王超峰

摘 要：通過對(duì)國(guó)內(nèi)外CEC控制技術(shù)和A鋼管廠張減機(jī)CEC控制技術(shù)現(xiàn)狀的分析和研究，提出一種新型的CEC控制方法，根據(jù)張減機(jī)管端壁厚分布規(guī)律計(jì)算鋼管增厚端控制因子表，利用此因子表能根據(jù)增厚端長(zhǎng)度在軋制過程的變化而自適應(yīng)的增減參與CEC作用的機(jī)架數(shù)，配合作用在鋼管頭尾增厚端的附加張力的調(diào)整實(shí)現(xiàn)縮短頭尾增厚端。計(jì)算張減機(jī)CEC因子表的步驟為：決定基礎(chǔ)調(diào)速等級(jí)；構(gòu)造靜態(tài)CEC調(diào)速因子表；修正原始CEC因子表構(gòu)建動(dòng)態(tài)CEC因子表。通過生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用證明該方法能進(jìn)一步縮短鋼管增厚端長(zhǎng)度，提高軋制成材率。

關(guān)鍵詞：張減機(jī)；CEC；因子表；增厚端

中圖分類號(hào)：TG335.71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）12-0049-02

1 前言

管端增厚現(xiàn)象是無(wú)縫鋼管張力減徑的特性現(xiàn)象。在張力減徑過程中，由于張力一般要通過若干個(gè)機(jī)架才能達(dá)到工藝所要求的固定平均張力值，這使得鋼管兩端與中間部分相比受到的減徑張力作用要小一些，于是出現(xiàn)端部壁厚比中間壁厚厚的現(xiàn)象。由于此效應(yīng)，最終延伸后的管端增厚端將由于壁厚不合格而不得不切除報(bào)廢，影響熱軋成材率。減少管端增厚端的技術(shù)又叫做CEC（Crop End Control）控制技術(shù)[1-5]。

1.1 國(guó)外CEC控制技術(shù)簡(jiǎn)介

住友金屬為了控制管端增厚，在連軋機(jī)上采用管端軋薄工藝較為成功，除海南廠外，和歌山廠的小口徑制管車間也同樣在軋管機(jī)上采用液壓壓下管端軋薄工藝。管端軋薄的效果最終該在張減機(jī)上體現(xiàn)出來。

新日鐵八幡廠研究開發(fā)了一種名叫“學(xué)習(xí)增益”法的控制方法，學(xué)習(xí)增益法實(shí)際就是實(shí)際測(cè)定值與設(shè)定值進(jìn)行比較，從二者的差進(jìn)行學(xué)習(xí)，再進(jìn)行速度控制，從而進(jìn)一步提高增厚端控制的效果。

德國(guó)SMS-Meer公司開發(fā)了計(jì)算機(jī)化軋制技術(shù)系統(tǒng)——CARTA系統(tǒng)（Computer Aid Rolling Technology Application），其中的CEC管端控制系統(tǒng)采用了最先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)，在鋼管進(jìn)出料階段控制軋輥的轉(zhuǎn)速，使鋼管管端壁厚數(shù)值盡可能地與理論值相符合，從而獲得最小的切頭損失，其效果明顯。

1.2 國(guó)內(nèi)CEC控制技術(shù)及A鋼管廠控制技術(shù)簡(jiǎn)介

目前國(guó)內(nèi)鋼管廠在引進(jìn)現(xiàn)代化張力減徑機(jī)的同時(shí)，大多也引進(jìn)了相應(yīng)的CEC管端控制功能和方案，然而，除A鋼管廠外其他鋼管廠大多缺乏掌握CEC管端控制的技術(shù)實(shí)力或?qū)嵤┻@項(xiàng)技術(shù)的硬件條件。

A鋼管廠CEC控制的基本思路是補(bǔ)償管端所缺少的那部分張力作用，其實(shí)現(xiàn)方法是在管端咬入機(jī)架時(shí)使相關(guān)機(jī)架的轉(zhuǎn)速增大，以增大相鄰機(jī)架間速度差，產(chǎn)生瞬態(tài)的較大張力，彌補(bǔ)正常狀態(tài)下所缺失的張力，減少延伸后的不合格管端長(zhǎng)度。

但鋼管頭尾增厚端在軋制過程中實(shí)際上是隨著鋼管在軋機(jī)中的前進(jìn)而不斷增長(zhǎng)的，只采用固定的幾個(gè)機(jī)架對(duì)增厚端進(jìn)行靜態(tài)CEC作用產(chǎn)生的后果是：一方面作用機(jī)架過多會(huì)把CEC作用到鋼管正常端，另一方面作用機(jī)架過少不能達(dá)到縮短增厚端的效果。

2 新的CEC控制方法的實(shí)現(xiàn)

2.1 新的CEC控制方法技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

新的思路是設(shè)計(jì)出全新的動(dòng)態(tài)CEC因子表能根據(jù)增厚端在軋制過程中的變化而調(diào)整CEC作用機(jī)架數(shù)。這種取消了前端延遲級(jí)和尾端干涉級(jí)兩個(gè)參數(shù)，能改變附加張力作用機(jī)架數(shù)的技術(shù)較原來附加張力只作用固定幾個(gè)機(jī)架的技術(shù)有較大優(yōu)勢(shì)。

2.2 全新的動(dòng)態(tài)CEC因子表的構(gòu)造

2.2.1 決定基礎(chǔ)調(diào)速等級(jí)

基礎(chǔ)調(diào)速等級(jí)為鋼管頭部剛進(jìn)入機(jī)架和鋼管尾部將進(jìn)入機(jī)架的初始參與CEC調(diào)速的機(jī)架數(shù)。最大調(diào)速等級(jí)是指同時(shí)參與CEC調(diào)速的最多機(jī)架數(shù)。基礎(chǔ)調(diào)速等級(jí)由鋼管張減軋制的平均張力決定，計(jì)算平均軸向張力系數(shù)xlm的方法如公式（1）、（2）、（3）、（4）所示。

其中，設(shè)dmK、dmR分別為荒管和成品管的平均外徑，SK、SR分別為荒管和成品管的壁厚，則為φr切向變形，φt為徑向變形，εm為平均壁徑比。

根據(jù)計(jì)算的平均軸向張力系數(shù)，決定基礎(chǔ)調(diào)速等級(jí)，如表1所示。

2.2.2 構(gòu)造靜態(tài)CEC調(diào)速因子表

首先計(jì)算軋輥工作直徑，理想軋輥直徑為D，第k機(jī)架的軋輥的孔型直徑為dk，工作直徑的比例參數(shù)為Ck，該參數(shù)的變化范圍為0.5到1.0，則工作直徑Dk的計(jì)算公式如公式（5）所示。

記鋼管處于正常軋制位置時(shí)，第k機(jī)架的軋輥工作直徑的比例參數(shù)為Ck，頭、尾軋制時(shí)，第k機(jī)架的軋輥工作直徑的比例參數(shù)為Ck（i），i代表軋輥工作直徑的變化級(jí)數(shù)。

基礎(chǔ)因子的計(jì)算方式如下：假設(shè)第k機(jī)架正常軋制的轉(zhuǎn)速為ωk，鋼管線速度為υk，如式（6）所示；若采用CEC控制調(diào)整轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)速為，鋼管線速度為，如式（7）所示，則

利用公式（10）可以得到基礎(chǔ)的頭端和尾端CEC調(diào)速因子表。

2.2.3 動(dòng)態(tài)CEC因子表的構(gòu)建

計(jì)算得到基礎(chǔ)的頭端CEC調(diào)速因子后，需要根據(jù)鋼管延伸率的變化情況，決定鋼管頭端處于具體機(jī)架時(shí)，應(yīng)該作用的管端長(zhǎng)度。

估計(jì)管端增厚端長(zhǎng)度LVE的公式主要有以下三種，分別如式（11）、（12）、（13）所示。

（3）A.A.舍甫琴科（Shevchenko）公式：

該式中各符號(hào)的意義同洛特爾公式。

針對(duì)需要進(jìn)行CEC增厚端控制的鋼管類型，考慮到控制機(jī)構(gòu)的滯后以及控制過程中的過渡過程，一般應(yīng)選擇計(jì)算值偏大的頭尾增厚端長(zhǎng)度公式，具體如表2所示。

上述公式也可根據(jù)不同的鋼管型號(hào)進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)鋼管的延伸率和不采用CEC控制的頭尾增厚端長(zhǎng)度，得到基礎(chǔ)的頭尾增厚端長(zhǎng)度公式。

若各機(jī)架的延伸率為λi，i=1，2，3，…，m，此處，延伸率可理解為鋼管從第1機(jī)架到第i機(jī)架時(shí)，鋼管的延伸比率。結(jié)合i機(jī)架處同時(shí)參與CEC作用的機(jī)架數(shù)，根據(jù)“速度系列同比改變軋制壁厚不變?cè)怼睂?duì)靜態(tài)CEC因子按同比修正，得出動(dòng)態(tài)的CEC因子表。

3 新的CEC控制方法應(yīng)用結(jié)果

將上述方法在A鋼管廠中應(yīng)用到典型規(guī)格73.03×5.6mm油管軋制中發(fā)現(xiàn)，頭部A端增厚端切頭長(zhǎng)度由之前的1.5m減少到1.1m，降低了26.67%；尾部C端增厚端切尾長(zhǎng)度由之前的1.6m減少到0.9m，降低了43.75%。73.03×5.6mm油管軋制成材率得以提升。

生產(chǎn)應(yīng)用證明了使用此方法能顯著縮短張減管增厚端長(zhǎng)度，顯示出新的CEC控制技術(shù)具有很大的優(yōu)越性。此項(xiàng)新型的CEC控制技術(shù)的成功應(yīng)用和改進(jìn)，能夠在很大程度上提高鋼管軋制成材率，產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）鋼管頭尾增厚端在軋制過程中是隨著鋼管在軋機(jī)中的前進(jìn)而不斷增長(zhǎng)的，只采用固定的幾個(gè)機(jī)架對(duì)增厚端進(jìn)行靜態(tài)CEC控制，不一定能夠帶來意想的控制效果。

（2）本文詳細(xì)介紹了一種獲得動(dòng)態(tài)CEC因子表的新型CEC控制方法，具體步驟為：決定基礎(chǔ)調(diào)速等級(jí)；構(gòu)造靜態(tài)CEC調(diào)速因子表；修正原始CEC因子表構(gòu)建動(dòng)態(tài)CEC因子表。

（3）實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用證明了使用此方法能顯著縮短張減管增厚端長(zhǎng)度，提高鋼管軋制成材率。

參考文獻(xiàn)

[1]金如崧，李長(zhǎng)穆.鋼管張力減徑[M].北京：中國(guó)工業(yè)出版社，1966.

[2]盧于逑，楊華峰.張力減徑管增厚段壁厚分布數(shù)學(xué)模型[J].鋼管，1992，（2）：32-37.

[3]丁大宇.鋼管張力減徑工藝的增厚端控制[J].鋼管，1994，（4）：23-26.

[4]方平.鋼管張力減徑中管端增厚的控制[J].軋鋼，1997，（1）：41-43.

[5]郭慶富，彭龍洲，劉建明，等.管端增厚控制的設(shè)定計(jì)算通用模型[J].鋼管，2003，32（6）：15-19.