CN103624086A - 一种热连轧钛板轧制活套控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热连轧钛板轧制活套控制的方法。在力矩控制阶段，根据下式计算并输出对应的活套电机的电枢电流：

T＝B×H×δ，其中δ是钛板单位张力；δ＝σ×α’×β’×κ_std×（1＋optrim_std）×(1+Temp_std)；其中，σ是与钛板材质有关的张力系数；α’是钛板合金含量关联常数；β’是钛板厚度关联系数；optrim_std是操作人员修正系数；Temp_std是钛板在机架间温度张力修正系数；κ_std是机架活套张力系数；std是机架号码。本发明提供的的热连轧钛板轧制活套控制的方法在活套软接触起套接触钛板时，对钛板冲击较小，不会产生张力突增，有利于钛板穿带时套量稳定性的控制，有利于对钛板头部和宽度进行控制。

Description

一种热连轧钛板轧制活套控制的方法

技术领域

本发明涉及自动控制，尤其涉及一种热连轧钛板轧制活套控制的方法。 

背景技术

现有技术中存在多种轧钢的活套控制方法，例如专利文献CN102205349A，在其背景技术部分提到活套在每个轧制周期内经历起套、力矩控制、落套三个阶段。在起套阶段，活套辊与轧制水平线相切以方便顺利穿带，下游机架咬钢之后，活套向上抬起形成张力，在张力达到预定值后，起套阶段结束。在力矩控制阶段，活套控制器保证张力恒定。在落套阶段，在带钢在连轧机组即将轧制完成时，活套辊在上游机架抛钢前降低到轧制线高度，恢复到起到准备状态。但是在热连轧钛板轧制过程中，上述的活套控制方法不能直接使用，这主要是由于钛板密度和特性与钢板密度和特性不同，钛板密度低于钢的密度，而且钛在高温下易于与空气中的O、H、N等元素发生反应，使其硬度增加，弹性降低，脆性增加。因此用普通热连轧机的活套控制技术轧制钛板，由于单位张力大，活套摆动大，钛板在精轧机组中容易轧断，使其成材率降低，表面质量降低。 

发明内容

本发明的目的是提供一种热连轧钛板轧制活套控制的方法，以提高钛板轧制的效率。 

本发明提供了一种热连轧钛板轧制活套控制的方法，其特征在于，在力矩控制阶段，根据下式计算活套电机的电枢电流值，并提供与该电流值相对应的电流至所述活套电机： 

$I=\frac{g\×n_e\×I_e}{9550P_e\×i}{T}_t;$

其中，I是活套电机的电枢电流值；g是重力加速度；n_e是额定转速；I_e是额定电流；P_e是额定功率；i是减速比；T_t是活套总力矩； 

$T_t=(\frac{{2R}^2}{L}\sin 2\mathrm{\θ}-\frac{4R}{L}(L_3-r)\cos \mathrm{\θ})\×T+L\×B\×H\×\mathrm{\γ}\×R\cos \mathrm{\θ}+L_W\cos \mathrm{\θ};$

其中，L₃是活套支点到轧制线的高度；θ是活套角；R是活套臂长；r是活套辊半径；L是机架间间距；T是钛板张力；B是钛板宽度；H是钛板厚度；γ是钛板比重；LW是活套辊重力矩； 

T＝B×H×δ，其中δ是钛板单位张力； 

δ＝σ×α’×β’×κ_std×（1＋optrim_std）×(1+Temp_std)； 

其中，σ是与钛板材质有关的张力系数；α’是钛板合金含量关联常数；β’是钛板厚度关联系数；optrim_std是操作人员修正系数；Temp_std是钛板在机架间温度张力修正系数；κ_std是机架活套张力系数；std是机架号码。 

优选地，在起套阶段，传动系统采用闭环电压控制，并在机架间的张力建立之后通过自动位置控制使活套达到活套设定角度。 

优选地，在落套阶段，传动系统采用电压环控制。 

优选地，还对传动系统进行圆角化处理。 

优选地，在钛板尾部离开倒数第三个机架时，重新设置活套设定角度，该活套设定角度大于或等于12°并且小于或等于15°。 

优选地，在钛板尾部离开倒数第三个机架时，维持所述活套总力矩恒定。 

优选地，在钛板尾部离开倒数第二个机架时，倒数第一个机架落套。 

本发明提供的热连轧钛板轧制活套控制的方法在活套软接触起套接触钛板时，对钛板冲击较小，不会产生张力突增，有利于钛板穿带时套量稳定性的控制，有利于对钛板头部和宽度进行控制。 

附图说明

图1机架间活套示意图。 

具体实施方式

如前所述，现有技术用于轧钢的活套控制方案中，在轧制周期内经历起套、力矩控制、落套三个阶段。但是由于钛板的物理属性和钢带的物理属性的差异，用于轧钢的活套控制方案并不能用于轧钛的活套控制。 

为了将活套用于轧钛，本发明针对钛板的物理属性对轧制周期的三个阶段分别进行改进，使得其适于轧制钛板。 

起套阶段

活套起套时，传动系统采用电压闭环控制，利用电压输出量同期望值的偏差对系统进行控制。 

活套在下游相邻机架咬入钛板后，全速起动（最大加速度、电流给定最大限幅值）、软接触钛板、建立张力，再进行自动位置控制（APC）控制，达到某角度时，进入活套的力矩控制阶段。 

力矩控制阶段

钛板被轧辊完全咬入并在机架之间已建立起张力之后，进入力矩控制阶段。该阶段所占的时间，约为整个连轧时间的95%以上。此阶段活套辊的摆角，在活套高度调节器的作用下，使其在所规定的工作角度范围内波动。作用于钛板上的张力围绕给定的张力值，也作相应的微量波动。活套工作过程中张力大小、张力波动，都会直接影响轧制状态稳定性、影响轧制力大小，进而影响钛板的厚度。 

在活套起套时，电流会一直升高直至实际速度达到基准值。为了避免电流值持续升高，并同时获得所需要的电流值所产生的力矩，需要对电流环进行限幅。 

在进入力矩控制阶段后，利用计算机设定的张力作为传动电压环外限幅控制。 

在轧制过程中，由于各种因素的影响导致活套角变化，作为水平分力的张力也会随之发生变化。为了保持张力不变，控制系统需要根据角度变化，调节总力矩的给定值。机架10间活套示意图如图1所示，可以根据下式计算活套总力矩。 

T_t＝T₁+T₂+T₃，其中T_t是活套总力矩，T₁是张力矩，T₂是活套支撑的钛板重量所产生的重力矩，T₃是活套自重不平衡力矩。 

$T_1=2\mathrm{TR}\×\sin \left(\frac{\mathrm{\α}+\mathrm{\β}}{2}\right)\×\cos (\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\α}-\mathrm{\β}}{2});$

$T_2=(\frac{L}{2}\÷\mathrm{COS\α}+\frac{L}{2}\÷\mathrm{COS\β})\×\mathrm{\β}\×H\×\mathrm{\γ}\×\mathrm{RCOS\θ};$

T₃＝L_WCOSθ。 

由于不能实时测量α和β，因此需要将其转换为关于活套角θ的表达式。 

$\mathrm{\α}=\mathrm{arctg}\frac{R\sin \mathrm{\θ}-L_3+r}{L_1+R\cos \mathrm{\θ}};$

$\mathrm{\β}=\mathrm{arctg}\frac{R\sin \mathrm{\θ}-L_3+r}{L-L_1-R\cos \mathrm{\θ}}..$

因为活套辊在力矩控制阶段，基本上支撑在两个相邻机架10的中间，因此可以近似地认为： 

α＝β， 

sinα≈tgα，cosα≈cosβ≈1； 

其中L1是活套辊固定端O与左侧机架10间的距离。 

由于活套量一般为几十毫米，但两相邻机架10之间的距离可能为几米，，因此整个力矩公式可简化为： 

$T_t=(\frac{{2R}^2}{L}\sin 2\mathrm{\θ}-\frac{4R}{L}(L_3-r)\cos \mathrm{\θ})\×T+L\×B\×H\×\mathrm{\γ}\×R\cos \mathrm{\θ}+L_W\cos \mathrm{\θ};$

式中： 

T_t：活套总力矩（单位为kg·m，应转化为N·m以能计算活套张力电流）；L₃：活套支点到轧制线的高度；θ：活套角；R：活套臂长；r：活套辊半径；L：机架10间间距；T：钛板张力；B：钛板宽度；H：钛板厚度；γ：钛板比重；L_W：活套辊重力矩（活套辊重力与活套臂长之积）。 

钛板单位张力计算公式如下： 

δ＝σ×α’×β’×κ_std×（1＋optrim_std）×(1+Temp_std)。 

上式中： 

δ：钛板单位张力；σ：与钛板材质有关的张力系数；α’：钛板合金含量关联常数；β’：钛板厚度关联系数；optrim_std：操作人员修正系数（根据轧制状态人工调整系数）；Temp_std：钛板在机架10间温度张力修正系数；κ_std：机架10活套张力系数；std:机架10号。 

钛板张力T＝B×H×δ，上式中，带宽B、带厚H的单位是mm，单位张力δ的单位是kg/mm²。 

在热连轧活套控制过程中，通过控制活套电机的电枢电流实现对活套张力的控制，根据电力拖动原理 

M_D＝C_M×Φ×I； $M_D=\frac{T_t}{i}\×g.$

其中，i为减速比，g＝9.81m/s²。 

即 $C_M\×\mathrm{\Φ}\×I=\frac{T_t}{i}\×g;$ $I=\frac{g}{i\×G_M\mathrm{\Φ}}\×T_t.$

由于 $C_M\mathrm{\Φ}=\frac{M_e}{I_e}=9550\frac{P_e}{n_e{I}_e},$ 所以 $I=\frac{g\×n_e\×I_e}{9550P_e\×i}{T}_t.$

M_D：电机转矩；Φ：磁通；C_M：电机转矩常数；I是活套电机的电枢电流值；n_e是额定转速；I_e是额定电流；P_e是额定功率。对于给定的活套总力矩T_t，根据上式计算出对应的电枢电流值，在力矩控制阶段保证电枢电流值不变就可以保证在连轧过程中，活套张力恒定（总力矩恒定）。 

落套阶段

在钛板尾部离开第n-2（n为机架10数量）个机架10时，降低活套设定角度，进入小套控制阶段，活套角度维持在12°-15°，但维持力矩控制阶段的张力；第n-1个机架10抛钛时，第n个机架10活套落套。该种控制方法可以避免发生甩尾、卷尾事故。落套时传动系统采用电压环控制，并采用传动系统圆角化处理来减小活套机械传动系统的惯性，提高电机对活套的控制能力，以实现落套时的软着陆控制。 

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。 

Claims (7)

1.一种热连轧钛板轧制活套控制的方法，其特征在于，在力矩控制阶段，根据下式计算活套电机的电枢电流值，并提供与该电流值相对应的电流至所述活套电机：

$I=\frac{g\×n_e\×I_e}{9550P_e\×i}{T}_t;$

其中，I是活套电机的电枢电流值；g是重力加速度；n_e是额定转速；I_e是额定电流；P_e是额定功率；i是减速比；T_t是活套总力矩；

$T_t=(\frac{{2R}^2}{L}\sin 2\mathrm{\θ}-\frac{4R}{L}(L_3-r)\cos \mathrm{\θ})\×T+L\×B\×H\×\mathrm{\γ}\×R\cos \mathrm{\θ}+L_W\cos \mathrm{\θ};$

其中，L₃是活套支点到轧制线的高度；θ是活套角；R是活套臂长；r是活套辊半径；L是机架间间距；T是钛板张力；B是钛板宽度；H是钛板厚度；γ是钛板比重；L_W是活套辊重力矩；

T＝B×H×δ，其中δ是钛板单位张力；

δ＝σ×α’×β’×κ_std×（1＋optrim_std）×(1+Temp_std)；

其中，σ是与钛板材质有关的张力系数；α’是钛板合金含量关联常数；β’是钛板厚度关联系数；optrim_std是操作人员修正系数；Temp_std是钛板在机架间温度张力修正系数；κ_std是机架活套张力系数；std是机架号码。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在起套阶段，传动系统采用闭环电压控制，并在机架间的张力建立之后通过自动位置控制使活套达到活套设定角度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在落套阶段，传动系统采用电压环控制。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还对传动系统进行圆角化处理。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在钛板尾部离开倒数第三个机架时，重新设置活套设定角度，该活套设定角度大于或等于12°并且小于或等于15°。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在钛板尾部离开倒数第三个机架时，维持所述活套总力矩恒定。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在钛板尾部离开倒数第二个机架时，倒数第一个机架落套。

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