王會超

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司棒材廠，天津，300301）

0 引言

天津鋼鐵集團(tuán)有限公司棒材廠（以下簡稱“天鋼”）全線引進(jìn)意大利達(dá)涅利控制系統(tǒng)，其中冷床區(qū)域采用帶有升降制動裙板的輥道出料，其具有恒速、均勻以及同步完成提升操作的特點。同傳統(tǒng)的離合器/制動器系統(tǒng)相比，其具有低噪音、無粉塵的良好現(xiàn)場環(huán)境，同時能夠避免棒材運(yùn)行過程中的彎曲或變形，既保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，又大幅減少了由此引起的飛鋼、堆鋼生產(chǎn)事故，提高了棒材生產(chǎn)的作業(yè)率和成材率，是現(xiàn)在棒材高效率高質(zhì)量生產(chǎn)的主流方式。

天鋼棒材裙板系統(tǒng)升降操作通過沿輥道全長設(shè)置傳動軸來完成。傳動軸在“扭轉(zhuǎn)”（無拉力）條件下由一個液壓缸驅(qū)動，因此裙板操作不受溫度變化和傳動軸變形的影響。棒材產(chǎn)品由裙板制動，在一個運(yùn)動時間周期內(nèi)將其卸料到冷床上。冷床的前端布置帶有一系列連續(xù)孔型的矯直格柵來確保棒材的平直度，避免其變形，能夠保障棒材溫度降低到600℃以下。

天鋼棒材的最大終軋速度是18 m/s，倍尺剪的最大速度達(dá)到19.63 m/s。為了確保倍尺上冷床時不相互干擾，裙板輥道必須具有更快的速度來拉開倍尺之間的距離。因此要求裙板的拋鋼具備穩(wěn)定的自動控制和準(zhǔn)確循環(huán)的操作周期，這就對電氣系統(tǒng)提出了更高的要求。本文重點針對裙板拋鋼位置選定和精準(zhǔn)循環(huán)操作進(jìn)行探討研究，制定了合理的操作參數(shù)，有效地提高了天鋼棒材裙板系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

1 生產(chǎn)收集流程簡介

加熱爐→除鱗機(jī)→6架粗軋→1#曲柄剪→8架中軋→2#回轉(zhuǎn)剪→4架精軋→3#組合剪→導(dǎo)槽→裙板輥道→裙板→矯直格柵→冷床→對齊輥道→輸出輥道→4#定尺剪→三段鏈?zhǔn)占虬黐1]。

其中，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)格的不同，采用2#回轉(zhuǎn)剪或3#組合剪完成棒材的倍尺剪切。

2 裙板動作原理

天鋼棒材裙板主要由裙板輥道系統(tǒng)和裙板液壓系統(tǒng)兩部分組成。在整個的棒材收鋼過程中，兩部分緊密配合完成拋鋼周期。

2.1 裙板輥道系統(tǒng)

裙板輥道由一套可調(diào)速交流電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動的鑄鐵輥連續(xù)組成。輥道的速度設(shè)計要高于棒材的軋制速度，從而使棒材倍尺在運(yùn)行過程中實現(xiàn)自然分開，避免倍尺之間相互干擾、纏繞、追尾等造成生產(chǎn)事故。棒材通過導(dǎo)槽離開倍尺剪后進(jìn)入輥道上，在裙板拋出周期將棒材精確拋出，整個收鋼過程以棒材咬入倍尺剪開始，以裙板拋出結(jié)束，整個系統(tǒng)設(shè)計在輥道上實現(xiàn)對棒材運(yùn)行控制，同時計算裙板拋鋼周期的開始點。由于棒材定尺冷剪的區(qū)域在冷床入口的另一端，在這種情況下，冷剪剪切時棒材的頭部是裙板拋鋼時棒材的尾部。因此棒材在冷床入口時就需要矯直棒材，拋鋼時需要以棒材的尾部作為基準(zhǔn)進(jìn)行拋鋼點的計算。

2.2 裙板液壓系統(tǒng)

裙板拋出周期是以第一個倍尺棒材尾部到達(dá)拋出點開始計算。拋出周期開始時，裙板位置在最高點，在拋出點裙板由高位通過液壓系統(tǒng)快速向低位運(yùn)行，直到裙板到達(dá)最低位置，在這個過程中，裙板一直保持在最低位置，直到拋出完成。整個期間第一個倍尺棒材由輥道落在裙板上，在連續(xù)生產(chǎn)過程中第二個棒材倍尺頭部緊隨第一個倍尺尾部到達(dá)裙板，裙板立即由低位向中位運(yùn)行，直到裙板到達(dá)中間位置，確保裙板同時拾取兩支棒材。為了讓棒材以一個合適的速度拋入冷床，裙板在中間位置需要停留一段時間，為此設(shè)計了一套定時開關(guān)，確保棒材在中間位置等待時間精確。通過裙板中間位置定時開關(guān)，實現(xiàn)直到下一根棒材到來時開啟拋鋼操作，完成裙板同時拾取兩支棒材的生產(chǎn)模式，并且互不干擾。

通過裙板動作原理的分析可以看出，裙板動作的兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)是拋鋼點的設(shè)置和中位停留時間的選擇。只有兩者同時準(zhǔn)確無誤的運(yùn)行，才能保障棒材裙板收鋼的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

3 電氣系統(tǒng)的實現(xiàn)

要實現(xiàn)裙板系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行，電氣系統(tǒng)的保障是關(guān)鍵，為此需要嚴(yán)格計算裙板的拋鋼位置和中位停留時間的選擇。

3.1 裙板拋鋼位置的計算

以18架出成品規(guī)格為例，裙板拋鋼位置如圖1所示。

圖1 拋鋼位置簡易圖

按照理想拋鋼位置的選擇，綜合考慮制動時間、制動距離以及棒材軋制速度等參數(shù)，建立拋鋼位置模型計算公式。

裙板拋鋼點為：

式中，POS1為位置點1，從冷床入口開始對于棒材尾部期望的卸料位置，即對于冷床入口期望棒材尾部最終上冷床的停止位置；D1為拋鋼命令來源到冷床入口的距離，cm。

對于天鋼棒材廠來說根據(jù)不同的產(chǎn)品規(guī)格，成品架次在精軋機(jī)時使用3號剪時為剪刃重合位置。成品架次在中軋機(jī)時使用裙板熱探。

式中，Sf為棒材制動的距離，cm；Vb為棒材的速度，m/s；Tf為棒材制動的時間，s/100；Kf為摩擦系數(shù)，×1 000；g 為重力加速度，9.8m/s2；Sp，棒材在裙板上的制動距離=Thp×Vb（Thp≠0）或 Tpp×Vb（Thp=0）；Thp為裙板由高位到低位的時間，s/100；Tpp為裙板低位停留時間，s/100；L為每塊裙板的長度，cm。

天鋼棒材每塊裙板長度是120 cm，通過上面的計算，實際的拋鋼點會發(fā)生在每兩塊裙板的結(jié)合處。裙板拋鋼時拋鋼點下游的裙板在液壓系統(tǒng)的驅(qū)動下按照高位、低位、中位、高位的順序做周期性動作，拋鋼點上游的裙板固定不動。拋鋼點前后的裙板通過液壓銷分別連接成兩個整體，以保持裙板的平直度。冷床入口前的裙板合計有48塊，如果每兩塊裙板之間都要安裝連接的液壓銷，勢必需要高的設(shè)備投入。根據(jù)天鋼棒材的產(chǎn)品定位，即棒材在實際生產(chǎn)中的運(yùn)行速度范圍，裙板連接液壓銷的實際位置設(shè)計了16個，液壓銷的位置如表1所示。因此，在實際的生產(chǎn)過程中，在HMI上設(shè)置的拋鋼點必須與液壓銷的斷開位置相吻合才能保證棒材平穩(wěn)、準(zhǔn)確上冷床。通過合理計算和生產(chǎn)實際摸索，設(shè)置16個液壓銷完全能夠滿足天鋼棒材產(chǎn)品規(guī)格的生產(chǎn)需求，提高了運(yùn)行效率和更換節(jié)奏的便捷性，同時減少了設(shè)備投入資金。

表1 液壓銷位置

3.2 裙板中位停留時間的計算

裙板中位停留時間的選擇，對于裙板同時拾取兩支棒材至關(guān)重要，只有合理的時間選擇，才能確保兩支棒材的互不干擾。根據(jù)棒材制動時間和低位到高位的運(yùn)行時間，建立裙板中位停留時間計算模型如下。

式中，Tpi為裙板中位停留時間；Tpu為裙板由低位到高位的時間，s/100；Tf為棒材制動的時間，s/100；Tpicor為HMI上中位時間修正。

由此，棒材的速度Vb越大、摩擦系數(shù)Kf越小，裙板在中位的停留時間越長。其中摩擦系數(shù)的準(zhǔn)確度起到了關(guān)鍵作用。天鋼棒材通過實際的摸索，針對不同的產(chǎn)品品種和規(guī)格設(shè)計了0.36～0.44幾個摩擦系數(shù)，實現(xiàn)了裙板系統(tǒng)同時拾取兩支棒材的生產(chǎn)模式。

4 結(jié)論

通過對天鋼棒材廠裙板系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行分析研究，結(jié)合棒材廠的產(chǎn)品規(guī)格和生產(chǎn)實際，分別建立了拋鋼位置和中位停留時間計算模型，摸索出一套符合天鋼棒材生產(chǎn)的裙板系統(tǒng)控制程序，實現(xiàn)了裙板同時拾取兩支棒材的生產(chǎn)模式，保證了生產(chǎn)收集的穩(wěn)定高效運(yùn)行，提高了天鋼棒材的生產(chǎn)作業(yè)率和成材率，為天鋼棒材整體產(chǎn)量穩(wěn)定提高做出了突出貢獻(xiàn)，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。