一種用於在連續熱鍍鋅機組中測量鋅層厚度的裝置和方法
2023-04-30 13:48:56 1
專利名稱：一種用於在連續熱鍍鋅機組中測量鋅層厚度的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及熱鍍鋅工藝，更具體地，是一種用於在連續熱鍍鋅機組中測量鋅層厚度的裝置和方法。
背景技術：
通常，帶鋼在出廠前會進行鍍鋅處理，以增強抗腐蝕性和外觀美觀程度。在冷軋連續熱鍍鋅工藝中，通常利用鍍鋅機組來完成鍍鋅流程。具體地，參見圖1，是常用的鍍鋅機組進行鍍鋅操作的示意圖。如圖所示，帶鋼1通過退火爐2經退火處理後，經由帶有張力輥3 的爐鼻子4進入具有沉沒輥6的鋅鍋5內，在鋅鍋5中熔融的金屬鋅吸附在退火後的帶鋼 1表面上，然後，氣刀7對帶鋼表面的單位面積鋅層重量進行控制。鍍鋅後的帶鋼先後通過鍍後冷卻設備8、10、12以及頂輥9、11後，經轉向輥13進入帶有沉沒輥15的水淬槽14內冷卻至後處理工藝溫度，然後再依次經糾偏輥16、17、轉向輥18和張力輥20後輸出。單位面積的鋅層重量，簡稱鋅層重量，在本行業內也常用鋅層厚度來表示，是鍍鋅操作中的主要控制指標。在帶鋼出廠時，鋅層重量需不低於特定的預定值(目標鍍鋅重量)，以保證帶鋼產品的質量。另一方面，現有的控制手段中，對鋅層重量尚不能實現精確控制。因此，為確保出廠產品合格，帶剛表面所鍍的鋅層重量，往往會大於目標鍍鋅重量。這造成了鋅耗的增加以及生產成本的提高。鋅層厚度的控制和調節，主要通過對氣刀各參數的控制而實現。例如氣刀傾角 (即氣刀噴射方向相對於帶鋼表面的角度)，氣刀高度(即氣刀在垂直方向上距離鋅鍋5的液面的距離)、氣刀間距(即氣刀在水平方向上距離帶鋼的距離)以及氣刀壓力(即氣刀內部噴吹介質的壓力)等。在實際生產過程中，氣刀傾角一般適合於在離線狀態下調整。因此，作為在線控制手段，氣刀高度、氣刀間距和氣刀壓力是作為鋅層厚度控制的主要目標參數。目前，冷軋連續熱鍍鋅機組普遍採用基於工藝表格的控制方法，並結合操作人員的手動幹預，來控制鋅層重量。鋅層的實際重量，通過安裝在轉向輥18後的鋅層測厚儀19 進行測量。工藝人員事先給出對應於不同機組速度和目標鍍鋅重量的控制表格。對應於該控制表格，工藝人員根據由鋅層測厚儀19測得的實際鋅層重量，對氣刀高度、氣刀間距和氣刀壓力等控制參數進行調節。但是，利用該控制方法，由於工藝表格數據的優化依賴於經驗的積累，並且難以反映現場工藝狀況的實時變化，同時現場操作人員的水平參差不齊，因此該方法的控制精度較低，導致實際生產中鋅層重量往往偏上限控制，因此鋅耗較高。針對上述問題，公開號為CN1610763A，發明名稱為「在連續鍍鋅處理中控制鋼帶上的鍍層重量的裝置」的中國專利申請，提出針對目標鍍鋅重量的變化建立數學模型，通過數學模型的計算，設定對氣刀各參數的控質量。同時，通過鋅層測厚儀的測量值，進行數學模型的自適應，以提高設定計算的精度。然而，在現場生產實踐中，鋅層測厚儀的安裝位置與氣刀之間的帶鋼間距往往長達120米以上，按照80米/分鐘的機組運行速度計算，鋅層重量測量值於對應的各項氣刀控制參數之間存在有至少1. 5分鐘的純滯後，也就是說，在同一時刻採集到的多個數據之間不存在直接控制意義上的輸入輸出關係。由於上述方法簡單採用了基於時間周期的自適應方法，而忽視了鋅層測厚儀與對應氣刀各項控制參數的滯後特性，因此，導致了其自適應的效果並不能反應操作中的真實情況。所以，對實際鋅層重量仍不能達到精確控制的目的。因此，需要一種新的對鋅層厚度進行測量的方法和裝置，來克服上述缺陷。
發明內容
本發明的目的，在於提供一種用於在連續熱鍍鋅機組中測量鋅層厚度的裝置和方法，以準確反映氣刀各控制參數在特定時刻的準確情況，從而解決上述鋅層重量測量值與對應氣刀各控制參數的滯後性所帶來的預測模型仍無法對鋅層重量進行精確控制的問題。在本發明的一個方面，提供了一種用於在連續熱鍍鋅機組中測量鋅層厚度的裝置，所述連續熱鍍鋅機組包括用於對帶鋼進行鍍鋅處理的氣刀，以及鍍後冷卻後用於輸出帶鋼的轉向輥和張力輥。所述測量鋅層厚度的裝置包括長度編碼器，其設置於所述張力輥上，用於對所述帶鋼的長度進行計數；鋅層測厚儀，其設置於所述轉向輥之後，用於對鋅層的厚度進行測量；帶鋼長度監控裝置，其分別與所述長度編碼器和鋅層測厚儀相連接；以及鋅層控制參數存儲裝置，其與所述帶鋼長度監控裝置相連接；其中，所述帶鋼長度監控裝置用於在每個長度周期內，接收由所述長度編碼器輸出的長度計數值和所述鋅層測厚儀輸出的鋅層厚度值，並利用接收到的所述長度計數值對所述長度計數值對應的長度周期內的鋅層厚度值進行標記。優選地，所述長度周期內經過所述長度編碼器的長度為L/N，其中，L為所述氣刀與所述鋅層測厚儀之間帶鋼的長度，N為正整數。優選地，所述帶鋼長度監控裝置為中央處理單元。在本發明的另一個方面，提供了一種用於在連續熱鍍鋅機組中測量鋅層厚度的方法，所述連續熱鍍鋅機組包括用於對帶鋼進行鍍鋅處理的氣刀，以及鍍後冷卻後用於輸出帶鋼的轉向輥和張力輥。所述測量鋅層厚度的方法包括以下步驟在所述張力輥上，利用長度編碼器對帶鋼的長度進行計數；在所述轉向輥之後，利用鋅層測厚儀對鋅層厚度進行測量；在每個長度周期內，對所述長度編碼器輸出的長度計數值以及鋅層測厚儀輸出的鋅層厚度值進行匹配。優選地，所述匹配包括利用所述長度計數值對所述鋅層厚度值進行標記，並輸入至鋅層控制參數存儲裝置進行存儲。優選地，所述長度周期內經過所述長度編碼器的長度為L/N，其中，L為所述氣刀與所述鋅層測厚儀之間帶鋼的長度，N為正整數。優選地，所述對帶鋼的長度進行計數的步驟包括當所述帶鋼的首端經過所數鋅層測厚儀時，所述長度編碼器清零並開始計數，並且每經過一個長度周期，所述長度編碼器的長度計數值增加1。優選地，該方法還包括在每個長度周期內，利用所述長度計數值對該周期內所測得的多個控制參數進行標記的步驟。該多個控制參數包括氣刀高度、氣刀間距以及氣刀壓力。利用本發明的測量鋅層厚度的裝置和方法，可實現帶鋼特定位置上的鋅層厚度， 與該位置處用於鋅層厚度控制的其它參數的精確對應，消除了已有測量手段中對鋅層厚度測量值的滯後性，從而對鋅層重量預測模型提供了更可靠的參數輸入，進而實現對鋅層厚度的精確控制，在保證帶鋼鍍鋅質量的同時，達到降低鋅耗以及減少能源消耗和生產成本的目的。
圖1是常用的鍍鋅機組進行鍍鋅操作的示意圖；圖2是用於鍍鋅機組中的本發明的測量鋅層厚度的裝置的示意圖；圖3是本發明的測量鋅層厚度的方法的流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式
，對本發明的測量鋅層厚度的裝置和方法，進行更詳細描述。如圖2所示，是用於鍍鋅機組中的本發明的測量鋅層厚度的裝置的示意圖。該測量裝置包括長度編碼器100、鋅層測厚儀200、帶鋼長度監控裝置300以及鋅層控制參數存儲裝置400。結合圖1，其中，長度編碼器100設置於張力輥20上，用於對所述帶鋼的長度進行計數；鋅層測厚儀200設置於轉向輥18之後，用於對鋅層的厚度(也即鋅層重量)進行測量；帶鋼長度監控裝置300分別與長度編碼器100和鋅層測厚儀200相連接；鋅層控制參數存儲裝置400與帶鋼長度監控裝置300相連接。具體地，長度編碼器100可由常規的脈衝測速編碼器組成，其安裝在張力輥20的主軸上。帶鋼前進時張力輥20發生同步旋轉，從而帶動長度編碼器100給出對應的旋轉角度(即弧度)。根據固定時間內測得的旋轉角度和張力輥20的周長，即可計算獲得對應通過的帶鋼長度。每隔一個的長度周期，長度編碼器100將當前的帶鋼長度計數值傳送給帶鋼長度監控裝置300。具體的計數方法將在以下對本發明測量方法的描述中，進行更詳細說明。鋅層測厚儀200由常規的測厚儀構成，用於對鋅層的厚度進行測量，並在每個長度周期內，將厚度值傳送給帶鋼長度監控裝置300。帶鋼長度監控裝置300為中央處理單元(CPU)， 它用於對長度周期進行設定，並可在每個長度周期內接收由長度編碼器100輸出的長度計數值和鋅層測厚儀200輸出的鋅層厚度值，並利用接收到的長度計數值對該長度計數值對應的長度周期內的鋅層厚度值進行標記，然後再將經過標記的鋅層厚度值輸送至鋅層控制參數存儲裝置400。上述長度周期，是指帶鋼通過長度編碼器100或鋅層測厚儀200固定長度(稱作周期長度)所需要的時間。在機組運行過程中，機組運行速度可能會發生變化，因此，容易理解，為確保周期長度為恆定值，該長度周期也會根據機組運行速度的變化而改變。本發明中，周期長度設置成氣刀7與鋅層測厚儀200之間帶鋼的長度L為該周期長度的整數倍，即周期長度為L/N，其中，N為正整數。在本發明中，N以及相應的周期長度的選擇，優選地為在該周期長度下所折算的長度周期在1到10秒之間，更優選地為5秒左右。鋅層控制參數存儲裝置400用於存儲控制鋅層厚度的各個參數，除由鋅層測厚儀
5200測得的實際鋅層厚度之外，所存儲的參數還包括用於氣刀控制的各個參數，包括氣刀高度、氣刀間距和氣刀壓力等，為後續模型建立需要，常規地，這些參數還可包括帶鋼編號、帶鋼粗糙度、帶鋼溫度、熔鋅溫度、熔鋅鋁含量、生產速度等。以上參數均可利用現有的常規手段測得。例如，氣刀壓力可由管道上的壓力表測得，氣刀的傾角、高度和距離可分別由集成在氣刀內部的角度編碼器和距離編碼器測得。利用本發明的測量裝置，可通過長度編碼器輸出的計數長度，對上述各參數進行標記，以準確地使實際測到的鋅層厚度與其他參數相匹配。接下來，結合圖3，對利用該測量裝置對鋅層厚度進行測量的具體方法，進行詳細描述。首先，在步驟SlOO中，利用長度編碼器100，對帶鋼的長度進行計數。其中，計數周期即為上述由帶鋼長度監控裝置300所設定的長度周期。當鍍鋅操作的每條帶鋼的首端經過長度編碼器100時，設定為零時刻，計數周期開始。對應為零時刻的帶鋼長度標記為零， 以後每經過一個周期，長度標記在上一周期的基礎上增加1。當一條帶鋼鍍鋅完畢、下一條帶鋼鍍鋅操作開始時，長度編碼器100清零，並重新開始計數。實際鍍鋅操作中，為保證生產期間的連續鍍鋅操作，在鍍鋅機組入口會將前後兩條帶鋼的頭尾利用焊機焊接在一起。在焊縫位置可衝擊鑽設一個小的圓孔洞。利用該孔洞的透光性，可預定位置設置與帶鋼長度監控裝置300相通訊的光電檢測元件，用於跟蹤焊縫實際到達的位置，並在焊縫到達鋅層測厚儀200時，帶鋼長度監控裝置300接收到光電檢測元件發出的信號，並進一步對長度編碼器100進行清零操作，以對下一條帶鋼的長度重新計數。步驟S200中，利用鋅層測厚儀200，對鋅層厚度進行測量。該步驟S200與步驟 SlOO同時進行。鋅層測厚儀200在帶鋼長度監控裝置300的控制下，在每個長度周期內對其設置位置處的鋅層厚度進行測量，並傳輸給帶鋼長度監控裝置300。步驟S300中，在每個長度周期內，對長度編碼器100輸出的長度計數值以及鋅層測厚儀輸出200的鋅層厚度值進行匹配。具體地，該匹配包括利用長度編碼器輸出的計數值對由鋅層測厚儀輸出的鋅層厚度值進行標記，並輸入至鋅層控制參數存儲裝置400進行存儲。如前所述，各長度周期內檢測到的鋼卷鋅層控制參數包括氣刀高度、氣刀間距和氣刀壓力等。在每個長度周期內，將這些測得的參數輸入至鋅層控制參數存儲裝置400內進行存儲，存儲時，可通過帶鋼長度監控裝置300，利用該周期內的長度計數值對該周期內所測得的這些參數值進行標記。根據以上描述，因為一個長度周期內，經過長度編碼器100的帶鋼長度被設定為氣刀與鋅層測厚儀200之間帶鋼長度的1/N，因此，在上述零時刻長度計數開始後的第N個計數時刻，所測得的實際鋅層厚度，與該條帶鋼的首端部位(即零計數時刻)的鋅層控制參數相對應。而在第K個計數時刻，所測得的實際鋅層厚度，與第K-N個周期的鋼卷鋅層控制參數相對應。因此，可根據長度編碼器100輸出的長度計數值，將在第K個長度周期內測得的厚度值標記為K-N，同時將第K個長度周期內測得的其它參數標記為K，然後輸入至鋅層控制參數存儲裝置400。通過搜索，各鋅層厚度值可查找到具有相同長度標記值的鋅層控制參數。這些對應的鋅層控制參數與鋅層厚度可形成標記為不同計數長度的數列，以用於後續的模型建立操作。另外，由於在一次鍍鋅操作中包括多條帶鋼，因此可在該數列中添加帶鋼編號。在後續的模型建立操作中，帶鋼編號和帶鋼長度可在數據搜索過程中作為索引欄位。由於帶鋼長度特定位置的氣刀控制參數，包括該位置處的實際鋅層厚度，可被準確地反映，因此， 將這些參數輸入鋅層重量預測模型後，可更加精確地對氣刀的各控制參數進行調節，以最大化地消除後續的實際鋅層重量與鋅層重量目標值之間的偏差。綜上所述，利用本發明的測量鋅層厚度的裝置和方法，可實現帶鋼特定位置上的鋅層厚度，與該位置處用於鋅層厚度控制的其它參數的精確對應，消除了已有測量手段中對鋅層厚度測量值的滯後性，從而對鋅層重量預測模型提供了更可靠的參數輸入，進而實現對鋅層厚度的精確控制，在保證帶鋼鍍鋅質量的同時，達到降低鋅耗以及減少能源消耗和生產成本的目的。
權利要求
1.一種用於在連續熱鍍鋅機組中測量鋅層厚度的裝置，所述連續熱鍍鋅機組包括用於對帶鋼進行鍍鋅處理的氣刀，以及鍍後冷卻後用於輸出帶鋼的轉向輥和張力輥，其特徵在於，所述測量鋅層厚度的裝置包括長度編碼器，其設置於所述張力輥上，用於對所述帶鋼的長度進行計數；鋅層測厚儀，其設置於所述轉向輥之後，用於對鋅層的厚度進行測量；帶鋼長度監控裝置，其分別與所述長度編碼器和鋅層測厚儀相連接；以及鋅層控制參數存儲裝置，其與所述帶鋼長度監控裝置相連接；其中，所述帶鋼長度監控裝置用於在每個長度周期內，接收由所述長度編碼器輸出的長度計數值和所述鋅層測厚儀輸出的鋅層厚度值，並利用接收到的所述長度計數值對所述長度計數值對應的長度周期內的鋅層厚度值進行標記。
2.根據權利要求1所述的用於在連續熱鍍鋅機組中測量鋅層厚度的裝置，其特徵在於，所述長度周期內經過所述長度編碼器的長度為L/N，其中，L為所述氣刀與所述鋅層測厚儀之間帶鋼的長度，N為正整數。
3.根據權利要求1或2所述的用於在連續熱鍍鋅機組中測量鋅層厚度的裝置，其特徵在於，所述帶鋼長度監控裝置為中央處理單元。
4 一種用於在連續熱鍍鋅機組中測量鋅層厚度的方法，所述連續熱鍍鋅機組包括用於對帶鋼進行鍍鋅處理的氣刀，以及鍍後冷卻後用於輸出帶鋼的轉向輥和張力輥，其特徵在於，所述測量鋅層厚度的方法包括以下步驟在所述張力輥上，利用長度編碼器對帶鋼的長度進行計數；在所述轉向輥之後，利用鋅層測厚儀對鋅層厚度進行測量；在每個長度周期內，對所述長度編碼器輸出的長度計數值以及鋅層測厚儀輸出的鋅層厚度值進行匹配。
5.根據權利要求4所述的用於在連續熱鍍鋅機組中測量鋅層厚度的方法，其特徵在於，所述匹配包括利用所述長度計數值對所述鋅層厚度值進行標記，並輸入至鋅層控制參數存儲裝置進行存儲。
6.根據權利要求4或5所述的用於在連續熱鍍鋅機組中測量鋅層厚度的方法，其特徵在於，所述長度周期內經過所述長度編碼器的長度為L/N，其中，L為所述氣刀與所述鋅層測厚儀之間帶鋼的長度，N為正整數。
7.根據權利要求6所述的用於在連續熱鍍鋅機組中測量鋅層厚度的方法，其特徵在於，所述對帶鋼的長度進行計數的步驟包括當所述帶鋼的首端經過所數鋅層測厚儀時，所述長度編碼器清零並開始計數，並且每經過一個長度周期，所述長度編碼器的長度計數值增加1。
8.根據權利要求7所述的用於在連續熱鍍鋅機組中測量鋅層厚度的方法，其特徵在於，還包括在每個長度周期內，利用所述長度計數值對該周期內所測得的多個控制參數進行標記的步驟。
9.根據權利要求8所述的用於在連續熱鍍鋅機組中測量鋅層厚度的方法，其特徵在於，所述多個控制參數包括氣刀高度、氣刀間距以及氣刀壓力。
全文摘要
本發明提供了一種用於在連續熱鍍鋅機組中測量鋅層厚度的裝置，所述連續熱鍍鋅機組包括用於對帶鋼進行鍍鋅處理的氣刀，以及鍍後冷卻後用於輸出帶鋼的轉向輥和張力輥。所述測量鋅層厚度的裝置包括長度編碼器，其設置於所述張力輥上，用於對所述帶鋼的長度進行計數；鋅層測厚儀，其設置於所述轉向輥之後，用於對鋅層的厚度進行測量；帶鋼長度監控裝置，其分別與所述長度編碼器和鋅層測厚儀相連接；以及鋅層控制參數存儲裝置，其與所述帶鋼長度監控裝置相連接。利用本發明的測量鋅層厚度的裝置和方法，可實現帶鋼特定位置上的鋅層厚度與該位置處用於鋅層厚度控制的其它參數的精確對應。
文檔編號C23C2/20GK102465246SQ20101054982
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月18日 優先權日2010年11月18日
發明者嚴秋月, 於孟生, 季源 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司