过程控制工程-冷连轧张力控制

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1、过程控制工程——冷连轧张力控制张清东，张晓峰公共邮箱：PC_720@126.com密码：processcontrol个人邮箱：zxf1024@ustb.edu.cn7/5/202112张力是连轧过程的一个重要现象，各机架通过带钢张力传递影响、传递能量而互相发生联系。张力的作用防止轧件跑偏；使所轧带钢板形平直；降低金属变形抗力和变形功；调节机架间电机负荷；小范围调节带钢厚度。第一节张力的作用及产生原因7/5/20212轧制过程中张力的产生原因张力的产生：由于在轧件长度方向上存在着速度差，使得轧件上不

2、同部位处的金属有相对位移而产生张应力⇒张力张力大小的表示：以平均单位张力（张应力）σTm乘以所作用的横截面积A就是作用在轧件上的张力T，7/5/20213一般情况下，σTm＜σs，张力作用使轧件产生弹性变形。7/5/20214张力是由于机架间速度不协调而造成的，从两个机架来看，如果由于某种原因（外扰量或调节量变动时）而使第i机架带钢出口速度减小（可以是轧辊速度减小，也可能是由于压下量等其他工艺参数变动，造成前滑量减小）或使第i+1机架带钢入口速度加大，结果使第i和i+1机架间的带钢拉伸而张力增大。

3、Ti+1ViTi-1Ti第i机架第i+1机架Vi+1l7/5/20215张力的自然调节特性带钢拉伸后速度不协调将产生张力变化，这只是问题的一个方面，张力的变化反过来又将影响前后机架带钢的出口和入口速度，而且其影响的方向是使速度趋向于新的协调。例如当张力增大反过来使第i机架的前滑量加大，使i机架带钢出口速度增大，同时又使i+1机架后滑量增大，使带钢入口速度减小。机架间带钢张力的这种特性又被称之为“张力的自然调节”。由于机架带钢张力具有自然调节的能力，因此如果相邻两机架的速度出现小幅度的不协调，张力会

4、自然的减小或增大，从而使速度趋向新的协调，达到一个新的平衡状态，这就使轧制过程中机架间速度的匹配调节变得相对容易了。7/5/20216第二节连轧张力方程对于张力的研究可以从两种不同的角度来进行。稳态张力分析，研究连轧过程从一个稳态转到另一个稳态后张力的变化量。动态张力分析，研究连轧从一稳态转向另一稳态过程中张力的变化过程，即张力随时间的变化过程。对于实际连轧过程来说，动态过程是绝对的，稳态过程是相对的，暂时的。因此连轧张力公式主要从动态张力公式入手，而把稳态张力公式作为其特例。7/5/20217首

5、先分析两个机架的张力公式。假设在某一t时刻，此两个机架处在一个稳态状态，此时机架间张力为，i机架出口速度为，i+1机架带钢入口速度为，此时，如果假设带钢断面面积为，则带钢断面上的拉应力为，考虑到弹性范围内带钢的应力—应变关系为，7/5/20218如果机架间距离为，假设此时带钢在张力作用下的绝对变形量为，则如果由于某一外界扰动作用而使稳定状态遭到破坏，使，则在时间时张力将变化为7/5/20219则因此又因为代入，可得7/5/202110由于带钢张力引起的弹性应变比1小很多，因此可以忽略，考虑到所增加

6、的是由速度差引起的，因此即7/5/202111此式即为常用的张力公式（张应力）的微分方程和积分方程式。此公式应用时可将和的具体公式代入。——第i机架和第i+1机架轧辊转速；——第i+1机架的后滑；——第i机架的前滑。7/5/202112此式即为常用的张力公式（张应力）的微分方程和积分方程式。此公式应用时可将和的具体公式代入。——第i机架和第i+1机架轧辊转速；——第i+1机架的后滑；——第i机架的前滑。7/5/202113第三节连轧张力控制（1）辊缝式调张法通过机架间的张力仪测量机架间的张力，将测

7、量的实际张力值与给定的张力参考值相比较，将形成的偏差信号传给张力控制器，张力控制器最终给出下游机架辊缝的附加调节量。如果机架间的张力低，则增大辊缝开度，反之亦然。（2）速度式调张法通过机架间的张力仪测量机架间的张力，将测量的实际张力值与给定的张力参考值相比较，将形成的偏差信号传给张力控制器，张力控制器的输出作为下游机架轧辊线速度的附加调节量。如果机架间的张力低，则增加轧辊线速度，反之亦然。7/5/2021147/5/202115连轧张力控制策略（1）顺流控制各机架控制其前张力。（2）逆流控制各机架

8、控制其后张力。7/5/202116第四节冷连轧机启动控制启动方式（１）穿带启动常规穿带启动厚带头穿带启动（２）全机架闭辊缝启动直接启动厚带头闭辊缝启动7/5/2021177/5/202118厚带头闭辊缝启动启动过程（１）启动前的预计算（２）建立卷取张力（３）静态压下过程（４）建立带钢静张力1）蠕动速度阶段在张力闭环投入控制建立静态张力之前，各机架将按恒定的蠕动速度运行约1s的时间。蠕动速度的主要作用是消除各机架的传动间隙。7/5/2021192）建立静态张力在静态张力建立过程中，由