冷軋熱鍍鋅光整機工藝控制分析與應(yīng)用

馮 偉

（唐山鋼鐵集團有限責任公司，河北 唐山 063000）

近年來，隨著我國冶金產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，各大鋼鐵企業(yè)紛紛將工作重點由原來的產(chǎn)量逐漸轉(zhuǎn)向產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)品的多樣化和高端化。冷軋熱鍍鋅產(chǎn)品也由原來的家電內(nèi)板向家電面板、高強汽車板等高端產(chǎn)品發(fā)展。光整機是影響熱鍍鋅機組產(chǎn)品質(zhì)量和性能的關(guān)鍵設(shè)備。光整機在生產(chǎn)線中的作用主要有：

（1）光整機采用經(jīng)表面噴丸處理的工作輥，通過軋制能夠?qū)⒐ぷ鬏伇砻娲植诙葌鬟f給鍍鋅板表面，使鍍鋅后的帶鋼表面保持穩(wěn)定、適中的粗糙度，在后繼涂油工序中能夠確保油膜厚度，防銹的同時有利于深沖加工。此外，軋制過程還可增加鋅層對帶鋼的粘附力[1]。

（2）在光整機軋制力的作用下，能夠有效消除帶鋼的屈服平臺，提高板材的各向力學性能，利于深沖加工，避免出現(xiàn)滑移線。

（3）提高帶鋼平整度，消除浪形等質(zhì)量缺陷，降低板材σs，提高塑性變形性能。

（4）為彩涂工序作準備。彩涂板是在鍍鋅板的基礎(chǔ)上經(jīng)表面涂漆處理獲得，然而通過漆層表面仍能看到小鋅花紋路，為解決這一問題，對小鋅花鍍鋅板進行光整處理后，可獲得均勻一致的小鋅花表面，從而可有效改善彩涂板外觀[2]。

1 光整機的結(jié)構(gòu)組成

我廠3#鍍鋅生產(chǎn)機組可生產(chǎn)鍍鋅板、鋁鋅鎂板，其中光整機為濕式四輥結(jié)構(gòu)。光整機的主要組成包括：牌坊、工作輥、支承輥、AGC液壓系統(tǒng)、正負彎輥裝置、驅(qū)動裝置及輔助裝置（高壓循環(huán)水系統(tǒng)、輥面清洗裝置、擠干輥、測張輥、換輥小車）等。如圖1所示。

AGC液壓缸采用液壓伺服控制，作用于支撐輥兩端，為工作輥提供一定的軋制力。上、下支承輥由兩臺交流變頻電機分別通過減速機、節(jié)軸驅(qū)動。上、下工作輥配有正、負彎控制系統(tǒng)，工作輥前面入口設(shè)置有防皺輥，出口位置設(shè)置有防纏輥，由液壓缸驅(qū)動升降，支座齒輪軸位置裝有編碼器，目的在于對輥子升降位置進行精準檢測和控制。噴淋濕光整系統(tǒng)由高壓泵站、噴梁、噴嘴、收集槽組成，噴梁和噴嘴安裝于工作輥入口處，光整液通過噴嘴噴出，能夠?qū)ぷ鬏佪伱孢M行清潔，改善輥面與帶鋼間的摩擦性能，吸收軋制過程中產(chǎn)生的熱量。在同樣的軋制力下，濕光整系統(tǒng)可得到更高的延伸率，也就是說，為得到相同的延伸率，濕光整系統(tǒng)軋制力更小。工作輥出口帶鋼上下兩面各裝有一套高壓水清洗裝置，由兩個噴頭構(gòu)成，噴頭通過氣缸驅(qū)動反復(fù)橫向移動，目的在于更有效地對工作輥輥面進行清洗，并降低高壓水用量。高壓水噴射至工作輥輥面，能夠有效清除粘結(jié)在輥面上的鋅渣等污染物，以提高工作輥使用壽命和帶鋼表面質(zhì)量。帶鋼張力由光整機前、后兩組張力輥提供和控制，以滿足光整機軋制工藝的需要[3]。

圖1 光整機主要組成示意圖

2 光整機的主要控制

2.1 光整機張力控制

光整機的傳動包含2臺交流變頻電機分別驅(qū)動上下支撐輥。為達到機組的工藝要求，傳動部分主要控制光整機與鍍鋅線工藝段的速度匹配以及協(xié)同入口張力輥和出口張力輥產(chǎn)生合適的張力。一般將入口張力輥作為速度基準，光整機投入后，由光整機入口的張力計信號與光整機進行閉環(huán)調(diào)節(jié)，控制它與入口張力輥之間的張力。而光整機的出口張力則由出口張力輥通過與光整機出口的張力計進行閉環(huán)調(diào)節(jié)產(chǎn)生，如圖2所示。

圖2 光整機張力控制原理

2.2 軋制力控制

光整機軋制力由支撐輥兩側(cè)上方兩個AGC液壓缸提供，每個液壓缸各配有一個壓力傳感器和一個高精度磁尺，液壓缸分別通過單獨的伺服閥控制。光整機工作時，壓力傳感器和磁尺測得的數(shù)值反饋給伺服控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)支撐輥兩側(cè)軋制力設(shè)定值、壓力傳感器、磁尺反饋值等數(shù)據(jù)對AGC缸進行實時調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對帶鋼的連續(xù)、穩(wěn)定軋制。輥縫控制包括壓力環(huán)和位置環(huán)兩個閉環(huán)控制模式。在液壓缸的上下兩個極限位置分別裝有接近開關(guān)，當液壓缸缸桿移動至極限位時形成位置保護。系統(tǒng)通過工作輥輥縫控制實現(xiàn)軋制力的控制，輥縫控制中含有壓力環(huán)及位置環(huán)兩個閉環(huán)控制模式。

2.3 軋制力相關(guān)工藝參數(shù)

與光整機軋制力相關(guān)的工藝參數(shù)包括：

（1）帶鋼的品種，即屈服強度，帶鋼的屈服強度增加，則需要更大的軋制力。

（2）帶鋼規(guī)格，帶鋼寬度越大、板厚越厚，軋制力越大。

（3）工作輥直徑，當工作輥直徑減小后，輥面與帶鋼表面接觸面積減少，因此軋制力隨之降低。

（4）過鋼速度，帶鋼運行速度大幅增加后，可明顯增加板帶變形阻力，因此需適當提高軋制力。

（5）輥面與帶鋼表面摩擦系數(shù)，與工作輥表面光潔度有直接關(guān)系，輥面光潔度越高，輥面與帶鋼表面摩擦力越小，需要的軋制力也就越小。在軋機中乳化液、光整機中光整液的作用中，最重要的一項便是降低輥面與帶鋼摩擦力，以降低軋制力。

2.4 彎輥控制系統(tǒng)

彎輥系統(tǒng)分為正彎輥和負彎輥，由液壓缸作用于工作輥上，由兩個完全獨立的控制環(huán)路控制，在正負彎液壓缸壓力的作用上實現(xiàn)對工作輥撓度的調(diào)整，從而消除帶鋼邊浪、中浪，確保板面平整度。其中在正彎中，在光整機牌坊窗口位置裝有四個彎輥塊，在每個彎輥塊上裝有兩個彎輥缸，在高壓液壓油的推力下為工作輥提供正彎輥力。負彎輥液壓缸安裝于支承輥軸承座上，共計8個，負彎輥力作用于工作輥上。

目前常見的光整機工作輥多為凸度輥。使用傳統(tǒng)的平輥時，在軋制力的作用下，工作輥會出現(xiàn)一定的反向撓度，為改善帶鋼板形，提高板面質(zhì)量，需要對工作輥施加很大的彎輥力。而采用凸度輥，凸度補償了工作輥因軋制力產(chǎn)生的反向撓度，此時只需要施加較小的彎輥力就能夠?qū)崿F(xiàn)對帶鋼板形的控制。

2.5 帶鋼延伸率控制

對于加工用的鍍鋅板來說，光整時的延伸率主要影響產(chǎn)品的加工性能，一方面是消除屈服平臺的效果，另一方面是降低屈服強度。在一定范圍內(nèi)，延伸率越高，消除屈服平臺的效果越好，所以要消除屈服平臺，必須保證延伸率大于一定的數(shù)值。在該數(shù)值以下，隨著延伸率的增加，產(chǎn)品的屈服強度逐漸降低，當延伸率超過一定的數(shù)值時，產(chǎn)品的屈服強度又逐漸增加。這樣就有一個最適合的延伸率范圍，在此范圍內(nèi)既能消除屈服平臺，又能使屈服強度降低，也就是使產(chǎn)品獲得較好的加工性能。若低于此范圍不但不能消除屈服平臺，也不能降低產(chǎn)品的屈服強度，造成光整不足。若高于此范圍，雖然能消除屈服平臺，但使屈服強度升高，造成過光整，同樣達不到理想的光整效果。

與軋制力的選擇一樣，延伸率的選擇也受到板形的影響，而且影響更大。因為在延伸率模式下，系統(tǒng)不管軋制力大小都要保證實際延伸率達到設(shè)定的數(shù)值，所以必須根據(jù)板形的實際情況加以靈活調(diào)整。當來料有明顯的浪形時，必須設(shè)定好延伸率，才能使鋼帶得到較好的板型。如果延伸率太小，則不足以消除浪形；若延伸率過大，則軋制力也迅速增加，同時會降低軋件的結(jié)構(gòu)性能，所以選擇合適的延伸率非常重要。

3 控制模式

光整機控制模式包括恒軋制力和恒延伸率兩種。無論采用哪種控制模式，生產(chǎn)時光整機前張力輥和后張力輥均使帶鋼張力保持在預(yù)設(shè)值。當光整機入口段張力檢測值和預(yù)設(shè)值出現(xiàn)偏差時，就會通過調(diào)整光整機輥子驅(qū)動速度來對入口段張力進行調(diào)整；當光整機出口帶鋼張力出現(xiàn)偏差時，就會通過調(diào)整后張力輥驅(qū)動速度來實現(xiàn)張力的匹配。

（1）恒軋制力控制模式，即通過犧牲延伸率確保軋制力不變的控制模式。確定帶鋼的規(guī)格型號，以光整機前后帶鋼張力穩(wěn)定不變?yōu)榍疤?，軋制力參?shù)設(shè)定后，當軋制力檢測值與給定值出現(xiàn)偏差后，通過動態(tài)調(diào)整延伸率將軋制力控制在一定范圍內(nèi)。恒軋制力控制模式能夠?qū)⒐ぷ鬏佪伱娲植诙葴蚀_地傳至帶鋼表面，當對產(chǎn)品表面粗糙度要求較高時采用該控制模式。

（2）恒延伸率控制模式，即通過動態(tài)調(diào)整軋制力確保延伸率不變的控制模式。同樣需確保光整機前后帶鋼張力穩(wěn)定不變，根據(jù)帶鋼規(guī)格型號設(shè)定延伸率參數(shù)后，系統(tǒng)通過光整機前后張力輥實際運行速度差計算出帶鋼的實際延伸率，當實際延伸率與設(shè)定值有偏差時，則對光整機軋制力進行動態(tài)調(diào)整，以確保帶鋼延伸率恒定不變。

4 結(jié)論

總之，光整機是冷軋熱鍍鋅機組不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備之一，光整機的投入使用有利于大幅提高各種規(guī)格的產(chǎn)品質(zhì)量。本文描述了光整機的基本結(jié)構(gòu)組成和工作原理，分析了光整機的主要控制參數(shù)和控制模式，對日后生產(chǎn)過程中產(chǎn)品質(zhì)量的改善、工藝問題的解決、設(shè)備的調(diào)試等均具有指導(dǎo)意義。