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延伸率

延伸率δ指的是描述材料塑性性能的指标延伸率δ和截面收缩率。延伸率即试样拉伸断裂后标距段的总变形ΔL与原标距长度L之比的百分数:δ=ΔL/L×100-。

经过再结晶退火的冷轧带钢需要进行平整,以获得交货时所需的各种性能。延伸率作为平整轧制的唯一变形指标,在保证带钢内部组织结构性能方面起着至关重要的作用。宝山钢铁股份有限公司1220 双机架六辊平整机由宝钢自主集成,投运初期,参考了国内外延伸率控制理论的文献,采用了根据带钢厚度切换延伸率控制方式的策略,但在某些情况下( 如张力和轧制力延伸率作用代价系数相差较大) ,出现了张力和轧制力不能平衡作用于延伸率的情况。为此对原有延伸率控制策略进行了改进,设计了具有特色的延伸率控制系统,使轧制力和张力始终围绕过程机( 二级机)设定值对延伸率进行调整。在整个轧制过程中,根据轧制力或张力的调节范围,轧制力和张力两个延伸率调节器自动切换,确保了轧制力和张力之间的平衡。系统于2010 年投入运行后,稳定性好、控制精度高 。

延伸率按照测量方式的不同分为定倍数A5、A10和定标距A50、A80、A100等。A5是比例试样原始标距与直径的比为5, A10是比例试样原始标距与直径的比为10;A50是非比例试样,原始标距为50mm,A80、A100与之同理。

从压下变形来看,平整实质上是一种小压下率( 0. 5- ~ 3-) 的二次冷轧变形,但由于平整压下率很小,带钢的厚度变化难以准确测量,因此平整压下率采用与其成比例的延伸率来表示,平整过程的工艺质量控制主要通过控制延伸率来完成。

关于延伸率计算取样长度的取值,如果取的大,延伸率计算稳定性好,但不利于快速性; 反之取的小,有利于快速性,但对稳定性不利。根据实际经验,取400 mm 为宜,即当出口长度为400 mm时计算一次延伸率。

但是带钢长度不便于实时测量,因此考虑将其转化为速度的测量。在1220 平整机上为了获得高精度的延伸率测量结果,采用激光测速仪替代传统的编码器测量带钢速度,可以克服传统编码器由于张紧辊( 测速辊) 打滑带来的测量误差

对于平整机而言,带钢延伸是张力和轧制力共同作用的结果,目前常用的延伸率控制方式包括: 轧制力调节、张力调节、轧制力和张力组合调节。张力调节和轧制力调节单独作用时,对不同带钢厚度的延伸率控制效果( 张力或轧制力作用于延伸率的代价系数) 不同,带钢越薄,通过张力方式调节延伸率的效果越好,带钢厚度超过1 mm 时,张力调节方式基本没有效果; 带钢越厚,通过轧制力调节延伸率的效果越好,带钢厚度小于0. 4 mm 时,轧制力调节方式基本不起作用。

1220 平整机生产的规格主要集中在0. 15 ~0. 8 mm 之间,最初采用的控制策略是: 当带钢厚度H < 0. 4 mm 时,采用张力调节延伸率的方式; 当0. 4 mm≤H≤0. 8 mm 时,采用张力和轧制力组合调节延伸率的方式。但在实际生产过程中发现,采用张力和轧制力组合调节延伸率的方式时,在某些情况下,实际延伸率虽然达到了目标值,却会出现轧制力过大、张力过小或轧制力过小、张力过大的情况。总之,轧制力和张力不能很好地平衡作用于延伸率,因此不利于产品质量的控制。为此,当0. 4 mm≤H≤0. 8 mm 时,我们在延伸率控制中制定了一个轧制力和张力调节方式自动切换的策略,当H < 0. 4 mm 时仍采用张力调节延伸率方式。

自动切换策略是以轧制力和张力的偏差作为参考值,根据参考值的范围自动切换延伸率由轧制力调节或张力调节,因此,在PLC 程序中加入了轧制力和张力的分段切换控制。在整个调节过程中,要求使轧制力和张力紧密围绕过程机的设定值进行调整。根据经验,张力偏差和轧制力偏差控制范围一般在30- 以内,偏差范围过大不利于稳定生产,易造成产品性能波动过大。

具体控制逻辑为: 当|ΔP | > 20-时,轧制力延伸率调节器退出; 当|ΔT | > 30-时,张力延伸率调节器退出; 当10- < | ΔP | ≤20- 且| ΔT | < 15-时,轧制力延伸率调节器退出,张力延伸率调节器投入; 当15- < | ΔT |≤30- 且| ΔP | < 10- 时,张力延伸率调节器退出,轧制力延伸率调节器投入。在其他情况下,如果0. 4 mm≤H≤0. 6 mm,则张力延伸率调节器投入,反之轧制力延伸率调节器投入。

在整个轧制过程中,根据轧制力或张力的调节范围,在两个延伸率调节器之间切换,确保了张力和轧制力之间的平衡,有效地避免了轧制力过大、张力过小或者张力过大、轧制力过小的不稳定状态。

用轧制力调节带钢延伸率,就是将延伸率的给定值与实测值之差转变成相应的附加轧制力给定,用以改变原有的轧制力,从而实现对带钢延伸率的自动控制。1220 平整机轧制力延伸率控制器调节的是1# 机架轧制力,2# 机架采用恒轧制力控制。轧制力调节延伸率控制系统是个双环系统,轧制力控制为内环系统,延伸率控制为外环系统。

用带钢张力调节带钢延伸率,就是将延伸率的给定值与实测值之差转变成相应的附加轧制张力给定,用以改变原有的张力,从而实现对带钢延伸率的自动控制。1220 平整机张力延伸率调节器调节的是机架间的中间张力,机架入、出口的张力保持恒定。张力调节延伸率控制系统是个双环系统,张力控制为内环系统,延伸率控制为外环系统 。

该机组于2010 年2 月投入生产,延伸率控制系统稳定,延伸率控制精度达到± 0.1-,尤其在生产厚度为0.4 ~ 0. 8 mm 的带钢时,张力和轧制力围绕过程机设定值进行调整,满足了产品质量要求

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