高速棒材線生產(chǎn)線穩(wěn)定運(yùn)行的實(shí)踐探究

摘" 要：對(duì)高速棒材線生產(chǎn)線穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行研究，通過(guò)結(jié)合廣西鋼鐵高速棒材生產(chǎn)線實(shí)例，探討3#飛剪、模塊軋機(jī)潤(rùn)滑、高速區(qū)信號(hào)檢測(cè)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，提出合理運(yùn)用控制系統(tǒng)、掌握剪切過(guò)程和優(yōu)化升級(jí)飛剪設(shè)備等，保證3#飛剪高效、順利運(yùn)作。并基于優(yōu)化油膜的油溫油流實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)控制、科學(xué)應(yīng)用油品在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，保障模塊軋機(jī)潤(rùn)滑效果提升。同時(shí)針對(duì)程序鎖定、硬線傳輸?shù)冗M(jìn)行有效處理，避免出現(xiàn)信號(hào)閃斷等故障，保證高速棒材生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。綜合研究成果，在3#飛剪控制、模塊軋機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)、高速區(qū)信號(hào)檢測(cè)等方面的設(shè)備適應(yīng)性改造，有利于促使高速棒材線生產(chǎn)線運(yùn)行平穩(wěn)，提高作業(yè)效率，減少故障影響因素，旨在進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：高速棒材線生產(chǎn)線；穩(wěn)定運(yùn)行；飛剪控制；潤(rùn)滑系統(tǒng)；檢測(cè)信號(hào)

中圖分類號(hào)：TG335.6+2" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）17-0158-04

Abstract： This paper studies the stable operation of the high speed bar line production line. Based on the example of the high-speed bar production line of Guangxi Iron and Steel， the practical links such as the flying shear， the lubrication of the module rolling mill and the signal detection in the high-speed area are discussed. It is proposed that the control system should be used reasonably， the shearing process should be mastered， and the flying shear equipment should be optimized and upgraded to ensure the efficient and smooth operation of the flying shear. The steady-state control of oil temperature and oil flow based on optimized oil film and the scientific application of oil on-line smart monitoring system can ensure the improvement of lubrication effect of module rolling mill. At the same time， effective processing is carried out for program locking and hard wire transmission to avoid signal flash breakage and other faults to ensure the stable operation of high-speed bar production line. Based on the comprehensive research results， the adaptive transformation of equipment in the aspects of flying shear control， module rolling mill lubrication system and high speed zone signal detection is beneficial to promote the smooth operation of high speed bar production line， improve operation efficiency and reduce fault influencing factors， and therefore further improve the production efficiency and increase the economic benefits of the enterprise.

Keywords： high-speed bar production line; stable operation; flying shear control; lubrication system; detection signal

廣西鋼鐵高速棒材生產(chǎn)線采用零間隔軋制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)粗軋1#軋機(jī)坯料頭頂尾零間隔軋制，鋼坯在粗軋機(jī)組中軋制6個(gè)道次后，軋件經(jīng)1#飛剪切去頭、尾。繼續(xù)進(jìn)入中軋機(jī)組中軋制4～6道次，軋件經(jīng)2#飛剪切去頭、尾，2#飛剪前支鋼剪切尾部與后支鋼剪切頭部時(shí)間間隔小于等于2 s，并實(shí)現(xiàn)2#剪切頭、切尾剪切功能完整。軋件繼續(xù)進(jìn)入預(yù)精軋機(jī)組中軋制6個(gè)道次，經(jīng)過(guò)切分軋制后先經(jīng)預(yù)水冷裝置冷卻以控制軋件進(jìn)入精軋機(jī)組的溫度，由精軋機(jī)組前的3#飛剪切頭后進(jìn)入精軋機(jī)組。送入雙線精軋和雙減徑機(jī)組軋制4～6道次，或直接送入雙減徑機(jī)組軋制2道次。粗軋、中軋、精軋、減徑機(jī)組為微張力軋制，預(yù)精軋機(jī)組間設(shè)置5個(gè)立活套、精軋前設(shè)置側(cè)活套實(shí)現(xiàn)無(wú)張力軋制，立活套其中3個(gè)單通道、2個(gè)雙通道，設(shè)置有立活套器的相鄰軋機(jī)間的距離要大于等于5 m。精軋及減徑機(jī)組均采用頂交45°重載型懸臂式模塊軋機(jī)，其中4架精軋機(jī)組為2+2模塊化軋機(jī)，2架減徑機(jī)組為1+1單獨(dú)傳動(dòng)軋機(jī)。減徑機(jī)組機(jī)列按低溫軋制能力設(shè)計(jì)。Φ10～20 mm所有規(guī)格均從減徑機(jī)組軋出成品，減徑機(jī)組每一道次由一個(gè)電機(jī)和一個(gè)具有多個(gè)速比的外部增速箱來(lái)傳動(dòng)以滿足寬范圍的產(chǎn)品規(guī)格和最終軋制速度的需要。出終軋機(jī)組的棒材立即進(jìn)入軋后控冷裝置，將軋件溫度快速冷卻至相變區(qū)域附近，以控制奧氏體晶粒和鐵素體晶粒的長(zhǎng)大，最終獲得較高的抗拉強(qiáng)度，改善鋼筋的組織性能。

根據(jù)不同鋼種、規(guī)格的產(chǎn)品要求，分別對(duì)水冷裝置的使用段數(shù)、水量等進(jìn)行設(shè)定，以便達(dá)到要求的軋件溫度[1]。生產(chǎn)新國(guó)標(biāo)材時(shí)還應(yīng)確保表面不進(jìn)入馬氏體和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域，基圓不出現(xiàn)回火馬氏體和異于基體的閉環(huán)組織，同時(shí)芯表硬度差不大于40 HV，滿足熱軋鋼筋新國(guó)標(biāo)要求，通過(guò)軋后余熱淬火技術(shù)生產(chǎn)英標(biāo)等出口建材。為使軋制順利進(jìn)行，減少事故及處理事故時(shí)間，分別在粗軋機(jī)組后、中軋機(jī)組后、精軋機(jī)組前設(shè)置飛剪，用于剪切軋件頭部和尾部，并起事故碎斷作用，飛剪共4臺(tái)，分別在精軋19#軋機(jī)前、減徑機(jī)組23#軋機(jī)前設(shè)置卡斷剪，卡斷剪共4臺(tái)。軋后控冷的軋件進(jìn)入高速圓盤倍尺分段飛剪，由分段飛剪切成適應(yīng)冷床長(zhǎng)度的倍尺，分段后的軋件經(jīng)夾尾裝置制動(dòng)后由轉(zhuǎn)鼓逐根送到步進(jìn)齒條式冷床上，在冷床上邊步進(jìn)邊自然冷卻。下冷床前由對(duì)齊輥道使軋件一端對(duì)齊到冷床輸出方向一端，然后經(jīng)鏈?zhǔn)揭扑蜋C(jī)按一定間距和數(shù)量形成成排的鋼材組，由升降移送鏈裝置將成排軋件送到冷床輸出輥道上[2]。冷床輸出輥道將從冷床卸下的鋼材成排運(yùn)送到冷剪處，鋼材在行進(jìn)過(guò)程中被切成定尺長(zhǎng)度。

本文基于廣西鋼鐵棒線廠高速棒材生產(chǎn)線投產(chǎn)后，不斷對(duì)設(shè)備功能進(jìn)行研究和適應(yīng)性改造，特別是針對(duì)控冷區(qū)域、高速模塊軋機(jī)及高速上鋼區(qū)域設(shè)備的適應(yīng)性改造，為國(guó)內(nèi)新上的高速棒材生產(chǎn)線提供經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。

1" 3#飛剪

高速棒材生產(chǎn)線的18#預(yù)精軋與19#精軋機(jī)組之間的距離為45 m左右，軋件切分后經(jīng)過(guò)預(yù)水冷裝置后，頭部溫度較低且形變量較大，如不切頭直接進(jìn)入精軋機(jī)組會(huì)導(dǎo)致精軋機(jī)組故障率高。因此，軋件在預(yù)精軋及精軋機(jī)組之間設(shè)置的3#飛剪切頭后再進(jìn)入精軋機(jī)組軋制。3#飛剪安裝位置如圖1所示。

1.1" 控制系統(tǒng)

3#飛剪以匯川伺服控制器和西門子S7-1500系統(tǒng)為核心，通過(guò)剪切長(zhǎng)度計(jì)算與轉(zhuǎn)撤器動(dòng)作計(jì)算時(shí)間的調(diào)節(jié)與配合，使轉(zhuǎn)撤器響應(yīng)速度與剪切命令相匹配從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)撤器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中剪切軋件功能，該飛剪系統(tǒng)主要由熱金屬檢測(cè)器、轉(zhuǎn)撤器、連續(xù)運(yùn)行剪機(jī)、匯川伺服控制器、西門子S120變頻器和PLC等單元組成。

1.2" 剪切過(guò)程

轉(zhuǎn)撤器運(yùn)行步序：①飛剪等待切頭時(shí)，轉(zhuǎn)撤器導(dǎo)管在碎斷位，現(xiàn)場(chǎng)HMI顯示位置為0。②伺服控制器收到剪切動(dòng)作命令時(shí)電缸先慢加速啟動(dòng)，轉(zhuǎn)撤器導(dǎo)管擺到切頭位，HMI設(shè)定值-1 700時(shí)3#飛剪剪刃正好處于閉合剪切狀態(tài)。③剪切后鋼頭從落鋼槽落下，導(dǎo)管快加速度繼續(xù)橫向移動(dòng)，導(dǎo)管擺到安全位HMI設(shè)定值為-4 800時(shí)，軋件完全脫離剪刃范圍到安全位后轉(zhuǎn)撤器減速度運(yùn)行直到過(guò)鋼位HMI設(shè)定值-5 050時(shí)停止，軋件順利通過(guò)飛剪后的軋制通道。④軋件尾部過(guò)3#飛剪后轉(zhuǎn)撤器回碎斷位等待下個(gè)動(dòng)作。由于電缸運(yùn)行行程短，在這46 ms內(nèi)完成啟動(dòng)、慢加速切頭、快加速脫離剪刃、快減速和停止，除了對(duì)PLC控制系統(tǒng)及伺服控制系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間有很高要求外，也對(duì)參與控制的熱金屬檢測(cè)儀、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求很高。當(dāng)軋件通過(guò)HMD11熱檢時(shí)，PLC控制系統(tǒng)開(kāi)始飛剪控制系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行頭部跟蹤，軋件通過(guò)HMD12熱檢時(shí)，3#飛剪開(kāi)始調(diào)整速度尋找適合剪切點(diǎn)，系統(tǒng)算出預(yù)測(cè)剪切點(diǎn)后觸發(fā)轉(zhuǎn)撤器動(dòng)作，飛剪完成切頭[3]。

1.3" 3#飛剪設(shè)備優(yōu)化升級(jí)

在3#飛剪控制系統(tǒng)中，當(dāng)熱金屬檢測(cè)儀出現(xiàn)信號(hào)閃斷時(shí)，將會(huì)觸發(fā)3#飛剪的碎斷功能從而引起軋廢故障，HMD11熱檢安裝位置在預(yù)水冷裝置口2 m位置，受水汽影響引起頭部信號(hào)閃斷，現(xiàn)場(chǎng)把該熱檢移到距預(yù)水冷裝置10 m位置安裝；轉(zhuǎn)撤器動(dòng)作方式由電缸驅(qū)動(dòng)，動(dòng)作時(shí)沖擊力大頻繁出現(xiàn)伺服電機(jī)松動(dòng)情況，執(zhí)行部分改成凸輪模式，動(dòng)作沖擊力得到很大緩解。切頭時(shí)的3#飛剪及伺服控制實(shí)時(shí)監(jiān)控圖如圖2所示。

2" 模塊軋機(jī)潤(rùn)滑

高速棒材生產(chǎn)線模塊軋機(jī)輥箱使用油膜軸承，配置測(cè)溫系統(tǒng)，并參與過(guò)程控制（保護(hù)性報(bào)警、跳閘等），顯示于操作臺(tái)。在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中，在潤(rùn)滑油尚未循環(huán)的情況下，便啟動(dòng)軋機(jī)；在軋機(jī)工作中潤(rùn)滑油系統(tǒng)突然停止供油；在軋機(jī)速度升高到正常軋制速度時(shí)，潤(rùn)滑油供應(yīng)嚴(yán)重不足；潤(rùn)滑油黏度過(guò)小或者潤(rùn)滑油乳化嚴(yán)重，含水量過(guò)高，從而造成邊界摩擦，發(fā)熱后難以導(dǎo)出等原因造成油膜軸承突然發(fā)熱，而且溫度會(huì)急劇升高，并會(huì)產(chǎn)生煙霧和大量水蒸氣，最后電機(jī)無(wú)力拖動(dòng)或軸承損壞而被迫停機(jī)。

2.1" 優(yōu)化油膜的油溫油流進(jìn)行穩(wěn)態(tài)控制

修改PLC程序的溫度連鎖控制條件，通過(guò)PID模型控制冷卻水閥動(dòng)作，油箱溫度控制在45～48°C，油膜軸承供油溫度控制在42±2 °C從而實(shí)現(xiàn)油流穩(wěn)定在17 m³/h。油泵采用工頻與變頻組合控制，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)一臺(tái)工頻泵，變頻泵以20%的頻率運(yùn)行，當(dāng)油膜軸承供油壓力傳感器壓力大于等于8.5 bar時(shí)變頻泵停泵；變頻泵停泵180 s后油膜軸承供油壓力小于7.8 bar時(shí)變頻泵啟動(dòng)以20%的頻率運(yùn)行；當(dāng)油膜軸承供油壓力傳感器壓力小于7.0 bar時(shí)變頻泵以30%的頻率從而實(shí)現(xiàn)油壓在7.0～7.8 bar之間供油。

2.2" 油品在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

生產(chǎn)過(guò)程中模塊軋機(jī)需要高壓冷卻水沖刷冷卻，不可避免地會(huì)面臨密封失效、冷卻水及雜質(zhì)進(jìn)入油品中的情況，而一旦發(fā)生軸承密封泄漏，油膜軸承會(huì)出現(xiàn)潤(rùn)滑不良的情況，嚴(yán)重會(huì)造成軸承損壞甚至影響整個(gè)油箱的油品[4]。投產(chǎn)之初，只能通過(guò)加大人員點(diǎn)檢及油樣檢測(cè)的頻率來(lái)監(jiān)測(cè)在用潤(rùn)滑油的狀況，人力資源占用多且效果不顯著，由于存在著檢測(cè)“時(shí)差”，難以及時(shí)表征潤(rùn)滑及磨損狀況，造成了不同程度的油品、備件的浪費(fèi)。

搭建一套油液在線遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，利用數(shù)智化潤(rùn)滑管理，對(duì)模塊軋機(jī)油膜軸承油的水分、黏度、水活性、溫度、含水率和顆粒度等關(guān)鍵指標(biāo)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的油液狀態(tài)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)診斷。比如，結(jié)合智能機(jī)器學(xué)習(xí)算法提供的潤(rùn)滑狀態(tài)判斷及診斷建議，可以7×24 h監(jiān)測(cè)在用油的關(guān)鍵指標(biāo)，超越了傳統(tǒng)的點(diǎn)檢和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，配置的智能監(jiān)測(cè)箱通過(guò)先進(jìn)的邊緣計(jì)算單元，可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)校準(zhǔn)，保證讀數(shù)的穩(wěn)定。這些監(jiān)測(cè)值可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工控觸摸屏，辦公室電腦客戶端及微信小程序三端實(shí)時(shí)查看，實(shí)現(xiàn)了油品在線監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)性維護(hù)。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間平穩(wěn)運(yùn)行過(guò)后，該廠設(shè)備管理人員手機(jī)連續(xù)收到清潔度及三高棒減徑機(jī)23/24 B線回油水分異常提示后，立即通過(guò)數(shù)智化終端下載報(bào)表查看。

3" 高速區(qū)信號(hào)檢測(cè)

線廠雙高棒生產(chǎn)線HMD15、HMD16熱檢是軋線區(qū)與高速區(qū)2個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳輸點(diǎn)，HMD15熱檢安裝在24#模塊軋機(jī)出口處，其主要功能有：①給夾送輥判斷軋件位置，觸發(fā)夾送輥壓下；②用于飛剪優(yōu)化、修正尾部長(zhǎng)度；③與HMD16熱檢一起參與飛剪測(cè)速。當(dāng)冷卻水汽封失效時(shí)，模塊軋機(jī)出口冷卻水跟著軋件一起沖出來(lái)，HMD15熱檢就會(huì)出現(xiàn)檢查信號(hào)閃斷現(xiàn)象，如閃斷時(shí)間大于程序?qū)π盘?hào)閃斷過(guò)濾時(shí)間，則直接影響尾部長(zhǎng)度優(yōu)化及倍尺飛剪測(cè)速。

3.1" 程序鎖定避免信號(hào)閃斷

針對(duì)HMD15熱檢信號(hào)閃斷的情況，在控制程序匯總利用減徑機(jī)組有鋼信號(hào)與HMD15熱檢信號(hào)進(jìn)行并聯(lián)成一個(gè)虛擬信號(hào)，過(guò)濾軋制過(guò)程匯總HMD15突然閃斷的影響，解決了15#熱檢閃斷的問(wèn)題，軋制Φ12 mm規(guī)格時(shí)，因系統(tǒng)誤差有350 ms左右，最后一節(jié)自由倍尺軋件出現(xiàn)6～12 m的誤差，軋制Φ12 mm以上規(guī)格時(shí)，最后一節(jié)自由倍尺軋件出現(xiàn)3～6 m的誤差，但也能解決信號(hào)閃斷造成軋廢的影響。

3.2" 硬線傳輸避免信號(hào)閃斷

直接用23#模塊軋機(jī)有鋼跟蹤信號(hào)通過(guò)硬線信號(hào)傳輸?shù)礁咚賲^(qū)PLC系統(tǒng)，具體步驟：①在主軋線PLC程序新增程序段；②在新增程序段中用23#模塊軋機(jī)有鋼信號(hào)作為輸入信號(hào)控制輸出信號(hào)Q點(diǎn)；③輸出信號(hào)Q點(diǎn)有信號(hào)時(shí)觸發(fā)中間繼電器KA1動(dòng)作；④從主軋線PLC柜的KA1處鋪設(shè)控制電纜到高速區(qū)PLC柜；⑤控制電纜接在KA1常開(kāi)點(diǎn)的上、下端，高速區(qū)PLC柜接HMD15熱檢信輸入信號(hào)端和電源端。23#模塊軋機(jī)有鋼信號(hào)通過(guò)硬線連接中間繼電器，由中間繼電器的動(dòng)作傳輸檢測(cè)信號(hào)到高速區(qū)PLC系統(tǒng)，與HMD15熱檢并聯(lián)作為高速區(qū)信號(hào)檢測(cè)的功能，軋制速度為36 m/s，有鋼信號(hào)與HMD15熱檢信號(hào)相差50 ms，中間繼電器動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間也為50 ms左右，整個(gè)系統(tǒng)誤差為100 ms左右[5]。硬線傳輸信號(hào)取代虛擬信號(hào)后，系統(tǒng)誤差由原來(lái)的350 ms下降到100 ms。尾部長(zhǎng)度誤差在4 m左右，該誤差不會(huì)影響到尾部?jī)?yōu)化的功能。其他規(guī)格速度比較慢，時(shí)間差更小。15#熱檢信號(hào)閃斷影響倍尺尾部?jī)?yōu)化及倍尺剪測(cè)速的情況得到消除。

4" 結(jié)束語(yǔ)

廣西鋼鐵棒線廠高速棒材生產(chǎn)線投產(chǎn)3年，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)中向好，在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，生產(chǎn)規(guī)格新增了Φ22 mm，其他規(guī)格上次終軋速度都比設(shè)計(jì)速度高2～3 m/s。3#飛剪的檢測(cè)元件因地制宜安裝，執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電缸改成凸輪后，3#飛剪最高響應(yīng)速度達(dá)到21.5 m/s；模塊軋機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)優(yōu)化改造后，油膜軸承潤(rùn)滑得到有效保障，其中Φ12 mm可穩(wěn)定在39 m/s速度軋制；熱金屬檢測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)整改后，軋制過(guò)程信號(hào)閃斷得到消除，高速區(qū)設(shè)備運(yùn)行得到保證。

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