CN113667918B - 热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法，包括：对上一卷热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度W₂进行测量；根据上一卷热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度W₂的差值对热镀锌带钢镀层厚度的变换模式进行判定；根据热镀锌带钢镀层厚度的变换模式的判定结果对气刀参数进行调整。本申请实施例通过提供一种热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法，解决了现有技术中带钢锌层厚度切换时的气刀参数调整不及时和精度差的技术问题，在保证带钢镀层厚度满足客户标准的前提下，最大程度的减少了锌层耗费成本。

Description

热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法

技术领域

本发明涉及冷轧技术领域，尤其涉及一种热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法。

背景技术

热镀锌带钢具有良好的机械性能和抗腐蚀性能，在汽车、家电、建筑等行业得到了广泛应用。镀层厚度是衡量热镀锌带钢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。因此，带钢镀层厚度的控制精度直接关系到产品质量和生产成本，提高热镀锌带钢的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。

目前，我国大多数热镀锌机组在镀层厚度切换过程中，带钢镀层厚度的控制仍然是依赖工作人员的生产经验采用手动控制方式，不能对气刀参数做出及时而精确的调整，造成长时间的镀层厚度超差，甚至没有达到客户的镀层厚度标准而导致产品质量异议。虽然小部分的热镀锌生产线对气刀参数采用了PID闭环控制，但是由于影响镀层厚度的过程变量是复杂的，尤其是气刀调节机构对镀层厚度的影响是非线性的，同时考虑到带钢锌层厚度检测与气刀参数调整之间的大时滞性，其控制效果也非常不理想。

发明内容

本申请实施例通过提供一种热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法，解决了现有技术中带钢锌层厚度切换时的气刀参数调整不及时和精度差的技术问题，在保证带钢镀层厚度满足客户标准的前提下，最大程度的减少了锌层耗费成本。

本申请实施例提供了一种热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法，包括：

对上一卷热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度W₂进行测量；

根据上一卷热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度W₂的差值对热镀锌带钢镀层厚度的变换模式进行判定；

根据热镀锌带钢镀层厚度的变换模式的判定结果对气刀参数进行调整。

进一步地，所述根据热镀锌带钢镀层厚度的变换模式的判定结果对气刀参数进行调整包括：

根据传统的热镀锌带钢锌层厚度理论模型：W＝K*V^a*D^b*P^c，以及热镀锌带钢的厚度和热镀锌带钢上下表面锌层厚度的情况，其理论公式表示为：

式中，e为自然常数，W为锌层厚度，P为气刀压力，TH为带钢厚度，D为气刀距离，V为带钢速度，H为气刀高度，k₀、k₁、k₂、k₃、k₄，为固定常数,对上式进行线性化处理可得:

采集现场生产大数据气刀压力P、气刀距离D、带钢速度V、气刀高度H及其所对应的锌层厚度W数据，通过式(1)模型参数辨识，得到各个固定常数值k₀、k₁、k₂、k₃、k₄，并可得到回归的数学模型:

在生产过程中，当带钢速度或者设定锌层厚度发生变化时，及时的对气刀工艺参数进行调节，根据上述模型计算相应的气刀工艺参数的调节量，其对应的调节量如下：

式中，TH₁为上一卷热镀锌带钢厚度，W₁为上一卷热镀锌带钢镀层厚度，P₁为上一卷热镀锌带钢的气刀压力，D₁为上一卷热镀锌带钢的气刀距离，H₁为上一卷热镀锌带钢的气刀高度，TH₂为下一卷热镀锌带钢厚度，W₂为下一卷热镀锌带钢镀层厚度，P₂为下一卷热镀锌带钢的气刀压力，D₂为下一卷热镀锌带钢的气刀距离，H₂为下一卷热镀锌带钢的气刀高度。

进一步地，当上一卷热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度W₂的差值-3g/m²≤W₁-W₂≤3g/m²时，所述热镀锌带钢镀层厚度的变换模式判定为同镀层模式。

进一步地，当热镀锌带钢镀层厚度的变换模式为同镀层模式时，所述气刀参数保持不变。

进一步地，当上一卷热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度W₂的差值W₁-W₂>3g/m²时，所述热镀锌带钢镀层厚度的变换模式判定为镀层厚变薄模式。

进一步地，当热镀锌带钢镀层厚度的变换模式为镀层厚变薄模式时，气刀参数在焊缝后L_a位置处开始调整。

进一步地，根据公式(4)和公式(6)，将气刀压力由P₁调整为P₂，气刀高度由H₁调整为H₂，由此得出气刀压力变化量ΔP＝P₂-P₁，气刀高度变化量ΔH＝H₂-H₁，气刀距离保持不变；

根据现场气刀设备的气刀压力响应速率v_P，气刀高度响应速率v_H，气刀距离v_D，得出响应速率气刀压力调整时间t_P＝ΔP/v_P，气刀高度调整时间t_H＝ΔH/v_H，气刀距离调整时间t_D＝0，气刀所有参数调整完毕所需要的最长时间为max(t_P,t_H,t_D)；

最后得出气刀参数在焊缝后L_a＝V*max(t_P,t_H,t_D)位置处开始调整。

进一步地，当上一卷热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度W₂的差值W1-W₂<-3g/m²时，所述热镀锌带钢镀层厚度的变换模式判定为镀层薄变厚模式。

进一步地，所述热镀锌带钢镀层厚度的变换模式为镀层薄变厚模式时，气刀参数在焊缝前L_b位置处开始调整。

进一步地，根据公式(4)和公式(5)，将气刀压力由P₁调整为P₂，气刀距离由D₁调整为D₂，由此得出气刀压力变化量ΔP＝P₂-P₁，气刀距离变化量ΔD＝D₂-D₁，气刀高度保持不变；

根据现场气刀设备的气刀压力响应速率v_P，气刀高度响应速率v_H，气刀距离v_D，得出响应速率气刀压力调整时间t_P＝ΔP/v_P，气刀距离调整时间t_D＝ΔD/v_D，气刀高度调整时间t_H＝0，气刀所有参数调整完毕所需要的最长时间为max(t_P,t_H,t_D)；

最后得出气刀参数在焊缝前L_b＝V*max(t_P,t_H,t_D)位置处开始调整。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

(1)本发明所提供的热镀锌带钢镀层厚度切换模式的判定和调整方法，能够满足不同带钢镀层厚度切换情况下的灵活调整，避免出现带钢镀层厚度不满足客户标准导致的产品使用问题；

(2)本发明所提供的气刀参数调整起始点的计算方法，结合了气刀调节机构响应速率和带钢生产速度等工艺条件，在满足客户带钢镀层厚度标准的前提下，最大限度的降低锌耗成本。

附图说明

图1为本申请实施例一提供的一种热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法的工艺流程图；

图2为本申请实施例二提供的同镀层模式下的气刀参数变化曲线图；

图3为本申请实施例二提供的镀层厚变薄模式下的气刀参数变化曲线图；

图4为本申请实施例二提供的镀层薄变厚模式下的气刀参数变化曲线图。

具体实施方式

本发明提供了一种热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法，通过读取当前生产卷带钢的预设定镀层厚度和下一生产卷带钢的预设定镀层厚度，通过对比分析判定带钢镀层厚度切换的不同模式。同时，考虑到不同带钢镀层厚度切换模式下的气刀工艺参数调整量，结合气刀调节机构的响应速率和带钢实时运行速度，通过理论计算确定合理的气刀参数调节的起始点，从而在保证带钢镀层厚度满足客户标准的前提下，最大程度的减少锌层耗费成本。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

本申请实施例提供了一种热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法，包括：

步骤S1：对上一卷热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度W₂进行测量；

步骤S2：根据当前热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度值W₂的差值对热镀锌带钢镀层厚度的变换模式进行判定；当上一卷热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度W₂的差值-3g/m²≤W₁-W₂≤3g/m²时，所述热镀锌带钢镀层厚度的变换模式判定为同镀层模式。当上一卷热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度W₂的差值W₁-W₂>3g/m²时，所述热镀锌带钢镀层厚度的变换模式判定为镀层厚变薄模式。当上一卷热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度W₂的差值W1-W₂<-3g/m²时，所述热镀锌带钢镀层厚度的变换模式判定为镀层薄变厚模式。

其中，步骤S3根据热镀锌带钢镀层厚度的变换模式的判定结果对气刀参数进行调整包括：

根据传统的热镀锌带钢锌层厚度理论模型：W＝K*V^a*D^b*P^c，以及热镀锌带钢的厚度和热镀锌带钢上下表面锌层厚度的情况，其理论公式表示为：

式中，e为自然常数，W为锌层厚度，P为气刀压力，TH为带钢厚度，D为气刀距离，V为带钢速度，H为气刀高度，k₀、k₁、k₂、k₃、k₄，为固定常数,对上式进行线性化处理可得:

采集现场生产大数据气刀压力P、气刀距离D、带钢速度V、气刀高度H及其所对应的锌层厚度W数据，通过式(1)模型参数辨识，得到各个固定常数值k₀、k₁、k₂、k₃、k₄，并可得到回归的数学模型:

在生产过程中，当带钢速度或者设定锌层厚度发生变化时，及时的对气刀工艺参数进行调节，根据上述模型计算相应的气刀工艺参数的调节量，其对应的调节量如下：

式中，TH₁为上一卷热镀锌带钢厚度，W₁为上一卷热镀锌带钢镀层厚度，P₁为上一卷热镀锌带钢的气刀压力，D₁为上一卷热镀锌带钢的气刀距离，H₁为上一卷热镀锌带钢的气刀高度，TH₂为下一卷热镀锌带钢厚度，W₂为下一卷热镀锌带钢镀层厚度，P₂为下一卷热镀锌带钢的气刀压力，D₂为下一卷热镀锌带钢的气刀距离，H₂为下一卷热镀锌带钢的气刀高度。

当热镀锌带钢镀层厚度的变换模式为同镀层模式时，所述气刀参数保持不变。

当热镀锌带钢镀层厚度的变换模式为镀层厚变薄模式时，气刀参数在焊缝后L_a位置处开始调整。根据公式(4)和公式(6)，将气刀压力由P₁调整为P₂，气刀高度由H₁调整为H₂,由此得出气刀压力变化量ΔP＝P₂-P_1,气刀高度变化量ΔH＝H₂-H₁，气刀距离保持不变；根据现场气刀设备的气刀压力响应速率v_P，气刀高度响应速率v_H，气刀距离v_D，得出响应速率气刀压力调整时间t_P＝ΔP/v_P，气刀高度调整时间t_H＝ΔH/v_H，气刀距离调整时间t_D＝0，气刀所有参数调整完毕所需要的最长时间为max(t_P,t_H,t_D)；最后得出气刀参数在焊缝后L_a＝V*max(t_P,t_H,t_D)位置处开始调整。

所述热镀锌带钢镀层厚度的变换模式为镀层薄变厚模式时，气刀参数在焊缝前L_b位置处开始调整。根据公式(4)和公式(5)，将气刀压力由P₁调整为P₂，气刀距离由D₁调整为D₂，由此得出气刀压力变化量ΔP＝P₂-P₁，气刀距离变化量ΔD＝D₂-D₁，气刀高度保持不变；根据现场气刀设备的气刀压力响应速率v_P，气刀高度响应速率v_H，气刀距离v_D，得出响应速率气刀压力调整时间t_P＝ΔP/v_P，气刀距离调整时间t_D＝ΔD/v_D，气刀高度调整时间t_H＝0，气刀所有参数调整完毕所需要的最长时间为max(t_P,t_H,t_D)；最后得出气刀参数在焊缝前L_b＝V*max(t_P,t_H,t_D)位置处开始调整。

实施例二

以某1700热镀锌机组现场生产情况为例，当前生产卷的带钢钢种为DX51D+Z，厚度为0.6mm，宽度1250mm，预设定镀层厚度为60g/m²，带钢运行速度为120m/min。下一生产卷的带钢钢种、规格相同，速度保持不变，分别考虑预设定镀层厚度为40g/m²、61g/m²、80g/m²时的镀层切换方法。

根据公式(3)可知，当带钢厚度为0.6mm，带钢速度为120m/min，锌层厚度为60g/m²时，气刀距离采用8mm，气刀高度采用300mm，则气刀压力为260kpa。当锌层厚度变化到40g/m²时，优先调整气刀压力，然后调整气刀高度对锌层厚度进行小范围调整，气刀距离保持不变，根据公式(4)和公式(6)，则气刀压力由260kpa调整为430kpa，气刀高度由300mm调整为500mm。当锌层厚度变化到80g/m²时，优先调整气刀压力，由于调整气刀高度无法满足锌层厚度要求，保持不变，进一步调整气刀距离，根据公式(4)和公式(5)，则气刀压力由260kpa调整为165kpa，气刀距离由8mm调整为7mm。带钢不同锌层厚度所对应的气刀压力、气刀距离和气刀高度如表1所示。

工况变化	带钢厚度	镀层厚度	气刀压力	气刀距离	气刀高度	带钢速度
							0	0.6	60	260	8	300	120
1	0.6	61	260	8	300	120
							2	0.6	40	430	8	500	120
3	0.6	80	165	7	300	120

气刀压力P、气刀距离D、气刀高度H是气刀设备的三个主要工艺参数，其单位时间的调整能力由气刀设备本身决定。以某1700mm热镀锌机组的FOEN气刀设备为例，由设备供应商提供的资料可知，气刀设备中气刀压力响应速率为v_P＝5.8kpa/s，气刀高度响应速率为v_H＝6.2mm/s，气刀距离响应速率为v_D＝0.5mm/s。

(1)当下一生产卷的带钢预设定镀层厚度为61g/m²时，由于前、后卷的镀层变化为1g/m²，判定镀层切换为“同镀层模式”，因此，下一生产卷的带钢气刀参数保持不变，即气刀高度300mm、气刀距离8mm、气刀压力260kpa，如图2所示。

(2)当下一生产卷的带钢预设定镀层厚度为40g/m²时，由于前、后卷的镀层变化为20g/m²，判定镀层切换为“镀层厚变薄模式”，因此，下一生产卷的带钢气刀参数在焊缝后L_a位置处开始调整。

根据表1可知，气刀参数的调节量：气刀压力从P₁＝260kpa增加到P₂＝430kpa，气刀压力变化量ΔP＝P₂-P₁＝170kpa；气刀高度从H₁＝300mm增加到H₂＝500mm，气刀高度变化量ΔH＝H₂-H₁＝200mm；气刀距离保持不变。则气刀压力调整时间t_P＝ΔP/v_P＝170/5.8＝34.48s；气刀高度调整时间t_H＝ΔH/v_H＝200/6.2＝32.26s；气刀距离调整时间t_D＝0。气刀所有参数调整完毕所需要的最长时间为max(t_P,t_H,t_D)＝max(34.48,32.26,0)＝34.48s。

带钢运行速度V＝120m/min，气刀参数调整完毕后的带钢运行距离L_a＝V*max(t_P,t_H,t_D)＝120/60*34.48＝68.97m，即气刀参数在焊缝后68.97m调整完毕，如图3所示。

(3)当下一生产卷的带钢预设定镀层厚度为80g/m²时，由于前、后卷的镀层变化为-20g/m²，判定镀层切换为“镀层薄变厚模式”，因此，下一生产卷的带钢气刀参数在焊缝前L_b位置处开始调整。

根据表1可知，气刀参数的调节量：气刀压力从P₁＝260kpa降低到P₂＝165kpa，气刀压力变化量ΔP＝P₁-P₂＝95kpa；气刀高度保持不变；气刀距离从D₁＝8mm减小到D₂＝7mm，气刀距离变化量ΔD＝D₁-D₂＝1mm。则气刀压力调整时间t_P＝ΔP/v_P＝95/5.8＝16.38s；气刀高度调整时间t_H＝0；气刀距离调整时间t_D＝ΔD/v_D＝1/0.5＝2s。气刀所有参数调整完毕所需要的最长时间为max(t_P,t_H,t_D)＝max(16.38,0,2)＝16.38s。

带钢运行速度V＝120m/min，气刀参数调整完毕后的带钢运行距离L_b＝V*max(tP,tH,tD)＝120/60*16.38＝32.76m，即气刀参数需在焊缝前32.76m开始调整，才能满足下一生产卷的带钢镀层厚度满足客户标准，如图4所示。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

(1)本发明所提供的带钢镀层厚度切换模式的判定和调整方法，能够满足不同带钢镀层厚度切换情况下的灵活调整，避免出现带钢镀层厚度不满足客户标准导致的产品使用问题；

(2)本发明所提供的气刀参数调整起始点的计算方法，结合了气刀调节机构响应速率和带钢生产速度等工艺条件，在满足客户带钢镀层厚度标准的前提下，最大限度的降低锌耗成本。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法，其特征在于，包括：

对上一卷热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度W₂进行测量；

根据上一卷热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度W₂的差值对热镀锌带钢镀层厚度的变换模式进行判定；

根据热镀锌带钢镀层厚度的变换模式的判定结果对气刀参数进行调整；

其中，所述根据热镀锌带钢镀层厚度的变换模式的判定结果对气刀参数进行调整包括：

根据传统的热镀锌带钢锌层厚度理论模型：W＝K*V^a*D^b*P^c，以及热镀锌带钢的厚度和热镀锌带钢上下表面锌层厚度的情况，其理论公式表示为：

式中，e为自然常数，W为锌层厚度，P为气刀压力，TH为带钢厚度，D为气刀距离，V为带钢速度，H为气刀高度，k₀、k₁、k₂、k₃、k₄，为固定常数,对上式进行线性化处理可得:

采集现场生产大数据气刀压力P、气刀距离D、带钢速度V、气刀高度H及其所对应的锌层厚度W数据，通过式(1)模型参数辨识，得到各个固定常数值k₀、k₁、k₂、k₃、k₄，从而得到回归的数学模型:

在生产过程中，当带钢速度或者设定锌层厚度发生变化时，对气刀工艺参数进行调节，根据上述模型计算相应的气刀工艺参数的调节量，其对应的调节量如下：

式中，TH₁为上一卷热镀锌带钢厚度，W₁为上一卷热镀锌带钢镀层厚度，P₁为上一卷热镀锌带钢的气刀压力，D₁为上一卷热镀锌带钢的气刀距离，H₁为上一卷热镀锌带钢的气刀高度，TH₂为下一卷热镀锌带钢厚度，W₂为下一卷热镀锌带钢镀层厚度，P₂为下一卷热镀锌带钢的气刀压力，D₂为下一卷热镀锌带钢的气刀距离，H₂为下一卷热镀锌带钢的气刀高度。

2.如权利要求1所述的热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法，其特征在于：

当上一卷热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度W₂的差值-3g/m²≤W₁-W₂≤3g/m²时，所述热镀锌带钢镀层厚度的变换模式判定为同镀层模式。

3.如权利要求2所述的热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法，其特征在于：

当热镀锌带钢镀层厚度的变换模式为同镀层模式时，所述气刀参数保持不变。

4.如权利要求1所述的热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法，其特征在于：

当上一卷热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度W₂的差值W₁-W₂>3g/m²时，所述热镀锌带钢镀层厚度的变换模式判定为镀层厚变薄模式。

5.如权利要求4所述的热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法，其特征在于：

当热镀锌带钢镀层厚度的变换模式为镀层厚变薄模式时，气刀参数在焊缝后L_a位置处开始调整。

6.如权利要求5所述的热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法，其特征在于：

根据公式(4)和公式(6)，将气刀压力由P₁调整为P₂，气刀高度由H₁调整为H₂，由此得出气刀压力变化量ΔP＝P₂-P₁，气刀高度变化量ΔH＝H₂-H₁，气刀距离保持不变；

根据现场气刀设备的气刀压力响应速率v_P，气刀高度响应速率v_H，气刀距离v_D，得出响应速率气刀压力调整时间t_P＝ΔP/v_P，气刀高度调整时间t_H＝ΔH/v_H，气刀距离调整时间t_D＝0，气刀所有参数调整完毕所需要的最长时间为max(t_P,t_H,t_D)；

最后得出气刀参数在焊缝后L_a＝V*max(t_P,t_H,t_D)位置处开始调整。

7.如权利要求1所述的热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法，其特征在于：

当上一卷热镀锌带钢镀层厚度W₁和下一卷热镀锌带钢镀层厚度W₂的差值W1-W₂<-3g/m²时，所述热镀锌带钢镀层厚度的变换模式判定为镀层薄变厚模式。

8.如权利要求7所述的热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法，其特征在于：

所述热镀锌带钢镀层厚度的变换模式为镀层薄变厚模式时，气刀参数在焊缝前L_b位置处开始调整。

9.如权利要求8所述的热镀锌带钢镀层厚度切换的控制方法，其特征在于：

根据公式(4)和公式(5)，将气刀压力由P₁调整为P₂，气刀距离由D₁调整为D₂，由此得出气刀压力变化量ΔP＝P₂-P₁，气刀距离变化量ΔD＝D₂-D₁，气刀高度保持不变；

根据现场气刀设备的气刀压力响应速率v_P，气刀高度响应速率v_H，气刀距离v_D，得出响应速率气刀压力调整时间t_P＝ΔP/v_P，气刀距离调整时间t_D＝ΔD/v_D，气刀高度调整时间t_H＝0，气刀所有参数调整完毕所需要的最长时间为max(t_P,t_H,t_D)；

最后得出气刀参数在焊缝前L_b＝V*max(t_P,t_H,t_D)位置处开始调整。