高速线材活套故障分析

高速线材活套故障分析

樊海洋①

(山西中阳钢厂山西中阳县334000)

摘要：分析了高速线材活套的基本原理和实际生产中引起活套不起套和套量不稳的原因。关键词：活套；基本原理；事故分析

1 前言

世界轧钢工业技术向生产工艺流程的缩短和简化方向发展，最终形成轧材性能高品质化、品种规格多样化、控制管理智能化等先进技术，特别是西门子、森德斯、达涅利等国外的大公司的进入后，轧钢厂的高线也引进了国内外先进的工艺技术设备，精轧机组、电气自动控制系统、自动打捆机等关键技术和设备分别从德国SIEMENS、英国V AI公司、意大利DANIEL公司、瑞典SUND公司等公司引进，具有高速、无扭、高精度、控轧与控冷等特点。

1．1 速度设定的理论依据

高线生产是根据各机架金属秒流量相等的全连轧理论运行的，即轧件同时在n机架中连续轧制且需满足：

F1V1=F2V2=……=F n V n=C (1)

L n=V n/V n－1=F n－1/F n(2)

式中F1、F2．．．．．．F n—第1至第n机架轧件断面面积；

V1，V2．．．．．．．V n—第1至第n机架轧件线速度；

C—金属秒流量，常数；L n—第n道次延伸系数。

1．2 活套使用的必要性

由于轧件断面面积受孔型磨损、轧件温度等各种因素的影响，在生产中断面面积是在不断变化的。如果各机架速度一经确定便保持不变，往往会因连轧关系发生变化而引起堆、拉钢，因而在高线生产中引入微张力控制和活套控制功能，以确保连轧关系保持动态平衡，这2种功能都是通过调速实现的，活套轧制实现了无扭无张力轧制。本文仅对活套基本原理和活套故障进行分析。

1．3 影响秒流量的主要因素

一般情况机架速度相对不变的，对于以下原因带来的变化就要求自动化系统来解决。

1)轧辊磨损带来的来料尺寸的变化导致轧件断面面积(F)的变化)

2)钢坯通条温度的不均匀性导致轧件速度(V)的变化)

3)冲击载荷引起的速度波动(V的瞬间变化)

1．4 自动化系统的解决方案

一般为了解决因为连轧关系发生的变化而引起的事故，在自动化系统中引人了微张控制和活套控制，来实现对各架次的轧辊转速进行动态调节，避免机架间的堆拉钢关系，使轧制过程尽可能良好的实现金属秒流量相等。

一般情况1—11机架采用微张控制，后面相对高速区的轧机采用活套控制，常规布置为7个活套，其中有2个平活套，其余的为立活套。

2 活套基本原理

活套可以实现无张力轧制，所谓无张力轧制是指在轧制过程中，机架间轧件不存在拉钢关系，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，影响轧件尺寸的精度，另一方面吸收过量的轧件，防止机架间的堆钢事故。但是活套的套量调节范围及套量的存储量是有限的，活套的调节范围是有限的，当相邻两机架速度匹配的不合理或其它原因而引起的套量偏差太大，自动化系统将来不及或无法调节，一般10%～20%左右，活套组成装置：活套台、4个

支撑辊、导槽、起套辊及活套扫描器。支撑辊、起套辊起着对轧件的导向和支持作用，如图1所示。

套高的测量和套量的计算套高是由一个光电式活套扫描器来检测的，扫描器的检测角一经确定，其扫描范围只能靠调节与活套台的距离来改变。经扫描输出脉冲信号，通过一专门的线性转换电路转换后得到一数字信号(如图2所示)。

扫描范围

式中L—扫描器距活套台的距离；B—活套扫描器的扫描范围；a—检测角。

设对应于B的转换后的最大数字量为D max，对应于某一活套高度由脉冲数字转换值为d，则实际活套高度(高于起套前的原始高度H)H为：

在得到活套高度值以后就可以算出活套长度S0由于考虑到高温下金属轧件仍具有很大的刚性，其活套形状近似为正弦曲线，故套长为

S'=(1+π2H2/4m2)×m=(π2×H2)/4m+m

式中S'—活套总长；

H—活套高度；

m—活套跨度((2个支撑辊间的距离)，则套量S''

=S'－m=(π2H2)/4m

一般按形状分为平活套(3#、7#套)和立活套(1#、2#、4#、5#、6#)。平活套适应于跨度较大的场合，其套存量比较大。

2)活套参数设定(套高设定)活套高度设定要跟据起套辊抬起时的辊面实际高度进行设定，一般为起套辊实际高度+130mm～180mm不要过高，过高会引起甩尾或叠钢。

3)活套的稳态调节活套起套完成后，延时进入稳态控制阶段，整个过程采用一个P I调节器进行控制，系统逆向级联的方向把P I调节器的调节量叠加到相邻上游机架的速度给定值上，并按逆轧制方向改变与轧件有关的上游其它机架的速度关系。

P I控制的关键在于正确确定比例增益P和积分增益I，P的大小反应了当活套高度变化时，套量变化的大小，P越大，套高有较小得变化，就会引起速度较大的变化。(一般P=30I=5) 3 活套故障分析

1)活套不起套

(1)热金属检测器、活套扫描器有故障，不能检测。

(2)活套扫描器受震动，没有对准检侧口。

(3)冷却起套辊的冷却水水汽太大，影响扫描器的检测灵敏度。

(4)信号电路接触不良等原因引起断路，起套信号送不到电磁阀。

(5)电磁阀烧废或堵塞，致使动作不灵敏。

(6)检修时关闭气门开关，检修完毕忘记打开。

(7)气管破裂、漏气，压力太小。

起套辊不下落，原因与不起套基本相同。

2)活套套量不稳一般情况下，调试好的活套不会不稳定。如果有不稳定的现象发生，不要轻易通过修改活套高度或升降相邻上游机架速度的方法来使活套稳定下来。活套的稳定性与有关机架速度控制系统动态特征及粗、中轧堆拉关系、活套区工艺调整有关。正常情况下，对于同一轧件，由头至尾部，活套允许有10mm的高度变化。

3)可能引起活套不稳定的几个因素

(1)头部起套太高。可能是轧件头、尾部与中部因温差引起尺寸偏差太大。

(2)轧件头部起套很高，随后套高降低，呈拉钢现象，轧至尾部套高又升起很高。经过多次观察发现，产生此现象的原因是粗、中轧机组中某些机架之间拉钢太厉害，导致轧件头、中、尾部尺寸偏差太大，活套区轧机在轧头、中、尾部时负载发生变化，根据电机的动态特性，就会发生转速的变化，引起前述现象。

(3)机械原因引起活套不稳。活套台设计不合理，如：活套台跨度太大，支撑辊、起套辊位置安排不合理。如活套向一侧倾斜，则可通过降低活套高度和调整支撑辊来解决。活套跨度越小，设定高度也应越小些；机械故障，如：支撑辊、起套辊、轴承烧毁转动不灵活造成磨损不均，也会引起活套不稳。

(4)导卫安装引起的活套不稳。发生不稳定的活套试图与机架另一侧的活套“交换”，相邻活套轮流升高和降低。其原因是轧件在辊缝中摆动，使机架的实际延伸系数发生变化。

4 结束语

以轧钢厂的棒、线材的活套控制和应用为例，并结合国内、国外的棒、线材生产，分析了以活套扫描仪为反馈元件的活套闭环的速度控制环节，其速度控制是一个动态的、较为复杂的控制过程，其控制的精准是建立在传动系统良好的响应及轧线精确的物料跟踪基础之上的，可减少对操作工操作水平的依赖，对有效的避免事故提高成品质量尤为重要。

参考文献：

[1] 程知松．自由活套工艺在小型半连轧上的的应用[D]．北京科技大学轧钢研究所，2005．

[2] 田芳．含晶闸管元件的电力系统小干扰稳定性分析[D]．中国电力科学研究院博士研究生论文，2001．