高速线材活套控制系统的应用

王志强 刘慧博

摘 要：介绍高速线材活套控制系统的控制原理与控制过程，并对活套系统常见故障进行介绍分析。

关键词：高速线材；活套；故障；控制过程

前言

现代高速线材生产的主要特点是高速、无扭、无张力、连续。而保证高速、无扭、无张力连续轧制正常进行的条件是各机架的“金属秒流量”相等。而在实际轧制过程中，由于物料温度、轧辊磨损以及冲击载荷引起的速度波动等因素的存在，从理论上确定的轧辊转速往往不能实现各机架的“金属秒流量”相等，所以在高速线材轧制线中引用微张力控制和活套控制对轧机进行调节。一般来说微张力控制用于低速轧制区域，活套控制则用于高速轧制区域。在实际生产中活套直接影响线材的成品质量、产量及成材率等。因此，活套控制在整个高速线材生产线中地位十分重要，必须合理、有效地控制。

1 活套的定义、组成及作用

1.1 活套的定义

通过自动控制系统调节相邻机架速度，使机架间产生“多余”物料，物料在起套装置辅助下形成且能动态保持的弧状物，这个弧状物就称为活套。

1.2 活套的组成

活套主要有五个部分：分别为活套台、支撑辊、起套辊、气动系统以及活套扫描器，其中支撑辊、起套辊起物料的导向和支撑作用。气动系统控制起套辊起落，活套扫描器负责测量活套高度。具体结构如图1所示。

图1 活套结构简图

1.3 活套的作用

活套是实现高速线材无张力轧制的重要组成部分。即在轧制过程中，物料不存在堆拉关系。这是活套通过调节套高实现的，当相邻机架间物料的量减少时，套高会随之减小，活套起缓冲作用，防止物料拉伸，影响物料尺寸；同理，活套还可以吸收机架间过量的物料，防止堆钢。

由此可见活套控制系统的主要作用是吸收因各种原因产生的速度波动，实现无张力轧制，从而提高成品质量。

2 活套的控制基本原理与控制过程

2.1 活套的控制原理

活套套高控制是通过调节与活套相邻机架速度来实现的。活套套量等于活套上游机架出口速度V1与下游机架入口速度V2之差的积分，当V1>V2时，套量增加，套高增加，反之套量减少，套高降低， 当V1=V2时，套量、套高均不变。

活套套高通过活套扫描器来测量。活套扫描器测量套高实际值，并将测量值动态反馈到PID调节器，与设定值进行比较，然后根据其偏差，通过速度调节系统不断调节上下游机架速度来实现活套套高的无静差调节，从而实现无张力轧制。具体控制原理框图如图2所示。

2.2 活套的控制过程

活套控制系统按其控制对象可分为两部分：

（1）逻辑控制：它主要是通过对轧制线上物料位置的跟踪，控制活套控制系统各个阶段切换，控制起落套阀的动作，从而达到控制活套的目的。（2）活套高度控制：主要是将活套扫描器测量的实际套高与工艺设定值进行比较，其偏差经PI调节器的运算，参与调节轧机速度，以实现无张力轧制的工艺要求。

按控制过程可分为：活套预形成阶段、活套形成阶段、活套控制阶段和活套甩尾阶段。各个阶段具体划分见图3。

图3 活套顺序控制信号时序图

2.2.1 活套预形成阶段

当上一根物料尾部离开下游机架后，该区域进入活套预形成阶段，直到下游机架再次咬钢为止。该阶段的主要工作有两个：

（1）微降低下游机架的转动速度，使其“金属秒流量”比上游机架轧机小，这样物料咬入后，套量可以在该处快速积累，拱起成套。（2）发出起套命令，以便起套辊在下游机架咬钢同时升起。

2.2.2 活套形成阶段

活套形成阶段从下游机架咬钢开始，随着再下游机架的咬钢而结束，持续时间一般不超过4s，以避免因两机架间距离过长等原因造成活套形成阶段过长。这一阶段的任务就是形成活套，并使下游机架速度恢复到正常轧制速度。

2.2.3 活套控制阶段

活套控制阶段从活套形成阶段结束开始，直到物料尾部到达上游机架示警时间WT2。

这个阶段的主要任务是控制活套高度，使其始终保持在设定值附近，实现活套高度的无静差调节，从而实现无张力轧制。另外，在整个活套控制阶段，活套高度是通过修正上游机架的速度来调节的。

2.2.4 活套甩尾阶段

活套尾部控制阶段是从物料尾部到达上游机架示警时间WT2开始，直到物料尾部离开下游机架。

这一阶段控制主要是为了避免浪涌和甩尾现象发生，需要在活套尾部快离开上游机架时将套高从正常套高降低到尾部套高TLP。同时，发出落套的命令，由于空气阻尼的作用，起套辊不会立即失去支撑力，避免浪涌；当物料尾部离开上游机架后，活套失去推力后沿轧制方向伸展变直，避免甩尾。

3 活套的常见故障分析及处理方法

活套产生故障的原因有多个：工艺、机械、电气都有可能导致活套故障，主要有以下几种情况。

3.1 活套起套辊不能正常起落套

（1）热金属检测器、活套扫描器损坏，不能正常检测物料。（2）活套扫描器检测环境异常：扫描器镜片脏、检测口没对准、导槽底部有氧化铁皮或大量雾气等挡住物料影响检测。（3）活套电磁阀线圈未正常动作：线圈烧损或线路问题造成未正常得电。（4）换向阀堵塞、现场气压不足或机械机构犯卡，造成起套辊不能正常工作。

3.2 活套头部起套较高

（1）冲击速降补偿量偏小。（2）起套参数中P增益偏大。（3）工艺调整原因：压下量太大，造成咬入角较大，物料头部偏高。

3.3 活套套量不稳

（1）活套扫描器内部故障，套量无规则波动，甚至波动时有时无。（2）活套比例控制增益的调整不当，导致活套不稳定，活套套量在整根物料通过期间幅值和频率均匀波动，波动周期为2s左右。（3）由于机械调整不当或活套台设计不合理引起，套量波动从形成活套后开始，振幅沿物料方规律地变化，可通过调整下一起套辊及支撑辊的位置来解决。（4）导卫安装不当，物料在辊缝中摆动，致使机架的变形量发生变化造成活套套量在整个轧制过程中，振幅和频率均匀波动，周期为2～4s。

3.4 活套落套时甩尾

（1）活套落套给定斜坡过长，造成落套延迟，会直接导致活套甩尾。（2）活套前机架物料尺寸严重超差及相应滚动导卫的开口过大或过度磨损等，均会使物料尾部在活套台脱尾失速，造成活套在收套状态下间歇甩尾。

4 结束语

活套控制系统在高速线材生产线有着举足轻重的作用，直接影响产品的质量与产量。分析其控制原理及控制过程有利于解决在实际生产中遇到的各种问题，希望能为现场工作者及科研人员提供一些参考。

参考文献

[1]卿俊峰，刘勇.高速线材轧机的活套控制[J].轧钢，2005（2）：69-71.

[2]李灿明，赵刚.高速线材活套套量波动的研究和分析[J].浙江冶金，2005（4）：34-37.

[3]伍露萍.高速线材活套的智能控制研究[D].沈阳：东北大学，2010.

作者简介：王志强（1982-），男，包钢钢联股份有限公司，工程师，技术员，本科，控制工程。