李 杰, 劉 毅， 張艷春

（1.河鋼集團鋼研總院， 河北 石家莊 050023； 2.河北鋼建集團， 河北 唐山 063000）

棒線材連軋中的張力控制

李 杰1, 劉 毅1， 張艷春2

（1.河鋼集團鋼研總院， 河北 石家莊 050023； 2.河北鋼建集團， 河北 唐山 063000）

對棒線材生產中的連軋張力進行了系統分析，提出張力控制對生產過程的穩(wěn)定性和最終產品的尺寸精度具有重要影響。對影響張力的主要設備和工藝因素給出了理論分析；提供了實際應用中連軋過程中的張力值的判斷方法和調整依據，提出了利用活套套型和速度級聯變化數據實現棒線材連軋過程中的張力精準控制的解決方案。該方案可直接減少深加工過程中的模具損耗，提高工作效率以及優(yōu)化最終產品質量。

棒線材 連軋 張力 活套 尺寸波動

隨著國民經濟的發(fā)展，棒材和線材產品在基礎設施建設和工業(yè)制造中獲得越來越廣泛的應用。棒線材的軋制裝備水平不斷進步，產品檔次不斷提升，市場的發(fā)展對棒線產品質量的要求也在持續(xù)提高。棒線材產品尺寸精度對下游用戶至關重要，直接影響深加工過程中的模具損耗、工作效率以及最終產品質量。因此要提高棒線產品的尺寸精度以滿足下游用戶的要求，進而提高產品的質量和競爭力，實現連軋過程中的張力精確控制是必要條件[1]。

1 棒線生產連軋概述

我國目前裝備的棒線材軋機絕大多數為全連續(xù)軋制。棒材軋機的典型裝備為粗軋機組、中軋機組，均布置為六機架平立交替；精軋機組布置六架可翻轉的平立交替軋機，多數為高剛度軋機。一般中軋機組和精軋機組配有5～6個活套。高速線材軋機的典型裝備為國產摩根五代機型，引進生產線帶有減定徑機組。預精軋機組使用懸臂輥環(huán)式軋機，精軋機組為45°頂交軋機，全線配有6～7個活套。坯料一般采用165或150方坯。張力控制粗中軋機組一般采用頭部微張力自動檢測控制，高速區(qū)采用活套控制實現無張力軋制。

2 張力對尺寸波動的影響

張力軋制的直接結果就是造成產品尺寸在長度方向上不均勻，即頭尾孔型過充滿，尤其是尾部尺寸變大尤為突出。張力對產品尺寸波動的影響實質上是張力對軋件在孔型中寬展的影響。軋件尾部離開上游機架后即處于無張力狀態(tài)，兩個機架間距離等長度的軋件張力消失后寬展開始增加，造成尺寸變大。而頭部僅在咬入瞬間處于無張力狀態(tài)，一旦沖擊速降消失，連軋關系建立則立刻形成張力軋制狀態(tài)，且張力越大，則軋件頭、中、尾三者之間的尺寸差別越大。

3 連軋張力對軋制過程穩(wěn)定的作用

連軋過程中必須保持一定的微張力。在軋制生產中存在大量的不確定干擾因素，張力存在的目的是抵消這些干擾因素，維持軋制過程的順利進行。典型的干擾因素有：鋼坯沿長度方向的溫度差異、不同鋼坯之間的溫度差異、鋼坯斷面因連鑄結晶器磨損引發(fā)的尺寸波動、連鑄坯內部組織致密度的差異等，都會造成軋制過程中軋件寬展發(fā)生變化，從而引起連軋常數的變化，進而引起連軋過程的不穩(wěn)定。適當大小的連軋張力可以抵消這部分的干擾波動，使軋制過程順利進行。

由于棒線材軋制都是橫向和豎向兩個方向交替壓縮變形，適當的張力對成品尺寸的影響可以在下游的無張力軋制狀態(tài)中消除（棒材軋機）或者在高線精軋機組軋制后控制在最后的尾部3～10 m（1～3圈）之內，帶有減定徑機組的棒線材軋機則基本消除了一定范圍內張力對成品尺寸的影響，從而實現高精度軋制。

4 張力值的判斷方法

4.1 電流負荷法

實踐表明，后張力的存在會升高軋機的電機負荷，前張力會降低軋機的電機負荷。咬入前后的電流值即可判斷張力大小。張力越大則咬鋼前后電機電流值變化越大。這個變化值不可大于軋機總電流的8%。一般控制在3%～5%之間比較理想。將此電流變化值通過數學模型計算后得到對應張力值，進行自動的記憶比較，即為頭部微張力控制原理。由于目前條件下準確的實時測量連軋時軋機之間的張力值尚存在困難，頭部微張力的張力值調整仍然是通過軋機電流的變化比較來實現的。

4.2 活套套形判斷法

在棒材和高速線材軋機中，活套是重要的設備之一?；钐椎墓δ苁菍崿F軋機之間的無張力或者微恒張力軋制，活套的工作狀態(tài)直接影響到最終產品尺寸的波動和生產過程的穩(wěn)性。

4.2.1 活套形狀分析

1）套形1：堆鋼活套。如圖1所示，活套最高點位于活套橫向中心線向下游軋機方向。此種套型說明活套高度過高，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，沒有冗余金屬的緩沖余地。

圖1 活套形狀

2）套形2：臨界活套?；钐鬃罡唿c處于中心線中間位置。此種套型活套高度偏高，可以保持無張力穩(wěn)定軋制，冗余金屬緩沖余地偏小。

3）套形3：正常活套。活套最高點處于中心線上一架軋機方向，位于起套輥右方，此為理想套型，處于穩(wěn)定的微恒張力或無張力狀態(tài)，具有一定冗余金屬的緩沖能力。

4）套形4：張力活套?；钐鬃罡唿c處于起套輥正上方，形成一個斜拉三角形活套。此種套型說明活套處于大張力狀態(tài)，形成了拉鋼軋制。張力嚴重偏大時起套輥高度會下降，即起套輥被張力向下的分力壓制導致起套輥不能升起到位。

4.2.2 首架軋機的累加調速值分析

棒線軋機的首架軋機在空載與全線帶載軋制時速度的波動值直觀地體現了全線張力的控制情況。軋機空轉時為基準轉速，全線帶載軋制形成穩(wěn)定的連軋關系后，軋機速度在基準轉速基礎上開始疊加下游機架的級聯調速量。此級聯調速量來自兩個方面：采用頭部微張力控制的粗中軋機組微張力的自動調節(jié)，帶有活套的高速區(qū)域的活套級聯調節(jié)量，最終全部疊加到機組首架軋機。如前文所述，若初始速度設定過于保守，軋機咬鋼瞬間處于拉鋼軋制狀態(tài)，必然造成活套掃描器對調節(jié)量干涉過大，每個活套都處于拉鋼軋制的情況下，若粗中軋機的頭部微張力同時設定過大，全部的自動聯調累加到首架軋機，這個變化量可能會達到該架軋機基準轉速的20%～30%，而理想狀態(tài)應該在1%～5%之間，最大不可超過10%，否則必然產生過長的尺寸波動超出可承受范圍，嚴重時會導致軋制過程不能穩(wěn)定進行。因此通過比較首架軋機上疊加的速度變化量，可以直觀地判斷軋線整體張力的狀態(tài)。

5 張力的調整方法

保持軋線的軋制過程穩(wěn)定順行和產品尺寸精度必須重視連軋過程的張力處于一個合理的穩(wěn)定范圍內。為了達到精確控制連軋過程中的張力這一目的，必須從以下幾個方面入手。

5.1 電機傳動特性的優(yōu)化

如圖2所示，時間t為軋機咬鋼過程。t1階段軋機降速，在t2階段回升，然后速度穩(wěn)定[2]。Δn為軋機電機沖擊降補償后存在的實際沖擊降速值，應該小于電機實際轉速的1%，持續(xù)時間應小于1 s。如果Δn＞1%或降速時間過長；咬入瞬間的金屬累積量過大，存在咬入堆鋼的危險，為了消除這種危險，必須降低前架軋機的初始速度，其結果就是咬入時起套，咬入后拉鋼，然后活套調節(jié)量偏大。最終造成成品尺寸波動明顯，即頭部大，前半部份偏小，中間正常，尾部偏大。因此，要保證張力狀態(tài)，軋機電機的傳動特性必須要優(yōu)化到位，保證軋機傳動電機有足夠的剛度。根據相關資料，國外先進設備Δn值在速降時間內的積分值（圖2中陰影部分面積）<0.25%/s。

圖2 電機傳動特性

5.2 料型的準確控制

連軋張力的建立，是靠連軋的秒流量差值實現的。連軋常數的變化同時受軋件面積和速度的影響。如果軋件面積和速度同時發(fā)生變化，將為連軋張力的分析和調整帶來極大困難。因此在進行張力調節(jié)時，必須先保證其中一個條件固定。因此在進行張力調節(jié)時，必須先檢查軋件料型在允許誤差范圍內才可進行速度調整，如料型超差必須先規(guī)范料型，然后再進行速度調節(jié)。

5.3 軋制溫度的穩(wěn)定

連軋張力的建立是由秒流量差異形成的。因此影響軋件橫截面積的因素必然對連軋張力起作用。軋制溫度對寬展有著巨大影響。因此保證連軋過程的張力恒定，軋制溫度的穩(wěn)定是一個重要的前提條件。整根鋼坯的溫度必須保證一致，頭部中間尾部的波動應該在30℃以內。

5.4 活套高度的準確設定

活套的高度設定必須在一個合理的范圍內?；钐自O定基準高度過高則會出現圖1所示的套型1，活套設定高度過低，則會出現活套“反調”現象，即在出現套型4的情況下，掃描器反饋高度h依然高于設定高度，此時活套調節(jié)程序會大幅度降低前架軋機轉速試圖降低活套高度，若起套輥壓力比較小則會將起套輥位置壓低，若起套輥支撐力較大，則會引起張力急劇上升直至張力大于軋件的屈服強度引發(fā)軋件縮徑直至拉斷。

6 結語

連軋張力對于棒線材的軋制過程有巨大影響；張力影響軋制過程能否持續(xù)穩(wěn)定的進行，同時又直接影響最終產品的尺寸精度。過大或過小的張力對連軋過程的穩(wěn)定性和產品尺寸精度的穩(wěn)定性都有著不利的影響。因此在棒線生產中掌握連軋張力的原理和特性，掌握張力判斷和調整的手段是非常必要的。

[1] 強十涌，喬德庸，李曼云.高速線材軋機生產：第2版.[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[2] 朱英韜，張竟祥，楊永立，等.棒材連軋機架間張力相互影響的研究及應用[J].電氣傳動自動化，2003，25（3）：21-23.

（編輯：王瑾）

Tension Control in Continuous Rolling of Rod and Wire

Li Jie1,Liu Yi1,Zhang Yanchun2
（1.Iron and Steel Research Institute of HBIS Group,Shijiazhuang Hebei 050023;2.Hebei Steel Construction Group Co.,Ltd.,Tangshan Hebei 063000）

The tension of continuous rolling in rod and wire production is systematically analyzed.It is proposed that tension control has an important influence on the stability of the process and the dimensional accuracy of the final product.The theoretical analysis is given on the main factors influencing the process and equipment of tension.The judgment method and the adjustment basis in practical application of tension value in rolling process are provided.A solution to realize the precise control of the tension in the process of rod and wire rolling is put forward by using the change data of looper type and speed cascade.The scheme can directly reduce the die loss in the deep processing,improve work efficiency and optimize the quality of final product.

rod and wire,continuous rolling,tension,loop,dimension fluctuation

TG335.6

A

1672-1152（2017）04-0105-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.39

2017-07-10

李杰（1972—），男，本科，畢業(yè)于河北理工學院，工程師，現主要從事棒線材軋鋼工藝研究工作。