首钢京唐热轧卷取头尾跟踪研究

胡娜 李越

摘 要：卷取是热轧产线的重要生产环节，带钢的头部和尾部跟踪是卷取控制的重中之重，尾部跟踪出现问题，会直接导致松卷等不良后果，头部跟踪出现问题会直接造成堆钢等严重事故，本文研究了造成尾部和头部跟踪不良的原因，并提出了改善方案，对后期的生产有积极的指导意义。

关键词：卷取；跟踪；控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0091-02

众所周知，能否稳定生产X80及以上产品，是衡量一条热轧产线控制水平的重要指标。但X80管线钢的特点是温度低、强度高、硬度大，轧制过程中松卷、散卷、设备故障等问题频发，出现以上问题就会严重影响产品质量和生产节奏，同时也会造成了很大的设备安全隐患。轧制X80管线钢的难度有目共睹，国内同行业的其他冶金企业中，轧制X80的难题也没能得到很好的解决。

而在X80的实际生产中，卷取的控制水平成为制约X80稳定生产的瓶颈，具体表现在带钢的尾部跟踪和头部跟踪问题：

（1）尾部跟踪问题：对于卷取机卷钢过程中松卷问题，经过长时间观察研究，造成带钢松卷问题的直接原因是带钢张力没有达到设定要求，张力没有及时的建立起来，就造成芯轴在卷取带钢的过程中产生松卷的现象。

（2）头部跟踪问题：在2#卷取机轧制X80钢种时，下一块带钢准备使用1#卷取机卷钢，此时1#卷取机自动执行踏步动作，由于1#卷取机内部没有带钢进入，助卷辊只是一直踏步，助卷辊与芯轴撞击，扭矩过大会造成助卷辊跳电，卷取机不具备卷钢条件，影响生产节奏，随时有可能造成堆钢等发生一系列问题。

1 跟踪控制机理研究

1.1 尾部跟踪问题分析

根据轧钢工艺控制要求，在轧钢过程中有速度控制和转矩控制两种控制方式，其中扭矩控制主用在卷取机卷钢过程中执行的，目的就是为了在芯轴卷钢的过程中带钢有一定的张力存在，带钢才能较紧凑的卷钢成卷，不松卷。对轧制X80产生松卷问题的研究，从现场钢卷外观看，内圈较紧凑，外圈松，没有卷紧。内圈较紧凑证明在带钢头部进入卷取机时，控制时序及设备运行正常，能够正常卷钢；外圈松证明卷取机在带钢后半段卷钢过程中张力不够，导致松卷现象发生。

工艺控制时序，头部进入卷取机时开始由速度控制转变为扭矩控制，在整个卷钢过程中一直为扭矩控制，当带钢尾部到达卷取机前设定位置时，执行自动定尾时序，因为在带钢尾部有卷取机助卷辊压尾控制时序，自动定尾和扭矩控制是两种控制，是由不同信号触发的，但扭矩控制结束和自动定尾开始时序都是在带钢尾部进入卷取机时开始的，所以在尾部到达卷取机前设定位置时，取消扭矩控制，同样可以保证带钢卷型，不松卷。对于卷取机在卷钢过程中尾部的检测，是靠卷取机前热金属检测器HMD检测的，热金属检测器HMD可以准确检测出带钢温度为300°以上的钢种，所以当带钢尾部到达HMD位置后可以准备判断出带钢尾部位置，然后计算出带钢尾部何时到达设定位置，之后开始触发尾部跟踪等一系列时序，尾部跟踪主要包括芯轴扭矩控制、助卷辊压尾控制等，芯轴扭矩控制是由HMD触发的，助卷辊压尾控制是由热金属检测器HMD及冷金属检测器CMD触发。

查看轧制X80控制时序ODG曲线，带钢尾部还没有到HMD范围时HMD信号时断时续，扭矩控制转换成速度控制，执行尾部定尾控制，带钢按速度控制卷钢，这就造成钢卷松卷现象发生，HMD信号检测异常，导致控制时序出现问题，排除热金属检测器的自身问题查看带钢温度曲线，得知此带钢温度低于设定值为200°左右变化，由于HMD信号检测300°以上，所以当带钢温度低于300°时，HMD检测信号减弱，易产生无信号，信号消失，使得控制中心自认为到达带钢尾部，扭矩控制模式转换为速度模式，由于此后的轧制模式为速度模式，这就保证不了轧制X80时带钢在轧制过程中带钢产生足够的张力，张力建立不起来，从而导致松卷问题的发生。

经研究分析，造成松卷的具体过程是带钢在头部进入卷取机，顺利产生咬钢信号，芯轴扭矩达到设定值，在带钢后半段，卷钢的过程中带钢温度低于300°，HMD检测不到带钢，信号消失，尾部跟踪控制提前，扭矩控制转换为速度控制，开始执行尾部定尾时序，此时芯轴由原来的扭矩控制转为ATC控制（自动尾部控制）。带钢在芯轴扭矩控制失效后，不能提供带钢足够的张力，这就导致了卷钢过程中松卷现象的发生。带钢温度低，扭矩控制转换为速度控制，是导致松卷的根本原因。

1.2 头部跟踪问题分析

针对DC2卷取过程中DC1踏步问题，根据现场实际情况及查看程序和ODG在线数据采集分析：1#卷取机踏步动作的自动执行是由于该卷取机开始卷钢，卷取机计算出带钢头部位置，计算出带钢头部进入卷取机，助卷辊自动执行踏步命令。所以说造成没有带钢进入卷取机，卷取机自动踏步问题的原因是由于头部跟踪出现问题。

触发头部跟踪的时序是通过卷取机前热金属检测器HMD检测到头部位置触发的，当HMD检测到头部到达该位置时，触发头部跟踪，开始计算头部前进位置，当进入卷取机，达到设定位置后助卷辊开始执行踏步命令。根据现场情况由于当时在轧制X80钢种，可以确定HMD检测到的带钢头部是误信号。查看当时带钢温度曲线，以及HMD信号采集曲线分析，当时由于X80带钢温度低，低于300°，HMD检测不到带钢，误认为是当前带钢的尾部，当带钢温度高于300°以上时，HMD又检测到带钢信号，误以为是下一块带钢的头部，由于‘下一块带钢使用1#卷取机卷钢，所以HMD开始触发‘下一块带钢的头部跟踪，计算到‘下一块带钢进入1#卷取机后，助卷辊开始执行踏步动作，所以就出现了助卷辊自动踏步的现象在没有带钢进入卷取机时。

2 解决方案

2.1 尾部跟踪问题解决方案

针尾部跟踪问题，首先是解决对温度控制的问题，二级对CTC（自动温度控制），提高层流冷却对带钢温度的控制精度，达到带钢温度稳定，平稳，而不是时高时低现象，减少温度低造成HMD信号消失概率，提高HMD的检测精度，避免松卷现象发生。

再就是对一级问题的解决措施，针对一级现在控制时序，优化控制程序，确保尾部控制精准，信号可靠。

利用现有的设备对DC2、DC3控制程序进行了修改，在使用DC2在轧制X80时，尾部跟踪控制由HMD改为DC1前的CMD，由于安装位置不同，就需要对程序控制上进行参数修改及程序优化，在使用DC3在轧制X80时，尾部跟踪控制由HMD改为DC2前的CMD，并进行参数修改及程序优化。CMD的优势就是不受带钢温度的影响，能够提供稳定可靠地信号，这就确保了DC2、DC3芯轴扭矩控制的准确性。

通过现场实际轧钢效果来看非常明显，完全避免了DC2、DC3在轧制X80钢种时由于带钢温度低造成松卷现象的发生。

2.2 头部跟踪问题解决方案

头部跟踪的踏步问题，其根本原因就是由于HMD信号消失，造成头部跟蹤异常，无钢自动踏步。为此研究头部跟踪程序，头部跟踪的检测是靠HMD检测触发的，在轧制X80钢种时HMD检测信号出现问题，为保证带钢头部检测精准、可靠，必须将检测带钢头部的问题彻底解决，如果从控制上进行解决，这就需要在控制程序上找一个可以替代HMD的检测信号，使用该信号触发头部跟踪，经研究决定使用冷金属检测器CMD信号替代热金属检测器HMD信号，由于CMD不受带钢温度影响，可以准确检测带钢头部、尾部位置，所以说使用CMD时不会因为在轧制过程因为温度低产生带钢尾部、头部跟踪误信号。

在X80轧制时使用CMD代替HMD检测头部、尾部信号，由于位置不同，需要对相应的跟踪距离进行调试、参数修改，把跟踪点有原来的HMD检测点更改到相应卷取机前的CMD检测位置上，经过对程序修改，实际验证，轧制X80时卷取机空载踏步现象已经彻底解决。

3 结语

通过对卷取机控制时序及关键控制点的深入研究和精准把控，对头尾控制不良造成的松卷及堆钢机理有了深入的认识，通过以上的一系列解决方案，基本解决了高强管线钢在卷取过程出现的头尾跟踪问题，有效遏制的生产机设备事故频发的势头，为今后的卷取自动化功能精度全投入奠定了良好的基础。