CN116116910A - 一种带钢生产线钢卷头部建张时卷筒电机的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带钢生产线钢卷头部建张时卷筒电机的控制方法，属于钢铁生产领域，包括卷筒电机的速度控制和转矩控制；所述的速度控制为：带钢头部经过精轧最后一架轧机时，卷筒电机按照带钢实际速度运转，带钢头部进入卷取机时，卷筒开始加速；所述的转矩控制为：卷钢过程中，电机实际转矩不断增大，达到初始设定转矩Q₀后，在初始设定转矩Q₀和最终工艺设定转矩Q_工之间，启动转矩控制模式，转矩控制模式通过电机补偿设定转矩Q₂动态跟随并补偿降速产生的转动惯量。与现有技术相比较，本发明可以控制钢卷头部在卷取机建张时所受张力，进而减少头部宽度拉窄量。

Description

一种带钢生产线钢卷头部建张时卷筒电机的控制方法

技术领域

本发明涉及钢铁技术领域，特别是一种热轧钢卷头部建张时卷筒电机速度和转矩的控制方法。

背景技术

热轧带钢生产线钢卷头部在卷取机建立张力前后，卷筒电机控制模式由速度控制转变为转矩控制。

现有的卷筒电机的控制，带钢头部经过精轧最后一架轧机时，卷筒电机按照一定超前率，超前于带钢实际速度运转。带钢头部进入卷取机，在助卷辊压靠作用下，缠绕在卷筒上，伴随卷筒电机速度下降的过程，卷筒电机转矩开始增加，卷取机与精轧机架之间张力开始增加，达到设定转矩T₁后，速度控制模式启动转矩控制模式，此时电机设定转矩按照固定斜率上升至最终工艺设定转矩T_工。

但是这种控制方式，在实际过程中，随着卷筒电机转矩的增加，受带钢实际速度的影响，卷筒电机速度急剧下降，在此过程中卷筒降速产生的动能作用于带钢，并附加卷筒电机转矩增加的影响，带钢头部所受张力达到使其塑性变形的条件，产生宽度方向上的拉窄，且产生拉窄的位置在精轧下游的层冷区域，精轧出口测宽仪无法检测具体拉窄量，操作人员无法及时发现并消除拉窄异常，大大降低了薄规格的成材率。

因此，如何通过控制钢卷头部在卷取机建张时所受张力，进而减少头部宽度拉窄量，成为降本增效的关键。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种带钢生产线钢卷头部建张时卷筒电机的速度和转矩的控制方法，减少钢卷头部在卷取机建立张力时所受张力，进而减少头部宽度拉窄量，降低因头部宽度拉窄造成的切损，提高薄规格成材率，增加热轧带钢生产线的经济效益。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种带钢生产线钢卷头部建张时卷筒电机的控制方法，其特征在于：包括卷筒电机的速度控制和转矩控制；

所述的速度控制为：带钢头部经过精轧最后一架轧机时，卷筒电机按照带钢实际速度运转，带钢头部进入卷取机时，卷筒开始加速；

所述的转矩控制为：卷钢过程中，电机实际转矩不断增大，达到初始设定转矩Q₀后，在初始设定转矩Q₀和最终工艺设定转矩Q_工之间，启动转矩控制模式，转矩控制模式通过电机补偿设定转矩Q₂动态跟随并补偿降速产生的转动惯量。

进一步的，上述速度控制中，所述的加速的加速度值为恒定值。

进一步的，上述转矩控制中，电机初始设定转矩Q₀为最终工艺设定转矩Q_工的50％。

进一步的，上述转矩控制中，电机补偿设定转矩Q₂的计算公式为：

其中：Q₁为原电机设定转矩，V₂为卷筒电机实际速度；V₀为带钢实际速度；Δt为速度由V₁降至V₀的时间；m为卷筒质量。

进一步的，上述的Q₁值的获得依据函数公式:

Q₁＝-0.006t³+0.1123t²-0.0674t+4.5667

其中：t为转矩控制时间。

与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：

1、通过本发明方法进行卷筒电机速度和转矩控制，减小降速变化量，可明显降低带钢头部建张时所受张力，减少或消除头部拉窄量，降低因头部宽度拉窄造成的切损，提高薄规格成材率，增加热轧带钢生产线的经济效益；

2、还可以有效降低建张前后因速度不匹配对卷筒电机造成的冲击，降低硬件损耗和停机风险。

附图说明

图1是本发明的卷筒电机速度设定比较图。

图2是本发明的卷筒电机转矩设定比较图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

出于以下详细描述的目的，应该理解的是，除非明确相反地指出，否则本发明可以采取各种替代变型和步骤次序。此外，除了在任何操作实例中或在另外指示的地方以外，所有表示例如说明书和权利要求中使用的成分的量的数字在所有情况下均应理解为由术语“约”修饰。至少，并且不企图限制对权利要求书的范围的相等物的原理的应用，每个数字参数应至少按照报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来理解。

尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实例中阐述的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地含有某些由其相应测试测量值中所发现的标准差必然造成的误差。

还应理解的是，本文陈述的任何数值范围旨在包含所有其中纳入的子范围。例如，“1到10”的范围旨在包含所有介于(及包含)所陈述的最小值1及所陈述的最大值10之间的子范围，也就是说，具有等于或大于1的最小值及等于或小于10的最大值。

在本申请中，除非另外特别说明，否则单数的使用包含复数并且复数涵盖单数。另外，在本申请中，除非另有明确说明，否则“或”的使用意指“和/或”，即使在某些情况下可以明确地使用“和/或”。进一步地，在本申请中，除非另外特别说明，否则“一个”或“一种”的使用意指“至少一个/种”。例如，“一种”第一材料、“一种”涂料组合物等是指这些项目中的任何项目中的一个或多个项目。

本发明应用在带钢生产线中，尤其适用于热轧带钢生产线中，对于钢卷头部建张时卷筒电机速度和转矩的控制。本发明对卷筒电机速度和转矩的控制方法，可以在保证稳定卷钢的基础上，减少作用在带钢上的最大张力，减少或消除带钢头部建张时宽度拉窄。

一种带钢生产线钢卷头部建张时卷筒电机的控制方法，具体控制内容如下：

(1)卷筒电机速度控制：

现有技术的速度控制模式，带钢头部经过精轧最后一架轧机时，卷筒电机按照一定超前率A₁，超前于带钢实际速度V₀运转，卷筒电机实际速度为V₁＝(1+A₁)V₀。A1的设定与钢卷厚度关联，规格越厚，A1越小，一般为5％-20％。设定A1，使卷筒电机超前于带钢实际速度运行，在带钢头部到达卷筒时，为带钢头部卷取提供正向引导和前张力，防止头部起套或失张。工作状态下，带钢头部进入卷取机，在助卷辊压靠作用下，缠绕在卷筒上，且在卷筒涨径作用下，带钢与卷筒之间滑动摩擦逐步减少至零，受带钢实际速度影响，卷筒电机速度降至V₀。此控制模式下，降速动能作用于带钢头部张力E₁：

其中：E为降速动能作用于带钢头部的张力；

thick为厚度；

width为宽度；

V₁为卷筒电机实际速度；

V₀为带钢实际速度；

Δt为速度由V₁降至V₀的时间；

m为卷筒质量。

本发明的速度控制模式，带钢头部经过精轧最后一架轧机时，卷筒电机按照带钢实际速度运转，此时卷筒速度为带钢速度V₀。带钢头部进入卷取机时，卷筒方才按照原设定加速度开始加速，该加速度值为恒定值，决定了卷筒升速时的时间，与现有技术无差异(本实施例中，加速度为一恒定值2.6m/s2)。在卷钢过程中，随着卷筒涨径，卷筒直径在内部液压作用下，直径增大，带钢与卷筒之间压力逐步增大，带钢与卷筒之间滑动摩擦限制了卷筒升速，受实际带钢低速的影响，加速放缓，实际卷筒电机速度V₂的峰值大于实际带钢速度V₀，小于现有技术控制模式下卷筒电机速度V₁。V₂随着带钢与卷筒之间滑动摩擦而降低，至带钢与卷筒之间滑动摩擦降为零时，卷筒速度由V₂降为V₀。该种控制模式下，降速动能作用于带钢头部张力E₂：

本发明速度控制模式降速时速度变化量小于现有技术控制模式速度变化量，因此作用于带钢的降速动能产生张力E₂小于原降速动能产生张力E₁。

图1为新旧两种控制方式的卷筒电机速度设定图，可以看出在建张过程中，实际卷筒电机速度V₂明显小于现有技术控制模式下卷筒电机速度V₁，使得降速动能作用于带钢头部张力E₂小于原降速动能产生张力E₁。且两种控制方式在头部起套或严重失张的发生率上没有差异。

(2)卷筒电机转矩控制：

现有技术的转矩控制模式：带钢在助卷辊压靠作用下，头部缠绕在卷筒，伴随卷筒电机速度下降的过程，卷筒电机转矩开始增加，卷取机与精轧机架之间张力开始增加，电机初始设定转矩Q₀为最终工艺设定转矩Q_工的50％，卷钢过程中，电机实际转矩不断增大，达到初始设定转矩Q₀后，启动转矩控制模式，随后电机设定转矩Q₁上升至最终工艺设定转矩Q_工并维持该值。

本实施例中，电机设定转矩Q₁在Q₀和Q_工之间，与转矩控制时间t，存在下述函数关系:

Q₁＝-0.006t³+0.1123t²-0.0674t+4.5667

带钢头部建立张力前后，作用在带钢上的张力T_总为卷筒电机转矩Q所产生的张力与降速动能产生张力E之和。

其中：T_总为作用于带钢上张力总值；

Q为电机转矩；

r为卷筒半径

E为降速动能作用于带钢头部的张力。

现有技术的转矩控制模式下，在Q₀和Q_工之间，电机设定转矩为Q₁；也即：

本发明的转矩控制模式：初始阶段，卷筒电机设定转矩Q₀仍为最终工艺设定转矩Q_工的50％，带钢头部到达卷筒时，随着四个助卷辊的大压力压靠，带钢逐步缠绕至卷筒，卷钢过程中，实际的电机转矩Q不断增大，达到初始设定转矩Q₀后，启动转矩控制模式。本发明的转矩控制模式通过电机补偿设定转矩Q₂动态跟随并补偿降速产生的转动惯量。

电机补偿设定转矩Q₂的计算公式为：

Q₂＝Q₁-E₂·width·thick·r

其中：Q₁为该钢种带钢原电机设定转矩，也就是原有转矩模式下的电机设定转矩，本实施例中Q₁值的获得依据函数公式:

Q₁＝-0.006t³+0.1123t²-0.0674t+4.5667

其中t为转矩控制时间，也即进入转矩控制的时间

而

也即

在此过程中，V₂速度先升高，降速动能产生张力E₂的增大，Q₂随之减小，抵消卷筒电机降速动能作用在带钢头部上的张力。随后V₂降低，Q₂升高。当V₂速至带钢实际拉速V₀时，带钢与卷筒之间速度差为0，降速动能消失，E₂为0，此时，Q₂＝Q₁＝Q_工。带钢完全由卷筒提供前进张力，带钢由速度控制完全转换为转矩控制，也即张力控制。

在本发明转矩控制模式下，电机补偿设定转矩Q₂；也即：

作用于带钢上的总张力为卷筒电机转矩张力与降速动能张力之和，在降速动能消失后，两者相同，但本发明控制模式带钢头部建立张力前后过程中，转矩控制模式补偿了降速动能，因此作用在带钢上的T总₂始终远小于现有技术控制模式下的最大张力T总₁。

图2为新旧两种控制方式的卷筒电机转矩设定图，可以看出在建张过程中，电机补偿设定转矩Q₂在Q₀和Q_工之间，始终小于现有技术控制模式中的电机设定转矩为Q₁。因此T总₂始终远小于现有技术控制模式下的最大张力T总₁，从而减少或消除由此产生的拉窄量。

综上，本发明提供了一种新的卷筒电机速度控制方法，减小降速变化量，并设计一种新的动态跟随并补偿降速转动惯量的转矩控制方法，降低带钢头部所受总张力，减少或消除由此产生的拉窄量。

需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带钢生产线钢卷头部建张时卷筒电机的控制方法，其特征在于：包括卷筒电机的速度控制和转矩控制；

所述的速度控制为：带钢头部经过精轧最后一架轧机时，卷筒电机按照带钢实际速度运转，带钢头部进入卷取机时，卷筒开始加速；

所述的转矩控制为：卷钢过程中，电机实际转矩不断增大，达到初始设定转矩Q₀后，在初始设定转矩Q₀和最终工艺设定转矩Q_工之间，启动转矩控制模式，转矩控制模式通过电机补偿设定转矩Q₂动态跟随并补偿降速产生的转动惯量。

2.根据权利要求1所述的带钢生产线钢卷头部建张时卷筒电机的控制方法，其特征在于：所述速度控制中，所述加速的加速度值为恒定值。

3.根据权利要求1所述的带钢生产线钢卷头部建张时卷筒电机的控制方法，其特征在于：所述转矩控制中，电机初始设定转矩Q₀为最终工艺设定转矩Q_工的50％。

4.根据权利要求1所述的带钢生产线钢卷头部建张时卷筒电机的控制方法，其特征在于：所述转矩控制中，电机补偿设定转矩Q₂的计算公式为：

其中：Q₁为原电机设定转矩，V₂为卷筒电机实际速度；V₀为带钢实际速度；Δt为速度由V₁降至V₀的时间；m为卷筒质量。

5.根据权利要求4所述的带钢生产线钢卷头部建张时卷筒电机的控制方法，其特征在于：所述的Q₁值的获得依据函数公式:

Q₁＝-0.006t³+0.1123t²-0.0674t+4.5667

其中：t为转矩控制时间。

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