淺談熱軋卷取機的選擇控制

陳志軍

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽馬鞍山 243000）

引言

卷取機位于精軋機輸出輥道末端，主要由卷取機入口側(cè)導(dǎo)板、夾送輥、助卷輥、芯軸、活門等設(shè)備組成。它的功能是將精軋機組軋制的帶鋼以良好的卷形，緊緊地?zé)o擦傷地卷成鋼卷［1］。國內(nèi)某鋼廠，配置有2 250 mm和1 580 mm兩條熱軋線，都曾多次發(fā)生因卷取機進鋼條件不滿足導(dǎo)致的回退和廢鋼故障。卷取是熱軋線的最后工序，鋼坯到達卷取區(qū)域后，由于已經(jīng)經(jīng)過了加熱、除鱗、切頭尾等各種損耗，如果在此時因某種原因造成回退甚至廢鋼，損失非常大。熱軋鋼坯自進入加熱爐開始至卷取結(jié)束，全過程都是由自動控制系統(tǒng)統(tǒng)一控制的，在帶鋼進入卷取機前，系統(tǒng)也會根據(jù)生產(chǎn)和設(shè)備狀態(tài)，選擇是否進入和進哪臺卷取機。如果選擇機制有問題，必然會導(dǎo)致不良后果。因此，禁入條件和選擇機制是否科學(xué)合理，需要認(rèn)真探究。

1 帶鋼禁入控制和卷取機選擇機制

帶鋼在飛剪位置切頭后，進入軋機前，會對二次除鱗、精軋機、層流輥道、卷取機的狀態(tài)做一次全面檢查。如有不滿足的條件，則不允許帶鋼進入，一般在飛剪輥道上擺動等待，直到條件允許，或者由操作人員干預(yù)回退。

1.1 禁入條件限制

帶鋼要想成功卷取，在帶鋼進入卷取機前，必須滿足諸多工藝條件。為此，如圖1所示，在飛剪前設(shè)置了禁入條件檢查點。所有條件可以分為三大類，其一是通用性的，即不論使用哪臺卷取機都必須滿足的條件，如層流輥道的正常運轉(zhuǎn)。其二是可選擇條件，一般包含被選擇卷取機的PLC 系統(tǒng)健康狀態(tài)、伺服系統(tǒng)狀態(tài)、電磁閥是否正常得電等，滿足這些條件即可被選擇為下一臺卷取機。其三是可使用條件，指的是帶鋼進入卷取機前，芯軸、夾送輥、助卷輥、活門等設(shè)備的輥縫位置、速度、壓力狀態(tài)都要達到系統(tǒng)的設(shè)定范圍。禁入條件可根據(jù)工藝需求選自以上三種類型。

圖1 卷取選擇與禁入控制示意圖

1.2 卷取機的選擇功能

每條熱軋線一般會配置有2 臺或3 臺卷取機。但由于通道的唯一性，不能使用多臺卷取機同時卷鋼。當(dāng)1 臺卷取機完成卷取動作后，隨即進入卸卷階段，其它卷取機則需要做好進鋼準(zhǔn)備。多數(shù)情況下，卷取機基本上是自動交替選擇使用的，也可以由操作人員手動決定使用哪臺卷取機。手動或者自動功能是通過HMI 畫面或者操作臺上的按鈕進行切換的。

1.2.1 自動選擇

在自動選擇模式下，卷取機有3 種狀態(tài)，即“已選擇”狀態(tài)、“在使用”狀態(tài)和“其他”狀態(tài)。以產(chǎn)線配置有2 臺卷取機為例，如果卷取設(shè)備處于自動狀態(tài)，系統(tǒng)會按照DC1→DC2→DC1……的次序循環(huán)選擇使用。正在卷鋼的卷取機DC1 處于“在使用”狀態(tài)，那么DC2 自動進入“已選擇”狀態(tài)；當(dāng)DC1 卷鋼完成后，DC2則進入“在使用”狀態(tài)。

1.2.2 手動選擇

由于現(xiàn)場條件限制，在某些情況下，自動選擇模式不適合當(dāng)前狀態(tài)，操作人員則通過主操作臺按鈕，將自動模式切換為單選其中一臺卷取機模式。切換模式后，直到重新選擇前，帶鋼只能進入這臺卷取機，沒有被選用的卷取機則完全閑置。手動選擇模式一般較少使用。

2 選擇錯誤

2.1 選擇錯誤的判定

如圖1 所示，當(dāng)帶鋼到達層流輥道下游某位置時，系統(tǒng)對當(dāng)前被選擇的卷取機的選擇條件和可使用條件進行檢查。若條件全部滿足，則順利卷取。若有任何一個條件不滿足，如夾送輥輥縫位置不正確、某變頻設(shè)備跳停，系統(tǒng)出于保護設(shè)備的目的，會主動停機。主動停機后，帶鋼一般會堆積在卷取機前，處理比較困難，需要花費數(shù)十甚至數(shù)百分鐘來移除廢鋼。除了當(dāng)前鋼卷變廢鋼的直接經(jīng)濟損失，還存在廢鋼處理階段的時間、能耗、設(shè)備受損等間接損失，因此，要盡力減少選擇錯誤的發(fā)生。

2.2 產(chǎn)生選擇錯誤的常見原因

2.2.1 生產(chǎn)節(jié)奏過快

高效率產(chǎn)生高利潤，國內(nèi)各熱軋廠，都在努力提高出鋼節(jié)奏，以提高產(chǎn)量。在卷取區(qū)域，通常要求一卷鋼正在卷取，下一塊鋼帶頭已經(jīng)到達層流輥道上。如圖2 所示，圖中?為當(dāng)前正在卷取的帶鋼，?為下一塊帶鋼，已到達層流輥道。其極限狀態(tài)下，如果中間存在1 塊短尺坯，可能會出現(xiàn)3 塊鋼同時在精軋和卷取區(qū)域。

圖2 兩塊鋼在層流卷取區(qū)域

但是，高產(chǎn)量、快節(jié)奏對設(shè)備能力和狀態(tài)穩(wěn)定性有較大考驗。往往前一鋼卷剛剛卷取完畢，后續(xù)帶鋼頭部已經(jīng)到達，此時可能夾送輥、活門等設(shè)備還沒有來得及動作到待卷位置。

2.2.2 設(shè)備因素影響

設(shè)備維護能力決定著設(shè)備狀態(tài)，可能因為潤滑不良、備件質(zhì)量差、失修等因素，在軋鋼過程中，突然發(fā)生變頻跳電、伺服閥卡阻、限位信號跳變等各種異常情況，導(dǎo)致卷取條件不滿足。維護能力越差，此類故障發(fā)生概率越大。

另外，卷取機現(xiàn)場使用了大量冷、熱金屬檢測傳感器，超聲波傳感器，這些傳感器相對容易受到水和氧化鐵皮的干擾。卷取區(qū)域又需要大量使用冷卻水，在冬季冷卻水接觸熱鋼坯，產(chǎn)生濃密水霧，嚴(yán)重影響到傳感器的使用。

3 避免發(fā)生選擇錯誤的方法

3.1 防追鋼控制

如果節(jié)奏過快，且規(guī)格不一時，會發(fā)生后一塊帶鋼逐漸追上前一塊帶鋼的現(xiàn)象，造成卷取設(shè)備沒有及時做好收鋼準(zhǔn)備。為了防止出現(xiàn)此類情況，國內(nèi)一些熱軋廠采用了一種防止層流輥道追鋼的方法，即通過熱金屬檢測設(shè)備，配合L1 和L2 系統(tǒng)，按照工藝設(shè)定的要求對前后兩塊相鄰的帶鋼根據(jù)不同的鋼種和規(guī)格實現(xiàn)進鋼節(jié)奏的控制。首先，理論計算出前一塊帶鋼尾部和后一塊帶鋼頭部出現(xiàn)某熱金屬檢測儀位置的時間差T，然后實際檢測計算出前一塊帶鋼尾部和后一塊帶鋼頭部的實際時間間隙T'，最后比較T和T'，根據(jù)結(jié)果來控制精軋機前的帶鋼是原地擺動等待或者進入軋機［2］。

3.2 設(shè)備抗干擾能力提升

除了做好設(shè)備的基礎(chǔ)維護工作，通過軟硬件修改提升設(shè)備抗干擾能力，也能有效防止選擇錯誤故障發(fā)生。例如，防止接近開關(guān)、壓力開關(guān)等開關(guān)量誤信號，可以在合適位置再增加一個熱備用開關(guān)。常態(tài)下，新增開關(guān)不斷與原開關(guān)保持持續(xù)比對，若狀態(tài)不匹配超過一定時長，可以發(fā)出報警，提醒檢查和更換，以始終保證至少有一個檢測開關(guān)是正常狀態(tài)。

對于冷檢類開關(guān)易受水、水霧等干擾的情況，除了增加風(fēng)機、擋板等方法外，可以使用帶鋼在層流輥道上的跟蹤信號來屏蔽干擾，一定程度上能夠減少水、霧影響。以國內(nèi)某鋼廠為例，帶鋼從F7 到1 號卷取機芯軸處，計算帶頭跟蹤長度約155 m，到達熱檢處跟蹤長度約131 m，到達冷檢處跟蹤長度約145 m。在控制程序中設(shè)定，當(dāng)計算帶頭跟蹤長度＜120 m 時，熱檢下降沿信號被屏蔽；當(dāng)計算帶頭跟蹤長度＜135 m 時，冷檢的上升沿信號被屏蔽［3］。經(jīng)過長期驗證，此方法對水霧干擾防御效果較好。

3.3 卷取機二次切換功能

帶鋼進入了精軋機后，不同于在粗軋機區(qū)域可擺動等待，帶鋼必須一直保持前進狀態(tài)。在長期的生產(chǎn)過程中，還是會不可避免地出現(xiàn)一些設(shè)備異常問題，為了盡量降低廢鋼率，系統(tǒng)設(shè)置了卷取機二次切換選擇功能。

如圖1 所示，帶鋼被F1 軋機咬鋼后，系統(tǒng)僅對當(dāng)前被選擇的卷取機的選擇條件進行檢查，若條件都符合要求，卷取機會保持當(dāng)前狀態(tài)，等待帶鋼進入。若有條件不符合，系統(tǒng)同時檢查其它卷取機的選擇條件是否滿足，如果有其它卷取機滿足選擇條件，則立即切換到該卷取機。

當(dāng)帶鋼到達層流輥道上游某位置時，系統(tǒng)對當(dāng)前被選擇的卷取機的選擇條件和可使用條件進行全面檢查，若條件都符合要求，當(dāng)前卷取機會保持當(dāng)前狀態(tài)，等待帶鋼進入。若選擇條件或可使用條件不符合，系統(tǒng)同時檢查其它卷取機的選擇條件是否滿足，如果其它卷取機滿足選擇條件，則立即切換到該卷取機。二次切換功能能否正常使用，很大程度上取決于出鋼速度和卷取機的卸卷速度。若出鋼速度較快，卷取機沒有及時卸卷，卷取機不能處于待機狀態(tài)，將無法順利進行切換。

4 結(jié)束語

不能因為懼怕發(fā)生選擇錯誤導(dǎo)致廢鋼，就嚴(yán)格限制禁入條件。隨著生產(chǎn)工藝和設(shè)備維護水平的提高，科學(xué)地選擇禁入條件，尋找到生產(chǎn)的高節(jié)奏和穩(wěn)定性之間存在的平衡點，要在保證設(shè)備及生產(chǎn)穩(wěn)定的同時，盡量提高生產(chǎn)節(jié)奏。