熱軋飛剪剪切系統優化范文

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《冶金自動化雜志》2016年第三期

摘要:

為了解決激光測速儀故障對熱軋飛剪優化剪切系統的影響，對飛剪優化剪切系統的組成和剪切原理進行研究，分析了影響系統運行的關鍵因素，提出在檢測元件故障時的解決方案，對優化剪切系統進行改進。改進后，提升了優化剪切系統的運行穩定性，取得了良好的應用效果。

關鍵詞:

飛剪;優化剪切系統;激光測速儀;熱軋

在攀鋼釩有限責任公司熱軋板廠帶鋼生產線中，飛剪安裝在粗軋機和精軋機之間，主要用于切除從粗軋運送過來的中間坯頭部和尾部的形狀不規則和低溫部分，以利于精軋機組順利軋制，保證成品的質量和性能［1］。為了保證把中間坯不需要的部分切掉，飛剪剪切控制系統包含兩種方式［2］:一種為PLC方式，由基礎自動化系統完成;另一種為優化剪切方式，由專門的優化剪切控制系統完成。優化剪切方式為飛剪的主要工作方式，只有在優化剪切系統故障的情況下才由操作人員切換到PLC方式。攀鋼熱軋板廠優化剪切系統于2003年投入使用，由于飛剪區域環境惡劣，水、油、溫度對檢測元件影響很大，因此剪切效果一直不理想。2014年9月，優化剪切系統激光測速儀損壞且無備件，導致優化剪切系統不能使用。為此，通過對優化剪切系統的切尾功能進行優化，提升系統運行的穩定性，更好地實現剪切功能。

1系統組成

飛剪安裝在精軋除鱗系統前，其優化剪切系統由剪切成像系統、鋼坯跟蹤系統和剪切控制系統三部分組成。剪切成像系統由安裝在粗軋末機架出口的測寬儀系統和激光測速儀組成，主要完成鋼坯頭部和尾部圖像的成形并確定優化后的剪切長度(操作人員也可根據頭部和尾部的溫度狀況微調剪切長度)。鋼坯跟蹤系統由安裝在飛剪前的掃描式HMD(熱金屬檢測器)和激光測速儀組成，主要用于中間鋼坯頭尾位置的精確跟蹤和運行速度檢測。剪切控制系統由剪切控制單元和飛剪傳動裝置組成，其主要功能是根據剪切長度、中間鋼坯頭部尾部位置和中間鋼坯的速度，計算出剪切啟動時間和剪切速度，并下發給飛剪傳動控制裝置，同時對剪切過程進行閉環實時控制，最終保證剪切精度［3］。優化剪切系統整體布局如圖1所示。

2系統原理

板坯在粗軋區軋制時，優化剪切成像系統獲取中間坯的頭尾信息并確認中間坯剪切線位置和長度。當粗軋最后一道次完成時，控制程序請求成像系統發送剪切信息到剪切控制單元;在帶鋼尾部到達掃描式HMD時，飛剪做好切尾準備工作，飛剪控制系統根據飛剪轉鼓等待位置、掃描式HMD和飛剪之間的距離、成像系統確認的剪切長度以及飛剪入口激光測速儀檢測到的速度計算轉鼓的運行加速度設定值，使飛剪剪刃恰好沿成像系統確定的剪切線開始剪切中間坯。這樣既能保證剪切精度，又能保證剪切時飛剪轉鼓速度與中間坯運行速度一致或偏差很小，保護飛剪轉鼓［4］。剪切原理如圖2所示。剪切控制的關鍵是計算飛剪啟動時刻。在剪切尾部時，當中間坯尾部經過掃描式HMD且延時時間T后，啟動剪切，就能剪出符合設定長度的中間坯尾部［5］。

3缺陷及優化方案

3．1系統缺陷通過上面的分析可知，在優化剪切系統運行時，飛剪前的激光測速儀起著至關重要的作用，其檢測結果直接影響飛剪的剪切質量。飛剪區域的設備狀態極其復雜，現場環境惡劣，高溫帶鋼表面的氧化鐵皮、除鱗水汽、現場的油污等都影響著激光測速儀的檢測精度，從而影響剪切效果［6］。如果切尾效果差，尤其是切尾不準，就會給生產和人身帶來極大的危害:(1)切尾過大，會造成尾巴卡在飛剪導槽或其他位置，影響生產，同時增加生產過程的切損率;(2)切尾過小，會造成帶尾被帶到軋線其他設備，需要操作人員停機處理，給操作人員帶來人身安全威脅，而且由于中間坯溫度差或形狀不規則部分未切除干凈，因此會影響生產順行和產品質量。2014年11月，攀鋼熱軋板廠優化剪切系統的激光測速儀損壞，中間坯速度失去了準確的檢測依據，而其他設備速度與中間坯運行速度有較大偏差且沒有明顯對應關系，因此只能由操作人員在觀察輥道的速度后手動輸入切尾速度或使用優化剪切系統默認的切尾速度，剪切效果得不到保證，極大影響了生產和產品成材率，增加了操作人員的勞動強度和處理切尾不準的風險。

3．2優化方案優化的思路就是在激光測速儀發生故障后，找到準確的中間坯運行速度。根據軋制過程中金屬秒流量相等的原則(忽略軋制過程中寬度的變化)，中間坯的運行速度V計算。

3．2．1中間坯厚度中間坯厚度即粗軋末道次厚度。在原控制系統設計中，中間坯的厚度由熱卷箱操作人員根據軋制規程手動輸入，而且由于熱卷箱本身對此厚度精度要求不高，同時有激光測速儀檢測中間坯速度，因此一般操作人員對此參數修改次數不多。在激光測速儀損壞后，此厚度對于計算中間坯速度非常重要，而粗軋出口沒有測厚儀，因此只能通過粗軋機厚度模型計算中間坯厚度。粗軋機末道次輥縫即為中間坯厚度。通過與飛剪剪切下來的中間坯頭尾厚度測量校核，模型計算的厚度誤差小于0.3mm，而中間坯的厚度一般都大于30mm，總體誤差小于1%，因此，此厚度計算值可以用于后續控制。

3．2．2精軋機出口帶鋼厚度在生產過程中，只有精軋末機架即F6出口的厚度是可測量的，且厚度變化量非常小(一般使用成品厚度設定值作為F6出口厚度)，精軋末機架一般只用于調整板形，其速度變化很小。其他機架的出口厚度都是間接計算得到，而中間坯的運行速度與首機架的速度和軋機輥縫密切相關，因此就利用精軋首機架F1的出口厚度和速度計算中間坯的運行速度。然后，計算F1咬鋼后的出口帶鋼厚度。在軋制過程中，厚度控制系統和活套調節系統等均會對F1軋機的輥縫進行調節，但此調節量比較小(一般小于100μm)，因此，出口帶鋼厚度變化量近似等于軋機輥縫的變化量，則可算出F1咬鋼后的出口帶鋼厚度。

4應用效果

4．1提升剪切精度在未優化前，由于操作人員手動設定的切尾速度和其他速度與中間坯的實際速度誤差大，因此剪切精度很差，經常出現切頭切尾過大或者根本切不到的現象，剪切長度很不穩定。在優化完成后，切頭切尾長度固定，一般為150～250mm之間，滿足生產需求，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%，但在激光測速儀損壞且沒對優化剪切系統進行優化的11月，其切損率上升到0．79%，經過對剪切系統的切尾速度進行優化，其后2個月的切損率降為0．56%和0．64%，切損率降幅明顯，優化效果顯著，提高了產品成材率。

4．2減輕工人勞動強度在未優化前，切尾速度由操作人員針對每塊鋼進行手動設定，增加了操作人員的勞動強度，稍有疏忽，就有可能產生剪切不準而帶來較嚴重后果和處理故障的勞動風險。優化后，切尾速度由控制系統自動算出，操作人員對中間坯運行速度基本可以不關注，極大減輕了操作人員的勞動強度，降低了處理廢鋼的勞動風險。

4．3提高系統運行穩定性(1)降低故障時間，保障生產順行。激光測速儀損壞后，由于未找到合適的方法來解決中間坯速度問題，因此基本上每天都會出現1～2次的飛剪剪切故障，每次處理時間多則0.5h，少則5min，整個2014年11月，因飛剪剪切問題影響生產的時間超過1h。同時，在出現切尾故障時，一般會造成切頭坑堵塞或因中間坯尾部切不斷而帶入其他設備等現象，這樣給故障后續處理帶來極大困難和人身傷害風險。對剪切系統優化后，此類的問題在2014年12月及以后的生產過程中沒有出現過，保證了生產過程順利穩定進行，提升了產品質量管控水平。(2)克服季節和環境影響，提高剪切穩定性。熱軋板廠飛剪和F1軋機之間的中間坯溫度高達1000℃，水汽非常大，給激光測速儀的檢測帶來極大的干擾，特別是在冬季，現場霧氣彌漫，激光測速儀的檢測精度和可靠性受到非常大的干擾，影響了飛剪剪切的質量。在用計算速度代替激光測速儀速度后，從2014年冬天飛剪的運行情況來看，剪切效果良好，未受到氣候的影響，大幅減小了季節和現場環境對剪切效果的影響，提供了可靠的備用速度方案。5結束語通過對優化剪切系統速度測量方式的研究并進行優化，很好地提升了優化剪切系統運行的穩定性，保證了系統的剪切效果，并大幅降低了飛剪的切損率，減輕了工人的勞動強度，取得了良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻:

［1］劉銳，劉惠康，周文玲．基于S7-300PLC的飛剪模糊控制系統［J］．冶金自動化，2015，39(2):63．

［2］王建軍，洪志祥．馬鋼熱軋橫切線上的急停系統［J］．冶金自動化，2013，37(2):87．

［3］楊天貴，許劼．武鋼三熱軋1580mm熱軋機飛剪控制模型［J］．冶金自動化，2009，33(3):25．

［4］陳剛，萬險峰，劉洋，等．熱軋切頭飛剪異常剪切的原因分析及治理［J］．軋鋼，2014，31(4):83．

［5］李雪民．熱軋機優化剪切系統介紹［J］．一重技術，2005(5):7．

［6］孟和平，宦曉峰，賈波．優化剪切系統在熱軋廠的應用［J］．儀表技術與傳感器，2010(2):106.

作者：羅付華 單位：攀枝花鋼釩有限責任公司熱軋板廠