CN102653817B - 带钢连续退火稳定运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带钢连续退火稳定运行控制方法，属于轧钢技术领域。该方法包括以下步骤：将均热区分成前、后两段；前段炉辊设有均热区带钢张力计；后段炉辊驱动电机设有信号输出端接控制电路对应信号输入端的均热区速度传感器；控制电路根据张力计传来的实际张力与对应预定张力的比较结构，实现对所述前段各炉辊的张力闭环控制；同时以根据速度传感器传来的炉辊驱动电机实际速度与炉口张力辊的基准速度比较结果，分别调控所述后段各炉辊驱动电机的转速，实现对通过所述后段的带钢速度闭环控制。本发明有效避免了热瓢曲、跑偏现象，确保了带钢生产质量的稳定。该方法无需新设备投资，因此易于实施、成本经济。

Description

带钢连续退火稳定运行控制方法

技术领域

本发明涉及一种带钢运行控制，尤其是一种带钢连续退火稳定运行控制方法，属于轧钢技术领域。

背景技术

连续退火的全过程是将冷轧后的带钢在开卷机上连续地开卷，经电解清洗去除表面油脂，再经过加热、均热、冷却的退火周期，最后经过平整再重新卷取，形成冷轧退火钢卷。连续退火炉一般分为预热区、加热区、均热区、缓冷区、快冷区、时效区和冷却区，带钢在炉内经过约130个回程(Pass)，最大运行速度为800mpm以上。带钢从炉顶辊到炉底辊为一个回程(Pass)，其长度一般25m左右。

拉伸加工或作为原板用的软质镀锡钢等软质带钢在连续退火和时效处理时，连续退火炉的入口侧及出口侧分别设置张紧辊，给钢带施加适当的张力，以便稳定地送进钢带。如果张力不足，带钢蛇形送进时会与炉壁接触，轻则在钢带上产生擦伤，重则导致断带的重大事故；如果带钢的张力过大，会产生带钢长度方向的拉深皱纹，也就是俗称的热瓢曲。

当带钢在连续退火炉内高速运行时，一般各工艺区段都采取张力控制，即通过调控张力使得带钢在适当的张力下平稳顺利经过每一个回程。但实际应用中，这种单纯的张力控制难免炉内带钢跑偏导致的断带事故。尤其是高速薄带钢的连续退火，由于带钢板形的敏感度更高，因此更容易发生热瓢曲、跑偏等问题。

据申请人了解，目前控制带钢在连续退火过程中稳定高速运行的常规方法为：在连续退火炉外入口和出口分别设置张力辊，出口张力辊为速度控制，作为炉子区所有炉辊的基准速度；炉内每个工艺区段设置一个张力计；张力计不仅用于反映带钢的实际张力值，同时用于每个工艺区段的张力闭环控制，其基本控制过程如下：

(1)以均热段(SF段)为张力基准，张力系数1.0，其他工艺区段按照工艺要求分配张力系数，如图3所示。各工艺区总张力按照张力公式计算，得出各工艺区段的总张力设定值。各区域总张力计算公式如下：

T_i(总)＝τ_{(单位张力)}*H_(厚度)*W_(宽度)*κ_{i(张力系数)} (1)

以T4料0.2mm*800mm为例，单位张力为1.5kg/mm²，通过公式计算，SF总张力为240kg，RTF总张力为252kg，SCF总张力为252kg，RCF总张力为264kg，OAS1总张力为276kg，OAS2总张力为288kg，OAS3总张力为300kg，OAS3总张力为312kg，工艺区所设张力均在操作画面上完成。

(2)以相邻各工艺区总张力设定值之差除以该工艺区段的炉辊数，得出平均张力分配值，进而求出每根炉辊处带钢张力的预定值。

(3)适时监测预定位置带钢张力的实际值，根据此张力实际值与相应的预定值比较结果，经过比例积分调节器输出控制信号，调控炉辊驱动电机的输出力矩，实现带钢张力的闭环控制。(参见图1、图2)

实践证明：在具有预热区、加热区、均热区、一次冷却区、过时效区、二次冷却区的连续退火炉中，由于带钢在炉内再结晶长大，仅依靠炉前、后设置张力辊无法保证炉内带钢所需要的张力，也无法保证带钢在炉内高速平稳运行(详见申请号为CN94105566.3的中国专利申请)。

检索发现，申请号为CN94105566.3的中国专利公开了一种钢带的连续退火装置及其张力控制装置的工艺方法，其特征在具有加热区、均热区、一次冷却区、过时效区、二次冷却区的连续退火炉中通过在过时效区和二次冷却区之间设置炉内拉紧辊、利用该炉内拉紧辊使入口侧的钢带张力降低、利用该炉内拉紧辊使出口侧的钢带张力提高，这些装置能防止在连续生产中钢带产生热翘曲，擦伤及痕迹，从而能提高生产率和产品的质量。此外，申请号为CN200410017246.6的中国专利申请公开了一种带钢连续退火过程中防止断带的方法和控制系统的工艺方法，该技术特点是通过测量带钢在连续退火机组开卷机与入口活套之间的板形数据来确定工艺参数值。申请号为CN200410017246.6的中国专利申请公开了一种自动识别连续退火炉内带钢跑偏的方法。其特征是利用连退炉内的工业电视摄取的图像，将其转其换为数字信号后，计算采样图像灰度重心的横向位移变化，根据图像重心偏移的多少来自动判断连续退火炉内带钢是否产生跑偏。在判断为发生跑偏时系统会自动报警并存储事故录像，为操作及时采取措施和事故分析提供依据。前一专利通过增加炉内张紧辊来保证带钢足够的张力，但对于已投产生产线而言，由于必须对原有设备进行彻底改造，需要耗费巨额改造费用，因此难以实施；后两专利需要通过大量数学模型或信号处理来防止带钢炉内跑偏，完全处于被动纠偏状态，难以保持连续生产的稳定，而且必须采取复杂的数据失真防范措施，否则实施风险很大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述现有技术存在的缺点，提出一种可以有效避免带钢发生热瓢曲、跑偏等问题，并且易于实施、成本经济的带钢连续退火稳定运行控制方法，从而保证带钢生产质量的稳定。

为了达到上述目的，申请人对现有退火炉中带钢跑偏及运行不稳定现象进行了深入研究，确定其根本原因在于：对于炉内无热拉紧辊的连退炉，由于带钢在连续退火炉内的热延伸，常规张力闭环控制很难保证带钢获得平稳的张力。因为在张力动态调节过程中，当测得的带钢实际张力＜设定张力时，控制电路将使电机反向出力，相当于反向拽拉带钢，以增加带钢实际张力；而当实际张力＞设定张力时，电机正向出力，相当于顺向拽拉带钢，以降低带钢实际张力；但是当带钢因发生热延伸而较为松弛时，电机的出力难以有效作用在带钢上；而且由于带钢迂回长度较长，带钢所受的实际张力传递到张力计需要一段时间，因此会导致整个区域张力调节呈现波浪状，很不稳定。例如，当测得实际张力＞设定张力时，由于带钢松弛，电机正向出力并不能有效形成对带钢的正向拽拉，闭环控制将进一步加大正向出力，结果不仅产生无效出力，而且很容易出现炉辊与带钢发生打滑现象，甚至引起带钢因运行不稳定而跑偏。

实验验证了上述理论分析，因为在均热区(SF段)带钢延伸形变量最大，工艺张力最小，最容易发生跑偏。

在上述研究基础上，申请人提出了本发明的带钢连续退火稳定运行控制方法，在含有加热区、均热区、冷却区的连续退火炉中，所述退火炉两端分别设置入口张力辊和出口张力辊；所述入口张力辊和出口张力辊之间的带钢迂回绕过各区设置的炉辊组；所述各区分别设有信号输出端接控制电路对应信号输入端的带钢张力计，所述出口张力辊设有信号输出端接控制电路对应信号输入端的速度传感器；所述控制电路的输出端分别接所述炉辊组中各炉辊驱动电机的受控端；其改进之处在于：所述带钢连续退火稳定运行控制包括以下步骤：

步骤一、将所述均热区分成前、后两段；

步骤二、所述均热区邻近加热区的前段炉辊之一设有均热区带钢张力计；所述均热区邻近冷却区的后段炉辊驱动电机之一设有信号输出端接控制电路对应信号输入端的均热区速度传感器；

步骤三、所述控制电路用以根据所述均热区带钢张力计传来的实际张力与对应预定张力的比较结构，实现对所述前段各炉辊的张力闭环控制；同时以所述出口张力辊的速度作基准速度，根据所述均热区速度传感器传来的炉辊驱动电机实际速度与炉口张力辊的基准速度比较结果，分别调控所述后段各炉辊驱动电机的转速，实现对通过所述后段的带钢速度闭环控制。

由于带钢与炉口张力辊尤其是出口张力辊处始终处于理想的包覆接触状态，因此上述基准速度与带钢的实际速度保持一致，而本发明将靠近冷却区的均热区后段炉辊由原先的张力控制改为速度控制，明显抑制了单一张力控制可能产生的无效出力，并利用后段带钢与炉辊的跟随性，有效避免了均热区带钢与炉辊打滑现象，从而基本保证了带钢在退火炉中的稳定输送，有效避免了热瓢曲、跑偏现象，确保了带钢生产质量的稳定。该方法无需新设备投资，因此易于实施、成本经济。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为现有连续退火炉的结构示意图。

图2为现有各工艺区张力分配系数曲线图。

图3为现有单一张力闭环控制框图。

图4本发明一个实施例的均热区分段结构示意图。

图5为本发明单辊力矩与张力闭环关系示意图。

图6为图4实施例的控制原理图。

具体实施方式

实施例一

本实施例中的连续退火炉如图1所示，传统设置为：从入口处IN开始，具有预热区JPF、加热区RTF、均热区SF、缓冷区SCF和快冷区RCF构成的一次冷却区、时效1区OAS1、时效2区OAS2、时效3区OAS3构成的过时效区、二次冷却区FCS(终冷区)，至出口OUT。炉入口和出口各设置一对张紧辊(图中未示)，以维持炉内带钢张力，出口张力辊设有信号输出端接控制电路对应信号输入端的速度传感器，入口张力辊和出口张力辊之间的带钢迂回绕过各工艺区设置的炉辊组。在每个工艺区设置1个张力计(一般设在区域末端)，其信号输出端接控制电路的对应信号输入端，控制电路的输出端分别接各炉辊驱动电机的受控端，以实现带钢张力闭环控制(参见图2、图3)。必要时设置带钢对中装置以纠正带钢跑偏。然而，实际应用中表现出炉内带钢容易跑偏，甚至擦炉壁断带，无法保证带钢高速稳定运行。

反复研究试验得知，带钢在加热区(RTF段)加热后，进入均热区(SF段)保温，晶粒相应长大，使得均热区带钢延伸量大，工艺张力最小，所以该区域带钢最易跑偏，加之原先张力计设置在靠近均热区末端，无法真实及时地反映均热区前段的带钢松劲程度，即使在张力闭环控制的作用下，也无法保证整个区域的带钢所受张力的一致性(因为张力闭环的偏差去作用炉辊电机的扭矩，再由炉辊传递到带钢，明显存在滞后)，结果很容易形成张力波动，导致带钢无法稳定运行。对此改进如下：

1、如图4所示，将均热区SF居中分成前、后两段SF1、SF2；

2、邻近加热区的前段SF1靠近居中位置的炉辊设置均热区带钢张力计TM2；邻近一次冷却区的后段炉辊驱动电机之一TM1处设有信号输出端接控制电路对应信号输入端的均热区速度传感器；

3、运行时，控制电路将均热区带钢张力计TM2传来的实际张力与对应预定张力之差除以前段炉辊数，得出平均张力调整值，分别调控前段的各对应炉辊驱动电机的输出力矩，实现通过所述前段的带钢张力闭环控制(此时张力闭环控制炉辊由原先的24根减少为12根，张力系数设定为1.05，具体控制运算与现有技术雷同，故不详述)。

同时，控制电路以出口张力辊的速度作基准速度，根据均热区炉辊速度传感器传来的炉辊驱动电机实际速度与炉口张力辊的基准速度比较结果，分别调控后段各炉辊驱动电机的转速，实现通过后段的带钢速度闭环控制(参见图6)。

如以单根炉辊受力与带钢之间的关系进行说明(参见图5)，对于张力闭环控制而言，当带钢以V速度进入炉内工艺区，工艺区张力设定为T_ref，前工艺区张力给定为T′_ref，该区共有m个炉辊，炉辊的转速为n，炉辊的直径为D，张力计辊所测张力实际值为T_act。

则该区域采用张力闭环控制，那么所有炉辊采用力矩控制，其单根炉辊力矩计算公式如下：

静态张力设定所需的力矩M_ref：M_ref＝(T_ref-T′_ref)*D/(2*m)(2)

张力闭环控制所需的力矩ΔM：ΔM＝f(T_ref-T_act)           (3)

炉辊加减速所需的力矩： $J\frac{\mathrm{dn}}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

单根炉辊克服空载损耗力矩：M₀

综合公式(2)、(3)、(4)可以确定单根炉辊所需的总力矩计算如下：

这个计算值直接送给炉辊驱动装置进行力矩电流调节。值得说明的是：公式(5)中，ΔM所占比重最大，在张力动态调节过程中，当实际张力＜设定张力，ΔM为负(与带钢运行方向相反)，电机反向出力，相当于反向拽拉带钢，达到增加带钢实际张力的作用；当实际张力＞设定张力，ΔM为正(与带钢运行方向相反)，电机正向出力，相当于顺向拽拉带钢，达到降低带钢实际张力的作用；这就是张力闭环的实质。

如果该区域采用速度闭环控制，要求带钢速度与炉辊速度一致，其单根炉辊力矩计算公式如下：

带钢与炉辊的速度满足：V＝π·n·D

现有技术的工艺布局完全采用张力闭环控制，在带钢受热变形或炉辊打滑等不利因数的影响下，张力计只是检测区域末端张力，区域中前段的带钢所受张力情况未知，所以当张力计检测张力不足或过大时，张力闭环作用下所有炉辊反向拽拉带钢或顺向送带钢，同时带钢的松紧程度只有传递到张力计处才会参与控制，调节明显滞后，结果导致区域带钢松、紧程度不一，张力出现循环波动。

速度控制则因为带钢和炉辊相伴而行，因此可以避免出现上述不利状况。因为速度控制最大的优点是在一定的张力作用下，炉辊速度跟随带钢速度，炉辊速度不会跟随张力偏差而频繁波动。采用速度控制不仅能够吸收带钢延伸量(将带钢往炉子出口赶)，同时避免了因张力波动引起炉辊与带钢发生相对滑动，对带钢表明质量有积极作用。

为了对以上理论分析进行验证，申请人进行了SF1区和SF2区多种控制模式搭配的反复试验。现场试验对象选取厚度0.19mm薄带钢，结果可以参见下表对T4料规格为0.193mm×839mm在试验中带钢升速试验数据：

由此可见，本实施例通过将张力控制与速度控制合理结合的改进方式，在不增加设备投资的情况下，取得了显著的效果，有效解决了炉内带钢跑偏问题，提高了炉内带钢张力控制精度，使得退火炉内的带钢得以高速稳定运行，从而有助于带钢的优质高效生产。

Claims (5)

1.一种带钢连续退火稳定运行控制方法，在含有加热区、均热区、冷却区的连续退火炉中，所述退火炉两端分别设置入口张力辊和出口张力辊；所述入口张力辊和出口张力辊之间的带钢迂回绕过各区设置的炉辊组；所述各区分别设有信号输出端接控制电路对应信号输入端的带钢张力计，所述出口张力辊设有信号输出端接控制电路对应信号输入端的速度传感器；所述控制电路的输出端分别接所述炉辊组中各炉辊驱动电机的受控端；其改进之处在于：所述带钢连续退火稳定运行控制包括以下步骤：

步骤一、将所述均热区分成前、后两段；

步骤二、所述均热区邻近加热区的前段炉辊之一设有均热区带钢张力计；所述均热区邻近冷却区的后段炉辊驱动电机之一设有信号输出端接控制电路对应信号输入端的均热区速度传感器；

步骤三、所述控制电路用以根据所述均热区带钢张力计传来的实际张力与对应预定张力的比较结果，实现对所述前段各炉辊的张力闭环控制；同时以所述出口张力辊的速度作基准速度，根据所述均热区速度传感器传来的炉辊驱动电机实际速度与炉口张力辊的基准速度比较结果，分别调控所述后段各炉辊驱动电机的转速，实现对通过所述后段的带钢速度闭环控制。

2.根据权利要求1所述的带钢连续退火稳定运行控制方法，其特征在于：所述连续退火炉由预热区、加热区、均热区、一次冷却区、过时效区、二次冷却区构成。

3.根据权利要求1或2所述的带钢连续退火稳定运行控制方法，其特征在于：所述均热区居中分成前、后两段。

4.根据权利要求3所述的带钢连续退火稳定运行控制方法，其特征在于：所述均热区带钢张力计设置在所述前段邻近居中位置的炉辊处。

5.根据权利要求4所述的带钢连续退火稳定运行控制方法，其特征在于：所述控制电路将所述均热区带钢张力计传来的实际张力与对应预定张力之差除以所述前段炉辊数，得出平均张力调整值，分别调控所述前段的各对应炉辊驱动电机的输出力矩，实现对通过所述前段的带钢张力闭环控制。

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