一種步進(jìn)式加熱爐順序控制功能的介紹

劉穎杰

（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北唐山 063000）

1.加熱爐工藝流程

板坯通過(guò)熱送輥道送進(jìn)熱軋廠區(qū)的板坯庫(kù)后，可采取熱裝和冷裝2種方式來(lái)裝入爐內(nèi)。熱裝是當(dāng)連鑄區(qū)域軋線的生產(chǎn)計(jì)劃相符合時(shí)，檢測(cè)合格的溫度高的連鑄鑄坯通過(guò)與加熱爐區(qū)域的板坯庫(kù)輥道相連接的板坯運(yùn)輸輥道運(yùn)送至裝料輥道，經(jīng)測(cè)長(zhǎng)、測(cè)寬、板坯照核后送往加熱爐的爐前指定位置，板坯在指定的加熱爐區(qū)域前，按照布料圖進(jìn)行精確的定位，準(zhǔn)備裝鋼機(jī)裝爐；冷裝是在出鋼側(cè)連鑄進(jìn)板坯跨輥道處設(shè)置1臺(tái)垛板臺(tái)，將從連鑄過(guò)來(lái)需要下料的板坯進(jìn)行下線，再由板坯庫(kù)夾鉗吊車將鋼坯按要求吊置在板坯庫(kù)。另外，在板坯庫(kù)在裝鋼輥道兩個(gè)板坯跨處分別設(shè)置1臺(tái)卸板臺(tái)，當(dāng)有軋制計(jì)劃時(shí)由夾鉗吊車提前逐塊將板坯庫(kù)內(nèi)指定的板坯吊到卸板臺(tái)上，然后經(jīng)入爐輥道測(cè)長(zhǎng)和測(cè)寬，在板坯照核成功后送往加熱爐的爐前輥道，板坯在指定的加熱爐爐前按照布料圖通過(guò)輥道上安裝的增量型編碼器來(lái)進(jìn)行定位，準(zhǔn)備裝鋼機(jī)裝爐。加熱爐工藝流程如圖1所示。

板坯在輥道上的定位，主要依靠輥道增量型定位編碼器和冷金屬檢測(cè)器完成，當(dāng)冷檢檢測(cè)到輥道上有板坯經(jīng)過(guò)時(shí)，增量型旋轉(zhuǎn)編碼器便開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)板坯尾部通過(guò)冷金屬檢測(cè)器，計(jì)數(shù)結(jié)束，便可以計(jì)算出板坯長(zhǎng)度。具體測(cè)長(zhǎng)方法如下：已知2個(gè)冷熱金屬檢測(cè)器CMD1、CMD2之間距離為L(zhǎng)1，板坯庫(kù)測(cè)長(zhǎng)輥道上裝有增量型編碼器PLG。編碼器用于計(jì)算板坯行走的距離，冷金屬檢測(cè)器是用來(lái)檢測(cè)板坯的頭部和尾部所在的位置。板坯沿著輥道由CMD1向CMD2方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)板坯的頭部經(jīng)過(guò)CMD2時(shí)，編碼器的高速計(jì)數(shù)模板采集的脈沖數(shù)就會(huì)被清零，這樣隨著板坯的持續(xù)通過(guò)，板坯的長(zhǎng)度增長(zhǎng)與采集的脈沖數(shù)成正比，當(dāng)CMD1檢測(cè)到板坯尾部位置時(shí)記下編碼器讀數(shù)P1，通過(guò)收集的脈沖數(shù)就可計(jì)算板坯的長(zhǎng)度為：L=L1+P1＊K1，其中，L為板坯長(zhǎng)度，L1為冷熱金屬檢測(cè)器CMD1和CMD2之間的距離，P1為增量型編碼器PLG的計(jì)數(shù)值，K1為脈沖折算系數(shù)，可以由輥徑、脈沖數(shù)、減速比計(jì)算，也可以實(shí)際測(cè)算。板坯的測(cè)寬方法，主要依靠板坯庫(kù)輥道兩側(cè)的激光測(cè)距儀來(lái)完成的[1]。

板坯到達(dá)裝料輥道后，如果冷金屬檢測(cè)器檢測(cè)到爐前沒(méi)有板坯，且裝鋼機(jī)在原位，則裝料輥道啟動(dòng)，繼續(xù)將板坯運(yùn)往爐側(cè)。到達(dá)爐側(cè)以后，將啟動(dòng)爐前定位功能，通過(guò)冷金屬檢測(cè)器CMD和增量型編碼器PLG的組合，根據(jù)二級(jí)下發(fā)的坯料長(zhǎng)度數(shù)據(jù)L1，當(dāng)金屬檢測(cè)器CMD檢測(cè)到板坯尾部時(shí)，增量型編碼器PLG開(kāi)始計(jì)數(shù)，同時(shí)輥道開(kāi)始減速，待到板坯定位完成后，輥道完全停止，L2=（LL1）/2+L0，其中，L為加熱爐爐內(nèi)的寬度，L0為冷金屬檢測(cè)器CMD到爐子爐墻墻的距離，L1為坯料的長(zhǎng)度，L2為冷金屬檢測(cè)器CMD到坯料尾部的距離。

板坯在爐前定位完成后，在爐內(nèi)位置空間和其他設(shè)備聯(lián)鎖條件滿足的情況下，即可進(jìn)行裝鋼過(guò)程。首先進(jìn)行推正動(dòng)作，裝料桿低速向前行進(jìn)，用推頭頂著板坯向前移動(dòng)一定的距離，將已定位完成但歪斜的板坯推正。根據(jù)二級(jí)系統(tǒng)下發(fā)的板坯數(shù)據(jù)，得知板坯的寬度B，裝鋼機(jī)推頭到輥道爐墻側(cè)的距離M，由此得知推正距離L3=M-B，裝鋼機(jī)在后下位前進(jìn)，進(jìn)行板坯的推正動(dòng)作，前進(jìn)的同時(shí)，同裝鋼機(jī)的水平位移成線性關(guān)系的絕對(duì)值編碼器對(duì)裝鋼機(jī)的水平位移進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)絕對(duì)值編碼器檢測(cè)到板坯的位置為L(zhǎng)3時(shí)，裝鋼機(jī)停止前進(jìn)。裝鋼機(jī)在執(zhí)行下一步驟的后退動(dòng)作同時(shí)，裝料爐門(mén)打開(kāi)，裝料側(cè)有兩扇爐門(mén)，分別采用液壓傳動(dòng)，通過(guò)線性位移傳感器檢測(cè)位置。裝料爐門(mén)完全打開(kāi)后，裝鋼機(jī)托起板坯開(kāi)始上升，由液壓缸驅(qū)動(dòng)，上升至上極限位接近開(kāi)關(guān)位置后，裝鋼機(jī)停止上升。根據(jù)計(jì)算得知板坯與上一根板坯在爐內(nèi)的距離后，裝鋼機(jī)向前水平運(yùn)動(dòng)將板坯送到步進(jìn)梁上方，同裝鋼機(jī)的水平位移成線性關(guān)系的絕對(duì)值編碼器對(duì)裝鋼機(jī)的水平位移進(jìn)行檢測(cè)。到達(dá)位置后，裝鋼機(jī)緩慢的將板坯放在步進(jìn)梁上且繼續(xù)下降，到達(dá)下極限位接近開(kāi)關(guān)位置后，裝鋼機(jī)停止下降，然后裝鋼機(jī)回退到原始位置，到達(dá)原位后裝料爐門(mén)關(guān)閉。

板坯放入加熱爐內(nèi)進(jìn)行加熱，步進(jìn)梁通過(guò)矩形運(yùn)動(dòng)，將板坯從裝料端運(yùn)送到出料端，板坯在加熱爐的預(yù)加熱段、第一、二、三加熱段和均熱上、下加熱段6個(gè)溫控段進(jìn)行的充分加熱，溫度達(dá)標(biāo)的板坯在出料端的激光檢測(cè)器處等待，加熱爐爐底的步進(jìn)梁采用液壓缸驅(qū)動(dòng)。為了保證設(shè)備安全可靠的精確運(yùn)轉(zhuǎn)和實(shí)時(shí)監(jiān)控步進(jìn)梁工作狀態(tài)，在步進(jìn)梁的平移液壓缸組和升降液壓缸組上，各設(shè)置有位移傳感器，分別用于活動(dòng)梁垂直方向和水平方向的位置檢測(cè)。步進(jìn)梁的運(yùn)行軌跡為矩形，分水平和升降兩種運(yùn)動(dòng)模式。機(jī)械設(shè)備在水平和升降過(guò)程中的移動(dòng)速度是逐漸變化的，其目的是為了保證水梁墊塊以很慢的速度托起板坯（即輕抬輕放）和步進(jìn)梁水平運(yùn)動(dòng)慢速啟停，防止步進(jìn)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生沖擊和震動(dòng)。步進(jìn)梁的運(yùn)行軌跡如圖2所示。

通過(guò)平移液壓缸驅(qū)動(dòng)與其連接在一起的機(jī)械框架，步進(jìn)梁在提升框架的滾輪上進(jìn)行水平方向的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)升降缸處于鎖定狀態(tài)。步進(jìn)梁通過(guò)升降液壓缸驅(qū)動(dòng)提升框架，使?jié)L輪沿著斜面向上滾動(dòng)來(lái)完成升降運(yùn)動(dòng)，此時(shí)平移缸處于鎖定狀態(tài)。因特殊情況板坯在爐內(nèi)加熱時(shí)間超時(shí)間時(shí)，要求步進(jìn)梁停在中位與固定梁同一標(biāo)高或進(jìn)行踏步，防止板坯被燒變形和固定梁印的黑印加深，生產(chǎn)時(shí)，步進(jìn)梁停原位，板坯加熱到合適的軋制溫度后，被運(yùn)送到出料側(cè)激光檢測(cè)裝置處。

步進(jìn)梁的控制方式分本地操作箱操作和集中操作臺(tái)操作。本地操作箱操作模式下，操作工通過(guò)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作箱上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，來(lái)選擇步進(jìn)梁的手動(dòng)或單動(dòng)控制模式，通過(guò)按鈕來(lái)控制步進(jìn)梁升降、前進(jìn)后退動(dòng)作或一個(gè)循環(huán)。集中操作臺(tái)操作模式下，操作工可通過(guò)客戶機(jī)的一級(jí)控制畫(huà)面進(jìn)行操作，包括手動(dòng)或自動(dòng)控制步進(jìn)梁前進(jìn)后退、上升下降；也可選擇自動(dòng)循環(huán)、踏步和等高等功能。當(dāng)一級(jí)自動(dòng)運(yùn)行的條件都滿足時(shí)，出料端激光檢測(cè)儀檢測(cè)到有鋼坯到出鋼位時(shí)步進(jìn)梁走完當(dāng)前的循環(huán)過(guò)程后停止在原位。如果在本地操作箱或集中操作臺(tái)按下急停按鈕時(shí)，無(wú)論步進(jìn)梁出于任何一種模式或動(dòng)作，此時(shí)步進(jìn)梁都必須完全停止。

啟動(dòng)出鋼后，出鋼機(jī)開(kāi)始動(dòng)作，根據(jù)板坯的寬度、板坯過(guò)激光檢距離和出鋼機(jī)到激光檢測(cè)器的距離，來(lái)計(jì)算出鋼機(jī)前進(jìn)的距離。出鋼機(jī)前進(jìn)同時(shí)，出料爐門(mén)打開(kāi)到半上升位，爐門(mén)位置靠位置傳感器檢測(cè)，出鋼機(jī)位置靠絕對(duì)值編碼器檢測(cè)。待出鋼機(jī)前進(jìn)到一定位置后，出料爐門(mén)繼續(xù)上升，打開(kāi)到上極限位置后，出料爐門(mén)停止動(dòng)作。出料側(cè)有一扇爐門(mén)，采用液壓傳動(dòng)。出鋼機(jī)前進(jìn)到指定位置后，出鋼機(jī)托起板坯開(kāi)始上升，由液壓缸驅(qū)動(dòng)，上升至上極限位接近開(kāi)關(guān)位置后，裝鋼機(jī)停止上升，然后托出板坯，并放在出料輥道的中心線上，然后出鋼機(jī)退回原位，到位后出料爐門(mén)關(guān)閉。出料輥道啟動(dòng)，把板坯運(yùn)往軋機(jī)軋制，板坯的位置跟蹤靠輥道兩側(cè)的熱金屬檢測(cè)器HMD進(jìn)行定位。

2.加熱爐順控設(shè)備組成

裝料輥道位于加熱爐裝爐側(cè)，用于板坯在加熱爐前的運(yùn)輸和定位，全長(zhǎng)約167m，每隔一段固定距離處設(shè)置一個(gè)檢測(cè)板坯位置的冷金屬檢測(cè)器（CMD），用來(lái)實(shí)現(xiàn)板坯的自動(dòng)跟蹤及輥道的啟停，在每爐爐側(cè)的裝料輥道上設(shè)置一臺(tái)增量型編碼器，計(jì)算板坯的行走距離，來(lái)控制板坯在爐前輥道上定位的準(zhǔn)確性。出料輥道位于加熱爐出爐側(cè)，用于將出鋼機(jī)取出的板坯運(yùn)輸至除鱗輥道或返回板坯庫(kù)，輥道全長(zhǎng)134m，每隔一段固定距離處設(shè)置一個(gè)檢測(cè)板坯位置的熱金屬檢測(cè)器（HMD），用來(lái)實(shí)現(xiàn)板坯的自動(dòng)跟蹤[2]。

裝鋼機(jī)位于加熱爐裝料側(cè)，已定位完成的爐前輥道的板坯通過(guò)其裝入爐內(nèi)，裝鋼機(jī)有4根機(jī)械裝料桿，該設(shè)備分為進(jìn)退和升降兩種動(dòng)作。裝料桿通過(guò)同步軸連接在一起，上升下降靠液壓缸驅(qū)動(dòng)且同步軸同步運(yùn)動(dòng)，上下極限位置靠接近開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)，前進(jìn)后退靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)，裝料桿通過(guò)橫置連接桿來(lái)實(shí)現(xiàn)同時(shí)前進(jìn)或后退，裝鋼機(jī)擋塊跟托臂做成一體，墊塊分體設(shè)計(jì)。

爐底步進(jìn)梁機(jī)械用來(lái)支撐加熱爐平移框架和動(dòng)梁、固定梁的水梁立柱，還有加熱爐內(nèi)加熱的板坯，使板坯在爐內(nèi)做循環(huán)矩形步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備。其機(jī)構(gòu)具有正逆循環(huán)、前后踏步、等高位等待等功能，液壓缸靠電磁比例閥的收到輸出信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作。升降液壓缸通過(guò)安裝在缸體里的磁尺來(lái)監(jiān)測(cè)位移率，橫移缸通過(guò)安裝在缸體和副缸里的磁尺來(lái)監(jiān)測(cè)位移率，并在下一次相同的循環(huán)中進(jìn)行補(bǔ)償修正。采用雙輪斜軌式步進(jìn)機(jī)構(gòu)，爐底步進(jìn)機(jī)械為通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)、雙滾輪斜軌式結(jié)構(gòu)，由平移提升框架、平移提升導(dǎo)向裝置、平移升降液壓缸、提升平移滾輪以及上升斜軌座等機(jī)械設(shè)備組成。

出鋼機(jī)用于將爐內(nèi)加熱完成的板坯取出放于出料輥道上，由左右2個(gè)機(jī)體組成。每臺(tái)出鋼機(jī)由2個(gè)平移傳動(dòng)裝置、6根出料桿、2個(gè)液壓缸、杠桿裝置、壓輥裝置等組成；出料桿的上升或下降由液壓缸推拉實(shí)現(xiàn)，水平移動(dòng)由電機(jī)通過(guò)減速器帶動(dòng)齒輪、出料桿上的齒條實(shí)現(xiàn)；每臺(tái)出鋼機(jī)的左右2個(gè)機(jī)體既可以單獨(dú)運(yùn)動(dòng)又可以聯(lián)動(dòng)。用絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器控制出料桿的水平工作行程，根據(jù)加熱爐內(nèi)不同的板坯寬度規(guī)格，出料桿對(duì)應(yīng)不同的水平工作行程，并使用2個(gè)接近開(kāi)關(guān)控制出料桿的水平極限位置；通過(guò)2個(gè)接近開(kāi)關(guān)控制液壓缸活塞桿的前后極限位置。

3.結(jié)語(yǔ)

加熱爐把板坯加熱到適合軋制的溫度，降低變形抗力，提高鋼的可塑性使其更加容易變形。加熱溫度合適的鋼，軋制時(shí)可以用較大的壓下量，減少因沖擊造成的軋機(jī)設(shè)備事故，提高軋機(jī)的生產(chǎn)效率，降低軋制耗能，同時(shí)加熱能改善板坯的內(nèi)部組織和性能。