热镀锌锌层厚度控制技术研究与应用

作     者：秦大伟 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邵诚

授予年度：2014年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：热镀锌 气刀 镀层厚度控制 串级控制 

摘      要：冷轧热镀锌板的机械性能和抗腐蚀性能良好,在汽车、家电、建筑等行业得到了广泛应用。锌层厚度是衡量冷轧热镀锌板的一项重要性能指标,锌层太厚会影响产品的点焊性、附着性,同时还造成了锌原材料浪费;锌层太薄影响产品的抗腐蚀性,不能满足客户的要求。锌层厚度精度直接关系到冷轧热镀锌板的产品质量和生产成本,如何提高冷轧热镀锌板锌层厚度精度是国内外热镀锌生产企业和冶金设备供应商所共同关注的问题。 鞍钢5#冷轧热镀锌生产线于2008年建成投产,采用德国FOEN气刀进行锌层厚度调节,锌层厚度采用开环控制方式,操作工根据锌层厚度实际值手动调整气刀压力、气刀间距等参数进行锌层厚度控制。手动控制方式完全依靠操作人员的个人经验,对锌层厚度波动无法及时调整,造成长时间的锌层厚度超差。气刀是冷轧热镀锌生产线锌层厚度控制的核心设备,通过调节气刀压力、刀间距等手段就可以实现锌层厚度自动控制。但是由于影响锌层厚度的过程变量是复杂的,尤其是气刀调节机构对锌层厚度的影响是非线性的,很难建立锌层厚度与气刀参数之间精确的数学模型。此外冷轧热镀锌过程是一个大滞后过程,锌层测厚仪与气刀之间距离近140米,系统滞后时间超过1分钟,采用常规的控制手段很难获得理想的控制效果。 本文结合鞍钢N0.5热镀锌线生产实际,详细分析FOEN气刀原理和系统构成,采用模型预测、自适应等先进控制思想设计开发高精度锌层厚度自动控制系统,并将研究成果在鞍钢5#冷轧热镀锌线进行工业应用。采用生产过程数据的统计回归分析方法,建立不同产品规格的锌层厚度数学模型;分析现有气刀工作原理及压力闭环控制系统构成,建立锌层厚度控制系统。系统的主回路为锌层厚度闭环控制回路,副回路为气刀的压力闭环控制回路。主回路采用模型预测控制、速度前馈控制和锌层厚度反馈自适应控制,消除过程对象的大滞后和非线性影响。副回路设计成随动系统,采用常规PID控制,利用常规PID密集采样优势快速抑制气刀压力波动。同时结合生产过程中的操作经验,制定锌层厚度变规格过程的控制策略。最后分析冷轧热镀锌线现有自动化系统配置,设计带钢锌层厚度自动控制系统并集成到生产线自动化系统中。现场运行结果表明,在速度波动和带钢两侧镀层厚度出现偏差过程中控制效果较好,改变了原有锌层厚度手动控制的弊端,节省了大量的锌原料,有效提高了产品成材率。