热连轧热卷箱速度控制及匹配的设计应用

[摘 要]：介绍了热连轧机中热卷箱的速度控制及其与轧机和辊道的速度匹配关系。热卷箱位于热连轧生产线粗轧机和精轧机中间的工艺设备，它将粗轧中间坯卷成热钢卷然后再开卷送入飞剪及精轧机。生产过程中热卷箱需要与粗轧机形成连轧连卷，又要与精轧机形成连开连轧的工况。处理好热卷箱与轧机的速度匹配关系对稳定生产和提高产品质量至关重要。 关键词：热连轧 热卷箱 速度控制 速度匹配 1 前言 热卷箱是提高热连轧产品质量的关键工艺设备，它与轧机及辊道的速度匹配更加重要，直接影响整条生产线的稳定性及产品质量。设计合理的速度匹配的关系对整个生产线的稳定生产，提高效率及产品质量至关重要。本文对热卷箱与轧机的速度匹配的设计进行分析探讨，并在钢厂1500mm轧机实践中得到验证。 2 热卷箱工艺简介 热卷箱位于粗轧机之后，又位于切头飞剪之前轧线中部位置，是轧制工艺中间环节，当粗轧机轧出的中间坯（厚度15～33mm）完成最后一道次轧制时，由输送辊道经过热卷箱前侧导位进入热卷箱将热中间坯卷成热带钢卷，然后再将热带钢卷进行开卷，经过2#托卷辊、3#托卷辊及夹送矫直辊将中间坯矫直送入切头飞剪进行切头或切尾，中间坯切头之后除鳞进入精轧机进行轧制。另外当粗轧机轧出的中间坯（厚度大于33mm时）完成最后一道工序，由输送道经过入口导槽辊（水平位置），成形辊（水平位置），1#，2#，3#托卷辊，夹送矫直辊将中间坯进行矫直送入切头飞剪进行切头或切尾，即中间坯可直通热卷箱进入精轧机轧制，见图1。其中1#托卷辊包括1A和1B，2#托卷辊包括2A和2B，3#托卷辊包括3A和3B。 热卷箱设有2个工位（卷取工位、开卷工位）可以同时工作，这样提高了热卷箱的工作效率；热卷箱卷取过程中带钢的尾部变为开卷过程中带钢的头部，这样可减少带钢头部和尾部的温差20～30℃；卷取工艺减少中间坯的散热表面等，减少了精轧机里轧制所需要的能量；由于将较长的中间坯卷取成卷，可以缩短轧制的总长，并减少建设投资。 3 热卷箱速度控制 热卷箱卷取钢材的温度最高1100℃，穿带速度2.0～4.5m/s，最高运行速度5.0m/s，最高开卷速度2.4m/s。 3.1 卷取速度控制过程 热卷箱在接收到粗轧末道次咬钢信号后开始加速，跟随粗轧速度，在头部到达HMD305（热卷箱前15m）后粗轧机减速到热卷箱的穿带速度（由热卷箱传给粗轧），只要粗轧机没有抛钢，热卷箱就要跟随粗轧速度，如果粗轧已经抛钢，则热卷箱独自进行速度控制，以穿带速度运行，同时将箱前辊道速度传给粗轧，供粗轧控制机后延伸辊道。 热卷箱以穿带速度卷取中间坯，在带卷直径达到设定的直径后，将卷取速度传给粗轧，如果粗轧没有抛钢且允许加速，就加速到热卷箱的卷取速度，此时热卷箱依然跟随粗轧速度。粗轧抛钢后热卷箱独自进行速度控制，以卷取速度运行，同时将箱前辊道速度传给粗轧，供粗轧控制机后延伸辊道。 带钢尾部将要进入热卷箱时，进入尾部定位速度控制时序，准确将尾部停止在便于开卷的位置上。 3.2 开卷速度控制过程 卷取完成的带卷要进行开卷才能送入精轧机进行轧制，首先在开卷器的约束下完成头部开卷，送入夹送矫直辊进行矫直，然后经由飞剪切头后送入精除鳞箱再送人精轧机。在飞剪没有完成切头时，开卷速度要保持稳定的预先设定飞剪的切头速度，以保证飞剪稳定工作；在飞剪完成切头后，开卷速度转为精轧机的咬入速度；在精轧机咬入后跟随精轧机轧制速度（包含后滑补偿）直到飞剪完成带钢切尾动作。 完成一个开卷周期后开卷区速度转为待机速度，以低速爬行准备为下一周期工作。 3.3 速度控制设计 为了说明方便，首先介绍一下关键跟踪传感器——热金属检测器的检测位置，见图2。HMD305在热卷箱前15m粗轧延伸辊道处HMD401在热卷箱入口偏转辊和热卷箱前辊道交界处；HMD402在1#托卷辊处；HMD403在2#，3#托卷辊处；HMD404在开尾销与开尾辊之间；HMD405在夹送矫直辊后；HMD406在飞剪后。 3.3.1 卷取主控速度参考值（CMSR） CMSR提供的是粗轧机、延伸辊道和贯穿在卷取运行过程的热卷箱卷取传动装置的速度参考值。图3所示的是，各个跟踪点的定义和速度模式变化的典型过程。 各个传动装置的速度参考值得自CMSR，并可以按要求，用可调节的速度超前率和速度滞后率＋钢坯曲率补偿进行修改。CMSR速度定义为中间坯在弯曲辊内的厚度中心处的线速度值。 3.3.2 粗轧机和延伸辊道速度参考值（RSR） 长的中间坯的头部开始在热卷箱里卷取，此时，最后的部分还在粗轧机里。这就生成了连轧连卷，在钢坯的尾部离开粗轧机之前，连轧连卷一直发生作用。当中间坯的头部到达HMD305时，CMSR就提供粗轧机速度参考值（RSR）。在连轧连卷时，CMSR遵循粗轧机速度反馈值，以保证可靠的运行；并在连轧连卷结束时，避免速度的不稳定现象。在连轧连卷期间 RSR＝CMSR×［1.00—（RFS＋TLS＋CLS）/100］ 式中：RFS为粗轧机前滑率，用粗轧机控制计算（％）；TLS为延伸辊道相对于粗轧机的速度超前率（设定值＝2％）；CLS为热卷箱相对于延伸辊道的速度超前率（设定值＝3％）。 当中间坯太短形成不了连轧连卷时，粗轧机不受CMSR的影响。 3.3.3 延伸辊道和热卷箱入口速度参考值（TSR） 延伸辊道和热卷箱前辊道用得自CMSR的辊道速度参考值（TSR）一起工作。当尾部接近热卷箱时，辊道段根据跟踪信息，不再遵循CMSR。 TSR＝CMSR×（1.00—CLS/100） 3.3.4 底部弯曲辊速度参考值（BBRSR） 底部弯曲辊速度参考值BBRSR，补偿在弯曲辊里的钢坯曲率和钢坯厚度： BBRSR=［CMSR×1.00—中间坯厚度/（2×R）］ 式中：R为弯曲辊里的钢坯曲率半径（设定值＝425mm）；2×R的值为一个在设置卷取时可调的常数，在输出弯曲辊开始提升时，带卷直径用作2×R。 3.3.5 顶部弯曲辊速度参考值（TBRSR） 顶部弯曲辊速度参考值TBRSR，补偿在弯曲辊里的钢坯曲率和钢坯厚度： TBRSR＝［CMSR×1.00＋中间坯厚度/（2×R）］ 式中，R与底部弯曲辊速度参考值中的相同。 3.3.6 1#托辊速度参考值（CR1SR） 1#托辊速度参考值CR1SR，补偿离开弯曲辊的钢坯的曲率和钢坯厚度： CR1SR＝CMSR×［1.00＋中间坯厚度/（2×R）］×（1.00＋CR1LS/100） 式中：CR1LS为1#托辊的速度超前率，％；R为跟踪计算得出的带卷半径。 3.3.7 开卷速度主控参考值（UMSR） 相关开卷传动装置（热卷箱、精轧机和精轧机入口）的速度参考值遵循下列速度模式。精轧机咬钢后，遵循2级传来的精轧入口速度，如图4所示。 3.3.8 开卷速度滞后率（ULS） 开卷时1#，2#，3#托卷辊的计算为 CR1SR＝UMSR×（1.00—ULS） 式中，CR1SR为1#托卷辊的参考速度，2#，3#同1#。 夹送矫直辊速度（PSR）计算为 PSR＝UMSR×（1.00—0.5×ULS） 式中：ULS为开卷速度滞后率（设定值＝1％）。 4 实际应用效果 采用上述方案对莱芜钢厂热卷箱进行控制，取得了良好的效果。其参数为：穿带速度3.5m/s，卷取速度4.0m/s，待机（爬行）速度0.2m/s，粗轧机前滑率RFS＝8％，延伸辊道相对于粗轧机的速度超前率TLS＝1.5％，热卷箱相对于延伸辊道的速度超前率CLS＝4％，1#托辊的速度超前率CR1LS＝0.5％，开卷速度滞后率ULS＝6％，飞剪切头速度1.5m/s。 由实际应用电流及速度曲线（图5～图8）可知，在此方案及参数匹配下，热卷箱的传动装置电流基本均衡，速度稳定。热卷箱与粗轧机及其延伸辊道、精轧机速度匹配良好，热卷箱稳定工作。 5 结束语 通过对热卷箱的速度控制及速度匹配方案的选择和设计，在实际应用中取得了良好的使用效果，保证了热卷箱稳定可靠的工作，同时和其他设备速度匹配也很好，传动系统负荷均衡，没有出现拉钢和堆钢现象而影响生产。提高了整条轧线的生产效率的同时也提高了产品质量，并为用户创造了效益。