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)式萬能軋制過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] 當金屬制品在軋機的各機架之間連軋并且預設(shè)速度不理想時，嚙合在多個連續(xù)運 轉(zhuǎn)的機架之中的軋件會出現(xiàn)張應力。如果下游機架牽引上游機架，則機架間的軋件會被拉 伸，如果上游機架通過軋件推擠下游機架，則機架間的軋件受到壓縮。軋件上游機架的速度 與相鄰的下一個機架的速度之差不匹配時會引起應力。當上游機架的出口速度與相鄰的 下一個機架的入口速度不平衡時，機架間的金屬應力出現(xiàn)改變，使得相鄰兩個機架的轉(zhuǎn)矩 /速度變化而趨向一新的平衡點，在該平衡點上，上游機架的出口速度與相鄰的下一個機架 的入口速度相同。這種改變會使軋件厚度改變，并影響到機架軋制。軋制會出現(xiàn)自我穩(wěn)定 化的現(xiàn)象，然而這種現(xiàn)象會損害金屬制品的尺寸和輪廓。
[0003] 目前在板帶類熱軋制方面，采用無活套微張力連軋控制，在軋件存在溫差時，仍然 忽略軋制力臂長度變化，以此來記憶主傳動電機轉(zhuǎn)矩來控制張力，這種"忽略軋制力臂長度 變化"是在軋件存在溫差的條件下，忽略了溫差對軋制力臂長度的影響，僅用于粗軋機組， 不適合高精度要求的鋼軌萬能軋制；在鋼軌軋制方面，乳機機架間MTC張力控制中僅采集 主電機轉(zhuǎn)矩或電流的"記憶法"，既沒有消除溫差，也沒有設(shè)置軋制力檢測裝置，無法得到軋 制力臂長度，機架間張力無法檢測，造成張力波動大。
[0004] 另外，高速鋼軌的尺寸精度要求高，現(xiàn)有的串列式萬能軋機生產(chǎn)在實際使用中存 在不足，其根本原因是有以下幾個方面影響了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 串列式萬能軋機前在BD粗軋過程中溫降不同，各軋件的溫度不一樣，軋出的每個軋件厚度 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，需等待較長時間后才進入軋機，因此同一塊軋件沿縱向 溫降明顯不同，使變形強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":在軋制過程中，因存在溫差產(chǎn)生了厚差，這時即使前一機 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，因此進入 下一機架再進行軋制時，厚差又會"再現(xiàn)"，所以為了糾正厚度偏差，各道次軋制都要控制厚 度，每一個機架都要糾正因溫差而產(chǎn)生的厚差，而不是依靠某一機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，稱謂"新生厚差"。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠在軋件實時溫度控制下的軋制方法，同 時能夠使軋制完成后的鋼軌溫度均勻，以滿足淬火要求，避免淬火機組再次加熱鋼軌，提高 效率。
[0009] 為了實現(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機架上游機架入口處的感應加熱裝置，分別設(shè)置在E機架上游機架、E機架和E機架下 游機架上的控制單元，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，在軋件進入一個機架并咬鋼穩(wěn)定時將其上游各機架轉(zhuǎn)換為恒轉(zhuǎn)矩控制狀態(tài)，控制 單元分別包括對應的檢測計算模塊，檢測計算模塊用于在軋件進入本機架并且上游各機架 變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩控制狀態(tài)時利用采集的數(shù)據(jù)計算本機架的軋輥力臂初始長度，以及在每次張力 閉環(huán)控制循環(huán)中檢測計算本機架的實際張力值，感應加熱裝置對進入到機架的軋件進行溫 度控制，使進入到機架中的軋件溫度均勻，以消除溫度差對軋輥力臂長度的影響，當檢測計 算模塊計算實際張力值時，當前軋輥力臂長度即為初始力臂長度。
[0010] 作為本發(fā)明的進一步優(yōu)化，感應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】
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機架上游機架入口 處的感應加熱裝置（5)，分別設(shè)置在E機架上游機架、E機架和E機架下游機架上的控制單 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，在軋件進入一個機架并咬鋼穩(wěn)定時將 其上游各機架轉(zhuǎn)換為恒轉(zhuǎn)矩控制狀態(tài)，控制單元（2a)、（2b)以及（2c)分別包括對應的檢測 計算模塊（21a)、（21b)以及（21c)，檢測計算模塊（21a、21b和21c)用于在軋件進入本機架 并且上游各機架變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩控制狀態(tài)時利用采集的數(shù)據(jù)計算本機架的軋輥力臂初始長度， 以及在每次張力閉環(huán)控制循環(huán)中檢測計算本機架的實際張力值，感應加熱裝置（5)對進入 到機架的軋件進行溫度控制，使進入到機架中的軋件溫度均勻，以消除溫度差對軋輥力臂 長度的影響，當檢測計算模塊計算實際張力值時，當前軋輥力臂長度即為初始力臂長度。
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，控制目標值，單位°C ;QinH為入口鋼軌上部溫度，溫度測量值，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，控制目標值，單位°C ;Q inF___入口鋼軌下部溫度，溫度測量值，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