活套在高速线材生产中的应用

活套在高速线材生产中的应用
摘要本文主要介绍了高速线材生产过程中活套的工作原理，控制思想以及活套的调试和故障处理。

1前言
保证连轧制过程正常进行的条件是各机架在单位时间内的“秒流量”完全相等。

但在轧制过程中，由于坯料尺寸的波动，轧件温度的波动，轧辊孔型的磨损因素存在，以及计算和调整的误差等，从理论上确定的轧辊转速往往不能实现各架轧机金属秒流量相等，而会出现堆钢或拉钢现象。

为避免轧制过程中的堆、拉钢，就必须对各机架的轧辊转速进行动态调节，使轧制过程尽可能良好地实现金属秒流量相等。

轧辊转速的动态调节方式有微张力控制和活套控制2种。

高速线材厂1～11#机架采用微张力轧制，11#～精轧机采用活套控制，其中11#与12#、12#与13#、14#与15#、15#与16#/16#与17#之间采用立活套，13#与14#、17#与精轧机之间采用水平活套。

2活套的作用于组成
通过自动控制系统调节相邻机架的速度，使机架之间产生“多余”轧件，这些“多余”轧件在起套装置辅助支撑下形成并动态保持弧形的套装物，这个套状物就称为活
套。

活套可以实现无张力轧制。

所谓无张力轧制，即是在轧制过程中，机架间轧件不存在堆拉关系。

这是通过改变活套存储量来实现的，当相邻两机架间轧件受拉时，套量减小，可起缓冲作用，防止机架间产生张力，免使轧件断面拉缩，影像轧件尺寸的精度，另一方面可以吸收过量的轧件，防止堆钢事故发生。

但活套的套量调节范围是有限的，当相邻机架速度匹配过分不合理或其他原因而引起套量偏差太大。

自动控制系统将来不及或无法调节。

活套按形状可分为水平活套和立活套，水平活套主要用于机架间跨度较大的场合。

活套包括活套台、导槽、四个支撑辊、起套辊及活套扫描仪几部分。

其中支撑辊、起套辊起着轧件的导向和支撑作用。

结构简图1所示
3活套控制原理
活套控制是通过改变与活套有关的机架速度来实现的。

活套等于活套入口处轧件速度与出口轧件速度之差的积分，当入口速度大于出口速度时，套量就增加，反映在套高逐渐升高，反之套量就逐渐减少，套高降低，相等时套量、套高不变。

套高是由活套扫描仪来测量的。

活套扫描仪根据其输出与套量成线性关系的原理测量出套高实际值，并与套高设定值进线比较，然后根据其偏差，通过速度调节系统改变活套上游机架速度，并逆向级联调节上游所有机架速度直到这
条钢的尾部。

活套调节有2种，即基本的比例调节和附加的积分调节，1)比例调节为暂态调节，作为正常的PI调节的一部分，
它快速补偿受控机架的活套误差和将速度给定的变
化量传递到上游直到紧贴加热炉机架。

这种调节是对
每条钢在起套至收套的过程中起作用，至钢的尾端终
止。

进行比例调节时，对每条钢而言，机架速度变化
的最大值为实际速度的10%，如果活套扫描器检测到
轧废，机架的一般会减速，其变化量等于以上最大值
即10%，在活套调节被碎断命令封锁或轧废处置完后，
其速度变化量将完全消失。

图2 活套控制原理见图
2）积分调节对速度给定进行永久修正，以消除活套稳定增长的误差。

调节器慢速修正活套前后两个机架间的级联速比。

为了避免活套起套和收套时的暂态调节被保存、只在钢的中间部分才能积分调节。

进行积分调节时，对每条钢而言，机架转速度变化的最大值为实际速度的6%。

如果活套扫描器，检测到轧废，机架的一般会减速。

如果活套调节积分部分已封锁或限幅，或者轧废命令快速介入（在调节器存储全部修正量前），则完全可以避免转速下沉。

但这种调节效果不能与暂态比例调节叠加。

积分调节对暂态调节的部分自学习是其独有的特点。

活套控制原理2见图
4）活套控制过程
轧机、活套、扫描仪现场布置如图3所示
现以11#活套为例来讲述活套从起套到落套的控制过程。

整个活套控制过程的时序如图4所示
4.1起套
当11#机架前活套扫描仪检测到头部到来时，延时t秒，自动控制系统送出一个起套信号给电磁阀，起套延时的确定保证轧件刚好咬入12#机架时起套辊启动。

12#有钢信号到来时，打开调节窗口，活套上游相邻的11#机架升速，使11#、12#之间产生“多余”轧件以生成活套。

根据电机的动态特性，当轧件咬入12#机架时，电机会产生一个动态降速，但
是事先给予12#机架以2～4%的动态速降补偿，可以认为基本上不会因动态速降而使钢咬入时产生太多“多余”轧件。

实际影响活套起套有以下2个因素；
1）下游机架冲击速降补偿影响
所谓速降补偿就是当机架空载时，电机速度给定增加△V，抵消轧件咬钢时的动态速降，防止出现堆钢现象。

实际生产中很难做到全补偿，若出现欠补，则轧件进入机架有一定困难时，反而有助于“自然”套量的形成及减小活套调节器的工作量。

2）11#机架和12#机架实际断面面积与理想断面面积的差异的影响。

假设冲击速降补偿正好补偿机架咬钢时的速降，则影响活套形成的主要取决于11#机架和12#机架的轧件的断面面积。

若认为12#机架全补偿，且12#机架轧件断面面积为理想断面面积，则活套的形成只与11#机架轧件断面面积有关。

4.2）稳态调节
起套完成后，延时进入活套稳态控制阶段。

整个过程是采用一个PI调节器进行控制，系统按逆向级联控制的方向把PI调节器的输出叠加到相邻上游11#机架的速度给定值上，并且按逆轧制方向改变与轧件有关的上游其他机架的速度关系。

PI控制的关键在于正确确定比例增益P和积分增益I,P的大小反映了当活套高度变化时，套量变化的大小，P
越大，套高较小变化，就会引起速度较大的变化。

4.3）收套阶段
当轧件尾部离开10#轧机时，即进入收套阶段，11#轧机按一定斜坡速度，同时起套辊落下。

收套过程与起套过程刚好相反，共用一套PI参数，整个收套过程必须在轧件离开11#轧机前完成。

5。

.1 活套调试
活套调试主要确定以下内容，套高、PI参数、活套给定斜坡和各类延时。

5。

.1 套高的设置
活套套高的设定没有固定的公式，主要依据以下2条。

1）活套形成后轧件没有张力，呈自由状态；
2）根据活套支撑辊间的距离和调节起套辊的高度，使套形近似于正弦波。

5。

.2起套过程中PI参数的整定热负荷试车期间，所有活套都先不投入，等全线轧制顺利后，再按顺序从前至后一个个地投入活套进行调试，这主要考虑到活套调节系统的先后顺序，同时前面的活套先调试成功，可以提供尺寸精度较好的轧件给后续活套，有利于准确确定后续活套的P和I，
起套过程中要求动态响应快，故P增益较大，稳态响应中要求静态稳定性较好，P增益相对小些。

以11#活套为例，
暂态过程比例增益P=90，积分增益I=25，稳态过程比例增益P=30，积分增益I=5。

5。

.3 活套给定斜坡和各类延时
出现此类情况按现场实际情况给定。

5活套故障分析
活套产生故障的原因有多个方面，电气、机械、工艺等方面都有可能导致活套故障，归纳起来有以下几种情况。

6。

.1活套起套辊不起套
1）热金属检测器、活套扫描仪有故障，不能检测，
2）活套扫描仪受震动，检测口没对准，不能检测。

3）冷却起套辊的冷却水气太大，影响扫描仪检测灵敏度。

4）电磁阀线包烧坏或或者电磁换向阀堵塞，
5）现场气压低。

处理方法：其中前3种情况在扫描仪有故障的情况下，可将下游有钢信号与上游有钢信号连锁，改成与上游活套扫描仪开关量连锁，这样活套起套辊不起套，活套也形不成，可有效避免堆钢。

6.2 起套辊不落套
1）区域前热检或扫描仪由于冷却水未开，可导致有钢信号常来，没有落套命令；
2）落套线包烧坏或电磁换向阀堵塞，汽缸不灵活。

处理方法；针对第二种情况，可将双线包电磁换向阀改成单
线包弹簧自动复位换向阀，可避免因落套线包烧坏而不落套的电气故障。

6.3活套头部起套较高
1）冲击速降补偿量偏小；
2）椭圆孔压下太多，下道次圆孔型进口咬入角较大。

3）起套参数中P增益偏大。

4）6.4 活套不稳
1）机械导轮啦死，
2）活套所处机架电机速度波动；
3）套高设置过高；
4）起套I增益偏小，导致套量不稳。

6.5 钢头部或尾部啦瘦；
主要原因是套高设置偏小，导致轧件存在过大的张力。

6.6活套落套时甩尾、打结
1）收套时调节窗口打开延时过长，活套落套给定斜坡过长；
2）套形不对，活套扫描仪未检测到活套的最高点，套高检测我0时，实际上还有余套存在。

处理方法：可通过调整起套辊高度和活套扫描仪位置来解决，让套形近似成正玄波，活套扫描仪检测套形最高处。

7结语
在鄂钢的轧材系统中，热轧带钢厂、棒材厂和高速线材厂都
使用了活套控制，虽然控制方式不尽相同，但控制思想是一致的。

活套控制是一个动态的较为复杂的控制过程，活套的精确控制是建立在传动系统良好的动态响应及轧线精确的物料跟踪基础上的，对有效避免堆钢，提高成品质量尤为重要。