賀亮,王存,劉旺臣,王杰,李江委
(鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司,遼寧 營(yíng)口 115007)
鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司1580熱連軋生產(chǎn)線(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“1580熱軋線”)于2008年9月投產(chǎn),主要由加熱爐、粗軋機(jī)組、精軋機(jī)組和卷取機(jī)組等設(shè)備組成。其中,粗軋機(jī)組壓下變形量最大,采用多道次可逆軋制生產(chǎn)工藝。產(chǎn)線品種規(guī)格繁多,生產(chǎn)瓶頸各不相同,粗軋軋機(jī)單一的生產(chǎn)方式明顯呈現(xiàn)出了生產(chǎn)瓶頸,限制了精軋機(jī)發(fā)揮最大效能。通過(guò)對(duì)設(shè)備布局和控制時(shí)序的研究,開(kāi)發(fā)出針對(duì)偏小單重、節(jié)奏限制不明顯的低碳、普碳商用產(chǎn)品的R1自由軋制生產(chǎn)工藝,對(duì)熱軋帶鋼質(zhì)量提升和節(jié)能降耗起到積極有效的作用。
1580熱軋線粗軋機(jī)組主要設(shè)備及參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 1580熱軋線粗軋區(qū)域主要設(shè)備及參數(shù)Table 1 Main Equipment in Roughing Zone of 1580 Hot Rolling Line and Corresponding Parameters
1580熱軋生產(chǎn)線粗軋區(qū)域主要采取 “3+3”軋制工藝,即R1軋機(jī)和R2軋機(jī)分別進(jìn)行三道次可逆軋制。在“3+3”軋制工藝中,也可分為平行軋制和相對(duì)軋制兩種比較規(guī)范的軋制方法。
粗軋區(qū)域“3+3”平行軋制示意圖如圖1所示,該軋制工藝的特點(diǎn)為第一、三道次,以R2軋機(jī)為優(yōu)先原則,第二道次以R1優(yōu)先為原則;這種軋制工藝可以忽略中間輥道長(zhǎng)度的限制,作業(yè)規(guī)范性明顯提升,但SP定寬機(jī)軋制速度、單架軋機(jī)軋制能力和邏輯條件對(duì)軋制效率影響較大。
圖1 粗軋區(qū)域“3+3”平行軋制示意圖Fig.1 Schematic Diagram for“3+3” Parallel Rolling in Rough Rolling Zone
粗軋區(qū)域“3+3”相對(duì)軋制示意圖如圖2所示,該軋制工藝的特點(diǎn)為 R2軋機(jī)領(lǐng)先R1軋機(jī)一個(gè)道次,以R1軋機(jī)為優(yōu)先原則;這種軋制工藝的優(yōu)點(diǎn)是錯(cuò)開(kāi)兩架軋機(jī)作業(yè)的高峰期,相對(duì)減少精軋限制對(duì)粗軋的影響,但粗軋區(qū)域兩架軋機(jī)之間的限制條件影響較為突出。
圖2 粗軋區(qū)域“3+3”相對(duì)軋制示意圖Fig.2 Schematic Diagram for“3+3” Relative Rolling in Rough Rolling Zone
1580熱軋線投產(chǎn)以來(lái),根據(jù)自身軋制條件,對(duì)平行軋制和相對(duì)軋制都有所涉獵。在軋制薄材、難軋材時(shí),板坯單重小,搬運(yùn)速度快,SP定寬機(jī)不參與軋制,一般采用平行軋制的工藝,但是精軋限制明顯突出;在軋制常規(guī)規(guī)格時(shí),SP定寬機(jī)參與軋制,中間輥道限制條件較少,一般采用相對(duì)軋制的工藝,但相對(duì)效率較低。由于條件的限制,粗軋區(qū)域溫降較大,降幅達(dá)到180~200℃,影響了精軋軋制穩(wěn)定性,事故較多。因此研究提高粗軋軋制效率,減少粗軋溫降,降低煤氣能耗,是生產(chǎn)的迫切需求,也是提高企業(yè)效益的重要舉措。
1580熱軋線薄材占比較多,且精軋機(jī)組純軋時(shí)間長(zhǎng),精軋機(jī)組的限制條件是客觀存在的。所以,R1自由軋制工藝的研發(fā)是以R2軋機(jī)效率最大化為前提,解除R1軋機(jī)與R2軋機(jī)之間的進(jìn)鋼連鎖限制,在保證板坯安全距離的情況下,將R1軋機(jī)的效率提升到最大。
根據(jù)原料板坯尺寸、軋制壓下制度及R1、R2軋機(jī)間輥道長(zhǎng)度驗(yàn)證工藝方案可行性。
粗軋區(qū)域R1~R2軋機(jī)中間輥道分布圖見(jiàn)圖3,粗軋區(qū)域G組中間輥道數(shù)量及輥距見(jiàn)表2。粗軋區(qū)域R1~R2軋機(jī)中間分布G1~G10共10組輥道、98根運(yùn)輸輥,輥道間距為0.8 m,計(jì)算R1、R2之間輥道總長(zhǎng)度Ls=97×0.8 m=77.6 m。
圖3 粗軋區(qū)域R1~R2軋機(jī)中間輥道分布圖Fig.3 Distribution Map for Intermediate Tables between R1 Rolling Mill and R2 Rolling Mill in Rough Rolling Zone
表2 粗軋區(qū)域G組中間輥道數(shù)量及輥距Table 2 Number of Intermediate Tables and Their Roller Spacing for G Group in Rough Rolling Zone
最大板坯尺寸:寬度B=1.45 m,厚度H=0.2 m,長(zhǎng)度L=12.3 m,成品寬度1.25 m。按照1580熱軋線粗軋軋制制度,R1第一道次、R2第二道次達(dá)到最大壓下量的中間坯厚度分別為146.55 mm和 51.72 mm。根據(jù)體積不變定律 B×H×L=B×H×L計(jì)算得出:R1軋完第一道次中間坯長(zhǎng)度L=16.786 m;R2軋完第二道次中間坯長(zhǎng)度L=47.560 m。
考慮各道次軋機(jī)拋鋼距離和兩塊中間坯間隔距離,設(shè)計(jì)安全附加長(zhǎng)度L=10 m,則在G組輥道擺放2塊板坯需用輥道最大長(zhǎng)度L=L+L+L=16.786 m+47.560 m+10 m=74.346 m。對(duì)比實(shí)際輥道長(zhǎng)度 L和理論計(jì)算需用長(zhǎng)度 L得出,L>L,輥道長(zhǎng)度可以滿足自由軋制工藝方案。
在軋線初始工藝設(shè)計(jì)中,為防止中間坯在G輥道發(fā)生碰撞,當(dāng)R1、R2其中一架軋機(jī)正在使用G輥道時(shí),另一架軋機(jī)將無(wú)法同時(shí)工作,中間坯在機(jī)前強(qiáng)制擺動(dòng),其邏輯判斷如圖4所示。
圖4 初始粗軋機(jī)進(jìn)鋼聯(lián)鎖條件邏輯判斷簡(jiǎn)圖Fig.4 Logical Judgment Diagram for Interlocking Conditions for Feeding Steel by Initial Rough Rolling Mill
根據(jù)本方案可行性論證階段的計(jì)算,G輥道長(zhǎng)度可以滿足R1第一道次和R2第二道次同時(shí)軋鋼。實(shí)現(xiàn)這個(gè)方案需要進(jìn)行以下三步工作:
(1)將G4輥道以中間一根輥?zhàn)訛榻?,分解為G4-1、G4-2 兩組,G1~G4-1 輥道供 R1 第一道次使用,G4-2~G10輥道供R2第二道次使用。
(2)修改粗軋機(jī)進(jìn)鋼聯(lián)鎖的邏輯判斷條件,將G1~G4-1輥道是否有鋼作為R1軋機(jī)第一道次進(jìn)鋼聯(lián)鎖的邏輯判斷條件,將G4-2~G10輥道是否有鋼作為R2軋機(jī)第二道次進(jìn)鋼聯(lián)鎖的邏輯判斷條件,改進(jìn)后粗軋機(jī)進(jìn)鋼聯(lián)鎖條件邏輯判斷簡(jiǎn)圖如圖5所示。
圖5 改進(jìn)后粗軋機(jī)進(jìn)鋼聯(lián)鎖條件邏輯判斷簡(jiǎn)圖Fig.5 Logical Judgment Diagram for Interlocking Conditions Improved for Feeding Steel by Initial Rough Rolling Mill
(3)為防止R2軋機(jī)在未軋完的情況下R1軋機(jī)第三道次進(jìn)鋼可能發(fā)生中間坯相撞事故,設(shè)立G組輥道正向聯(lián)鎖、H組輥道正向聯(lián)鎖、R1反向道次聯(lián)鎖和R2反向道次聯(lián)鎖,建立D組輥道、G組輥道、R1、R2以及H組輥道軋制順序流等連鎖條件,在R1軋機(jī)第三道次進(jìn)鋼聯(lián)鎖條件中增加R2軋機(jī)第三道次拋鋼完成的邏輯判斷,并對(duì)R1、R2軋制順序設(shè)置為以R2軋機(jī)優(yōu)先。
為進(jìn)一步提高程序改進(jìn)后的生產(chǎn)安全性,在二級(jí)軋制模型中加入R1、R2軋機(jī)軋制中間坯長(zhǎng)度計(jì)算判斷、壓下率自動(dòng)優(yōu)化及中間坯超長(zhǎng)自動(dòng)封鎖等邏輯判斷和功能,二級(jí)系統(tǒng)中間長(zhǎng)度自動(dòng)控制優(yōu)化程序圖如圖6所示。二級(jí)系統(tǒng)根據(jù)原料規(guī)格、成品規(guī)格和軋制模型等數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù),對(duì)R1、R2軋機(jī)壓下率進(jìn)行預(yù)設(shè)定計(jì)算。當(dāng)R2軋機(jī)第二道次中間坯長(zhǎng)度和下一塊R1軋機(jī)第一道次中間坯長(zhǎng)度合計(jì)值超出極限值時(shí),二級(jí)系統(tǒng)自動(dòng)在限幅區(qū)間內(nèi)對(duì)各道次壓下率進(jìn)行調(diào)整,進(jìn)行第二次中間坯長(zhǎng)度計(jì)算;如果長(zhǎng)度滿足條件,按第二次計(jì)算結(jié)果向一級(jí)系統(tǒng)傳輸軋制數(shù)據(jù);如果在壓下率限幅區(qū)間內(nèi)中間坯長(zhǎng)度計(jì)算超限,二級(jí)系統(tǒng)則以板坯最快通過(guò)R2軋機(jī)為原則進(jìn)行第三次計(jì)算,向一級(jí)系統(tǒng)傳輸軋制數(shù)據(jù)和中間坯長(zhǎng)度超限報(bào)警,一級(jí)系統(tǒng)對(duì)軋制時(shí)序進(jìn)行自動(dòng)限制,防止發(fā)生中間坯相撞的事故。
圖6 二級(jí)系統(tǒng)中間長(zhǎng)度自動(dòng)控制優(yōu)化程序圖Fig.6 Automatic Control Optimization Program Diagram for Intermediate Length in Secondary System
R1軋機(jī)自由軋制技術(shù)在1580熱連軋生產(chǎn)線投入使用,得到了很好的效果。通過(guò)對(duì)軋機(jī)聯(lián)鎖條件和控制時(shí)序的修改和對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,1580線粗軋軋制節(jié)奏大幅提升,解決了原來(lái)R1、R2軋機(jī)共同軋鋼時(shí)進(jìn)鋼聯(lián)鎖條件相互干涉造成中間坯擺動(dòng)的問(wèn)題,粗軋機(jī)生產(chǎn)效率有了明顯提升,生產(chǎn)厚度在3.0 mm以上的Q235B、SPA-H時(shí)不限節(jié)奏,鋼種每小時(shí)平均軋制塊數(shù)從28塊提高到30塊,小時(shí)生產(chǎn)能力提高40 t,同時(shí)減少中間坯擺動(dòng),粗軋區(qū)域溫降減少13℃,出爐溫度降低30℃,年可創(chuàng)效637萬(wàn)元,R1自由軋制投入效果見(jiàn)圖7所示。
圖7 R1自由軋制投入效果圖Fig.7 Operation Illustration for R1 Free Rolling
在熱軋生產(chǎn)過(guò)程中,不同的品種、規(guī)格在生產(chǎn)過(guò)程中所表現(xiàn)出的生產(chǎn)瓶頸是有差異的,根據(jù)粗軋區(qū)域生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題選擇不同的軋制工藝,可有效提升單品種的生產(chǎn)能力。針對(duì)規(guī)格偏厚、中間坯短小、表面質(zhì)量控制簡(jiǎn)易的品種,可通過(guò)對(duì)設(shè)備布局和控制時(shí)序的研究開(kāi)發(fā)出一種R1自由軋制工藝技術(shù),從而有效解決部分品種粗軋生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題,粗軋區(qū)域中間坯溫降減少13℃,小時(shí)能力提高40 t,出爐溫度降低30℃,對(duì)熱軋帶鋼質(zhì)量提升和節(jié)能降耗起到積極有效的作用。