热镀锌生产线气刀自动控制的研究

2019-12-14董继广

中国金属通报 2019年11期

董继广

（河钢邯钢邯宝冷轧厂，河北邯郸 056000）

在金属冶炼行业，冷轧热镀锌机组控制系统中，镀层重量的控制是一个非常重要的生产环节，其控制好坏直接影响产品质量。虽然已经有很多金属企业在热镀锌生产系统中建立了相应的控制系统，但由于在镀锌过程当中，影响金属镀层重量的因素是复杂的，非线性的，导致该类控制系统的控制精确度不高，且在规格切换时由于压力变化的惯性很大，很容易引起间断行的产品镀锌层厚度不均匀，所以此类系统目前仍然主要是靠操作工手动进行操作，因此，这样的控制现状很难满足生产要求[1]。对于热镀锌产品来说，镀锌层厚度及其均匀性是一项非常重要的质量指标。如果镀锌层过厚，不仅浪费锌液原料，而且影响表面强度，易出现表面划痕；如果锌层厚度不足，则影响镀件的防腐蚀性能，因此在生产中需要对其加以严格的控制[2]。随着当前自动化控制技术的广泛应用，国内大型钢铁企业的热镀锌生产线已基本实现了对于镀锌层厚度的自动化控制。自动化控制技术在建立控制系统与气刀PLC通讯的基础上，按照既定的工艺参数通过对气刀压力、位置等工艺参数的调节，实现了对镀层厚度及均匀性的自动化、精确化控制。改变了传统人工手动调整下锌层厚度不良的缺陷，有效减少了锌液消耗，提高了产品质量。本文对热镀锌生产线厚度自动控制的原理和应用进行了探讨[3]。

1 生产工艺原理概述

热镀锌工艺即在一定温度条件下，将板带与高温锌液直接接触，使锌层覆盖于板带表面的一种镀锌工艺。生产时，带钢经过连退炉预热后进入温度达到460℃左右的锌锅，继而发生锌铁反应，并在带钢表面形成致密的锌铁合金层，将带钢本体与外界空气相隔绝，从而起到避免带钢本体氧化腐蚀的作用。带钢从锌锅吊出时，表面会附着大量的液态锌，此时通过气刀的喷吹作用，使高压气流冲击作用于带钢表面，高压气流则会将带钢表面多余的锌液刮落回锌锅，从而实现对镀锌层厚度控制的作用[4]。由此可见，气刀喷吹作用的控制则是实现镀锌层厚度精确调节的关键。气刀喷吹压力、位置角度、喷嘴与带钢间距、气刀与锌锅液面间距等都会影响到气流在带钢表面的作用效果，继而影响到镀层的厚度与均匀性。

2 气刀结构及控制系统的组成

2.1 气刀结构组成

气刀为热镀锌生产线上横贯在整个带钢宽度上的缝形喷嘴，利用从喷嘴中喷出的“刀形”扁平气流来刮去带钢表面多余锌液，因此将这个缝形喷嘴称之为气刀。气刀整体结构主要由喷嘴、主支撑梁、定位器、调整与执行机构、供气系统、边部挡板等几部分组成，如图1所示。

图1 气刀结构

2.2 气刀自动控制系统的组成

2.2.1 控制系统的硬件组成

邯钢热镀锌生产线气刀自动控制系统硬件部分主要组成包括：电源模块、S7400PLC、8通道模拟量输入模块与输出模块、以太网拓展模块、测厚仪、气刀调节伺服控制器以及气刀风机等。

2.2.2 控制系统的网络结构

气刀控制网络系统主要负责气刀控制系统PLC与现场测厚仪、执行机构以及气刀控制显示界面的通信连接。各种通信路径都是连接在以太网上，通过在机架上外扩的通信板连接到路由器上，从而与现场工艺段PLC、测厚仪、执行单元等以“S7连接”的西门子标准通信方式建立通信连接。

3 气刀控制功能及闭环控制的实现

3.1 气刀自动化控制的功能和过程

气刀自动化控制功能主要通过以下调节机构来实现：包括气流压力调节、气刀间距与高度调节、气刀喷吹角度调节。首先根据镀锌产品的镀层厚度要求在控制系统PLC中建立相应的控制方案，确定在一定镀层厚度要求下，相应的气刀喷吹压力、角度、高度、间距等工艺指标[5]。

当镀锌件经过气刀喷吹环节时，首先由测厚仪对镀层厚度进行测量，然后测厚仪会通过通讯线路将实时的测量数据以传输至PLC和人机交互界面；然后再由PLC按照给定的参数，将控制指令反馈至气刀调节电机、供气单元等执行机构，从而控制气刀自动完成对间距、高度、角度和喷吹压力等参数的高精度调节，实现对镀层厚度的控制。

在气刀喷吹的过程中，各项参数指标均会对镀层厚度和均匀性产生影响，为减少干扰因素，提高厚度控制的效率和可操作性，自动控制通常将刀间距、刀高、等作为恒定值不做实时调整；一般通过对喷吹压力的调节来消除镀层厚度偏差。对于带钢速度变化带来的影响，一般通过前馈补偿控制予以消除。对于出现厚度偏差过大，或是存在严重边厚问题，则需要通过调节气刀框架位置等措施予以纠正。