1880mm 热轧精轧活套对边损的影响及控制研究

摘要：精轧活套在轧制过程中起到平衡精轧各机架带钢秒流量，维持机架间张力恒定的作用，活套控制的优劣直 接决定了轧制过程的稳定性，同时也严重影响到成品的边部质量。本文针对轧钢过程中活套在起套、正常轧制、落 套三个阶段产生精轧边损的原因进行了分析，并提出相应的控制措施。

0 、引言

精轧边损主要表现在带钢边部有间断或全长性的裂口、毛糙、拱起或宽度缩窄，发生边损的带钢都伴有 明显的跑偏，主要是由带钢在精轧穿戴或连续轧制过程中带钢偏撞精轧导板或导轮产生。跑偏的主要原因可 分为来料异常（例如：来料成分波动、楔形差、横向温度偏差大、纵向温度波动大），侧导板开口度设定偏差大， 两侧轧制力偏差大以及活套异常等。在现代热连轧中，活套系统是一个十分重要的系统，在连轧机组的相邻两个机架之间均要设置活套机构， 如图 2 所示。因此，本文主要从活套控制原理、活套异常影响带钢跑偏原理、活套异常的原因和控制措施方 面进行研究和分析。

1 、热轧精轧活套的作用

活套在轧制过程中起到缓冲金属流量变化，平衡精轧各机架带钢流量，协调各机架的轧制速度，在各种 工艺参数产生波动时及时给出调整信息，维持机架间张力平衡，能使带钢在一定范围内保持恒定的张力，防 止张力过大引起带钢拉窄，造成宽度不均匀甚至拉断作用，保证连轧生产的顺利进行。活套的控制精度不仅仅影响到热轧生产的稳定性和连续性，同时对带钢质量也存在很大的影响。如果机 架间活套控制的稳定性差，会在机架间产生跑偏、堆钢、拉钢现象。因此，对活套的要求是动作反应灵敏， 而且能自动进行控制，并在套量变化时始终保持恒张力。

2 、精轧活套控制原理

2.1 、秒流量相等方程

金属秒流量相等是热连轧的基本理论，为了保证轧制过程的正常进行，必须使得在单位时间内通过精轧各 机架的金属流量相等，即各机架上轧件的横截面积与金属流动速度的乘积相等，为：

由于宽带钢的宽度与厚度之比值很大，可以认为带钢在各机架上的宽度不变。实际轧制过程中，必须保持各机架的金属秒流量相等。不相等将破坏轧制的稳定性，在机架间起套，导 致跑偏、拉钢或堆钢事故。

2.2、 活套控制所需力矩

活套在正常轧制状态下，控制活套所需的力矩，也就是控制活套支持器所需的力矩，一般包括带钢张力矩、活套辊自重力矩、带钢自重力矩平衡。因此，控制活套稳定所需力矩为：

轧制过程中张力和机架间带钢的自重波动都会直接影响控制活套所需的力矩，使机架间秒流量平衡失衡，破坏轧制稳定性。

2.3 、活套流量控制的原理

活套对调节机架间流量平衡有着很大的作用，通过活套的抬起或放下增加或减少机架间的套量，维持机 架间的张力。

通过活套的角度发生器检测出活套角度的实测值，该实测值转换为活套的实际套量，实际套量和目标套 量的差异作为调节误差，经过比例积分调解器转换为主传动的速度调节量附加到主传动的设定值上，通过调 节前面机架的主传动速度达到调节机架间秒流量平衡的目的。其调节过程如图 3 所示。

2.4、 活套抖动对精轧边损的影响

机架间秒流量不等时，带钢在机架间处于失控状态，极有可能撞击侧导板或导轮，造成精轧边损，因此， 要减少精轧边损的产生，必须保证活套的稳定从而保证机架间秒流量的平衡（图 4）。

3、 精轧活套抖动对精轧边损的影响

轧件在精轧机组中的轧制过程一般按咬钢、形成连轧、建立连轧张力、稳定连轧、抛钢的顺序进行，对 应着活套的起套、活套小张力连轧和落套三个阶段。精轧边损发生在起套和小张力连轧阶段较多。

3.1、 起套阶段活套对精轧边损的影响

主要是指带钢头部被轧辊咬入开始，一直到带钢在机架间建立张力之前的阶段。

3.1.1 、咬钢动态速降的影响

当轧机空载运行时有一定的空载转速（ 0 n ），在有载荷作用时轧机转速会有所降低，一般把到稳定状态 时速度的降低称为速度降。轧辊受静载荷作用，到稳定状态时 产生的速度降称为静态速度降，用（ C Δn ）表示。运行中的轧 件以一定的速度往轧辊中送，轧辊受到轧件的冲击负载作用所 产生的速度降称为动态速度降，用 d Δn 表示。如图 5 所示。

图中 d Δn 为动态速降；

C Δn 为静态速降；

dt 为动态速降恢复时间。

当带钢被轧辊咬入时，由于轧机有一定的动态速降，产生 了 V(i+1)

V(i+1)的存在，在 i 和 i+1 机架之间逐步积累了一定的活套量， 对机架间的迅速建张不利，动态速降越大，则积累的活套量越大，带钢由于处于失张状态极易跑偏。

3.1.2、 活套启动时序的影响

电气程序中一般都会对活套起套时刻点进行设定，主要有绝对轧制力值（|P|）、下机架咬钢后滞后时间 （tdelay）和轧制力变化率（P%），而在常规控制时序中三者为或者的关系，只要任意一个条件满足要求，机架 间的活套就会启动。

3.1.2.1 、活套起套时刻“过早”

对于多品种产品的产线，若产品的轧制力范围很广，仅用绝对轧制力值作为判断可能不能涵盖所有产品 范围，在轧制力比较小的产品（如高温取向硅钢生产时前机架轧制力很低）生产过程中就需要一个轧制力变化 率的判断依据来给电气启动活套提供判断依据。

在生产高强钢时，带钢头部咬入轧机难度大，此时压力传感器会连续检测到一个轧制力，但此轧制力小 于|P|，但却满足过程 P%的条件，导致活套在带头未完全被下机架咬紧的情况下抬起，导致带钢跑偏撞导板 产生边损，甚至在机架间堆钢。案例如图 6 所示。

图中①所示为电气判断的 F3 咬钢时刻，此时发现②所示的 2 号活套(F23 间）已启动，但从 F3 实际轧制 力观察，此时仅有③所示的轧制力，实际上 F3 并未真正咬钢（真正咬钢时刻如图中④所示），这就是由于投入 轧制力变化率判断条件导致的活套起套过早。

3.1.2.2 、活套起套时刻“滞后”

生产薄规格带钢时，会出现带头已咬入 i 机架，但（i−1）和 i 机架间的活套未启动的现象，由于咬钢动 态速降积累的套量不能及时得到活套的平衡，带钢在机架间处于非稳态。

电气程序中判断带钢头部是否咬钢有一个“时间窗”的概念，即必须在满足带钢头部出 i 机架后时间大 于“t0”（与带钢穿带速度和规格有关，电气设置极限值）的同时满足轧制力或变化率的条件，才会激发咬 钢信号。若带钢速度快，通过机架间的时间小于 t0，活套不启动，直到电气判断时间大于等于 t0后，活套才 启动（图 7）。

图中①所示为电气判断的 2 号活套启动的时间窗最小值 t0为 2s，发现②所示的 F3 轧制力早已咬钢实际 上，但从③所示的 2 号活套的启动时刻发现 F3 实际咬钢时活套未启动，直到 F2 咬钢后 2s 后才启动活套， 这就是由于机架间的时间窗设置不合理导致的活套起套滞后现象。

3.2 、连轧阶段活套对精轧边损的影响

指带钢被轧辊完全咬入后，并在机架间已建立起小张力，而已处于稳定连续轧制的阶段。此阶段活套辊 的摆角，在活套高度调节器的作用下，使其在所规定的工作角度范围内波动，作用于带钢上的张力围绕给定 的张力值，也作相应的微量波动。

3.2.1 、设定张力不够

由活套控制所需力矩所致，若张力不够，导致液压缸或电机输出力矩不足以支撑起带钢和活套机构，带 钢在机架间处于松弛状态，出现跑偏撞导板或导轮（图 8）。

3.2.2 、机架间冷却水的开关

F3 到 F6 后机架水打开时，会使带钢表面温度突然下降，其变形抗力突然变大，使下机架秒流量增大， 速度差变化导致带钢张力出现波动，另外机架水开关相当于带钢自重增大和减小，活套控制所需力矩波动加 剧，带钢易发生松弛跑偏（图 9）。

3.2.3 中间坯中尾部“冷点”

由于加热炉本身特性，有的中间坯头尾温度高中间温度低，有的中间温度高头尾温度低，进入精轧轧制 时，前部段建立了平稳轧制，但轧到中尾部时，由于轧制速度的影响，中尾部冷点会被放大，导致原先中部 温度低的更加低，其变形抗力突然变大，速度差变化导致带钢张力出现波动，活套控制所需力矩波动加剧， 带钢易发生松弛跑偏。

4 活套异常的控制方法

4.1 活套起套阶段的控制方法

（1）提高穿带速度对动态速降进行补偿，待本机架咬钢后将补偿部分撤消；（2）对活套的启动触发信号根据各产线的产品种类进行分类；

（3）根据不同钢种不同规格要求，优化精轧前机架的负荷，避免咬钢时打滑；

（4）根据不同产品极限规格，优化电气控制程序中的时间窗设置，避免起套晚。

4.2 小张力连轧阶段的控制方法

（1）保证带钢宽度的基础上，适当增大机架间张力，可根据钢种、规格和终轧温度，细化 L2 数据表中 的设定张力值；

（2）根据各机组不同钢种和不同规格产品的生产难度，对精轧机架冷却水的开关和水量进行优化，避开 板形难控制机架。

5 效果

2010 年 2 月份开始，1880 精轧边损发生量较多，经过对活套方面的攻关改进，6 月份开始精轧边损基 本保持稳定小于 10 块/月（图 10）。

6 结论

起套过程中由于电气控制程序以及负荷设定问题造成活套异常而产生的精轧边损较多，可通过对电气控 制程序的优化以及对不同钢种不同规格带钢负荷的调整解决。连轧过程中出现的活套波动现象主要由于机架设定张力小、来料中间坯本身存在冷点、机架间冷却水突 然开关导致，可通过人工预判、减小板坯加热过程中长度方向的温差和调整合适的机架水开关位置避免活套 抖动造成的边损。

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