冷轧厂酸洗线拉矫机原理分析

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摘要 ：介绍破鳞拉矫机的工作原理及在酸洗生产线中的作用和使用情况，对系统分析酸洗线破鳞拉矫机的结构及控制进行分析，并对其工作方式进行说明。

关键词 ：酸洗线 拉矫机 工作方式

随着经济的发展及技术的进步，国内外市场对冷轧薄板质量的要求越来越高，因此如何在各工序采取措施来提高产品质量便成为冷轧厂的当务之急。酸洗拉伸弯曲矫直机作为热轧、冷轧之间承前启后的一台设备，在除鳞的高速、高效化以及对板形的改善方面起到了举足轻重的作用，特别是对近年发展起来的酸洗――冷轧联机技术的实现上，更是成为一种决定性的因素。以往人们研究的重点往往集中于其对板形质量的改善并已取得了明显的效果，但如今已逐步感受到充分发挥拉矫机破鳞功能对于提高带材表面质量进而提升带钢总体质量水平以及生产顺行的重大意义。而生产实践也表明，近年来随着板形质量水平的逐渐提高，带材表面质量问题日益凸显。如何使酸洗拉矫机在实际应用中更好的兼顾改善板形与破鳞的双重功能，这实际上便是一个拉矫机工艺性能的优化问题，这一问题的解决亦有赖于拉矫机破鳞理论的研究。

1.拉伸弯曲矫直原理

拉伸弯曲矫直的力学机理：当带钢在小直径辊子上弯曲时， 同时施加张力，由于弯曲和变形的同时存在，使得带钢在远低于材料屈服极限的张力下，带材中心层产生塑性延伸，因而能够改善带钢板形（见图1）。

根据带钢拉矫变形的力学机理，带钢在拉矫机前后张力辊大张力的作用下，通过拉矫机时产生了纵向拉应力与弯曲应力，实际矫直过程是发生在上述两种应力的叠加。叠加应力分布，两种叠应力作用的结果，使被矫带材内的各种应力，通过拉伸和弯曲应力而产生变化，即带材中产生形状不同的长短纤维组织同时被延伸拉长。在它们弹性收缩之后，延伸变长的纤维仍然保留。由于拉应力所产生的永久性塑性变形表现为延伸形式，经过几次拉伸状态下的弹性反弯，使带钢产生均匀的塑性延伸，内应力值相同且方向一致，达到了矫直的目的。

2.拉矫机的结构及延伸率控制

2.1 拉矫机的组成

破鳞拉矫机主要由2部分组成：破鳞拉矫机本体;入口、出口张力辊组及其传动装置（见图2）矫直单元包括产生塑性延伸、消除板形缺陷的弯曲辊组和消除板面翘曲的矫直辊组;张力辊组由入口S辊组和出口S辊组组成，负责提供带钢塑性变形所需的张力。张力辊的传动采用全自动控制方式，每个张力辊带一个电机，所有控制均由PLC给出，包括破鳞拉矫机前后速度控制、张力控制以及延伸率测量和控制。

2.2 延伸率控制

2.2.1延伸率

延伸率即发生永久变形而不至于断裂的性能，其计算式为：

（1）

式中，L为带钢拉矫后长度;L0为带钢拉矫前长度。

因为带钢长度与线速度成正比，所以实际延伸率为：

（2）

式中，V为拉矫机后张力辊线速度;V0为拉矫机前张力辊线速度。

PLC采集前后张力辊组的主辊编码器信号作为延伸率测量值，再根据设定的延伸率调整拉矫机的张力以实现延伸率的闭环控制。

2.2.2延伸率的实现方式

延伸率控制可通过速度控制和张力控制两张方式来实现。

（1）速度控制方式就是拉矫机前后张力辊组均做速度控制，延伸率完全是由前后张力辊的速度差来产生的，即拉矫机前张力辊设定速度为V，拉矫机后张力辊设定速度为（1+）V。这种控制方式中，转矩限幅是放开的，拉矫段张力是由张力辊的速度差来决定的，类似开环状态。

（2）张力控制方式就是拉矫机后张力辊组做速度控制，而拉矫机前张力辊组做开环张力控制，通过调节张力辊组的转矩限幅来得到所需延伸率。

3.拉矫机工作方式

根据拉矫机工作方式的不同，PLC会选择不同的控制方案对张力辊进行相应的控制。下面分别讨论不同工作方式下的具体控制方案。

（1）拉矫机压下进行延伸率控制。PLC可选择速度控制方式或者张力控制方式来实现延伸率控制。

（2）拉矫机压下但不进行延伸率控制。此时拉矫机后张力辊组仍做速度控制，而拉矫机前张力辊组有速度控制方式和张力控制方式。速度控制方式中速度设定值与拉矫机后张力辊速度设定值相同，即不产生延伸率;张力控制方式中张力辊仍工作在转矩限幅，但产生的张力需保证不对带钢产生延伸率。

（3）拉矫机处于打开状态。拉矫机前后2组张力辊中间无隔断，速度基准只能有一个，因此以拉矫机后张力辊组作为基准速度做速度控制，而拉矫机前张力辊组做开环张力控制。

方式（2）和方式（3）中，转矩限幅是通过计算张力设定值和辊径得到的，但在某些情况下工艺没有提供相应的张力设定值，同时在不投入延伸率控制时仍需保证拉矫段张力恒定。为此，可首先放开拉矫机前张力辊组转矩限幅，待机组运行稳定后记录下该张力辊组的转矩，然后以此转矩作为转矩限幅投入开环张力控制中，从而维持拉矫段张力恒定。现场调试表明，采用该方案后，系统运行稳定，带钢板型良好。

结语

拉伸弯曲矫直机是冷轧板带连续生产线上的关键工艺设备之一。酸轧线投产以来，酸洗线使用破鳞拉矫机后，一方面可以有效地破除热轧带钢上的氧化铁皮，提高酸洗速度，改善酸洗质量，降低酸耗;另一方面最大限度地改善了热轧原料卷的板型， 较好地消除边浪、中浪、镰刀弯等板形缺陷，既可防止损坏机后挤干辊、张力辊、 纠偏辊等衬胶辊，提高其寿命，也为后面的纠偏控制、精确轧制获得最好的板形和板面质量创造条件。

参考文献：

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