连续热镀锌机组自动化及智能化

连续热镀锌机组自动化及智能化

作者：乔兵

来源：《科学与财富》2018年第33期

摘要：随着设备制造工艺和研究的不断进步，机械设备取得了日新月异的发展，现代化工艺手段的出现使得大型机械设备逐渐实现自动化。这些新的应用给我们的生活带来了新的变化，也推动企业快速的发展。本文主要从热镀锌机组设备、工艺方面的阐述中来探讨机组的自动化与智能化。

关键词：连续热镀锌；自动化；智能化

一、绪言

连续热镀锌机组是大型连续的生产机组，机组产线长、涉及的设备多而广、工艺参数复杂，一般的机组需要了十几人到几十人进行操作。由于机组的设备多、工艺参数复杂，有时一点小问题造成整条机组停机，产生较大损失。随着科学技术的发展，热镀锌机组也在自动化及智能化方面有了新的进步，对以后的机组提出了更高的要求。

二、设备运行的自动化

镀锌机组包括了开卷→焊接→清洗→退火还原→镀锌→冷却→光整拉矫→钝化涂油→卷取→包装等工序，其中开卷、清洗、锌锅镀锌、卷取等工序是劳动强度最大的地方，需要大量的人力，因此在这些工序步骤可以设计成自动化。

自动上卷及自动开卷功能。冷轧好的原料钢卷由步进梁自动送至指定的鞍座上，鞍座上装有光电检测开关及钢卷直径测量装置，这样就可以判断鞍座上是否有钢卷及钢卷的直径R，上卷小车升降油缸中安装有位移传感器，可以测定上卷小车升降的行程。在小车降到最低位时测得开卷机中心与小车顶的距离为L1，此时小车的位移传感器数值为A，则小车上卷时升高

H=A+ L1-D/2，钢卷中心与开卷机卷筒中心平齐，然后小车开始将钢卷送至卷筒上并自动完成开卷工作。

冷轧后的带钢带有大量的乳化液油污，带钢在进入退火炉前必须清洗干净，否则会造成产品漏镀、脱锌，所以清洗脱脂工序格外重要。清洗是整个生产线工作环境最恶劣的地方，清洗段设计成自动配液能够改善工作环境、节省人力。根据带钢的污染情况来设定合适的脱脂液的浓度a，设计合适的配液箱体积V，配液箱上安装液位计及酸碱浓度计，则配一箱脱脂液需要脱脂剂的体积V1=V*a，通过电磁阀及工艺管道向配液箱里加入脱脂剂，并通过流量计测量加入脱脂剂的体积，达到V1体积后电磁阀自动关闭，然后水管上电磁阀自动打开加入脱盐水，箱内的搅拌器开始搅拌，通过液位计来控制配液箱内的体积，达到设定体积后电磁阀关闭，通过酸碱浓度计检测脱脂液的浓度与设定值的偏差，并进行修正，配液完成后通过蒸汽加热脱脂

液，达到设定温度后自动停止加热。在生产过程中实时监测脱脂液的浓度，当浓度下降到一定偏差时自动补充脱脂剂，当脱脂液中污染物达到一定浓度后切换到另一个配液箱，此箱内的脱脂液自动排放。这样脱脂段的工作就完全实现了自动化控制。

自动分卷及自动卸卷工能。镀锌机组中由于钢卷头、尾焊接在一起，必须将焊缝剪切下来，还要根据客户的订货要求按重量或者长度进行分卷，所以镀锌分卷工作必须细心，否则不满足客户的要求而造成损失。在自动分卷时可以通过焊缝检测仪检测焊缝，检测到焊缝后出口段自动停机并分卷，也可以设置成按重量分卷模式，当卷取的重量达到设定的分卷重量时出口自动停机分卷，自动卸卷与入口段的自动上卷控制逻辑基本相同。

三、工艺参数控制的自动化

连续热镀锌机组主要功能是完成带钢的退火还原及镀锌。退火炉的温度控制及炉内气氛控制要求严格。

退火炉炉内温度的自动控制。由于成本及环境的要求，现在的退火炉基本都是使用天然气加热，一条镀锌机组配置70～100多套烧嘴及辐射管，每套烧嘴功率在120Kw～160Kw之间，整个退火炉在150米～300米左右。由于带钢从进炉需要加热、均热、冷却、均衡完成完成退火还原，每个区间所需的温度不同，所以要分区段分别进行炉温控制。在每个区设定好工艺温度后与实际温度比较，计算出升温所的燃气量，根据空燃比计算出需要的空气量，通过调节阀来调节所需的燃气流量，空气流量，同时空气实际流量与空燃比也控制燃气流量，通过双交叉限幅控制模型来控制燃气流量和空气流量，保证燃烧达到最佳效果，同时温度波动幅度小。

带钢必须在炉内保护气氛中进行退火还原。退火炉保护气是有15%～30%氢气和85%～70%氮气组成的混合气体，流量一般控制200～300m3/h，炉内的氧含量必须控制在50ppm以下，露点一般控制在-40℃～-20℃之间。通过气动调节阀调节保护气总流量及各成分的流量，保证炉内保护气氢气的含量。流量调整的同时必定导致炉内压力的波动，通过设置在炉顶的气动放散阀来控制炉内的压力。这样炉内的气氛和压力只需设定合适的工艺参数就可以自动完成控制。

四、大数据时代的智能化

随着科学技术的发展，以新一代移动通信、大数据、云计算、智能化等为代表的新兴技术革命正走入我们平常生活中。在连续热镀锌生产中涉及的数据、工艺参数、控制逻辑我们都可以编写成数据建立数据库，创建生产工艺模型。

热镀锌生产中由于原材料的不同，各个机组的生产能力不一样，这样在生产中的工艺参数肯定都不完全相同。原材料主要有组成成分、原料的宽度、厚度等，机组的最高速度、退火炉的最大TV值、锌锅的锌液成分等都会改变工艺参数。在生产中自动对每一种产品的生产工艺

数据进行收集，同时对产品的质量数据进行收集比较，筛选出产品质量最优时的工艺参数，这样的数据自动保存建立数据库并建立二级生产系统，在以后的生产中可以直接根据原材料情况、机组的特性参数、客户的要求自动设置工艺参数并控制实际工艺参数。

对于比较复杂的控制逻辑就建立控制模型。如在热镀锌生产时锌锅是镀锌的关键工艺步骤，镀层的厚度、镀层的表面质量都是通过锌锅及气刀来控制的。镀层的厚度与气刀的压力、气刀高度、气刀角度、气刀开口距离、锌液成分、锌液温度等参数有直接关系，这些参数之间又是彼此互相影响的，建立气刀控制模型后，设定镀层厚度气刀自动调整到最佳状态。

五、结语

在新时代、新技术的革命背景下，一切的生产活动都会走向自动化、智能化。综上所述，热镀锌的自动化、智能化不但是操作过程的简便性，也会提高安全性及稳定性，避免操作故障发生。热镀锌作为冷轧环节中的一个中间环节能够实现自动化、智能化，其它工艺环节同样可以实现，如连续彩涂机组、硅钢中的常化酸洗机组、脱碳退火涂层机组等都可以实现自动化及智能化。

参考文献：

【1】李九岭带钢连续热镀（第三版）

【2】孟华、刘娜、厉玉鸣化工仪表及自动化