鑄坯實(shí)重在線檢測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)

趙陽(yáng)

(撫順新鋼鐵有限責(zé)任公司煉鋼廠 遼寧撫順 113001)

1 前言

鋼材行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，國(guó)內(nèi)外鋼鐵企業(yè)都在不斷尋求進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本的途徑或方法，在煉鋼連鑄領(lǐng)域，連鑄定尺系統(tǒng)非常重要，定尺的控制精度直接影響到連鑄坯的成材率，若切割出的連鑄坯過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成原料很大的浪費(fèi)，若切割出的連鑄坯過(guò)短，軋鋼工序就軋制不出來(lái)所需規(guī)格成品的螺紋鋼或線材，形成短尺[1]等現(xiàn)象。

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的檢測(cè)技術(shù)主要有“機(jī)械碰球式”、“編碼器”和“攝像機(jī)”，由于攝像機(jī)技術(shù)具有非接觸檢測(cè)、檢測(cè)精度高、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)正逐漸取代接觸式檢測(cè)、檢測(cè)精度差、維護(hù)量大的“機(jī)械碰球式”和“編碼器”技術(shù)。在這種背景下，新鋼鐵也開(kāi)始應(yīng)用基于攝像機(jī)技術(shù)的鑄坯實(shí)重在線檢測(cè)技術(shù)，取代原有的“機(jī)械碰球式”技術(shù)。

2 連鑄機(jī)主要參數(shù)

煉鋼廠現(xiàn)有5臺(tái)小方坯連鑄機(jī)，軋鋼廠有棒材螺紋鋼生產(chǎn)線3條，線材生產(chǎn)線1條，鑄坯通過(guò)輥道或保溫車形式進(jìn)行轉(zhuǎn)序，以HRB400E系列低合金鋼作為研究對(duì)象，現(xiàn)場(chǎng)工藝條件如表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)工藝條件

3 技術(shù)要求

1)定尺系統(tǒng)檢測(cè)精度：±20mm。

2)定位系統(tǒng)檢測(cè)精度：±20mm。

3)重量計(jì)量精度：≤1.5‰(靜態(tài))。

4)系統(tǒng)控制精度:≤3‰(在連鑄機(jī)等設(shè)備工作穩(wěn)定的情況下)。

5)稱重周期：≤25～60s。

4 設(shè)備技術(shù)性能

4.1 設(shè)計(jì)原理

該系統(tǒng)采用先進(jìn)的圖像處理技術(shù)(非接觸式)在線識(shí)別熱鋼坯的長(zhǎng)度，自動(dòng)控置剪切機(jī)定尺切割熱鋼坯，檢測(cè)、顯示運(yùn)行狀態(tài),通過(guò)紅外攝像機(jī)遠(yuǎn)距離采集運(yùn)動(dòng)鋼坯的圖像信息。

計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息進(jìn)行模式識(shí)別程序處理，形成操作信息并轉(zhuǎn)換為規(guī)定格式的電信號(hào)，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)熱鋼坯進(jìn)行剪切，控制鑄坯剪切長(zhǎng)度。

閉環(huán)狀態(tài)下，系統(tǒng)進(jìn)行定重方式切割，稱重信號(hào)閉環(huán)返回系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)時(shí)在線按重量微調(diào)定尺長(zhǎng)度[2]。

4.2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)總體布置及工作流程示意圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)總體布置及工作流程圖

閉環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)進(jìn)行定重方式切割。當(dāng)鋼坯由輸送輥道運(yùn)至電子秤位置時(shí)，人工或自動(dòng)停止輥道運(yùn)轉(zhuǎn)。啟動(dòng)液壓系統(tǒng)控制升降油缸，油缸將鋼坯提升到位后停止在一個(gè)固定位置，稱重傳感器將重量信息傳輸給稱重儀表，儀表將稱重?cái)?shù)值傳送給定尺系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)運(yùn)算；將鋼坯落下到傳輸輥道上，啟動(dòng)輥道將鋼坯運(yùn)走，系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)各種循環(huán)。稱重?cái)?shù)值閉環(huán)返回系統(tǒng)后根據(jù)相應(yīng)公式計(jì)算，實(shí)時(shí)在線按重量微調(diào)定尺長(zhǎng)度。實(shí)際稱重過(guò)程中每只液壓油缸升降行程約400mm；以保證下支鑄坯到來(lái)前稱重完畢并閉環(huán)調(diào)整。

4.3 系統(tǒng)工作特點(diǎn)

1)定重定長(zhǎng)兩種切割方式，靈活選擇，在線切換。

2)可以儲(chǔ)存不同規(guī)格、不同截面的各種定尺，每流200個(gè)。在線自動(dòng)轉(zhuǎn)換，快捷方便。

3)每流可根據(jù)用戶的要求發(fā)出預(yù)夾緊、夾緊、切割、輥升、輥降切割車的返回等信號(hào)。

4)操作員還可以通過(guò)監(jiān)視器和鍵盤(pán)，手動(dòng)控制切割方式的轉(zhuǎn)換，以備特殊情況下使用。

5)操作員可用鍵盤(pán)或鼠標(biāo)，改變各種控制參數(shù)，調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，參數(shù)可有選擇地存盤(pán)，不需每次設(shè)置。同時(shí)可手動(dòng)控制切割方式轉(zhuǎn)換，以備特殊情況下使用。

6)采用雙屏4攝像監(jiān)控方式，系統(tǒng)識(shí)別偏差1mm，設(shè)備正常情況下(如：切割車能自動(dòng)回到零位)，系統(tǒng)定長(zhǎng)剪切誤差為0～20mm，定重誤差0～3kg?？蓪?duì)誤差范圍進(jìn)行微調(diào)，使誤差在最小值。

7)系統(tǒng)光標(biāo)可對(duì)定尺實(shí)時(shí)跟蹤，不斷顯示鋼坯長(zhǎng)度數(shù)據(jù)。監(jiān)視器實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的熱鋼坯的運(yùn)行狀態(tài)，顯示相應(yīng)參數(shù)，如：切割狀態(tài)、定尺長(zhǎng)度、每流拉速等，統(tǒng)計(jì)并顯示每流切割根數(shù)、總切割根數(shù)及總產(chǎn)量。

8)可按班次對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行管理。每班接班時(shí)電子簽到，簽到后當(dāng)班的鋼種、定尺、鋼坯規(guī)格，每流切割支數(shù)、產(chǎn)量、總產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，記入該班生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)可按時(shí)間、班組等查詢。

4.4 稱重系統(tǒng)特點(diǎn)

1)有效解決連鑄坯稱重場(chǎng)合存在高溫(800℃左右)輻射、對(duì)稱重機(jī)械的熱傳導(dǎo)和水蒸氣等。

2)有效濾除秤架的動(dòng)態(tài)升降帶來(lái)的傳感器機(jī)械穩(wěn)定性和重復(fù)性影響。

3)前后提升機(jī)構(gòu)的同步提升，采用高精度傳感器，匹配高精度稱重測(cè)量和控制技術(shù)，提高稱重穩(wěn)定性和精度。

4)稱重?cái)?shù)據(jù)中正確有效的提取，抗干擾解決。

5)稱量周期短，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)快節(jié)奏生產(chǎn)頻率。

6)稱量為吊掛方式，即使故障時(shí)也不會(huì)與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)發(fā)生沖突；吊起后方向準(zhǔn)確，秤體穩(wěn)定，準(zhǔn)確落回原位；與吊掛連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，便于維修更換。

5 存在的問(wèn)題

統(tǒng)計(jì)近幾年數(shù)據(jù)，5臺(tái)連鑄機(jī)稱重合格率情況如表2。綜合稱重合格率為69.65%，從效果確認(rèn)來(lái)看，相對(duì)原來(lái)的機(jī)械碰球式技術(shù)，連鑄機(jī)定重定尺切割系統(tǒng)的投入使用，提高了鑄坯稱重合格率，使軋鋼轉(zhuǎn)序鋼坯的重量波動(dòng)大幅減少，軋線的亂尺材數(shù)量減少，有了一定的進(jìn)步，但隨著定重系統(tǒng)的投入運(yùn)行，也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，主要因其特殊的工作環(huán)境及結(jié)構(gòu)形式造成，稱重不穩(wěn)定現(xiàn)象增多，使用合格率低，走定尺的情況較多。針對(duì)上述問(wèn)題，進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，稱重系統(tǒng)使用穩(wěn)定性提高，稱重合格率提高。

表2 稱重合格率統(tǒng)計(jì)表 (單位：%)

6 二次改善

6.1 吊環(huán)高度調(diào)整

吊環(huán)是提升鋼坯的器具，每只吊環(huán)在使用中必須同時(shí)受力在同一高度?，F(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)吊環(huán)高度會(huì)發(fā)生變化，但傳感器連接件螺絲扣短，造成上下調(diào)整距離受到限制，吊環(huán)難達(dá)到同一高度，將傳感器連接件從長(zhǎng)度100mm加長(zhǎng)至200mm，見(jiàn)圖2。

圖2 傳感器連接件圖

6.2 吊環(huán)形式改善

由于現(xiàn)場(chǎng)制作的吊環(huán)限位裝置是V型滑槽形式，且下端是固定在緊挨輥道的一根鋼梁上。鋼梁隨著現(xiàn)場(chǎng)高溫的烘烤易發(fā)生扭曲，使限位裝置發(fā)生位置改變。吊環(huán)就刮碰限位造成測(cè)量失準(zhǔn)，采用槽鋼做成限位增大間隙，見(jiàn)圖3，此方法雖說(shuō)不刮卡了，但失去限位的作用而沒(méi)采用，最終選用在吊環(huán)兩端懸掛兩根鏈條形式，防止旋轉(zhuǎn)頂碰鋼坯，改善后見(jiàn)圖4。

圖3 增大間隙的吊環(huán)圖

圖4 鏈條形式吊環(huán)圖

6.3 傳感器

6.3.1 傳感器更換

現(xiàn)場(chǎng)安裝的傳感器不是耐高溫的，經(jīng)常出現(xiàn)持續(xù)高溫烘烤導(dǎo)致性能下降造成停秤。把原TSH-2傳感器更換成CZL-YB-1FS耐高溫式的[3]。改善后延長(zhǎng)了傳感器的使用壽命，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性提高。

6.3.2 電纜防護(hù)

傳感器電纜裸露在外面，現(xiàn)場(chǎng)高溫烘烤易造成電纜芯線短路損壞。將電纜穿入阻燃穿線管后并纏繞石綿布進(jìn)行防護(hù)，解決了電纜被高溫烘烤的問(wèn)題。傳感器電纜被遮擋的面積是有限的，鋼坯的熱輻射太強(qiáng)。在原隔熱罩外沿制作隔熱板,防護(hù)面積擴(kuò)大30%，極大降低了熱源的輻射。

6.4 檢修開(kāi)關(guān)

每次檢修儀表需要斷電時(shí)，沒(méi)有分控開(kāi)關(guān)，只有1只總開(kāi)關(guān)，不論檢修哪1臺(tái)儀表都得全部斷電檢修，影響其它流的正常使用。在儀表盤(pán)內(nèi)增設(shè)分控開(kāi)關(guān)，檢修不受影響，也便于維修。

6.5 吊環(huán)數(shù)量

秤臺(tái)下方的吊環(huán)數(shù)量少、距離遠(yuǎn)，稱重時(shí)鋼坯上升到位后抖動(dòng)嚴(yán)重，數(shù)據(jù)很難穩(wěn)定下來(lái)。增加吊環(huán)數(shù)量，每流為3個(gè)吊環(huán)，有效減緩秤臺(tái)的抖動(dòng)。

6.6秤臺(tái)擺動(dòng)

秤臺(tái)升起后由于每只吊環(huán)受力點(diǎn)在秤臺(tái)上方重心過(guò)高，造成秤臺(tái)左右擺動(dòng)，稱量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。將每只吊環(huán)長(zhǎng)度縮小6cm，斷開(kāi)重新焊接，降低受力點(diǎn)高度，把每只吊環(huán)的上方固定支架改成鐵板,降低高度10cm，有效減緩秤臺(tái)擺動(dòng)。

6.7橋架抖動(dòng)

連鑄機(jī)的四個(gè)流在稱重時(shí)上升、下降產(chǎn)生的震動(dòng)都會(huì)影響液壓橋架的抖動(dòng)，最終影響其它流的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。在液壓橋架的下方焊接備筋提高強(qiáng)度。橋架的抖動(dòng)問(wèn)題得到解決，稱量數(shù)據(jù)不受此問(wèn)題的干擾。

6.8鎖緊固定

運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)每只傳感器的上下連接螺桿由于旋轉(zhuǎn)易造成傳感器頂死，使傳感器不能正常工作現(xiàn)象頻發(fā)，見(jiàn)圖5，針對(duì)此現(xiàn)象，在原有的傳感器上下連接件的螺桿上加裝備帽將其鎖緊固定，連接件鎖緊后不再發(fā)生頂死的情況。

圖5 傳感器連接件圖

7 效果確認(rèn)

表3 稱重合格率統(tǒng)計(jì)表 (單位：%)

經(jīng)過(guò)二次改善后，統(tǒng)計(jì)稱重?cái)?shù)據(jù)如表3，綜合稱重合格率上升至80.52%。

8 結(jié)論

1)通過(guò)開(kāi)發(fā)應(yīng)用鑄坯實(shí)重在線檢測(cè)技術(shù)，替代“機(jī)械碰球式”檢測(cè)技術(shù)，減少了鋼坯重量波動(dòng)，提高了鑄坯稱重合格率。

2)結(jié)合稱重系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，不斷對(duì)稱重系統(tǒng)進(jìn)行二次改善，使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，運(yùn)行精度提高，減少轉(zhuǎn)序鋼坯重量波動(dòng)，鑄坯稱重合格率提升至80%以上。

3)采用此稱重系統(tǒng)后,按每根鑄坯減少損耗1公斤/根，2019年鋼產(chǎn)量346萬(wàn)噸計(jì)算，年可創(chuàng)效益約605萬(wàn)元/年。