專利名稱：帶鋼連續退火穩定運行控制方法
技術領域：
本發明涉及一種帶鋼運行控制，尤其是一種帶鋼連續退火穩定運行控制方法，屬于軋鋼技術領域。
背景技術：
連續退火的全過程是將冷軋后的帶鋼在開卷機上連續地開卷，經電解清洗去除表面油脂，再經過加熱、均熱、冷卻的退火周期，最后經過平整再重新卷取，形成冷軋退火鋼卷。連續退火爐一般分為預熱區、加熱區、均熱區、緩冷區、快冷區、時效區和冷卻區，帶鋼在爐內經過約130個回程(Pass)，最大運行速度為SOOmpm以上。帶鋼從爐頂輥到爐底輥為一 個回程(Pass)，其長度一般25m左右。拉伸加工或作為原板用的軟質鍍錫鋼等軟質帶鋼在連續退火和時效處理時，連續退火爐的入口側及出口側分別設置張緊輥，給鋼帶施加適當的張力，以便穩定地送進鋼帶。如果張力不足，帶鋼蛇形送進時會與爐壁接觸，輕則在鋼帶上產生擦傷，重則導致斷帶的重大事故；如果帶鋼的張力過大，會產生帶鋼長度方向的拉深皺紋，也就是俗稱的熱瓢曲。當帶鋼在連續退火爐內高速運行時，一般各工藝區段都采取張力控制，即通過調控張力使得帶鋼在適當的張力下平穩順利經過每一個回程。但實際應用中，這種單純的張力控制難免爐內帶鋼跑偏導致的斷帶事故。尤其是高速薄帶鋼的連續退火，由于帶鋼板形的敏感度更高，因此更容易發生熱瓢曲、跑偏等問題。據申請人了解，目前控制帶鋼在連續退火過程中穩定高速運行的常規方法為在連續退火爐外入口和出口分別設置張力輥，出口張力輥為速度控制，作為爐子區所有爐輥的基準速度；爐內每個工藝區段設置一個張力計；張力計不僅用于反映帶鋼的實際張力值，同時用于每個工藝區段的張力閉環控制，其基本控制過程如下(I)以均熱段(SF段)為張力基準，張力系數1.0，其他工藝區段按照工藝要求分配張力系數，如圖3所示。各工藝區總張力按照張力公式計算，得出各工藝區段的總張力設定值。各區域總張力計算公式如下Ti(總)=T (單位張力)*H(厚度)*W(寬度)* K !(張力系數)(I)以T4料0. 2mm*800mm為例，單位張力為I. 5kg/mm2,通過公式計算，SF總張力為240kg，RTF總張力為252kg，SCF總張力為252kg，RCF總張力為264kg，OASl總張力為276kg，0AS2總張力為288kg，0AS3總張力為300kg，0AS3總張力為312kg，工藝區所設張力均在操
作畫面上完成。(2)以相鄰各工藝區總張力設定值之差除以該工藝區段的爐輥數，得出平均張力分配值，進而求出每根爐輥處帶鋼張力的預定值。(3)適時監測預定位置帶鋼張力的實際值，根據此張力實際值與相應的預定值比較結果，經過比例積分調節器輸出控制信號，調控爐輥驅動電機的輸出力矩，實現帶鋼張力的閉環控制。(參見圖I、圖2)實踐證明在具有預熱區、加熱區、均熱區、一次冷卻區、過時效區、二次冷卻區的連續退火爐中，由于帶鋼在爐內再結晶長大，僅依靠爐前、后設置張力輥無法保證爐內帶鋼所需要的張力，也無法保證帶鋼在爐內高速平穩運行(詳見申請號為CN94105566.3的中國專利申請)。檢索發現，申請號為CN94105566. 3的中國專利公開了一種鋼帶的連續退火裝置及其張力控制裝置的工藝方法，其特征在具有加熱區、均熱區、一次冷卻區、過時效區、二次冷卻區的連續退火爐中通過在過時效區和二次冷卻區之間設置爐內拉緊輥、利用該爐內拉緊輥使入口側的鋼帶張力降低、利用該爐內拉緊輥使出口側的鋼帶張力提高，這些裝置能防止在連續生產中鋼帶產生熱翹曲，擦傷及痕跡，從而能提高生產率和產品的質量。此外，申請號為CN200410017246. 6的中國專利申請公開了一種帶鋼連續退火過程中防止斷帶的方法和控制系統的工藝方法，該技術特點是通過測量帶鋼在連續退火機組開卷機與入口活套之間的板形數據來確定工藝參數值。申請號為CN200410017246. 6的中國專利申請公開了一種自動識別連續退火爐內帶鋼跑偏的方法。其特征是利用連退爐內的工業電視攝取的圖像，將其轉其換為數字信號后，計算采樣圖像灰度重心的橫向位移變化，根據圖像重心偏移的多少來自動判斷連續退火爐內帶鋼是否產生跑偏。在判斷為發生跑偏時系統會自動報警并存儲事故錄像，為操作及時采取措施和事故分析提供依據。前一專利通過增加爐內張緊輥來保證帶鋼足夠的張力，但對于已投產生產線而言，由于必須對原有設備進行徹底改造，需要耗費巨額改造費用，因此難以實施；后兩專利需要通過大量數學模型或信號處理來防止帶鋼爐內跑偏，完全處于被動糾偏狀態，難以保持連續生產的穩定，而且必須采取復雜的數據失真防范措施，否則實施風險很大。

發明內容
本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的缺點，提出一種可以有效避免帶鋼發生熱瓢曲、跑偏等問題，并且易于實施、成本經濟的帶鋼連續退火穩定運行控制方法，從而保證帶鋼生產質量的穩定。為了達到上述目的，申請人對現有退火爐中帶鋼跑偏及運行不穩定現象進行了深入研究，確定其根本原因在于對于爐內無熱拉緊輥的連退爐，由于帶鋼在連續退火爐內的熱延伸，常規張力閉環控制很難保證帶鋼獲得平穩的張力。因為在張力動態調節過程中，當測得的帶鋼實際張力<設定張力時，控制電路將使電機反向出力，相當于反向拽拉帶鋼，以增加帶鋼實際張力；而當實際張力 > 設定張力時，電機正向出力，相當于順向拽拉帶鋼，以降低帶鋼實際張力；但是當帶鋼因發生熱延伸而較為松弛時，電機的出力難以有效作用在帶鋼上；而且由于帶鋼迂回長度較長，帶鋼所受的實際張力傳遞到張力計需要一段時間，因此會導致整個區域張力調節呈現波浪狀，很不穩定。例如，當測得實際張力>設定張力時，由于帶鋼松弛，電機正向出力并不能有效形成對帶鋼的正向拽拉，閉環控制將進一步加大正向出力，結果不僅產生無效出力，而且很容易出現爐輥與帶鋼發生打滑現象，甚至引起帶鋼因運行不穩定而跑偏。實驗驗證了上述理論分析，因為在均熱區(SF段)帶鋼延伸形變量最大，工藝張力最小，最容易發生跑偏。
在上述研究基礎上，申請人提出了本發明的帶鋼連續退火穩定運行控制方法，在含有加熱區、均熱區、冷卻區的連續退火爐中，所述退火爐兩端分別設置入口張力輥和出口張力輥；所述入口張力輥和出口張力輥之間的帶鋼迂回繞過各區設置的爐輥組；所述各區分別設有信號輸出端接控制電路對應信號輸入端的帶鋼張力計，所述出口張力輥設有信號輸出端接控制電路對應信號輸入端的速度傳感器；所述控制電路的輸出端分別接所述爐輥組中各爐輥驅動電機的受控端；其改進之處在于所述帶鋼連續退火穩定運行控制包括以下步驟步驟一、將所述均熱區分成前、后兩段；步驟二、所述均熱區鄰近加熱區的前段爐輥之一設有均熱區帶鋼張力計；所述均熱區鄰近冷卻區的后段爐輥驅動電機之一設有信號輸出端接控制電路對應信號輸入端的均熱區速度傳感器；步驟三、所述控制電路用以根據所述均熱區帶鋼張力計傳來的實際張力與對應預 定張力的比較結構，實現對所述前段各爐輥的張力閉環控制；同時以所述出口張力輥的速度作基準速度，根據所述均熱區速度傳感器傳來的爐輥驅動電機實際速度與爐口張力輥的基準速度比較結果，分別調控所述后段各爐輥驅動電機的轉速，實現對通過所述后段的帶鋼速度閉環控制。由于帶鋼與爐口張力輥尤其是出口張力輥處始終處于理想的包覆接觸狀態，因此上述基準速度與帶鋼的實際速度保持一致，而本發明將靠近冷卻區的均熱區后段爐輥由原先的張力控制改為速度控制，明顯抑制了單一張力控制可能產生的無效出力，并利用后段帶鋼與爐輥的跟隨性，有效避免了均熱區帶鋼與爐輥打滑現象，從而基本保證了帶鋼在退火爐中的穩定輸送，有效避免了熱瓢曲、跑偏現象，確保了帶鋼生產質量的穩定。該方法無需新設備投資，因此易于實施、成本經濟。


下面結合附圖對本發明作進一步的說明。圖I為現有連續退火爐的結構示意圖。圖2為現有各工藝區張力分配系數曲線圖。圖3為現有單一張力閉環控制框圖。圖4本發明一個實施例的均熱區分段結構示意圖。圖5為本發明單輥力矩與張力閉環關系示意圖。圖6為圖4實施例的控制原理圖。
具體實施例方式實施例一本實施例中的連續退火爐如圖I所示，傳統設置為從入口處IN開始，具有預熱區JPF、加熱區RTF、均熱區SF、緩冷區SCF和快冷區RCF構成的一次冷卻區、時效I區0AS1、時效2區0AS2、時效3區0AS3構成的過時效區、二次冷卻區FCS(終冷區)，至出口 OUT。爐入口和出口各設置一對張緊輥(圖中未示)，以維持爐內帶鋼張力，出口張力輥設有信號輸出端接控制電路對應信號輸入端的速度傳感器，入口張力輥和出口張力輥之間的帶鋼迂回繞過各工藝區設置的爐輥組。在每個工藝區設置I個張力計(一般設在區域末端)，其信號輸出端接控制電路的對應信號輸入端，控制電路的輸出端分別接各爐輥驅動電機的受控端，以實現帶鋼張力閉環控制(參見圖2、圖3)。必要時設置帶鋼對中裝置以糾正帶鋼跑偏。然而，實際應用中表現出爐內帶鋼容易跑偏，甚至擦爐壁斷帶，無法保證帶鋼高速穩定運行。反復研究試驗得知，帶鋼在加熱區(RTF段)加熱后，進入均熱區(SF段)保溫，晶粒相應長大，使得均熱區帶鋼延伸量大，工藝張力最小，所以該區域帶鋼最易跑偏，加之原先張力計設置在靠近均熱區末端，無法真實及時地反映均熱區前段的帶鋼松勁程度，即使在張力閉環控制的作用下，也無法保證整個區域的帶鋼所受張力的一致性(因為張力閉環的偏差去作用爐輥電機的扭矩，再由爐輥傳遞到帶鋼，明顯存在滯后)，結果很容易形成張力波動，導致帶鋼無法穩定運行。對此改進如下I、如圖4所示，將均熱區SF居中分成前、后兩段SF1、SF2 ；2、鄰近加熱區的前段SFl靠近居中位置的爐輥設置均熱區帶鋼張力計TM2 ;鄰近一次冷卻區的后段爐棍驅動電機之一 TMl處設有信號輸出端接控制電路對應信號輸入端的均熱區速度傳感器； 3、運行時，控制電路將均熱區帶鋼張力計TM2傳來的實際張力與對應預定張力之差除以前段爐輥數，得出平均張力調整值，分別調控前段的各對應爐輥驅動電機的輸出力矩，實現通過所述前段的帶鋼張力閉環控制(此時張力閉環控制爐輥由原先的24根減少為12根，張力系數設定為I. 05，具體控制運算與現有技術雷同，故不詳述)。同時，控制電路以出口張力輥的速度作基準速度，根據均熱區爐輥速度傳感器傳來的爐輥驅動電機實際速度與爐口張力輥的基準速度比較結果，分別調控后段各爐輥驅動電機的轉速，實現通過后段的帶鋼速度閉環控制(參見圖6)。如以單根爐輥受力與帶鋼之間的關系進行說明(參見圖5)，對于張力閉環控制而言，當帶鋼以V速度進入爐內工藝區，工藝區張力設定為TMf，前工藝區張力給定為T' ref,該區共有m個爐輥，爐輥的轉速為n，爐輥的直徑為D，張力計輥所測張力實際值為Tac;t。則該區域采用張力閉環控制，那么所有爐輥采用力矩控制，其單根爐輥力矩計算公式如下靜態張力設定所需的力矩Mref :Mref= (Tref-T' ref)*D/(2*m) (2)張力閉環控制所需的力矩A M : A M = f (Tref-Tact)(3)爐輥加減速所需的力矩(4)
at單根爐輥克服空載損耗力矩M0綜合公式(2)、(3)、(4)可以確定單根爐輥所需的總力矩計算如下
M6=M0+J^ + Mre/+AM(5)這個計算值直接送給爐輥驅動裝置進行力矩電流調節。值得說明的是公式(5)中，AM所占比重最大，在張力動態調節過程中，當實際張力<設定張力，AM為負(與帶鋼運行方向相反)，電機反向出力，相當于反向拽拉帶鋼，達到增加帶鋼實際張力的作用；當實際張力>設定張力，AM為正(與帶鋼運行方向相反)，電機正向出力，相當于順向拽拉帶鋼，達到降低帶鋼實際張力的作用；這就是張力閉環的實質。
如果該區域采用速度閉環控制，要求帶鋼速度與爐輥速度一致，其單根爐輥力矩計算公式如下
權利要求
1.一種帶鋼連續退火穩定運行控制方法，在含有加熱區、均熱區、冷卻區的連續退火爐中，所述退火爐兩端分別設置入口張力輥和出口張力輥；所述入口張力輥和出口張力輥之間的帶鋼迂回繞過各區設置的爐輥組；所述各區分別設有信號輸出端接控制電路對應信號輸入端的帶鋼張力計，所述出口張力輥設有信號輸出端接控制電路對應信號輸入端的速度傳感器；所述控制電路的輸出端分別接所述爐輥組中各爐輥驅動電機的受控端；其改進之處在于所述帶鋼連續退火穩定運行控制包括以下步驟 步驟一、將所述均熱區分成前 、后兩段； 步驟二、所述均熱區鄰近加熱區的前段爐輥之一設有均熱區帶鋼張力計；所述均熱區鄰近冷卻區的后段爐輥驅動電機之一設有信號輸出端接控制電路對應信號輸入端的均熱區速度傳感器； 步驟三、所述控制電路用以根據所述均熱區帶鋼張力計傳來的實際張力與對應預定張力的比較結構，實現對所述前段各爐輥的張力閉環控制；同時以所述出口張力輥的速度作基準速度，根據所述均熱區速度傳感器傳來的爐輥驅動電機實際速度與爐口張力輥的基準速度比較結果，分別調控所述后段各爐輥驅動電機的轉速，實現對通過所述后段的帶鋼速度閉環控制。
2.根據權利要求I所述的帶鋼連續退火穩定運行控制方法，其特征在于所述連續退火爐由預熱區、加熱區、均熱區、一次冷卻區、過時效區、二次冷卻區構成。
3.根據權利要求I或2所述的帶鋼連續退火穩定運行控制方法，其特征在于所述均熱區居中分成前、后兩段。
4.根據權利要求3所述的帶鋼連續退火穩定運行控制方法，其特征在于所述均熱區帶鋼張力計設置在所述前段鄰近居中位置的爐輥處。
5.根據權利要求4所述的帶鋼連續退火穩定運行控制方法，其特征在于所述控制電路將所述均熱區帶鋼張力計傳來的實際張力與對應預定張力之差除以所述前段爐輥數，得出平均張力調整值，分別調控所述前段的各對應爐輥驅動電機的輸出力矩，實現對通過所述前段的帶鋼張力閉環控制。
全文摘要
本發明涉及一種帶鋼連續退火穩定運行控制方法，屬于軋鋼技術領域。該方法包括以下步驟將均熱區分成前、后兩段；前段爐輥設有均熱區帶鋼張力計；后段爐輥驅動電機設有信號輸出端接控制電路對應信號輸入端的均熱區速度傳感器；控制電路根據張力計傳來的實際張力與對應預定張力的比較結構，實現對所述前段各爐輥的張力閉環控制；同時以根據速度傳感器傳來的爐輥驅動電機實際速度與爐口張力輥的基準速度比較結果，分別調控所述后段各爐輥驅動電機的轉速，實現對通過所述后段的帶鋼速度閉環控制。本發明有效避免了熱瓢曲、跑偏現象，確保了帶鋼生產質量的穩定。該方法無需新設備投資，因此易于實施、成本經濟。
文檔編號C21D9/68GK102653817SQ20111005288
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月4日 優先權日2011年3月4日
發明者劉華, 吳凱, 唐英, 蔣金明, 謝邦立, 鄭均干, 陳朝陽, 黃孝斌 申請人:上海梅山鋼鐵股份有限公司