天鋼棒材裙板系統(tǒng)控制原理

王會(huì)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(jiǎn)稱(chēng)“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(dòng)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(diǎn)。同傳統(tǒng)的離合器/制動(dòng)器系統(tǒng)相比，其具有低噪音、無(wú)粉塵的良好現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，同時(shí)能夠避免棒材運(yùn)行過(guò)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(guò)沿輥道全長(zhǎng)設(shè)置傳動(dòng)軸來(lái)完成。傳動(dòng)軸在“扭轉(zhuǎn)”（無(wú)拉力）條件下由一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)，因此裙板操作不受溫度變化和傳動(dòng)軸變形的影響。棒材產(chǎn)品由裙板制動(dòng)，在一個(gè)運(yùn)動(dòng)時(shí)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(lái)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(shí)不相互干擾，裙板輥道必須具有更快的速度來(lái)拉開(kāi)倍尺之間的距離。因此要求裙板的拋鋼具備穩(wěn)定的自動(dòng)控制和準(zhǔn)確循環(huán)的操作周期，這就對(duì)電氣系統(tǒng)提出了更高的要求。本文重點(diǎn)針對(duì)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(jiǎn)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(duì)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(dòng)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(gè)的棒材收鋼過(guò)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(dòng)的鑄鐵輥連續(xù)組成。輥道的速度設(shè)計(jì)要高于棒材的軋制速度，從而使棒材倍尺在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自然分開(kāi)，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(guò)導(dǎo)槽離開(kāi)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(gè)收鋼過(guò)程以棒材咬入倍尺剪開(kāi)始，以裙板拋出結(jié)束，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在輥道上實(shí)現(xiàn)對(duì)棒材運(yùn)行控制，同時(shí)計(jì)算裙板拋鋼周期的開(kāi)始點(diǎn)。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(shí)棒材的頭部是裙板拋鋼時(shí)棒材的尾部。因此棒材在冷床入口時(shí)就需要矯直棒材，拋鋼時(shí)需要以棒材的尾部作為基準(zhǔn)進(jìn)行拋鋼點(diǎn)的計(jì)算。

2.2 裙板液壓系統(tǒng)

裙板拋出周期是以第一個(gè)倍尺棒材尾部到達(dá)拋出點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算。拋出周期開(kāi)始時(shí)，裙板位置在最高點(diǎn)，在拋出點(diǎn)裙板由高位通過(guò)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(gè)過(guò)程中，裙板一直保持在最低位置，直到拋出完成。整個(gè)期間第一個(gè)倍尺棒材由輥道落在裙板上，在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中第二個(gè)棒材倍尺頭部緊隨第一個(gè)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(shí)拾取兩支棒材。為了讓棒材以一個(gè)合適的速度拋入冷床，裙板在中間位置需要停留一段時(shí)間，為此設(shè)計(jì)了一套定時(shí)開(kāi)關(guān)，確保棒材在中間位置等待時(shí)間精確。通過(guò)裙板中間位置定時(shí)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)直到下一根棒材到來(lái)時(shí)開(kāi)啟拋鋼操作，完成裙板同時(shí)拾取兩支棒材的生產(chǎn)模式，并且互不干擾。

通過(guò)裙板動(dòng)作原理的分析可以看出，裙板動(dòng)作的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是拋鋼點(diǎn)的設(shè)置和中位停留時(shí)間的選擇。只有兩者同時(shí)準(zhǔn)確無(wú)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(shí)現(xiàn)

要實(shí)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(jì)算裙板的拋鋼位置和中位停留時(shí)間的選擇。

3.1 裙板拋鋼位置的計(jì)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(jiǎn)易圖

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

裙板拋鋼點(diǎn)為：

式中，POS1為位置點(diǎn)1，從冷床入口開(kāi)始對(duì)于棒材尾部期望的卸料位置，即對(duì)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(lái)源到冷床入口的距離，cm。

對(duì)于天鋼棒材廠來(lái)說(shuō)根據(jù)不同的產(chǎn)品規(guī)格，成品架次在精軋機(jī)時(shí)使用3號(hào)剪時(shí)為剪刃重合位置。成品架次在中軋機(jī)時(shí)使用裙板熱探。

式中，Sf為棒材制動(dòng)的距離，cm；Vb為棒材的速度，m/s；Tf為棒材制動(dòng)的時(shí)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(dòng)距離=Thp×Vb（Thp≠0）或 Tpp×Vb（Thp=0）；Thp為裙板由高位到低位的時(shí)間，s/100；Tpp為裙板低位停留時(shí)間，s/100；L為每塊裙板的長(zhǎng)度，cm。

天鋼棒材每塊裙板長(zhǎng)度是120 cm，通過(guò)上面的計(jì)算，實(shí)際的拋鋼點(diǎn)會(huì)發(fā)生在每?jī)蓧K裙板的結(jié)合處。裙板拋鋼時(shí)拋鋼點(diǎn)下游的裙板在液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下按照高位、低位、中位、高位的順序做周期性動(dòng)作，拋鋼點(diǎn)上游的裙板固定不動(dòng)。拋鋼點(diǎn)前后的裙板通過(guò)液壓銷(xiāo)分別連接成兩個(gè)整體，以保持裙板的平直度。冷床入口前的裙板合計(jì)有48塊，如果每?jī)蓧K裙板之間都要安裝連接的液壓銷(xiāo)，勢(shì)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(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)行速度范圍，裙板連接液壓銷(xiāo)的實(shí)際位置設(shè)計(jì)了16個(gè)，液壓銷(xiāo)的位置如表1所示。因此，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，在HMI上設(shè)置的拋鋼點(diǎn)必須與液壓銷(xiāo)的斷開(kāi)位置相吻合才能保證棒材平穩(wěn)、準(zhǔn)確上冷床。通過(guò)合理計(jì)算和生產(chǎn)實(shí)際摸索，設(shè)置16個(gè)液壓銷(xiāo)完全能夠滿(mǎn)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(shí)減少了設(shè)備投入資金。

表1 液壓銷(xiāo)位置

3.2 裙板中位停留時(shí)間的計(jì)算

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

式中，Tpi為裙板中位停留時(shí)間；Tpu為裙板由低位到高位的時(shí)間，s/100；Tf為棒材制動(dòng)的時(shí)間，s/100；Tpicor為HMI上中位時(shí)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(shí)間越長(zhǎng)。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(guò)實(shí)際的摸索，針對(duì)不同的產(chǎn)品品種和規(guī)格設(shè)計(jì)了0.36～0.44幾個(gè)摩擦系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了裙板系統(tǒng)同時(shí)拾取兩支棒材的生產(chǎn)模式。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)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(shí)際，分別建立了拋鋼位置和中位停留時(shí)間計(jì)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(shí)現(xiàn)了裙板同時(shí)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。