技术领域
[0001] 本
发明涉及
冶金领域的制造控制方法，尤其涉及带
钢热轧之后进行卷取的控制方法。
背景技术
[0002] 评估热轧带钢的
质量有两项重要指标：一是带钢宽度质量，一是带钢卷形质量。一般情况下，热轧带钢的宽度
精度必须控制在0-20mm的精度范围内，如果带钢宽度低于目标宽度，就会被视为不合格产品。即带钢宽度只允许有20mm以内的正公差，不允许出现负公差。热轧带钢的宽度质量主要由粗轧和精
轧机组控制。一般认为，一旦带钢由粗轧和精轧机组
轧制完毕，带钢的尺寸规格就已经基本定形，但近年来发现，位于精轧机组后的卷取机组对带钢宽度质量也有一定的影响。卷形也是衡量热轧带钢产品质量的一项重要质量指标。热连轧机组向外部用户提供产品通常是以卷或板的形式，对
冷轧和精整等内部用户全部是以卷的形式供料。所以无论是内部用户还是外部用户，都对卷形质量有着较苛刻的要求，用户要求钢卷端面整齐，无扁卷、松卷和边部损伤等
缺陷。
[0003] 卷取机是热轧生产线的重要设备，用于将轧制的成品热轧带钢卷成钢卷。卷取机位于精轧机组后，为热连轧生产线的最后一道工序。如图1所示，卷取机主要包括辊道11、侧导板12、夹送辊13、三根助卷辊14和卷筒15等主要设备。其中辊道11主要负责将带钢由精轧机组输送至卷取机。侧导板12的主要作用是对中带钢。夹送辊13的主要作用是在头部咬钢阶段对带钢施加一定的夹紧力，同时对其实施第一次弯曲
变形；在尾部卷取阶段对带钢施加稳定的
张力，以保证良好的卷形质量。助卷辊14帮助弯曲带钢，并使带钢紧紧缠绕上卷筒15。卷筒15是卷取机的核心设备，在带钢缠绕上后，对其施加前向张力，以确保卷形质量合格。
[0004] 但是目前使用卷取机对带钢进行卷取后，经常出现带钢质量缺陷。2001年以来，宝山钢
铁股份公司2050热轧机组在生产一些种类的带钢时，在距离带钢头部约150m处出现不同程度的宽度拉窄现象，造成批量带钢宽度临时封
锁，其中厚度规格≤2.5mm的薄板封锁率几乎达100％。由于拉窄程度严重，宽度封锁量大，且易拉窄带钢的生产比重不断增加，必须尽快寻求对策。而后经过试验，证明带钢头部宽度拉窄与卷取机咬钢过程有关。图2所示的是带钢在卷取过程中的拉窄
位置。卷取机的工作过程为：在带钢头部缠绕上卷筒以前，为了尽快绷紧松弛的带钢，夹送辊23、助卷辊24以及卷筒25均以一定的超前速度运行，当带钢头部运行到卷筒25时，卷筒实际力矩开始上升，当达到卷筒设定力矩后，卷筒25由速度控制切换为力矩控制，通过调节
电机的输出力矩设定值，使带钢承受一定的张力并以该张力进行卷取，当带钢尾部离开精轧机末端
机架时，夹送辊23承担的后向张力加大，同时，卷筒25由力矩控制切换回速度控制，以同步速度运转，当带钢尾部运行到夹送辊23时，夹送辊23由力矩控制切换回速度控制，以滞后速度运转，同时卷筒25开始慢慢减速直到卷取完毕后停止。其中当带钢头部缠绕上卷筒25以前，辊道21、夹送辊23、助卷辊24和卷筒25都采用比带钢运行速度快的超前速度设定，松弛的带钢突然被绷紧，此时就容易发生拉窄现象。带钢头部由精轧末机架轧出后，需要通过
层流冷却装置26进行性能控制，
温度骤降。所以带钢被拉窄的部位一般发生在温度最高，塑性最低的精轧出口处27。
[0005] 经过进一步的试验，证明卷筒电机力矩控制的超调现象是造成卷取宽度拉窄的主要原因之一。如上所述，卷取机未咬钢之前，卷筒处于速度控制状态。当带钢头部进入卷取机缠绕上卷筒，且力矩上升至设定力矩值后，卷取机的BA计算机便确定卷取机张力建立成功，整个建立张力过程结束，随后卷筒切换为力矩控制状态，卷取机进入张力卷取阶段。图3是卷取机张力建立阶段的的卷筒实际力矩情况。3P是BA计算机计算出的卷筒设定力矩值，当带钢头部在3a点咬入卷取机后，力矩开始向上迅速爬升，至3b点到达设定力矩值3P。
由于卷筒和助卷辊此时处于超前速度控制状态，力矩在此切换过程中出现了超调现象，继续爬升至3c点所对应的峰值，随后调整至3d点时达到设定值3P，完成切换过程，卷筒切换为力矩控制状态。由于超前速度、踏步控制等原因，3a点至3d点是力矩很不稳定的阶段，这样的
波动会对带钢产生纵向冲击拉伸作用，甚至可以影响精轧末机架的速度。当卷筒力矩超过设定值3P，尤其到达峰值点时，带钢便可能被拉窄，该峰值越高，拉窄程度就越严重。
如果卷筒实际力矩的变化能如图4所示，实现力矩的平滑过渡，便可彻底解决带钢头部宽度拉窄问题。但由于卷取机建立张力阶段卷筒、助卷辊都处于超前速度控制状态，而带钢在辊道上不稳定穿带时其形状又是松弛的，当松弛的带钢突然被绷紧时，因冲击而产生的力矩波动是无法避免的。目前这种力矩波动是世界各国均没有解决的难题，因此而引起的宽度拉窄现象在各大钢厂也比较普遍。
[0006] 目前解决此问题采用的方法是降低张力的设定值，即力矩的设定值，以达到降低峰值力矩和拉窄可能性的目的。如图5a和图5b所示，当张力设定值降低后，力矩设定值由5P降低至5P’。带钢咬入后，实际卷筒力矩开始由5a点上升，虽然在达到设定力矩后也出现了超调现象，但其峰值5c并未超过原力矩设定值5P。即降低力矩设定值，虽然不能消除力矩的波动，但可以达到降低峰值力矩绝对值的目的，而该峰值越低，拉窄的可能性就越小。
[0007] 按照此原理，目前热轧卷取张力控制方法的核心就是降低力矩设定值，但是与此同时就产生了另外一个问题，即张力降低到一定程度后，虽然宽度拉窄得到了控制，但在带钢的中、尾部卷取阶段却出现了张力不足的现象，而张力不足则易造成扁卷、松卷、卷层错动、疏松等卷形质量下降的问题，而这一问题在精整、冷轧等后道工序生产时，又易产生带钢表面挫伤缺陷。控制宽度质量需要低张力，而控制扁卷和卷层错动需要高张力，也就是说这两个质量指标对张力的要求是矛盾的。如果一种带钢既存在宽度拉窄问题，又存在卷形质量问题，那么操作人员往往只能舍弃一项质量指标，而确保另一项质量指标。
[0008] 除了上述的宝钢2050热轧机组，宝钢1580热轧机组也采用与2050热轧相类似的张力控制方法，结果宽度拉窄情况和卷形质量问题时有发生。
[0009] 此外宝钢2008年刚刚投产的1880热轧机组考虑到了卷取宽度拉窄的问题，采用了一种防颈缩控制技术(Necking Prevention Control)，卷取机的夹送辊在咬钢后采用减速控制来减少拉窄的可能。但通过试验和分析证明，由于2050卷取机的夹送辊无法达到1880的减速率，所以不能实施与1880热轧类似的技术。另一方面，经过近一年的实际应用证明：1880热轧目前使用的防颈缩控制技术的效果并不理想，无法彻底杜绝宽度拉窄缺陷。
发明内容
[0010] 综上所述本发明的目的是寻求一种适应性广泛的卷取张力控制方法，彻底解决带钢卷取机高张力咬钢造成带钢拉窄，低张力卷取导致松卷、扁卷这一对矛盾现象，以保证带钢宽度不被拉窄的前提下，消除扁卷、松卷、卷层错动、疏松等卷形质量问题和表面挫伤问题，达到宽度质量和卷形质量两者兼顾的目的。同时为了提高工作效率，力求实现张力控制的自适应。
[0011] 为了实现上述的发明目的，本发明的技术构思为采用一种热轧卷取张力的控制方法，该方法是一种采用低张力咬钢、高张力卷取的张力控制新方法，该方法将卷取机卷钢过程分为两个张力控制阶段：
[0012] 第一阶段：即低张力咬钢阶段，该阶段卷筒力矩波动最严重，这时可以通过降低卷取张力来降低卷筒力矩设定值，以达到降低峰值力矩的目的，从而消除力矩波动对带钢宽度质量的影响。
[0013] 第二阶段：即高张力卷取阶段，当带钢头部缠上卷筒，张力建立完成以后，为防止低张力卷取而导致的松卷、扁卷现象，按预先的设定提高张力，保证卷形质量。在这个阶段，卷筒、夹送辊、助卷辊已由超前速度控制切换为力矩控制，速度降低至与精轧机组同步，可以实现力矩平稳过渡，不足以拉窄带钢。由于厚规格带钢不存在卷取拉窄问题，所以该技术只适用于厚度≤5mm的带钢卷取。
[0014] 根据本发明的上述目的，提出一种热轧卷取张力的控制方法，包括如下步骤：
[0015] (1)开始操作；
[0016] (2)精轧机架咬钢，咬钢
信号由精轧机组的
基础自动化系统(BA)计算机上传至上位计算机；
[0017] (3)上位计算机向BA计算机下发：带钢的规格品种数据、第一级张力系数、第二级张力系数；
[0018] (4)BA计算机根据所述数据和第一级、第二级设定值计算模型对第一级、第二级的张力设定值和力矩设定值进行计算；
[0019] (5)带钢头部咬入卷取机，即进入第一级张力控制阶段，卷取机对带钢进行第一级张力控制，判断实测卷筒力矩是否达到第一级力矩设定值，当实测卷筒力矩达到第一级力矩设定值后，延时一段时间后再进入第二级张力控制阶段；
[0020] (6)进入第二级张力控制阶段，卷取机对带钢进行第二级张力控制，判断实测卷筒力矩是否达到第二级力矩设定值；
[0021] (7)至带钢卷取完毕，向上位计算机发送卷取结束信号；
[0022] (8)对带钢宽度质量进行检测判断，若宽度质量合格则结束操作，若宽度质量不合格，则操作人员对第一级张力系数进行调整，接着进行第一级张力系数自适应步骤；
[0023] (9)对带钢卷取质量进行检测判断，若卷取质量合格则结束操作，若卷取质量不合格，则操作人员对第二级张力系数进行调整，接着进行第二级张力系数自适应步骤；
[0024] (10)操作结束。
[0025] 优选地，所述步骤(3)中的第一级张力系数的取值范围为0.70～0.95。
[0026] 优选地，所述步骤(3)中的第二级张力系数的取值范围为1.05～2.00。
[0027] 优选地，所述步骤(4)中的第一级设定值计算模型为：
[0028] 第一级单位张力计算模型：
[0029] Tu1＝9.81*(2/h+0.1)*HYP/206*1.2*Tc1 (公式1)
[0030] 其中Tu1表示第一级单位张力，Tc1表示第一级张力系数，h表示带钢厚度，HYP表示热
屈服强度，
[0031] 第一级张力设定值计算模型：
[0032] T1＝b*h*Tu1*10-3 (公式2)
[0033] 其中T1表示第一级张力设定值，b表示带钢宽度，h表示带钢厚度，Tu1表示第一级单位张力；
[0034] 第一级力矩设定值计算模型：
[0035] (公式3)
[0036] 其中TR1表示第一级力矩设定值，T1表示第一级张力设定值，D表示钢卷直径，a表示卷筒
传动比。
[0037] 优选地，所述第一级单位张力计算模型，当9.81*(2/h+0.1)HYP/206＜5时，其值取5。
[0038] 优选地，步骤(4)中的第二级设定值计算模型为：
[0039] 第二级单位张力计算模型：
[0040] Tu2＝9.81*(2/h+0.1)*HYP/206*1.2*Tc2 (公式4)
[0041] 其中Tu2表示第二级单位张力，Tc2表示第二级张力系数，h表示带钢厚度，HYP表示热屈服强度；
[0042] 第二级张力设定值计算模型如下：
[0043] T2＝b*h*Tu2*10-3 (公式5)
[0044] 其中T2表示第二级张力设定值，b表示带钢宽度，h表示带钢厚度，Tu2表示第二级单位张力；
[0045] 第二级力矩设定值计算模型如下：
[0046] (公式6)
[0047] 其中TR2表示第二级力矩设定值，T2表示第二级卷筒张力，D表示钢卷直径，a表示卷筒传动比。
[0048] 优选地，所述第二级单位张力计算模型，当9.81*(2/h+0.1)HYP/206＜5时，其值取5。
[0049] 优选地，步骤(5)中延时时间为1～8秒。
[0050] 优选地，步骤(8)中的第一级张力系数自适应步骤包括：
[0051] a.BA计算机将调整后的第一级张力系数上传至上位计算机；
[0052] b.上位计算机对
修改后的第一级张力系数进行合理性校验，评价数据合[0053] 理性，评价的依据为第一级张力系数的取值范围0.70～0.95，当数[0054] 据被判断为不合理时，终止自适应步骤，若判断为合理则进行下一步；
[0055] c.上位计算机根据第一级张力系数自适应计算模型对第一级张力系数进行自适应计算；
[0056] d.存储自适应的计算结果，当后续类似品种规格的带钢卷取时，该经过自适应的数据直接通过上位计算机下发给BA计算机。
[0057] 优选地，步骤c中的第一级张力系数自适应计算模型为：
[0058] Tc1’＝Tc1-(Tc1-Tnc1)*W1 (公式7)
[0059] 其中Tc1’表示自适应后的第一级张力系数，Tc1表示初始第一级张力系数，Tnc1表示经操作人员调整后的第一级张力系数，W1表示权重。
[0060] 优选地，所述第一级张力系数自适应计算模型中的W1取值范围为0.2～0.4。
[0061] 优选地，步骤(9)中的第二级张力系数自适应步骤包括：
[0062] a.BA计算机将调整后的第二级张力系数上传至上位计算机；
[0063] b.上位计算机对修改后的第二级张力系数进行合理性校验，评价数据合理性，评价的依据为第二级张力系数的取值范围1.05～2.00，当数据被判断为不合理时，终止自适应步骤，若判断为合理则进行下一步；
[0064] c.上位计算机根据第二级张力系数自适应计算模型对第二级张力系数进行自适应计算；
[0065] d.存储自适应的计算结果，当后续类似品种规格的带钢卷取时，该经过自适应的数据直接通过上位计算机下发给BA计算机。
[0066] 优选地，步骤c中的第二级张力系数自适应计算模型为：
[0067] Tc2’＝Tc2-(Tc2-Tnc2)*W2 (公式8)
[0068] 其中Tc2’表示自适应后的第二级张力系数，Tc2表示初始第二级张力系数，Tnc2表示经操作人员调整后的第二级张力系数，W2表示权重。
[0069] 优选地，所述第二级张力系数自适应计算模型中的W2取值范围为0.3～0.6。
[0070] 本发明由于在热轧卷取过程中采用了上述两级张力控制方法，使得与
现有技术相比，既解决了带钢宽度拉窄问题，又避免了扁卷、松卷、卷层错动、疏松等带钢卷形质量问题和表面挫伤问题，从而达到了宽度质量和卷形质量两者兼顾的目的。
附图说明
[0071] 以下将结合附图和具体
实施例来对本发明作进一步说明。
[0072] 图1为卷取机主要结构示意图。
[0073] 图2为带钢在卷取过程中的拉窄位置示意图。
[0074] 图3为卷取机张力建立阶段的卷筒实际力矩变化图。
[0075] 图4为卷筒实际力矩平滑过渡示意图。
[0076] 图5a为力矩设定值调整前卷筒实际力矩变化图。
[0077] 图5b为力矩设定值调整后卷筒实际力矩变化图。
[0078] 图6为本发明采取两级张力控制时卷筒的实际力矩变化图。
[0079] 图7为本发明热轧卷取张力的控制方法
流程图。
具体实施方式
[0080] 表1为实施例1～3的各项输入数据汇总表
[0081]符号 参数 实施例1 实施例2 实施例3
带钢品种 BTC1 BTC1 BTC1
HYP 热屈服强度 110 110 110
h 厚度(mm) 1.20 4.02 5.00
b 宽度(mm) 600 1016 1900
Tc1 第一级张力系数 0.80 0.90 0.90
Tc2 第二级张力系数 1.20 1.40 1.80
D 钢卷直径(m) 0.762 0.762 0.762
a 卷筒传动比 2.36 2.36 2.36
[0082] 表2为根据设定值计算模型和张力系数自适应计算模型计算得出的实施例1～3的数据汇总：
[0083]符号 参数 实施例 实施例 实施例3
1 2
9.81*(2/4.02+0.1)*110/206 9.25 3.13 2.62
9.81*(2/4.02+0.1)*110/206＜5 9.25 5.00 5.00
时，取5
Tu1 第一级单位张力(N/mm2) 8.88 5.40 5.40
T1 第一级张力设定值(KN) 6.40 22.06 51.30
TR1 第一级力矩设定值(KN*m) 1.03 3.56 8.28
2
Tu2 第二级单位张力(N/mm) 13.33 8.40 10.80
T2 第2级张力设定值(KN) 9.59 34.31 102.60
TR2 第2级力矩设定值(KN*m) 1.55 5.54 16.56
宽度质量情况 不良 不良 良好
卷形质量情况 良好 不良 不良
Tnc1 第一级张力系数手动调节值 0.70 0.80 /
Tnc2 第二级张力系数手动调节值 / 1.60 2.00
W1 第一级张力系数自适应计算权重 0.4 0.4 /
W2 第二级张力系数自适应计算权重 / 0.3 0.3
Tc1’ 自适应后的第一级张力系数 0.76 0.86 /
Tc2’ 自适应后的第二级张力系数 / 1.46 1.86
[0084] 本实施例中热轧卷取张力的控制方法流程如图7所示：
[0085] 1.开始操作；
[0086] 2.精轧F1机架咬钢，咬钢信号由精轧机组的BA计算机上传至上位计算机。
[0087] 3.上位计算机分别将表1中实施例1～3的带钢数据、第一、二级张力系数向卷取BA计算机下发；
[0088] 4.卷取BA计算机使用上述数据分别按照公式1～6对第一级和第二级设定值进行计算，计算得到的数据如表2所示；
[0089] 5.当带钢头部到达卷筒后，带钢进入第一级头部张力控制阶段，即低张力咬钢阶段，该阶段卷筒力矩波动最严重，这时可以通过降低卷取张力来降低卷筒力矩设定值，以达到降低力拒峰值力矩的目的，从而消除力矩波动对带钢宽度的影响。
[0090] 6.卷取机进行第一级张力控制，判断卷筒实测力矩达到第一级力矩设定值。
[0091] 7.当卷筒实测力矩达到第一级力矩设定值后，延时一段时间，该时间可以根据具体力矩波动情况进行调节，范围为1～8秒；
[0092] 8.进入第二级卷取张力控制阶段，即高张力卷取阶段，为防止低张力卷取而导致的松卷、扁卷现象，按预先设定的第二级张力设定值提高张力，以保证卷形质量，这时卷筒、夹送辊、助卷辊已由超前速度控制切换为力矩控制，速度降低至与精轧机组同步，所以力矩可以实现平稳过渡，不足以拉窄带钢。
[0093] 9.卷取机进行第二级力矩控制，判断卷筒实测力矩达到第二级力矩设定值；
[0094] 10.直至带钢卷取完毕，向上位计算机发送卷取结束信号；
[0095] 11.操作人员分别对卷形质量和宽度质量进行判定；
[0096] 12.如果质检判断宽度质量合格，就不需要对第一级张力系数进行修正，反之则必须降低张力系数；
[0097] 13.当宽度质量不合格，即带钢头部宽度发生卷取拉窄时，卷取操作人员降低第一级张力系数；
[0098] 14.卷取BA计算机将修改后的第一级张力系数上传至上位计算机；
[0099] 15.上位计算机对修改后的第一级张力系数进行合理性校验，评价数据的合理性，当数据被判定为不合理时，终止第一级张力自适应，第一级张力系数的合理性校验是判断新张力系数是否在0.70～0.95这一范围内，在范围内则判断是合理的，可以提供给自适应系统，相反的，如果超出范围，便判断该值不合理，就不能将其提供给自适应系统；
[0100] 16.上位计算机根据公式7对第一级张力系数进行自适应计算，所得计算结果如表2所示；
[0101] 17.如果质检判断卷形质量合格，就不需要对第二级张力系数进行修正，反之则必须提高张力系数；
[0102] 18.当卷形质量不合格，卷取操作人员提高第二级张力系数；
[0103] 19.卷取BA计算机将修改后第二级张力系数上传至上位计算机；
[0104] 20.上位机对修改后的第二级张力系数进行合理性校验，评价数据的合理性，第二级张力系数的合理性校验也是判断新张力系数是否在一定范围内，1.05～2.00，当数据被判定为不合理时，终止第二级张力系数自适应；
[0105] 21.上位计算机根据公式8对第二级张力系数进行自适应计算，所得的自适应结果如表2所示；
[0106] 22.将修正后的数据进行存储，以备以后类似规格带钢卷取时下发给卷取BA计算机；
[0107] 23.结束。
[0108] 实施例1～3分别按照上述步骤操作，其中实施例1根据初始设定值进行操作后，带钢头部宽度发生卷取拉窄，而卷形质量合格，故操作人员只对其第一级张力系数进行了调节，随之控制系统进行了自适应，并将自适应的结果进行了存储；实施例2根据初始设定值进行操作后，宽度和卷形质量均不合格，故操作人员对其第一、二级张力系数均进行了调节，随之控制系统进行了自适应，并将自适应的结果进行了存储；实施例3只有卷形质量不合格，故操作人员只对其第二级张力系数进行了调节，随之控制系统进行了自适应，并将自适应的结果进行了存储。
[0109] 由此可见，本发明热轧卷取张力的控制方法，通过计算模型设定两级张力控制，然后根据带钢的宽度和卷取质量，进行张力系数的调节，控制系统对该调解结果进行自适应和存储，最终形成一个
数据库，不仅解决了卷取机高张力咬钢造成带钢拉窄，低张力卷取导致松卷、扁卷的矛盾，还提供了一种便于自动化控制和数据存储采集的控制方法，具有很好的可行性经济效益。
[0110] 要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。
