唐鋼1700線加熱爐自動裝鋼功能實現(xiàn)

王立平/唐鋼集團(tuán)微爾自動化有限責(zé)任公司

唐鋼1700線加熱爐自動裝鋼功能實現(xiàn)

王立平/唐鋼集團(tuán)微爾自動化有限責(zé)任公司

本文以唐鋼1700生產(chǎn)線加熱爐裝鋼系統(tǒng)進(jìn)行自動化升級改造為例，實現(xiàn)自動裝鋼功能和其他輔助功能。

加熱爐；自動裝鋼；功能實現(xiàn)

一、工程現(xiàn)狀

唐鋼1700生產(chǎn)線加熱爐，其燃料為高爐煤氣，裝料方式為裝鋼機(jī)步進(jìn)式裝鋼。板坯在加熱爐前的定位，裝鋼機(jī)控制，爐門控制，爐內(nèi)道次選擇 ，輥道控制以及物料信息跟蹤完全由加熱爐入口側(cè)的操作人員手動控制。爐內(nèi)道次的選擇為操作人員手動調(diào)節(jié)，差異性較大，人為原因?qū)е碌牟环€(wěn)定因素較多，加熱時間和加熱溫度的控制不穩(wěn)定。輥道的控制為操作人員手動選擇啟停，電耗存在額外的消耗，影響生產(chǎn)的成本及設(shè)備使用壽命。物料信息的取得，由加熱爐操作人員與連鑄橫移車操作工經(jīng)對講系統(tǒng)溝通取得，信息不流暢，異常狀況多，板坯信息在加熱爐區(qū)域的跟蹤完全由裝鋼操作工手動完成，操作繁瑣，缺乏實際性。步進(jìn)梁的操作、出鋼機(jī)的操作、出鋼爐門的操作均為出鋼操作人員手動完成，而出鋼輥道的操作為粗軋機(jī)操作人員手動完成；設(shè)備工藝存在較大的優(yōu)化空間。

二、功能及工藝流程

（一）裝鋼輥道自動控制過程

1.啟動輥道自動，板坯按照L2計劃信息，將板坯自動運(yùn)至1#或2#加熱爐前。

2.根據(jù)板坯信息，選擇道次自動定位。

3.裝鋼機(jī)對待裝坯料運(yùn)至合適位置后自動后退至后限位。

4.裝出鋼機(jī)速度應(yīng)滿足生產(chǎn)節(jié)奏，具體數(shù)值依據(jù)現(xiàn)場情況定。

5.輥道速度應(yīng)滿足生產(chǎn)節(jié)奏的需求，對輥道進(jìn)行提速。

6.自動跟蹤板坯信息。

（二）控制工藝流程

1.加熱爐工藝確認(rèn)細(xì)節(jié)

(1)裝鋼前工藝人員制定裝鋼順序；

(2)板坯定位后工藝確認(rèn)（檢查）板坯定位的準(zhǔn)確性；

(3)依據(jù)爐內(nèi)的燒火計劃，制定裝鋼順序；

(4)步進(jìn)梁的控制需要與燒火計劃配合；

(5)當(dāng)爐頭檢測傳感器檢測到鋼坯時，步進(jìn)梁停止，確認(rèn)板坯位置的準(zhǔn)確性；

(6)依據(jù)軋機(jī)的軋制計劃制定出鋼順序（計劃），此計劃必須與燒火計劃配合；

(7)軋機(jī)的軋制節(jié)奏必須匹配連鑄的澆筑速度。

2.輔助功能

(1)板坯長度測量;在板坯從連鑄橫移車進(jìn)入加熱爐區(qū)域的過程中（A1、A2、A3輥道區(qū)域）完成對板坯實際長度的測量。測量過程：板坯進(jìn)入光柵（Sensor#2）的檢測區(qū)域后，編碼器（Sensor#1）開始記錄長度值，板坯離開光柵（Sensor#2）的檢測區(qū)域后，編碼器（Sensor#1）記錄第二次長度值，兩長度值差值為板坯的測量長度。

(2)板坯寬度測量;在板坯從連鑄橫移車進(jìn)入加熱爐區(qū)域的過程中（A1輥道區(qū)域）完成對板坯實際寬度的測量。

三、調(diào)試報告

（一）板坯爐號分配

板坯爐號的選擇，可以在二級設(shè)置，也可以在一級操作畫面上選擇，選擇好所進(jìn)爐號后，輥道自動將板坯運(yùn)至1#或2#爐前，完成定位并裝鋼。板坯運(yùn)送至A1輥道后，程序上判斷板坯的爐號，如果爐號為1#爐，板坯將自動運(yùn)送至1#爐前，完成定位并裝鋼。如果板坯爐號為2#爐，將板坯運(yùn)送至1#爐前，此刻2#爐前如果沒有板坯，此板坯將直接運(yùn)送至2#爐前，完成定位并裝鋼。如果2#爐前有板坯，此板坯將在1#爐前等待。2#爐前有空位時，板坯將繼續(xù)向2#爐輸送，并定位裝鋼。

（二）板坯定位調(diào)試結(jié)果

板坯定位分為軋制側(cè)，連鑄側(cè)兩種定位方式；其中連鑄側(cè)定位：板坯應(yīng)走行程為連鑄側(cè)爐墻距定位光柵的長度，為固定數(shù)值。軋制側(cè)定位：采用軋制側(cè)爐墻距定位光柵的距離，減去板坯實際長度作為應(yīng)走行程來進(jìn)行板坯定位。A1后光柵檢測到板坯尾部時，定位開始；板坯到達(dá)目標(biāo)位置時，定位結(jié)束。測試結(jié)果分析：PDA數(shù)據(jù)記錄顯示，多次測試結(jié)果偏差不大，基本控制在允許的范圍內(nèi)，記錄的板坯定位正常滿足工藝需求；

（三）加熱爐板坯測寬調(diào)試（mm）

1.裝鋼機(jī)測試（mm）

輥道定位完成后，發(fā)出裝鋼允許信號（裝鋼機(jī)不工作時，托桿在原點(diǎn)等待）。托桿從原點(diǎn)出發(fā)前進(jìn)，推鋼行程為Sp=L0- B（mm）。其中L0為裝鋼機(jī)托桿推壁原點(diǎn)（裝鋼機(jī)原點(diǎn)）至定位輥道加熱爐側(cè)邊緣+50mm，L0=L1+Bc/2+50，B為板坯寬度。如果托桿長度為L，則當(dāng)推送寬度小于L+50的板坯時，應(yīng)退回一段距離：St=L–B+50，即托爪退回到板坯邊緣以內(nèi)50mm處，以防止裝鋼時托爪碰到前一塊板坯。Bc為輥道寬度，L1為裝鋼機(jī)原點(diǎn)至輥道中心的距離。L3為裝鋼機(jī)原點(diǎn)時推頭距出料端內(nèi)墻的距離。

實際上L=1300mm，L1=1140mm，Bc=1800mm，L0=1190 +Bc/2。Sp=1190+Bc/2 - B；

St =1350-B（B＜L+50）。

上升：裝鋼機(jī)托桿以一個固定速度35mm/s上升到裝鋼機(jī)上升極限行程開關(guān)發(fā)出到位信號，停止上升。前進(jìn)：按裝鋼行程前進(jìn)到距前一塊板坯尾端距離D0=50–150mm處為止（可通過上位機(jī)設(shè)定）或前進(jìn)到裝鋼機(jī)的最大行程（前進(jìn)極限）。一般裝鋼是以板坯尾端距步進(jìn)梁最后位置的距離來表示，其范圍為-200mm（懸出尾端） - 最大行程。設(shè)前一塊板坯尾端距步進(jìn)梁最后位置的距離為Xm，寬度為Bm，當(dāng)前板坯尾端距步進(jìn)梁最后位置的距離為Xm+1，寬度為Bm+1；步進(jìn)梁前進(jìn)了n步，步距為STEP，則有：

STEP * n+Xm=Bm+1+D0+Xm+1

Xm+1=STEP * n+Xm - Bm+1+D0

X取值應(yīng)在-200mm（懸出尾端）- 最大行程之間。

裝鋼行程Sc=L2+Xm，式中L2為裝鋼機(jī)原點(diǎn)距步進(jìn)梁尾端的距離。當(dāng)Xm〉-200時表示有裝鋼空位，可以裝鋼。

實際上L2=4540mm，D0=50 - 150mm。

Sc=4540+Xm

初始或空爐時，裝鋼機(jī)可按推正動作完成后，前進(jìn)6000mm裝鋼，即 6000 - （L2-L0）=6000 -（4540–1190 - Bc/2）= 2650+ Bc/2=X0+B0；

X0=2650+Bc/2 - B0=3550- B0

下降：裝鋼機(jī)托桿以一個固定速度35mm/s下降到裝鋼機(jī)下降極限行程開關(guān)發(fā)出到位信號，停止下降。后退：裝鋼機(jī)托桿以快速+低速后退到裝鋼機(jī)后退極限行程開關(guān)發(fā)出到位信號，停止后退，同時清零進(jìn)退計數(shù)器。裝鋼機(jī)升降由液壓驅(qū)動，沒有速度控制（不可調(diào)速）。進(jìn)退由變頻器控制，有編碼器，有速度控制、定位控制。均有時間要求。

2.步進(jìn)梁測試（mm）

步進(jìn)梁通過上升、前進(jìn)、下降、后退的4個動作，將板坯從裝料端向出料端輸送，步進(jìn)梁具有“輕抬輕放”功能，減少對步進(jìn)梁絕熱層的損壞。步進(jìn)梁的步距為550mm，板坯在爐內(nèi)前進(jìn)的同時，位于爐兩側(cè)的蓄熱式燃燒系統(tǒng)對板坯進(jìn)行上下左右四面加熱。板坯到達(dá)出料端時，已經(jīng)達(dá)到要求加熱的溫度950-1150℃。步進(jìn)機(jī)構(gòu)具有反向運(yùn)動功能，鋼坯經(jīng)過步進(jìn)機(jī)構(gòu)的反向功能，可以從出料側(cè)退到裝料側(cè)。當(dāng)保溫時間長，步進(jìn)機(jī)構(gòu)具備踏步、等高功能，防止板坯懸臂過大影響坯料在爐內(nèi)的運(yùn)送。步進(jìn)梁運(yùn)動行程及時間：上升行程0.2m，時間17s；前進(jìn)行程0.55m，時間8s；下降行程0.2m，時間17s。后退行程0.55m，時間8s；對步進(jìn)梁四個基本運(yùn)動即上升、前進(jìn)、下降、后退應(yīng)進(jìn)行速度控制，以減小其運(yùn)動慣性和沖擊。在每個運(yùn)動的起始和終止段步進(jìn)梁分別作加速或減速運(yùn)動。在上升和下降至中位時，要求步進(jìn)梁進(jìn)行一次減速和--勻速--加速運(yùn)動過程，以減少動負(fù)荷對步進(jìn)梁的沖擊，以實現(xiàn)對坯料的“輕抬輕放”。同時每個動作之間有一定的延時時間,保證步進(jìn)梁完全靜止后再進(jìn)行下一次動作。

3.出鋼機(jī)測試（mm）

出鋼機(jī)升降由電機(jī)驅(qū)動，沒有速度控制（不可調(diào)速）。進(jìn)退由變頻器控制，有編碼器，有速度控制、定位控制。均有時間要求。

前進(jìn)：按出鋼行程前進(jìn)到距待出鋼板坯尾端z處為止。

出鋼行程Sd=L3+B–y–z；式中L3為出鋼機(jī)托桿端點(diǎn)與激光檢測器之間的距離；y為激光檢測器檢測到有鋼后步進(jìn)梁走完該步的距離，范圍為0–步長；現(xiàn)在改為激光檢測器檢測到有鋼后步進(jìn)梁停止前進(jìn)、延時2s、下降、后退到原點(diǎn)，因此y應(yīng)該為從有鋼開始到延時2s 結(jié)束時步進(jìn)梁的位移。z為允許的懸出量，即出鋼機(jī)托桿端點(diǎn)到板坯尾端的距離。

實際上L3=2875mm，z=250mm（上位機(jī)應(yīng)該可以設(shè)定）。

Sd=2875+B–y

上升：出鋼機(jī)托桿以一個固定速度35mm/s上升到出鋼機(jī)上升極限行程開關(guān)發(fā)出到位信號，停止上升。后退：出鋼機(jī)托桿以快速+低速后退到出鋼機(jī)后退極限行程開關(guān)發(fā)出到位信號，停止后退，同時清零進(jìn)退計數(shù)器。下降：出鋼機(jī)托桿以一個固定速度35mm/s下降到出鋼機(jī)下降極限行程開關(guān)發(fā)出到位信號，停止下降。

四、結(jié)語

加熱爐工藝優(yōu)化從工藝、設(shè)備、安全等各方面都有一定水平的提升，不僅提高了設(shè)備的自動化控制水平，消除了重大的安全隱患，對工藝流程的合理性和先進(jìn)性都有很大程度的提升。

[1]郭建軍, 張再興.裝鋼機(jī)自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].中國科技信息, 2011(7):157-157.