連退爐帶鋼張力控制的改進(jìn)

彭善忠

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司， 山東 萊蕪 271104）

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

連退爐帶鋼張力控制的改進(jìn)

彭善忠

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司， 山東 萊蕪 271104）

簡(jiǎn)要分析了連續(xù)退火爐內(nèi)，溫度與帶鋼張力分布控制的關(guān)系，指出原設(shè)備張力控制的不足，以及爐內(nèi)細(xì)分張力后電控系統(tǒng)相應(yīng)的改造。

帶鋼溫度 張力分布 閉環(huán)控制

鄂鋼冷軋薄板廠熱鍍鋅生產(chǎn)線，采用目前世界上最先進(jìn)、較廣泛使用的美鋼聯(lián)法生產(chǎn)工藝。其還原法全立式退火爐，采用全輻射管間接加熱，加熱均勻控制簡(jiǎn)單，板型好，克服了國(guó)內(nèi)大多數(shù)機(jī)組難以生產(chǎn)薄板的缺點(diǎn)。連退爐內(nèi)共設(shè)22個(gè)爐輥，分上下兩層，高度相差17.8 m，可運(yùn)行帶鋼長(zhǎng)度320 m。其中，底層4號(hào)爐輥為張力輥，用于爐內(nèi)帶鋼張力閉環(huán)控制。

鍍鋅連退爐投產(chǎn)以來(lái)，燃燒系統(tǒng)運(yùn)行比較正常，基本達(dá)到了其設(shè)計(jì)的加熱能力。但是爐輥控制還存在不足，比如帶鋼在爐內(nèi)的劃痕、瓢曲、跑偏、折皺，甚至斷帶也時(shí)有發(fā)生。恢復(fù)爐內(nèi)斷帶少則一天，多則三四天，還有大量的廢品生成，使生產(chǎn)很被動(dòng)。其次，產(chǎn)品質(zhì)量也上不來(lái)。因退火環(huán)節(jié)產(chǎn)生表面有缺陷的帶鋼，占整個(gè)次、廢品的50%，導(dǎo)致鍍鋅卷銷售的贏利能力大大降低。

1 機(jī)理分析

連續(xù)退火是熱鍍鋅線生產(chǎn)高質(zhì)量冷軋帶鋼鍍鋅卷的關(guān)鍵，帶鋼在退火機(jī)組中，進(jìn)行再結(jié)晶退火處理，以完善帶鋼的微觀組織，提高帶鋼的塑性，以改善沖壓成形性能。帶鋼具有合適的張力，是帶鋼高速運(yùn)行中防止帶鋼跑偏、打滑和熱瓢曲，獲得良好帶鋼板形的重要條件之一。張力的波動(dòng)不僅會(huì)影響帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致帶鋼斷帶。在帶鋼連續(xù)退火的過(guò)程中，由于溫度的變化，使帶鋼產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的熱脹冷縮的現(xiàn)象，對(duì)帶鋼的張力影響很大。當(dāng)帶鋼溫度升高時(shí)，帶鋼因受熱膨脹而伸長(zhǎng)，在不進(jìn)行控制的情況下帶鋼張力會(huì)減小。當(dāng)帶鋼溫度降低時(shí)，帶鋼因冷卻收縮而縮短，在不采取任何調(diào)節(jié)的情況下帶鋼張力會(huì)增大。其次，由于溫度的變化，帶鋼的彈性膜量也將發(fā)生變化，也就是說(shuō)，爐內(nèi)帶鋼產(chǎn)生彈性變形的難易程度也在不斷變化，溫度升高硬度變軟，容易將帶鋼拉伸、變形、斷帶。

所以，影響帶鋼張力控制的因素，主要是溫度的變化量。鍍鋅連退爐內(nèi)溫度的變化量很大，舉例說(shuō)明：當(dāng)生產(chǎn)0.75 mm的鍍鋅板時(shí)，帶鋼溫度在加熱一、二段時(shí)由環(huán)境溫度上升到740℃，在加熱三、四段時(shí)又上升到780℃，在均熱段時(shí)保持在770℃。在快冷段又逐步降溫至540℃，至均衡段保持在520℃左右，爐內(nèi)最大溫差相隔260℃。由此可以看出，帶鋼在連退爐內(nèi)張力的變化量很大。而原有的張力控制系統(tǒng)并沒(méi)有考慮到爐內(nèi)溫度的分布，以偏概全，取其一點(diǎn)（4號(hào)爐輥）作為整個(gè)爐內(nèi)張力的閉環(huán)控制，效果肯定不佳。因此，要想提高退火產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，一定要保證帶鋼在連續(xù)退火過(guò)程中具有合適、穩(wěn)定的張力。

2 改進(jìn)措施

2.1 依帶鋼在爐內(nèi)的退火曲線（如圖1）細(xì)分爐內(nèi)帶鋼張力設(shè)定

圖1 爐內(nèi)退火曲線

為了改善爐內(nèi)張力的控制，依照?qǐng)D1所示，將爐內(nèi)帶鋼張力分布為四段，分別進(jìn)行設(shè)定。結(jié)合各段溫度、變化趨勢(shì)和工藝特點(diǎn)，將第一段（加熱一、二段）的張力系數(shù)設(shè)為0.90，第二段（加熱三、四段）的張力系數(shù)設(shè)為0.80，第三段（均熱段）張力系數(shù)設(shè)為0.75，第四段（快冷均衡段）的張力系數(shù)設(shè)為1。它們分別乘以加熱爐張力設(shè)定值作為爐內(nèi)各段的張力設(shè)定值。

2.2 穩(wěn)定各段帶鋼張力

根據(jù)已有設(shè)備狀況及資金投入綜合考慮，保留了原有的一套張力閉環(huán)控制系統(tǒng)，另在爐內(nèi)新增了三個(gè)張力輥，如圖2和圖3所示（▲張力輥）。

圖2 改造前退火爐張力控制系統(tǒng)（僅一個(gè)張力輥）

圖3 改造后退火爐張力控制系統(tǒng)（四個(gè)張力輥）

4號(hào)張力輥用于控制1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)爐輥的速度，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)第一段張力的控制；9號(hào)張力輥用于控制5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)爐輥的速度，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)第二段張力的控制；13號(hào)張力輥用于控制9號(hào)、10號(hào)、11號(hào)、12號(hào)、13號(hào)爐輥的速度，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)第三段張力的控制；21號(hào)張力輥用于控制16號(hào)、17號(hào)、18號(hào)、19號(hào)、20號(hào)、21號(hào)、22號(hào)爐輥的速度，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)第四段張力的控制。以上四段張力閉環(huán)控制的原理如圖4所示。

圖4 張力閉環(huán)系統(tǒng)圖

四段帶鋼分別進(jìn)行張力閉環(huán)控制，由鍍鋅基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)PLC1來(lái)完成。硬件方面，在原有Simens S7—400機(jī)架上增加一塊AI模塊，用于現(xiàn)場(chǎng)四個(gè)張力計(jì)的實(shí)際反饋信號(hào)輸入；增加一塊AO模塊，輸出爐內(nèi)四段帶鋼張力信號(hào)給現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表。軟件方面，修改OB35程序塊，采用四個(gè)連續(xù)PID控制器模塊SFB41，分別對(duì)爐內(nèi)四段張力進(jìn)行閉環(huán)控制，如圖5和圖6所示。

圖5 第一、二段PID控制模塊圖

圖6 第三、四段PID控制模塊圖

PID模塊比較各段實(shí)際張力反饋信號(hào)與張力設(shè)定值，進(jìn)行PID運(yùn)算，以其輸出信號(hào)分別微調(diào)四段爐輥的速度設(shè)定值，以實(shí)現(xiàn)張力調(diào)節(jié)，如圖7所示。

圖7 第四段速度設(shè)定值

當(dāng)張力偏差值為正時(shí)，就減小本段爐輥速度設(shè)定值；當(dāng)張力偏差值為負(fù)時(shí)，就增大本段爐輥速度設(shè)定值。運(yùn)算的結(jié)果，通過(guò)PROFIBUS-DP網(wǎng)，傳送至爐輥傳動(dòng)柜，作為逆變器的速度給定值。逆變器根據(jù)給定值的大小，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)輸出電壓的頻率。通過(guò)控制變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)時(shí)調(diào)整各段爐輥的相對(duì)速度，從而使?fàn)t內(nèi)各段帶鋼張力更合理。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)連退爐內(nèi)帶鋼張力的合理分配，并對(duì)四段爐輥分別實(shí)施張力閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了爐內(nèi)帶鋼合適的張力穩(wěn)定控制。現(xiàn)在，連退帶鋼表面質(zhì)量明顯改善，基本消除爐內(nèi)劃傷，帶鋼瓢曲大幅下降，跑偏刮邊明顯減少，爐內(nèi)帶鋼斷帶故障基本消除。由于退火原因造成的二次判定材下降了10%，成材率上升了5%。

[1] 趙家駿，魏立群.冷軋帶鋼生產(chǎn)問(wèn)答修訂[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005：102-105.

[2] 傅作寶.冷軋薄鋼板生產(chǎn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005：46-47.

（編輯：苗運(yùn)平）

Improvement of Strip Tension Control in Continuous Annealing Furnace

Peng Shanzhong
（Shandong Province Metallurgical Engineering Co.,Ltd.,Laiwu Shandong 271104）

This paper briefly analyzes the relationship of the temperature and the distribution of strip tension control in continuous annealing furnace,and points out the shortage of tension control in original equipment,and corresponding modification of electric control system after tension subdivision in furnace.

strip temperature,tension distribution,closed-loop control

TG156

A

1672-1152（2017）01-0069-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.01.28

2016-12-16

彭善忠（1982—），男，工程師，現(xiàn)在山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司工作。