杜 林,趙金凱

(寶山鋼鐵股份有限公司 1.熱軋廠,上海 201999;2.寶鋼湛江鋼鐵有限公司,廣東 湛江 524072)

近年來,市場對(duì)熱軋產(chǎn)量、質(zhì)量等方面提出了新的、更高的要求,即要求控制好帶鋼質(zhì)量的基礎(chǔ)上,產(chǎn)能、節(jié)奏也要向極限邁進(jìn),而軋線運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響著產(chǎn)線產(chǎn)能、節(jié)奏的發(fā)揮。粗軋R2打滑是一項(xiàng)影響產(chǎn)線運(yùn)行效率的常見問題,前期粗軋打滑主要靠人工識(shí)別和控制,本文提出了粗軋軋制過程中打滑識(shí)別及自動(dòng)防打滑的控制措施(Slip Recognition And Automatic Anti-slip Control),采用該方法,熱連軋機(jī)組不需要進(jìn)行任何硬件改造,即可提升軋線粗軋軋制過程的穩(wěn)定性。

1 打滑定義和相關(guān)因素及影響

軋制過程是靠旋轉(zhuǎn)的軋輥與軋件之間形成的摩擦力將軋件拖進(jìn)輥縫之間,并使之受到壓縮產(chǎn)生塑性變形的過程。打滑[1]是咬入條件不能滿足,軋件不能順利咬入的現(xiàn)象。打滑時(shí)軋件的出口速度小于軋輥的水平分速度,這時(shí)整個(gè)變形區(qū)無前滑區(qū)。軋輥和軋件相互作用的矛盾運(yùn)動(dòng)過程是從軋輥咬入軋件開始的,軋輥咬入軋件的實(shí)現(xiàn),接觸摩擦起決定作用。

與打滑相關(guān)的因素有軋輥直徑、壓下量,軋制速度,軋輥表面狀態(tài),軋件的形狀等,引起打滑的主要原因有:

(1) 軋輥與軋件之間摩擦力不夠。如冷卻水中含油量偏高導(dǎo)致軋輥表面異常光滑;軋輥上方設(shè)備漏油導(dǎo)致軋輥表面有油,軋制時(shí)出現(xiàn)打滑;新工作輥表面粗糙度偏小等導(dǎo)致。

(2) 咬入角偏大。下工作輥上表面偏高或偏低,帶鋼在咬入時(shí)上下兩邊壓下量不同,接觸弧長相差過大;溫度不均,軋制時(shí)局部軋制力過高。

(3) 負(fù)荷分配不合理。在軋制過程中各機(jī)架負(fù)荷分配不合理。

(4) 帶鋼溫度低。加熱爐在升溫過程中,加熱速度過快,鋼坯駐爐時(shí)間短,導(dǎo)致鋼坯表面溫度達(dá)到軋制要求,但內(nèi)部溫度低;整個(gè)中間坯溫度不均都會(huì)導(dǎo)致打滑。

如圖1(a)所示,當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重打滑時(shí),會(huì)造成中間坯大的鐮刀彎,中間坯頭尾大的鐮刀彎卡在粗軋導(dǎo)板、護(hù)板處時(shí),會(huì)造成板坯的堆積,造成設(shè)備的損壞及廢鋼的發(fā)生。另一方面,如圖1(b)所示,中間坯板形過差會(huì)在搬運(yùn)至飛剪前導(dǎo)板時(shí)撞擊剪前導(dǎo)板,導(dǎo)致剪前導(dǎo)板固定銷逃逸,下塊板坯頭部撞到導(dǎo)板連接處時(shí),會(huì)造成剪前導(dǎo)板拱起導(dǎo)致廢鋼及設(shè)備損壞的發(fā)生,嚴(yán)重地影響設(shè)備的穩(wěn)定及產(chǎn)線的正常運(yùn)行。

功能未投用之前,月度平均發(fā)生兩起粗軋/精軋導(dǎo)板處打滑卡鋼事故。

2 打滑識(shí)別方式及對(duì)應(yīng)措施

在熱軋帶鋼的生產(chǎn)過程中,由于設(shè)備變化、工藝參數(shù)設(shè)定不合理等諸多因素的影響,打滑使得板坯在機(jī)架游動(dòng),造成軋后板坯長度方向上各點(diǎn)寬度的中心發(fā)生變化,所產(chǎn)生的結(jié)果為寬度中心的連線呈現(xiàn)不同的形狀。

實(shí)際生產(chǎn)中人工通過觀察軋后板坯中心線偏差的形狀來判斷是否為打滑,根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行打滑控制,常規(guī)的控制打滑的措施主要為改善板坯的咬入條件,現(xiàn)場最為直接的措施是降低軋制速度、減少道次壓下負(fù)荷等[2]。

軋制過程中粗軋打滑識(shí)別及自動(dòng)防打滑控制思想是:根據(jù)粗軋軋后的中心線偏差,剔除掉頭尾一定長度自由端對(duì)于計(jì)算的影響,根據(jù)一定的算法計(jì)算出板坯中部中心線偏差的波動(dòng)大小(σ),當(dāng)中心線偏差的σ超過一定值后,即認(rèn)為此種情況是打滑;根據(jù)中心線偏差的σ超出范圍的大小,啟動(dòng)防打滑自動(dòng)控制功能,模型會(huì)對(duì)負(fù)荷、速度的設(shè)定值及持續(xù)塊數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,從而實(shí)現(xiàn)后續(xù)帶鋼的自動(dòng)控制。

由圖2所示,板坯軋后中心線偏差曲線是由位于軋機(jī)出口的測寬儀進(jìn)行檢測,檢測后顯示在操作臺(tái)上的顯示器上,帶鋼軋制完成后測寬儀會(huì)將測量后的中心線偏差點(diǎn)數(shù)據(jù),根據(jù)一定的規(guī)則打包發(fā)送給過程機(jī)L2,L2進(jìn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

整體的控制原理如圖3所示:L2獲取到中心線偏差點(diǎn)數(shù)據(jù)后,打滑識(shí)別模型會(huì)計(jì)算出中部中心線偏差點(diǎn)數(shù)據(jù)的波動(dòng)值σ,并判斷σ是否超限,進(jìn)行打滑的自動(dòng)識(shí)別。當(dāng)超出限幅后,防打滑控制模型會(huì)對(duì)后續(xù)帶鋼的速度、負(fù)荷進(jìn)行修正,從而實(shí)現(xiàn)防打滑的自動(dòng)控制。

圖3 控制原理圖Fig.3 Control schematic diagram

3 粗軋打滑自動(dòng)識(shí)別及控制流程

粗軋打滑識(shí)別及自動(dòng)控制方法控制流程如圖4所示。

圖4 控制流程圖Fig.4 control flow chart

4 粗軋打滑控制算法

4.1 打滑自動(dòng)識(shí)別模型

打滑自動(dòng)識(shí)別模型主要流程為:

(1) 獲取數(shù)據(jù)。獲取測寬儀上傳給L2的中心線偏差數(shù)據(jù)包。

(2) 解析數(shù)據(jù)。R2出口中心線偏差點(diǎn)數(shù)據(jù)儀表取點(diǎn)的邏輯是頭尾1m每隔0.01m取1個(gè)點(diǎn),去除頭尾之外的中部,每隔0.1 m取1個(gè)點(diǎn)進(jìn)行上傳。

打滑自動(dòng)識(shí)別模型中數(shù)據(jù)解析及取點(diǎn)的邏輯是取中心線偏差數(shù)據(jù)包中第101個(gè)點(diǎn)到倒數(shù)第101個(gè)點(diǎn),形成新的數(shù)據(jù)包A;在數(shù)據(jù)包A中每隔5個(gè)點(diǎn)取1個(gè)點(diǎn),形成新的數(shù)據(jù)包B,作為打滑自動(dòng)識(shí)別模型中初始的數(shù)據(jù)。

(3) 計(jì)算波動(dòng)值σ,見式(1)。

(1)

式中:x為數(shù)據(jù)包B中各點(diǎn)的中心線偏差數(shù)值;μ為數(shù)據(jù)包B中各點(diǎn)中心線偏差的均值;σ為中心線偏差的波動(dòng)值。

(4) 通過查表確定控制死區(qū)(Dead-band)。

4.2 打滑自動(dòng)控制模型

打滑自動(dòng)控制模型主要是根據(jù)打滑自動(dòng)識(shí)別模型計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行查表(表1,V和L分別為設(shè)定速度和設(shè)定負(fù)荷),通過對(duì)比波動(dòng)值σ與表1內(nèi)設(shè)置值的相對(duì)大小,從而確定出最終的降速、降負(fù)荷值及持續(xù)塊數(shù)的大小,最終進(jìn)行設(shè)定值的下發(fā)。

表1 打滑自動(dòng)控制模型相關(guān)參數(shù)Table 1 Relevant parameters of slip automatic control model

5 功能效果

粗軋新輥上機(jī)后10 000 t內(nèi),打滑發(fā)生概率最高,通過人工觀察并結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行降速及降負(fù)荷控制發(fā)生次數(shù)最多,所以此階段內(nèi)自動(dòng)化水平很低。

通過打滑自動(dòng)識(shí)別模型,可有效識(shí)別出軋制過程是否存在打滑現(xiàn)象;根據(jù)識(shí)別出的結(jié)果,進(jìn)行速度、負(fù)荷的調(diào)整,可有效提升軋線的自動(dòng)化水平及軋制的穩(wěn)定性。

粗軋打滑自動(dòng)識(shí)別及控制功能投用后經(jīng)多次優(yōu)化,現(xiàn)已穩(wěn)定使用,自動(dòng)率相比之前有明顯的提升,粗軋板型穩(wěn)定性相較前期有了明顯的改善(見表2)。截至目前,產(chǎn)線未出現(xiàn)過一起因板坯打滑造成粗軋導(dǎo)板卡鋼或中間坯撞擊精軋剪前導(dǎo)板導(dǎo)致廢鋼的事故,極大程度確保了設(shè)備的穩(wěn)定及產(chǎn)線的順行,對(duì)產(chǎn)線產(chǎn)能的穩(wěn)定發(fā)揮起到了至關(guān)重要的作用。

表2 功能投用前后不同階段的自動(dòng)率對(duì)比Table 2 Comparison of automatic rate in different stages before and after function operation %

6 結(jié)論

(1) 結(jié)合粗軋打滑軋制過程,給出了粗軋打滑自動(dòng)識(shí)別及自動(dòng)控制的原理、控制流程、控制算法。

(2) 功能投用后,人工干預(yù)率大幅度降低,極大減輕了操作的工作量,釋放了操作的精力。

(3) 對(duì)于常規(guī)的熱連軋產(chǎn)線來說,實(shí)現(xiàn)粗軋軋制過程中的打滑識(shí)別及自動(dòng)控制,不需要再增加任何資金及硬件投資,只需要開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用軟件,利用現(xiàn)有的硬件系統(tǒng),就可以完成所有的控制和調(diào)節(jié)功能,極大縮短了功能落地周期及調(diào)試過程。