裴紅平，凌智，項曉菲，張飛，王曉，梁勤（1.北京科技大學高效軋制國家工程研究中心，北京10008；2.北京科技大學設計研究院有限公司，北京10008；.國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京100190；.廣西柳州（鋼鐵）集團公司，廣西柳州55002）

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熱連軋帶鋼粗軋機道次間拋鋼距離的控制方法

裴紅平1，2，凌智1，2，項曉菲1，2，張飛1，2，王曉3，梁勤4
（1.北京科技大學高效軋制國家工程研究中心，北京100083；2.北京科技大學設計研究院有限公司，北京100083；3.國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京100190；4.廣西柳州（鋼鐵）集團公司，廣西柳州545002）

摘要：非末道次軋制時，粗軋機道次軋制完畢后需要把鋼停在合適的位置，即需要控制拋鋼距離，詳細分析了影響拋鋼距離控制的因素，給出了拋鋼距離的控制方法，該方法通過根據(jù)軋制道次選取合適的輥道加速度及捕捉板坯離開軋機時的實際速度來計算拋鋼后板坯勻速運行的時間，從而實現(xiàn)對拋鋼距離的控制。該方法簡單有效，已應用于多條熱連軋帶鋼生產線。

關鍵詞：熱連軋；粗軋；拋鋼距離；受力分析

帶鋼熱連軋生產線一般由爐區(qū)、粗軋區(qū)、精軋區(qū)、卷取區(qū)和運輸區(qū)組成，板坯在粗軋區(qū)軋制時，要求低速咬鋼、高速軋制和低速拋鋼［1-2］。在咬鋼速度一定的情況下，拋鋼位置越遠，板坯重新進入軋機所需要的時間越長，但拋鋼位置也不能太近，由于軋機前后一般都裝有高壓水除鱗設備，如果板坯的末端未拋出除鱗箱，除鱗箱漏水會導致板坯的末端溫度大幅度降低，影響軋制的穩(wěn)定性。因此道次軋制完畢后如何把鋼停在合適的位置即控制拋鋼距離是熱連軋粗軋區(qū)軋制時需要解決的一個問題。本文詳細介紹一種拋鋼距離的控制方法。

1　拋鋼距離的定義

以柳州某熱連軋生產線為例，其粗軋區(qū)平輥軋機附近的設備布置從前往后依次為：機前運輸輥道、機前工作輥道、機前側導板、機前除鱗箱、立輥軋機、平輥軋機、機后除鱗箱、機后側導板、機后工作輥道和機后運輸輥道。由于除鱗箱有時會滴水，要求道次軋制完畢后必須把鋼拋到除鱗箱外，由于機前設有立輥，所以機前和機后的拋鋼距離不同，如圖1所示。

圖1　拋鋼距離的定義Fig.1 Definition of the throwing-steel-distance

2　拋鋼距離的控制

2.1拋鋼距離的影響因素

根據(jù)速度、加速度及位移之間的關系，設S為使用的拋鋼距離，v為板坯離開軋機時的速度，a為板坯的加速度的絕對值，vmax為最大允許拋鋼速度。則：

當實際拋鋼速度v≥vmax時，板坯離開軋機后直接以加速度-a減速到零速；當實際拋鋼速度v

由以上公式可知，板坯的拋鋼距離與板坯離開軋機時的實際速度以及板坯的加速度有關。

首先，分析板坯離開軋機時的實際速度。由于軋機前滑計算不準、寬展忽略及咬鋼速降等原因，常常會導致軋機拋鋼時的實際速度與要求的拋鋼速度有偏差，如圖2所示。圖2a為某道次正在軋制時的軋制力；圖2b為軋制時高速軋制階段結束太早，影響軋制節(jié)奏；圖2c為軋制時板坯降速太晚，軋機拋鋼時還沒降速到拋鋼速度；圖2d為軋制時最理想的速度運行。因此需要在軋機拋鋼時，捕捉軋機實際的反饋速度，作為計算拋鋼距離的起始速度。實際生產中，在HMI上設置有減速時間調整按鈕，可根據(jù)情況微調軋機軋制時的減速時間點。

圖2　軋制時3種降速時刻圖Fig.2 Diagram of three different decelerating cases during rolling

其次，分析板坯的加速度。板坯落在輥道上，在輥道從零速以加速度aT轉動到某個恒定速度的過程中，板坯受到輥道對它向上的支撐力N1和向前的摩擦力F，同時，板坯還受到向下的重力N2和向后的空氣阻力F2，由于F遠大于F2，所以分析問題時將F2忽略，如圖3所示。由于板坯在垂直方向上沒有位移，因此只研究板坯在水平方向的運動。

圖3　輥道加速運行時板坯的受力分析圖Fig.3 Force analysis of slab during table roller increasing speed

設m為板坯的質量，根據(jù)力與加速度之間的關系有：

如果輥道加速時加速度太大，即使板坯與輥道之間的摩擦力達到最大靜摩擦力也不能使板坯產生與輥道相同的加速度，則板坯與輥道間會出現(xiàn)相對滑動，這種情況會造成板坯底部劃傷，在實際生產中是不允許的，因此輥道的加速度應該限制在特定的范圍內。設輥道允許的最大加速度為aTmax，則當輥道加速度aT≤aTmax時，在輥道加速的過程中，板坯與輥道之間相對靜止，板坯跟隨輥道以同樣的速度向前運動，板坯相對于地面產生與摩擦力方向相同的位移，靜摩擦力做正功，轉化為板坯的動能。當輥道勻速運行時，板坯水平方向不受力。當輥道減速時，板坯由于慣性會有以之前的速度繼續(xù)運行的趨勢，此時輥道對它的摩擦力的方向變?yōu)榉聪?，摩擦力的方向與板坯的運動方向相反，摩擦力做負功，板坯的動能減小，如圖4所示。同理，輥道的減速度也不能太大，否則會使板坯與輥道間產生相對滑動。

圖4　輥道減速運行時板坯的受力分析圖Fig.4 Force analysis of slab during table roller reducing speed

根據(jù)實際情況，我們知道摩擦力F是與板坯接觸的所有輥子施加給板坯的合力。設板坯與n根輥子接觸，則每根輥子施加給板坯的摩擦力為

由此可得，同樣重量的板坯與輥子接觸的數(shù)目越多，產生相同的加速度時每個輥子對板坯的摩擦力越小。所以，在輥子粗糙程度不變及輥子傳動電機允許的情況下，輥道的最大允許加速度與單根輥子上承受的板坯重量有關，單根輥子承受的重量越大，所允許的加速度越小，因此隨著道次的增加以及板坯的變長，輥道的最大允許加速度在變大，從而板坯的最大允許拋鋼速度也在變大。

2.2拋鋼距離控制的實現(xiàn)

根據(jù)以上分析，拋鋼距離的控制過程如下：

1）首先捕捉拋鋼時板坯的實際速度；

2）根據(jù)軋制道次，采取合適的輥道加速度；

3）根據(jù)式（2），計算板坯勻速運動的時間：

4）勻速運動結束后以選取的加速度減速到零。

3　結論

通過分析拋鋼距離控制的影響因素，找到適用于現(xiàn)場生產的拋鋼距離的控制方法，此方法已應用于多個現(xiàn)場，滿足生產的要求。結合現(xiàn)場的調試經驗及理論分析，得出如下幾個結論：

1）板坯的加速度與板坯和輥道之間的摩擦力有關；

2）當板坯與輥道間的摩擦力小于最大靜摩擦力時，板坯的加速度與輥道的加速度一致；

3）在電機允許的條件下，輥道的最大允許加速度與和板坯接觸的單根輥子上分配的板坯重量有關，重量越大，允許的輥道加速度越??；

4）隨著道次的增加及板坯的變長，輥道的最大允許加速度在變大，從而板坯的最大允許拋鋼速度也在變大。

參考文獻

［1］裴紅平，郭強，張飛，等.武鋼一熱軋改造后粗軋區(qū)控制系統(tǒng)［J］.電氣傳動，2011，41（2）：58-60，64.

［2］史金芳.熱帶鋼粗軋過程變形規(guī)律的模擬研究［D］.沈陽：東北大學，2012.

［3］郭瑞.熱連軋粗軋機速度控制的分析與優(yōu)化［J］.山東冶金，2009，31（6）：58-59.

修改稿日期：2015-06-02

Control Method for the Throwing-steel-distance of Rough Mill in Hot Continuous Strip Steel Rolling

PEI Hongping1，2，LING Zhi1，2，XIANG Xiaofei1，2，ZHANG Fei1，2，WANG Xiao3，LING Qin4
（1. National Engineering Research Center of Advanced Rolling Technology，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China；2. Design and Research Institute of USTB Co.，Ltd.，Beijing 100083，China；3. Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office，SIPO，Beijing，Beijing 100190，China；4. Guangxi Liuzhou Iron and Steel（Group）Company，Liuzhou 545002，Guangxi，China）

Abstract:Steel slab should stop at a suitable position after rough milling in the non-final passes，so the distance of throwing steel needs to be controlled. The factors influencing the control were analyzed in detail，and the control method for the distance was introduced. The running time of the slab′s uniform motion after throwing was calculated based on selecting a suitable acceleration of the table roller and capturing the feedback speed of the slab during leaving the roughing mill，so as to realize the contol of the distance. The method is simple and effective，and already applied in several hot strip steel lines.

Key words:hot continous strip steel mill；rough mill；distance of throwing steel；force analysis

收稿日期：2015-01-05

作者簡介：裴紅平（1979－），女，碩士，工程師，Email：peihongping@163.com

基金項目：中央高校基本科研業(yè)務費資助（FRF-TP-14-104A2）

中圖分類號：TP273

文獻標識碼：B