供稿|常金寶, 張朝發(fā), 韓志杰, 李波, 李雙武, 軒宗宇, 孫玉霞 / CHANG Jin-bao, ZHANG Chao-fa, HAN Zhi-jie,LI Bo, LI Shuang-wu, XUAN Zong-yu, SUN Yu-xia

內(nèi)容導讀

在連鑄-棒材生產(chǎn)流程中,開發(fā)了新型鑄坯定重切割技術,滿足高效率、低成本連鑄連軋的生產(chǎn)需要.采用靜態(tài)輥道秤采集鑄坯重量信息,高精度紅外攝像系統(tǒng)控制鑄坯切割長度,利用PLC、WinCC等軟件處理鑄坯重量、長度信息與生產(chǎn)工藝參數(shù)間的邏輯、數(shù)學關系,實現(xiàn)了鑄坯定重切割的自動運行.技術實施后,鑄坯定尺誤差在10~15 mm,鑄坯單重合格率穩(wěn)定在70%左右,棒材工序成材率提高0.15%.

唐鋼第二鋼軋廠5、6號連鑄機設計曲率半徑6 m,6機6流,澆注165 mmX165 mm斷面連鑄坯,供給兩條棒材生產(chǎn)線,生產(chǎn)鋼種主要為普碳鋼、低合金鋼,每臺鑄機年產(chǎn)量為120萬t左右.長期以來,連鑄坯以定尺方式供給棒材軋機,在生產(chǎn)過程中由于受工藝參數(shù)變化、設備精度等因素影響,定尺相同的鑄坯,其重量存在較大差異.由于鑄坯重量的不同,在棒材生產(chǎn)控制穩(wěn)定的情況下,會造成大量的非定尺材.因此,為減少棒材非定尺材數(shù)量,提高棒材軋制成材率,降低鋼鐵成本,目前國內(nèi)鋼鐵企業(yè)開始推廣應用定重供坯技術.借鑒國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的定重供坯技術的經(jīng)驗,結合唐鋼第二鋼軋廠實際情況,開發(fā)出一套高效、精確、智能的連鑄坯定重切割技術.

主要技術

鑄坯定重切割技術由硬件和軟件兩部分組成.硬件系統(tǒng)主要包括高精度紅外攝像切割系統(tǒng)、鑄坯跟蹤控制系統(tǒng)、高精度鑄坯秤及輥道升降系統(tǒng)組成.軟件系統(tǒng)主要包括鑄坯跟蹤定位模塊,稱重輥道模塊、鑄坯定重、定尺模塊以及在三大模塊基礎上建立的鑄坯切割自動控制系統(tǒng).

高精度紅外攝像切割系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)對鑄坯的精確切割,采用內(nèi)置激光測距系統(tǒng)的高像素攝像系統(tǒng),單流跟蹤單流切割,切割信號指令數(shù)字化模塊實現(xiàn),鑄坯定尺長度誤差可控制在10 mm.

鑄坯跟蹤控制系統(tǒng)主要功能:(1) 對各流鑄坯出坯狀態(tài)、頭坯狀態(tài)進行分析檢測;(2) 切割完成后,檢測鑄坯位置是否到達指定撈坯位;(3) 撈鋼車定位--主要對撈鋼車撈坯位置、時間以及放坯位置、時間進行定位控制,各流要單獨控制,以確定撈坯的流序.(4) 切割小車定位跟蹤,實現(xiàn)對切割槍的行進、回位、位置的精確控制,準確執(zhí)行切割指令.

高精度鑄坯秤采用靜態(tài)秤的方式,布置在鑄坯直供輥道的下方,主要功能是對鑄坯質量的稱量,單只鑄坯稱重精度達到3 kg以上(鑄坯單重為2440~2450 kg),可以實現(xiàn)對鑄坯切割長度的精確控制.鑄坯重量采集、遠程控制等均與鑄坯跟蹤系統(tǒng)配套.

輥道升降系統(tǒng)可以實現(xiàn)鑄坯輸送和鑄坯稱重兩個功能.鑄坯稱重時,輥道下降使鑄坯落在鑄坯秤上,進行鑄坯稱重過程,稱重結束后,輥道升起,進行輸送鑄坯過程.主要輥道梁、基礎框架、傳動設備、升降機構和電氣設備組成,輥道升降由安裝在輥道梁下面的兩組液壓缸完成.

鑄坯跟蹤定位模塊功能是準確完成對各流鑄坯信號到位檢測,準確判斷出是哪流鑄坯到達出坯位置,再通過撈鋼車定位系統(tǒng)準確判斷出是哪流第幾根鑄坯送入稱量輥道或送入冷床,實時跟蹤.

稱重輥道模塊功能是準確稱量送入升降輥道鑄坯的重量,通過RS-232模式將重量信號送入鑄坯定重、定尺模塊.

鑄坯定重、定尺模塊功能主要通過火切機小車的控制,實現(xiàn)各流鑄坯定重、定長的控制.此模塊可以采用定重和定尺兩種方式來控制鑄坯切割.定重方式指根據(jù)鑄坯的重量控制鑄坯的切割長度;定尺方式是以設定的鑄坯長度對鑄坯進行切割.

根據(jù)連鑄及棒材軋機對鑄坯重量的要求,計算機控制系統(tǒng)按理論重量計算出第一根鑄坯的定尺長度,并把第一根鑄坯的定尺信號傳遞給高精度紅外攝像切割系統(tǒng);高精度紅外攝像切割系統(tǒng)根據(jù)定尺長度完成對第一根鑄坯的切割;鑄坯跟蹤系統(tǒng)對第一根鑄坯進行定位,獲得鑄坯的流號;使用撈鋼機把鑄坯放到可升降鑄坯輥道上;輥道下降后鑄坯被放到高精度鑄坯秤上完成對鑄坯的稱重過程;稱重完成后輥道升起,把鑄坯輸送到軋鋼工序.鑄坯跟蹤系統(tǒng)把鑄坯流號、高精度鋼坯秤把鑄坯的實際重量反饋給計算機控制系統(tǒng);計算機控制系統(tǒng)根據(jù)前一根鑄坯的重量及定尺,結合連鑄機的拉速、中包溫度等澆注情況,通過計算得出下一根鑄坯的定尺長度,并把定尺信號傳遞給高精度紅外攝像切割系統(tǒng),按鑄坯跟蹤、鑄坯稱重完成下一個循環(huán).控制流程見圖1所示.

系統(tǒng)設計

目前,部分鋼鐵企業(yè)采用托輥升降式稱重法.連鑄坯稱重時,在傳送輥道間采用液壓升降執(zhí)行機構將連鑄坯和秤架共同托起,讓傳送輥道與連鑄坯分離,此稱重法屬于"動態(tài)稱重",其設備簡單、投資少,但是穩(wěn)定性差、稱量精度不高.還有部分鋼鐵企業(yè)采用整體輥道稱重法,將四只或六只稱重傳感器組成單臺面或雙臺面稱架,在稱架上安裝整套輥道傳送機構,此稱重法屬于"靜態(tài)稱重",穩(wěn)定性好,但此稱重存在稱架及輥道自重遠大于被稱的連鑄坯重量,而使得稱重精度有所損失.

基于上述兩種秤體結構的局限性,自行設計開發(fā)了一種新型秤體見圖2所示.

圖2 秤體結構示意圖

新型秤體主要由托盤、拉桿、支架、稱重臺板、升降液壓缸、輥道梁、傳感器等組成.秤體的三個托盤沿輥道梁的方向均布,上端略低于托輥上表面,下端與稱重臺板剛性連接,作用是當輥道梁下降時托住連鑄坯,并把鑄坯的重量傳遞給稱重臺板.稱重臺板由2個工字鋼構成,兩端通過拉桿與傳感器相連,傳感器的另一端通過支架固定在基礎上.通過拉桿可以調(diào)整稱重臺板的水平度和垂直度,以保證傳感器只接受來自鑄坯的拉力,消除其他方向力的影響.

傳感器的設計充分考慮傳感器穩(wěn)定性、惡劣的使用環(huán)境、數(shù)據(jù)線的保護、準確信號的傳輸?shù)纫蛩?采用四個高精度防水拉式傳感器,安裝在輥道梁下方的支架上,傳感器與拉桿和支架的連接采用特殊的連接裝置,保證傳感器只受垂直方向的力.

液壓裝置安裝在輥道梁的下方,主要作用是控制輥道的升降.通過上下限位開關,可使輥道在過鋼時自動升起,稱重時自動下降.

電氣部分采用4個3 t傳感器,配有一只8線接線盒,選用XSB-I型稱重顯示儀表,該儀表具有峰值、谷值檢測及保持功能,正負信號雙極處理能力適合與拉壓傳感器、扭矩傳感器等的配合,實現(xiàn)設備控制的目的.該儀表帶負載能力強,轉換速度快,采樣速度可達50次/s,具有標準RS232輸出接口,數(shù)據(jù)顯示準確,采用16 mm高亮度紅色LED顯示,可實現(xiàn)自動零位跟蹤,工作穩(wěn)定可靠.

軟件主要由西門子S7-300PLC和WINCC軟件組成.開發(fā)了鑄坯跟蹤定位模塊,稱重輥道模塊,鑄坯定重、定尺模塊三大模塊,用于實現(xiàn)定重系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸、查詢,設備控制和運行等功能.軟件的部分畫面見圖3和圖4所示.

圖3 切割系統(tǒng)畫面

圖4 數(shù)據(jù)采集畫面

應用效果

新型鑄坯定重切割技術投入運行后,鑄坯的切割精度得到明顯提高,相同定尺條件下,鑄坯的長度誤差由30 mm左右降低到10~15 mm.

鑄坯單重合格率(鑄坯單重合格率為鑄坯單重±5 kg的比例,鑄坯單重為2440 kg左右)明顯提高,目前穩(wěn)定在70%左右,好的班次可以達到80%左右,軋制工序成材率提高0.15%.

結束語

新型定重切割技術完全可以滿足生產(chǎn)的需要,鑄坯切割誤差為10~15 mm,鑄坯單重合格率可以穩(wěn)定在70%左右.提高相關設備精度和保持工藝參數(shù)、生產(chǎn)組織的穩(wěn)定有利用提高鑄坯單重的合格率.提高連鑄坯定重合格率,可以提高軋制工序成材率和定尺率,降低生產(chǎn)成本,提高企業(yè)經(jīng)濟效益.