熱浸鍍鋅線爐內張力分析及控制方案

孫昌印

熱浸鍍鋅線爐內張力分析及控制方案

孫昌印

通過對影響爐區張力的因素進行分析，制定相對應的電氣控制方案，提高爐區張力的穩定性

爐內張力分析 控制方案

熱浸鍍鋅線是一種連續生產線，檢驗連續生產線設計、調試是否成功的一個重要標準，就是能否保證連續生產。為此，降低事故次數和事故率對連續線來說更為重要。其中爐內斷帶是此類事故中處理時間最長、損失最大的生產事故，一般一次事故的處理時間約20個小時左右，直接損失高達幾萬元。

在導致爐內斷帶各種原因中，最重要一個原因就是爐內張力不穩定，為此提高爐內張力的穩定性是鍍鋅電氣設計人員和調試人員工作的一個重點。現對爐內張力影響因素進行分析，并針對性的提出控制方案。

一、熱浸鍍鋅線工藝布局簡介

如圖1所示，此生產線按工藝結構共分3段，分別為入口段、工藝段、出口段。入口段由開卷機至2#S輥處，工藝段由入口活套至出口活套組成，出口段由8#S輥至卷取機組成。

二、爐內張力不穩定的原因分析

通過上圖不難看出，影響鍍鋅爐內張力穩定性的因素從大方面說應有三個方面，一是入爐前帶鋼張力的波動會影響爐內帶鋼張力的穩定性；二是爐內設備自身的張力的穩定性；三是出爐后帶鋼的張力波動也會影響爐內張力的穩定性。

1.入爐前帶鋼張力波動原因的影響因素

1）入口活套在沖套、吃套時，活套張力的波動會影響爐前張力的穩定性；

2）3 號張力輥的張力閉環調整系統的精度對爐區張力的影響。

2.爐內設備自身張力穩定性的影響因素

1）爐輥正常運行時張力控制精度；

2）工藝段加減速時，爐輥響應慢，影響爐內張力。

3.爐后張力波動的影響因素

當出口活套吃套、沖套時活套張力會波動，若工藝基準輥機械特性偏軟，則不能將出口活套張力的波動割斷，從而影響工藝段的張力。

三、爐區張力控制方案

在以上三個影響爐區張力的因素中，解決爐后張力穩定性的方案比較簡單，只要將工藝基準速度輥機械硬度調硬即可，為此不做詳細分析。下面重點對爐前張力控制和爐內張力控制的方案進行分析。

1.入口活套張力控制方案

鍍鋅線入口活套的作用是當入口段停機換卷時為工藝段儲存足夠的帶鋼，入口段停機后工藝段通過吃活套的套量來確保連續運行。當吃套時，活套的小車開始向下移動，在移動之初，小車需要一個使其動起來的能量來克服自身的慣量。移動后，小車的各設備還需要克服自身的各項阻力，只有這兩個條件滿足后，小車才能動起來。若活套是橫轉矩控制，提供這兩個條件的力的來源只能是3號張力輥，而這兩個力的突然介入，勢必會影響3號張力輥運行的穩定，從而會影響爐區張力的穩定。為了確保3號張力輥穩定運行，這兩個力最好不要由3號張力輥提供，而是將這兩個力改由活套電機提供，為此需對活套電機恒轉矩控制的系統進行改造，即在其控制系統上添加活套dv/dt補償和在活套轉矩的值上及時補償活套運行的阻力值（控制系統如圖2）。

2.爐前3號張力輥張力閉環控制

為了確保爐前張力的穩定性，3#S張力輥需采用張力閉環控制方式。張力反饋信號取自爐前測張輥，張力環在速度環之內，張力調節器和速度調節器均為比例積分，張力調節器的輸出信號作為速度調節器的速度給定補償信號。張力環的作用就是當爐前張力變化后通過調節電動機轉速來調整爐前張力，從而確保其恒定，控制系統圖如圖3、圖4。為了保證3號張力輥兩個輥的出力均衡，從輥采用了直接張力控制及負荷平衡控制方式，控制系統圖見圖5、圖6。

3.爐區內爐輥張力控制方案

如圖（1）所示，退火爐為立式退火爐，爐輥分上下兩層，共21根。為了減少投入，爐輥傳動電機可不配編碼器，采用開環頻率控制方式。但此種控制系統存在缺陷，就是當工藝段啟動時，由于爐輥直徑大，電機需出一個較大的力來克服其慣量。但因其是頻率控制，不是速度閉環控制，為此電機需犧牲速度來保證轉矩（電機速度-轉矩特性圖）。此種控制模式缺點是就是當生產線啟動或提速時，會出現所有爐輥速度有低于工藝段速度的趨勢，但因有帶鋼的作用，實際速度是不會降低的，而是會出現帶鋼拖動爐輥運行的局面。這樣就會使爐內張力加大，從而會增加爐內因張力大而斷帶的風險。為了解決這個問題，我們在速度調節器之前采用了Scale droop形成負反饋的控制方式。Droop的引入很好的解決了這個問題（Scale droop控制系統見圖7）。

四、結論

通過實施以上控制方案，鍍鋅線在現有設備的基礎上，爐內張力得到了很好控制，正常運行時爐內張力的波動值基本在10%以內，爐內斷帶率得到了很好的控制，能滿足一般鍍鋅線正常生產的需要。

（作者單位：中冶恒通冷軋技術有限公司）