熱軋飛剪剪切系統(tǒng)優(yōu)化范文
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《冶金自動(dòng)化雜志》2016年第三期
摘要:
為了解決激光測(cè)速儀故障對(duì)熱軋飛剪優(yōu)化剪切系統(tǒng)的影響，對(duì)飛剪優(yōu)化剪切系統(tǒng)的組成和剪切原理進(jìn)行研究，分析了影響系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵因素，提出在檢測(cè)元件故障時(shí)的解決方案，對(duì)優(yōu)化剪切系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后，提升了優(yōu)化剪切系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，取得了良好的應(yīng)用效果。
關(guān)鍵詞:
飛剪;優(yōu)化剪切系統(tǒng);激光測(cè)速儀;熱軋
在攀鋼釩有限責(zé)任公司熱軋板廠帶鋼生產(chǎn)線中，飛剪安裝在粗軋機(jī)和精軋機(jī)之間，主要用于切除從粗軋運(yùn)送過(guò)來(lái)的中間坯頭部和尾部的形狀不規(guī)則和低溫部分，以利于精軋機(jī)組順利軋制，保證成品的質(zhì)量和性能［1］。為了保證把中間坯不需要的部分切掉，飛剪剪切控制系統(tǒng)包含兩種方式［2］:一種為PLC方式，由基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)完成;另一種為優(yōu)化剪切方式，由專門的優(yōu)化剪切控制系統(tǒng)完成。優(yōu)化剪切方式為飛剪的主要工作方式，只有在優(yōu)化剪切系統(tǒng)故障的情況下才由操作人員切換到PLC方式。攀鋼熱軋板廠優(yōu)化剪切系統(tǒng)于2003年投入使用，由于飛剪區(qū)域環(huán)境惡劣，水、油、溫度對(duì)檢測(cè)元件影響很大，因此剪切效果一直不理想。2014年9月，優(yōu)化剪切系統(tǒng)激光測(cè)速儀損壞且無(wú)備件，導(dǎo)致優(yōu)化剪切系統(tǒng)不能使用。為此，通過(guò)對(duì)優(yōu)化剪切系統(tǒng)的切尾功能進(jìn)行優(yōu)化，提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，更好地實(shí)現(xiàn)剪切功能。
1系統(tǒng)組成
飛剪安裝在精軋除鱗系統(tǒng)前，其優(yōu)化剪切系統(tǒng)由剪切成像系統(tǒng)、鋼坯跟蹤系統(tǒng)和剪切控制系統(tǒng)三部分組成。剪切成像系統(tǒng)由安裝在粗軋末機(jī)架出口的測(cè)寬儀系統(tǒng)和激光測(cè)速儀組成，主要完成鋼坯頭部和尾部圖像的成形并確定優(yōu)化后的剪切長(zhǎng)度(操作人員也可根據(jù)頭部和尾部的溫度狀況微調(diào)剪切長(zhǎng)度)。鋼坯跟蹤系統(tǒng)由安裝在飛剪前的掃描式HMD(熱金屬檢測(cè)器)和激光測(cè)速儀組成，主要用于中間鋼坯頭尾位置的精確跟蹤和運(yùn)行速度檢測(cè)。剪切控制系統(tǒng)由剪切控制單元和飛剪傳動(dòng)裝置組成，其主要功能是根據(jù)剪切長(zhǎng)度、中間鋼坯頭部尾部位置和中間鋼坯的速度，計(jì)算出剪切啟動(dòng)時(shí)間和剪切速度，并下發(fā)給飛剪傳動(dòng)控制裝置，同時(shí)對(duì)剪切過(guò)程進(jìn)行閉環(huán)實(shí)時(shí)控制，最終保證剪切精度［3］。優(yōu)化剪切系統(tǒng)整體布局如圖1所示。
2系統(tǒng)原理
板坯在粗軋區(qū)軋制時(shí)，優(yōu)化剪切成像系統(tǒng)獲取中間坯的頭尾信息并確認(rèn)中間坯剪切線位置和長(zhǎng)度。當(dāng)粗軋最后一道次完成時(shí)，控制程序請(qǐng)求成像系統(tǒng)發(fā)送剪切信息到剪切控制單元;在帶鋼尾部到達(dá)掃描式HMD時(shí)，飛剪做好切尾準(zhǔn)備工作，飛剪控制系統(tǒng)根據(jù)飛剪轉(zhuǎn)鼓等待位置、掃描式HMD和飛剪之間的距離、成像系統(tǒng)確認(rèn)的剪切長(zhǎng)度以及飛剪入口激光測(cè)速儀檢測(cè)到的速度計(jì)算轉(zhuǎn)鼓的運(yùn)行加速度設(shè)定值，使飛剪剪刃恰好沿成像系統(tǒng)確定的剪切線開始剪切中間坯。這樣既能保證剪切精度，又能保證剪切時(shí)飛剪轉(zhuǎn)鼓速度與中間坯運(yùn)行速度一致或偏差很小，保護(hù)飛剪轉(zhuǎn)鼓［4］。剪切原理如圖2所示。剪切控制的關(guān)鍵是計(jì)算飛剪啟動(dòng)時(shí)刻。在剪切尾部時(shí)，當(dāng)中間坯尾部經(jīng)過(guò)掃描式HMD且延時(shí)時(shí)間T后，啟動(dòng)剪切，就能剪出符合設(shè)定長(zhǎng)度的中間坯尾部［5］。
3缺陷及優(yōu)化方案
3．1系統(tǒng)缺陷通過(guò)上面的分析可知，在優(yōu)化剪切系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，飛剪前的激光測(cè)速儀起著至關(guān)重要的作用，其檢測(cè)結(jié)果直接影響飛剪的剪切質(zhì)量。飛剪區(qū)域的設(shè)備狀態(tài)極其復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，高溫帶鋼表面的氧化鐵皮、除鱗水汽、現(xiàn)場(chǎng)的油污等都影響著激光測(cè)速儀的檢測(cè)精度，從而影響剪切效果［6］。如果切尾效果差，尤其是切尾不準(zhǔn)，就會(huì)給生產(chǎn)和人身帶來(lái)極大的危害:(1)切尾過(guò)大，會(huì)造成尾巴卡在飛剪導(dǎo)槽或其他位置，影響生產(chǎn)，同時(shí)增加生產(chǎn)過(guò)程的切損率;(2)切尾過(guò)小，會(huì)造成帶尾被帶到軋線其他設(shè)備，需要操作人員停機(jī)處理，給操作人員帶來(lái)人身安全威脅，而且由于中間坯溫度差或形狀不規(guī)則部分未切除干凈，因此會(huì)影響生產(chǎn)順行和產(chǎn)品質(zhì)量。2014年11月，攀鋼熱軋板廠優(yōu)化剪切系統(tǒng)的激光測(cè)速儀損壞，中間坯速度失去了準(zhǔn)確的檢測(cè)依據(jù)，而其他設(shè)備速度與中間坯運(yùn)行速度有較大偏差且沒(méi)有明顯對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此只能由操作人員在觀察輥道的速度后手動(dòng)輸入切尾速度或使用優(yōu)化剪切系統(tǒng)默認(rèn)的切尾速度，剪切效果得不到保證，極大影響了生產(chǎn)和產(chǎn)品成材率，增加了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和處理切尾不準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)。
3．2優(yōu)化方案優(yōu)化的思路就是在激光測(cè)速儀發(fā)生故障后，找到準(zhǔn)確的中間坯運(yùn)行速度。根據(jù)軋制過(guò)程中金屬秒流量相等的原則(忽略軋制過(guò)程中寬度的變化)，中間坯的運(yùn)行速度V計(jì)算。
3．2．1中間坯厚度中間坯厚度即粗軋末道次厚度。在原控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，中間坯的厚度由熱卷箱操作人員根據(jù)軋制規(guī)程手動(dòng)輸入，而且由于熱卷箱本身對(duì)此厚度精度要求不高，同時(shí)有激光測(cè)速儀檢測(cè)中間坯速度，因此一般操作人員對(duì)此參數(shù)修改次數(shù)不多。在激光測(cè)速儀損壞后，此厚度對(duì)于計(jì)算中間坯速度非常重要，而粗軋出口沒(méi)有測(cè)厚儀，因此只能通過(guò)粗軋機(jī)厚度模型計(jì)算中間坯厚度。粗軋機(jī)末道次輥縫即為中間坯厚度。通過(guò)與飛剪剪切下來(lái)的中間坯頭尾厚度測(cè)量校核，模型計(jì)算的厚度誤差小于0.3mm，而中間坯的厚度一般都大于30mm，總體誤差小于1%，因此，此厚度計(jì)算值可以用于后續(xù)控制。
3．2．2精軋機(jī)出口帶鋼厚度在生產(chǎn)過(guò)程中，只有精軋末機(jī)架即F6出口的厚度是可測(cè)量的，且厚度變化量非常小(一般使用成品厚度設(shè)定值作為F6出口厚度)，精軋末機(jī)架一般只用于調(diào)整板形，其速度變化很小。其他機(jī)架的出口厚度都是間接計(jì)算得到，而中間坯的運(yùn)行速度與首機(jī)架的速度和軋機(jī)輥縫密切相關(guān)，因此就利用精軋首機(jī)架F1的出口厚度和速度計(jì)算中間坯的運(yùn)行速度。然后，計(jì)算F1咬鋼后的出口帶鋼厚度。在軋制過(guò)程中，厚度控制系統(tǒng)和活套調(diào)節(jié)系統(tǒng)等均會(huì)對(duì)F1軋機(jī)的輥縫進(jìn)行調(diào)節(jié)，但此調(diào)節(jié)量比較小(一般小于100μm)，因此，出口帶鋼厚度變化量近似等于軋機(jī)輥縫的變化量，則可算出F1咬鋼后的出口帶鋼厚度。
4應(yīng)用效果
4．1提升剪切精度在未優(yōu)化前，由于操作人員手動(dòng)設(shè)定的切尾速度和其他速度與中間坯的實(shí)際速度誤差大，因此剪切精度很差，經(jīng)常出現(xiàn)切頭切尾過(guò)大或者根本切不到的現(xiàn)象，剪切長(zhǎng)度很不穩(wěn)定。在優(yōu)化完成后，切頭切尾長(zhǎng)度固定，一般為150～250mm之間，滿足生產(chǎn)需求，剪切精度明顯提高，因此頭尾切損量也得以大幅下降，如表1所示。從表1可得出，2014年全年的平均切損率為0．66%，但在激光測(cè)速儀損壞且沒(méi)對(duì)優(yōu)化剪切系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的11月，其切損率上升到0．79%，經(jīng)過(guò)對(duì)剪切系統(tǒng)的切尾速度進(jìn)行優(yōu)化，其后2個(gè)月的切損率降為0．56%和0．64%，切損率降幅明顯，優(yōu)化效果顯著，提高了產(chǎn)品成材率。
4．2減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度在未優(yōu)化前，切尾速度由操作人員針對(duì)每塊鋼進(jìn)行手動(dòng)設(shè)定，增加了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，稍有疏忽，就有可能產(chǎn)生剪切不準(zhǔn)而帶來(lái)較嚴(yán)重后果和處理故障的勞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)化后，切尾速度由控制系統(tǒng)自動(dòng)算出，操作人員對(duì)中間坯運(yùn)行速度基本可以不關(guān)注，極大減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了處理廢鋼的勞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。
4．3提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性(1)降低故障時(shí)間，保障生產(chǎn)順行。激光測(cè)速儀損壞后，由于未找到合適的方法來(lái)解決中間坯速度問(wèn)題，因此基本上每天都會(huì)出現(xiàn)1～2次的飛剪剪切故障，每次處理時(shí)間多則0.5h，少則5min，整個(gè)2014年11月，因飛剪剪切問(wèn)題影響生產(chǎn)的時(shí)間超過(guò)1h。同時(shí)，在出現(xiàn)切尾故障時(shí)，一般會(huì)造成切頭坑堵塞或因中間坯尾部切不斷而帶入其他設(shè)備等現(xiàn)象，這樣給故障后續(xù)處理帶來(lái)極大困難和人身傷害風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)剪切系統(tǒng)優(yōu)化后，此類的問(wèn)題在2014年12月及以后的生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)，保證了生產(chǎn)過(guò)程順利穩(wěn)定進(jìn)行，提升了產(chǎn)品質(zhì)量管控水平。(2)克服季節(jié)和環(huán)境影響，提高剪切穩(wěn)定性。熱軋板廠飛剪和F1軋機(jī)之間的中間坯溫度高達(dá)1000℃，水汽非常大，給激光測(cè)速儀的檢測(cè)帶來(lái)極大的干擾，特別是在冬季，現(xiàn)場(chǎng)霧氣彌漫，激光測(cè)速儀的檢測(cè)精度和可靠性受到非常大的干擾，影響了飛剪剪切的質(zhì)量。在用計(jì)算速度代替激光測(cè)速儀速度后，從2014年冬天飛剪的運(yùn)行情況來(lái)看，剪切效果良好，未受到氣候的影響，大幅減小了季節(jié)和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)剪切效果的影響，提供了可靠的備用速度方案。5結(jié)束語(yǔ)通過(guò)對(duì)優(yōu)化剪切系統(tǒng)速度測(cè)量方式的研究并進(jìn)行優(yōu)化，很好地提升了優(yōu)化剪切系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證了系統(tǒng)的剪切效果，并大幅降低了飛剪的切損率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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作者：羅付華 單位：攀枝花鋼釩有限責(zé)任公司熱軋板廠