浅谈气刀在连续热镀锌生产线中的应用

2018·3（下） 军民两用技术与产品
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气刀在冷轧带钢热镀锌生产工艺中起着关键性作用，是生产线
中的核心设备，其性能的好坏直接影响镀锌产品质量。

因此在连续热镀锌生产线工艺控制过程中必须充分了解气刀设备的工作原理和设备结构。

文中结合我厂热镀锌生产实践，着重介绍了气刀的结构原理及其功能。

1 镀层控制的主要工艺参数
在生产过程中镀层控制的主要工艺参数包括气刀开口度、气刀与带钢距离、气刀介质压力、带钢速度等。

气刀开口确定后，在生产过程中，气刀温度升高，开口度会因热膨胀而发生变化。

因此在控制气刀开口度时要充分考虑其受热膨胀因素。

导致气刀与带钢距离发生变化的原因主要有沉没辊系统的振动、带钢行走中发生振动、带钢退火后的平面度等，这些机械误差均会镀锌层厚度控制产生很大影响。

气刀介质压力与系统气体压力及气刀压力控制系统有直接关系。

带钢速度的波动也会对镀锌层厚度控制产生较大影响，这与生产线设备安装精度、自动化仪表监测精度及设备控制精度有关。

虽然设备安装精度、自动化仪表监测精度及设备控制精度足以满足生产要求，但仍会对镀层厚度控制产生一定影响。

这就需要从气刀设备本身着手，采取措施减小影响或对影响因素进行有效补偿。

如：当带钢行走中心线偏离轧制线后，可采用带钢中心线跟踪机构进行在线检测，通过气刀扭转机构的调整以消除这一影响，从而提高生产质量。

固定开口度气刀在使用过程中，由于开口度不能实现在线调整，对镀层厚度及均匀性影响较大。

气刀喷嘴曲率半径或开口度调整精度不符容易造成带钢边部镀层过厚或中部镀层过厚。

因此，在使用固定开口度气刀时，要根据生产计划及实际镀层厚度参数及时对气刀开口度参数进行调整，并定期对气刀开口度进行标定。

由此可见，气刀开口度是影响镀锌层厚度控制的关键性因素。

由于气刀开口度的标定是以中心线为基准，当带钢相对中心线发生偏离后，带钢两侧镀层厚度均会发生很大变化，此时，通过气刀位置检测，对气刀位置进行调整，以确保气刀与带钢中心线保持恒定距离。

因此，气刀位置跟踪和调整装置对于气刀的使用至关重要。

2 气刀镀层厚度控制原理
镀锌层厚度和均匀性是冷轧热镀锌带钢生产中的关键工艺控制参数，是镀锌产品质量重要的衡量指标，提高镀层厚度控制精度能够有效提高产品质量，同时还可降低锌消耗成本。

气刀参数控制是一个复杂的多变量系统，这是由于气刀开口度、气刀与带钢距离、气刀介质压力、带钢速度等与镀层厚度是非线性关系；气刀与带钢距离、带钢速度与气刀压力间具有强耦合特性；此外，镀层测厚仪的安装与气刀具有一定距离，在线检测具有滞后性，因此当带钢速度发生变化时，该滞后时间又具有时变性。

现代控制和经典PID 控制理论均无法达到良好的控制效果。

然而热镀锌生产工艺具有一定的重复性和规律性，模型自适应及智能学习算法控制系统能有效解决这一问题。

如图1所示。

镀层厚度控制程序实时采集带钢速度、镀层厚度等实际值数据，利用数学模型计算气刀压力和位置的设定值数据并发送到气刀控制程序，调节气刀压力和位置实现镀层厚度闭环控制。

图1 气刀镀层厚度控制原理
通过固定开口度气刀的研究和报道不难知道，通过调整气刀距离能够实现镀层厚度的控制，但在实践过程中发现，通过调整气刀压力能够达到更理想的控制效果，因此镀层厚度控制中常以调节气刀压力为主要的控制手段。

由于气刀距离具有很好的动态性，所以在生产中需变换镀层厚度规格时通过调整气刀位置来实现镀层厚度控制。

气刀镀层厚度控制系统的核心是数学模型的建立，该数学模型须精准地反映在生产过程中各工艺参数间的关系，通过自适应及智能学习，完成计算和调整，从而提高镀层厚度控制质量。

镀层厚度虚拟热态测量技术是在该数学模型的基础上实现的又一强大功能，实现了镀层厚度的操作工手动控制。

3 实践与应用
目前DUMA 气刀系统已应用于多个钢铁公司热镀锌线，如：鞍钢、河钢等，其产品质量显著提升，均达到汽车用面板的质量标准。

热镀锌生产机组可实现多种规格产品的生产，在锌铁合金（GA ）模
式生产中，该系统镀层厚度范围覆盖60～180g/m 2；在镀纯锌（GI ）模式生产中，该系统镀层厚度范围覆盖50～350g/m 2。

气刀设备动作控制及连锁功能采用SIEMENSS7-400PLC 实现，人机界面采用SIEMENS WinCC7.0和WINCC flexible Advantage2008开发，气刀PLC 配置两块CP443-1以太网通讯模块，通过ISO pro-tocol on TCP/IP 协议与人机界面建立通讯连接，通过TCP/IP 协议与生产线PLC 及镀层测厚仪建立通讯连接。

同时还配置一块CP443-5现场总线通讯模块，通过PROFIBUS DP 协议与现场设备及传动装置建立通讯连接。

镀层厚度控制系统采用德国Beckhoff 工业PC 开发，采用TCP/IP 协议与气刀PLC 建立连接。

4 结语
气刀在冷轧带钢热镀锌生产工艺中起着关键性作用，是生产线中的核心设备，其性能的好坏直接影响镀锌产品质量。

随着科学技术的快速发展和在工业生产中的应用，气刀技术已经比较成熟。

充分研究和掌握气刀的设备结构和工作原理有利于提高热镀锌设备管理水平及热镀锌产品质量。

参考文献
1 林传华.宝钢1730热镀锌锌层厚度控制关键技术研究[D].沈阳：东北大学，2010.
2 李九龄.带钢连续热镀锌[M].北京：冶金工业出版社，2010.
摘 要 气刀在冷轧带钢热镀锌生产工艺中起着关键性作用，是生产线中的核心设备。

文中阐述了镀层控制的主要工艺参数，探讨了气刀镀层厚度控制原理，对于指导生产和设备管理均具有重要意义。

关键词 冷轧；气刀；镀锌文章编号：1009-8119（2018）03（2）-0125-01
浅谈气刀在连续热镀锌生产线中的应用
陈绍龙
（华北理工大学机械工程学院，唐山 063000）。