退火爐內(nèi)糾偏控制系統(tǒng)及應(yīng)用研究

王艷強(qiáng)，田 才，金 琳，馬紅利

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山063210）

退火爐是冷軋連退和鍍鋅產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備，帶鋼在爐內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行是保證產(chǎn)線產(chǎn)量和質(zhì)量的基本要求，帶鋼在爐內(nèi)跑偏導(dǎo)致降速停機(jī)甚至斷帶的故障占到爐區(qū)故障率的一半以上，因此，降低帶鋼跑偏對(duì)產(chǎn)線的影響，尤其是降低帶鋼跑偏后造成的停機(jī)和斷帶具有很重要的意義。

1 退火爐糾偏系統(tǒng)組成及原理

退火爐一般分為預(yù)熱、加熱、均熱、緩冷、快冷、時(shí)效、終冷等多段。退火工藝決定爐內(nèi)帶鋼一般很長(zhǎng)，少則幾百米，多則上千米，通過在爐內(nèi)不同位置設(shè)置帶鋼糾偏裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖1所示，保證帶鋼運(yùn)行在輥?zhàn)又醒?，防止帶鋼跑偏量過大刮蹭爐墻導(dǎo)致爐內(nèi)斷帶[1]。

圖1 退火爐內(nèi)糾偏裝置示意圖

糾偏系統(tǒng)分為檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分，檢測(cè)裝置是安裝在爐內(nèi)的糾偏感應(yīng)傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是安裝在爐外的糾偏框架。

1.1 糾偏感應(yīng)器工作原理

電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，把被測(cè)物理量如位移、振動(dòng)、電壓、流量等轉(zhuǎn)換為電感線圈量變化的一種裝置。這里測(cè)量的是帶鋼的位移，測(cè)量帶鋼中心位置需要兩對(duì)傳感器，這兩對(duì)傳感器對(duì)稱于中心線布置，每對(duì)傳感器包括一個(gè)發(fā)射傳感器和一個(gè)接收傳感器，對(duì)稱布置在帶鋼上、下兩面，每對(duì)傳感器負(fù)責(zé)測(cè)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(fā)射線圈作為初級(jí)、接收線圈作為次級(jí)，而在發(fā)射與接收線圈之間的帶鋼則作為對(duì)于傳感器對(duì)藕合的衰減，而這種衰減可以測(cè)量出來(lái)，經(jīng)過處理后就測(cè)出了帶鋼的跑偏量[2]。

圖2 糾偏感應(yīng)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(dòng)伺服缸、檢測(cè)位移的磁尺等組成，如圖3所示。電氣控制單元接收到感應(yīng)傳感器測(cè)量的帶鋼位置信號(hào)，并且正比于該結(jié)果將其放大為0~9 V的模擬信號(hào)，每對(duì)傳感器的模擬信號(hào)輸入帶鋼控制調(diào)節(jié)器，并且在前置放大器進(jìn)行比較。當(dāng)兩對(duì)傳感器信號(hào)有差別時(shí)，表示帶鋼發(fā)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(dòng)伺服缸做相應(yīng)移動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)糾偏輥移動(dòng)，形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，以保證帶鋼沿著中心線方向運(yùn)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(cè)邊浪、雙側(cè)邊浪、中浪、單側(cè)1/4浪、雙側(cè)1/4浪對(duì)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(xiàn)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?fàn)t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?zhàn)訄A柱表面制造精度及機(jī)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)軸向向心力，對(duì)帶鋼產(chǎn)生自糾偏的作用。

3）增加爐區(qū)張力。

4）降低爐區(qū)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(qū)速度，但原有的糾偏控制策略不考慮帶鋼的規(guī)格，只要帶鋼跑偏量大于一定值就直接觸發(fā)爐區(qū)停車，這樣雖然能避免帶鋼跑偏量過大導(dǎo)致的刮爐墻事故，但會(huì)造成易跑偏的窄料帶鋼頻繁跑偏停車，嚴(yán)重影響產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行，并且提高張力的具體策略沒有明確，執(zhí)行起來(lái)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(jù)產(chǎn)線能生產(chǎn)的極限帶鋼寬度，將帶鋼的寬度范圍等區(qū)間劃分為M個(gè)寬度區(qū)間，其中，M為正整數(shù)，最窄帶鋼的寬度設(shè)置為第一個(gè)寬度區(qū)間的下限；將最寬帶鋼的寬度信息設(shè)置為第M個(gè)寬度區(qū)間的上限；以100~200mm為步長(zhǎng)，M的取值范圍為5~10。

計(jì)算M個(gè)寬度區(qū)間各自對(duì)應(yīng)的允許跑偏偏移量，包括：獲得爐內(nèi)輥?zhàn)拥拈L(zhǎng)度信息；獲得M個(gè)寬度區(qū)間各自的上限寬度信息；根據(jù)爐內(nèi)輥?zhàn)拥拈L(zhǎng)度信息和M個(gè)寬度區(qū)間各自的上限寬度信息，計(jì)算M個(gè)寬度區(qū)間各自對(duì)應(yīng)的允許跑偏偏移量。

如果當(dāng)前帶鋼的實(shí)際跑偏量小于當(dāng)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(shè)定為糾偏框架最大糾偏量的80%，觸發(fā)產(chǎn)線降速，并加大張力。按照預(yù)設(shè)速度，降低當(dāng)前爐區(qū)速度，預(yù)設(shè)速度范圍為5~10 m/min；檢測(cè)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(duì)產(chǎn)線進(jìn)行降速；如果不小于，則按照預(yù)設(shè)速度繼續(xù)對(duì)當(dāng)前爐區(qū)速度進(jìn)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(dá)到最大值，即所述糾偏框架的糾偏能力已到最大極限，而當(dāng)前帶鋼的實(shí)際跑偏量仍然繼續(xù)加大，直至大于當(dāng)前帶鋼的允許跑偏偏移量，此時(shí)就觸發(fā)爐區(qū)停車，這樣，既避免寬規(guī)格帶鋼跑偏后剮蹭爐墻，又減少了窄規(guī)格跑偏后直接停機(jī)的次數(shù)，保證了產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行。

舉例而言，如果退火爐內(nèi)輥?zhàn)拥膶挾葹?700mm，退火爐能夠生產(chǎn)的帶鋼寬度范圍為750~1 580 mm，以150 mm為一個(gè)寬度區(qū)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(gè)寬度區(qū)間。在帶鋼不跑偏的情況下，最寬的帶鋼（1 580 mm）邊部距離輥?zhàn)舆叢繛?0 mm，則位于1 550~1 580 mm寬度區(qū)間的帶鋼在實(shí)際跑偏量不大于60 mm的情況下就不會(huì)剮蹭爐墻，則該寬度區(qū)間的允許跑偏量可設(shè)定為60 mm。其他區(qū)間允許跑偏偏移量的計(jì)算方法為爐內(nèi)輥?zhàn)拥拈L(zhǎng)度減去所述寬度區(qū)間的上限寬度值再除以2即為所述寬度區(qū)間的允許跑偏偏移量。即：1 350~1 500 mm寬度區(qū)間的允許跑偏偏移量就可設(shè)定為100 mm，1 200~1 350 mm寬度區(qū)間的允許跑偏偏移量可設(shè)定為175 mm，1 050~1 200 mm寬度區(qū)間的允許跑偏偏移量可設(shè)定為250 mm，750~900 mm寬度區(qū)間的允許跑偏偏移量可設(shè)定為400 mm。通常寬度在1 200 mm以下窄規(guī)格帶鋼易跑偏，為了確保窄規(guī)格帶鋼跑偏不剮蹭爐墻，可以適當(dāng)減小窄規(guī)格帶鋼寬度區(qū)間的允許跑偏偏移量，設(shè)定其上限一般不高于300 mm，因此，750~900 mm區(qū)間允許跑偏量可設(shè)定為300 mm。通過對(duì)不同規(guī)格的帶鋼設(shè)定相應(yīng)的允許跑偏偏移量，進(jìn)一步達(dá)到了加大窄規(guī)格帶鋼的跑偏量容忍度的技術(shù)效果。

3.2.2 張力控制策略

當(dāng)帶鋼的實(shí)際跑偏量小于當(dāng)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(fā)產(chǎn)線降速，按照預(yù)設(shè)張力對(duì)當(dāng)前爐區(qū)張力進(jìn)行加大，預(yù)設(shè)張力范圍為5~10 MPa/m2。檢測(cè)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(duì)產(chǎn)線加大張力；如果不小于，判斷張力波動(dòng)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(dòng)值小于第二閾值，按照預(yù)設(shè)張力繼續(xù)對(duì)當(dāng)前爐區(qū)張力進(jìn)行加大，每次調(diào)整張力前需要待張力穩(wěn)定（張力波動(dòng)量≤0.5 kN）后再繼續(xù)調(diào)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(diào)整策略如表1所示。

表1 爐區(qū)帶鋼跑偏后張力調(diào)整策略

4 應(yīng)用效果

不是單一地采用一種策略對(duì)帶鋼跑偏量進(jìn)行限制，而是考慮產(chǎn)線帶鋼規(guī)格的不同，根據(jù)帶鋼寬度設(shè)定不同地跑偏允許值，加大窄規(guī)格帶鋼跑偏量容忍度，帶鋼跑偏后及時(shí)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(lái)，避免產(chǎn)線停機(jī)。這樣既能夠避免寬規(guī)格帶鋼跑偏后剮蹭爐墻，又能夠解決窄規(guī)格帶鋼稍微跑偏就觸發(fā)停機(jī)的問題。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，運(yùn)行效果良好，有效減少了因帶鋼跑偏導(dǎo)致的停機(jī)故障。