摘" 要：對高速棒材線生產(chǎn)線穩(wěn)定運行進行研究，通過結合廣西鋼鐵高速棒材生產(chǎn)線實例，探討3#飛剪、模塊軋機潤滑、高速區(qū)信號檢測等實踐環(huán)節(jié)，提出合理運用控制系統(tǒng)、掌握剪切過程和優(yōu)化升級飛剪設備等，保證3#飛剪高效、順利運作。并基于優(yōu)化油膜的油溫油流實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)控制、科學應用油品在線智能監(jiān)測系統(tǒng)等，保障模塊軋機潤滑效果提升。同時針對程序鎖定、硬線傳輸?shù)冗M行有效處理，避免出現(xiàn)信號閃斷等故障，保證高速棒材生產(chǎn)線實現(xiàn)穩(wěn)定運行。綜合研究成果，在3#飛剪控制、模塊軋機潤滑系統(tǒng)、高速區(qū)信號檢測等方面的設備適應性改造，有利于促使高速棒材線生產(chǎn)線運行平穩(wěn)，提高作業(yè)效率，減少故障影響因素，旨在進一步提升生產(chǎn)效率，增加企業(yè)經(jīng)濟效益。

關鍵詞：高速棒材線生產(chǎn)線；穩(wěn)定運行；飛剪控制；潤滑系統(tǒng)；檢測信號

中圖分類號：TG335.6+2" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）17-0158-04

Abstract： This paper studies the stable operation of the high speed bar line production line. Based on the example of the high-speed bar production line of Guangxi Iron and Steel， the practical links such as the flying shear， the lubrication of the module rolling mill and the signal detection in the high-speed area are discussed. It is proposed that the control system should be used reasonably， the shearing process should be mastered， and the flying shear equipment should be optimized and upgraded to ensure the efficient and smooth operation of the flying shear. The steady-state control of oil temperature and oil flow based on optimized oil film and the scientific application of oil on-line smart monitoring system can ensure the improvement of lubrication effect of module rolling mill. At the same time， effective processing is carried out for program locking and hard wire transmission to avoid signal flash breakage and other faults to ensure the stable operation of high-speed bar production line. Based on the comprehensive research results， the adaptive transformation of equipment in the aspects of flying shear control， module rolling mill lubrication system and high speed zone signal detection is beneficial to promote the smooth operation of high speed bar production line， improve operation efficiency and reduce fault influencing factors， and therefore further improve the production efficiency and increase the economic benefits of the enterprise.

Keywords： high-speed bar production line; stable operation; flying shear control; lubrication system; detection signal

廣西鋼鐵高速棒材生產(chǎn)線采用零間隔軋制技術，實現(xiàn)粗軋1#軋機坯料頭頂尾零間隔軋制，鋼坯在粗軋機組中軋制6個道次后，軋件經(jīng)1#飛剪切去頭、尾。繼續(xù)進入中軋機組中軋制4～6道次，軋件經(jīng)2#飛剪切去頭、尾，2#飛剪前支鋼剪切尾部與后支鋼剪切頭部時間間隔小于等于2 s，并實現(xiàn)2#剪切頭、切尾剪切功能完整。軋件繼續(xù)進入預精軋機組中軋制6個道次，經(jīng)過切分軋制后先經(jīng)預水冷裝置冷卻以控制軋件進入精軋機組的溫度，由精軋機組前的3#飛剪切頭后進入精軋機組。送入雙線精軋和雙減徑機組軋制4～6道次，或直接送入雙減徑機組軋制2道次。粗軋、中軋、精軋、減徑機組為微張力軋制，預精軋機組間設置5個立活套、精軋前設置側(cè)活套實現(xiàn)無張力軋制，立活套其中3個單通道、2個雙通道，設置有立活套器的相鄰軋機間的距離要大于等于5 m。精軋及減徑機組均采用頂交45°重載型懸臂式模塊軋機，其中4架精軋機組為2+2模塊化軋機，2架減徑機組為1+1單獨傳動軋機。減徑機組機列按低溫軋制能力設計。Φ10～20 mm所有規(guī)格均從減徑機組軋出成品，減徑機組每一道次由一個電機和一個具有多個速比的外部增速箱來傳動以滿足寬范圍的產(chǎn)品規(guī)格和最終軋制速度的需要。出終軋機組的棒材立即進入軋后控冷裝置，將軋件溫度快速冷卻至相變區(qū)域附近，以控制奧氏體晶粒和鐵素體晶粒的長大，最終獲得較高的抗拉強度，改善鋼筋的組織性能。

根據(jù)不同鋼種、規(guī)格的產(chǎn)品要求，分別對水冷裝置的使用段數(shù)、水量等進行設定，以便達到要求的軋件溫度[1]。生產(chǎn)新國標材時還應確保表面不進入馬氏體和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域，基圓不出現(xiàn)回火馬氏體和異于基體的閉環(huán)組織，同時芯表硬度差不大于40 HV，滿足熱軋鋼筋新國標要求，通過軋后余熱淬火技術生產(chǎn)英標等出口建材。為使軋制順利進行，減少事故及處理事故時間，分別在粗軋機組后、中軋機組后、精軋機組前設置飛剪，用于剪切軋件頭部和尾部，并起事故碎斷作用，飛剪共4臺，分別在精軋19#軋機前、減徑機組23#軋機前設置卡斷剪，卡斷剪共4臺。軋后控冷的軋件進入高速圓盤倍尺分段飛剪，由分段飛剪切成適應冷床長度的倍尺，分段后的軋件經(jīng)夾尾裝置制動后由轉(zhuǎn)鼓逐根送到步進齒條式冷床上，在冷床上邊步進邊自然冷卻。下冷床前由對齊輥道使軋件一端對齊到冷床輸出方向一端，然后經(jīng)鏈式移送機按一定間距和數(shù)量形成成排的鋼材組，由升降移送鏈裝置將成排軋件送到冷床輸出輥道上[2]。冷床輸出輥道將從冷床卸下的鋼材成排運送到冷剪處，鋼材在行進過程中被切成定尺長度。

本文基于廣西鋼鐵棒線廠高速棒材生產(chǎn)線投產(chǎn)后，不斷對設備功能進行研究和適應性改造，特別是針對控冷區(qū)域、高速模塊軋機及高速上鋼區(qū)域設備的適應性改造，為國內(nèi)新上的高速棒材生產(chǎn)線提供經(jīng)驗指導。

1" 3#飛剪

高速棒材生產(chǎn)線的18#預精軋與19#精軋機組之間的距離為45 m左右，軋件切分后經(jīng)過預水冷裝置后，頭部溫度較低且形變量較大，如不切頭直接進入精軋機組會導致精軋機組故障率高。因此，軋件在預精軋及精軋機組之間設置的3#飛剪切頭后再進入精軋機組軋制。3#飛剪安裝位置如圖1所示。

1.1" 控制系統(tǒng)

3#飛剪以匯川伺服控制器和西門子S7-1500系統(tǒng)為核心，通過剪切長度計算與轉(zhuǎn)撤器動作計算時間的調(diào)節(jié)與配合，使轉(zhuǎn)撤器響應速度與剪切命令相匹配從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)撤器在運動過程中剪切軋件功能，該飛剪系統(tǒng)主要由熱金屬檢測器、轉(zhuǎn)撤器、連續(xù)運行剪機、匯川伺服控制器、西門子S120變頻器和PLC等單元組成。

1.2" 剪切過程

轉(zhuǎn)撤器運行步序：①飛剪等待切頭時，轉(zhuǎn)撤器導管在碎斷位，現(xiàn)場HMI顯示位置為0。②伺服控制器收到剪切動作命令時電缸先慢加速啟動，轉(zhuǎn)撤器導管擺到切頭位，HMI設定值-1 700時3#飛剪剪刃正好處于閉合剪切狀態(tài)。③剪切后鋼頭從落鋼槽落下，導管快加速度繼續(xù)橫向移動，導管擺到安全位HMI設定值為-4 800時，軋件完全脫離剪刃范圍到安全位后轉(zhuǎn)撤器減速度運行直到過鋼位HMI設定值-5 050時停止，軋件順利通過飛剪后的軋制通道。④軋件尾部過3#飛剪后轉(zhuǎn)撤器回碎斷位等待下個動作。由于電缸運行行程短，在這46 ms內(nèi)完成啟動、慢加速切頭、快加速脫離剪刃、快減速和停止，除了對PLC控制系統(tǒng)及伺服控制系統(tǒng)響應時間有很高要求外，也對參與控制的熱金屬檢測儀、機械執(zhí)行機構要求很高。當軋件通過HMD11熱檢時，PLC控制系統(tǒng)開始飛剪控制系統(tǒng)開始進行頭部跟蹤，軋件通過HMD12熱檢時，3#飛剪開始調(diào)整速度尋找適合剪切點，系統(tǒng)算出預測剪切點后觸發(fā)轉(zhuǎn)撤器動作，飛剪完成切頭[3]。

1.3" 3#飛剪設備優(yōu)化升級

在3#飛剪控制系統(tǒng)中，當熱金屬檢測儀出現(xiàn)信號閃斷時，將會觸發(fā)3#飛剪的碎斷功能從而引起軋廢故障，HMD11熱檢安裝位置在預水冷裝置口2 m位置，受水汽影響引起頭部信號閃斷，現(xiàn)場把該熱檢移到距預水冷裝置10 m位置安裝；轉(zhuǎn)撤器動作方式由電缸驅(qū)動，動作時沖擊力大頻繁出現(xiàn)伺服電機松動情況，執(zhí)行部分改成凸輪模式，動作沖擊力得到很大緩解。切頭時的3#飛剪及伺服控制實時監(jiān)控圖如圖2所示。

2" 模塊軋機潤滑

高速棒材生產(chǎn)線模塊軋機輥箱使用油膜軸承，配置測溫系統(tǒng)，并參與過程控制（保護性報警、跳閘等），顯示于操作臺。在現(xiàn)場運行中，在潤滑油尚未循環(huán)的情況下，便啟動軋機；在軋機工作中潤滑油系統(tǒng)突然停止供油；在軋機速度升高到正常軋制速度時，潤滑油供應嚴重不足；潤滑油黏度過小或者潤滑油乳化嚴重，含水量過高，從而造成邊界摩擦，發(fā)熱后難以導出等原因造成油膜軸承突然發(fā)熱，而且溫度會急劇升高，并會產(chǎn)生煙霧和大量水蒸氣，最后電機無力拖動或軸承損壞而被迫停機。

2.1" 優(yōu)化油膜的油溫油流進行穩(wěn)態(tài)控制

修改PLC程序的溫度連鎖控制條件，通過PID模型控制冷卻水閥動作，油箱溫度控制在45～48°C，油膜軸承供油溫度控制在42±2 °C從而實現(xiàn)油流穩(wěn)定在17 m³/h。油泵采用工頻與變頻組合控制，在系統(tǒng)正常運行時，啟動一臺工頻泵，變頻泵以20%的頻率運行，當油膜軸承供油壓力傳感器壓力大于等于8.5 bar時變頻泵停泵；變頻泵停泵180 s后油膜軸承供油壓力小于7.8 bar時變頻泵啟動以20%的頻率運行；當油膜軸承供油壓力傳感器壓力小于7.0 bar時變頻泵以30%的頻率從而實現(xiàn)油壓在7.0～7.8 bar之間供油。

2.2" 油品在線智能監(jiān)測系統(tǒng)應用

生產(chǎn)過程中模塊軋機需要高壓冷卻水沖刷冷卻，不可避免地會面臨密封失效、冷卻水及雜質(zhì)進入油品中的情況，而一旦發(fā)生軸承密封泄漏，油膜軸承會出現(xiàn)潤滑不良的情況，嚴重會造成軸承損壞甚至影響整個油箱的油品[4]。投產(chǎn)之初，只能通過加大人員點檢及油樣檢測的頻率來監(jiān)測在用潤滑油的狀況，人力資源占用多且效果不顯著，由于存在著檢測“時差”，難以及時表征潤滑及磨損狀況，造成了不同程度的油品、備件的浪費。

搭建一套油液在線遠程智能監(jiān)測診斷系統(tǒng)，利用數(shù)智化潤滑管理，對模塊軋機油膜軸承油的水分、黏度、水活性、溫度、含水率和顆粒度等關鍵指標的在線實時監(jiān)控，實現(xiàn)對設備的油液狀態(tài)及設備運行狀態(tài)遠程智能監(jiān)測診斷。比如，結合智能機器學習算法提供的潤滑狀態(tài)判斷及診斷建議，可以7×24 h監(jiān)測在用油的關鍵指標，超越了傳統(tǒng)的點檢和實驗室檢測，配置的智能監(jiān)測箱通過先進的邊緣計算單元，可以進行現(xiàn)場的參數(shù)校準，保證讀數(shù)的穩(wěn)定。這些監(jiān)測值可通過現(xiàn)場工控觸摸屏，辦公室電腦客戶端及微信小程序三端實時查看，實現(xiàn)了油品在線監(jiān)測及預測性維護。該系統(tǒng)經(jīng)過一段時間平穩(wěn)運行過后，該廠設備管理人員手機連續(xù)收到清潔度及三高棒減徑機23/24 B線回油水分異常提示后，立即通過數(shù)智化終端下載報表查看。

3" 高速區(qū)信號檢測

線廠雙高棒生產(chǎn)線HMD15、HMD16熱檢是軋線區(qū)與高速區(qū)2個系統(tǒng)的現(xiàn)場信號傳輸點，HMD15熱檢安裝在24#模塊軋機出口處，其主要功能有：①給夾送輥判斷軋件位置，觸發(fā)夾送輥壓下；②用于飛剪優(yōu)化、修正尾部長度；③與HMD16熱檢一起參與飛剪測速。當冷卻水汽封失效時，模塊軋機出口冷卻水跟著軋件一起沖出來，HMD15熱檢就會出現(xiàn)檢查信號閃斷現(xiàn)象，如閃斷時間大于程序?qū)π盘栭W斷過濾時間，則直接影響尾部長度優(yōu)化及倍尺飛剪測速。

3.1" 程序鎖定避免信號閃斷

針對HMD15熱檢信號閃斷的情況，在控制程序匯總利用減徑機組有鋼信號與HMD15熱檢信號進行并聯(lián)成一個虛擬信號，過濾軋制過程匯總HMD15突然閃斷的影響，解決了15#熱檢閃斷的問題，軋制Φ12 mm規(guī)格時，因系統(tǒng)誤差有350 ms左右，最后一節(jié)自由倍尺軋件出現(xiàn)6～12 m的誤差，軋制Φ12 mm以上規(guī)格時，最后一節(jié)自由倍尺軋件出現(xiàn)3～6 m的誤差，但也能解決信號閃斷造成軋廢的影響。

3.2" 硬線傳輸避免信號閃斷

直接用23#模塊軋機有鋼跟蹤信號通過硬線信號傳輸?shù)礁咚賲^(qū)PLC系統(tǒng)，具體步驟：①在主軋線PLC程序新增程序段；②在新增程序段中用23#模塊軋機有鋼信號作為輸入信號控制輸出信號Q點；③輸出信號Q點有信號時觸發(fā)中間繼電器KA1動作；④從主軋線PLC柜的KA1處鋪設控制電纜到高速區(qū)PLC柜；⑤控制電纜接在KA1常開點的上、下端，高速區(qū)PLC柜接HMD15熱檢信輸入信號端和電源端。23#模塊軋機有鋼信號通過硬線連接中間繼電器，由中間繼電器的動作傳輸檢測信號到高速區(qū)PLC系統(tǒng)，與HMD15熱檢并聯(lián)作為高速區(qū)信號檢測的功能，軋制速度為36 m/s，有鋼信號與HMD15熱檢信號相差50 ms，中間繼電器動作響應時間也為50 ms左右，整個系統(tǒng)誤差為100 ms左右[5]。硬線傳輸信號取代虛擬信號后，系統(tǒng)誤差由原來的350 ms下降到100 ms。尾部長度誤差在4 m左右，該誤差不會影響到尾部優(yōu)化的功能。其他規(guī)格速度比較慢，時間差更小。15#熱檢信號閃斷影響倍尺尾部優(yōu)化及倍尺剪測速的情況得到消除。

4" 結束語

廣西鋼鐵棒線廠高速棒材生產(chǎn)線投產(chǎn)3年，設備運行穩(wěn)中向好，在原設計基礎上，生產(chǎn)規(guī)格新增了Φ22 mm，其他規(guī)格上次終軋速度都比設計速度高2～3 m/s。3#飛剪的檢測元件因地制宜安裝，執(zhí)行機構由電缸改成凸輪后，3#飛剪最高響應速度達到21.5 m/s；模塊軋機潤滑系統(tǒng)優(yōu)化改造后，油膜軸承潤滑得到有效保障，其中Φ12 mm可穩(wěn)定在39 m/s速度軋制；熱金屬檢測儀現(xiàn)場整改后，軋制過程信號閃斷得到消除，高速區(qū)設備運行得到保證。

參考文獻：

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