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摘 要 在冷轧连退生产线中，随着高附加值的，薄规格产品的开发，对全线各区域带钢张力控制的精度提出了更高的要求。针对不同钢种、不同规格的产品控制工艺参数不尽相同，就必须要考虑张力的精度问题。
关键词 张力控制；连退炉；直接张力；间接张力
中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）20-0052-01
新钢冷轧连退线在生产0.4MM以下薄规格产品时出现热瓢曲、纠偏效果差引起炉内跑偏、炉辊打滑划伤带钢表面等质量问题，一直困扰着薄规格产品的开发。带钢在连退炉中要经过加热膨胀，快冷收缩，张力控制不但需要考虑速度控制系统，而且要考虑炉子的退火工艺控制问题，是一个复杂的过程。因此，优化炉区张力控制技术对解决这些问题有非常重要的实际意义。
1 炉区张力控制的区域分配
带钢在连退炉内加热变软，就像面条一样，张力不能太大，但张力太小又使带钢与炉辊的摩擦力太小，炉内出现跑偏及炉辊打滑划伤带钢表面问题。这就需要对炉内张力进行分段控制，加热段张力小些，冷却段张力大些，对不同规格的张力设定值进行优化，并针对各段炉辊的速差调节张力控制器的参数。
炉内张力控制系统（如图1）把炉区分为9个张力控制区域，它们是：3#张力辊、预热段、加热段、均热段、缓冷段、快冷段、过时效1、过时效2、4#张力辊。炉子的入口3#张力辊和炉子的出口4#张力辊，提供炉子段所需要的张力，4#张力辊是主令速度辊。
图1 炉内辊控制简图
各区域根据设定的区域张力进行独立速度控制，附加下垂特性速度补偿，附加实际张力差值补偿，再附加前后段转矩给定差值作为速度附加给定作为预控（如图1）。区域内的炉辊之间进行负荷平衡控制。各区域之间又通过张力控制（Tcon）和速度控制（Mcon）有機的结合在一起。
2 炉区张力控制思想
要针对不同产品设置不同的参数来克服各种干扰对张力控制系统的影响。运行中带钢张力在加热、均热段的短时过载应是热瓢曲产生的重要原因，甚至可能是主要原因之一，但是张力也不是越小越好，太小会引起带钢跑偏和打滑的现象。在正常生产中，生产线运行自动控制系统能否将带钢的实际张力稳定、及时地控制在设定的目标工艺张力区域，这主要取决于在炉内张力自动控制系统模型中，是否全面正确地考虑了诸如运行中带钢加减速运行时产生的张力波动和炉内温度变化、带钢规格的变化、辊面粗糙度和辊径磨损与热胀等各种干扰因素对张力的干扰。
2.1 炉内张力波动的因素
1）炉子出入口的张力辊组有可能出现因辊面磨损出现打滑，造成炉内张力波动。
2）炉区某个张力计出现问题。
3）炉区炉辊传动系统出现问题。
4）水淬槽挤干辊未挤干，造成出口跳动辊出现带水。
5）连推炉各区段张力设置不匹配。
6）炉辊表面脏、粗糙度小于工艺要求。
2.2 减少张力波动的措施
1）从带钢高速运行时加、减速度产生的惯性力方面入手，从速度控制角度方面分析解决张力控制问题的方法，并优化了主令速度加载加速度设定数学模型，以减弱惯性力造成的张力波动。速度参数按S-曲线（如图2）进行变化，以防止不同的响应引起的张力波动。这种不同的响应是由于不同的设备在加速和减速的开始和结束时产生的，具有前馈控制的张力控制系统控制效果更好。
图2 S-曲线基准
2）新钢连续退火炉炉内张力控制系统，在各段皆采用带张力计反馈的直接张力控制，直接张力控制对引入的张力波动有较强的滤波功能。辊前张力T1*波动引起辊后张力T2*变化的曲线，直接张力控制明显要优于间接张力控制。直接张力控制还具有很多优点，如高动态响应能力、张力测量精确等。
但直接张力控制在生产薄规格产品时却存在一个弱点：对炉辊的粗糙度变化引起的摩擦力损失不能进行动态补偿，而间接张力控制能够实现。对薄带钢产品来讲，炉内张力设置越来越小，运行速度要快，炉辊与带钢的摩擦力（炉辊粗糙度）变化对带钢的稳定运行影响很大，出现炉内带钢跑偏及0.3 mm～0.35 mm规格带钢运行速度在170 mpm以上时炉辊打滑划伤带钢表面的质量问题。
我们在加热段、均热段、缓冷段利用各段炉辊的转矩对区域张力进行计算张力控制，在进入0.5 mm以下规格过渡时，要求人工设定张力，张力设定的调整幅度减小，频率加大，并适当优化炉区张力。薄规格产品生产时，均热段/缓冷段张力用计算张力控制，不用原来的直接张力计张力控制，且规定均热段/缓冷段炉辊与带钢的速差要小于1%，速差在1%以上操作人员不得进行张力调节，以避免张力产生波动，控制器失调。加热段张力控制根据工艺要求进行选择。
3）补偿辊采用跳动辊结构用于减少炉子入口张力波动，在停炉时补偿带钢的冷收缩，以防断带。
4）连退炉出口3个挤干辊在应用时，为防止张力波动造成误判断，控制系统延时2分钟进行判断防止出现假断带信息引起停炉事故。
3 结束语
炉区张力控制优化了控制思路使带钢跑偏和打滑的现象得到了解决，炉区的运行速度得到了提高。薄规格的产品经过攻关，已能批量稳定生产，质量也达到了要求，该类产品的开发，拓宽了产品的范围，提高了产品附加值。
参考文献
[1]冷轧连退炉控制技术[M].法国：法孚斯坦因公司，2009.
[2]孙一康，童朝南，彭开香编著.冷轧生产自动化技术[M].北京：冶金工业出版社，2006.
作者简介
黄光辉（1967-），男，江西宜黄人，工程师，研究方向：自动化。
关键词 张力控制；连退炉；直接张力；间接张力
中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）20-0052-01
新钢冷轧连退线在生产0.4MM以下薄规格产品时出现热瓢曲、纠偏效果差引起炉内跑偏、炉辊打滑划伤带钢表面等质量问题，一直困扰着薄规格产品的开发。带钢在连退炉中要经过加热膨胀，快冷收缩，张力控制不但需要考虑速度控制系统，而且要考虑炉子的退火工艺控制问题，是一个复杂的过程。因此，优化炉区张力控制技术对解决这些问题有非常重要的实际意义。
1 炉区张力控制的区域分配
带钢在连退炉内加热变软，就像面条一样，张力不能太大，但张力太小又使带钢与炉辊的摩擦力太小，炉内出现跑偏及炉辊打滑划伤带钢表面问题。这就需要对炉内张力进行分段控制，加热段张力小些，冷却段张力大些，对不同规格的张力设定值进行优化，并针对各段炉辊的速差调节张力控制器的参数。
炉内张力控制系统（如图1）把炉区分为9个张力控制区域，它们是：3#张力辊、预热段、加热段、均热段、缓冷段、快冷段、过时效1、过时效2、4#张力辊。炉子的入口3#张力辊和炉子的出口4#张力辊，提供炉子段所需要的张力，4#张力辊是主令速度辊。
图1 炉内辊控制简图
各区域根据设定的区域张力进行独立速度控制，附加下垂特性速度补偿，附加实际张力差值补偿，再附加前后段转矩给定差值作为速度附加给定作为预控（如图1）。区域内的炉辊之间进行负荷平衡控制。各区域之间又通过张力控制（Tcon）和速度控制（Mcon）有機的结合在一起。
2 炉区张力控制思想
要针对不同产品设置不同的参数来克服各种干扰对张力控制系统的影响。运行中带钢张力在加热、均热段的短时过载应是热瓢曲产生的重要原因，甚至可能是主要原因之一，但是张力也不是越小越好，太小会引起带钢跑偏和打滑的现象。在正常生产中，生产线运行自动控制系统能否将带钢的实际张力稳定、及时地控制在设定的目标工艺张力区域，这主要取决于在炉内张力自动控制系统模型中，是否全面正确地考虑了诸如运行中带钢加减速运行时产生的张力波动和炉内温度变化、带钢规格的变化、辊面粗糙度和辊径磨损与热胀等各种干扰因素对张力的干扰。
2.1 炉内张力波动的因素
1）炉子出入口的张力辊组有可能出现因辊面磨损出现打滑，造成炉内张力波动。
2）炉区某个张力计出现问题。
3）炉区炉辊传动系统出现问题。
4）水淬槽挤干辊未挤干，造成出口跳动辊出现带水。
5）连推炉各区段张力设置不匹配。
6）炉辊表面脏、粗糙度小于工艺要求。
2.2 减少张力波动的措施
1）从带钢高速运行时加、减速度产生的惯性力方面入手，从速度控制角度方面分析解决张力控制问题的方法，并优化了主令速度加载加速度设定数学模型，以减弱惯性力造成的张力波动。速度参数按S-曲线（如图2）进行变化，以防止不同的响应引起的张力波动。这种不同的响应是由于不同的设备在加速和减速的开始和结束时产生的，具有前馈控制的张力控制系统控制效果更好。
图2 S-曲线基准
2）新钢连续退火炉炉内张力控制系统，在各段皆采用带张力计反馈的直接张力控制，直接张力控制对引入的张力波动有较强的滤波功能。辊前张力T1*波动引起辊后张力T2*变化的曲线，直接张力控制明显要优于间接张力控制。直接张力控制还具有很多优点，如高动态响应能力、张力测量精确等。
但直接张力控制在生产薄规格产品时却存在一个弱点：对炉辊的粗糙度变化引起的摩擦力损失不能进行动态补偿，而间接张力控制能够实现。对薄带钢产品来讲，炉内张力设置越来越小，运行速度要快，炉辊与带钢的摩擦力（炉辊粗糙度）变化对带钢的稳定运行影响很大，出现炉内带钢跑偏及0.3 mm～0.35 mm规格带钢运行速度在170 mpm以上时炉辊打滑划伤带钢表面的质量问题。
我们在加热段、均热段、缓冷段利用各段炉辊的转矩对区域张力进行计算张力控制，在进入0.5 mm以下规格过渡时，要求人工设定张力，张力设定的调整幅度减小，频率加大，并适当优化炉区张力。薄规格产品生产时，均热段/缓冷段张力用计算张力控制，不用原来的直接张力计张力控制，且规定均热段/缓冷段炉辊与带钢的速差要小于1%，速差在1%以上操作人员不得进行张力调节，以避免张力产生波动，控制器失调。加热段张力控制根据工艺要求进行选择。
3）补偿辊采用跳动辊结构用于减少炉子入口张力波动，在停炉时补偿带钢的冷收缩，以防断带。
4）连退炉出口3个挤干辊在应用时，为防止张力波动造成误判断，控制系统延时2分钟进行判断防止出现假断带信息引起停炉事故。
3 结束语
炉区张力控制优化了控制思路使带钢跑偏和打滑的现象得到了解决，炉区的运行速度得到了提高。薄规格的产品经过攻关，已能批量稳定生产，质量也达到了要求，该类产品的开发，拓宽了产品的范围，提高了产品附加值。
参考文献
[1]冷轧连退炉控制技术[M].法国：法孚斯坦因公司，2009.
[2]孙一康，童朝南，彭开香编著.冷轧生产自动化技术[M].北京：冶金工业出版社，2006.
作者简介
黄光辉（1967-），男，江西宜黄人，工程师，研究方向：自动化。