一種新型鑄坯定重切割技術(shù)

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(dǎo)讀

在連鑄-棒材生產(chǎn)流程中,開(kāi)發(fā)了新型鑄坯定重切割技術(shù),滿(mǎn)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(zhǎng)度,利用PLC、WinCC等軟件處理鑄坯重量、長(zhǎng)度信息與生產(chǎn)工藝參數(shù)間的邏輯、數(shù)學(xué)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了鑄坯定重切割的自動(dòng)運(yùn)行.技術(shù)實(shí)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(hào)連鑄機(jī)設(shè)計(jì)曲率半徑6 m,6機(jī)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(tái)鑄機(jī)年產(chǎn)量為120萬(wàn)t左右.長(zhǎng)期以來(lái),連鑄坯以定尺方式供給棒材軋機(jī),在生產(chǎn)過(guò)程中由于受工藝參數(shù)變化、設(shè)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(huì)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(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)開(kāi)始推廣應(yīng)用定重供坯技術(shù).借鑒國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)的定重供坯技術(shù)的經(jīng)驗(yàn),結(jié)合唐鋼第二鋼軋廠實(shí)際情況,開(kāi)發(fā)出一套高效、精確、智能的連鑄坯定重切割技術(shù).

主要技術(shù)

鑄坯定重切割技術(shù)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(chēng)重輥道模塊、鑄坯定重、定尺模塊以及在三大模塊基礎(chǔ)上建立的鑄坯切割自動(dòng)控制系統(tǒng).

高精度紅外攝像切割系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄坯的精確切割,采用內(nèi)置激光測(cè)距系統(tǒng)的高像素?cái)z像系統(tǒng),單流跟蹤單流切割,切割信號(hào)指令數(shù)字化模塊實(shí)現(xiàn),鑄坯定尺長(zhǎng)度誤差可控制在10 mm.

鑄坯跟蹤控制系統(tǒng)主要功能:(1) 對(duì)各流鑄坯出坯狀態(tài)、頭坯狀態(tài)進(jìn)行分析檢測(cè);(2) 切割完成后,檢測(cè)鑄坯位置是否到達(dá)指定撈坯位;(3) 撈鋼車(chē)定位--主要對(duì)撈鋼車(chē)撈坯位置、時(shí)間以及放坯位置、時(shí)間進(jìn)行定位控制,各流要單獨(dú)控制,以確定撈坯的流序.(4) 切割小車(chē)定位跟蹤,實(shí)現(xiàn)對(duì)切割槍的行進(jìn)、回位、位置的精確控制,準(zhǔn)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(duì)鑄坯質(zhì)量的稱(chēng)量,單只鑄坯稱(chēng)重精度達(dá)到3 kg以上(鑄坯單重為2440~2450 kg),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄坯切割長(zhǎng)度的精確控制.鑄坯重量采集、遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)鑄坯輸送和鑄坯稱(chēng)重兩個(gè)功能.鑄坯稱(chēng)重時(shí),輥道下降使鑄坯落在鑄坯秤上,進(jìn)行鑄坯稱(chēng)重過(guò)程,稱(chēng)重結(jié)束后,輥道升起,進(jìn)行輸送鑄坯過(guò)程.主要輥道梁、基礎(chǔ)框架、傳動(dòng)設(shè)備、升降機(jī)構(gòu)和電氣設(shè)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(zhǔn)確完成對(duì)各流鑄坯信號(hào)到位檢測(cè),準(zhǔn)確判斷出是哪流鑄坯到達(dá)出坯位置,再通過(guò)撈鋼車(chē)定位系統(tǒng)準(zhǔn)確判斷出是哪流第幾根鑄坯送入稱(chēng)量輥道或送入冷床,實(shí)時(shí)跟蹤.

稱(chēng)重輥道模塊功能是準(zhǔn)確稱(chēng)量送入升降輥道鑄坯的重量,通過(guò)RS-232模式將重量信號(hào)送入鑄坯定重、定尺模塊.

鑄坯定重、定尺模塊功能主要通過(guò)火切機(jī)小車(chē)的控制,實(shí)現(xiàn)各流鑄坯定重、定長(zhǎng)的控制.此模塊可以采用定重和定尺兩種方式來(lái)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(zhǎng)度;定尺方式是以設(shè)定的鑄坯長(zhǎng)度對(duì)鑄坯進(jìn)行切割.

根據(jù)連鑄及棒材軋機(jī)對(duì)鑄坯重量的要求,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)按理論重量計(jì)算出第一根鑄坯的定尺長(zhǎng)度,并把第一根鑄坯的定尺信號(hào)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(zhǎng)度完成對(duì)第一根鑄坯的切割;鑄坯跟蹤系統(tǒng)對(duì)第一根鑄坯進(jìn)行定位,獲得鑄坯的流號(hào);使用撈鋼機(jī)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(duì)鑄坯的稱(chēng)重過(guò)程;稱(chēng)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(hào)、高精度鋼坯秤把鑄坯的實(shí)際重量反饋給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng);計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)前一根鑄坯的重量及定尺,結(jié)合連鑄機(jī)的拉速、中包溫度等澆注情況,通過(guò)計(jì)算得出下一根鑄坯的定尺長(zhǎng)度,并把定尺信號(hào)傳遞給高精度紅外攝像切割系統(tǒng),按鑄坯跟蹤、鑄坯稱(chēng)重完成下一個(gè)循環(huán).控制流程見(jiàn)圖1所示.

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

基于上述兩種秤體結(jié)構(gòu)的局限性,自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種新型秤體見(jiàn)圖2所示.

圖2 秤體結(jié)構(gòu)示意圖

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

傳感器的設(shè)計(jì)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(hù)、準(zhǔn)確信號(hào)的傳輸?shù)纫蛩?采用四個(gè)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(guò)上下限位開(kāi)關(guān),可使輥道在過(guò)鋼時(shí)自動(dòng)升起,稱(chēng)重時(shí)自動(dòng)下降.

電氣部分采用4個(gè)3 t傳感器,配有一只8線接線盒,選用XSB-I型稱(chēng)重顯示儀表,該儀表具有峰值、谷值檢測(cè)及保持功能,正負(fù)信號(hào)雙極處理能力適合與拉壓傳感器、扭矩傳感器等的配合,實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制的目的.該儀表帶負(fù)載能力強(qiáng),轉(zhuǎn)換速度快,采樣速度可達(dá)50次/s,具有標(biāo)準(zhǔn)RS232輸出接口,數(shù)據(jù)顯示準(zhǔn)確,采用16 mm高亮度紅色LED顯示,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)零位跟蹤,工作穩(wěn)定可靠.

軟件主要由西門(mén)子S7-300PLC和WINCC軟件組成.開(kāi)發(fā)了鑄坯跟蹤定位模塊,稱(chēng)重輥道模塊,鑄坯定重、定尺模塊三大模塊,用于實(shí)現(xiàn)定重系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸、查詢(xún),設(shè)備控制和運(yùn)行等功能.軟件的部分畫(huà)面見(jiàn)圖3和圖4所示.

圖3 切割系統(tǒng)畫(huà)面

圖4 數(shù)據(jù)采集畫(huà)面

應(yīng)用效果

新型鑄坯定重切割技術(shù)投入運(yùn)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(zhǎng)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(dá)到80%左右,軋制工序成材率提高0.15%.

結(jié)束語(yǔ)

新型定重切割技術(shù)完全可以滿(mǎn)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(guān)設(shè)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(jì)效益.