軋鋼重軌跟蹤與自動化二級系統(tǒng)軋鋼生產(chǎn)技術(shù)研究

劉辰嬌

（河鋼邯鋼大型軋鋼廠，河北 邯鄲 056000）

現(xiàn)階段軋鋼生產(chǎn)技術(shù)得到發(fā)展和完善，但由于鋼材需求量日益增大，對產(chǎn)品質(zhì)量要求較高，在軋鋼生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)了力學(xué)性能較差的問題。國外根據(jù)相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)，確定重軌制造工藝的幾何尺寸，測量重軌表面缺陷的深度，通過超聲波檢測法，對軋鋼重軌進行跟蹤，以此確保重軌跟蹤的檢測精度和效率，同時，也要對軋鋼表面進行檢測，檢測過程中以機器視覺理論為基礎(chǔ)，對其進行視覺感知的跟蹤行為。國內(nèi)傳統(tǒng)軋鋼生產(chǎn)技術(shù)為熱連軋和低溫軋制，通過不銹鋼生產(chǎn)的爐卷軋機，實現(xiàn)連鑄工序的熱銜接，交叉融合軋鋼生產(chǎn)的工藝流程，挑選合適的焊接用原材料，對熱裂紋的幾率進行控制，避免軋鋼異型坯等缺陷[1]。在以上理論的基礎(chǔ)上，對軋鋼重軌跟蹤與自動化二級系統(tǒng)軋鋼生產(chǎn)技術(shù)進行研究，對生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化。

1 動態(tài)跟蹤軋鋼重軌工藝

利用計算機網(wǎng)絡(luò)，對軋鋼重軌進行動態(tài)跟蹤，將重軌質(zhì)量管理帶入現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)，使跟蹤效果更加準(zhǔn)確完善。首先建立軋鋼重軌質(zhì)量動態(tài)跟蹤網(wǎng)絡(luò)，在煉鋼站、軌梁站和初軋站構(gòu)建局城網(wǎng)，采用MODEM，使局域網(wǎng)與中心網(wǎng)絡(luò)進行通訊，利用電話線，對動態(tài)跟蹤數(shù)據(jù)進行文件傳輸。動態(tài)跟蹤的生產(chǎn)線如下圖所示。

圖1 軋鋼重軌動態(tài)跟蹤生產(chǎn)線

如上圖所示，對轉(zhuǎn)爐熔煉和轉(zhuǎn)爐鑄錠進行檢查，記錄質(zhì)量數(shù)據(jù)，具體包括轉(zhuǎn)爐、鑄錠、平爐熔煉及平爐鑄錠等數(shù)據(jù)。工藝參數(shù)追蹤方面，包括LF爐、VD爐、異型坯等參數(shù)，對跟蹤數(shù)據(jù)進行低倍檢驗，記錄初軋模塊均熱情況，對鋼坯剪斷、火焰處理過程、加熱爐作業(yè)過程進行跟蹤，統(tǒng)計成品檢查和重軌再加工的記錄卡，做到生產(chǎn)工藝過程的可追溯性，將初始工藝至軋鋼重軌實現(xiàn)全過程，都納入計算機網(wǎng)絡(luò)中[2]。然后對重軌初軋及軌梁等數(shù)據(jù)進行采集，完成數(shù)據(jù)錄入后，按照指定周期向中心網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控軋鋼重軌的坯料情況和軋制狀況，跟蹤煉鋼冶煉過程中的各項工藝數(shù)據(jù)。對采集數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，根據(jù)統(tǒng)計判別法，對工藝數(shù)據(jù)參數(shù)進行鑒別。由于軋鋼重軌過程相對穩(wěn)定，因此會出現(xiàn)采集數(shù)據(jù)過多的情況，利用拉依達準(zhǔn)則，對誤差數(shù)據(jù)進行剔除，根據(jù)軋鋼重軌的數(shù)據(jù)特點，將重軌軋制力作為分段標(biāo)準(zhǔn)，對跟蹤數(shù)據(jù)進行分段，選取相近的軋制力，將其作為同一工況的跟蹤數(shù)據(jù)，剔除不同工況的跟蹤數(shù)據(jù)。由于軋鋼重軌軋制工廠存在噪音，因此，要對跟蹤數(shù)據(jù)進行去噪，采用三點線性滑動平滑，對跟蹤數(shù)據(jù)的點數(shù)進行擬合，消除跟蹤數(shù)據(jù)中的高頻噪聲。最后對重軌軋制數(shù)據(jù)進行歸一化處理，由于這種工藝參數(shù)的測量值單位不一致，因此要將信號度量標(biāo)準(zhǔn)化，對追蹤數(shù)據(jù)進行無量綱化處理，壓縮處理不同工藝參數(shù)，使每一個追蹤數(shù)據(jù)都具有同等的表現(xiàn)力，將所有數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差均變成1，使追蹤數(shù)據(jù)能夠真實反映軋鋼重軌工藝的變化情況。至此完成重軌工藝的動態(tài)跟蹤。

2 對軋機自動化部分的基本要求

要根據(jù)實際的工程情況，采用網(wǎng)格控制的基本方式，這樣的基本控制形式，能夠?qū)B接電纜帶來的消耗進行良好的減少，同時，需要對單機架進行相應(yīng)的調(diào)整，改為利用手動進行合理的微調(diào)。在機架之間采用一種微張力的基本方式，對整個系統(tǒng)的自動部分進行合理高效的控制，軋鋼的表面要根據(jù)實際的生產(chǎn)需求，進行實時的修改以及設(shè)定。對于軋機重軌的基本正反控制，應(yīng)該使用正反爬行控制的基本方法，這樣進行潤滑等連鎖的基本控制過程中，應(yīng)該對整個系統(tǒng)進行報警機制的設(shè)定，在啟動以及停車過程當(dāng)中，能有非常明確的提示，促進系統(tǒng)運行的高效能。

對于軋鋼的自動化控制，采用的基本方式是兩級自動化的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的每一項功能都要進行合理的考慮，對于控制信息以及系統(tǒng)狀態(tài)的基本功能，都要根據(jù)實際的需要，利用各自的傳動網(wǎng)、監(jiān)控網(wǎng)以及分布的I/O網(wǎng)進行合理交換，通過這樣的基本網(wǎng)絡(luò)交換方式，提升軋機系統(tǒng)的管控效率，三級通訊的基本方式也得到了很好運用，實現(xiàn)并連接，形成一種非常合理高效的計算機系統(tǒng)，集合了集中管理以及分散控制的機制，同時，能夠?qū)崿F(xiàn)并運行算以及對資源進行合理共享的目的。

3 自動化二級系統(tǒng)軋鋼重軌生產(chǎn)技術(shù)

對軋鋼重軌工藝進行動態(tài)跟蹤，為二級系統(tǒng)軋鋼重軌生產(chǎn)提供全面指導(dǎo)，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的異常波動情況，具體生產(chǎn)技術(shù)如下。

3.1 加熱二級系重軌異型坯件

對軋鋼胚料進行成分控制，實現(xiàn)胚料準(zhǔn)備和異型坯加熱。首先對軋鋼胚料進行選取，將連鑄板坯作為軋鋼重軌的坯料，其中連鑄板坯要進行擇優(yōu)選擇，根據(jù)鋼板的力學(xué)性能和軋機的生產(chǎn)率，對軋鋼胚料的成材率進行判斷，確定坯料長寬和厚度的具體尺寸。尺寸控制過程中，在保證壓縮比的基礎(chǔ)上，減少軋鋼異型坯料的厚度，長度應(yīng)接近坯料的最大允許長度，同時盡可能增大軋鋼胚料的寬度。胚料成分方面，應(yīng)滿足二級系統(tǒng)軋鋼的高強度要求，同時具備焊接性能和低溫韌性等特征，重軌胚料化學(xué)成分選取偏析元素，相比普通鋼板，應(yīng)降低C和Mn的含量，利用Mo元素補償胚料的強度損失，對中心偏析元素進行控制，提高鋼的淬透性和耐腐蝕性。根據(jù)低合金高強度的理念，降低胚料的S含量，提高二級系統(tǒng)軋鋼胚料的硬度，使胚料形成滲碳體和固溶體，提高胚料熱加工性能[3]。

對軋鋼坯料進行清理，將胚料放置在常溫環(huán)境中，對其進行火焰清理和機械加工清理，利用風(fēng)鏟和電弧，對胚料表面的砂輪進行研磨。然后加熱胚料，提高二級系統(tǒng)重軌軋鋼的軋件塑性，異型坯在加熱過程中，將加熱溫度控制在1150℃～1300℃，均勻擴散胚料中的化學(xué)成分，根據(jù)二級系統(tǒng)軋鋼的材料，設(shè)置軋鋼的軋機效率，避免生產(chǎn)過程中的斷輥事故[4]。利用連續(xù)爐對重軌軋鋼胚料進行加熱，對加熱爐的溫度進行控制，當(dāng)異型坯出爐溫度高，二級系統(tǒng)軋鋼的穩(wěn)定性會有所增加，因此要將加熱爐的溫度設(shè)定為上限，合理分配負荷，充分利用連續(xù)爐的高溫條件，將壓下量集中在前幾臺機架上，對軋鋼的板形和厚度精度進行調(diào)整，從而保證重軌在安裝與使用當(dāng)中更安全。至此完成二級系統(tǒng)軋鋼胚件的加熱。

3.2 軋制精整二級系統(tǒng)鋼胚

對加熱后的軋鋼胚件進行冷卻，利用自動化軋線，將二級系統(tǒng)鋼胚制成帶鋼成品。利用冷卻水和氧化膜，控制軋鋼胚件變形程度，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)格的比例，將軋制件的變形程度降到最低，使軋鋼胚件一直處于適宜的冷卻溫度，結(jié)合生產(chǎn)節(jié)奏加大冷卻水量，對軋鋼胚件進行冷卻。選取熱軋的工藝方式，利用自動化軋線，對二級系統(tǒng)鋼胚進行軋制，選取熱電耦高溫計，對軋制溫度進行測量，確定鋼胚冷卻水的流速。然后液壓控制軋制壓力，對液壓缸的伸縮距離進行反饋，實時控制二級系統(tǒng)鋼胚的板型，通過X射線計算鋼胚厚度，利用CCD圖像傳感器，對計算厚度進行檢測，根據(jù)厚度差值，對前軋機軋輥進行抬高和下降操作[5]。由于軋線的高溫環(huán)境，鋼胚會進行氧化處理，在表面形成致密的氧化鐵皮，因此在精整前要去除氧化鐵皮，利用高壓水的機械沖擊力，使鋼胚通過一對旋轉(zhuǎn)軋輥的間隙，使鋼胚長度得到增加，同時減小了材料截面，以此去除鋼胚的氧化鐵皮。

對軋制完畢的鋼胚進行精整，根據(jù)二級系統(tǒng)軋鋼的鋼種，選取低合金鋼的精整工藝。對軋后鋼胚進行自然冷卻，利用畫線標(biāo)識的方法，對鋼胚尺寸進行矯直和翻鋼，使二級系統(tǒng)軋鋼鋼板產(chǎn)生卷曲，減小板帶之間的空隙。熱檢卷曲機，對軋鋼的卷曲機構(gòu)進行PLC控制，通過PLC確定板帶所在位置，將熱信號轉(zhuǎn)換成電信號，利用電動機帶動卷筒高速旋轉(zhuǎn)，控制卷曲機，完成二級系統(tǒng)軋鋼的精整。最后降低軋制力，在熱連軋機表面噴涂潤滑物質(zhì)，使二級系統(tǒng)軋鋼表面形成油膜，降低鋼材磨損，并通過液壓設(shè)備推動卸卷小車，卸出鋼材。至此完成自動化二級系統(tǒng)軋鋼生產(chǎn)。

4 實驗論證分析

將此次重軌軋鋼生產(chǎn)技術(shù)工藝與傳統(tǒng)技術(shù)工藝進行對比實驗，比較兩種技術(shù)工藝生產(chǎn)鋼材的抗拉強度。重軌軋鋼板的生產(chǎn)規(guī)格為8mm，本次重軌軋鋼胚料具體成分如下表所示。

化學(xué)成分 含量 化學(xué)成分 含量C≤0.10 S ≤0.003 Si ≤0.40 Cr 0.30～0.40 Mn ≤1.25 Mo ≤0.05 P≤0.020 Nb ≤0.05

生產(chǎn)過程中主要實驗設(shè)備如下表所示。

表2 主要實驗設(shè)備

分別對兩組實驗生產(chǎn)的軋鋼板進行拉伸性能檢測，沿軋鋼板縱向分為頭部、中部1、中部2及尾部，記錄不同位置的抗拉強度，實驗對比結(jié)果如圖2。

圖2 實驗對比結(jié)果

如上圖所示，本文生產(chǎn)技術(shù)下的重軌軋鋼抗拉強度，要高于傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)，兩組實驗的平均抗拉強度分別為567.7MPa、544.6MPa，相比傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)，此次技術(shù)抗拉強度提高了23.1MPa，生產(chǎn)的重軌軋鋼板力學(xué)性能更加穩(wěn)定。

5 結(jié)語

針對傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)下重軌軋鋼抗拉強度差的問題，提出一種自動化二級系統(tǒng)軋鋼生產(chǎn)技術(shù)，并驗證了此次技術(shù)的可行有效性。在今后的研究中，會針對軋制技術(shù)建立技術(shù)規(guī)程，為生產(chǎn)更高級的重軌軋鋼板奠定基礎(chǔ)。