关于活套设计的几点考虑.docx
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关于活套设计的几点考虑
关于活套设计的几点考虑
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钢铁技术2008年第3期
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轧钢?
关于活套设计的几点考虑
李彦清
（中冶塞迪公司轧钢事业部,重庆400013）
【摘要]针对目前冷轧酸洗带钢以及二次精整机组中（如镀锌彩涂机组,连续退火机组等）常用的活套的设计,分析结
果及其控制方式,对常用立式或卧式活套的设计,分析提出了有关设计,计算公式.
[关键词]张力活套活套活套车设计活套小车分析
0概述
随着生产技术的发展,人们不仅对连续生产
工艺的要求越来越高,而且要求其作业时间要
短,产量要高.因而这就不仅既要使带钢能连续
地运行生产,而且又要能够维持足够的辅助作业
时间.在连续生产中,为了满足这种要求,机组
对活套具有更高的要求.同时,由于目前大部分
都采用连续化成卷生产工艺,因而活套在现今的
冷连轧或连续退火,镀锌机组中起着重要的作
用,它不仅要为机组保持连续的生产工艺提供可
靠的保证,而且还要为操作机组相关设备提供更
多的辅助作业时间.
因而活套对带钢的最佳存储量以及最优的运
行速度是连续机组设计的重要保证.本文结合某
厂镀锌活套的设计,单体运行以及机组连锁运行
的实际情况,提出活套设计中的几点考虑,旨在
为相关活套的设计和校核提供计算方法,依据及
其计算公式.
1活套的结构分析
目前实际生产的活套可分为立式活套和卧式
活套.无论是立式活套,还是卧式活套,其大致
为活套钢结构,活套小车,传动装置以及钢平台
等组成.
卧式活套由于其水平布置距离较长,占地面
积较大,车间厂房的高度要求小,牵引力较大,
一
般用于较厚带钢的酸洗处理作业线上;立式活
套其竖直布置较高,占地面积较小,车间厂房的
高度要求较高,牵引力较小,适用于薄带钢生产
作业线上.
活套钢结构一般按照框架结构考虑,以满足
高跨抗倾翻的能力;活套小车由转向辊,支承底
座,导向轮,轨道以及牵引装置等组成,小车辊
子数量由活套需要存储带钢的量及活套的高度等
因素确定,辊子的直径及辊身长度根据带钢的厚
度及宽度确定;传动装置由电机,减速机,钢丝
绳及卷扬机构等组成,为活套的运行提供所需的
张力.同时在常用活套中还设置有断带处理事故
保护装置以及张力补偿调节装置,断带事故保护
装置通常采用气动闸瓦式结构,以快闸轻抱处理
断带等意外事故.
使用活套要满足连续化生产工艺作业时间的
要求,通常活套布置在酸洗轧机联合机组的入口
段以及镀锌机组的入口段及出口段.对于镀锌机
组中的入,出口活套,通常最大能存储约500m
的带钢,它主要用于在满足焊接或剪切等辅助处
理的工艺要求的时间情况下,以保持联机后的镀
锌和镀锌的速度总是在最优的状态,甚至通过活
套来缓冲实现镀锌处理段的速度为恒速.同时,
活套可以在一定范围内轻易改变镀锌的工艺处理
速度而不受镀锌入,出口速度的影响,因此活套
主要是用于控制镀锌的工艺处理速度,通过它来
限制镀锌的速度尽可能保持镀锌速度恒定.以下
分别就活套设计中需考虑的速度及张力因素作一
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分析说明.
2活套的速度控制
活套在正常的运行操作过程中,活套小车应
停留在活套有效存储量的工作范围内,并应尽量
避免在活套的空套或满套极限附近工作.为了发
挥活套的正常功能,通常通过如下参数来调节镀
锌速度以实现活套的正常工作,从而满足连续化
作业的要求.常用调节镀锌速度的参数为:
1）活套
正常设定值;2）镀锌处理段的实际速度;3）活套
的实际位置.
当活套车靠近空套极限值时,为了避免镀锌
停机将减慢镀锌的速度.当活套车在距离空套一
定距离时镀锌的出口速度将减慢至某一设定值,
然后程序将通过"快停限制"来快速停止镀锌.
当活套车靠近满套极限时,将减慢镀锌线的
处理速度,减小斜率将正比活套车到满套的剩余
距离,以使活套车停在满套的位置.
2.1镀锌工艺速度控制
通常把活套正常工作情况下的活套车的位置
设定为"正常操作设定值"的目标.此目标位
置一般是设定在活套的有效工作范围的一半处,
但也可根据操作情况进行修改设定.
镀锌工艺处理速度的控制是通过计算"镀锌
速度限幅"来实现的,"镀锌速度限幅"的计算
是为了在下一次镀锌自动减速之前,总是把活套
量保持在正常工作的范围内.因此镀锌速度在任
何时候都不能提高在限幅速度之上,只能在限幅
速度的范围内进行调整,所以镀锌提速之前都必
须计算新的"镀锌速度限幅".同时如果操作人
员减慢了"活套车冲放套速度",也必须重新考
虑该值的大小.
如果镀锌的速度没有达到镀锌限幅值,其结
果就是在镀锌下一次减速之前,活套车的"正常
设定值"不能达到.对于每一个钢卷,也将检查
用当前镀锌和镀锌速度限制和设定值是否活套将
被冲满,以有效观察活套的正常工作情况.
为了使活套车来回运行在位置设定值上,必
须考虑如下因素（该计算式没有考虑加降速）.
1）在下一次减速过程将有多少带钢冲进活
套,该长度计算如下:
ALslDo=（Vc~--vsl.）Lsl.Do,/vs】.
（1）
式中,v为镀锌处理段的速度（m/s）;Lsim
为在减速期间镀锌处理段或轧制段带钢的长度
（m）;v.为镀锌减速的入口速度,需根据出
口的剪切速度或者缺陷速度来重新计算.
2）当计算的瞬时,活套小车此时离正常设定
值的距离,这相当于活套的剩余长度,计算公式
如下:
L.=6（TCM.--TCM.R.）
+2（CPLExitP^ct--CPLExitP0sRef）
（2）
式中,TCMP..M为镀锌入口活套正常位置参考值
（m）;TCM‰为镀锌入口活套实际位置（m）:
CPLExit.r为镀锌出口活套正常位置参考值（m）;
CPLExit为镀锌出口活套实际位置（m）.
计算目的是在连续生产过程中,让活套小车
实际位置的平均值始终响应设定值,此目标值是
由剪切或缺陷速度处理减速时,通过活套车的位
置减二分之一△Ls.获得的目标值△Lh.该目
标值为镀锌在下一个运行周期内的活套运行量,
如果目标值为正值就是放套,如果目标值为负值
就是冲套.计算如下:
ALt=L…--ALsl/2（3）
从上面的计算中可知,为了计算镀锌的速
度,需要知道在下一减速过程前带钢的剩余长
度.目标长度与镀锌处理速度的关系可通过如下
公式计算得到:
ALh=（VTCH--V）Re~e./V删（4）
式中,R为下一减速前剩余的带钢长度（m）;V硼
为镀锌处理速度（m/s）;V为镀锌处理段的速度
设定值（m/s）.
由式（4）可得到镀锌处理速度计算公式如下:
ALT.=（V删一VcPL）R../VTcM（5）
如果"镀锌速度限幅"的计算已经超过它的
正常位置的设定死区,那么就应修改"镀锌速度
限幅".这时如果人工暂缓镀锌速度限幅,就必
须随时观察动态活套量,同时当镀锌出口活套和
镀锌入口活套充满时,就必须调整镀锌处理段的
速度.
镀锌速度的限制也可以通过镀锌计算机自动
设定完成.在正常情况下,应有一个较低的速度
限制,因此"镀锌出口运行速度的最小限制"将
重新计算镀锌的入口速度,活套不能减慢镀锌速
度低于此速度限制.
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钢铁技术2008年第3期
如果当镀锌出口或处理段已经停止并且"空
套镀锌减速点"已经达到,镀锌没有停车,此时
镀锌速度将减慢到"镀锌出口运行速度最小限
制",它的目的是避免当镀锌偶然停车时突然停
止镀锌.
活套车位置
J
满套-
/\一/
/…
处理速度
图1活套位置和处理速度的对称关系
在实际镀锌操作过程中,为了镀锌的边部调
整和镀锌的"计划停车",活套采用满套设定值
以及空套设定值来达到目标值.其中,满套操作
设定用于停圆盘剪边部调整前冲套量;空套设定
用于停镀锌前的空套量.在正常操作时对于活套
来说,最大和最小设定值一般可设定几个不同的
值,这些值可以通过操作人员手动选择或者计算
机自动进行选择.并且自动方式也可以在冲套,
放套的过程中单独进行选择.
如果设定的入口速度限制低于空套的速度,
此时低速请求将送到镀锌处理段,同时该请求将
保留直到镀锌已经停车,再次启动并且实际速度
已经超过了穿带速度时为止.
当镀锌出口活套已经停止而镀锌入口活套的
空套设定值已经达到,同时当空套快停的极限已
经达到时这时活套应完全停止镀锌.当活套完全
停止镀锌时,其出口活套的设定值已经到达或满
套的快停极限已经到达.
3活套的张力控制
在活套的正常运行中保持活套内的张力始终
在一个最低限之上是至关重要的,也是保持活套
正常运行的关键因素.活套内带钢的最低张力取
决于活套中带钢的材料特性以及活套入,出口的
加减速度.在活套的实际工作中存在静态张力和
动态张力的计算,以下针对活套内的静动态张力
进行分析,并提供相应的计算公式.
3.1静态张力
静态张力是指活套在匀速运行或停车等状态
下的带钢张力,活套在匀速运行时其带钢的张力
应为不同厚度时的最大屈服点.每一层和活套中
每一个带钢的张力参考值都将被计算,计算的最
大FS～用于活套静态张力参考值.
卷扬的静态张力值计算如下:
FSw=n~FSmax（6）
式中,FSmax为不同带钢厚度时最大屈服点的张
力;n为活套内的带钢层数,本文中n--6.
同时静态弯曲张力也将通过静态张力来进行
补偿,以保证卷扬电机不致超载.因此静态张力
是用于限制电机的张力.
3.2动态张力
3.2.1概述
动态张力补偿是用于补偿带钢加速和减速以
及活套内的非传动辊的张力.当进行加减速时,采
用张力斜率控制整个活套的张力,以实现活套张
力的增加或减少.如果活套的张力太低,不利于
带钢的对中,同时各层的带钢也可能接触摩擦.
3.2.2每一层张力FA的计算
活套中带钢的动态张力对于活套的控制起着
至关重要的作用,因而动态张力计算的准确性为
活套的平稳控制提供关键的数据.动态张力控制
应计算活套内每一层带钢的动态张力及其动态变
化情况.本文以图2所示的活套为例,分析活套
每层的带钢张力,旨在为常见活套带钢内的张力
分析提供计算公式.
图2中假定带钢共6层,且设定参数如下:
v为活套入口速度（m/s）;a为活套入口加速度
（m/s.）;v为活套出口速度（m/s]）;ao为活套出
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口加速度（m/s）;V1为活套车速度（m/s）;a...为
活套车加速度（m/s）,a..一（ain一）/6;a为辊
的加速度（m/s）;r为非传动辊的半径（m）;J为
非传动辊惯量（kg.m）;m为每米长度重量
（kg/m）;PosAct为活套车的实际位置[m].
6）.（
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'
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（）（8）'
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图2Lin,L1一L6为空套情况下活套内带
钢长度示意图
对每一层活套内的带钢张力FA可分别由如下
公式计算:
1）第1层活套的带钢,1～3号辊加速前的带
钢张力FA.:
FA-一ai（m（Li.+L.+Poshct）+3j/r）（7）
2）第二层活套带钢,4～5号辊间的带钢加速
的张力FA:
:
FA2一FAl+（a+5al..）
×（mL45+2JI/r2）（8）
3）第三层活套带钢,2和3层以及6号辊加
速的张力FA.:
FA.=FA2+（aout+4al...）×（m（L2
+L.+2PosAct）+J/r）（9）
4）7号辊加速的张力F:
F=FA.+（+3a..）J/r（10）
5）第4,5层活套带钢及8号辊加速的张力
FN:
FA5=FA4+（a+2al...）
×（m（L4+L5+2PosAct）+Jx/rx2）
6）第6,7层活套带钢及7号辊加速的张力
FA6:
FA6=FA5+（a.+al..）J/r
+（m（L6+PosAct）（11）
3.2.3活套车卷扬的动态张力补偿的计算
活套车卷扬的动态张力补偿实质上是对活套内
的各带钢层的最小张力进行补偿,以保持活套动态
的平稳运动.通常采用对计算各层带钢的张力进行
比较,以取各层中最小张力的值并加以补偿.
计算如下:
FA;=Min（FA,…,FA）（12）
公式（12）是比较计算活套内各层带钢中张力
最小的计算公式.
其中卷扬上总的张力参考值为:
Ftot=FS一6kiFi（13）
式中,ki为大于或等于1的常数,正常为1.
当Ftot,为负值时意味着张力下降,此时卷扬
必须进行全补偿或过补偿;当Ftot,为正值时意
味着活套张力增加,此时卷扬不需要补偿张力.
实际的经验已经表明保持卷扬的静态张力参考值
作为最小张力对带钢的导向系统是比较好的.
4结语
虽然常用活套的结构仅立式或卧式两种形
式,但其活套小车结构及控制方式较多,运用范
围较为广泛,因而在设计时应根据工艺条件及机
组要求合理的选则所需活套的结构形式及传动力
能系统,以使结构形式不仅能较好地满足工艺及
力能要求,而且又有较好的经济性,是活套设计
过程中的重要环节.同时应通过各机械结构的各
个环节的关联及机械性能,动力能控制并合理地
分配,确保以较小的动力满足较高的条件,以适
应现代市场的需要.
参考文献
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冶金工
业出版社,2007年1月
2刘永丰.酸洗轧机联合机组活套的容量和长度计算.
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北冶金,2007,No.3plot12
4孙业华,王珩.莱钢1500mm热连轧活套控制技术.
中国钢铁业,2007.No.6p28~29
5刘锦林.活套的改造.涟钢科技与管理,2006,No.5
p29~30
（收稿日期:
2008—05—14）
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