退火爐內糾偏控制系統及應用研究

王艷強，田 才，金 琳，馬紅利

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山063210）

退火爐是冷軋連退和鍍鋅產線上的關鍵設備，帶鋼在爐內穩定運行是保證產線產量和質量的基本要求，帶鋼在爐內跑偏導致降速停機甚至斷帶的故障占到爐區故障率的一半以上，因此，降低帶鋼跑偏對產線的影響，尤其是降低帶鋼跑偏后造成的停機和斷帶具有很重要的意義。

1 退火爐糾偏系統組成及原理

退火爐一般分為預熱、加熱、均熱、緩冷、快冷、時效、終冷等多段。退火工藝決定爐內帶鋼一般很長，少則幾百米，多則上千米，通過在爐內不同位置設置帶鋼糾偏裝置進行調節，如圖1所示，保證帶鋼運行在輥子中央，防止帶鋼跑偏量過大刮蹭爐墻導致爐內斷帶[1]。

圖1 退火爐內糾偏裝置示意圖

糾偏系統分為檢測裝置和執行機構兩部分，檢測裝置是安裝在爐內的糾偏感應傳感器，執行機構是安裝在爐外的糾偏框架。

1.1 糾偏感應器工作原理

電感式傳感器是利用電磁感應原理，把被測物理量如位移、振動、電壓、流量等轉換為電感線圈量變化的一種裝置。這里測量的是帶鋼的位移，測量帶鋼中心位置需要兩對傳感器，這兩對傳感器對稱于中心線布置，每對傳感器包括一個發射傳感器和一個接收傳感器，對稱布置在帶鋼上、下兩面，每對傳感器負責測量帶鋼的一邊，如圖2所示。每一傳感器可視作空心變壓器，發射線圈作為初級、接收線圈作為次級，而在發射與接收線圈之間的帶鋼則作為對于傳感器對藕合的衰減，而這種衰減可以測量出來，經過處理后就測出了帶鋼的跑偏量[2]。

圖2 糾偏感應器工作原理

1.2 糾偏框架工作原理

糾偏框架由安裝在軌道上的糾偏輥軸承座、電氣控制單元、電動伺服缸、檢測位移的磁尺等組成，如圖3所示。電氣控制單元接收到感應傳感器測量的帶鋼位置信號，并且正比于該結果將其放大為0~9 V的模擬信號，每對傳感器的模擬信號輸入帶鋼控制調節器，并且在前置放大器進行比較。當兩對傳感器信號有差別時，表示帶鋼發生跑偏，該差值被終置放大器放大，通過伺服閥不間斷地控制電動伺服缸做相應移動，進而推動糾偏輥移動，形成一個閉環控制系統，以保證帶鋼沿著中心線方向運行。

圖3 糾偏框架工作原理

2 帶鋼跑偏原因及措施

2.1 帶鋼跑偏原因

1）原料版型不好，單側邊浪、雙側邊浪、中浪、單側1/4浪、雙側1/4浪對跑偏影響很大[3]。

2）爐輥中心線偏移。

3）帶鋼溫度影響，主要表現在帶鋼急劇降溫的情況下。帶鋼快速且大幅度降溫，使帶鋼與爐輥之間的溫差加大，爐輥中間接觸帶鋼的部位受到帶鋼的急劇冷卻，而兩端沒有接觸帶鋼的部位溫度降低較慢，使爐輥中間的凸度減小，削弱了爐輥的自糾偏能力[4]。

2.2 防止跑偏措施

1）保證輥子圓柱表面制造精度及機組安裝精度[5]，避免爐輥中心線偏移。

2）使用帶凸度的爐輥，帶鋼在爐輥凸度的作用下，會產生一個軸向向心力，對帶鋼產生自糾偏的作用。

3）增加爐區張力。

4）降低爐區速度。

3 糾偏控制策略

3.1 原有的糾偏控制策略的不足

比較有效的控制帶鋼跑偏的方法是增加張力和降低爐區速度，但原有的糾偏控制策略不考慮帶鋼的規格，只要帶鋼跑偏量大于一定值就直接觸發爐區停車，這樣雖然能避免帶鋼跑偏量過大導致的刮爐墻事故，但會造成易跑偏的窄料帶鋼頻繁跑偏停車，嚴重影響產線的穩定運行，并且提高張力的具體策略沒有明確，執行起來比較困難。

3.2 新的糾偏控制策略

3.2.1 速度控制策略

根據產線能生產的極限帶鋼寬度，將帶鋼的寬度范圍等區間劃分為M個寬度區間，其中，M為正整數，最窄帶鋼的寬度設置為第一個寬度區間的下限；將最寬帶鋼的寬度信息設置為第M個寬度區間的上限；以100~200mm為步長，M的取值范圍為5~10。

計算M個寬度區間各自對應的允許跑偏偏移量，包括：獲得爐內輥子的長度信息；獲得M個寬度區間各自的上限寬度信息；根據爐內輥子的長度信息和M個寬度區間各自的上限寬度信息，計算M個寬度區間各自對應的允許跑偏偏移量。

如果當前帶鋼的實際跑偏量小于當前帶鋼的允許跑偏偏移量，且糾偏框架糾偏量大于第一閾值，第一閾值可以設定為糾偏框架最大糾偏量的80%，觸發產線降速，并加大張力。按照預設速度，降低當前爐區速度，預設速度范圍為5~10 m/min；檢測降速后的糾偏框架糾偏量；判斷降速后的糾偏框架糾偏量是否小于第一閾值；如果小于，停止對產線進行降速；如果不小于，則按照預設速度繼續對當前爐區速度進行降速，直到降速后的糾偏框架糾偏量小于第一閾值。

如果糾偏框架的糾偏量達到最大值，即所述糾偏框架的糾偏能力已到最大極限，而當前帶鋼的實際跑偏量仍然繼續加大，直至大于當前帶鋼的允許跑偏偏移量，此時就觸發爐區停車，這樣，既避免寬規格帶鋼跑偏后剮蹭爐墻，又減少了窄規格跑偏后直接停機的次數，保證了產線的穩定運行。

舉例而言，如果退火爐內輥子的寬度為1700mm，退火爐能夠生產的帶鋼寬度范圍為750~1 580 mm，以150 mm為一個寬度區間，則可以分為750~900 mm，900~1 050 mm，1 050~1 200 mm，1 200~1 350 mm，1 350~1 500 mm，1 500~1 580 mm六個寬度區間。在帶鋼不跑偏的情況下，最寬的帶鋼（1 580 mm）邊部距離輥子邊部為60 mm，則位于1 550~1 580 mm寬度區間的帶鋼在實際跑偏量不大于60 mm的情況下就不會剮蹭爐墻，則該寬度區間的允許跑偏量可設定為60 mm。其他區間允許跑偏偏移量的計算方法為爐內輥子的長度減去所述寬度區間的上限寬度值再除以2即為所述寬度區間的允許跑偏偏移量。即：1 350~1 500 mm寬度區間的允許跑偏偏移量就可設定為100 mm，1 200~1 350 mm寬度區間的允許跑偏偏移量可設定為175 mm，1 050~1 200 mm寬度區間的允許跑偏偏移量可設定為250 mm，750~900 mm寬度區間的允許跑偏偏移量可設定為400 mm。通常寬度在1 200 mm以下窄規格帶鋼易跑偏，為了確保窄規格帶鋼跑偏不剮蹭爐墻，可以適當減小窄規格帶鋼寬度區間的允許跑偏偏移量，設定其上限一般不高于300 mm，因此，750~900 mm區間允許跑偏量可設定為300 mm。通過對不同規格的帶鋼設定相應的允許跑偏偏移量，進一步達到了加大窄規格帶鋼的跑偏量容忍度的技術效果。

3.2.2 張力控制策略

當帶鋼的實際跑偏量小于當前帶鋼的允許跑偏偏移量，且糾偏框架糾偏量大于第一閾值，觸發產線降速，按照預設張力對當前爐區張力進行加大，預設張力范圍為5~10 MPa/m2。檢測加大張力后的糾偏框架糾偏量；判斷加大張力后的糾偏框架糾偏量是否小于第一閾值；如果加大張力后的糾偏框架糾偏量小于第一閾值，停止對產線加大張力；如果不小于，判斷張力波動值是否小于第二閾值，其中，第二閾值為0.5 kN；如果張力波動值小于第二閾值，按照預設張力繼續對當前爐區張力進行加大，每次調整張力前需要待張力穩定（張力波動量≤0.5 kN）后再繼續調整，直到加大張力后的糾偏框架糾偏量小于第一閾值為止，具體張力調整策略如表1所示。

表1 爐區帶鋼跑偏后張力調整策略

4 應用效果

不是單一地采用一種策略對帶鋼跑偏量進行限制，而是考慮產線帶鋼規格的不同，根據帶鋼寬度設定不同地跑偏允許值，加大窄規格帶鋼跑偏量容忍度，帶鋼跑偏后及時采取降速或加大張力等必要的措施緩解帶鋼跑偏，最終將跑偏帶鋼矯正回來，避免產線停機。這樣既能夠避免寬規格帶鋼跑偏后剮蹭爐墻，又能夠解決窄規格帶鋼稍微跑偏就觸發停機的問題。經現場實踐，運行效果良好，有效減少了因帶鋼跑偏導致的停機故障。