专利名称：一种用于在连续热镀锌机组中测量锌层厚度的装置和方法
技术领域：
本发明涉及热镀锌工艺，更具体地，是一种用于在连续热镀锌机组中测量锌层厚度的装置和方法。
背景技术：
通常，带钢在出厂前会进行镀锌处理，以增强抗腐蚀性和外观美观程度。在冷轧连续热镀锌工艺中，通常利用镀锌机组来完成镀锌流程。具体地，参见图1，是常用的镀锌机组进行镀锌操作的示意图。如图所示，带钢1通过退火炉2经退火处理后，经由带有张力辊3 的炉鼻子4进入具有沉没辊6的锌锅5内，在锌锅5中熔融的金属锌吸附在退火后的带钢 1表面上，然后，气刀7对带钢表面的单位面积锌层重量进行控制。镀锌后的带钢先后通过镀后冷却设备8、10、12以及顶辊9、11后，经转向辊13进入带有沉没辊15的水淬槽14内冷却至后处理工艺温度，然后再依次经纠偏辊16、17、转向辊18和张力辊20后输出。单位面积的锌层重量，简称锌层重量，在本行业内也常用锌层厚度来表示，是镀锌操作中的主要控制指标。在带钢出厂时，锌层重量需不低于特定的预定值(目标镀锌重量)，以保证带钢产品的质量。另一方面，现有的控制手段中，对锌层重量尚不能实现精确控制。因此，为确保出厂产品合格，带刚表面所镀的锌层重量，往往会大于目标镀锌重量。这造成了锌耗的增加以及生产成本的提高。锌层厚度的控制和调节，主要通过对气刀各参数的控制而实现。例如气刀倾角 (即气刀喷射方向相对于带钢表面的角度)，气刀高度(即气刀在垂直方向上距离锌锅5的液面的距离)、气刀间距(即气刀在水平方向上距离带钢的距离)以及气刀压力(即气刀内部喷吹介质的压力)等。在实际生产过程中，气刀倾角一般适合于在离线状态下调整。因此，作为在线控制手段，气刀高度、气刀间距和气刀压力是作为锌层厚度控制的主要目标参数。目前，冷轧连续热镀锌机组普遍采用基于工艺表格的控制方法，并结合操作人员的手动干预，来控制锌层重量。锌层的实际重量，通过安装在转向辊18后的锌层测厚仪19 进行测量。工艺人员事先给出对应于不同机组速度和目标镀锌重量的控制表格。对应于该控制表格，工艺人员根据由锌层测厚仪19测得的实际锌层重量，对气刀高度、气刀间距和气刀压力等控制参数进行调节。但是，利用该控制方法，由于工艺表格数据的优化依赖于经验的积累，并且难以反映现场工艺状况的实时变化，同时现场操作人员的水平参差不齐，因此该方法的控制精度较低，导致实际生产中锌层重量往往偏上限控制，因此锌耗较高。针对上述问题，公开号为CN1610763A，发明名称为“在连续镀锌处理中控制钢带上的镀层重量的装置”的中国专利申请，提出针对目标镀锌重量的变化建立数学模型，通过数学模型的计算，设定对气刀各参数的控质量。同时，通过锌层测厚仪的测量值，进行数学模型的自适应，以提高设定计算的精度。然而，在现场生产实践中，锌层测厚仪的安装位置与气刀之间的带钢间距往往长达120米以上，按照80米/分钟的机组运行速度计算，锌层重量测量值于对应的各项气刀控制参数之间存在有至少1. 5分钟的纯滞后，也就是说，在同一时刻采集到的多个数据之间不存在直接控制意义上的输入输出关系。由于上述方法简单采用了基于时间周期的自适应方法，而忽视了锌层测厚仪与对应气刀各项控制参数的滞后特性，因此，导致了其自适应的效果并不能反应操作中的真实情况。所以，对实际锌层重量仍不能达到精确控制的目的。因此，需要一种新的对锌层厚度进行测量的方法和装置，来克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种用于在连续热镀锌机组中测量锌层厚度的装置和方法，以准确反映气刀各控制参数在特定时刻的准确情况，从而解决上述锌层重量测量值与对应气刀各控制参数的滞后性所带来的预测模型仍无法对锌层重量进行精确控制的问题。在本发明的一个方面，提供了一种用于在连续热镀锌机组中测量锌层厚度的装置，所述连续热镀锌机组包括用于对带钢进行镀锌处理的气刀，以及镀后冷却后用于输出带钢的转向辊和张力辊。所述测量锌层厚度的装置包括长度编码器，其设置于所述张力辊上，用于对所述带钢的长度进行计数；锌层测厚仪，其设置于所述转向辊之后，用于对锌层的厚度进行测量；带钢长度监控装置，其分别与所述长度编码器和锌层测厚仪相连接；以及锌层控制参数存储装置，其与所述带钢长度监控装置相连接；其中，所述带钢长度监控装置用于在每个长度周期内，接收由所述长度编码器输出的长度计数值和所述锌层测厚仪输出的锌层厚度值，并利用接收到的所述长度计数值对所述长度计数值对应的长度周期内的锌层厚度值进行标记。优选地，所述长度周期内经过所述长度编码器的长度为L/N，其中，L为所述气刀与所述锌层测厚仪之间带钢的长度，N为正整数。优选地，所述带钢长度监控装置为中央处理单元。在本发明的另一个方面，提供了一种用于在连续热镀锌机组中测量锌层厚度的方法，所述连续热镀锌机组包括用于对带钢进行镀锌处理的气刀，以及镀后冷却后用于输出带钢的转向辊和张力辊。所述测量锌层厚度的方法包括以下步骤在所述张力辊上，利用长度编码器对带钢的长度进行计数；在所述转向辊之后，利用锌层测厚仪对锌层厚度进行测量；在每个长度周期内，对所述长度编码器输出的长度计数值以及锌层测厚仪输出的锌层厚度值进行匹配。优选地，所述匹配包括利用所述长度计数值对所述锌层厚度值进行标记，并输入至锌层控制参数存储装置进行存储。优选地，所述长度周期内经过所述长度编码器的长度为L/N，其中，L为所述气刀与所述锌层测厚仪之间带钢的长度，N为正整数。优选地，所述对带钢的长度进行计数的步骤包括当所述带钢的首端经过所数锌层测厚仪时，所述长度编码器清零并开始计数，并且每经过一个长度周期，所述长度编码器的长度计数值增加1。优选地，该方法还包括在每个长度周期内，利用所述长度计数值对该周期内所测得的多个控制参数进行标记的步骤。该多个控制参数包括气刀高度、气刀间距以及气刀压力。利用本发明的测量锌层厚度的装置和方法，可实现带钢特定位置上的锌层厚度， 与该位置处用于锌层厚度控制的其它参数的精确对应，消除了已有测量手段中对锌层厚度测量值的滞后性，从而对锌层重量预测模型提供了更可靠的参数输入，进而实现对锌层厚度的精确控制，在保证带钢镀锌质量的同时，达到降低锌耗以及减少能源消耗和生产成本的目的。
图1是常用的镀锌机组进行镀锌操作的示意图；图2是用于镀锌机组中的本发明的测量锌层厚度的装置的示意图；图3是本发明的测量锌层厚度的方法的流程图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式
，对本发明的测量锌层厚度的装置和方法，进行更详细描述。如图2所示，是用于镀锌机组中的本发明的测量锌层厚度的装置的示意图。该测量装置包括长度编码器100、锌层测厚仪200、带钢长度监控装置300以及锌层控制参数存储装置400。结合图1，其中，长度编码器100设置于张力辊20上，用于对所述带钢的长度进行计数；锌层测厚仪200设置于转向辊18之后，用于对锌层的厚度(也即锌层重量)进行测量；带钢长度监控装置300分别与长度编码器100和锌层测厚仪200相连接；锌层控制参数存储装置400与带钢长度监控装置300相连接。具体地，长度编码器100可由常规的脉冲测速编码器组成，其安装在张力辊20的主轴上。带钢前进时张力辊20发生同步旋转，从而带动长度编码器100给出对应的旋转角度(即弧度)。根据固定时间内测得的旋转角度和张力辊20的周长，即可计算获得对应通过的带钢长度。每隔一个的长度周期，长度编码器100将当前的带钢长度计数值传送给带钢长度监控装置300。具体的计数方法将在以下对本发明测量方法的描述中，进行更详细说明。锌层测厚仪200由常规的测厚仪构成，用于对锌层的厚度进行测量，并在每个长度周期内，将厚度值传送给带钢长度监控装置300。带钢长度监控装置300为中央处理单元(CPU)， 它用于对长度周期进行设定，并可在每个长度周期内接收由长度编码器100输出的长度计数值和锌层测厚仪200输出的锌层厚度值，并利用接收到的长度计数值对该长度计数值对应的长度周期内的锌层厚度值进行标记，然后再将经过标记的锌层厚度值输送至锌层控制参数存储装置400。上述长度周期，是指带钢通过长度编码器100或锌层测厚仪200固定长度(称作周期长度)所需要的时间。在机组运行过程中，机组运行速度可能会发生变化，因此，容易理解，为确保周期长度为恒定值，该长度周期也会根据机组运行速度的变化而改变。本发明中，周期长度设置成气刀7与锌层测厚仪200之间带钢的长度L为该周期长度的整数倍，即周期长度为L/N，其中，N为正整数。在本发明中，N以及相应的周期长度的选择，优选地为在该周期长度下所折算的长度周期在1到10秒之间，更优选地为5秒左右。锌层控制参数存储装置400用于存储控制锌层厚度的各个参数，除由锌层测厚仪
5200测得的实际锌层厚度之外，所存储的参数还包括用于气刀控制的各个参数，包括气刀高度、气刀间距和气刀压力等，为后续模型建立需要，常规地，这些参数还可包括带钢编号、带钢粗糙度、带钢温度、熔锌温度、熔锌铝含量、生产速度等。以上参数均可利用现有的常规手段测得。例如，气刀压力可由管道上的压力表测得，气刀的倾角、高度和距离可分别由集成在气刀内部的角度编码器和距离编码器测得。利用本发明的测量装置，可通过长度编码器输出的计数长度，对上述各参数进行标记，以准确地使实际测到的锌层厚度与其他参数相匹配。接下来，结合图3，对利用该测量装置对锌层厚度进行测量的具体方法，进行详细描述。首先，在步骤SlOO中，利用长度编码器100，对带钢的长度进行计数。其中，计数周期即为上述由带钢长度监控装置300所设定的长度周期。当镀锌操作的每条带钢的首端经过长度编码器100时，设定为零时刻，计数周期开始。对应为零时刻的带钢长度标记为零， 以后每经过一个周期，长度标记在上一周期的基础上增加1。当一条带钢镀锌完毕、下一条带钢镀锌操作开始时，长度编码器100清零，并重新开始计数。实际镀锌操作中，为保证生产期间的连续镀锌操作，在镀锌机组入口会将前后两条带钢的头尾利用焊机焊接在一起。在焊缝位置可冲击钻设一个小的圆孔洞。利用该孔洞的透光性，可预定位置设置与带钢长度监控装置300相通讯的光电检测元件，用于跟踪焊缝实际到达的位置，并在焊缝到达锌层测厚仪200时，带钢长度监控装置300接收到光电检测元件发出的信号，并进一步对长度编码器100进行清零操作，以对下一条带钢的长度重新计数。步骤S200中，利用锌层测厚仪200，对锌层厚度进行测量。该步骤S200与步骤 SlOO同时进行。锌层测厚仪200在带钢长度监控装置300的控制下，在每个长度周期内对其设置位置处的锌层厚度进行测量，并传输给带钢长度监控装置300。步骤S300中，在每个长度周期内，对长度编码器100输出的长度计数值以及锌层测厚仪输出200的锌层厚度值进行匹配。具体地，该匹配包括利用长度编码器输出的计数值对由锌层测厚仪输出的锌层厚度值进行标记，并输入至锌层控制参数存储装置400进行存储。如前所述，各长度周期内检测到的钢卷锌层控制参数包括气刀高度、气刀间距和气刀压力等。在每个长度周期内，将这些测得的参数输入至锌层控制参数存储装置400内进行存储，存储时，可通过带钢长度监控装置300，利用该周期内的长度计数值对该周期内所测得的这些参数值进行标记。根据以上描述，因为一个长度周期内，经过长度编码器100的带钢长度被设定为气刀与锌层测厚仪200之间带钢长度的1/N，因此，在上述零时刻长度计数开始后的第N个计数时刻，所测得的实际锌层厚度，与该条带钢的首端部位(即零计数时刻)的锌层控制参数相对应。而在第K个计数时刻，所测得的实际锌层厚度，与第K-N个周期的钢卷锌层控制参数相对应。因此，可根据长度编码器100输出的长度计数值，将在第K个长度周期内测得的厚度值标记为K-N，同时将第K个长度周期内测得的其它参数标记为K，然后输入至锌层控制参数存储装置400。通过搜索，各锌层厚度值可查找到具有相同长度标记值的锌层控制参数。这些对应的锌层控制参数与锌层厚度可形成标记为不同计数长度的数列，以用于后续的模型建立操作。另外，由于在一次镀锌操作中包括多条带钢，因此可在该数列中添加带钢编号。在后续的模型建立操作中，带钢编号和带钢长度可在数据搜索过程中作为索引字段。由于带钢长度特定位置的气刀控制参数，包括该位置处的实际锌层厚度，可被准确地反映，因此， 将这些参数输入锌层重量预测模型后，可更加精确地对气刀的各控制参数进行调节，以最大化地消除后续的实际锌层重量与锌层重量目标值之间的偏差。综上所述，利用本发明的测量锌层厚度的装置和方法，可实现带钢特定位置上的锌层厚度，与该位置处用于锌层厚度控制的其它参数的精确对应，消除了已有测量手段中对锌层厚度测量值的滞后性，从而对锌层重量预测模型提供了更可靠的参数输入，进而实现对锌层厚度的精确控制，在保证带钢镀锌质量的同时，达到降低锌耗以及减少能源消耗和生产成本的目的。
权利要求
1.一种用于在连续热镀锌机组中测量锌层厚度的装置，所述连续热镀锌机组包括用于对带钢进行镀锌处理的气刀，以及镀后冷却后用于输出带钢的转向辊和张力辊，其特征在于，所述测量锌层厚度的装置包括长度编码器，其设置于所述张力辊上，用于对所述带钢的长度进行计数；锌层测厚仪，其设置于所述转向辊之后，用于对锌层的厚度进行测量；带钢长度监控装置，其分别与所述长度编码器和锌层测厚仪相连接；以及锌层控制参数存储装置，其与所述带钢长度监控装置相连接；其中，所述带钢长度监控装置用于在每个长度周期内，接收由所述长度编码器输出的长度计数值和所述锌层测厚仪输出的锌层厚度值，并利用接收到的所述长度计数值对所述长度计数值对应的长度周期内的锌层厚度值进行标记。
2.根据权利要求1所述的用于在连续热镀锌机组中测量锌层厚度的装置，其特征在于，所述长度周期内经过所述长度编码器的长度为L/N，其中，L为所述气刀与所述锌层测厚仪之间带钢的长度，N为正整数。
3.根据权利要求1或2所述的用于在连续热镀锌机组中测量锌层厚度的装置，其特征在于，所述带钢长度监控装置为中央处理单元。
4 一种用于在连续热镀锌机组中测量锌层厚度的方法，所述连续热镀锌机组包括用于对带钢进行镀锌处理的气刀，以及镀后冷却后用于输出带钢的转向辊和张力辊，其特征在于，所述测量锌层厚度的方法包括以下步骤在所述张力辊上，利用长度编码器对带钢的长度进行计数；在所述转向辊之后，利用锌层测厚仪对锌层厚度进行测量；在每个长度周期内，对所述长度编码器输出的长度计数值以及锌层测厚仪输出的锌层厚度值进行匹配。
5.根据权利要求4所述的用于在连续热镀锌机组中测量锌层厚度的方法，其特征在于，所述匹配包括利用所述长度计数值对所述锌层厚度值进行标记，并输入至锌层控制参数存储装置进行存储。
6.根据权利要求4或5所述的用于在连续热镀锌机组中测量锌层厚度的方法，其特征在于，所述长度周期内经过所述长度编码器的长度为L/N，其中，L为所述气刀与所述锌层测厚仪之间带钢的长度，N为正整数。
7.根据权利要求6所述的用于在连续热镀锌机组中测量锌层厚度的方法，其特征在于，所述对带钢的长度进行计数的步骤包括当所述带钢的首端经过所数锌层测厚仪时，所述长度编码器清零并开始计数，并且每经过一个长度周期，所述长度编码器的长度计数值增加1。
8.根据权利要求7所述的用于在连续热镀锌机组中测量锌层厚度的方法，其特征在于，还包括在每个长度周期内，利用所述长度计数值对该周期内所测得的多个控制参数进行标记的步骤。
9.根据权利要求8所述的用于在连续热镀锌机组中测量锌层厚度的方法，其特征在于，所述多个控制参数包括气刀高度、气刀间距以及气刀压力。
全文摘要
本发明提供了一种用于在连续热镀锌机组中测量锌层厚度的装置，所述连续热镀锌机组包括用于对带钢进行镀锌处理的气刀，以及镀后冷却后用于输出带钢的转向辊和张力辊。所述测量锌层厚度的装置包括长度编码器，其设置于所述张力辊上，用于对所述带钢的长度进行计数；锌层测厚仪，其设置于所述转向辊之后，用于对锌层的厚度进行测量；带钢长度监控装置，其分别与所述长度编码器和锌层测厚仪相连接；以及锌层控制参数存储装置，其与所述带钢长度监控装置相连接。利用本发明的测量锌层厚度的装置和方法，可实现带钢特定位置上的锌层厚度与该位置处用于锌层厚度控制的其它参数的精确对应。
文档编号C23C2/20GK102465246SQ20101054982
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者严秋月, 于孟生, 季源 申请人:宝山钢铁股份有限公司