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微张力控制在棒材连轧机中的应用
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 湘潭钢铁公司棒材厂圆钢中轧机组目前人工调节机架电机转速,机架间速度难以匹配,致使产品通条尺寸不一致,质量较差。为此决定在中轧机组的PLC程序中增加微张力控制。

    一、理论分析

    1.微张力的引入
    棒材正常连续轧制遵循的基本原理是机架间金属秒流量相等,即:
    An×Vn=An-1x×Vn-1  (1)
式中An——第n机架的轧件截面面积
    Vn——第n机架的轧件出口速度
    可见An和Vn决定金属秒流量,其中An受制造工艺限制(诸如孔型道次、辊缝压下量、钢温等),一旦调整就固定不变,因此只能通过调整Vn满足公式(1)。从公式(1)推出相邻机架间速度关系应当满足:
    En= Vn/Vn-1=An-1/A.    (2)
式中E一前后机架(n-l、n)的轧件面积比,也称金属延伸率
    实际生产中轧件受钢温、材质、坯料形状、孔型磨损等扰动因素影响,无法保证精确的截面积,造成轧机间金属秒流量出现偏差,使轧材产生张力,而且偏差严重会在轧机间产生堆、拉钢,影响产品质量甚至发生轧制事故,因此在轧制过程中需要对微张力进行控制。

    2.轧制转矩计算
    棒材轧制过程张力变化直接影响轧机主传动电机负载转矩,因此可通过检测电机负载转矩间接监测张力。由直流电机运动方程推出电机轧制转矩为:
    Mm=Mr+Mt+Ma+Mf      (3)
式中Mm——总轧制转矩
    Mr——自由轧制转矩,即轧件金属压下量所需的轧制转矩
    Mt——张力产生的转矩
    Ma——加速转矩
    Mf——摩擦转矩
    稳定轧制状态,Ma=0,若忽略Mf,则公式(3)变为:
    Mm=Mr+Mt             (4)
    进一步分解Mt,得到:
    Mt=Mt1+ Mt2           (5)
             (6)
式中M t1——常数,希望轧件中存在的张力矩,用来补偿钢坯后温度下降而增加的金属秒流量,通过操作者在上位计算机设定σ值间接给出
    M t2——机架张力矩,即被控量,系统调节机架转速使其趋于0
    S——机架出口截面积刀—机架土作辊径
    σ——机架间张力
    i—传动比

    3.Mr测算
    (1)根据轧件在Sn-1机架出口速度Vn-1和Sn-1→Sn机架间距离L,计算出此段轧件运行时间T(L/Vn-1),其中t1为0.2T(动态速降恢复时间),t2为0.1T—0.65T(Sn-2→Sn-1微张力控制时间),t3为0.7T—0.8T(Sn-1机架Mr采样时间)。
    (2)Sn机架咬钢后,根据轧件在Sn机架的出口速度和Sn→Sn+1机架间距离,计算出此段轧件运行时间Tn,其中t4为0.1Tn(Sn机架动态时间恢复时间),t5为0.1Tn—0.65Tn,程序在此时间段内采样Sn-1机架Mm值并同Mr、Mt1值比较(公式4), PI调节器根据差值控制机架速度,使Sn-1→Sn机架间的轧件张力在允许范围内,系统在t6时间段,停止微张力调节,随后进行下一轮控制(Sn→Sn+1机架间微张力控制)。
    (3)PLC程序中Mr采样原理(控制算法)是:轧件在t2运行时,系统采样Sn-1机架的轧制转矩,PLC设置两个累加器(ACCU1、ACCU2),ACCU1在每个机器周期累加1次机架的轧制转矩,ACCU2每个周期加1,即轧制转矩的累加次数,轧件进入t3时间段时,ACCU1除以ACCU2,得到Mr平均值,以此作为t5时间段机架微张力控制的基准值。



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