侯躍鵬

（河鋼集團(tuán)邯鋼冷軋廠(chǎng)，河北 邯鄲 056015）

近年來(lái)，隨著我國(guó)加工制造業(yè)對(duì)高品質(zhì)鍍鋅板產(chǎn)品需求量的增大，鍍鋅生產(chǎn)工藝在產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量方面也有了較大的提升?，F(xiàn)代化帶鋼連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線(xiàn)具有工藝流程緊湊，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高、連續(xù)性強(qiáng)的特點(diǎn)，機(jī)組生產(chǎn)時(shí)帶鋼全長(zhǎng)有時(shí)可達(dá)到幾千米，工藝段速度最大可達(dá)到200m/min。在生產(chǎn)線(xiàn)高速運(yùn)行的情況下，為避免帶鋼因出現(xiàn)跑偏而導(dǎo)致邊部擦傷或斷帶，必須要對(duì)機(jī)組各生產(chǎn)段的帶鋼進(jìn)行準(zhǔn)確的張力控制，如此才能使確保帶鋼盡量沿著機(jī)組中心線(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，從而消除帶鋼質(zhì)量缺陷，得到均勻的鍍層。此外，糾偏輥也需要在足夠的張力作用下才能起到糾偏的作用，因此，連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線(xiàn)的張力控制是十分關(guān)鍵的。熱鍍鋅各工藝段張力控制都是通過(guò)對(duì)張緊輥的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而各工段對(duì)于帶鋼張力大小的要求是不同的，這就需要在各生產(chǎn)工段設(shè)置相應(yīng)的檢測(cè)裝置和調(diào)節(jié)設(shè)備，通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)以完成對(duì)各工序張力的精確控制，從而保證機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行，產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。本文針對(duì)邯鋼2#熱鍍鋅生產(chǎn)線(xiàn)，對(duì)帶鋼張力作用及其設(shè)定原則、控制方法進(jìn)行了探討。

1 連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線(xiàn)及各段張力作用分析

1.1 連續(xù)熱鍍鋅工藝介紹

連續(xù)熱鍍鋅是冷軋鋼帶在連續(xù)生產(chǎn)線(xiàn)上，經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的生產(chǎn)工序后，在帶鋼表面鍍覆均勻穩(wěn)定的鋅層，以起到對(duì)帶鋼產(chǎn)品防銹、美觀(guān)等作用的表面處理技術(shù)。熱鍍鋅鋼板除了具有良好的強(qiáng)度，該具有理想的表面質(zhì)量和耐腐蝕性能，在家電和汽車(chē)制造行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。帶鋼的熱鍍鋅處理工藝流程主要包括:上卷、開(kāi)卷、切頭、窄搭接焊接、清洗脫脂、退火還原、熱浸鍍鋅、氣刀控厚、粹冷干燥、光整矯直、出口活套等，連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線(xiàn)則實(shí)現(xiàn)了各道工序的整合連接，提高了工藝的連續(xù)性，保證了快節(jié)奏、高質(zhì)量生產(chǎn)。連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線(xiàn)通常由入口段、工藝段、出口段三部分組成，其中入口段為開(kāi)卷機(jī)到入口活套，工藝段為入口活套到出口活套，出口段為出口活套到張力卷取機(jī)。

1.2 生產(chǎn)線(xiàn)各階段張力作用分析

除了出口及入口段張力由卷取機(jī)和開(kāi)卷機(jī)控制外，其他各工藝段的張力控制均由張緊輥來(lái)完成。

（1）開(kāi)卷張力。鋼卷開(kāi)卷時(shí)，巨大的開(kāi)卷拉力作用有可能造成鋼卷在懸臂卷筒上的橫向滑移，繼而導(dǎo)致開(kāi)卷后帶鋼中心線(xiàn)與機(jī)組中心線(xiàn)發(fā)生偏離。如果鋼帶以偏離中心線(xiàn)的狀態(tài)進(jìn)入到生產(chǎn)線(xiàn)的話(huà)，則會(huì)造成鋼帶跑偏。為消除開(kāi)卷時(shí)出現(xiàn)鋼卷松動(dòng)和橫向滑移的情況，則需要在鋼卷開(kāi)坯時(shí)提供足夠的開(kāi)卷張力，開(kāi)卷張力通常應(yīng)小于上一工序的卷曲張力，以避免鋼帶出現(xiàn)開(kāi)卷擦傷。

（2）入口段張力。機(jī)組入口段由張力輥提供張力作用，主要作用是平衡入口活套和開(kāi)卷機(jī)向后的拉力之差。在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中由于板形等原因，機(jī)組張力會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，通過(guò)入口速度輥產(chǎn)生向前或向后的張力作用，在保證速度不變的同時(shí)可補(bǔ)償張力波動(dòng)。

（3）活套張力。在臥式張力不足的情況下，帶鋼會(huì)在自身重力影響下出現(xiàn)下垂或跑偏，同時(shí)卷?yè)P(yáng)機(jī)的鋼絲繩產(chǎn)生的波動(dòng)會(huì)造成張力的波動(dòng)。機(jī)組在活套電機(jī)可為帶鋼提供足夠的張力，可以較大的力矩將活套小車(chē)向前拉拽，從而使帶鋼克服自身重力和不均勻摩擦力的作用，避免出現(xiàn)下垂和跑偏。

（4）脫脂段張力。在脫脂除鱗工段，需要較大的機(jī)械作用力配合化學(xué)洗劑作用才能將帶鋼表面的油脂、污垢、氧化鐵皮等清理干凈，工藝段中的刷洗輥和擠干輥都會(huì)對(duì)帶鋼產(chǎn)生不同方向的作用力，繼而導(dǎo)致帶鋼偏離機(jī)組中心線(xiàn)。對(duì)此，則應(yīng)加大脫脂段張力作用，以克服造成帶鋼跑偏的作用力。

（5）爐區(qū)張力。帶鋼在爐區(qū)會(huì)被加熱至結(jié)晶溫度以上，此時(shí)帶鋼塑性增強(qiáng)而抗拉強(qiáng)度降低，此時(shí)如果張力過(guò)大或是波動(dòng)較大，則容易拉斷帶鋼。因此，應(yīng)在爐區(qū)設(shè)置張力計(jì)，同時(shí)合理設(shè)置張力參數(shù)，通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)張力輥速度，以保持爐區(qū)張力穩(wěn)定。

（6）拉矯段張力。拉矯段是整個(gè)熱鍍鋅機(jī)組中張力最大的環(huán)節(jié)，通過(guò)矯直輥對(duì)帶鋼產(chǎn)生巨大的張力作用，使帶鋼發(fā)生塑性形變，從而消除破浪和褶皺，改善板形，提高帶鋼平直度。

（7）卷取機(jī)張力。合適的卷曲張力可以提高板材的平直度，如果張力過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致鋼卷邊緣過(guò)厚，增大氣刀條痕等缺陷影響，在鋼卷重新開(kāi)卷時(shí)會(huì)造成中浪或邊浪；如果張力過(guò)小，鋼卷未能達(dá)到應(yīng)有的卷曲度，那么經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間放置后容易塌卷。對(duì)此，應(yīng)合理設(shè)定卷曲張力，通過(guò)調(diào)節(jié)卷取機(jī)電流大小來(lái)控制張力，以保持鋼卷邊部的齊整。

2 連續(xù)熱鍍鋅張力值的設(shè)定

各工藝段張力設(shè)定時(shí)，主要應(yīng)從帶鋼規(guī)格、材質(zhì)、生產(chǎn)工序等方面進(jìn)行考慮，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和各區(qū)域單位張力參考數(shù)據(jù)設(shè)定機(jī)組張力，并結(jié)合生產(chǎn)情況不斷對(duì)各階段張力進(jìn)行調(diào)整，以得到最為優(yōu)化的張力值。生產(chǎn)線(xiàn)各段帶鋼初始張力值按張力系數(shù)乘以帶鋼橫截面積設(shè)定。

3 連續(xù)熱鍍鋅張力控制分析

生產(chǎn)線(xiàn)帶鋼張力控制是通過(guò)各工藝環(huán)節(jié)的電控系統(tǒng)和張力裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的，其中張力裝置包括張緊輥、開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)電機(jī)、活套電機(jī)等；電控系統(tǒng)包括入口區(qū)控制系統(tǒng)、工藝區(qū)控制系統(tǒng)、退火爐區(qū)控制系統(tǒng)、焊機(jī)控制系統(tǒng)、光整區(qū)控制系統(tǒng)、出口區(qū)控制系統(tǒng)等。將張力數(shù)據(jù)參數(shù)輸入到相應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)中，由電控系統(tǒng)控制電機(jī)、張緊輥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)張力的調(diào)整。此外，控制系統(tǒng)還配有控制站和張力監(jiān)控系統(tǒng)，由各工藝段張力計(jì)完成對(duì)張力數(shù)據(jù)的提取和監(jiān)控，同時(shí)將采集的張力數(shù)據(jù)反饋至控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)根據(jù)張力參數(shù)要求自動(dòng)對(duì)張力進(jìn)行調(diào)整，或者是由操作人員根據(jù)板形和工藝處理情況手動(dòng)進(jìn)行張力調(diào)節(jié)。根據(jù)控制方式的不同，張力裝置控制可分為間接張力控制、直接張力閉環(huán)控制和速度直接閉環(huán)控制。

表1 連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線(xiàn)帶鋼張力系數(shù)

（1）間接張力控制。生產(chǎn)線(xiàn)始末兩段的開(kāi)卷機(jī)和卷取機(jī)均由電機(jī)輸出力矩來(lái)控制張力，屬于典型的間接張力控制。間接張力控制的特點(diǎn)是不需要張力測(cè)量裝置的測(cè)量反饋，而是由控制系統(tǒng)根據(jù)帶鋼張力大小，控制電機(jī)輸出與之相對(duì)應(yīng)的力矩，從而間接地控制帶鋼張力。間接張力控制需要補(bǔ)償因帶鋼彎曲、摩擦等因素造成的重量變化，因而一般用于張力控制精度的不高的環(huán)節(jié)，如機(jī)組出口與入口段。

（2）直接張力閉環(huán)控制。直接張力閉環(huán)控制是先由各工藝段設(shè)置的張力計(jì)連續(xù)測(cè)量和采集帶鋼張力，并將張力值反饋至控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量值和設(shè)置的給定值不斷修正電機(jī)輸出扭矩，進(jìn)而不斷調(diào)整帶鋼張力，使其保持在較為穩(wěn)定的設(shè)定范圍內(nèi)。直接張力閉環(huán)控制不受彎曲、摩擦損失的影響，具有響應(yīng)速度快、自動(dòng)化程度高、控制精度高及張力穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，常用于對(duì)張力控制較為嚴(yán)格的工藝段。如熱鍍鋅段和爐區(qū)張力控制。

（3）速度直接張力控制。速度直接張力控制主要是通過(guò)對(duì)張緊輥速度的調(diào)節(jié)，使其保持與工藝段相等的速度，以保持張力的平衡。熱鍍鋅機(jī)組中速度直接控制的典型是出入口活套位置控制和光整機(jī)、拉矯機(jī)的延伸率控制，生產(chǎn)中出入口活套車(chē)需保持在特定的位置上，入口活套一般在滿(mǎn)套位，出口活套一般在空套位，合理的張力控制使它們能夠在要求位置上保持穩(wěn)定。當(dāng)要求活套充套、排套時(shí)，工藝段速度不變，此時(shí)由傳感器對(duì)活套車(chē)位置和活套升降速度進(jìn)行采集和反饋，由系統(tǒng)控制張緊輥加速或是減速，以使進(jìn)出活套的帶鋼流量和活套車(chē)位置隨之變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)活套的升降控制。