一種淬火鋼軌軋制微張力控制系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼軌軋制過(guò)程中控制軋件尺寸精度的系統(tǒng)和方法，尤其涉及一種 鋼軌生產(chǎn)串聯(lián)式萬(wàn)能軋制過(guò)程中提供均勻溫度淬火的微張力控制系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)金屬制品在軋機(jī)的各機(jī)架之間連軋并且預(yù)設(shè)速度不理想時(shí)，嚙合在多個(gè)連續(xù)運(yùn) 轉(zhuǎn)的機(jī)架之中的軋件會(huì)出現(xiàn)張應(yīng)力。如果下游機(jī)架牽引上游機(jī)架，則機(jī)架間的軋件會(huì)被拉 伸，如果上游機(jī)架通過(guò)軋件推擠下游機(jī)架，則機(jī)架間的軋件受到壓縮。軋件上游機(jī)架的速度 與相鄰的下一個(gè)機(jī)架的速度之差不匹配時(shí)會(huì)引起應(yīng)力。當(dāng)上游機(jī)架的出口速度與相鄰的 下一個(gè)機(jī)架的入口速度不平衡時(shí)，機(jī)架間的金屬應(yīng)力出現(xiàn)改變，使得相鄰兩個(gè)機(jī)架的轉(zhuǎn)矩 /速度變化而趨向一新的平衡點(diǎn)，在該平衡點(diǎn)上，上游機(jī)架的出口速度與相鄰的下一個(gè)機(jī)架 的入口速度相同。這種改變會(huì)使軋件厚度改變，并影響到機(jī)架軋制。軋制會(huì)出現(xiàn)自我穩(wěn)定 化的現(xiàn)象，然而這種現(xiàn)象會(huì)損害金屬制品的尺寸和輪廓。
[0003] 目前在板帶類(lèi)熱軋制方面，采用無(wú)活套微張力連軋控制，在軋件存在溫差時(shí)，仍然 忽略軋制力臂長(zhǎng)度變化，以此來(lái)記憶主傳動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩來(lái)控制張力，這種"忽略軋制力臂長(zhǎng)度 變化"是在軋件存在溫差的條件下，忽略了溫差對(duì)軋制力臂長(zhǎng)度的影響，僅用于粗軋機(jī)組， 不適合高精度要求的鋼軌萬(wàn)能軋制；在鋼軌軋制方面，乳機(jī)機(jī)架間MTC張力控制中僅采集 主電機(jī)轉(zhuǎn)矩或電流的"記憶法"，既沒(méi)有消除溫差，也沒(méi)有設(shè)置軋制力檢測(cè)裝置，無(wú)法得到軋 制力臂長(zhǎng)度，機(jī)架間張力無(wú)法檢測(cè)，造成張力波動(dòng)大。
[0004] 另外，高速鋼軌的尺寸精度要求高，現(xiàn)有的串列式萬(wàn)能軋機(jī)生產(chǎn)在實(shí)際使用中存 在不足，其根本原因是有以下幾個(gè)方面影響了AGC厚度控制和張力控制，也影響了高速鋼 軌淬火：
[0005] (1)坯料溫度差異（原始溫差）：還料在加熱爐中加熱溫度的差異，以及軋件到達(dá) 串列式萬(wàn)能軋機(jī)前在BD粗軋過(guò)程中溫降不同，各軋件的溫度不一樣，軋出的每個(gè)軋件厚度 也不相同。
[0006] (2)同一塊軋件各部位的軋制溫度也有很大差異，突出的是沿縱向頭尾溫差和水 ?。ê谟。夭?，其中頭尾溫差與水印溫差的原因也不相同，分別如下：①頭尾溫差：由于 軋件頭部先咬入，而尾部在輥道上，需等待較長(zhǎng)時(shí)間后才進(jìn)入軋機(jī)，因此同一塊軋件沿縱向 溫降明顯不同，使變形強(qiáng)度沿軋件縱向逐步增高，引起軋制力逐步加大，軋出的軋件厚度產(chǎn) 生影響；②水印溫差：坯料在加熱爐中加熱過(guò)程中，支撐軋件的爐子水冷梁的部位出現(xiàn)低 溫區(qū)，乳件也出現(xiàn)低溫"水印"，軋件越薄"水印"區(qū)溫差越明顯。"水印"區(qū)變形強(qiáng)度增加，弓丨 起軋制力增大，乳出的軋件厚度影響大。
[0007] (3)溫差的"厚差再生":在軋制過(guò)程中，因存在溫差產(chǎn)生了厚差，這時(shí)即使前一機(jī) 架將厚差全部糾正，由于軋件溫差依然存在，使得軋件的不同部位硬度仍不一樣，因此進(jìn)入 下一機(jī)架再進(jìn)行軋制時(shí)，厚差又會(huì)"再現(xiàn)"，所以為了糾正厚度偏差，各道次軋制都要控制厚 度，每一個(gè)機(jī)架都要糾正因溫差而產(chǎn)生的厚差，而不是依靠某一機(jī)架道次一次糾正完畢。只 要溫差不消除，厚差就要隨著每一道次逐漸積累，稱(chēng)謂"新生厚差"。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠在軋件實(shí)時(shí)溫度控制下的軋制方法，同 時(shí)能夠使軋制完成后的鋼軌溫度均勻，以滿(mǎn)足淬火要求，避免淬火機(jī)組再次加熱鋼軌，提高 效率。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種淬火鋼軌軋制微張力控制系統(tǒng)，包括設(shè)置 在E機(jī)架上游機(jī)架入口處的感應(yīng)加熱裝置，分別設(shè)置在E機(jī)架上游機(jī)架、E機(jī)架和E機(jī)架下 游機(jī)架上的控制單元，以及控制和管理上述控制單元的管理單元，控制單元在管理單元的 管理下，在軋件進(jìn)入一個(gè)機(jī)架并咬鋼穩(wěn)定時(shí)將其上游各機(jī)架轉(zhuǎn)換為恒轉(zhuǎn)矩控制狀態(tài)，控制 單元分別包括對(duì)應(yīng)的檢測(cè)計(jì)算模塊，檢測(cè)計(jì)算模塊用于在軋件進(jìn)入本機(jī)架并且上游各機(jī)架 變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩控制狀態(tài)時(shí)利用采集的數(shù)據(jù)計(jì)算本機(jī)架的軋輥力臂初始長(zhǎng)度，以及在每次張力 閉環(huán)控制循環(huán)中檢測(cè)計(jì)算本機(jī)架的實(shí)際張力值，感應(yīng)加熱裝置對(duì)進(jìn)入到機(jī)架的軋件進(jìn)行溫 度控制，使進(jìn)入到機(jī)架中的軋件溫度均勻，以消除溫度差對(duì)軋輥力臂長(zhǎng)度的影響，當(dāng)檢測(cè)計(jì) 算模塊計(jì)算實(shí)際張力值時(shí)，當(dāng)前軋輥力臂長(zhǎng)度即為初始力臂長(zhǎng)度。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，感應(yīng)加熱裝置包括用于升高鋼軌溫度的第一加熱模塊 和第二加熱模塊，以及用于均熱鋼軌的第三加熱模塊和第四加熱模塊，其中第一加熱模塊 以及第三加熱模塊設(shè)置在加熱鋼軌的上部，第二加熱模塊以及第四加熱模塊設(shè)置在加熱鋼 軌的下部。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，第一加熱模塊與第三加熱模塊的加熱功率為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種淬火鋼軌軋制微張力控制系統(tǒng)，其特征在于，包括設(shè)置在E機(jī)架上游機(jī)架入口 處的感應(yīng)加熱裝置（5)，分別設(shè)置在E機(jī)架上游機(jī)架、E機(jī)架和E機(jī)架下游機(jī)架上的控制單 元（2a)、（2b)和（2c)，以及控制和管理上述控制單元（2a)、（2b)和（2c)的管理單元（3)， 控制單元（2a)、（2b)、（2c)在管理單元（3)的管理下，在軋件進(jìn)入一個(gè)機(jī)架并咬鋼穩(wěn)定時(shí)將 其上游各機(jī)架轉(zhuǎn)換為恒轉(zhuǎn)矩控制狀態(tài)，控制單元（2a)、（2b)以及（2c)分別包括對(duì)應(yīng)的檢測(cè) 計(jì)算模塊（21a)、（21b)以及（21c)，檢測(cè)計(jì)算模塊（21a、21b和21c)用于在軋件進(jìn)入本機(jī)架 并且上游各機(jī)架變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩控制狀態(tài)時(shí)利用采集的數(shù)據(jù)計(jì)算本機(jī)架的軋輥力臂初始長(zhǎng)度， 以及在每次張力閉環(huán)控制循環(huán)中檢測(cè)計(jì)算本機(jī)架的實(shí)際張力值，感應(yīng)加熱裝置（5)對(duì)進(jìn)入 到機(jī)架的軋件進(jìn)行溫度控制，使進(jìn)入到機(jī)架中的軋件溫度均勻，以消除溫度差對(duì)軋輥力臂 長(zhǎng)度的影響，當(dāng)檢測(cè)計(jì)算模塊計(jì)算實(shí)際張力值時(shí)，當(dāng)前軋輥力臂長(zhǎng)度即為初始力臂長(zhǎng)度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述淬火鋼軌軋制微張力控制系統(tǒng)，其特征在于，感應(yīng)加熱裝置（5) 包括用于升高鋼軌溫度的第一加熱模塊和第二加熱模塊，以及用于均熱鋼軌的第三加熱模 塊和第四加熱模塊，其中第一加熱模塊以及第三加熱模塊設(shè)置在加熱鋼軌的上部，第二加 熱模塊以及第四加熱模塊設(shè)置在加熱鋼軌的下部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述淬火鋼軌軋制微張力控制系統(tǒng)，其特征在于，第一加熱模塊與 第三加熱模塊的加熱功率為： Ph=C* P *V*SH* (Qs-Qm) 其中： Ph為鋼軌上部加熱器輸出的加熱功率，單位kW ;C為鋼軌軋件比熱容，單位J/kg*°C; P 為鋼軌比重，單位kg/m3;V為鋼軌速度，單位m/s ;S 軌上部截面積，單位m 2;Q 3為鋼軌設(shè) 定溫度，控制目標(biāo)值，單位°C ;QinH為入口鋼軌上部溫度，溫度測(cè)量值，單位°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述淬火鋼軌軋制微張力控制系統(tǒng)，其特征在于，第二加熱模塊與 第四加熱模塊的加熱功率為： Pf= C* P *V*SF* (Qs-Qinr) 上述，PF_鋼軌下部加熱器輸出的加熱功率，單位kW ; C ___鋼軌軋件比熱容，單位J/ kg*°C ; P ___鋼軌比重，單位kg/m 3;V ___鋼軌速度，單位m/s ;S F__JH軌下部截面積，單位m 2; Qs_鋼軌設(shè)定溫度，控制目標(biāo)值，單位°C ;Q inF___入口鋼軌下部溫度，溫度測(cè)量值，單位°C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述淬火鋼軌軋制微張力控制系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)加熱模 塊還連接有溫度控制模塊，溫度控制模塊包括設(shè)置在加熱模塊之前的溫度前饋控制單元 (6a)、設(shè)置在溫度前饋控制單元（6a)外環(huán)上的反饋閉環(huán)控制單元（5a)、設(shè)置在內(nèi)環(huán)上的加 熱功率控制單元（4a)、以及設(shè)置在加熱功率控制單元（4a)輸出端的整流逆變單元（7a)，其 中溫度前饋控制單元^a)能為消除溫度控制的主干擾量提供前饋補(bǔ)償；反饋閉環(huán)控制單 元（5a)能排除主干擾以外的溫度干擾；熱功率控制單元（4a)輸出功率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所