邯钢2#热镀锌张力控制分析

侯跃鹏

（河钢集团邯钢冷轧厂，河北 邯郸 056015）

近年来，随着我国加工制造业对高品质镀锌板产品需求量的增大，镀锌生产工艺在产能和产品质量方面也有了较大的提升。现代化带钢连续热镀锌生产线具有工艺流程紧凑，自动化程度高，生产效率高、连续性强的特点，机组生产时带钢全长有时可达到几千米，工艺段速度最大可达到200m/min。在生产线高速运行的情况下，为避免带钢因出现跑偏而导致边部擦伤或断带，必须要对机组各生产段的带钢进行准确的张力控制，如此才能使确保带钢尽量沿着机组中心线稳定运行，从而消除带钢质量缺陷，得到均匀的镀层。此外，纠偏辊也需要在足够的张力作用下才能起到纠偏的作用，因此，连续热镀锌生产线的张力控制是十分关键的。热镀锌各工艺段张力控制都是通过对张紧辊的调节来实现的，而各工段对于带钢张力大小的要求是不同的，这就需要在各生产工段设置相应的检测装置和调节设备，通过自动化控制系统以完成对各工序张力的精确控制，从而保证机组平稳运行，产品质量符合要求。本文针对邯钢2#热镀锌生产线，对带钢张力作用及其设定原则、控制方法进行了探讨。

1 连续热镀锌生产线及各段张力作用分析

1.1 连续热镀锌工艺介绍

连续热镀锌是冷轧钢带在连续生产线上，经过一系列复杂的生产工序后，在带钢表面镀覆均匀稳定的锌层，以起到对带钢产品防锈、美观等作用的表面处理技术。热镀锌钢板除了具有良好的强度，该具有理想的表面质量和耐腐蚀性能，在家电和汽车制造行业中有着广泛的应用。带钢的热镀锌处理工艺流程主要包括:上卷、开卷、切头、窄搭接焊接、清洗脱脂、退火还原、热浸镀锌、气刀控厚、粹冷干燥、光整矫直、出口活套等，连续热镀锌生产线则实现了各道工序的整合连接，提高了工艺的连续性，保证了快节奏、高质量生产。连续热镀锌生产线通常由入口段、工艺段、出口段三部分组成，其中入口段为开卷机到入口活套，工艺段为入口活套到出口活套，出口段为出口活套到张力卷取机。

1.2 生产线各阶段张力作用分析

除了出口及入口段张力由卷取机和开卷机控制外，其他各工艺段的张力控制均由张紧辊来完成。

（1）开卷张力。钢卷开卷时，巨大的开卷拉力作用有可能造成钢卷在悬臂卷筒上的横向滑移，继而导致开卷后带钢中心线与机组中心线发生偏离。如果钢带以偏离中心线的状态进入到生产线的话，则会造成钢带跑偏。为消除开卷时出现钢卷松动和横向滑移的情况，则需要在钢卷开坯时提供足够的开卷张力，开卷张力通常应小于上一工序的卷曲张力，以避免钢带出现开卷擦伤。

（2）入口段张力。机组入口段由张力辊提供张力作用，主要作用是平衡入口活套和开卷机向后的拉力之差。在机组实际运行中由于板形等原因，机组张力会出现波动，通过入口速度辊产生向前或向后的张力作用，在保证速度不变的同时可补偿张力波动。

（3）活套张力。在卧式张力不足的情况下，带钢会在自身重力影响下出现下垂或跑偏，同时卷扬机的钢丝绳产生的波动会造成张力的波动。机组在活套电机可为带钢提供足够的张力，可以较大的力矩将活套小车向前拉拽，从而使带钢克服自身重力和不均匀摩擦力的作用，避免出现下垂和跑偏。

（4）脱脂段张力。在脱脂除鳞工段，需要较大的机械作用力配合化学洗剂作用才能将带钢表面的油脂、污垢、氧化铁皮等清理干净，工艺段中的刷洗辊和挤干辊都会对带钢产生不同方向的作用力，继而导致带钢偏离机组中心线。对此，则应加大脱脂段张力作用，以克服造成带钢跑偏的作用力。

（5）炉区张力。带钢在炉区会被加热至结晶温度以上，此时带钢塑性增强而抗拉强度降低，此时如果张力过大或是波动较大，则容易拉断带钢。因此，应在炉区设置张力计，同时合理设置张力参数，通过自动化系统自动调节张力辊速度，以保持炉区张力稳定。

（6）拉矫段张力。拉矫段是整个热镀锌机组中张力最大的环节，通过矫直辊对带钢产生巨大的张力作用，使带钢发生塑性形变，从而消除破浪和褶皱，改善板形，提高带钢平直度。

（7）卷取机张力。合适的卷曲张力可以提高板材的平直度，如果张力过大则会导致钢卷边缘过厚，增大气刀条痕等缺陷影响，在钢卷重新开卷时会造成中浪或边浪；如果张力过小，钢卷未能达到应有的卷曲度，那么经过较长时间放置后容易塌卷。对此，应合理设定卷曲张力，通过调节卷取机电流大小来控制张力，以保持钢卷边部的齐整。

2 连续热镀锌张力值的设定

各工艺段张力设定时，主要应从带钢规格、材质、生产工序等方面进行考虑，根据经验公式和各区域单位张力参考数据设定机组张力，并结合生产情况不断对各阶段张力进行调整，以得到最为优化的张力值。生产线各段带钢初始张力值按张力系数乘以带钢横截面积设定。

3 连续热镀锌张力控制分析

生产线带钢张力控制是通过各工艺环节的电控系统和张力装置来实现调节的，其中张力装置包括张紧辊、开卷机和卷取机电机、活套电机等；电控系统包括入口区控制系统、工艺区控制系统、退火炉区控制系统、焊机控制系统、光整区控制系统、出口区控制系统等。将张力数据参数输入到相应的电气控制系统中，由电控系统控制电机、张紧辊等执行机构动作，从而实现对张力的调整。此外，控制系统还配有控制站和张力监控系统，由各工艺段张力计完成对张力数据的提取和监控，同时将采集的张力数据反馈至控制系统，由系统根据张力参数要求自动对张力进行调整，或者是由操作人员根据板形和工艺处理情况手动进行张力调节。根据控制方式的不同，张力装置控制可分为间接张力控制、直接张力闭环控制和速度直接闭环控制。

表1 连续热镀锌生产线带钢张力系数

（1）间接张力控制。生产线始末两段的开卷机和卷取机均由电机输出力矩来控制张力，属于典型的间接张力控制。间接张力控制的特点是不需要张力测量装置的测量反馈，而是由控制系统根据带钢张力大小，控制电机输出与之相对应的力矩，从而间接地控制带钢张力。间接张力控制需要补偿因带钢弯曲、摩擦等因素造成的重量变化，因而一般用于张力控制精度的不高的环节，如机组出口与入口段。

（2）直接张力闭环控制。直接张力闭环控制是先由各工艺段设置的张力计连续测量和采集带钢张力，并将张力值反馈至控制系统，由系统根据测量值和设置的给定值不断修正电机输出扭矩，进而不断调整带钢张力，使其保持在较为稳定的设定范围内。直接张力闭环控制不受弯曲、摩擦损失的影响，具有响应速度快、自动化程度高、控制精度高及张力稳定性好的优点，常用于对张力控制较为严格的工艺段。如热镀锌段和炉区张力控制。

（3）速度直接张力控制。速度直接张力控制主要是通过对张紧辊速度的调节，使其保持与工艺段相等的速度，以保持张力的平衡。热镀锌机组中速度直接控制的典型是出入口活套位置控制和光整机、拉矫机的延伸率控制，生产中出入口活套车需保持在特定的位置上，入口活套一般在满套位，出口活套一般在空套位，合理的张力控制使它们能够在要求位置上保持稳定。当要求活套充套、排套时，工艺段速度不变，此时由传感器对活套车位置和活套升降速度进行采集和反馈，由系统控制张紧辊加速或是减速，以使进出活套的带钢流量和活套车位置随之变化，从而实现对活套的升降控制。