一种锌铝镁产品锌层均匀性自动控制的方法

技术领域

本发明属于冷轧领域，涉及一种锌铝镁产品锌层均匀性自动控制的方法。

背景技术

镀锌铝镁合金镀层产品(Al1.6％-Mg1.6％-Zn)是鞍钢股份有限公司于2021年开发的全新高耐蚀性镀层产品，它综合了铝的优异耐蚀性与锌的阴极腐蚀保护性。镀锌铝镁钢板具有优良的耐大气腐蚀能力，其耐蚀性是同样镀层厚度的热镀锌钢板的5～8倍。此外，镀铝锌镁镀层还表现出良好的涂装性、加工成形性和。正是由于其良好的综合性能，镀铝锌镁产品的发展非常迅速，并广泛应用于建筑、汽车、农业、家用电器、光伏支架等行业。但较热镀纯锌而言，锌铝镁合金镀液流动性较高，锌液中Al元素含量明显高于热镀纯锌锌液，因此，在带钢出锌锅后，气刀喷吹过程中由于带钢边部与中部冷却速率差，以及气刀气流压力场分布的差异等原因的影响，出现板宽方向上锌层重量不均匀缺陷的概率远高于普通热镀锌产品，不合格品率比热镀锌产品高8％左右，影响质量成本及实物质量，在用户检测过程中容易出现异议问题。同时，由于镀锌铝镁锌液的浸润性比热镀锌锌液差，带钢边部与锌液界面处的表面张力较大，容易出现边厚缺陷，造成卷取后钢卷边部外翻缺陷，废品率在3％左右。因此，本专利对如何实现基于锌层在线均匀性实时检测反馈联动控制气刀喷吹工艺参数自动控制方案、基于气刀边部挡板非接触式寻边系统实现气刀挡板距离自动精确控制方案、基于错边卷取消除边厚造成的成品钢卷翻边缺陷方案等一系列适用于镀锌铝镁产品(Al1.6％-Mg1.6％-Zn)锌层均匀性自动控制的方法开展深入研究，形成整套技术方案，实现锌铝镁产品锌层均匀稳定自动控制，减少不合格品率，提高机组自动化及智能化水平。

为确保锌铝镁(Al1.6％-Mg1.6％-Zn)合金镀层产品锌层均匀性，实现此类产品稳定高质高效生产，保证机组运行稳定和产品质量符合要求，需要专门对基于锌层在线均匀性实时检测反馈联动控制气刀喷吹工艺参数自动控制方案、基于气刀边部挡板非接触式寻边系统实现气刀挡板距离自动精确控制方案、基于错边卷取消除边厚造成的成品钢卷翻边缺陷方案进行深入研究和创新，形成全面技术方案。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种锌铝镁产品锌层均匀性自动控制的方法，包括以下步骤：

基于锌铝镁合金镀层产品，获取实时检测整板宽方向上锌层重量实际值，基于锌层在线均匀性，设计实时检测反馈联动的锌重控制模型实现对锌铝镁合金镀层产品的第一次镀层均匀性控制；

采用气刀边部挡板距离自动控制方法，实现对第一次镀层后的锌铝镁合金镀层产品的再次镀层均匀性控制；

基于卷积机采用错边卷取方法，实现对再次镀层后的锌铝镁合金镀层产品进行控制，实现锌铝镁产品锌层均匀性的控制。

进一步地：所述获取锌铝镁合金镀层产品，实时检测整板宽方向上锌层重量实际值，基于锌层在线均匀性，设计实时检测反馈联动的锌重控制模型的过程如下：

采集镀锌生产线的影响因素参数和相关参数；

对镀锌生产线的影响因素参数和相关参数进行预理，

基于处理后数据，确定气刀一体会设备的控制参数，确定气刀控制装置的二级系统；

通过气刀控制装置的二级系统的二级系统中下发的钢卷PDI信息中的钢卷厚度、钢质级别、镀层设定厚度等基础信息数据，判定控制策略；

通过对钢卷PDI信息中的钢卷厚度、钢质级别、镀层设定厚度基础信息，预测此卷物料属于锌层不均匀缺陷高风险或低风险品种，然后基于所示控制策略，对气刀关键参数的调整顺序进行判断和排序，基于优先顺序的形式确定控制策略，选定控制策略后，确定即将输出的气刀参数设定值与后续实际测量值之间的偏差允许范围，在实际测量值超出允许范围后，显示报警提示信息；

采用神经网络方法进行数据训练；

选择将在线镀层测厚仪记录的每卷钢卷的锌层横向、纵向锌重偏差指标2σ作为评估依据，将测厚仪记录的均匀性偏差指标，2σ均小于3.2的钢卷的实际数据检测值作为最优化的设定输出值参数，自动更新气刀二级系统数据库，根据结果从中确定控制策略，即气刀关键参数的调整优先顺序；

用自学习后更新的参数和策略生产同样厚度、钢质及别和锌层重量的产品，再次进行对比参数设定值和实测值的偏差范围，并结合镀层测厚仪记录的钢卷横向、纵向锌重偏差指标2σ值循环的进行自学习、优化、更新数据库；

结合生产的品种规格变化情况，动态扩展训练集大小，实现检测反馈联动的锌重控制模型的设计。

进一步地：确定的优先顺序有三种形式：

第一种形式的气刀参数顺序如下：1、气刀高度，2、气刀距离，3、气刀风压；

第二种形式的气刀参数顺序如下：1、气刀距离，2、气刀高度，3、气刀风压；

第二种形式的气刀参数顺序如下：1、气刀风压，2、气刀高度，3、气刀距离；共计三种控制策略。

对于带钢速度≥120m/min，镀层设定厚度≥150g/m

对于80m/min≤带钢速度＜120m/min，镀层设定厚度≥150g/m

对于40m/min≤带钢速度＜80m/min时，无论镀层设定厚度在任何范围时，均优先采用第三种调整形式。

进一步地：所述锌铝镁合金镀层产品基板的化学成分按质量百分数计为：C0.001％～0.80％，Si0.001％～2.2％，Mn0.06％～10.50％，P≤0.04％，S≤0.04％，Al0.02％～3.00％，Ti≤0.20％，B≤0.005％，Cr0.03％～0.70％；Mo0.01％～1.60％，Cu≤0.70％，Ni0.15％～1.2％，Nb≤0.08％；其余为Fe和不可避免的杂质；

所述锌铝镁镀层的化学成分，镀层化学成分按质量百分比计为：Al1.0％～2.0％、Mg1.0％～2.0％；Ti0.03％～0.50％，Re0.01％～0.20％，Li0.05％～3％，Cu0.1％～5.0％，Fe0.03％～1.0％，Mn0.5％～3.0％、Ni0.5％～4.0％，V0.01％～0.5％，Zr0.5％～1.0％，Cr0.1％～1.0％；其余为Zn和不可避免的杂质。

进一步地：所述采用气刀边部挡板距离自动控制方法，实现对第一次镀层后的锌铝镁合金镀层产品的再次镀层均匀性控制的过程如下：

对电磁感应式寻边装置与驱动传动系统的检测控制通信调试，确保控制精度在0.5mm之内；

并对带钢边部与气刀挡板的实际位置进行标定，参数录入感应寻边系统数据库中；

通过对现场运行的观察和跟踪，确定生产不同规格品种产品时，电磁感应式非接触寻边装置带钢位置设定值的最优化方案，实现边部挡板的距离精确自动控制。

进一步地：所述气刀边部挡板距离设定值如下：

进一步地：所述基于卷取机采用错边卷取方法，实现对镀层后的锌铝镁合金镀层产品进行控制的过程如下：

根据反馈联动的锌重控制模型判定和传递的镀层均匀性信息数据，对于横向锌层均匀性偏差指标2σ大于5.0的，卷取区域主线二级系统自动选择为错边卷取模式；对于横向锌层均匀性偏差指标小于等于5.0的，卷取区域主线二级系统自动选择为非错边卷取模式；

错边卷取参数由卷取区域二级系统根据PDI下传的当前钢卷的厚度和镀层范围数据，自动执行卷取对中装置数据库中的数据。

进一步地：所述镀锌生产线的影响因素参数包括产线速度、气刀高度、左气刀距离、左气刀设定距离、左气刀压力、左气刀设定压力、右气刀距离、右气刀设定距离、右气刀压力和右气刀设定压力；

所述相关参数包括喷缝间隙、带钢宽度和厚度、锌液温度、终冷段温度和带钢张力。

本发明提供的一种锌铝镁产品锌层均匀性自动控制的方法，本发明的目的在于通过对建立气刀锌重自动控制模型，优化气刀边部挡板自动精确控制方案、优化成品卷取方法进行深入研究和创新，在不增加设备投资的前提下，生产锌铝镁(Al1.6％-Mg1.6％-Zn)合金镀层产品时，达到稳定控制锌层均匀性、稳定锌层边部质量、稳定成品卷卷取质量，实现锌铝镁(Al1.6％-Mg1.6％-Zn)合金镀层产品的稳定高质高效生产，保证机组运行稳定和产品质量符合要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是该方法的流程图；

图2非接触式边部挡板距离自动控制装置；

图3是错边卷取控制装置示意图。

附图标记：1.左侧带钢边部检测传感器，2.带钢，3.右侧带钢边部检测传感器，4.左侧伺服驱动气缸装置，5.右侧伺服驱动气缸装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

图1是该方法的流程图；

一种锌铝镁产品锌层均匀性自动控制的方法，包括以下步骤：

基于锌铝镁合金镀层产品，获取实时检测整板宽方向上锌层重量实际值，基于锌层在线均匀性，设计实时检测反馈联动的锌重控制模型实现对锌铝镁合金镀层产品的第一次镀层均匀性控制；

采用气刀边部挡板距离自动控制方法，实现对第一次镀层后的锌铝镁合金镀层产品的再次镀层均匀性控制；

基于卷积机采用错边卷取方法，实现对再次镀层后的锌铝镁合金镀层产品进行控制，实现锌铝镁产品锌层均匀性的控制。

所述锌铝镁合金镀层产品基板的化学成分按质量百分数计为：C0.001％～0.80％，Si0.001％～2.2％，Mn0.06％～10.50％，P≤0.04％，S≤0.04％，Al0.02％～3.00％，Ti≤0.20％，B≤0.005％，Cr0.03％～0.70％；Mo0.01％～1.60％，Cu≤0.70％，Ni0.15％～1.2％，Nb≤0.08％；其余为Fe和不可避免的杂质；

所述锌铝镁镀层的化学成分，镀层化学成分按质量百分比计为：Al1.0％～2.0％、Mg1.0％～2.0％；Ti0.03％～0.50％，Re0.01％～0.20％，Li0.05％～3％，Cu0.1％～5.0％，Fe0.03％～1.0％，Mn0.5％～3.0％、Ni0.5％～4.0％，V0.01％～0.5％，Zr0.5％～1.0％，Cr0.1％～1.0％；其余为Zn和不可避免的杂质。

所述获取实时检测整板宽方向上锌层重量实际值采用镀层测厚仪。镀层测厚仪具有横向扫面功能，可以实时扫描检测整板宽方向上锌层重量实际值，形成曲线报告，反映出锌层沿板宽分布的均匀性。

进一步地：所述获取锌铝镁合金镀层产品，实时检测整板宽方向上锌层重量实际值，基于锌层在线均匀性，设计实时检测反馈联动的锌重控制模型的过程如下：

采集镀锌生产线的影响因素参数和相关参数；

所述镀锌生产线的影响因素参数包括产线速度、气刀高度、左气刀距离、左气刀设定距离、左气刀压力、左气刀设定压力、右气刀距离、右气刀设定距离、右气刀压力和右气刀设定压力；

所述相关参数包括喷缝间隙、带钢宽度和厚度、锌液温度、终冷段温度和带钢张力等相关运行参数；

对镀锌生产线的影响因素参数和相关参数进行处理，实现现有数据对影响因素的重要性判断；

所述对镀锌生产线的影响因素参数和相关参数进行处理，包括

对影响因素参数和相关参数进行预处理；所述预处理包括对异常数据进行删除和修改；

确定镀锌生产线的影响因素参数和相关参数的训练集和验证集，确保数据训练集的代表性和覆盖度；

基于现有数据对影响因素的重要性判断，确定气刀一体会设备的控制参数，确定气刀控制装置的二级系统；

根据现有数据确定设定值与测量值，即通过主线二级系统中下发的钢卷PDI信息中的钢卷厚度、钢质级别、镀层设定厚度等基础信息数据，判定控制策略；

基于预测方法确定设定值与测量值关系；即通过对钢卷PDI信息中的钢卷厚度、钢质级别、镀层设定厚度等基础信息，预测此卷物料属于锌层不均匀缺陷高风险或低风险品种，然后基于上文提到的控制策略，对气刀关键参数的调整顺序进行判断和排序，确定的优先顺序有三种形式：

第一种形式的气刀参数顺序如下：1、气刀高度，2、气刀距离，3、气刀风压；

第二种形式的气刀参数顺序如下：1、气刀距离，2、气刀高度，3、气刀风压；

第三种形式的气刀参数顺序如下：1、气刀风压，2、气刀高度，3、气刀距离；共计三种控制策略。

对于带钢速度≥120m/min，镀层设定厚度≥150g/m

对于80m/min≤带钢速度＜120m/min，镀层设定厚度≥150g/m

对于40m/min≤带钢速度＜80m/min时，无论镀层设定厚度在任何范围时，均优先采用第三种调整形式。

选定控制策略后，确定即将输出的气刀参数设定值与后续实际测量值之间的偏差允许范围，在实际测量值超出允许范围后，需要向操作员显示报警提示信息；

采用神经网络方法进行数据训练，即模型的自学习功能，通过不断的将实际检测输出值与设定输出值进行对比，自学习达到对数据库设定参数进行优化的目的；所述神经网络方法包括BF、RBF和DFNN等；

选择合适的评估方法对结果进行评估，选择将在线镀层测厚仪记录的每卷钢卷的锌层横向、纵向锌重偏差指标2σ作为评估依据，将测厚仪记录的均匀性偏差指标(2σ均小于3.2的钢卷的实际数据检测值作为最优化的设定输出值参数，自动更新气刀二级系统数据库)根据结果从中选择合适的方法；所述合适的方法即合理的控制策略，即气刀三个参数的调整优先顺序；

对气刀控制策略进行优化改进，通过自学习和人工修改两种方式改进并采用现有数据对其进行验证和改进；即用自学习后更新的参数和策略生产同样厚度、钢质及别和锌层重量的产品，再次进行对比参数设定值和实测值的偏差范围，并结合镀层测厚仪记录的钢卷横向、纵向锌重偏差指标2σ值循环的进行自学习、优化、更新数据库；

结合生产的品种规格变化情况即24小时之内不同品种的数量，动态扩展训练集大小，品种数量少于20种时，训练集取全部产品数据的60％，品种多于20种时，训练集取全部产品数据的80％，实现对实时检测反馈联动的锌重控制模型的设计。

锌层重量控制模型采用统计学方法，建立锌层重量在线测厚数据、气刀控制数据之间的数据关系，不断迭代实现平衡下的气刀参数控制，从而达到控制锌重的目的，最终形成锌铝镁合金镀层产品锌重自动控制模型系统。具备以下功能：

数据交换：根据设计需要，建立气刀、测厚仪L2计算机与MES系统、机组PLC以及退火炉PLC间的通讯，实现相关数据的实时交换。

焊缝位置跟踪：对机组钢卷在锌锅气刀区域的焊缝信息进行跟踪，并对每个钢卷的具体信息(宽度、厚度、钢种、钢卷ID、名义锌层重量等)进行相应处理。

过渡过程管理：对带钢钢种规格、名义锌层重量等变化等过渡过程，建立合理的过渡策略由自动化系统调整机组运行速度、气刀工艺参数目标值等参数。

镀锌过程管理：建立锌重自动控制模型数据库。通过镀锌过程实时检测反馈控制，分析目标锌重与检测值的关系，提供平衡下的气刀参数。

最终达到的目标：整板宽方向各检测点锌重模型涂层重量预测值与锌层测厚仪测量值偏差在0～10％以内，锌重一次合格率达到98％。

图2非接触式边部挡板距离自动控制装置；包括左侧带钢边部检测传感器1、带钢2、右侧带钢边部检测传感器3、左侧伺服驱动气缸装置4、右侧伺服驱动气缸装置5；

所述非接触式边部挡板距离自动控制装置包括

所述采用气刀边部挡板距离自动控制方法，实现对第一次镀层后的锌铝镁合金镀层产品的再次镀层均匀性控制的过程如下：

对电磁感应式寻边装置与驱动传动系统的检测控制通信调试，确保控制精度在0.5mm之内；

并对带钢边部与气刀挡板的实际位置进行标定，参数录入感应寻边系统数据库中；

通过对现场运行的观察和跟踪，确定生产不同规格品种产品时，电磁感应式非接触寻边装置带钢位置设定值的最优化方案，实现边部挡板的距离精确自动控制。

所述气刀边部挡板距离设定值如下表1所示：

进一步地：基于卷积机采用错边卷取方法，实现对再次镀层后的锌铝镁合金镀层产品进行控制的过程如下：

根据锌重控制模型判定和传递的镀层均匀性信息数据，对于横向锌层均匀性偏差指标2σ大于5.0的，卷取区域主线二级系统自动选择为错边卷取模式；对于横向锌层均匀性偏差指标小于等于5.0的，卷取区域主线二级系统自动选择为非错边卷取模式；

对于上述过程确定需采用错边卷取模式的产品，具体的错边卷取参数由卷取区域二级系统根据PDI下传的当前钢卷的厚度和镀层范围数据，自动执行卷取对中装置数据库中的数据，即上表中的数据。

对卷取机进行升级，增加错边卷取功能，并保证错边卷取功能实现随时可以投入使用。改造后的错边卷取控制装置如图3所示；

针对不同规格产品，形成制定错边卷取工艺参数方案，规范不同产品错边幅度，错边周期、错层厚度等工艺参数，具体方案如表2所示。

表2错边卷取工艺参数方案

用本申请的方法，对不同规格带钢进行镀锌层进行均匀性控制的结果如下：

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。