rz-3张力

实际轧制过程中的
张应力值和张力值的变化
E ( vb v a ) dt l0
T

AE T (vb va )dt l0
作用于轧件上的
单位张应力值和张力值
T 0.T
E E T (vb va )dt (vb va )dt l0 l0
连轧张力方程
i vi Ti-1
Ti
v´i+1
i+1 Ti+1
l
稳态张力和动态张力
稳态张力分析： 研究连轧过程从一
个稳态转到另一新的稳态后张力的变 化量。
动态张力分析： 研究连轧过程从一
个稳态转到另一稳态过程中张力的变 化过程。
设在某一时刻t时，两机架处于稳定状态
vi vi1
设带钢断面为
在带钢热连轧生产过程中，为了保证正常的生产， 即保证通板不堆钢、拉钢；并使轧制处于恒定小张 力状态。需设置连轧机主速度级联系统．并且粗轧 区域的连轧机架需采用微张力控制，而精轧区域的 连轧机架则采用恒张力活套支持器动态调节或在头 二、三个机架采用无活套微张力控制。 为了能使活套系统正常工作，正确地吸收活套 量，使小张力控制得以实现，并见成效，首先要求 主速度设定精度得到保证，也只有机架之间的设定 速度得到很好的匹配时，张力控制功能才能较好实 现
适当调节主电机的负荷
假若带钢在Fi 和Fi+1机 架中进行无张力轧制时的 力矩为M0，所需的功分别 为N0(i)和N0(i+1) 。
Fi
n Fi+1 Fi 0
Fi+1
M
M1 M0 M2
当带钢在张力T的作用 下进行连轧时，Fi+1机架便 会通过带钢牵拉Fi 机架， Fi帮助机架轧钢 。
轧机受张力作用后，张力的功率为:
张力控制，首先根据预设张力、预设带 钢的重力，在给定的活套高度下计算出活套 合力矩电流。一旦由于活套量的变化，会使 活套角产生变化，在新的活套角反馈后，又 将计算出此刻的张力力矩和重力力矩，再折 算出新合力矩电流设定值。
在起套过程中，必须按照起套时电流 输出方法进行张力控制，在实际应用中， 张力设定值既不能过大，也不可以过小 过大对带材品质有影响，过小会使活套 系统不稳定，亦不利于稳定轧钢。
恒定励磁的张力控制
由于Φ=常数，于是只要使 Ia∝D，即可控制张力恒定。
u
ug
f
i
YT
D
W
i
f
LT
供电装置
M
u
v n
ZC
图10.27 恒定励磁的张力控制系统原理图
（3）瞬时卷径的计算
由于卷筒和导向辊上带钢的线速度相等， 因此：
Dc N c Ds N s
Dc N s Ds N c
1
A Bh
Ti fi A
则带钢断面上的拉应力为
应力应变的关系为
式中 E—带钢弹性模量，
i
fi
E
MPa
机架距离为 l ，带钢的绝对变形量为 q
则
q i lq
一旦稳态遭到破坏 使 vi vi1 ，则在时间 t dt 时 张力将变化为
Ti Ti dTi
因此
2 0 4 4 0
式中 GD02—为传动系统不变部分的惯性力矩
B—为带钢的宽度
α —为压下补偿系数
10.4.2 直接法控制张力的基本原理
1.直接控制张力
张力仪
计算机
D
2.利用活套建立张力 由活套位置发送器给出信号，改 变卷取机的速度，维持活套大小不 变，从而控制张力恒定。
活套机构的基本关系
主速度及张力控制系统
2. Ia正比于D
/Φ而变化 （ Φ/D ）× Ia保持不变
（1）维持 Ia 和Φ /D 恒定的方法 电枢电流控制 磁场控制
u ug
f
ig
YT LT 供电装置
M
i
f
供电装置
T
B
D

f
ZC
u
张力设定
W
ia
v n

图10.25 间接法张力控制系统原理图
此种间接法控制张力的优缺点
优点：
落套时，如落套过早，将使相当长一段带尾由于 失张而变厚；落套过晚，又可能造成带尾上翘。
目前常采用活套带尾补偿技术(见图)。即在带尾离 开前一机架时，将活套角降低，并同时缓慢减小 张力，以使带钢离开本机架前活套较快地落到初 始位置。
活套带尾补偿
活套张力控制
成功的话套控制系统，必须建立在高度闭 环与张力控制混合功能实现的基础上，单纯 地投入某一个功能，都将对轧制过程产生不 良影响。张力控制的目的是维持恒定小张力 轧制，避免产生拉钢和推钢。
活套高度闭环控制
活套高度控制的关键是起套和落套阶段，起套时往往对带钢产 生冲击而使带钢头部厚度和宽度变薄变窄，为此，为了达到软接 触，必须解决以下两个问题。
(1) 保证起套时具有恒定的活套量(在恒定活套臂角度下接触带钢)， 为此要准确项报咬钢时的动态速降，以便加上必要的速度补偿来 达到恒定起套活套量。 (2) 根据活套臂上升角度控制活套上升速度，开始时应快速起套， 而当活套角达到顶定角度的80％时，以慢速升套(见图)。
主速度级联系统
1．秒流量方程 在连续轧机机组中，各机架速度应 严格地遵循秒流量相等的关系进行设定
在实际生产中，精轧宽展可以忽略，这样秒流 量公式可演变为
由于存在前滑，因此带钢速度与轧辊线速度的 关系为
速度设定根据轧制工艺状况，以及设备能力情况， 按照负荷分配得到各机架出口厚度，并根据终轧温度 确定末机架出口速度vn后，用秒流量方程反推出各机 架速度设定值
活套机构的基本关系
活套器与机架之间的各参量关系
将其绘成曲线可以看出，活套量与角的关系在工作段 基本符合二次曲线方程：
在实时控制过程中，只要实时地得到活套角，可通 过计算，可得到实际轧制过程活套器承受的力矩，这 对于恒张力控制提供了反馈信号；也只有可靠准确地 得到活套角信号，才能进行高度闭环控制和张力控制。
NT Tv 102
式中：NT——张力的功率 T ——张力 v ——轧制速度
则此时Fi 和Fi+1机架在连轧时的功率分别为：
Ni ＝ N0(i) －NT
Ni ＝ N0(i＋1) ＋NT
适当调节带钢厚度
在轧制过程中，张力的作用是很敏感 的，张力的变化可以显著地改变轧制压 力，从而改变轧出厚度，故可用作厚度 的微调。
单位张力与总张力的关系
T A T
Tb
b
a
b
f
Tf
张力的作用
防止轧件跑偏 使带钢的板形平直 降低变形抗力和变形功 适当调节主电机的负荷 适当调节带钢厚度
防止轧件跑偏
采用张力轧制，当轧件进入轧辊时， 可以在一定的张力作用下使轧件平稳地 进入辊缝，并平稳走出辊缝。 在控制轧制过程中，张力反应迅速， 无时间的滞后，有利于轧出高精度的产 品。
无活套微张力控制
在带钢生产中，为了防止带钢跑偏，发生 叠轧事故，一般采用微张力或小张力轧制。 对于带钢连轧机的粗轧机组，由于带坯厚度 厚，无法采用活套器，因此一般采用微张力 轧制，近年来，由于节能而有加大精轧来料 厚度的趋向，精轧头二三机架亦有采用无活 套控制，亦即采用微张力控制的方案，而精 轧的其他机架仍采用活套恒定小张力控制。
l ( i d i ) l i d i
代入后得
d i
ldq l i l ( i d i ) (l ) l l i l i d i

ldq l (l i ) (l i d i ) l

ldq ldq (l i )( l i d i ) (l i ) 2 l l
电动机的转矩为：
M D C M I a TD M0 Md 2i
T
恒速卷取时Md = 0， M0忽 略不计，则张力为：
T 2CM i I a I Km a D D
v
D
n
M
电动机
nD
图10.24 卷取机传动系统示意图
维持张力T 恒定的两种方法
1.
持Ia = 常数和Φ/D =常数
使带钢的板形平直
轧制之后板带钢出现不良板形，主要 原因是变形不均匀，轧件中的残余应力 超过了稳定轧制时所允许的压应力。 如果在轧制过程中给轧件加上一定的 单位张力，使得板带钢沿宽度方向上的 压应力不超过允许的压应力，便可轧出 板形平直的产品。
降低变形抗力和变形功
当张力作用时，张力不仅使水平方向 的压应力减小，而且使垂直方向上的压 应力降低，因而使轧制压力变小。 当前后张力足够大时，还可以使水平 方向的应力由原来的压应力变为拉应力， 使垂直方向上的压应力更小，轧制压力 降低更明显。
AE AE T T0 T (vb va )dt (vb va )dt l0 l0
或
AE (vb va )dt (vb va )dt T l0
张力的种类
前张力： 与轧制方向一致的张力称为前张力 后张力： 与轧制方向相反的张力称为后张力
秒流量方程仅适用于稳定轧制状态。当对机架间 活套进行调节时，各机架流量将不再相等。
活套控制系统
恒定活套量和小张力轧制是现代热连轧机精轧机组 的一个基本特点，因为在轧制过程中，由于主传动系 统总是存在着动态咬钢速降，在稳定轧制阶段又总是 存在着各种外部于扰，不可能始终保持各机架之间的 速度配比关系，设置活套器机构的主要目的，就在于 检测到这些偏差，检测得机架之间轧件的活套量进而 吸收这些活套量，使得生产正常稳定，以避免拉钢、 堆钢现象。 在目前绝大部分热连轧机组中，活套装置是以电动 为主，即活套机构由直流电动机驱动，在国内大量中 小轧机上，活套机构往往没有实现高度闭环控制。
I∝T 和Φ∝D，控制起来比较直观 缺点： 电动机的功率不能得到充分利用
（2）最大转矩法控制张力 使Ia∝D /Φ，来控制张力恒定
n ng ig
n
ST
ia
张力设定
LT
供电装置
M
供电装置
T
if
g

uf
GT
f
ug
满磁设定


R
TG
D



D
ZC
v n
图10.26 按最大转矩原则的张力控制系统原理图
张力自动控制
张力变化对工艺参数的影响
轧制压力
力矩 前滑 速度 Fi Fi+1
张力
轧制压力
力矩 前滑 速度
轧制过程中张力的产生及分析

张力的产生
T A T平均
T ——作用于横截面A
上的张力 a
b
T
A ——带钢的横截面
T平均 ——平均单位张力
T平均
弹性体的虎克定律
z
= E
x
va
简化后
dq d i l
由于 dq 的增加是由速度差 vi1 vi 引起的
因此
d i l d fi dq vi1 vi l dt dt E dt
d fi dt E (vi1 vi ) l
即
或
E fi (vi1 vi )dt l
10.4.1 间接法控制张力的基本原理
微张力控制的思想与有活套的小张力 控制思想差别较大。微张力控制的关键， 不仅在于如何去控制，而更在于如何去 检测张力。如能较准确地检测出张力， 并能保证一定精度，张力控制精度就较 易保证。微张力控制系统可用于双机架 连轧和多机架连轧。
双机架连轧微张力控制
双机架连轧微张力控制采用头部信号记忆法 来实现，也就是当轧件咬入第一机架而尚未咬 入第二机架时对第一机架电流进行多次采样求 均值，这一电流值反映了无张力状态下的轧制 力矩。当带钢被咬入第二机架后，继续对第一 机架电流连续采样，并以头部电流为依据求出 每次采样的电流偏差，对第一机架速度进行控 制，使偏差为 0 或小于规定值，以达到无张力 或微张力轧制应变为：
l l0
张应力
0.T E
l E E d ( 0.T ) Ed Ed ( ) d (l ) (vb va )dt l0 l0 l0
0.T
E (vb va )dt l0
张力：
AE T0 (vb va )dt l0
导辊 轧机 开卷机
导辊
PLG
PLG
卷取机
图10.28 带钢轧制过程示意图
（4） 动态补偿电流和压下补偿系数的计算
I D IT I d
为维持张力恒定，Id 应正比于加减速度dv /dt 和传动系统的GD2
dv 1 1 I D K1 GD K 2 B( D D ) dt D
fi i d i
i i d i
而
qi qi dqi
q i i d i l q
则
因此
即
d i
q q ldq l q l q (l q )(l q )
l i q l i
q
秒流量方程在连续轧机机组中各机架速度应严格地遵循秒流量相等的关系进行设定在实际生产中精轧宽展可以忽略这样秒流量公式可演变为由于存在前滑因此带钢速度与轧辊线速度的关系为速度设定根据轧制工艺状况以及设备能力情况按照负荷分配得到各机架出口厚度并根据终轧温度确定末机架出口速度v后用秒流量方程反推出各机架速度设定值秒流量方程仅适用于稳定轧制状态