連續熱鍍鋅機組自動化及智能化

喬兵

摘 要：隨著設備制造工藝和研究的不斷進步，機械設備取得了日新月異的發展，現代化工藝手段的出現使得大型機械設備逐漸實現自動化。這些新的應用給我們的生活帶來了新的變化，也推動企業快速的發展。本文主要從熱鍍鋅機組設備、工藝方面的闡述中來探討機組的自動化與智能化。

關鍵詞：連續熱鍍鋅；自動化；智能化

一、緒言

連續熱鍍鋅機組是大型連續的生產機組，機組產線長、涉及的設備多而廣、工藝參數復雜，一般的機組需要了十幾人到幾十人進行操作。由于機組的設備多、工藝參數復雜，有時一點小問題造成整條機組停機，產生較大損失。隨著科學技術的發展，熱鍍鋅機組也在自動化及智能化方面有了新的進步，對以后的機組提出了更高的要求。

二、設備運行的自動化

鍍鋅機組包括了開卷→焊接→清洗→退火還原→鍍鋅→冷卻→光整拉矯→鈍化涂油→卷取→包裝等工序，其中開卷、清洗、鋅鍋鍍鋅、卷取等工序是勞動強度最大的地方，需要大量的人力，因此在這些工序步驟可以設計成自動化。

自動上卷及自動開卷功能。冷軋好的原料鋼卷由步進梁自動送至指定的鞍座上，鞍座上裝有光電檢測開關及鋼卷直徑測量裝置，這樣就可以判斷鞍座上是否有鋼卷及鋼卷的直徑R，上卷小車升降油缸中安裝有位移傳感器，可以測定上卷小車升降的行程。在小車降到最低位時測得開卷機中心與小車頂的距離為L1，此時小車的位移傳感器數值為A，則小車上卷時升高H=A+ L1-D/2，鋼卷中心與開卷機卷筒中心平齊，然后小車開始將鋼卷送至卷筒上并自動完成開卷工作。

冷軋后的帶鋼帶有大量的乳化液油污，帶鋼在進入退火爐前必須清洗干凈，否則會造成產品漏鍍、脫鋅，所以清洗脫脂工序格外重要。清洗是整個生產線工作環境最惡劣的地方，清洗段設計成自動配液能夠改善工作環境、節省人力。根據帶鋼的污染情況來設定合適的脫脂液的濃度a，設計合適的配液箱體積V，配液箱上安裝液位計及酸堿濃度計，則配一箱脫脂液需要脫脂劑的體積V1=V*a，通過電磁閥及工藝管道向配液箱里加入脫脂劑，并通過流量計測量加入脫脂劑的體積，達到V1體積后電磁閥自動關閉，然后水管上電磁閥自動打開加入脫鹽水，箱內的攪拌器開始攪拌，通過液位計來控制配液箱內的體積，達到設定體積后電磁閥關閉，通過酸堿濃度計檢測脫脂液的濃度與設定值的偏差，并進行修正，配液完成后通過蒸汽加熱脫脂液，達到設定溫度后自動停止加熱。在生產過程中實時監測脫脂液的濃度，當濃度下降到一定偏差時自動補充脫脂劑，當脫脂液中污染物達到一定濃度后切換到另一個配液箱，此箱內的脫脂液自動排放。這樣脫脂段的工作就完全實現了自動化控制。

自動分卷及自動卸卷工能。鍍鋅機組中由于鋼卷頭、尾焊接在一起，必須將焊縫剪切下來，還要根據客戶的訂貨要求按重量或者長度進行分卷，所以鍍鋅分卷工作必須細心，否則不滿足客戶的要求而造成損失。在自動分卷時可以通過焊縫檢測儀檢測焊縫，檢測到焊縫后出口段自動停機并分卷，也可以設置成按重量分卷模式，當卷取的重量達到設定的分卷重量時出口自動停機分卷，自動卸卷與入口段的自動上卷控制邏輯基本相同。

三、工藝參數控制的自動化

連續熱鍍鋅機組主要功能是完成帶鋼的退火還原及鍍鋅。退火爐的溫度控制及爐內氣氛控制要求嚴格。

退火爐爐內溫度的自動控制。由于成本及環境的要求，現在的退火爐基本都是使用天然氣加熱，一條鍍鋅機組配置70～100多套燒嘴及輻射管，每套燒嘴功率在120Kw～160Kw之間，整個退火爐在150米～300米左右。由于帶鋼從進爐需要加熱、均熱、冷卻、均衡完成完成退火還原，每個區間所需的溫度不同，所以要分區段分別進行爐溫控制。在每個區設定好工藝溫度后與實際溫度比較，計算出升溫所的燃氣量，根據空燃比計算出需要的空氣量，通過調節閥來調節所需的燃氣流量，空氣流量，同時空氣實際流量與空燃比也控制燃氣流量，通過雙交叉限幅控制模型來控制燃氣流量和空氣流量，保證燃燒達到最佳效果，同時溫度波動幅度小。

帶鋼必須在爐內保護氣氛中進行退火還原。退火爐保護氣是有15%～30%氫氣和85%～70%氮氣組成的混合氣體，流量一般控制200～300m3/h，爐內的氧含量必須控制在50ppm以下，露點一般控制在-40℃～-20℃之間。通過氣動調節閥調節保護氣總流量及各成分的流量，保證爐內保護氣氫氣的含量。流量調整的同時必定導致爐內壓力的波動，通過設置在爐頂的氣動放散閥來控制爐內的壓力。這樣爐內的氣氛和壓力只需設定合適的工藝參數就可以自動完成控制。

四、大數據時代的智能化

隨著科學技術的發展，以新一代移動通信、大數據、云計算、智能化等為代表的新興技術革命正走入我們平常生活中。在連續熱鍍鋅生產中涉及的數據、工藝參數、控制邏輯我們都可以編寫成數據建立數據庫，創建生產工藝模型。

熱鍍鋅生產中由于原材料的不同，各個機組的生產能力不一樣，這樣在生產中的工藝參數肯定都不完全相同。原材料主要有組成成分、原料的寬度、厚度等，機組的最高速度、退火爐的最大TV值、鋅鍋的鋅液成分等都會改變工藝參數。在生產中自動對每一種產品的生產工藝數據進行收集，同時對產品的質量數據進行收集比較，篩選出產品質量最優時的工藝參數，這樣的數據自動保存建立數據庫并建立二級生產系統，在以后的生產中可以直接根據原材料情況、機組的特性參數、客戶的要求自動設置工藝參數并控制實際工藝參數。

對于比較復雜的控制邏輯就建立控制模型。如在熱鍍鋅生產時鋅鍋是鍍鋅的關鍵工藝步驟，鍍層的厚度、鍍層的表面質量都是通過鋅鍋及氣刀來控制的。鍍層的厚度與氣刀的壓力、氣刀高度、氣刀角度、氣刀開口距離、鋅液成分、鋅液溫度等參數有直接關系，這些參數之間又是彼此互相影響的，建立氣刀控制模型后，設定鍍層厚度氣刀自動調整到最佳狀態。

五、結語

在新時代、新技術的革命背景下，一切的生產活動都會走向自動化、智能化。綜上所述，熱鍍鋅的自動化、智能化不但是操作過程的簡便性，也會提高安全性及穩定性，避免操作故障發生。熱鍍鋅作為冷軋環節中的一個中間環節能夠實現自動化、智能化，其它工藝環節同樣可以實現，如連續彩涂機組、硅鋼中的常化酸洗機組、脫碳退火涂層機組等都可以實現自動化及智能化。

參考文獻：

【1】李九嶺 帶鋼連續熱鍍（第三版）

【2】孟華、劉娜、厲玉鳴化工儀表及自動化