稳定高效通板技术在1220CAL机组上的应用

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表 !’ !""# $%& 机组主要技术参数
项目 带钢规格! 厚度 / ++ ! ! ! ! ! 宽度 / ++ 入口钢卷规格! 外径 / ++ ! ! ! ! ! ! ! 内径 / ++ 出口钢卷规格! 外径 / ++ ! ! ! ! ! ! ! 内径 / ++ 卷重 / 5 机组最高速度 / （ + / +01） （ 入口 / 中央 / 出口） 机组总长度 / + 其中： 炉子长度 / + 退火炉组成及各段行程数 预热炉（ CDE） 加热炉（ F<E） 均热炉（ 4E） 缓冷段（ 4&4） 快冷段（ F&4） 过时效段（ G’4） E&4） 最终冷却段（ 水淬段（ IJ） 平整机型式 平整方式 年产量 / 万 5 " ,- （ "? H @ ） , " 双机架四辊轧机 干平整 >$) ?* " $* "@ 参数 #) $* = #) * ,## = $ #*# %## = " ### >"# / *#%## = " ### >"# / *#3AB ">) $* $ ### / -## / $ ### 约 @## 约 $>#
Байду номын сангаас
! ! 宝 钢 $""# 冷 轧 连 续 退 火 机 组 （ 简 称 $""# &’(） 主要生产薄规格镀锡原板， 为后序涂镀机组 提供原料， 具有产品厚度极薄， 退火温度高、 工艺 速度快， 高度自动化的特点， 其产品厚度最薄达到 #) $* ++， 退火温度最高 ,-# . ， 工艺段带钢运行 速度最高为 -## + / +01， 是目前世界上采用最新技 术的高速镀锡板专用连续退火机组之一。 $""# &’( 机组入口段和出口段主要机械设备 从法国 234 公 司 引 进， 炉子段工艺设备由法国 45601 768956: 公司提供， 主要电气设备从瑞士 ’;; 公司引进。机组于 "##, 年 % 月建成投产， 可生产 <") * = <* 等级镀锡原板， 年产量 >$) ?* 万 5。该机 组主要技术参数见表 $ 。 连续退火机组要实现机组通板顺利、 运行稳 定， 首先要求原料钢卷板形要好， 带钢越薄， 板形 越难控制。为了生产出优质薄规格镀锡原板， 必 须要注重稳定高效顺利通板。 在连续退火处理过程中， 带钢依靠炉辊转动 在温度不同的各区域快速上下往返运行， 带钢在 不同的温度场内热膨胀是不等的， 容易产生跑偏 和瓢曲现象。因此， 连续退火机组运行稳定除了 原料板形质量外， 更要靠温度、 辊型、 张力等控制 和调节手段才能实现顺行和稳定高效通板。 为此， 在 $""# &’( 机组上应用了一系列防跑 偏装置和防瓢曲技术， 以避免机组运行时带钢发 生跑偏和瓢曲。
《 冶金自动化》 *##/ 年 6"
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图 ’" !&&( )*+ 新型风箱示意图
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图 !" #$% 段炉辊室结构示意图
子冷却方式不同于常见的冷却方式， 在快冷段采 用新型的高速喷气冷却， 其特点有： （ "） 冷却速度快， 其冷却速度可达 "## $ % & 以 上， 比常规喷气冷却（ ’() ） 速度有较大的提高。 （ *） 风箱间距可调。为使运动的带钢与风箱 间距保持一定又不碰撞， 风箱的间距可通过齿轮 电机进行调控。另外， 通过调节风箱之间的距离 还可根据工艺要求调节带钢在快冷段的冷却速率。 （ +） 采用新型的“ 鼓 , 抽” 式喷箱系统， 能形 成平滑的气回流， 增加带钢在宽度方向上的冷却 均匀性。从而使板宽方向实现均匀冷却。在带钢 宽度方向上排列的每一排喷嘴都分成 - 段， 并设 有 . 个调节挡板， 有利于调节带钢宽度方向上的 风量， 特别当带钢宽度变化时确保宽度方向的冷 却均匀， 不产生瓢曲变形。 （ .） 为防止决速冷却时带钢的颤动， 在风箱纵 向之间设置可调的稳定辊（ 共 / 根） ， 使运动着的 带钢的自由波幅减少， 减弱带钢的颤动， 避免带钢 与风箱摩擦造成划伤， 并损坏风箱。 & 0 ’" 过程控制计算机系统 123段的板温与速度控制是整个 )45 过程控
连续退火机组生产出优良镀锡原板的先决条件， 而冷轧后的带钢表面总残留着一些轧制油、 铁粉 以及轧制过程中的污染物， 所以在退火前就必须 进行预处理， 将带钢表面清洗干净。 $""# &’( 机组的退火前预处理工艺采用德国 KLM 公司的高速清洗专用设备， 通过物理清洗与 化学清洗相结合的方法， 利用碱洗、 电解清洗、 刷 洗和漂洗、 烘干等工艺步骤将冷轧后的带钢表面 残油残铁等污物进行清除。 清洗段设备采用卧式
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图 ," #)- 段风箱及稳定辊结构示意图
制计算机系统中最重要的部分， 传统的 )45 加热 段应用的是稳态模型， 它限制了对加热室的板温 进行动态控制及最佳速度预测控制， 而且由于模 型不够精确， 控制算法不够先进， 因此， 不得不经 常采用人工调节， 不仅增加了工人劳动强度， 而且 产品质量也难以稳定。 "**# )45 加热段应用了 6789: ;8<=7> 开发的 346 炉子自动控制模型， 以板温控制、 能量控制和 区域温度控制为手段， 采用了最佳预测控制， 总体 预报控制及自调整控制方法， 对实现带钢规格切 换时的平稳过渡、 降低发生瓢曲风险具有良好的 控制性能， 具体表现在以下四点： （ "） 通过二级机进行过渡管理， 346 自动控制 模型能描述炉子的过渡状态， 反映过渡周期的控 制性能， 实现无需人工干预的情况下的自动过渡， 避免焊缝处的带钢过热， 防止由于焊缝问题造成 断带停机。 （ *） 根据生产计划的顺序改变， 如带钢规格， 退火周期及机组速度的改变， 346 的最佳预测控 制为过渡生产提供最佳带温过渡曲线， 从而实现 了精确和平滑的生产过渡。
《 冶金自动化》 "##- 年 4$
稳定高效通板技术在 !""# $%& 机组上的应用
高! 华
（ 宝山钢铁股份有限公司宝钢分公司 冷轧薄板厂， 上海 "#$%## ） 摘要： 连续退火机组（ &’(） 的稳定高效通板是保证产品质量均匀、 产量稳定的必要条件。为避免机组运行时钢 带发生跑偏和瓢曲的风险， 在机组上采取了一系列技术和装置， 通过辊型、 温度和张力的控制调节， 实现稳定高 效通板。 关键词：镀锡原板； 连续退火； 稳定高效通板
图 &" 传统风箱设计示意图
（ +） 总体预测控制能平衡控制变量和运算变
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《 冶金自动化》 #$$/ 年 0"
量（ 能量需求） ， 实现平稳的生产规格切换， 提高适 应炉子特性变化的能力。 （ !） 自调整控制能保持长久的良好控制性能， 自动地把长时间的机组特性变化反应到模型参数 和控制参数， 实现模型的自适应功能。 热与冷却防瓢曲技术， 并采用先进的过程计算机 控制技术， 具 有 炉 子 运 行 稳 定、 规格切换过渡平 稳、 控制精确等特点， 机组实现带钢温度控制精度 () *， 张力控制精度在 ( "+ ), 以内。在极薄镀 锡原板连续退火处理线中颇具代表性， 代表了 -$ 年代后期世界连续退火技术发展先进水平。可以 预料， 在今后的生产实践中通过我们大家的努力 定能生产出世界一流的产品。
!’ 防跑偏装置
! ) !’ 预处理段防跑偏设计 带钢在退火前的表面状态和清洁程度是确保
收稿日期： "##?N$#N"% ； 修改稿收到日期： "##?N$"N$$
作者简介： 高! 华（ $%,%N） ， 男， 湖北公安人， 助理工程师， 现从事金属压力加工专业工作。
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《 冶金自动化》 %//7 年 6!
"# 加热和冷却防瓢曲技术
" " !# 辐射管加热防瓢曲技术 在传统的连续退火炉上为防止跑偏， 炉辊虽 具有原始凸度， 但效果不明显， 运行中炉辊表面温 度分布仍然是不均匀的， 在 4+5 段未接触带钢的 炉辊两侧表面因受到周围炉墙和辐射管的辐射热 作用而温度偏高， 由此产生炉辊热凸度的变化对 带钢两侧边缘， 特别当带钢宽度规格变化时更容 易产生边皱， 甚到引起跑偏。本机组炉子 4+5 段 中， 在上炉辊与最上层的辐射管之间设置隔热板， 形成炉辊室， 减少辐射管的热辐射对炉辊影响， 而 且在靠近顶辊室炉辊处设置一个单独控制的辐射 管， 通过热电偶测量炉辊室温度来控制这个辐射 管的开关， 调节炉辊室的温度， 有利于控制带钢热 瓢曲的产生。 相反在 6,5、 4,6 段， 为防止炉辊两侧温度偏 低， 带钢在向心力作用下易向炉辊径向中心滑动 而产生冷弯曲， 本炉子在上述各段上设炉辊室并 在炉辊室内增设电加热辐射管， 提高炉辊两侧温 度， 消除带钢可能产生冷弯曲、 折皱等现象。 " " "# 快速冷却防瓢曲技术 为满足软质镀锡板的处理， !%%/ ,’0 机组炉 ・ )73・
结构分三层布置， 与传统立式清洗相比， 具有设备 布置顺畅、 结 构 简 单、 故障处理及检修方便等特 点。为实现稳定通板， 分别在碱洗槽和电解清洗 槽的沉没转向辊表面刻有均匀的螺旋槽， 消除高 速通板时带钢与液面以下的沉没转向辊表面形成 的“ 气垫效应” ， 防止带钢运行时打滑及跑偏。另 外， 在刷洗和漂洗段布置了 !! 对挤干辊， 通过设 定一定的挤干压力， 不仅满足了带钢表面清洗质 量， 更为带钢的稳定高效运行提供可靠保证。 ! " "# 带钢张力调整技术 连续退火机组能否实现高效退火处理， 关键 是确保带钢稳定通过， 因各炉段温度场不同， 运行 带钢的张力变化不可避免， 此外还有操作上的原 因如： 入口段点动操作、 焊接带钢会引起入口段张 力的变化， 出口段带钢的分卷、 卷取速度的增减也 会造成出口段张力的波动， 在炉内带钢的加速、 减 速或炉辊之间速度不匹配等都会造成炉内张力的 变化等。本机组采用以下张力调控措施确保炉内 各段张力的正确设定， 保证带钢高效稳定通板。 （ !） 根据各区域的不同要求设定了最佳的张 力分布设定图， 清洗段前 #$ ! 张紧辊、 入口活套 前 #$ % 张紧辊、 #$ ! 测张辊等组成张力第一高峰 区， 使入口活套前带钢张力波动得到调节。 （ %） 炉子入口前设 #$&’、 #$&( 张紧辊， #$&( 张紧辊后还设有跳动辊， 它能自动进行调节， 可吸 收炉子入口侧张力波动， 确保炉子入口侧张力恒 定。跳动辊位置由 #$&( 张紧辊控制。炉子段出 口设 #$)’、 #$)( 张紧辊， 同时各炉区均设有张力 测量辊， 可掌握炉内张力的变化， 及时调节， 保持 炉内张力稳定。 （ &） 为了使炉辊速度均匀， 炉辊传动采用了交 流单独传动， *+, 直接转矩控制技术， 具有高精度 和高响应 的 性 能， 在 加 速、 减速时对炉辊进行补 偿， 减少外界干扰， 使各炉辊响应一致。 （ )） 在炉子入口活套和出口活套都装有张力 测量仪， 通过信号反馈， 活套区的张力可自动得到 调节。 （ -） 活套固定辊采用各单独电机驱动方式， 同 样能减小带钢加速减速时的张力波动。 （ .） 平整机前后设 #$- 、 #$. 张紧辊， 形成机 组全线最高张力区， 通过平整机前、 中、 后的三处 张力测量辊的反馈信号来调控张力波动， 改善带 钢高速运行的稳定性。 ! " $# 全线带钢位置控制系统 在高速运行下为防止带钢发生跑偏而引起灾 难性后果， 设计上作了精心考虑， !%%/ ,’0 机组全 线共设置了 !. 套带钢中心位置控制装置（ ,1, ） ， 其中炉内较合理地设置了 2 套 ,1, 纠偏对中装 置， 炉子外设置了 3 套 ,1, 纠偏装置， 基本上做到 道道把关， 全线部署， 可以随时及时纠偏。特别是 在加热室选用了 % 套双辊式 ,1, 纠偏， 与传统的 单辊式纠偏比较， 它具有反应快、 矫正能力强等优 点， 且在进行纠偏动作时不会对高温段带钢板形 产生不良影响。相反， 传统的炉内单辊 ,1, 特别 ,1, 动作时某一边 是高温段因带钢屈服强度低， 易产生屈服伸长引起边浪。另外， 纠偏辊数量的 增加及位置的最优化定位进一步提高了带钢的对 中特性， 为实现稳定高效通板提供保证。 炉内带钢跑偏检测装置采用电感式传感器， 传感器测量精度高， 与传统光学式传感器比较， 电 感式传感器受环境干扰小， 可以避免炉灰的影响， 维护工作量小。传感器设在带钢两边缘， 在自动 情况下， 带钢中心位置和机组中心线之间的偏差 通过电动缸驱动导向辊来控制带钢的中心位置。