CN107812792A - 一种棒线材连轧张力的精确控制方法 - Google Patents

Abstract

一种棒线材连轧张力的精确控制方法，属于轧钢工艺方法技术领域，用于对棒线材的连轧张力进行精确控制。本发明利用活套起套过程的变化和机组累加到首架轧机的速度变化量来定量控制轧线的连轧张力；本发明从活套起套过程中形状的变化和轧线首架轧机空载和全线带载后的速度波动比较寻找到一种定量控制连轧张力最佳值得方法，可以实现轧制过程和产品质量的稳定；本发明从活套状变化和轧机速度变化实现精确控制连轧张力，可定量判断张力，并保证轧制过程长周期张力稳定在一个微小波动范围内的先例，可长期推广在棒线材实际生产中；本发明可以用来指导轧钢生产，避免因张力控制不合适引发的生产事故和质量波动，具有很好的经济效益和推广价值。

Description

一种棒线材连轧张力的精确控制方法

技术领域

本发明涉及一种棒线材生产过程中连轧张力的精确控制方法，属于轧钢工艺方法技术领域。

背景技术

在棒线材连续轧制中，张力的调节主要由主控台操作人员根据轧机负荷电流变化、活套调节量的变化进行人工干预，使连轧张力在一定范围内保持恒定，实现轧制过程的稳定和产品质量尺寸精度的恒定。传统工艺调整手段是利用头部微张力自动控制或者电流比较法进行初中轧机组的张力设定，该传统方法对张力的调整范围波动较大，无法精准判断并准确调整整理到最佳值。连轧张力过大或者过小都会破坏生产过程的稳定性，导致连轧关系被破坏引发拉断、堆钢等事故，并且对导卫、轧辊的寿命产生恶劣影响，进而导致产品的表面质量和尺寸精度恶化，产生废品导致损失。但是，人工干预的控制方式难以避免张力调节控制不当，容易导致生产事故和质量事故的发生，因此有必要提出一种棒线材生产中连轧张力的精确控制方法，用来指导棒线材轧钢生产过程，避免因张力控制不当引发的生产事故和质量事故的发生。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种棒线材连轧张力的精确控制方法，这种控制方法可以用来指导棒线材轧钢生产过程，避免因张力控制不当引发的生产事故和质量事故的发生。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种棒线材连轧张力的精确控制方法，它利用活套起套后的形状变化和轧线首架轧机累计速度变化量来判断轧线连轧张力的大小并精确控制在一定范围内保持恒定，具体步骤如下：

a.棒材头部咬入下游轧机后活套起套立即形成无张力的正常活套套型，说明初始速度设定合适；

b．在整根钢坯轧制过程中仔细观察活套套形的变化及轧机速度变化，若尾部套形异常升高则说明上游机组张力过大需要调节；

c．若棒材头部咬入入下游轧机后形成张力活套，经过若干时间套形恢复为无张力的正常活套，则说明初始速度设置偏低，依靠活套扫描器一段时间的自动调节才能实现无张力轧制，需要对轧机初始速度进行调整；

d．若棒材头部咬入下游轧机后形成堆钢活套，则说明初始速度设定偏高，需要对轧机初始速度进行调整；

e．若头部咬入下游轧机瞬间形成堆钢活套，数秒后活套形状变成张力活套，则说明轧机传动电机动态特性较差，需要对冲击降补偿进行调整或者对电机传动特性进行调整，降低电机冲击速降；

f．通过上述调整，实现每个活套在轧件咬入下游机架后立即形成无张力的正常活套并在整根钢坯轧制过程中形状保持恒定；

g．比较轧线首架轧机空转与轧线全部活套起套后的速度差值进行轧线整体张力值校验，首架轧机空转与轧线所有活套起套稳定后的速度波动值应该在5%以内，大于5%意味着全线张力过大，大于10%则意味着轧线质量处于不稳定状态。

上述棒线材连轧张力的精确控制方法，所述正常活套的套型为活套最高点处于活套进出口压辊距离的中心垂线偏向上游轧机的方向，位于起套辊右方（以面对轧机操作侧，轧件运行方向从左向右，粗轧机为上游机架为例），活套最高点与活套进出口压辊距离的中心垂线的距离L参考值为0.5-1.2倍起套辊直径值，正常活套形状为理想套型，处于稳定的微恒张力或无张力状态，并且具有一定冗余金属的缓冲能力。

上述棒线材连轧张力的精确控制方法，所述堆钢活套的套型为活套最高点位于活套进出口压辊距离的中心垂线之外，偏向下游轧机方向，堆钢活套的活套高度过高，处于不稳定状态，没有冗余金属的缓冲余地。

上述棒线材连轧张力的精确控制方法，活套的套型还有临界活套，临界活套的活套最高点处于活套进出口压辊距离的中心垂线中间位置，临界活套高度偏高，可以保持无张力稳定轧制，冗余金属缓冲余地偏小。

上述棒线材连轧张力的精确控制方法，所述张力活套的套型为活套最高点处于起套辊正上方，形成一个斜拉三角形活套，张力活套处于大张力状态，形成了拉钢轧制，张力严重偏大时起套辊高度会下降，即起套辊被张力向下的分力压制导致起套辊不能升起到位。

上述棒线材连轧张力的精确控制方法，所述步骤g中首架轧机空转与轧线所有活套起套稳定后的速度波动值若超过10%，则按照以下步骤进行调整：

h．按照从上游机架向下游机架调整的原则，调整粗中轧机组的连轧张力，方法为广泛应用的电流比较法，比较本架轧机咬钢后负载电流与下一架轧机咬入后负载电流变化，变化量应为3%-8%；

i．粗中轧机组调整完毕，检查每个活套的起套动作和驻套形状；

j．按照步骤b、c、d、e的方法，调整活套上游机架的基准速度，使每个活套的形状在起套瞬间就稳定在正常活套状态；

k．检查首架轧机空转与轧线所有活套起套稳定后的速度波动值，此时差值应该下降，如不能满足5%-10%的要求，重复步骤h-j，直至首架轧机空转与轧线所有活套起套稳定后的速度波动值满足要求，达到机组连轧张力处于最佳稳定状态。

上述棒线材连轧张力的精确控制方法，必须准确控制轧件料型，检查轧件料型在允许误差范围内才可进行速度调整，如料型超差必须先规范料型，然后再进行速度调节。

上述棒线材连轧张力的精确控制方法，轧制过程中整根钢坯的温度必须保证一致，钢坯的头部、中间与尾部的波动应该在30℃以内。

上述棒线材连轧张力的精确控制方法，在张力调节过程中，必须从首架轧机开始向下游机架逐架次进行调整。

本发明的有益效果是：

本发明从活套起套过程中形状的变化和轧线首架轧机空载和全线带载后的速度波动比较寻找到一种定量控制连轧张力最佳值的方法，可以实现轧制过程和产品质量的稳定。本发明可以用来指导线棒材轧钢生产，避免因连轧张力调整不当引发生产事故和质量事故。

本发明提供的方法可以精确控制轧制过程中的张力，从而使轧制过程稳定、产品质量稳定，可以大幅度降低因张力失控引发的生产事故和质量缺陷，有效提高生产线的作业率、成材率并降低燃耗电耗，可以创造巨大的社会经济效益。

本发明从活套形状变化和轧机速度变化这一角度实现精确控制连轧张力，实现可定量判断张力并保证轧制过程长周期张力稳定在一个微小波动范围内的先例，可长期推广在棒线材实际生产中，具有非常广阔的推广及应用前景。

附图说明

图1是本发明的活套套形变化示意图；

图2是本发明的轧机电机的传动特性示意图。

图中标记如下：堆钢活套1、临界活套2、正常活套3、张力活套4、轧制中心线5、中心垂线6、轧制方向7、起套辊8。

具体实施方式

本发明利用活套咬入后的形状和整个轧制过程中的形状变化来进行张力状态的判定和调节。本方法打破了按照业内的惯例用活套联调量的值判断张力状态的局限性。

在实际生产中，若活套高度设定有偏差时，活套联调量即使为零，也有可能存在连轧张力过大的可能性。活套形状的变化可以准确的表达出张力的大小变化。因此需要观察活套起套后形状的变化过程。

它利用活套起套后的形状变化和轧线首架轧机累计速度变化量来判断轧线连轧张力的大小并精确控制在一定范围内保持恒定，具体步骤如下：

首先，活套起套后，活套头部咬入下游轧机后活套起套立即形成无张力活套套型，则说明初始速度设定合适。

进一步，在整根钢坯轧制过程中仔细观察活套套形的变化及轧机速度变化。若尾部套形异常升高则说明上游机组张力过大需要调节。

进一步，若头部咬入入下游轧机后形成张力活套，经过若干时间套形恢复为无张力活套，则说明初始速度设置偏低，依靠活套扫描器一段时间的自动调节才能实现无张力轧制，需要对轧机初始速度进行调整。

进一步，若头部咬入下游轧机后形成堆钢活套，则说明初始速度设定偏高，需要对轧机初始速度进行调整。

进一步，若头部咬入下游轧机瞬间形成堆钢活套，数秒后活套形状变成张力活套，则说明轧机传动电机动态特性较差，需要对冲击降补偿进行调整或者对电机传动特性进行调整，降低电机冲击速降。

进一步，通过上述调整，实现每个活套在轧件咬入下游机架后立即形成无张力活套并在整根钢坯轧制过程中形状保持恒定。

进一步，比较轧线首架轧机空转与轧线全部活套起套后的速度差值进行轧线整体张力值校验，首架轧机空转与轧线所有活套起套稳定后的速度波动值应该在5%以内。大于5%意味着全线张力过大，大于10%则意味着轧线质量处于不稳定状态。

图1显示，在上述过程中，判断活套套形的方法如下（以面对轧机操作侧，轧件运行方向从左向右，粗轧机为上游机架为例）：

正常活套3：

正常活套3的套型为活套最高点处于活套进出口压辊距离的中心垂线6偏向上游轧机的方向，位于起套辊8右方，活套最高点与活套进出口压辊距离的中心垂线的距离L参考值为0.5-1.2倍起套辊8直径值，正常活套3形状为理想套型，处于稳定的微恒张力或无张力状态，并且具有一定冗余金属的缓冲能力。

堆钢活套1：

堆钢活套1的套型为活套最高点位于活套进出口压辊距离的中心垂线6之外，偏向下游轧机方向，堆钢活套1的活套高度过高，处于不稳定状态，没有冗余金属的缓冲余地。

临界活套2：

临界活套2的活套最高点处于活套进出口压辊距离的中心垂线6中间位置，临界活套2高度偏高，可以保持无张力稳定轧制，冗余金属缓冲余地偏小。

张力活套4：

张力活套4的套型为活套最高点处于起套辊8正上方，形成一个斜拉三角形活套，张力活套4处于大张力状态，形成了拉钢轧制，张力严重偏大时起套辊8高度会下降，即起套辊8被张力向下的分力压制导致起套辊8不能升起到位。

图2显示，电动机传动特性图中，时间t为轧机咬钢过程，t1阶段轧机降速，在t2阶段回升，然后速度稳定，△n为轧机电机冲击降补偿后存在的实际冲击降速值。

本发明保持轧线的轧制过程稳定顺行和产品尺寸精度必须重视连轧过程的张力处于一个合理的稳定范围内。为了达到精确控制连轧过程中的张力这一目的，必须从以下几个方面实施：

第一、电机传动特性的优化

如图2所示，△n应该小于电机实际转速的1%，持续时间应小于1秒。如果△n大于1%，或降速时间过长；咬入瞬间的金属累积量过大，存在咬入堆钢的危险，为了消除这种危险，必须降低前架轧机的初始速度，其结果导致咬入时起套，咬入后拉钢，活套调节量偏大；最终造成成品尺寸波动明显，即头部大，前半部份偏小，中间正常，尾部偏大。因此，要保证张力状态，轧机电机的传动特性必须要优化到位，保证轧机传动电机有足够的刚度。本方法要求△n值在速降时间内的积分值（图2中阴影部分面积）<0.5%/s。

第二、轧件料型的准确控制

依照本方法进行张力调节时，必须先检查轧件料型在允许误差范围内才可进行速度调整，如料型超差必须先规范料型，然后再进行速度调节。

第三、轧制温度的稳定

本方法所指轧制温度的稳定是指整根钢坯的温度必须保证一致，头部中间尾部的波动应该在30℃以内。

第四、活套高度的准确设定

依照本方法调整连轧张力，活套的高度设定在一个合理的范围内。活套设定基准高度过高则会出现图1所示的堆钢活套1套型，活套设定高度过低，则会出现活套“反调”现象，即在出现张力活套4套型的情况下，扫描器反馈高度h依然高于设定高度，此时活套调节程序会大幅度降低前架轧机转速试图降低活套高度，若起套辊8压力比较小则会将起套辊8位置压低，若起套辊8支撑力较大，则会引起张力急剧上升直至张力大于轧件的屈服强度引发轧件缩径直至拉断。

第五、张力调整原则

依照本方法，张力人工干预必须遵循一个原则：从首架轧机开始向下游机架逐架次调整。

第六、张力检验方法

通过上述调整，实现每个活套在轧件咬入下游机架后立即形成无张力活套并在整根钢坯轧制过程中形状保持恒定如图1中正常活套3形状所示；比较轧线首架轧机空转与轧线全部活套起套后的速度差值进行轧线整体张力值校验，首架轧机空转与轧线所有活套起套稳定后的速度波动值应该在10%以内。若该数值超过10%，则按照以下步骤进行调整：

（1）按照从上游机架向下游机架调整的原则，调整粗中轧机组的连轧张力，方法为广泛应用的电流比较法，比较本架轧机咬钢后负载电流与下一架轧机咬入后负载电流变化，变化量应为3%-8%。

（2）粗中轧机组调整完毕，根据本发明前面所提供的方法，检查每个活套的起套动作和驻套形状。

（3）利用本发明提供的方法，调整活套上游机架的基准速度，使每个活套的形状在起套瞬间就稳定在正常活套状态。

（4） 检查首架轧机空转与轧线所有活套起套稳定后的速度波动值；此时差值应该下降，如不能满足5%-10%的要求，重复上述（1）-（3）步骤，直至首架轧机空转与轧线所有活套起套稳定后的速度波动值满足要求，此时机组连轧张力处于最佳稳定状态。

应用实例

某高速线材生产线，整体装备带有减定径机组的进口摩根六代高速线材产线。因张力调整误差过大，在生产中经常发生产品尺寸波动超出国标允许范围导致产生批量废品；在张力调整严重偏离正常范围时曾发生一根钢坯在减定径机组内频繁拉断，断口数量达到30-40个，导致生产无法持续。

通过按照本发明的方法对活套高度、基准速度、轧件温度和料型进行调整后，在20分钟内恢复正常生产，1#轧机空载与带载速度变化量从20%降低为8%；活套形状稳定在套形3,；产品拉断现象消失，尺寸精度达到国标B-C级标准水平。

Claims (9)

1.一种棒线材连轧张力的精确控制方法，其特征在于：它利用活套起套后的形状变化和轧线首架轧机累计速度变化量来判断轧线连轧张力的大小并精确控制在一定范围内保持恒定，具体步骤如下：

a.棒材头部咬入下游轧机后活套起套立即形成无张力的正常活套套型，说明初始速度设定合适；

b．在整根钢坯轧制过程中仔细观察活套套形的变化及轧机速度变化，若尾部套形异常升高则说明上游机组张力过大需要调节；

c．若棒材头部咬入入下游轧机后形成张力活套，经过若干时间套形恢复为无张力的正常活套，则说明初始速度设置偏低，依靠活套扫描器一段时间的自动调节才能实现无张力轧制，需要对轧机初始速度进行调整；

d．若棒材头部咬入下游轧机后形成堆钢活套，则说明初始速度设定偏高，需要对轧机初始速度进行调整；

e．若头部咬入下游轧机瞬间形成堆钢活套，数秒后活套形状变成张力活套，则说明轧机传动电机动态特性较差，需要对冲击降补偿进行调整或者对电机传动特性进行调整，降低电机冲击速降；

f．通过上述调整，实现每个活套在轧件咬入下游机架后立即形成无张力的正常活套并在整根钢坯轧制过程中形状保持恒定；

g．比较轧线首架轧机空转与轧线全部活套起套后的速度差值进行轧线整体张力值校验，首架轧机空转与轧线所有活套起套稳定后的速度波动值应该在5%以内，大于5%意味着全线张力过大，大于10%则意味着轧线质量处于不稳定状态。

2.根据权利要求1所述的棒线材连轧张力的精确控制方法，其特征在于：所述正常活套的套型为活套最高点处于活套进出口压辊距离的中心垂线偏向上游轧机的方向，位于起套辊右方，活套最高点与活套进出口压辊距离的中心垂线的距离L参考值为0.5-1.2倍起套辊直径值，正常活套形状为理想套型，处于稳定的微恒张力或无张力状态，并且具有一定冗余金属的缓冲能力。

3.根据权利要求1所述的棒线材连轧张力的精确控制方法，其特征在于：所述堆钢活套的套型为活套最高点位于活套进出口压辊距离的中心垂线之外，偏向下游轧机方向，堆钢活套的活套高度过高，处于不稳定状态，没有冗余金属的缓冲余地。

4.根据权利要求1所述的棒线材连轧张力的精确控制方法，其特征在于：活套的套型还有临界活套，临界活套的活套最高点处于活套进出口压辊距离的中心垂线中间位置，临界活套高度偏高，可以保持无张力稳定轧制，冗余金属缓冲余地偏小。

5.根据权利要求1所述的棒线材连轧张力的精确控制方法，其特征在于：所述张力活套的套型为活套最高点处于起套辊正上方，形成一个斜拉三角形活套，张力活套处于大张力状态，形成了拉钢轧制，张力严重偏大时起套辊高度会下降，即起套辊被张力向下的分力压制导致起套辊不能升起到位。

6.根据权利要求1所述的棒线材连轧张力的精确控制方法，其特征在于：步骤g中首架轧机空转与轧线所有活套起套稳定后的速度波动值若超过10%，则按照以下步骤进行调整：

h．按照从上游机架向下游机架调整的原则，调整粗中轧机组的连轧张力，方法为广泛应用的电流比较法，比较本架轧机咬钢后负载电流与下一架轧机咬入后负载电流变化，变化量应为3%-8%；

i．粗中轧机组调整完毕，检查每个活套的起套动作和驻套形状；

j．按照步骤b、c、d、e的方法，调整活套上游机架的基准速度，使每个活套的形状在起套瞬间就稳定在正常活套状态；

k．检查首架轧机空转与轧线所有活套起套稳定后的速度波动值，此时差值应该下降，如不能满足5%-10%的要求，重复步骤h-j，直至首架轧机空转与轧线所有活套起套稳定后的速度波动值满足要求，达到机组连轧张力处于最佳稳定状态。

7.根据权利要求6所述的棒线材连轧张力的精确控制方法，其特征在于：必须准确控制轧件料型，检查轧件料型在允许误差范围内才可进行速度调整，如料型超差必须先规范料型，然后再进行速度调节。

8.根据权利要求7所述的棒线材连轧张力的精确控制方法，其特征在于：轧制过程中整根钢坯的温度必须保证一致，钢坯的头部、中间与尾部的波动应该在30℃以内。

9.根据权利要求8所述的棒线材连轧张力的精确控制方法，其特征在于：在张力调节过程中，必须从首架轧机开始向下游机架逐架次进行调整。