酸轧入口张力控制系统探讨

摘 要：本文介绍了新钢1550酸轧入口张力控制系统。张力控制对轧线的生产非常重要，张力控制的好坏直接影响了成品的质量。本文首先对入口张力控制的作用进行了介绍，然后分别介绍了开卷机张力和活套张力的计算，最后对入口的核心部分，开卷机的恒张力形成的原理进行探讨。

关键词：张力；恒张力控制；扭矩

中图分类号：TG334 文献标识码：A

1 引言

带钢质量主要由带钢板型和厚度来衡量，主要取决于对带钢张力控制能否符合要求。入口张力过大会造成带钢拉伸变形，使带钢表面相互擦伤，容引起成品卷产生辊印，甚至容易造成带钢断带。入口张力过小会造成松卷，有可能导致堆钢引起设备故障。而张力不稳会使带钢发生抖动，容易造成带钢断带，增加事故率。在新钢酸轧自动控制系统中，为保证带钢质量需要对带钢进行恒张力控制。在生产过程中要求开卷机不仅在稳速轧制过程中保持恒张力，而且在变速时也要保持带钢的恒张力。按照工艺要求，较典型的张力控制方法有间接张力控制和直接张力控制。新余钢铁1550mm酸洗机组自投产2年来，我们根据生产情况得出张力的控制效果提高产品的合格率，提高产品品质的关键措施。开卷机是冷轧生产线中不可少重要设备，开卷机主要功能有：钢卷装在芯轴上进行开卷，开卷机卷筒膨胀并把带钢送到剪刀剪切后再焊接，产生恒定的开卷张力，以防止带钢在前进途中跑偏。入口张力控制的好坏严重影响成品质量，控制酸轧生产节奏。

2 张力控制

2.1 张力的作用

张力在连轧过程中发挥着十分重要的作用，表现在以下三个方面：（1）防止带钢跑偏；（2）有利于控制带钢的板型；（3）有利于降低带钢的变形抗力和变形。

2.2 张力控制

张力控制主要分为开环控制和闭环控制两大类。现在的钢厂主要是利用闭环控制对张力进行张力控制。在这里我们主要介绍下闭环控制。张力闭环控制又分为直接张力控制、间接张力控制和复合控制。直接张力控制是利用张力计检测到的实际张力值与给定值比较，通过张力控制计算后去驱动执行机构，达到张力控制。这种张力控制方式的优点是张力控制精度高，缺点是控制过度依赖于张力计，现场环境恶劣容易导致失张。间接张力控制系统中没有张力计，对张力的控制是通过电机的原理进行静态和动态分析，从中找出影响张力的所有电气物理量，对物理量控制，达到张力控制目的。间接张力控制涉及多个参数控制，一般用多闭环控制来实现。这种张力控制优点是减少张力计采购成本，缺点是控制方式复杂，控制精度比直接张力控制方式低。复合张力控制方式是在间接张力控制方式基础，再增加一个张力闭环，形成一个张力闭环、速度闭环和电流闭环的三闭环控制系统，执行机构为直流电机的复合张力控制系统。该控制方式优点是有直接张力的控制精度还有间接张力控制方式的快速性和跟随性，缺点是成本大，控制方式复杂。

3 张力计算

3.1 电机张力计算公式

公式1：电机张力计算公式：F=P/V；其中P为电机功率；V为线速度。 公式2：电机扭矩的计算公式：T=P/n；其中P为电机功率；n为电机转速。以上两公式化简得：F=Tn/V。

3.2 入口张力计算

新钢冷轧厂1550mm酸轧线入口的张力建立可以分为两部分：一部分为开卷机通过焊机焊接好后到张力辊，这部分称为开卷机张力。另一部分为从张力辊到活套，通常称为活套张力。首先谈下开卷机张力、在开卷机到张力辊区域没有张力检查装置，它是通过开卷机的电机参数计算出来的，所以开卷机张力为间接张力控制系统。根据公式：F=Tn/V。公式3：V=n2πd/60I；n为开卷机电机转速；d为钢卷直径；I为减速比。所以电开卷机的张力就为：F=60TI/2πd=（35I/πd）T；K=35I/πd这是常数；我们就把钢卷的直径和开卷机的传动比加入这个公式，得出带钢表面的张力：F=KTI1/D；D为钢卷的直径；I1为开卷机的传动比。

带钢表面张力=电机张力乘以钢卷直径等因子系数，电机张力=电机转矩系数乘以电机工程量，所以开卷机张力计算的两个主要变量是电机扭矩的大小和钢卷直径的变化。

4 开卷机恒张力控制

开卷机在工作过程中，钢卷外径由大变小，而开卷机在正常运行过程中应保持带钢运行速度稳定不变，因此开卷机卷筒的转速也随之由低变高，即：N=60iv/Dπ。式中：n为电机转速；其中D为钢卷外径；V为带钢速度；I为开卷机的传动比；为了保证开卷机变化时带钢张力恒定，要求开卷机电机的参数必须随钢卷直径的变换而变化。由于开卷过程中带钢的张力要保持恒定，随着钢卷外径由大变小，电机轴上的张力转矩也由大变小，有：M=TD/2iη；其中：M为张力力矩。T为开卷张力；η为传动系统机械效率，因此开卷机转矩与转速成反比，通过以上公式可得出功率N=Mn=Const，由上分析在转速和转矩变化中，开卷机的负载功率不变，即开卷机负载的机械特性是恒功率型。

从电机学知道，开卷机处于制动状态时，产生阻力矩M与磁通Φ，电机电枢电流I有如下关系：M=CMΦI

式中，CM为电机转矩系数，是常数把公式组合化简：TD/2iη=M= CMΦI；T=2 iηCMΦI/D；式中K=2 iηCM为常数在基数以下时Φ=ΦC，则T=KΦCI/D式中，K1=KΦC，为常数，可见在基数以下只要保证开卷机电流随钢卷直接D成比例变化即可实现张力恒定。在基速以上时为弱磁阶段，此过程实际上是电机反电势E恒调节的过程，即反电势E保持不变，由电机学可知E=CeΦn，由此可见，Φ与n之间的关系为：Φ=E/Cen。式中、Ce为电势常数，将其代入T的表达式得：T=KPAIΦI/D=KEI/Ce*n*D。钢卷直接D与带钢线速度V以及开卷机转速n的关系为：D=60V/πn ；代入得：T=（KπE/60Ce）I/V=k2I/V；K2=KπE/60Ce为常数。由此可得，在基速以上，保证开卷机电枢电流I随带钢线速度V成正比例变化，可实现恒张力控制。

结语

入口张力控制的效果是提高生产的效率和产品质量的关键因数，入口段自动控制的关键就是带钢的恒张力控制，它是入口段自动控制系统的核心部分。本文对酸轧入口段开卷机张力和活套张力的计算分别进行了介绍，阐述了恒张力控制的原理。

参考文献

[1]周国盈.带钢卷取设备[M].北京：冶金工业出版社.