宝钢热镀锌机组锌层重量控制模型的应用

2 0 0 7年第 4期 宝钢技术 3 3 驴驴驴驴驴 新技 术应 用 眵 驴驴驴驴驴 宝钢热镀锌机组锌层重量控制模 型的应用 林莉 军 ( 宝钢分公司 设备部 ， 上海2 0 0 9 4 1 ) 摘要 ： 首先介绍 了热镀锌机 组镀层 重量控 制的重要性和 目前主要厂 家所使 用的模 型控 制技 术。其次从控 制系统的工艺设备配置、 模型控制策略、 模型补偿计算方法、 模型控制效果等方面介绍了宝钢某热镀锌机组使 用的一套 实用的镀层重量模型控制技 术。通过使 用 多模 式的控制策略 、 带钢倾斜 动态补偿 控制及带钢扭 曲动 态补偿控 制技 术 ， 热镀 锌机 组的锌层重量控制精度得到提 高， 产品可 以向大多数汽 车厂 商供 货。 关键 词 ： 热镀锌机 组； 镀层重量 ； 气刀间距 ； 模 型控制 中图分类号 T G 3 3 5 2 2 ， T P 2 7 3 文献标识码 ： B文章编号 ： 1 0 0 8 0 7 1 6 ( 2 0 0 7 ) 0 4 0 0 3 3 0 4 App l i c a t i o n o f t h e Co a t i ng W e i g ht Co nt r o l M o d e l f o r C o n t i n u o u s Ga l v a n i z i n g L i n e( C GL)a t B a o s t e e l n L ij u n ( E q u i p me n t De p a r t me n t ， B a o s t e e l B r a n c h， S h a n g h a i 2 0 0 9 4 1 ，C h i n a ) Abs t r ac t ： Th e i mp o r t a nc e o f t h e c o at i n g we i g ht c o n t r o l f o r t he CGL a nd t h e mo d e l c o nt rol t e c hni qu e u s ed by mo s t ma n uf a c t u r e r s a t pr e s e nt a r e fir s t i n t r o du c e d A pr a c t i c a l c o a t i n g we i g ht c o nt rol t e c h ni qu e us e d b y t h e CGL a t Ba o s t e e l i s t he n i n t r o du c e d i n t h e f o l l o wi n g a s p e c t s ， l i k e t he c o n t r ol s y s t em S proc e s s e q ui pme nt c o n figu r a t i o n， mo de l c o nt r o l t a c t i c s，mo de l c o mp e ns a t i o n c a l c u l a t i on me a ns，mo de l c o nt rol e f f e c t ，e t c The c oa t i n g we i g h t c on t r o l p r e c i s i o n o f B a o s t e e l S CGL h a s b e e n i mp r o v e d t h r o u g h u s i n g mu l t i p a t t e r n c o n t r o l t a c t i c s ，s t r i p e x c u r s i o n a n d s t rip c o nt o rti n g dy n a mi c c o mp e n s a t i o n c on t r o l t e c hn o l o g i e s Pr o du c t s f r om t h i s l i n e c an be d e l i v e r e d t o ma n y a ut o mo b i l e ma nu f a c t ur ers Ke y w o r d s ： c o n t i n u o u s g a l v a n i z i n g l i n e ( C G L ) ； c o a t i n g w e i g h t ； a i r k n i f e n o z z l e g a p ； m o d e l c o n t r o l 0前 言 随着世界经济的快速发展和钢铁工业结构的 调整 ， 镀锌机组的使用得到了迅猛发展 ， 国内外主 要钢铁厂商都立足于市场 ， 兴建 了各 种用途 的热 镀锌机组 。这些大型钢铁企业 的经济实力雄厚 ， 技术力量强 ， 所建机组的生产技术先进 ， 装备水平 高 ， 产品定位 明确。销售市场主要面向质量要求 高的汽车 、 家 电及优质建材。 在热镀锌生产线上 ， 衡量产 品质量 的一项重 要的技术指标就是镀层厚度及其均匀性。镀层太 厚不仅会浪费锌锭等原材料 ， 而且会 影响产 品的 点焊性 、 附着性 、 镀层的抗 粉化性等使用性能 ； 而 镀层太薄则会影 响到产品的抗腐蚀性 ， 用户一般 不愿接受。因此镀层厚度控制系统的控制水平将 直接影响到热镀锌板的产 品质量 、 产品成本 和产 林莉军高工1 9 6 4年生1 9 8 6年毕业 于上海工业 大学现从 事过程计算机控制研 究工作 电话2 6 64 1 2 9 3 品的市场竞争力。这就对镀层厚度控制技术提 出 了很高的技术要求 和控制难度 ， 要在带钢表面得 到均匀 、 稳定的锌镀层 ， 就必须要设计一套严密的 控制策略 ， 根据带钢 当前 的生产条件 ， 通过动态地 调节与镀层厚度相关的关键控制部件气刀与钢带 的间距 、 角度 ， 气体压力 ， 离开锌锅的距离等参数 ， 来保证镀层厚度的 目标精度和均匀性 。由于单位 面积上的镀层厚度 和镀层重量 是一个 函数关系 式 ， 并且控制检测的反馈量又是锌层重量 ， 所 以镀 层厚度精度控制其 实就是对镀 层重量 精度 的控 制， 用户订货时往往以镀层重量为要求指标。 1 镀 层重 量 的控 制技 术和 工艺 配置 1 1 镀层重量的控制技术 由于机组在生产过程 中， 带钢 的规格 、 材质 、 目标镀层重量等都要按生产计划 随时发生变化 ， 因而必须根据气刀调节的能力及产品的制造要求 对气刀间距 、 压力等参数作出及时调整 ， 避免镀层 维普资讯 维普资讯 林莉军 宝钢热镀锌机组锌层重量控制模型的应用 3 5 2镀层厚度控制模型的主要方式及效果 2 1 模 型基 本式 Z：e 肿P D ( 1 ) 模型的机理是边 界层 流理论 。其 中： z为带 钢表面锌层重量 ； P为气 刀喷嘴吹扫气体压力 ； V 为机组 速度； D为气刀喷嘴离带 钢的距离； A 0 A 3为模型系数。 实际的镀层模型控制要在此基础上做特殊的 优化处理 ， 才能满足实际生产控制需要。 2 2 镀层厚度控制模型的两种方式 ( 1 ) 喷嘴气体压力优先方式 ， 简称压力优 先 方式。即在使用压 力优先模型计算 时， 首先假定 气刀间距不变， 然后计算控制所需吹扫气体压力 ， 以达到镀层厚度控制精度 。 ( 2 ) 气刀喷嘴离带钢 间距优 先方 式 ， 简称 间 距优先方式。即在使用间距优先模 型计算 时， 首 先假定气刀吹扫气体的压力不变或先确定使用的 标准压力 ， 然后计算控制所需的气刀间距 ， 以达到 镀层厚度控制精度。 由于带钢两侧的吹扫气体压力平衡不易调节 和保持， 所以当气刀的位置调节控制设 备工作正 常， 并且控制精度在一定的范围之内时 ， 一般采用 间距优先控制方式。而当位置调节控制设备不够 稳定时， 才采用压力优先控制方式。 2 3 模型控制的方式 前馈控制： 焊缝到达、 速度变化 、 镀层 目标 ( 1 ) 压力方式 1 变化 。 ( 2 ) 间 距方 式J 反 馈 控 制： 前 馈控 制 点测量完成 、 反馈 观 测点测量完成 。 2 4 压力优先控制方式 等 厚 、 I 控 制 模型 差 厚J ( 1 ) 前馈控制方 式。由于新 钢卷到达 ， 控 制 目标( 镀层 重量 ) 发生变 化 ， 所 以控制 系统须 做 出反映 ， 以适 应新 的控制 需求 。由于是 压力 优 先方式 ， 所以先考虑调整压 力 ， 来 实现新 的控制 需求。 但在实际生产 中， 模 型的各参数会在控制过 程中发生一定的变化， 所以必须考虑干扰项 ， 并做 出补偿。由于干扰项 的出现会影响镀层厚度， 而 镀层测量仪又在气刀的后面 ， 所 以无法知道现在 的实际厚度 ， 必须先根据 当前的控制状态 ， 预测一 下 当前的镀层实际值。预测的基本思想是利用上 一 次反馈时的各参数实际值与现在值 的偏差 ， 计 算出当前 的镀层实际值 ， 然后把预测值作 为实际 值 ， 通过模型计算气刀压力变化量的设定值。 镀层实际值预测计算的方法 ： Z 。 = ( A V ， A P， A D， C l 。 Cl ) ( 2 ) 其中， z 。 为镀层实际值的预测值； A V为机组 速度变 化量； P 为气刀 吹扫气 体压 力变 化量 ； A D为气刀离开带钢间距 的变化量； G C 。 为模 型参 数 。 ( 2 ) 反馈控制方式。根据镀层测量仪测得 的 镀层实际数据， 确定控制偏差 ， 然后通过模型计算 气刀压力变化量的设定值。如果计算出的压力设 定值超出气刀设备能力 ， 则此时压力值必须 改用 事先存放在表格 中的专家经验 值， 然后 以压 力经 验值为基准来计算气刀间距 的调节量 ， 最后把压 力经验值和气刀间距量 同时设定下去。即此时的 控制策略是同时调节气刀的压力值和间距值 。 气刀压力变化量的计算方法 ： A P= ( ， z， D， C 2 。 C 2 ) ( 3 ) 其中： z为镀 层的控制偏差值 ； C ： 。 C ： 为 模型参数 。 ( 3 ) 带钢倾斜的补偿控制技术 。从生产 实践 中可以知道 ， 气 刀与带钢间距的微小变化对镀层 重量的精度控制有着很大的影响。而在实际生产 过程 中， 由于镀锌工艺设备构造的原 因， 带钢厚度 的变化会造成带钢在锌锅内的沉没辊上偏心 ， 从 而使运行 中的带钢偏离生产线的 中心线见 图 2 ， 进而影响镀层重量 的控制精度。因此 ， 必须及时 调节气刀位置 ， 使带钢处于气刀 的中心线。通过 长期的生产摸索和试验验证 ， 带 钢倾斜时 的气刀 位置补偿量完全可以用一个计算模 型来计算。通 过对气刀位置的调节 ， 使镀层 重量保持在精度要 求 的范 围内。 气刀位置补偿值的主要计算方法如下 ： D 。 = ( T H s ， T H v ， C 3 。 C 3 ) ( 4 ) 其 中， T H 为前一卷带钢厚度 ； T H。 为后一卷 带钢厚度 ； C ， 。 C 模型参数。 ( 4 ) 带钢宽度方 向上的扭 曲补偿 控制技 术。 在实际生产 中， 往往会遇到板形不好或厚度不均 匀等原因造成的带钢在宽度方 向上沿长度方 向产 生的扭曲现象 ， 使得气刀与带钢的间距不均匀 ， 从 而影响镀层重量的控制精度 。因此 ， 必须动态地 调节气刀位置 ， 使带钢处于气刀的中心线 。 通过使用如下控制策略对气刀位置进行调节， 可使镀层重量保持在精度要求的范围内。 采用 维普资讯 维普资讯 顾友 明等磁悬浮列车用定子固定梁型材开发 6 3 K 1K 6全部采用 限制展 宽孔 型 ， 并加 大两 端的相对压下系数 ， 一方面有利于形成两端形状 ， 另一方面有利于轧件条形的控制。 成品孔和成品前孔不采用假 冒， 而使用延伸 合理分配的方法 ， 既解决 了脚部变形 ， 又解决了采 用假 冒后表面可能产生的压印。 K lI ( 3孔采用全部 上开 口的封闭孔 ， 通过 下辊槽形状固定了大部份断 面尺寸 ， 型材 的总高 度 、 总宽度和孔 型开 口处 的 R角通过调 整解 决 ， 大大方便了生产中尺寸的控制和调整。 4生产情况 4 1 试 轧及修 改 第一次试轧后 ， 断面尺寸基本满足要求 ， 对成 品轧件翻身检查时发现型钢脚底部内侧圆角在轧 件全长上有 明显大小 ， 另外 ， 无意中发现型钢上平 面有些微凸 ， 针对试轧中发现的两个问题 ， 我们作 了如下修改 ： ( 1 ) K1 孔上辊车削 0 5 m m的微凸； ( 2 ) 加大 I ( 3至 K l脚部的总压下系数 ， 保证 型钢脚部底角 尺充满。 通过修改 ， 解决了型材上表面微凸和脚部底 部 内侧 圆角欠充满 的情况 。生产 了 5 7 0 0余 吨 ， 成材率达到 7 6 9 9 。 4 2实物性能测试 按合同要求 ， 正火态 型材需符合 $ 3 3 5 N要 求 ， 从测试结果可知 ， 富余量较大， 第二批生产 的 测 试结 果 见下表 4 。 表 4 I I型材 实测机械性能 Ta bl e 4 Me a s u r e d me c h a ni c a l pe rfo r ma n c e o f pr o fil e 对 型材全数进行探伤 ， 未发现不 合格品， 内质 良好 ， 外形公差符合技术标准要求。这些型 材全部交付上海磁悬浮建设指挥部使用。 5结 论 ( 1 ) 合理采用小