高速線材活套常見(jiàn)故障分析

□ 宋滋譚

本鋼集團(tuán)北營(yíng)軋鋼廠 遼寧本溪 117017

1 現(xiàn)場(chǎng)情況

本鋼北營(yíng)軋鋼廠第三高速線材生產(chǎn)線投產(chǎn)于2007年,為雙線布置。其中,粗軋一機(jī)組四架平立交替式軋機(jī),粗軋二、中軋機(jī)組十架水平式軋機(jī),自預(yù)精軋起分為兩線軋制,預(yù)精軋為四架平立交替的碳化鎢輥環(huán),精軋為十架頂交45°的重型軋機(jī)。全線共有42架軋機(jī),均為國(guó)產(chǎn)設(shè)備。最大軋制速度為90 m/s。主要生產(chǎn)工藝流程為150 mm×150 mm連鑄坯,推鋼式加熱爐,高壓水除磷,1號(hào)～4號(hào)軋機(jī)粗軋,脫頭輥道,5號(hào)～8號(hào)軋機(jī)粗軋二,9號(hào)～14號(hào)軋機(jī)中軋,15號(hào)～18號(hào)軋機(jī)預(yù)精軋,預(yù)水冷箱,19號(hào)～28號(hào)軋機(jī)精軋,精軋后1號(hào)～3號(hào)水冷箱,夾送輥吐絲,斯太爾摩風(fēng)冷線,集卷,檢驗(yàn),包裝,入庫(kù)。

線材在軋制過(guò)程中需要緩沖軋制節(jié)奏,因此需要通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)相鄰機(jī)架軋機(jī)的軋制速度,使機(jī)架軋機(jī)間產(chǎn)生多余物料,物料在起套裝置輔助下,形成且能動(dòng)態(tài)保持的弧狀物,即形成活套。要形成活套,對(duì)軋件截面積有一定的要求。粗軋機(jī)組軋件截面積太大,不便于活套的形成。精軋機(jī)組系集體傳動(dòng),不能設(shè)置活套。因此,每條線從中軋末架14號(hào)軋機(jī)起至精軋機(jī)組前共設(shè)置五個(gè)活套,其中預(yù)精軋機(jī)組15號(hào)～18號(hào)軋機(jī)設(shè)三個(gè)立活套,中軋與預(yù)精軋機(jī)組之間、預(yù)精軋與精軋機(jī)組之間各設(shè)一個(gè)水平活套,從而實(shí)現(xiàn)無(wú)張力軋制。軋件的截面積為600 mm2。

軋機(jī)控制系統(tǒng)采用西門子6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置,并配以西門子S7-400可編程序控制器,通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)完成計(jì)算機(jī)與可編程序控制器的信息交換,以及PROIFBUS-DP協(xié)議,完成可編程序控制器與數(shù)字裝置、千兆以太網(wǎng)從站的連接,實(shí)現(xiàn)三級(jí)自動(dòng)化控制。

2 自動(dòng)活套控制原理

自動(dòng)活套控制器是現(xiàn)代線材連軋機(jī)速度自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)不可缺少的環(huán)節(jié),它能使相鄰機(jī)架軋機(jī)間的線材在無(wú)張力下貯存一定的活套量,作為機(jī)架軋機(jī)間速度不協(xié)調(diào)時(shí)的緩沖環(huán)節(jié),從而消除軋制中各機(jī)架軋機(jī)間動(dòng)態(tài)速度誤差所引起的軋件尺寸精度波動(dòng),改善產(chǎn)品質(zhì)量。在高速線材生產(chǎn)中,預(yù)精軋區(qū)由于軋件的截面積較小,基本上都采用活套控制,實(shí)現(xiàn)無(wú)張力軋制。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中,為避免或減少活套故障,必須適時(shí)控制各工藝環(huán)節(jié),以保證現(xiàn)代高速線材軋機(jī)生產(chǎn)能力的充分發(fā)揮。

自動(dòng)活套控制原理如圖1所示,活套掃描器置于生產(chǎn)線活套架一側(cè),從上往下通過(guò)矩形掃描孔掃描紅鋼,測(cè)得的紅鋼位置信號(hào)加載于標(biāo)準(zhǔn)脈沖上,使其產(chǎn)生相位移,輸出的脈沖信號(hào)輸入位于可編程控制器內(nèi)的專用解碼板,通過(guò)專用軟件單元得到線材在活套內(nèi)以軋制線為零位的實(shí)際高度值,定時(shí)提供給活套控制軟件?；钐卓刂栖浖邮招盘?hào)后,根據(jù)設(shè)定的活套高度值調(diào)整相應(yīng)軋機(jī)的速度參數(shù),使兩機(jī)架間軋材秒流量產(chǎn)生變化,實(shí)現(xiàn)對(duì)活套控制。整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力包括直流電機(jī)、直流傳動(dòng)柜的階躍響應(yīng)能力,越快越平穩(wěn),對(duì)軋材的控制越好。自動(dòng)活套控制是在測(cè)量?jī)上噜彊C(jī)架軋機(jī)間產(chǎn)生多余軋件的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,而機(jī)架軋機(jī)間多余的軋件在專門的起套裝置引導(dǎo)下,使其在活套臺(tái)形成活套。在軋件軋制過(guò)程中,根據(jù)金屬秒流量相等原則,自動(dòng)按比例設(shè)定并按逆軋制方向,對(duì)前面各機(jī)架軋機(jī)的速度作增減調(diào)整,實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)控制。

圖1 自動(dòng)活套控制原理

3 活套主要構(gòu)成

預(yù)精軋機(jī)組內(nèi)采用三個(gè)立式活套,主要由起套輥、氣動(dòng)裝置及自動(dòng)控制系統(tǒng)組成,活套機(jī)構(gòu)如圖2所示。

圖2 活套機(jī)構(gòu)

線材活套的實(shí)現(xiàn),是利用n號(hào)軋機(jī)與n+1號(hào)軋機(jī)之間的活套掃描器,測(cè)得軋制紅鋼頭部,控制氣閥,使活套架的起套輥動(dòng)作,在活套架內(nèi)形成活套?；钐椎男螒B(tài)直接反映了兩機(jī)架軋機(jī)間秒流量不相等而產(chǎn)生的多余物流,而物料的變化呈現(xiàn)在活套高度的變化上。控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)前后機(jī)架軋機(jī)直流電機(jī)速度的調(diào)整,使活套高度保持穩(wěn)定,從而實(shí)現(xiàn)無(wú)張力軋制,使n號(hào)軋機(jī)孔出去的材質(zhì)更均勻一致,尺寸公差穩(wěn)定,減少頭尾部耳子。

4 活套控制

活套控制系統(tǒng)主要由活套檢測(cè)、活套邏輯控制和活套模擬量調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié)組成。目前,國(guó)內(nèi)外的活套控制系統(tǒng)主要由基礎(chǔ)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化兩級(jí)組成。系統(tǒng)的過(guò)程自動(dòng)化主要是指對(duì)生產(chǎn)工藝的管理和控制,用工業(yè)計(jì)算機(jī)或高檔的可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂频哪康氖峭ㄟ^(guò)活套掃描器的檢測(cè),將測(cè)量值與設(shè)定值比較,考慮工藝和機(jī)械影響因素,將速度控制系統(tǒng)、微張力控制系統(tǒng)通過(guò)級(jí)聯(lián)控制達(dá)到機(jī)架軋機(jī)之間金屬秒流量的相等,使活套套量穩(wěn)定,提高成材率,以獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益。

活套控制包括四個(gè)階段:活套預(yù)形成、活套形成、活套控制及甩尾。

(1) 活套預(yù)形成。軋件頭部咬入輥縫產(chǎn)生動(dòng)態(tài)速降,前后機(jī)架軋機(jī)之間形成微堆現(xiàn)象,參照實(shí)際套高值與設(shè)定套高參數(shù),修正后機(jī)架軋制軋輥的速度,發(fā)出起套輥起套控制命令。

(2) 活套形成。軋件一旦咬入輥縫,控制系統(tǒng)便進(jìn)入活套形成階段。此時(shí)起套輥已在向上抬起的過(guò)程中,系統(tǒng)根據(jù)活套掃描器測(cè)得的實(shí)際活套高度與設(shè)定高度比較,不斷修正后機(jī)架軋機(jī)的速度,直到下游活套檢測(cè)器測(cè)到軋件。

(3) 活套控制。軋件在起套輥的支撐作用下,形成活套,控制系統(tǒng)根據(jù)活套套量實(shí)測(cè)值和設(shè)定值,不斷修正前機(jī)架軋機(jī)的速度,同時(shí)逆向級(jí)聯(lián)控制也參與對(duì)后機(jī)架軋機(jī)和前一機(jī)架軋機(jī)直流電機(jī)速度的修正。這一過(guò)程中同樣受到活套形成過(guò)程中各因素的影響,并且比上述過(guò)程更復(fù)雜,同時(shí)速度級(jí)聯(lián)控制介入。

(4) 甩尾。當(dāng)軋件的尾部接近上游機(jī)架軋機(jī)時(shí),就進(jìn)入收套階段。為了防止軋件甩尾,預(yù)先將收套速度加入到相關(guān)機(jī)架軋機(jī)中,通過(guò)調(diào)節(jié)上游機(jī)架軋機(jī)的速度來(lái)降低活套高度,讓活套降低到安全活套范圍內(nèi),為防止軋件尾部的擺動(dòng),一般設(shè)為100 mm左右。在實(shí)際應(yīng)用中,收變速度取機(jī)架軋機(jī)給定速度的3%。收套完成以后,系統(tǒng)進(jìn)入下一軋件的控制。

5 常見(jiàn)故障及處理方法

經(jīng)過(guò)大量生產(chǎn)實(shí)踐,現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員通過(guò)反復(fù)比對(duì)、分析日常生產(chǎn)中出現(xiàn)的活套不穩(wěn)定原因,結(jié)合活套系統(tǒng)原理,通過(guò)分析數(shù)據(jù)反饋,總結(jié)出了實(shí)現(xiàn)活套穩(wěn)定性的控制方法以及如何快速排查活套故障,得到穩(wěn)定性的活套,從而提高產(chǎn)品精度,減少故障發(fā)生,提升生產(chǎn)效益。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,常會(huì)遇到各種各樣的故障,歸結(jié)起來(lái)主要有以下幾類:活套檢測(cè)不到軋件,活套起高套或低套,活套不起套,活套抖動(dòng)大,活套甩尾,活套打結(jié),軋件拉斷。

(1) 活套檢測(cè)不到軋件。原因主要是活套掃描器鏡頭有霧水或灰塵,造成鏡頭污染而檢測(cè)不到軋件或是活套掃描器沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)軋件。處理方法為先擦拭活套掃描器鏡頭,如果還不能檢測(cè)到軋件,則是活套掃描器安裝偏離了位置,可用測(cè)試棒放在活套的走鋼線內(nèi),將測(cè)試棒從走鋼線的零位慢慢往上移動(dòng),從主控室人機(jī)畫(huà)面觀察是否有信號(hào)及套量,若沒(méi)有則說(shuō)明掃描器安裝偏離了正常位置,需要移動(dòng)掃描器,直至正常為止。

(2) 活套起高套或低套。這是由于套高參數(shù)設(shè)置不正確造成的,修改套高參數(shù)即可解決,一般套高參數(shù)控制在300 mm為宜,不宜過(guò)大或過(guò)小。

(3) 活套不起套。一種原因是活套沒(méi)有檢測(cè)到軋件,可按上述方法處理,另一種原因是活套檢測(cè)正常,仍不起套,可能原因有機(jī)械卡死、氣閥漏風(fēng)或壓力不夠、氣閥未通電、可編程序控制器程序故障等,可以通過(guò)維修或電氣檢查修理來(lái)解決。

(4) 活套抖動(dòng)大?？赡茉蛴兴F太大影響信號(hào)檢測(cè)或是電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)太大,對(duì)于水霧引起的抖動(dòng),可在活套掃描器旁安裝一臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行吹風(fēng)解決,如果是電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)太大,可在電機(jī)控制系統(tǒng)上找原因。

(5) 活套甩尾。主要原因有套高參數(shù)設(shè)置不正確,起套輥收落時(shí)間設(shè)定不正確,軋件尺寸嚴(yán)重超差,前一機(jī)架軋機(jī)入口導(dǎo)衛(wèi)開(kāi)口度過(guò)大或?qū)л啌p壞等,可通過(guò)精確設(shè)定套高量及落套時(shí)間來(lái)解決。若落套時(shí)間太遲,會(huì)造成軋件甩尾。對(duì)于軋件尺寸超差及導(dǎo)衛(wèi)開(kāi)口度過(guò)大,可通過(guò)調(diào)節(jié)輥縫或更換導(dǎo)衛(wèi)裝置來(lái)解決。

(6) 活套打結(jié)、軋件拉斷事故。軋件剛咬入下一架軋機(jī)或軋制過(guò)程當(dāng)中,在活套兩機(jī)架軋機(jī)間會(huì)出現(xiàn)活套打結(jié)、軋件拉斷事故,主要原因有下游機(jī)架軋機(jī)速度突然變化或設(shè)定速度不正確,實(shí)際軋件尺寸偏差大,起套輥未動(dòng)作等,可通過(guò)查證主控室歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù),觀察電機(jī)速度變化,確認(rèn)活套控制檢測(cè)系統(tǒng)是否正常及軋制速度調(diào)整是否合理來(lái)解決。另外,還可排查現(xiàn)場(chǎng)軋件尺寸是否達(dá)到工藝要求,起套輥氣壓是否正常,起套輥是否被卡死等情況,進(jìn)一步排除故障,解決活套打結(jié)、軋件拉斷事故。

6 結(jié)束語(yǔ)

活套作為軋制過(guò)程中實(shí)現(xiàn)無(wú)張力控制的緩沖物在棒材、線材生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。隨著軋鋼技術(shù)水平的不斷提高,活套在消除張力、提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量方面起著重要作用。筆者通過(guò)剖析自動(dòng)活套系統(tǒng)原理及控制過(guò)程,并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐分析日常生產(chǎn)中常見(jiàn)活套故障的原因,總結(jié)出活套控制方法及快速排查故障方法,以便得到穩(wěn)定運(yùn)行的活套,從而提高產(chǎn)品精度,減少故障發(fā)生,提升企業(yè)效益。