用微张力控制，机架间存在张力。

生产问题解决办法针对上述四个主要问题，我们的解决办法如下：

一、料型尺寸的控制。可以通过对岗位调整工的培训，提高其操作水平，工作中做到勤检查，勤调整，严格按工艺要求控制料型。

二、钢坯温度的不稳定。这分两种情况：一是一根钢坯头、中、尾温度的控制，应达到一定的温度梯度，尾部温度要比头部温度高30℃~40℃，进一步保证成品头、中、尾尺寸的一致；二是钢坯间的温度尽量保持一致，从而保证成品两旁尺寸的稳定。

三、钢坯尺寸不稳定。这个问题主要是方坯的脱方严重，可要求连铸进一步提高方坯的质量，但是方坯的尺寸不可能达到一致。

四、采用微张力控制，机架间存在张力。这是最重要的原因。由于1#~10#轧机机架间全部用微张力控制，该控制方法采用的是头部电流记忆法，既当前一机架咬入轧件轧制稳定后，测量该机架的扭矩值并记忆，在后一机架咬入轧件且轧制稳定后，再测量前一机架的扭矩值，在轧件未被第三机架咬入前，通过对所测的扭矩值进行计算并得出堆拉值对前一机架的速度进行调节。理想的连轧状态是机架间无张力，但在实际生产中由于钢坯尺寸及温度变化的影响，必须使两机架间存在微小张力，以防止过大的堆拉钢现象。因此采用微张力控制机架间的张力是无法消除的。

针对生产情况，钢坯尺寸基本比较稳定，因此温度的影响就显得比较突出。1#剪切头功能的投入，可消除一部分温度的影响，但仍不能解决成品尺寸超差的问题。根据生产现状，加热温度无法达到要求，不仅仅是等温影响生产，而且每次生产该类圆钢都要出现一定量的尺寸超差的废品。根据这一实际情况，总结出大规格圆钢轧制新法，即取消1#~10#轧机间微张力控制，采用无张力轧制，改用手动调节机架的速度。通过多次试轧制，该方法是行之有效的。具体操作方法如下：

在开始轧制时，采用微张力控制，将成品尺寸调整好，待速度稳定以后，取消1#~10#轧机间的系统微张力控制，改为无张力自由轧制。这样可根本上消除钢坯温度对微张力的影响，从而使成品两旁尺寸得到稳定，杜绝连续生产过程中成品尺寸超差的现象，而且也改变了大规格圆钢无法正公差轧制的现状。另外，当钢坯的尺寸发生变化时，调整工可以很容易的通过调整机架的速度来调整控制成品的尺寸。当然，取消微张力控制后，并不是就可放心轧制，由于轧槽的磨损以及钢坯温度大幅度的变化，要得到好的成品尺寸还必须对各道料型和机架的速度进行人工调整。调整方法为：利用微张力系统检测的参数为参考，对1#~7#轧机的速度进行调节，用试棒法对7#~8#、9#~10#间的张力进行验证，用敲击法对8#~9#间的张力进行验证（8#出来的圆较大，翘不动），再通知主控操作工进行速度调节。当轧件咬入时略显微堆，轧制过程中轧件微微颤动为理想状态，此时成品尺寸不但好而且稳定，表现为头尾尺寸比微张时的差值要小，无通根出耳子或瘦的超差的废品，提高了产品的质量和成品尺寸精度。

根据上述分析，大规格品种采用此法生产，不仅成品的尺寸更加稳定，而且更容易通过调整机架的速度来控制成品的尺寸。但是，这样做也有一定的条件，这不仅要求料型调整准确，并且能适时的根据轧槽的磨损进行料型的调整。此外由于料型较大，机架间的张力无法进行准确的判断，生产过程中还需勤检查勤调整。在今后的工作中，我们还需不断提高自身的技术水平，总结经验，生产出更加优质的产品。1

线材无张力轧制的数学模型研究背景在高速线材连轧过程中，为了保征线材的质量，采取的主要技术手段之一是在精轧和预精轧各架间实行无张力轧制。实践证明，要保证两机架间既无张力又无堆钢是困难的。故一般的做法是采用活套控制技术来达到无张力轧制的要求，且通常设置二、三个活套即可保证产品的公差尺寸小于士0.15mm。研究针对活套的特点，建立活套的数学模型，对活套闭环控制系统的构成做初步探讨。

活套的数学模型设第i个机架的出口轧速为ViH(i=1,2,…)，若在i，i+1架间形成活套（见图1），在自然状态下活套呈正弦形状。活套的套量l取决于相邻机架出、入口速度差的积分

活套数学模型的特点活套的非线性给活套控制系统的实现带来了一定的困难。为了降低其影响，避开变增益特性(K较大)造成的系统失稳，在实施控制时，可采用如下措施：

（1）采用带死区的控制方式。即当hh0-△h时再将活套凋节器投入，实现套高的闭环调节。

（2）最好用数字外环，用微机或单片机构成活套控制闭环，这样，可以利用软件组态灵活的优势，实现关于变增益的适应控制。具有利于保证活套控制系统的动态、静态品质。

（3）速度内环的品质对活套控制至关重要，抗负载扰动能力和抗电网电压波动的能力将直接对活套闭环产生影响。故应尽可能提高转速内环的抗扰能力。

（4）速度内环的反应速度(调节时间必须足够快，主传动的动态调节范围和反应速度必须保证在一定时间内使偏离的速差恢复，且不超出最大存贮(或允许)的套量。

其中，前三条涉及活套控制质量，后一条是活套系统可靠运行的前提条件。即

式中：ts——速度环响应时间；△lr——允许的套量波动值；△Vmax——最大线速度差波动值。

研究结论活套控制系统数学模型是非线性的。为了便于实施控制，套高h取0.3m左右较为合理；应用微机数字控制技术可获较好的动态品质；速度内环的响应要足够快，必须满足上式要求。2

本词条内容贡献者为:

宋春霖 - 副教授 - 江南大学