型钢轧机智能化微张力控制系统

型钢轧机智能化微张力控制系统
吴迪赵宪明白光润邹杰张贵杰
(东北大学)
摘要为提高型钢、尤其是复杂断面型钢连轧时机架间张力的控制精度，研究了一种智能化微张力控制系统。

当机架间张力或推力大于150 N 时，该系统即可在计算机控制下开始调控主电机的转数以保持秒流量相等，可保证轧件尺寸不受张力的影响。

该系统还可根据程序自行确定控制张力的大小。

关键词连轧张力控制型钢连轧
INTELLIGENT MICROTENSION CONTROL SYSTEM OF
THE
CONTINUOUS SECTION STEEL ROLLING MILL
WU Di ZHAO Xianming BAI Guangrun ZOU Jie ZHANG
Guijie
(Northeastern University)
ABSTRACT In order to control accurately the tension between stands on the continuous section mill during beam rolling,especially for sections of complex patterns,an intellegent microtension control system has been developed.While the tension between stands is above 150 Newton,the system with the computer modulates the r.p.m of the mill motor to keep the cubic meter per second constant,and the influence of variation in the tension on the dimension of the rolled section is eliminated.In addition,the system with computer program automatically sets up the tension of continuous section mill.
KEY WORDS tension control of the continuous rolling,continuous section rolli
1 前言
大、中型型钢连轧，尤其是复杂断面型钢连轧，由于轧件难于或不能形成活套，故机架间的微张力控制是一个难题。

为此，人们已开发了一些型钢连轧的微张力控制手段，控制对象一般是轧机主电机的传动力矩或电机电流(以下简称力矩或电流)。

为保持机架间张力，令力矩或电流保持恒定。

但是在轧制过程中，张力往往并不是影响力矩或电流的主要因素。

例如，轧件尺寸波动和轧件温度波动对力矩或电流的影响常常要大于张力的影响。

因此，在无活套的型钢连轧机上，寻求更可靠、更迅速地控制机架间张力的方法还需要作更进一步的研究和探索。

为提高型钢连轧机的张力控制精度，笔者进行了预张力式智能化微张力控制系
统的研究。

2 实验装置
2.1 张力测量装置
预张力式智能化微张力控制系统的原理和硬件组成见图1。

以往型钢连轧机张力控制系统中没有解决的一个主要难题是机架间张力难于准确测量。

为此，笔者采用了一种特殊的预张力测量装置。

在轧制开始之前，张力传感器处于受力状态。

在这种状态下，轧制时机架间张力的微小变化即可造成预先施加于张力传感器的张力值产生明显变化。

张力信号经微型计算机采集并进行处理。

根据张力信号的变化，计算机可以算出前后机架的秒流量差和转数差，并以此为据发出控制信号给主电机，调节电机转数。

并可同时在显示器上显示，在存储器上存储。

按照程序，计算机可以根据轧件尺寸，自行确定控制张力的大小。

图 1 张力控制系统的原理和硬件组成
Fig.1 Hardware and principle of microtension
control system
1—轧机；2—张力测量装置；3—齿轮机座；4—扭矩仪和
转数表；5—驱动电机；6—微型计算机
2.2 实验用轧机参数
形式为四辊万能式，UD机架，中机架可装卸，可施加预应力。

万能孔型—两辊孔型可转换式。

轧辊尺寸：水平辊 φ320～360 mm，最大辊身宽220 mm；立辊 φ220～260 mm，最大辊身高110 mm。

压下行程：水平辊80 mm，立辊120 mm。

压下速度：水平辊0.5 mm／s，立辊0.5 mm／s。

轧辊平衡为弹簧式。

驱动轴形式为万向接轴。

水平辊轴承是铜瓦；立辊轴承为滚动轴承。

驱动主电机为直流调速式，供电方式用可控硅。

功率54 kW两台，转数为0～590 r／min；100 kW一台，转数0～980 r／min。

减速机为直齿三轴减速机，一级减速，减速比15.75。

最大允许轧制力：水平辊300 kN；立辊300 kN。

主要附属设备：
(1) 数字式扭矩仪，测量范围0～1 000 N*m，作用是测量高速轴扭矩；
(2) 扭矩仪附属磁—电式数字转数仪，测量范围0～16 000 r／min；
(3) 压力传感器，测量力能参数，测量范围单侧200 kN，记录方式为486个人计算机。

2.3 施加张力的装置
为了确定系统的控制精度，采用如图2所示的实验装置进行实验，以确定该系统对机架间张力或推力的反映精度和速度。

3 实验结果
根据以上条件，用铅试样进行了H200×100 mmH型轧件的模拟轧制，研究了张力或推力值、电机转数变化值、轧件变形和轧制力能参数。

3.1 可控制的最小张力或推力值
该张力控制系统对机架间张力或推力的反映都很敏感，很小的张力或推力值即可以使预张力值出现较明显的变化并使主电机转数产生变化，由图3知，张力或推力大于150 N，系统原设定的预张力值即出现明显的变化。

计算机迅速作出相应反映并将控制信号传给主电机，使预张力值恢复到设定值。

3.2 主电机转数的控制范围
实验结果表明，在该系统的控制下，主电机转数可以根据计算机的指令在较大的范围内迅速调整，以适应秒流量相等的关系，使预张力值恢复到设定值。

即使在转数设定值明显不匹配的条件下，也能保证稳定轧制。

在后一架轧机的主电机转数明显不匹配的条件下开始轧制，该电机转数变化的实验结果见图4，可见，电机转数在1 s的时间内即可调整到平衡值并保持稳定。

3.3张力对轧件变形和轧制力能参数的影响
在实验范围内，张力对轧件变形参数影响的结果见图5，对轧制力能参数影响的结果见图6，可见，在所实验的张力范围内，张力对轧件变形参数和轧制力无影响，仅对轧制力矩有轻微的影响。

图 2 施加张力或推力的实验装置原理图
Fig.2 Principle of experiment to exert tension or thrust on
the stands
(a)张力；(b)推力
1—轧辊；2—拉力或压力计；3—弹簧；4—垫板
图 3 改变张力或推力时预张力的变化量
Fig.3 Pretension difference during the tension and thrust
was changed
(a)张力；(b)推力
图 4 前、后机架的转数变化
Fig.4 r.p.m change of the back and forward stand
1—后机架；2—前机架
4 结论
(1) 笔者研究的智能化张力控制系统的控制精度很高，机架间张力大于150 N，控制系统即可以感知并开始调控。

(2) 借助本控制系统可以实现复杂断面型钢的微张力连轧，在其控制下，机架间张力不会对轧件尺寸和轧制力能参数产生明显影响。

(3) 采用微型计算机，可以实现机架间张力的智能化控制，控制系统本身可根据张力信号的变化确定前后机架的主电机转数，以保持秒流
量相等。

图 5 张力对件厚的影响
Fig.5 Influence of tension on thickness
of rolled beam
1—凸缘；2—腹板
图 6 张力对轧制力能的影响
Fig.6 Influence of tension on load
and torque of mill
1—轧制力；2—轧制力矩
参考文献
1Katao,Migano.On the Heat Treatment,Microstructure and Mechanical Properties of Heavy Gauge Steels for Nuclear Reactor Pressure Vessel.The Tapan Steel Workes Technical Review,1967,29:623.
2 中尾仁二.材料面から见た原子炉压力容器の安全性について压力技术，1977，15(5)：13.
3Iroine K J,Pickering F B.Continuous-cooled Bainites.London:J Iron and Steel Inst.,1963.201,518.。