连续镀锌机组（精选四篇）
连续镀锌机组 篇1
一、光整机的功能
光整机的功能主要有提高薄板的平直度和平坦度;将光整辊粗糙度复制到板带上;改善板面质量;使板带的屈服平台消失或不太明显。抑制屈服点, 消除屈服延伸, 控制表面粗糙度, 消除锌花 (无锌点) 矫正板形, 通过轧制力和板带张力产生延伸, 消除缺陷。
镀锌板经过光整以后, 对表面质量改善和性能提高有较大的作用。主要有以下几方面。
1. 提高镀锌板的表面平整度, 使表面变得光滑平整。
2. 调整镀锌板表面的粗糙度, 改善产品的涂装性和加工时的润滑性。
3. 改善镀锌板的表面色泽, 使镀锌板获得一个光泽度更加均匀一致的表面。
4. 改善镀锌板的加工性能, 使镀锌板的屈服平台消失或不明显, 能够防止在以后的加工中产生金属滑移线。
二、设备组成
光整机主要由以下设备组成:
1. 轧机:包括以下部分: (1) 轧机主机; (2) 地脚板; (3) 轧辊; (4) 轴承座和轴承; (5) 凸出块; (6) 液压轧制力油缸; (7) 辊式张力计; (8) 抗皱辊和抗横向弯曲辊; (9) 工作辊抛光机; (10) 光整冷轧机传动系统; (11) 轧制线调整设备。
2. 换辊设备:包括工作辊换辊设备和支撑辊换辊设备。
3. 挤干辊。
4. 湿光整系统。
5.边部空气吹扫设备。
三、光整机原理
光整机原理如图1所示。
光整时带钢首先经过入口张力计辊和转向辊, 经过防皱辊进入轧机, 然后经过转向辊和出口张力计辊完成轧制, 其中轧机机架由两个牌坊组成, 并被固定连接在一起, 以减少每个牌坊的各自移动, 牌坊窗口装备有活动块, 其内部放置辊平衡缸和弯辊液压缸。为获得对带钢恒定的延伸率和轧制力的控制, 需在机架两侧安装液压轧制力液压缸, 液压轧制力液压缸有足够的行程, 在满足需要的辊缝及要求的范围内针对不同的辊径变化, 保证轧制线, 并且当带钢在轧制机架内时使换辊稳定。为使焊缝通过时通过伺服阀降低轧制力, 使焊缝顺利通过, 每个轧制力液压缸上都有一个伺服阀和轧辊位置感应器, 当生产线紧急停车时, 轧制力油缸快速打开, 当生产线重新启动时轧制力油缸在低压下闭合, 抗皱辊的实际位置在控制室由电动缸调整, 在工作辊或支撑辊换辊时电动缩回。为保证工作辊表面的清洁, 有一刷子型工作辊抛光机用于上工作辊和下工作辊, 它在生产线作业期间使用, 由电机传动, 并由气缸伸缩。
四、光整辊的凸度选择
光整时, 由于轧制力作用会使光整辊发生弯曲变形, 若辊子无凸度, 则会发生带钢中间光整不足的现象。为了保证整个断面受力均匀, 要用凸度来补偿弯曲变形。选择光整辊凸度时, 应考虑轧辊直径、轧辊长度、轧制力与材质有关的轧辊弹性变形系统、轧辊热膨胀系数等因素, 当光整辊材质和形状固定时, 主要取决于轧制力和工作温度。
五、光整前后张力的控制
张力是光整机的最基本的工艺参数, 影响到光整机的正常运行, 也影响到光整后的产品质量。要真正发挥光整机的效能, 就必须使用延伸率模式, 对镀锌板表面光整的效果也体现在使镀锌板获得的延伸率的大小上。在光整时, 延伸率的获得是张力和轧制力共同作用的结果, 两者是相辅相成的, 如果张力较大, 轧制力可以小一些;如果张力较小, 轧制力就必须大一些。但张力或轧制力太小了, 都无法达到光整的目的。为了使光整机在生产线出现张力波动、速度波动的情况下也能正常运行, 希望张力尽可能大一些, 而轧制力小一些。这样也能减轻板形对光整过程的影响, 防止镀锌板的振动、起皱或瞬时失张, 同时对防止工作辊与镀锌板之间的速度差也有好处。一般而言, 一台较好的光整机前面必须配备一台甚至两台张力辊组。因为后面的拉矫机张力一般都比较大, 有了功率较大的前张力辊, 就可以产生较大的光整张力, 来获得较为理想的光整效果。光整机理想的张力值为单位张力达8 kgf/mm2~10 kgf/mm2左右, 其中出口侧的后张力比入口侧的前张力高约10%~20%。这样的张力实际比拉矫机的张力仅略小了一点。如低于这样的数值, 就要靠较大的轧制力来弥补。
六、光整辊粗糙度的控制
冷轧热镀锌的用途不同, 对板带表面粗糙度的需求也不同, 如制造汽车外壳用的特殊冲板, 需求表面具有较高的粗糙度, 一般为Ra1.5 um, 而作为涂漆和涂塑料等一般用途时仅为0.5 um。为达到这一要求, 根据经验, 经过光整的镀锌板表面粗糙度是光整辊表面粗糙度60%左右, 因此可以通过控制光整辊表面粗糙度满足要求。
在生产实践中, 如果根据镀锌板面不同的粗糙度经常换辊的话, 就给操作带来很大的麻烦, 并且这样做既不经济也无必要。因此在生产中, 由于磨损使光整辊表面的粗糙度由大到小, 根据经验为热镀锌机组所准备的光整辊只能选用2 um~2.5 um, 在安排生产时, 按照板面粗糙度的要求从大到小进行生产编排, 即把粗糙度较高的产品安排最先光整, 而粗糙度要求较低的产品放在最后光整, 一直到光整辊表面的粗糙度低于0.875 um才进行换辊。为了充分发挥光整机的效能, 编制生产程序时, 规格应由宽到窄, 粗糙度由大到小, 为了更好控制带钢厚度, 将厚度≤0.6 mm的列一组进行生产。
七、光整缺陷的成因及消除方法
不同的缺陷产生的原因不同, 排除的措施也不同, 下面介绍几种常见的排除方法:A.出现光整花时, 应减少轧制力或增大张力。B.出现非光整边时应增大轧制力。C.出现压印时应清洁辊面。下边是作者工作中遇见的常见光整缺陷的原因及消除方法。
1. 光整斜纹。
特征:带钢出光整机后, 在钢板两侧出现的呈45°角, 向外发散的羽毛状斜纹, 一般称之为光整斜纹。
成因与消除方法:带钢进光整机前的张力过小, 呈折皱状进入光整机;或者光整机轧制力大, 带钢在光整机入口受阻导致带钢出现的不均匀延伸现象。另外带钢表面的锌层出现较大波动时也会出现此种缺陷。通过优化光整机工作辊、支撑辊辊型, 改进其前后张力控制, 调整抗皱辊位置控制模式以及编写自动控制程序等方法, 使光整斜纹缺陷得到基本消除, 提高了光整质量和使用效率。
2. 光整亮点。
特征:亮点缺陷是指带钢经过光整机后表面呈现出局部针状或点状锌花, 呈凹坑状。亮点出现的时间和位置没有规律, 或分散或聚集。该缺陷在经过涂漆后, 凹坑程度会放大, 影响表面涂覆性能。
成因及消除方法:亮点缺陷的产生过程就是光整机工作辊被污染的过程, 带钢镀层表面上的小锌粒会在变形期间脱落, 脱落掉的锌粒黏附在辊缝内吸引其他锌粒便形成了较大的锌块, 当锌块随着辊子转动时便阻碍了工作辊粗糙度对带钢的传递, 最终造成带钢表面的锌花没有被光整掉, 经过光整之后锌花仍然清晰可见。生产中可以相应降低锌液中AL的含量, 保持在0.15%~2%之间, 相应的气刀的高度低点, 气刀压控制小点, 避免锌液飞溅;另外经常用高压水枪对光整辊进行冲洗也可以减轻亮点缺陷。
八、结束语
随着钢铁市场对镀锌薄板质量要求越来越高, 对镀后光整板板形要求也越来越重视, 那么光整也就越发显现出重要的作用。经过光整后的镀锌板, 能够适应不同客户的需求。在以后的生产实践中, 需要对光整设备不断完善和改进, 提高镀锌板的质量, 以适应当前市场的各种需要, 提高光整产品的经济效益。
参考文献
[1]倪百祥.实用镀锌技术[M].北京:机械工业出版社, 010
[2]李九龄.带钢连续热镀锌[M].北京:冶金工业出版社, 001
热镀锌机组活套张力控制研究与改进 篇2
攀钢钒冷轧厂热镀锌机组于2004年4月上线,整个控制系统是由Celecim公司负责。以前生产以薄规格带钢为主,张力波动不明显;为了适应市场需求变化,近年生产以厚规格带钢为主,生产中发现活套在充放套时张力波动较大,多次曾因张力波动造成退火炉内带钢跑偏甚至断带的情况,严重制约了机组的顺行。2012年,作者对活套张力控制各环节进行分析后,对控制系统进行了优化,解决了活套张力波动的问题,保证了热镀锌机组的顺行。因为入出口活套控制相似,因此下面主要针对入口活套的控制进行讨论。
1 活套控制工艺
如图1所示,立式活套由活套电动机、固定梁、动梁(也称活套车)、滑轮组、配重、纠偏辊等组成。活套电动机的功率为160kW,由佳木斯电机生产厂提供,其控制采用西门子6ES70系列变频器,控制系统采用西门子S7-400 PLC。活套车上下运行及钢带张力的产生,由PLC通过变频器控制活套电动机完成。
1—带钢;2—活套车及动辊组;3—配重;4—活套定辊组;5—纠偏辊;6—活套电动机;7—减速箱;8—卷扬机卷筒; 9—滑轮组。
入口活套正常生产时处于满套状态,开卷机换卷操作时,存储于活套中的带钢以工艺速度(整个工艺段设备运行速度)向工艺段输送(放套)。当换卷工序完成后,入口段以高于工艺速度30%～40%的速度向入口活套送带(充套),活套仍以工艺速度向工艺段送带,直到入口活套充满钢带(满套)后[1],入口段与工艺段的速度保持同步速度运行。出口活套工作过程与入口活套类似,通过活套充套和放套动作的交替进行,使镀锌机组保持连续稳定生产。为了平衡活套车的自重和减小活套电动机的起动转矩,立式活套设置了配重,活套车与配重之间用链条连接,在桁架的内侧装有配重上下运行的导轨。入口活套和出口活套的配重共有4个,每个7.2t,总计28.8t。
2 张力波动原因及对策
热镀锌机组工艺对张力控制精度要求高,从2011年底起,机组生产极限厚规格带钢时,入口活套在充放套时张力波动大,波幅达40%;而带钢是刚性的,入口活套张力的波动,直接影响到后序设备张力的控制,特别是退火炉4～6区的带钢在炉内经过高温退火,长度和硬度发生了变化,炉内的张力控制既要保证张力波动可控还不宜过大,也不能过小,并且要稳定,因为过大易导致拉筋,过小易导致打滑跑偏,如果活套张力波动过大,则不仅不利于通板,且极端情况下还会直接导致张力控制环节饱和而失去调节作用。 图2为2012年2月11日上午的一次入口活套张力波动情况。
从图2看,在入口停止焊接带钢头尾时,活套需要放套,焊接完成后需要充套,这时入口活套的张力波动直接影响到工艺段退火炉区域的张力控制,入口活套张力突然变大后,退火炉4区、6区和锌锅区张力出现大幅波动,退火炉6区的张力控制长时间处于饱和状态,张力调节作用丧失。张力波动过程中,带钢在炉内打滑、跑偏、挂裂,甚至挂断,最后导致机组的断带保护动作,工艺速度从80m/min下降为0,机组停机。
由上可见,入口活套的张力波动是影响机组各段张力调节的重要因素,可能导致机组停机,从而影响机组的顺行。为了减小活套张力波动,首先分析活套张力控制模型,然后找到对张力控制产生影响的主要因素,最后再采取相应的对策予以改进。
2.1 活套张力控制模型
热镀锌机组入口立式活套采用恒张力控制[2]。在机组正常运行时,活套车的位置保持不变,入口段与工艺段保持同步速度运行;入口段停车焊接带钢头尾时,活套放套,保证工艺段的速度稳定;带钢焊接完成后,入口段升速,给活套充套。活套电动机的速度给定由活套前后张力辊速度偏差决定,如图1所示,正常运行时,1#张力辊速度v入和2#张力辊速度v出与工艺速度v0相等,活套处于满套状态或者活套车位置保持不动;入口段停车换卷时,v入=0,v出=v0,活套车上升,活套车的速度v活=v入-v出<0,此时活套电动机反转,活套放套;入口段换卷完成后,v入超前v0(超前率30%～40%),v出仍保持不变,v活=v入-v出>0,活套车下降,此时电动机正转,活套充套。
入口活套的张力由活套电动机提供,活套张力大小由活套电动机的输出转矩决定[3]。在实现活套恒张力控制时,原程序中考虑了静态张力力矩、惯性力矩和速度差补偿力矩,其中,静态张力给定由操作人员根据带钢规格在人机画面上手动设定,惯性力矩主要补偿加减速过程中遇到的阻力,速度差补偿力矩是根据后期调试,在程序中通过速度给定和反馈的差值来进行转矩补偿。
优化前的活套张力力矩给定[3,4]
M=M1+M2+M3 (1)
其中,M1为静态张力力矩;M2为惯性补偿力矩;M3为电动机速度差补偿力矩。
(1)静态张力力矩M1
按照工艺要求,活套电动机提供带钢张力,同时平衡带钢前后的张力。
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式中,T为活套静态张力设定值;D为卷扬机卷筒直径;i为卷扬机速比。
(2)惯性补偿力矩M2
活套卷扬机的运动方式是旋转式的,由于卷筒质量比较大,为了保持加减速时的张力恒定,因此在活套电动机加减速时,需要补偿由此带来的惯性损失,活套电动机的惯性补偿力矩
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式中,GD2为卷扬机卷筒的飞轮矩(查产品目录可得);n为卷扬机卷筒的转速;t为时间。
(3)速度差补偿力矩M3
在转矩的补偿中,为了使电动机实际速度能迅速跟随给定的变化,还增加了电动机速度差补偿力矩,这是来自Celecim公司的专有技术,即测定多组电动机给定速度下的实际转速及转矩,然后利用Excel的拟合功能得到速度—转矩一元一次曲线和方程式,在PLC中利用方程式计算得出速度差补偿力矩,最后叠加到张力力矩给定上,通过Profibus网络发送到传动变频器装置以调节电动机转矩,保证电动机在加减速时能快速响应给定。
M3=F±Pvs (4)
式中,F为拟合产生的电动机最小转速点的转矩;P为拟合时产生的系数;vs为电动机给定速度。公式中的加减号由电动机给定速度的正反转方向决定。
式(2)～(4)计算的3个力矩叠加作为入口活套电动机的总转矩给定。
由活套张力控制模型可知,在机组稳速运行时,活套的力矩主要由静态张力力矩决定。在活套建张启动但机组没有运行前,只按人机画面设定张力的50%计算静态张力力矩,活套处于低张控制状态;在机组运行后,按设定张力的100%计算静态张力力矩;在活套充放套时,力矩中增加了惯性补偿以及速度差补偿。在西门子PLC中计算出总的力矩后,通过Profibus网络发送给变频器,调节电动机输出转矩,控制活套张力的大小。
2.2 活套张力波动原因及补偿
入口活套为立式结构,充套时,活套小车向下运动;放套时,活套小车向上运动,因此活套小车的自重、配重以及活套内带钢自重变化对张力控制会产生影响。另外,充放套时,1#张力辊要分别经历加速和减速过程,因此其速度响应快慢也会影响活套速度的给定,对活套张力控制产生影响。
2.2.1 活套和活套车自重的影响
由2.1节分析可知,原活套张力模型没有考虑活套内带钢自重变化的影响,并且没有对活套小车自重和配重进行补偿,因此在机组生产厚带钢以及充放套的时候,活套张力波动大。
在对钢带自重进行力矩补偿时,首先要计算钢带自重,活套内钢带自重[5]
G1=HSWCρg (5)
式中,H和S分别为活套的高度和层数(本机组中活套车有效行程即最大高度为25m,层数为16);W为带钢宽度;C为带钢厚度;ρ为带钢密度;g为重力加速度。
在对活套小车配重进行补偿时[6],先利用电动机旋转方向判断活套充放套的方向,然后根据活套充放套的方向,在钢带自重中叠加或减去活套小车的配置。
活套小车和带钢的自重以及配重总的重力力矩补偿[6]
M4=K(G1+G2±G3) (6)
式中,G2为活套车重力;G3为配重;K为调试系数,根据实际情况选取,攀钢钒冷轧厂热镀锌机组取0.6。
将M4代入电动机输出转矩的计算中参与活套张力控制,M=M1+M2+M3+M4,该转矩考虑了活套内带钢存储量的变化、活套小车自重以及配重,因此减小了充放套过程的张力波动。
2.2.2 张力辊速度的影响
1#张力辊由2台电动机驱动,在放套和充套时,1#张力辊要进行相应的加减速。我们发现在张力辊加减速过程中1#电动机速度响应慢,特别是在加速时不能快速起动,具体如图2所示,1#张力辊的速度给定发生变化后,实际速度没有快速跟随给定。如前所述,活套电动机的速度给定来自活套前后1#张力辊和2#张力辊的速度偏差,因此1#张力辊电动机速度响应慢也导致活套张力出现波动。我们对此问题进行研究后,发现是设备维修期间更换电动机后传动装置没做相应优化引起的,因此需要根据Celecim公司电动机速度-转矩优化补偿公式(式(4))计算1#张力辊电动机补偿转矩,以保证电动机实际速度能迅速跟随给定的变化。
优化时,首先给定多组典型速度,记录(本机组采用Ansaldo公司的软件,可以直接将传动装置的参数记录到Excel表中)不同速度段下的电动机实际转速和转矩,取200个速度对应下的转速和转矩平均值后输入到Excel表中(图3上方),然后利用Excel的拟合功能得到一元一次曲线和方程式(图3下方),同时得到F和P值,再经PLC计算就可以得到速度差转矩补偿值。图3中,vst为给定速度,nt为实际转速,Mt为相应的电动机转矩;实线为实际测试得到的曲线,虚线为通过Excel的拟合功能自动生成的一元一次理想曲线。
通过对张力辊电动机速度差转矩进行补偿,电动机的速度反馈能很好地跟随给定。值得注意的是,为了减少活套入口张力辊电动机速度波动对活套电动机速度的影响,在对活套电动机进行控制的过程中,当机组稳定运行时,以入口张力辊电动机速度给定值作为活套电动机的参考速度。但是,在活套入口张力辊起停、速度给定与反馈出现差异时,为了降低其对活套张力控制的影响,读取张力辊的实际速度作为活套电动机的参考速度。这样就减小了张力辊电动机在低转速变频运行时速度超调对活套张力的影响,减小了由于实际速度波动对张力控制的影响。
3 结束语
对热镀锌机组活套张力控制研究后,通过增加配重、活套车以及带钢量的补偿计算,对活套入口张力辊电动机通过速度-力矩曲线进行优化,使活套控制系统的动、稳态性能良好,充放套时张力波动从40%下降到8%以下,稳定运行时波动 小于2%,优化后的机组张力减少了对后序设备张力控制的影响,完全满足生产工艺的要求。
参考文献
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平整机在热镀锌机组中的应用 篇3
上海梅山钢铁股份有限公司 (以下简称“梅钢“) 冷轧热镀锌机组主要工艺流程为开卷、入口活套储钢、清洗段、连续卧式退火、锌锅镀锌、水淬冷却、平整拉矫、化学涂镀处理、出口活套储钢、卷取, 其中工艺段最重要的装备就是平整和拉矫段。带钢经过再结晶退火后, 必须进行平整轧制来消除退火后带钢的屈服平台, 改善带钢的组织结构, 减轻和消除带钢在退火过程中因受热变软变形带来的板形缺陷, 改善带钢表面的光滑度, 提高带钢的机械性能和屈服强度。为后续深加工创造良好条件。
平整机平整压下是一种小压下率的二次轧制, 由于平整机压下率小, 厚度难以精确预测, 在实际的生产过程中, 平整工艺过程主要是通过调节轧机轧制力和前后张力的大小来达到期望的带钢延伸率从而达到所需要的机械性能。
梅钢冷轧热镀锌生产线平整机由宝钢自主设计制造, 采用先进的电液伺服系统实现精准的轧制力和张力控制来达到对带钢延伸率的控制要求。
1 轧制线主要工艺参数和平整机段主要结构
热镀锌机组带钢厚度:0.2～1.2 mm, 带钢宽度:700～1 250 mm, 工艺段主线速度:0～160 m/min, 平整机推上系统最大轧制力:400 t/std, 最大弯辊力:20 t/chock, 最大延伸率:2%。梅钢热镀锌机组平整机段主要由2个张力辊组、2个张力仪、2个液压推上缸、1个弯辊缸组成。平整机前张力辊组是由4个张力辊组成, 后张力辊组由2个张力辊组成, 前后2个张力辊组在平整机前后建立稳定的带钢张力, 张力仪则将检测到的张力反馈到主线控制器PLC, PLC通过对张力辊的速度控制来实现带钢张力的控制和延伸率的控制;平整机轧制力的大小控制是由下支撑辊操作侧和传动侧各一个液压推上缸的提升和下降来实现;平整机弯辊力是由安装在工作辊之间的弯辊缸来实现, 梅钢热镀锌机组平整机只安装了正弯辊缸, 只能实现正弯辊力的改变。
2 平整机的控制方式分析
延伸率和轧制力是平整机轧制中最重要的两个工艺参数, 是保障带钢质量的重要手段。平整机在投入使用时, 其控制方式有两种, 一种是恒轧制力控制模式, 一种是恒延伸率控制模式, 两种控制方式不可能同时保持平衡, 恒延伸率模式下, 根据带钢的钢种来通过连续调节轧制力, 轧制力会随带钢某些区段特性的波动而波动;恒轧制力模式下, 由于带钢特性的不同而保持轧制力的恒定也会造成带钢延伸率的不稳定。针对不同特性和不同表面质量要求的带钢, 工艺人员选择不同的平整机工作模式, 同时对该模式下轧制力、延伸率、前后带钢张力、弯辊力进行手动干预微调节。
2.1 平整机恒轧制力控制模式
恒轧制力控制模式, 就是在整卷带钢平整的过程中, 保持平整机轧制力基本不变, 采用张力和轧制力的闭环控制。平整机在进行规格切换时, L2级系统或者在L1级操作人员根据现场带钢的规格 (包括带钢的厚度、宽度、屈服强度等) 参照工艺参数表进行轧制力、延伸率、轧机前后带钢张力参数切换, 为了达到需要的延伸率和表面质量, 操作人员根据实际情况手动微调带钢张力和轧制力给定, 当延伸率和表面质量稳定后, 则保持轧制力和张力不变, 对于同一卷带钢而言, 其特性基本一致, 在平整机前后张力恒定、轧制力恒定, 表面质量变化很小, 但带钢的实时延伸率会略有波动。
平整机恒定轧制力的控制过程如下, 当平整机投入使用后操作人员选择恒轧制力平整模式, 此时, 平整机先以主线速度运转, 液压缸推上伺服系统开始启动, 推上缸将平整机下支撑辊推上提升, 在平整机液压缸上升开始到轧制力达到预设定值的过程中, 液压伺服系统的整个控制过程在电气控制程序中包括两个阶段, 分别为自动位置控制 (APC) 和自动轧制力控制 (AFC) , 当合轧制力达到500 kN之前, 以液压缸提升位移量作为控制输出, 以现场磁尺检测到的液压缸的位置作为反馈构成闭环, 此时执行APC控制算法;在执行APC控制同时进行轧制力监控并作出实时判断, 当压力元件检测到合轧制力达到500 kN时, 控制模式自动由APC控制切换到AFC控制, 此时, 以液压检测元件检测到的轧制力为控制对象, 以轧制力作为反馈构成闭环, 执行AFC控制算法, 当轧制力达到L1/L2预设定值时或者在允许的偏差范围 (±5 kN) 以内时, 伺服系统执行保压控制, 稳定轧制力。
平整机在APC和AFC控制模式下, 执行机构均为液压伺服阀, 只是在两个不同的阶段执行两套不同的参数, 如图2所示, 在APC控制和AFC控制算法中, 分别是两套不同的PI参数, 这两套参数均是在调试初期做空载轧制实验所得, 在实验过程中, 根据伺服阀门的特性来整定PI参数, 使得伺服系统包括响应时间、超调量、稳态精度等参数在允许的范围以内。伺服系统采用单独的一个PLC的高速CPU控制, 此硬件扫描时间5 ms, 弯辊缸响应扫描时间10 ms, 主线PLC的CPU扫描时间为20 ms。响应时间短, 超调量少, 稳态误差小, 这样在极短的时间达到设定的轧制力, 从生产角度考虑, 这些值越小, 表面质量变化越小, 损失的带钢就越少, 合格率就相对要高。
2.2 平整机延伸率控制模式
恒延伸率控制模式, 就是整卷带钢在平整的过程中都采用稳定的延伸率。在带钢规格切换之后, 恒延伸率参数同时自动切换, 此时系统会根据设定延伸率自动调节带钢张力和轧制力, 此时, PLC程序对延伸率控制实行两套自动调节方法, 一种方法是先根据给定的参考轧制力的值调节实际的轧制力, 当达到设定的最大轧制力时的延伸率仍不满足要求, 则调节带钢张力直至延伸率达到设定值;另外一种方法就是先调节轧机前后带钢张力值直至设定的最大值来判断延伸率是否符合要求, 再调节轧制力的值, 直至实际延伸率满足要求。
带钢延伸率测速原理
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式中 e为延伸率, L2为出口带钢长度, L1为入口带钢长度。
延伸率的测定及其实现方法, 根据公式延伸率的测定需要同时测定某段固定长度的入口带钢经过平整之后的出口的带钢长度, 梅钢冷轧热镀锌平整机延伸率的测定就是采用这种方法计算的, 平整机前后各一个张力辊, 采用前张力辊PLG的定额脉冲 (入口定长带钢) 来同时硬件采样后张力辊PLG的计数脉冲的方法来计算出口带钢的长度, 再通过上述的公式即可计算得到带钢的实际延伸率。
在恒延伸率控制模式下, 恒延伸率的实现方式主要是将延伸率给定值和反馈值作为延伸率控制算法的输入, 经过运算后将结果输出到张力辊传动控制中, 作为速度增量补偿值叠加到主线速度上。轧机前后带钢张力的控制分别控制不同的辊速, 前张力的控制则是将张力控制运算后的速度增量叠加到主线速度上作为平整机支撑辊的速度给定;后张力的控制则是将后张力控制算后的速度增量叠加到主线速度上作为平整机后张力辊速度给定。当执行延伸率控制模式时, 设定的轧制力和带钢张力已经不再保持恒定, 而是根据实际的延伸率的变化作相对地增加或减少。
平整机对延伸率的控制过程中有个不受控的量就是带钢表面质量。对于厚度较薄的带材, 通过改变前后张力的大小来控制带钢的延伸率效果十分明显, 带钢越薄, 调节张力改变延伸率的效果越明显, 但是带钢承受的张力跟带钢的厚度有关系的, 是有限度的, 电机的转矩大小也限制张力过大, 这时, 通过控制轧制力的大小不能满足要求, 这时就要配合改变轧制力参数来满足要求。在实际的操作过程中, 未来得到较好表面质量的带钢, 往往也会对带钢的实际延伸率适当降低要求。
3 结束语
作为电气方面的精度要求, 平整机的延伸率、轧制力、前后张力、弯辊力这些参数的响应时间、控制过程中的超调量和正常轧制期间的稳态误差等要求, 都需要在规定的范围以内。在实际的生产过程中, 考虑到有些带钢的钢种、宽度、厚度、屈服强度、表面平直度等参数会有变化, 这就要求操作人员根据现场平整的效果实时修改数据, 主要需要考虑的因素包括平整后的表面质量、实际的带钢延伸率。针对不同类型的钢种和工艺需求, 工艺方面一般会有张力参数范围表, 这些参数通过理论计算和大量的经验数据所得, 熟练地操作人员会比较熟练地量化调节张力的大小来改变带钢延伸率。
参考文献
[1]曹平.平整机液压推上控制系统的故障及排除[J].冶金自动化, 2008, (5) :63—64.
[2]赵春涛, 王晨, 高坚.平整机压下系统稳态性能分析[J].机床与液压, 2008, (11) :67—68, 72.
连续镀锌线退火炉氢氮混合站控制 篇4
武汉钢铁集团公司二冷轧连续镀锌线立式退火炉氢氮混合站由比利时Drever公司负责设计,第一冶金建设公司机电工程安装分公司全程参与了项目的建设。项目的调试由外方和我公司人员共同完成,于2006年投入生产使用。该系统精确控制了氢氮混合气的压力、流量和体积分数,使炉膛达到合适的保护气氛环境。不仅增强了带钢与镀层之间的结合力,也保证了其在退火炉内不被氧化,进一步提高了热镀锌板的质量。[1]
1 工艺要求
带钢热退火过程对炉内气体环境有严格的要求。工艺要求炉膛压力要略高于炉外压力,炉内应充满大约95%N2与5%H2的混和气体,即保护气。氢氮混合气在混合站中按正确比例混合完毕后再注入炉膛,以避免空气进入炉内使带钢氧化,这是退火炉控制中的关键一环。表1为混合站N2和H2的工艺参数。
氢氮混合站有两条用于N2和H2的独立管路,它们分别连接到混合单元进行气体混合。当混合气参数达到工艺要求后,再送到退火炉内。H2管路还配有一支放散支路,用于紧急情况下H2的放散。
氢氮混合站工艺流程如图1所示。
系统主要控制对象包括:N2减压阀前温度(TE01)、压力(PIT01)、流量(FIT01)、压力低(PSL01),压力调节阀(PCV01),主切断阀(SSV01),减压阀后压力(PIT02)、流量(FIT02);H2减压阀前温度(TE01)、压力(PIT01)、流量(FIT01)、压力高(PSH01)、压力低(PSL01),压力调节阀(PCV01),主切断阀(SSV01,SSV03),切断阀1后压力低(PSL02),放散阀(SSV02),减压阀后流量调节阀(FCV01);氢氮混合气H2体积分数分析(AIT01)。
2 控制系统构成
混合站控制系统采用西门子公司的Simatic S7过程控制系统作为自动化系统硬件平台。整个系统包括1台工程师站/操作员站(装有Step7 和WinCC软件),1个操作员站(装WinCC软件),2个CP1613网卡,1个CPU 315-2DP中央处理器,2个分布式I/O站ET200M,3个电源模块,1个通信处理器CP343,2个通信模块IM153,若干个信号处理模块(SM321,SM322,SM331,SM332)[2]。控制系统的硬件配置如图2所示。
混合站的程序设计采用西门子公司的Step 7软件,工控机则用西门子公司的WinCC作为人机界面。系统实现了对现场各设备的控制,过程参数的在线检测、显示和调节,数据的采集、报警、历史趋势记录等功能。[3]
3 主要控制功能
氢氮混合站的控制主要有以下几个部分:(1)关闭、N2、N2净化和氢氮混合4种模式的控制和切换;(2)氢氮混合站的泄漏测试控制;(3)N2流量控制;(4)H2流量控制;(5)H2体积分数控制。混合站的控制系统框图如图3所示。
3.1 控制模式
氢氮混合站有4种控制模式:
(1)关闭模式。此模式没有气体注入炉膛,只有在维修或停炉冷却时才选择。
(2)N2模式。此模式是缺省模式或后备模式。如果在氢氮混合时氢氮混合模式过程条件丢失,就自动回到N2模式。
(3)N2净化模式。此模式的目的是净化炉膛以恢复中性的气体环境。一旦选择此模式,注入炉膛的气体流量设定值将自动从混合模式设定值切换到净化模式设定值,从而使N2管路压力变化以达到所需的N2净化流量值。
(4)氢氮混合模式。此模式的目的是混合N2和H2以达到操作所需的H2体积分数,是通常的运行模式。
各模式的启停都由顺控功能实现,各模式间切换要遵循图4所示的顺序。当操作站选择某种运行模式时,根据混合站当前运行的不同模式,顺控程序给出不同的顺控步骤,最终控制N2压力调节阀(PCV01)和N2主切断阀(SSV01),实现模式间的平稳切换。
3.2 泄漏测试
当氢氮混合站H2和N2管路压力不能达到工艺要求时,泄漏测试功能启动。系统检测到减压阀前H2压力高(PSH01)、H2压力低(PSL01)、N2压力低(PSL01)和H2切断阀1后压力低(PSL02)信号后,则连锁关闭H2切断阀1(SSV01)和H2切断阀2(SSV03),打开H2放散阀(SSV02),将H2管路直接通大气放散。然后依据工况切换到N2模式,往炉膛内通入一定压力和流量的N2。
3.3 N2流量控制
N2流量包括减压阀前和阀后的N2流量,依据现场测得的N2温度(TE01)、压力(PIT01,PIT02)和流量(FIT01,FIT02)经温压补正计算后得到标准状态下的流量[4]。减压阀前和阀后N2流量在HMI上都有显示,其中阀后N2流量采用常规PID控制方式,并作为H2流量控制串级模式的副变量,在式(1)中用来计算H2流量控制器的设定值。
3.4 H2流量控制
依据现场测得的H2温度(TE01)、压力(PIT01)和流量(FIT01)经温压补正计算后得到标准状态下的流量,作为H2流量控制器的测量值。H2流量采用串级模式控制,控制输出作用于H2流量调节阀(FCV01)以使流量达到设定值。[5]
H2流量控制器的设定值可在0～55 m3/h内选择,其值按式(1)进行计算。
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式中,QH2为H2流量设定值,m3/h;φSP(H2)为H2体积分数设定值(0～1);φCOR(H2)为H2体积分数校正值(0～1);QN2为N2流量,m3/h。
当混合站运行在氢氮混合模式且H2流量控制器在串级模式时,H2流量测量值和设定值之间的偏差需要实时监控。程序先检测H2流量设定值和测量值之间的偏差,然后将计算结果和设定的偏差参数相比较,一旦流量偏差值超过参数的规定值,则系统报警,氢氮混合停止,混合站进入后备模式——N2模式。
3.5 H2体积分数控制
当混合站运行在氢氮混合模式时,依据退火炉工艺要求,H2体积分数控制器的设定值范围为2.5%～5.5%。混合单元出口处的H2体积分数分析仪(AIT01)实时监测混合气中的H2体积分数,并作为H2体积分数控制器的测量值参与H2体积分数的PID控制。在实际应用中,为了保证H2体积分数测量值的可靠性,可通过式(2)计算出一个H2体积分数计算值,并实时监控H2体积分数计算值和测量值之间的偏差。一旦此偏差超过规定值,则系统报警,停止氢氮混合操作,混合站进入N2模式。
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式中,φ(H2)为H2体积分数计算值,%。
在氢氮混合模式下,可以在±1%的范围内对H2体积分数进行校正。按式(3)可以计算H2体积分数的校正值,并可在式(1)中用来计算H2流量设定值。
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式中,φCOR(H2)为H2体积分数校正值;Yout为H2体积分数控制器输出;CCOR为系数,根据工艺要求确定。
4 系统运行效果
氢氮混合站系统采用上述控制方法后,通过使用高可靠性的PLC和上位机,不仅对H2 和N2的重要工艺参数进行了实时监控,对氢氮混合过程进行了快速精确的手动、自动调节,而且保证了4种模式间的及时准确切换。自投入生产以来混合气H2体积分数的控制精度在±0.1%以内,系统响应时间提高了10%,炉况稳定性也大大提高,保证了热镀锌板的质量。
摘要：在连续镀锌线生产过程中,由于退火炉内氢氮混合气的质量直接影响热镀锌带钢的品质,所以氢氮混合站的可靠性关系到连续镀锌线的正常运行。武汉钢铁集团公司二冷轧连续镀锌线立式退火炉氢氮混合站引进比利时Drever公司技术,对氢氮混合站采用4种控制模式,在不同的工况下各模式间采用相应的切换顺序。系统通过对H2和N2流量的精确控制,使得混合气中H2体积分数稳定在工艺要求的5%,其控制精度保持在±0.1%以内。本文介绍氢氮混合站的过程控制流程,PLC系统构成和主要控制功能的实现。
关键词：镀锌线退火炉,氢氮混合,流量控制,体积分数校正
参考文献
[1]孙一康,童朝南,彭开香.冷轧生产自动化技术[M].北京:冶金工业出版社,2006:198-202.
[2]邱道尹.S7-300/400 PLC入门和应用分析[M].北京:中国电力出版社,2008:101-103.
[3]王颖,王永华,秦炳熙.基于PLC连续退火炉控制系统[J].自动化技术与应用,2006,25(10):51-53.WANG Ying,WANG Yong-hua,QIN Bing-xi.PLC con-trol of a continuous annealing furnace[J].Techniques ofAutomation&Applications,2006,25(10):51-53.
[4]厉玉鸣.化工仪表及自动化[M].北京:化学工业出版社,2006:26-30.