浮动张力辊在连续光亮退火炉中的应用

栾久成?余叙斌?汤福朋

摘要：张力控制是提高产品合格率，改善产品质量的关键技术，而在连续光亮退火炉中，工艺段张力控制系统的主要任务就是要保持炉内张力的恒定，它就是整条生产线中的核心部分，本文在工艺段入口处增加一组浮动辊装置，通过中间辊轮位置高度的变化即可判断出张力的变化，然后再通过调节浮动辊入口带钢的传动电机转速，从而保证整个工艺段张力的恒定。

关键词：张力控制;浮动辊;辊轮位置;传动速度

前言

在高速连续带材热处理线上，对工艺段带钢张力控制要求非常严格。尤其是在0.1mm厚度以下的超薄料退火生产中，要求炉内带钢张力控制的非常稳定，因为不锈钢带在退火炉内高温1100摄氏度的条件下运行，带材的塑性明显增大，这导致了带材的模向面积收缩，宽度会自动变窄。在实践操作经验表明，在固定的张力条件下，带材在炉内变窄值随着炉温的升高而增大，为了避免在高温下带材发生严重拉钢变窄，甚至会产生断带，影响下一道生产工艺的执行和带材性能的严重改变（如硬度、抗拉强度）。应使带材随着工艺退火温度的提高，而适当改变钢带的炉内张力，要达到这一目的，光靠炉子前后的S辊组的张力控制是不够的，通常要求设置专门的机械装置设备，对炉内工艺热处理段张力进行自动控制和补偿，浮动张力辊就是这样一种满足需求的专用机械装置。

1连续光亮退火炉概述

连续光亮退火炉用于不同规格铜直管（棒）、钢管、铝管或盘园在控制气氛下连续光亮退火。

特点：工件连续通过预热、加热、保温、缓冷、冷却，不受长度限制;传动采用托辊式同步传动，变频调速，平稳可靠;通保护气氛和强力的热气氛循环，温度均匀，内外表面十分光亮;冷却区设计独特，保证工件均匀冷却;处理的产品内外表面光亮，产品质量高，生产率高。

加热方式：电加热或燃气加热。

生产线组成：前辊道料台、前换气室、前预热区、加热炉、缓冷区、冷却区（含过渡区及强风冷区）、后换气室（含水冷区）后辊道料系统、计算机控制系统、电气控制系统、保护气氛装置。

2张力自动控制系统的分类

张力，即物体受到拉力作用时，存在于其内部而垂直作用于两邻部分接触面上的相互牵引力。张力控制系统的稳定性，直接关系到带材产品的质量和力学性能，张力太大会导致带材退火后发生飘曲，折痕，抽筋印以及蚯蚓纹，甚至会严重拉钢变窄而断带，张力太小，会导致材料在工艺段出现跑偏，甚至在炉管壁两侧刮坏，使带材产品出现改制现象，甚至报废。因此在炉内工艺退火系统中，一定要保持炉内张力的恒定。

张力控制系统主要有直接张力控制和间接张力控制。

①直接张力控制是一种最有效的方法，其控制方法如下：将张力计测量出来的实际张力值反馈到控制器的输入端，通过与张力设定值進行比较，得出的误差，再通过控制器内部调节器对张力进行控制，它属于闭环控制系统，其也有不足之处，整个系统的精度取决于张力计的精度和响应速度，目前国产的压电应变电阻式张力计精度仅为正负3%，动态响应为200ms。利用这种张力计，控制精度不可能高于正负3%，另外，该系统在此过程中可能会产生较大的偏差，需要经常校准，易产生振荡，尤其在生产线运行开始的时候，张力控制范围明显较大，严重时会将带材拉断。

②间接张力控制，只要得到张力驱动电机的电流，电压及转速等参数，就能算出张力力矩，然后进行反馈，选择合理的控制参数，就能实现张力控制，这就不需要张力计，从而避免了系统精度受到张力计精度的制约情况，因此在本文系统中采用了间接张力控制方法，通过跳动辊位置高度变化，来判断张力的实际变化情况，再根据合理的积分运算来控制工艺段入口的速度的补偿，即可保持张力的恒定，从而避免张力计带来的精度缺陷，最小张力可以控制在50N。

3跳动辊模型的建立

（1）对于跳动辊模型的建立，其设备模型见下图1。

传动辊中的无动力导向辊设备安装调试前需要做动静平衡，以确保在运行中对带材张力的影响控制到最小，气缸进出口分别由一个气动比例阀控制，气动比例阀控制气缸两腔的压力，根据压力推动平衡，可得知如下公式：

T=P2XA2+G+G1-P1XA1          （1）

式中：

P1 ——活塞腔压力（MPa）

P2 —— 活塞杆腔压力（MPa）

A1 —— 气缸活塞腔面积（mm2）

A2 ———活塞杆腔面积（mm2）

G ———跳动辊轴承座重量

G1 ———跳动辊自身重量

由式（1）可知，只要精确的控制P1，P2的压力，就可以控制带材的张力。

（2）浮动位置的变化在自动控制中起到检测张力变化的作用，同时它可以吸收和缓冲张力跳变对系统稳定性的影响。他的另一个作用是其自动补偿功能。在生产线中由于某种原因停炉温度变化使带钢长度变化较大，此时设备中张力辊处于静止传动状态，无法参与张力控制，如果不进行补偿，由于停炉在设定前的张力，只有加装张力计F检测停产后的张力变化，再来调节气缸P1、P2的进气比例阀，使浮动辊位置上浮，释放带钢存量，不致使带钢拉力过大，延伸过长而断带，反之亦然，如果带钢由于温度较高而延伸，浮动辊在气缸控制下，向下运动，增加浮动辊的压力，吸收炉内带钢伸长量，防止带钢过长在高温环境下和马氟管出现粘连现象。

结论

文中介绍了浮动辊模型和其控制原理及结构，在大型高速连续带钢处理线和超薄料高精带的生产运用中，尤其是在连续喷氢光亮退火炉的热处理工艺段中，它具有良好的控制能力和张力精度的把握，为稳定炉内张力，提高生产速度，减少断带事故，提高了设备稳定性，减少生产故障率做出了很大的贡献，具有很好的节能效应，给生产企业带来可观的经济效益。

参考文献

[1]高树良.基于全自动密封装置的带钢连续光亮退火炉的改进设计[J].黑龙江科技信息，2013（30）：100.

[2]陈莉，魏文华.不锈钢带钢连续退火炉前沿综述[J].中国钢铁业，2009（08）：25-28.

[3]钟建华，王磊，马寒.两种光亮退火炉的比较及其对产品质量的影响[J].南方冶金学院学报，2000（01）：60-63.

[4]益田明英，杨志华.节能型连续式光亮退火炉介绍[J].国外金属热处理，1999（05）：29-32.

[5]吕茂堃.高效带材光亮退火炉[J].上海金属.有色分册，1988（06）：17-21.