石寬，曹鑫輝，劉天惠，陳麗穎，鄭淑玲，范少泉

（天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所，天津 300180）

熱鍍鋅生產(chǎn)線光整機(jī)

石寬，曹鑫輝，劉天惠，陳麗穎，鄭淑玲，范少泉

（天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所，天津 300180）

詳述了光整處理線控制系統(tǒng)的系統(tǒng)功能、設(shè)備概況及其與外圍（操作人員）的接口部分。描述的過程控制包含光整機(jī)程序、光整延伸率控制、HGC位置控制、壓力控制和彎輥力控制，其中對(duì)于傳動(dòng)和液壓控制系統(tǒng)部分結(jié)合原理圖和示意圖做了詳盡的描述。通過對(duì)系統(tǒng)的原理和功能的描述分析了光整機(jī)的特點(diǎn)，得出了有益的結(jié)論，對(duì)相似的系統(tǒng)應(yīng)用會(huì)有一定的參考價(jià)值。

光整機(jī)；液壓輥縫控制；彎輥力；延伸率

1 引言

近年來我國鋼鐵市場(chǎng)對(duì)于家電、建材、汽車板、包裝等實(shí)用冷軋鍍鋅板的需求越來越多，鋼鐵企業(yè)中的熱鍍鋅生產(chǎn)線也在隨之增多。為了提高冷軋鍍鋅板的光潔度和質(zhì)量，絕大部分生產(chǎn)線中設(shè)置了光整機(jī)。綜合近年對(duì)光整機(jī)電氣控制系統(tǒng)和液壓控制設(shè)備調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)，本文總結(jié)了大部分與光整機(jī)有關(guān)的控制系統(tǒng)的功能說明，文中的描述均以唐山某冷軋廠連續(xù)鍍鋅5號(hào)線項(xiàng)目中的光整機(jī)為基礎(chǔ)。

熱鍍鋅線的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：帶材為熱浸鍍鋅帶；鋼種為CQ-DQ-FH；帶厚0.3～1.2mm；帶寬1 000～1 250mm；最大屈服強(qiáng)度270～600 N／mm2；最高光整前帶材溫度40℃；最高處理線速度170m／min；光整機(jī)最大張力6 750N；光整機(jī)延伸率0～2%可調(diào)；光整機(jī)最大工作負(fù)載500t。

2 熱鍍鋅線中光整機(jī)主要功能

光整機(jī)及拉矯機(jī)系統(tǒng)布置流程圖如圖1所示。

圖1 光整機(jī)及拉矯機(jī)系統(tǒng)布置流程圖Fig.1 Line arrangement for temper mill ＆tension leveller

光整機(jī)有以下2個(gè)主要功能：平整帶鋼提高光潔度；與入口S輥和中間S輥一起為冷軋帶鋼板和合適的延伸率。

光整機(jī)的控制方式選擇基于產(chǎn)品、用戶要求以及初始輸入數(shù)據(jù)（PDI）。共有以下2種控制方式可選。

1）延伸率控制方式。以控制延伸率優(yōu)先的張力控制，即延伸率保持不變，調(diào)整軋制力，光整機(jī)出口的張力保持不變。具體控制方法為：在所選的預(yù)置延伸率下通過閉環(huán)調(diào)節(jié)軋制力實(shí)現(xiàn)延伸率控制，通過測(cè)量入口S輥和中間S輥速度求得延伸率。光整機(jī)的出口張力通過中間S輥進(jìn)行調(diào)整。如果軋制力飽和后仍無法達(dá)到所需延伸率則應(yīng)調(diào)整光整機(jī)出口張力設(shè)定值。

2）表面光潔度控制方式。以控制軋制力優(yōu)先的張力控制即軋制力保持不變，延伸率為動(dòng)態(tài)，光整機(jī)的出口張力恒定。具體控制方法為：通過閉環(huán)調(diào)節(jié)使軋制力保持在所選預(yù)設(shè)值，出口張力由調(diào)整中間S輥的速度來控制，若出口張力值穩(wěn)定后仍無法實(shí)現(xiàn)表面光潔度的要求則需修正軋制力預(yù)設(shè)值。延伸率控制和光潔度控制原理圖如圖2所示。

圖2 延伸率控制和光潔度控制原理圖Fig.2 Schematic of bridle rolls elongation and roughness

3 光整機(jī)的主要控制部分、功能及操作

3.1 電氣傳動(dòng)

光整機(jī)的傳動(dòng)由2臺(tái)交流電機(jī)提供，分別驅(qū)動(dòng)上下支撐輥。為達(dá)到帶鋼的工藝要求，傳動(dòng)部分主要控制光整機(jī)與鍍鋅線工藝段的速度匹配并和入口S輥、中間S輥產(chǎn)生合適的張力。一般，將入口S輥?zhàn)鳛樗俣然鶞?zhǔn)，光整機(jī)投入后，由光整機(jī)入口的張力計(jì)信號(hào)與光整機(jī)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，控制它與入口S輥之間的張力。而光整機(jī)的出口張力則由中間S輥通過與光整機(jī)出口的張力計(jì)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)產(chǎn)生，張力控制原理圖如圖3所示。

圖3 張力控制原理圖Fig.3 Tension control schematic

3.2 液壓軋制控制

液壓軋制的作用是通過調(diào)整位于光整機(jī)機(jī)架底部的2個(gè)液壓缸的位置和壓力進(jìn)而獲得所需的軋制力。在相對(duì)較高的軋制力下，帶鋼的延伸（率）改善了產(chǎn)品的金屬性能如屈服強(qiáng)度等，并且提高了帶鋼表面的平整度。光整機(jī)所施加軋制力和延伸率的實(shí)際效果取決于軋輥的光潔度、產(chǎn)品特性以及軋制模式等因素。

光整機(jī)的軋制力由位于其機(jī)架底部的2個(gè)液壓缸來提供。兩液壓缸為液壓閥控制單獨(dú)調(diào)節(jié)。為使液壓缸縮回（打開輥縫），電磁閥為液壓缸有桿側(cè)提供了1個(gè)固定的反向壓力，即背壓。每一側(cè)液壓缸均單獨(dú)配有1個(gè)位移傳感器和1個(gè)壓力變送器。通過壓力變送器可以迅速地獲得軋機(jī)每一側(cè)的軋制力大小。而每一側(cè)液壓缸的壓力均由伺服閥控制，且上下極限位置均裝有接近開關(guān)。為使液壓缸縮回迅速徹底，通過一電磁閥向其有桿側(cè)施加一個(gè)固定的反向壓力。液壓控制方式為：平均位置控制、傾斜控制、軋制力和、軋制力差。整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)由兩組調(diào)節(jié)器組成，分別為：位置／總軋制力控制和傾斜／軋制力差控制。光整機(jī)液壓控制系統(tǒng)示意圖如圖4所示。

3.3 工作輥的彎輥控制（WRBC）

彎輥控制系統(tǒng)的作用是控制安裝于光整機(jī)基座內(nèi)的16個(gè)彎輥液壓缸動(dòng)作并通過它們對(duì)工作輥軸承座施力以實(shí)現(xiàn)彎輥控制。這些彎輥缸通過控制軋制力曲線進(jìn)而保證了帶鋼在整個(gè)軋制寬度內(nèi)的平整度。彎輥所需壓力大小由伺服閥調(diào)整并與驅(qū)動(dòng)閥的電信號(hào)成比例。通過彎輥缸調(diào)整工作輥的撓度，正負(fù)彎輥力控制環(huán)路相互獨(dú)立并共同作用于工作輥上。每一環(huán)路均各自控制著光整機(jī)的操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)。正彎輥力表現(xiàn)為使工作輥正

圖4 光整機(jī)液壓控制系統(tǒng)示意圖Fig.4 Simplified view of temper mill hydraulic system

彎即軋輥彎曲方向與軋制力使軋輥彎曲方向相反，除包含所需正壓力外還附加有一個(gè)抵消上工作輥重力作用的附加壓力。最小的正彎輥力需要保持工作輥至少不會(huì)因?yàn)橹亓ψ饔枚八荨?。?fù)彎輥力表現(xiàn)為使工作輥負(fù)彎即軋輥彎曲方向與軋制力使軋輥彎曲方向相同。正彎輥力有2個(gè)作用，分別為實(shí)現(xiàn)工作輥平衡進(jìn)而保證光整機(jī)運(yùn)行期間工作輥與相應(yīng)支撐輥輥面的完全貼合和使工作輥“正”彎。負(fù)彎輥力的作用是保證工作輥“負(fù)”彎，工作輥彎輥示意圖見圖5。

圖5 工作輥彎輥示意圖Fig.5 Work rolls bending simplified side view

3.4 光整機(jī)的控制及操作

1）本地／遠(yuǎn)程操作模式。光整機(jī)可分別由主操臺(tái)或現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)（箱）控制：本地／遠(yuǎn)程操作選擇由光整機(jī)現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)上的本地／遠(yuǎn)程旋鈕完成。選擇遠(yuǎn)程：自動(dòng)控制以及從主操作臺(tái)HMI自動(dòng)順控啟停有效。由絕對(duì)值碼盤信號(hào)保證到達(dá)極限位置限位開關(guān)前結(jié)束運(yùn)轉(zhuǎn)。選擇本地：如果現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)上未選擇檢修模式，則從現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)即可控制自動(dòng)順控運(yùn)行。如果現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)上選擇了檢修模式，則從現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)可根據(jù)檢修需要進(jìn)行單動(dòng)或分步運(yùn)行操作。

2）運(yùn)行數(shù)據(jù)管理。各預(yù)設(shè)參數(shù)可由光整機(jī)的HMI上位機(jī)自動(dòng)或操作員手動(dòng)設(shè)置。對(duì)各設(shè)定點(diǎn)的自動(dòng)／手動(dòng)處理設(shè)置通過主操作臺(tái)上的HMI接口設(shè)定。設(shè)定點(diǎn)設(shè)定值直接由PDI內(nèi)的相應(yīng)預(yù)設(shè)值導(dǎo)入，手動(dòng)或通過HMI接口均不可進(jìn)行更改。如果選擇手動(dòng)處理設(shè)定點(diǎn)可通過HMI接口在±10%調(diào)節(jié)限幅內(nèi)調(diào)整（調(diào)節(jié)限幅可更改），而當(dāng)前設(shè)定點(diǎn)可通過調(diào)節(jié)主操作臺(tái)上的旋鈕在±10%調(diào)節(jié)限幅內(nèi)調(diào)整。在過焊縫時(shí)，預(yù)設(shè)點(diǎn)中的值被寫入當(dāng)前預(yù)設(shè)及當(dāng)前設(shè)定點(diǎn)內(nèi)。如果之前在現(xiàn)場(chǎng)操作箱上對(duì)某值進(jìn)行過調(diào)整，調(diào)整量也將在此時(shí)被清零。

3）設(shè)定值管理。初始值錄入（PDI）主要包括：來料鋼卷的ID、厚度 （mm）、寬度 （mm）、鋼種、是否過光整機(jī)選擇、運(yùn)行模式選擇、延伸率／光潔度控制、光整機(jī)延伸率等。以上初始值信息由處理線PLC經(jīng)以太網(wǎng)傳輸。

4）焊縫跟蹤操作。根據(jù)焊縫質(zhì)量，操作員可在以下3種方式中選擇：優(yōu)良焊縫、一般焊縫、薄焊縫／帶鋼變寬。

當(dāng)焊縫接近光整機(jī)區(qū)域時(shí)，操作人員根據(jù)焊縫質(zhì)量情況調(diào)節(jié)選定位置，相應(yīng)的過焊縫模式被啟動(dòng)。對(duì)應(yīng)以上不同焊縫質(zhì)量，當(dāng)焊縫通過光整機(jī)時(shí)可分別采取不動(dòng)作、減壓模式以及抬輥縫模式。

5）全線停車或光整機(jī)急停時(shí)的操作策略。生產(chǎn)線正常停車和生產(chǎn)線快停時(shí)若光整機(jī)投入則自動(dòng)轉(zhuǎn)入泄壓模式。生產(chǎn)線急停時(shí)光整機(jī)快速打開。光整機(jī)快開時(shí)需要注意的是此操作為緊急時(shí)刻需要在光整機(jī)高速運(yùn)行的情況下快速泄壓，控制線路為硬線連接直接控制相關(guān)繼電器實(shí)現(xiàn)以下動(dòng)作：斷開所有閉合電磁閥，接通所有普通及快速打開電磁閥。伺服閥設(shè)定點(diǎn)：軋制液壓缸設(shè)定至零點(diǎn)，負(fù)彎輥力設(shè)置為零，正彎輥力設(shè)置為最大。

6）光整機(jī)工藝調(diào)節(jié)操作描述。

①位置或軋制力傾斜調(diào)節(jié)。該功能允許對(duì)帶鋼的平整度缺陷例如單邊浪等進(jìn)行修正。操作員可調(diào)節(jié)兩軋制缸之間的壓力或位置平衡。軋制傾斜調(diào)節(jié)僅當(dāng)光整機(jī)處于壓下位置時(shí)才可以投入。“＋”對(duì)應(yīng)操作側(cè)正向而傳動(dòng)側(cè)反向，反之“-”對(duì)應(yīng)操作側(cè)反向而傳動(dòng)側(cè)正向。若光整機(jī)抬起，則重新壓下后對(duì)應(yīng)“±”位置與抬起之前保持一致。

②支撐輥。支撐輥在軋制缸高于中間位置時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)并在其低于中間位置后自動(dòng)停止。支撐輥換輥操作前光整機(jī)必須處于完全抬起位置。換輥操作可視情況手動(dòng)或半自動(dòng)進(jìn)行。但無論采用哪種方式，都必須使支撐輥慢速運(yùn)行至換輥位接近開關(guān)處后才可進(jìn)行。

③防皺輥、防橫裂輥。防皺輥和防橫裂輥打到自動(dòng)狀態(tài)后在光整機(jī)抬壓過程中均自動(dòng)運(yùn)行，也可通過操作臺(tái)手動(dòng)操作。

④液壓缸操作。在光整機(jī)操作臺(tái)控制液壓缸（HRFC）自動(dòng)或手動(dòng)運(yùn)行。液壓缸可工作在位置環(huán)或壓力環(huán)上。當(dāng)工作輥未與帶鋼接觸，光整機(jī)處于抬／壓操作時(shí)位置環(huán)投入運(yùn)行。光整機(jī)正常工作后自動(dòng)切換至壓力環(huán)控制。

4 結(jié)論

此光整機(jī)自投產(chǎn)以來運(yùn)行效果良好，產(chǎn)品的延伸率和光潔度都達(dá)到了預(yù)期的目的。所有規(guī)格的熱鍍鋅產(chǎn)品經(jīng)過光整后產(chǎn)品質(zhì)量均有較大的提高。通過實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)編程和調(diào)試，我們對(duì)光整機(jī)的設(shè)備組成、電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)的原理以及對(duì)光整機(jī)調(diào)整和操作的方法做了系統(tǒng)的總結(jié)，對(duì)今后熱鍍鋅生產(chǎn)線光整機(jī)的設(shè)計(jì)調(diào)試及生產(chǎn)操作起到了指導(dǎo)作用。

［1］ 天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所.電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊(cè)［M］.第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］ 劉忠.液壓傳動(dòng)與控制實(shí)用技術(shù)［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2009.

Skin-pass of Continuous Galvanizing Line

SHI Kuan，CAO Xin-hui，LIU Tian-hui，CHEN Li-ying，ZHENG Shu-ling，F(xiàn)AN Shao-quan（TianjinDesignandResearchInstituteofElectricDrive，Tianjin300180，China）

The system functions of the skin-pass process control system and its interfaces with the operators and the equipment were discussed.Process control includes mill sequencing，skin-pass elongation control，HGC（hydraulic gap control）position and pressure controls and roll bend pressure control.Particular explanation is given to describe both electric-drive and hydraulic control system with relevant schematic diagram and sketches.The general characteristics of temper mill system was given by introducing both principles and functions，useful conclusions which will be valuable reference for later engineering practice are reached.

skin-pass；hydraulic gap control（HGC ）；roll bend pressure；elongation

TP278

B

石寬（1974-），男，工程師，Email：shikuan＠163.com

2011-01-06