棒材啟停式倍尺飛剪綜述

段麗紅

(中鋼設(shè)備有限公司 北京100080)

1 前言

中國(guó)鋼鐵市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日漸加劇，而競(jìng)爭(zhēng)力的核心在于提高產(chǎn)品品質(zhì)和降低生產(chǎn)成本，因此降本增效已成為擺在鋼鐵企業(yè)面前的必然選擇。技術(shù)即為生產(chǎn)力，充分挖掘現(xiàn)有產(chǎn)線的技術(shù)潛力也是降本的一個(gè)重要思路。本文即針對(duì)全連軋棒材生產(chǎn)線上倍尺飛剪的工藝技術(shù)性能開(kāi)發(fā)進(jìn)行描述，希望能對(duì)生產(chǎn)廠家及設(shè)計(jì)人員提供一定的借鑒。

2 倍尺飛剪的主要功能和結(jié)構(gòu)

2.1 主要功能

倍尺飛剪位于末架精軋機(jī)后和冷床之間。倍尺飛剪的功能主要包括切頭、切尾及切倍尺。飛剪是隨軋件一起運(yùn)動(dòng)，在軋件行進(jìn)中完成剪切的。剪切速度一般超前軋件速度3%左右。末架軋機(jī)速度達(dá)到18m/s。切頭、切尾不僅收集困難，而且控制難度很大，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有特別成功的切尾經(jīng)驗(yàn)，一般不使用切頭尾功能，由下游的定尺負(fù)責(zé)切頭、掃尾。飛剪的主要功能是優(yōu)化剪切，主要是對(duì)尾段棒材的長(zhǎng)度優(yōu)化，這樣既能提高成材率和定尺率，又能減輕剔除短尺材的勞動(dòng)量。倍尺飛剪設(shè)備本體及電氣控制在上世紀(jì)90年代以前都是由國(guó)外供貨，近20年經(jīng)過(guò)產(chǎn)線運(yùn)行、經(jīng)驗(yàn)積累，除了部分核心電氣元器件及模塊外，裝備和電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)可以全部國(guó)產(chǎn)化了。

隨著切分技術(shù)的發(fā)展，棒材生產(chǎn)線的年生產(chǎn)能力一般都要求達(dá)到100～120萬(wàn)噸左右，一些企業(yè)甚至能達(dá)到130～150萬(wàn)噸左右，軋制速度達(dá)到18～20m/s，這樣的生產(chǎn)節(jié)奏對(duì)輔助設(shè)備尤其是倍尺飛剪、步進(jìn)冷床的工藝性能及設(shè)備運(yùn)行等提出了很大的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)代棒材車間配備的冷床寬度為120m，最小寬度也達(dá)到100m左右，一般倍尺材的長(zhǎng)度比冷床寬度短6m或一個(gè)定尺左右。對(duì)倍尺剪的工藝要求包括兩個(gè)方面：一是剪切質(zhì)量要求，主要就是剪切時(shí)機(jī)和剪切速度的把控[1]；二是剪切精度要求和優(yōu)化剪切，主要是對(duì)尾部的優(yōu)化剪切。

2.2 結(jié)構(gòu)型式和工作制度

用于連續(xù)式小型軋機(jī)的飛剪通常有曲柄連桿式、回轉(zhuǎn)式和曲柄回轉(zhuǎn)組合式三種[2]。曲柄連桿式飛剪用于剪切斷面較大的軋件，剪刃運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓形，在剪切區(qū)域剪刃幾乎是平行移動(dòng)，因而剪切質(zhì)量好，但剪切速度不高，一般應(yīng)用于粗軋機(jī)組后進(jìn)行切頭和切尾(一般稱為1#飛剪)?；剞D(zhuǎn)式飛剪用于剪切斷面較小的軋件，剪刃運(yùn)動(dòng)軌跡為圓形，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合高速剪切，一般用于中軋后飛剪切頭切尾(一般稱為2#飛剪)。棒材產(chǎn)品的規(guī)格范圍一般為φ12～φ50mm，產(chǎn)品速度范圍為2～18m/s，連軋車間倍尺飛剪一般采用曲柄-回轉(zhuǎn)組合式飛剪(一般也成為3#飛剪)。對(duì)于小規(guī)格產(chǎn)品，一般直徑φ28mm，軋制速度低于5m/s高，選用回轉(zhuǎn)式；對(duì)于大規(guī)格產(chǎn)品，直徑大于φ30mm，軋制速度高于5m/s，選用曲柄式結(jié)構(gòu)。三種結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1～圖3。

飛剪的工作制度有兩種：一種啟停式，通過(guò)電氣控制使飛剪每完成一次剪切，電機(jī)按啟動(dòng)-加速-制動(dòng)-停止的過(guò)程運(yùn)行，該工作制控制準(zhǔn)確、剪切精度高，而且維護(hù)簡(jiǎn)單；另一種是連續(xù)工作制，即電機(jī)連續(xù)運(yùn)行，飛剪剪切由離合器和制動(dòng)器控制，早期的飛剪都是采用連續(xù)工作制，該工作制的缺點(diǎn)是剪切精度由離合器和制動(dòng)器的工作狀況決定，隨著制動(dòng)器和離合器的磨損，精度受到影響，需要經(jīng)常更換摩擦塊，維護(hù)復(fù)雜。因此，隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，各種高精度位置控制技術(shù)的推出，連續(xù)式逐漸被啟停式取代。

市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，高速定尺熱飛剪應(yīng)該說(shuō)是近幾年的研究熱點(diǎn)，它可以直接將鋼材剪切成熱定尺，然后經(jīng)冷床冷卻后，直接收集打捆，這樣就大大簡(jiǎn)化了現(xiàn)在傳統(tǒng)棒材生產(chǎn)線下游的移動(dòng)臺(tái)架、收集等工序，既節(jié)約了一次性投資，又節(jié)約了運(yùn)行成本，該項(xiàng)技術(shù)目前還處于技術(shù)研發(fā)階段，具有非常廣泛的市場(chǎng)前景。

圖1 曲柄式飛剪

圖2 回轉(zhuǎn)式飛剪

圖3 曲柄-回轉(zhuǎn)式飛剪

3 優(yōu)化剪切的思路

3.1 倍尺飛剪控制

倍尺飛剪的控制主要集中在：剪刃精確定位、剪刃啟動(dòng)時(shí)間計(jì)算、剪切速度控制和優(yōu)化剪切[3]。

精確定位：剪刃的精確復(fù)位，目前主要有：軸定位法和位置閉環(huán)控制。

啟動(dòng)時(shí)間計(jì)算：選擇飛剪的啟動(dòng)時(shí)機(jī)。

剪切速度控制：倍尺飛剪在剪切時(shí)的剪刃運(yùn)行水平線速度與鋼材的實(shí)際速度的匹配?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)配有鋼材速度檢測(cè)元件和計(jì)算模塊。

3.2 優(yōu)化剪切目的

(1)尾鋼長(zhǎng)度必須滿足最短上冷床長(zhǎng)度要求

(2)尾鋼長(zhǎng)度與倍尺長(zhǎng)度不能相差太多，否則依靠冷床齊頭擋板不能實(shí)現(xiàn)齊頭。

3.3 優(yōu)化剪切前提條件

(1)精確計(jì)算軋件速度。

(2)精確計(jì)算軋件全長(zhǎng)，對(duì)尾鋼長(zhǎng)度進(jìn)行預(yù)報(bào)。

3.4 優(yōu)化剪切的種類

(1)全長(zhǎng)優(yōu)化剪切：利用粗軋某個(gè)機(jī)架的電流信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)度預(yù)報(bào)，這用方法的優(yōu)點(diǎn)是飛剪有足夠的時(shí)間對(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化剪切；缺點(diǎn)是由于粗軋后、中軋后飛剪需要切頭尾，因此長(zhǎng)度預(yù)報(bào)精確度不高。

(2)末刀優(yōu)化剪切：利用末架軋機(jī)的編碼器計(jì)數(shù)進(jìn)行預(yù)報(bào)，此時(shí)剩余的可供優(yōu)化鋼材較短，飛剪只能對(duì)最后一刀進(jìn)行優(yōu)化，不夠靈活，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)拒剪或漏剪，造成后續(xù)亂鋼。

(3)最后幾刀優(yōu)化剪切：利用安裝在中軋機(jī)組第一架軋機(jī)前、2#飛剪后的熱金屬檢測(cè)器進(jìn)行鋼材長(zhǎng)度預(yù)報(bào)，待軋件進(jìn)入中軋機(jī)組后就可以進(jìn)行全長(zhǎng)預(yù)測(cè)，待熱剪檢測(cè)到尾部時(shí)，就可以啟動(dòng)優(yōu)化剪切。這種方法使得飛剪有足夠的時(shí)間對(duì)最后兩刀或者三刀進(jìn)行優(yōu)化剪切計(jì)算。

目前，一般均采用第三種優(yōu)化剪切思路。

3.5 優(yōu)化剪切的過(guò)程

當(dāng)2#飛剪后的熱剪檢測(cè)到鋼材尾部時(shí)[4]，控制系統(tǒng)應(yīng)能計(jì)算出此時(shí)剩余的尾鋼長(zhǎng)度，并能根據(jù)目標(biāo)計(jì)算出剩余的成品鋼材是按照正常的倍尺長(zhǎng)度剪切還是按照優(yōu)化剪切長(zhǎng)度剪切及優(yōu)化剪切時(shí)最后幾刀的剪切長(zhǎng)度。一般都預(yù)先在程序內(nèi)設(shè)定尾鋼的長(zhǎng)度范圍，如果在范圍之內(nèi)，則直接剪切；如果在長(zhǎng)度范圍之外，則可以向倒數(shù)第二刀借1個(gè)或2兩個(gè)定尺，如果倒數(shù)第二刀不夠借，可向倒數(shù)第三刀借1個(gè)或2個(gè)定尺；如果尾段長(zhǎng)度特別短，也可以把尾刀送1個(gè)或2個(gè)定尺到倒數(shù)第二刀和第三刀但必須保證倒數(shù)第二刀和第三刀增加長(zhǎng)度后不能超出冷床允許的最大長(zhǎng)度。

4 剪切長(zhǎng)度及精度的影響因素

倍尺飛剪的剪切長(zhǎng)度依賴脈沖當(dāng)量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，脈沖當(dāng)量的大小直接影響剪切精度。目前獲得脈沖當(dāng)量的方法主要有輥徑優(yōu)先和測(cè)量?jī)?yōu)先。一般軋鋼初期，可采用輥徑優(yōu)先法，經(jīng)過(guò)幾根鋼軋制后，確認(rèn)熱檢測(cè)量準(zhǔn)確后，再使用測(cè)量?jī)?yōu)先[5]。

另外影響剪切精度的因素還有由于熱檢工作環(huán)境導(dǎo)致的誤發(fā)或者不發(fā)信號(hào)、軋輥磨損、每根鋼長(zhǎng)度變化等，這些因素一方面可以通過(guò)改善現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境避免，一方面可以通過(guò)系統(tǒng)設(shè)置避免?？傊瑑?yōu)化剪切是一個(gè)系統(tǒng)工程，因廠而宜，必須在生產(chǎn)中不斷的摸索。

5 結(jié)論

在小型棒材生產(chǎn)中，倍尺飛剪的高精度剪切一直是熱點(diǎn)和難點(diǎn)，同樣如果能充分利用優(yōu)化剪切功能，也能為企業(yè)帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益。希望本文能為相關(guān)人員提供一定的參考。