浅析活套控制在高速线材中的应用

浅析活套控制在高速线材中的应用

刘嵩张晓琳赵博

（天津电气科学研究院有限公司天津300301）

摘要：活套控制是现代轧钢工艺中非常重要的控制手段，活套控制可以提高轧钢的安全性和稳定性，可以有效提高企业的生产质量和效率。活套控制可以防止拉钢、堆钢问题的出现，有效的控制张力。本文讨论了高速线材生产中活套控制发挥作用的原理和方式，并就可能出现的故障和问题进行了探讨。

关键词：活套控制；高速线材；故障

活套控制被广泛的应用于现代轧钢技术中，以实现连轧的自动控制。活套控制可以利用活套扫描仪对两台相邻机架间的过剩材料进行扫描，通过过剩材料的弧形曲线轧件高度来测量活套的长度，再对比实测的活套高度和已经设定好的活套高度，自动对各相邻机架的速度进行调整，以便保持活套测定数值和设定数值的一致性。

现代高速线材生产有无扭、高速、连续、无张力等特点，而确保轧制高质量的进行的条件则是保证各机架间“金属秒流量”的相等。在实际操作中，由于轧辊的磨损程度、材料的温度及冲击载荷引发的速度波动等因素的存在，理论上就无法实现机架间的“金属秒流量”相等。为了满足这一要求，必须在高速线材轧制生产线中引用活套控制对轧机进行调节，活套控制应用于高速轧制中，可以有效的对生产线上的产品的质量、产量和成材率进行控制。可以看出活套控制在整个高速线材生产中的重要地位，因此，必须确保活套控制的精度。

一、活套的概念

活套指的是自动控制系统调节相邻机架速度，使得机架间产生的能够动态保持的弧状过剩材料。活套一般由活套台、支撑辊、起套辊、气动系统（电机）和活套扫描仪五个部分组成，这当中起导向和支撑作用的是支撑辊和起套辊，活套扫描仪对活套的高度进行测量，气动系统（电机）则负责控制起套辊的起落，具体如图1所示。

图1活套结构简图

活套在高速线材无张力轧制中发挥着非常重要的作用，活套的存在解决了轧制过程中，材料出现堆拉的问题。当相邻机架间材料数量减少时，活套通过调节套高让套高也随之减少，起到一个缓冲的作用，以防止材料出现拉伸影响到材料尺寸的精确性。因为活套能够很好的利用机架间过剩的材料，也能够防止堆钢现象的出现。

二、活套的控制原理和方式

（一）活套的控制原理

根据相关工艺要求，高速线材轧制的过程中为了实现预精轧各机架间以及预精轧和精轧、中轧之间的无张力轧制，均采用了活套控制。即将设置适当的高度，用高度转换后的套量来调整相邻机架间的转速，用以补偿主传动速差，确保线材成品的精度。

活套控制系统的控制原理大同小异，通常情况下分为两类。一种是采用传统的PID控制算法，利用计算机实现PID算法来控制活套扫描仪输出的变量，调节机架的升速或降速。另外一种是根据现代控制理论生成的自适应系统，通过计算机网络完成人机对话和自学功能，来保证机架的正常运转。

（二）活套的控制方式

活套的控制分为起套阶段、控制阶段和收套阶段。活套的高度范畴一般控制在0~500mm，活套扫描仪的输出信号在0~10v之间。在起套阶段，系统的动态降速在突加额定负载时为5%左右，恢复时间大约在0.5~1s之间。在这一过程中，机架咬钢时会对机架间已设定好的速度关系产生影响，导致机架间轧件出现堆积，产生过剩轧件，过剩轧件在起套辊的作用下形成活套。人工设定的起套高度值会对下游机架的速度修正量产生影响，一般情况下，起套稳定之后人工设定的高度值和实际的高度值会在一个很小的范围内波动。要精准的控制起套辊可以采取调整起套辊起套时间来实现，通过下游机架的咬钢信号进行判断，当下游机架咬钢时，起套辊正好动作，通过活套扫描仪对轧件进行跟踪控制，轧件随后经过活套扫描仪，再计算出上游机架的速度以及活套扫描仪与游机架间的距离，从而计算出时间，通过对时间进行修正最终调整起套辊的起套时间。

起套完成后进入控制阶段。在这一阶段，控制系统将通过级联控制修正所有机架的实时速度。为了确保将活套的设定高度与实际高度的数值差距限定在小范围内，以达到平衡，活套控制利用一个PI调解器，将输出值叠加在上游机架速度的给定值上面。只要在数值范围内，系统确定活套高度合适后即不再对速度做出调整。

最后，是活套的收套阶段。在这一阶段可以通过两种方式对其工艺流程进行控制：一是通过在系统中设定距离来控制活套的收套，但这种方式经常会引起材料的堆尾所以通常不采用；第二种方式则是通过上游机架的咬钢信号进行控制，当轧件的尾部脱离上游机架后，起套辊开始降低至底部位置。在这一过程中，必须对上游机架的速度进行调整，并降低活套的高度以防止甩尾出现。

三、活套故障及处理方式

（一）活套起套辊无法正常起落

活套产生故障的原因有很多，机械、工艺、电气任何一方面的问题都有可能导致故障。当发生活套起套辊无法正常起落套时，通常有以下原因：首先，活套扫描仪检测环境异常，这表示扫描仪镜片可能被污染，检测口没有对准，大量雾气遮挡材料影响到检测，或者导槽底部有氧化铁皮等；其次，活套扫描仪、热金属检测器损坏，无法检测材料；再次，换向阀堵塞、机械机构卡顿或者气压不足从而导致起套辊无法正常工作。

（二）活套头部起套过高，套量不稳

活套头部起套过高通常是因为冲击速降补偿量过小，或者压下量过大造成咬入角较大。活套套量不稳，则由多方面的原因。活套扫描仪内部故障，导致活套套量无规则波动。活套台设计不合理或机械调整不当，套量的波动在形成活套后开始，振幅会沿着材料的规律变化，所以可通过调整支撑辊和下一起套辊的位置来解决。套量不稳还可能是因为活套比例控制增益调整不当引起的，调整不当会引起活套的不稳定，在整个材料通过期间活套套量的频率会均匀波动。此外，导卫安装不当也会导致活套套量不稳，材料在辊缝中不断摆动，致使机架的变形量发生变化，从而使活套套量在轧制时频率和振幅变得均匀。

（三）活套落套时甩尾

在最后一个步骤中，活套落套的给定斜坡距离过长，会导致落套发生延迟，直接造成活套甩尾。前机架的材料尺寸出现严重超差及过度磨损、相应滚动导卫开口过大时，都会导致材料发生活套台脱尾失速，最终出现甩尾。

结语：

综上所述，活套控制在高速线材的生产中具有非常重要的意义，活套控制发挥的作用可以直接左右产品的质量。对高速线材中的活套控制进行分析，有利于企业解决生产中存在的问题，研究活套控制的原理和方式可以不断提高控制水平，也让研究人员通过分析获得更好的现场数据，提高控制水平。

参考文献：

[1]王志强,刘慧博.高速线材活套控制系统的应用[J].科技创新与应用,2015,(31):17-18.

[2]杨阳.活套控制在高速线材中的应用研究[J].科技创新与应用,2015,(19):106-107.

[3]陈洪波.活套控制在高速线材中的应用及故障处理[A].河北省冶金学会.2012年河北省轧钢技术暨学术年会论文集（下）[C].河北省冶金学会:,2012:2.

作者简介：

刘嵩，1985.1.23，男，山东郯城人，北华大学电气工程及其自动化专业学士学位，工程师，单位：天津电气科学研究院有限公司。

张晓琳，1986.1.28，女，天津人，天津大学自动化专业学士学位，工程师，单位：津电气科学研究院有限公司。

赵博，1983.8.23，男，河北邯郸人，河北工程大学电气工程及其自动化专业学士学位，工程师，单位：天津电气科学研究院有限公司。