唐鋼1700線加熱爐自動裝鋼功能實現

王立平/唐鋼集團微爾自動化有限責任公司

唐鋼1700線加熱爐自動裝鋼功能實現

王立平/唐鋼集團微爾自動化有限責任公司

本文以唐鋼1700生產線加熱爐裝鋼系統進行自動化升級改造為例，實現自動裝鋼功能和其他輔助功能。

加熱爐；自動裝鋼；功能實現

一、工程現狀

唐鋼1700生產線加熱爐，其燃料為高爐煤氣，裝料方式為裝鋼機步進式裝鋼。板坯在加熱爐前的定位，裝鋼機控制，爐門控制，爐內道次選擇 ，輥道控制以及物料信息跟蹤完全由加熱爐入口側的操作人員手動控制。爐內道次的選擇為操作人員手動調節，差異性較大，人為原因導致的不穩定因素較多，加熱時間和加熱溫度的控制不穩定。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，影響生產的成本及設備使用壽命。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對講系統溝通取得，信息不流暢，異常狀況多，板坯信息在加熱爐區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。步進梁的操作、出鋼機的操作、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操作人員手動完成；設備工藝存在較大的優化空間。

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，將板坯自動運至1#或2#加熱爐前。

2.根據板坯信息，選擇道次自動定位。

3.裝鋼機對待裝坯料運至合適位置后自動后退至后限位。

4.裝出鋼機速度應滿足生產節奏，具體數值依據現場情況定。

5.輥道速度應滿足生產節奏的需求，對輥道進行提速。

6.自動跟蹤板坯信息。

（二）控制工藝流程

1.加熱爐工藝確認細節

(1)裝鋼前工藝人員制定裝鋼順序；

(2)板坯定位后工藝確認（檢查）板坯定位的準確性；

(3)依據爐內的燒火計劃，制定裝鋼順序；

(4)步進梁的控制需要與燒火計劃配合；

(5)當爐頭檢測傳感器檢測到鋼坯時，步進梁停止，確認板坯位置的準確性；

(6)依據軋機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)軋機的軋制節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入加熱爐區域的過程中（A1、A2、A3輥道區域）完成對板坯實際長度的測量。測量過程：板坯進入光柵（Sensor#2）的檢測區域后，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入加熱爐區域的過程中（A1輥道區域）完成對板坯實際寬度的測量。

三、調試報告

（一）板坯爐號分配

板坯爐號的選擇，可以在二級設置，也可以在一級操作畫面上選擇，選擇好所進爐號后，輥道自動將板坯運至1#或2#爐前，完成定位并裝鋼。板坯運送至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，將板坯運送至1#爐前，此刻2#爐前如果沒有板坯，此板坯將直接運送至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，板坯將繼續向2#爐輸送，并定位裝鋼。

（二）板坯定位調試結果

板坯定位分為軋制側，連鑄側兩種定位方式；其中連鑄側定位：板坯應走行程為連鑄側爐墻距定位光柵的長度，為固定數值。軋制側定位：采用軋制側爐墻距定位光柵的距離，減去板坯實際長度作為應走行程來進行板坯定位。A1后光柵檢測到板坯尾部時，定位開始；板坯到達目標位置時，定位結束。測試結果分析：PDA數據記錄顯示，多次測試結果偏差不大，基本控制在允許的范圍內，記錄的板坯定位正常滿足工藝需求；

（三）加熱爐板坯測寬調試（mm）

1.裝鋼機測試（mm）

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

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：裝鋼機托桿以一個固定速度35mm/s上升到裝鋼機上升極限行程開關發出到位信號，停止上升。前進：按裝鋼行程前進到距前一塊板坯尾端距離D0=50–150mm處為止（可通過上位機設定）或前進到裝鋼機的最大行程（前進極限）。一般裝鋼是以板坯尾端距步進梁最后位置的距離來表示，其范圍為-200mm（懸出尾端） - 最大行程。設前一塊板坯尾端距步進梁最后位置的距離為Xm，寬度為Bm，當前板坯尾端距步進梁最后位置的距離為Xm+1，寬度為Bm+1；步進梁前進了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為裝鋼機原點距步進梁尾端的距離。當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，裝鋼機可按推正動作完成后，前進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：裝鋼機托桿以一個固定速度35mm/s下降到裝鋼機下降極限行程開關發出到位信號，停止下降。后退：裝鋼機托桿以快速+低速后退到裝鋼機后退極限行程開關發出到位信號，停止后退，同時清零進退計數器。裝鋼機升降由液壓驅動，沒有速度控制（不可調速）。進退由變頻器控制，有編碼器，有速度控制、定位控制。均有時間要求。

2.步進梁測試（mm）

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

3.出鋼機測試（mm）

出鋼機升降由電機驅動，沒有速度控制（不可調速）。進退由變頻器控制，有編碼器，有速度控制、定位控制。均有時間要求。

前進：按出鋼行程前進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為出鋼機托桿端點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梁走完該步的距離，范圍為0–步長；現在改為激光檢測器檢測到有鋼后步進梁停止前進、延時2s、下降、后退到原點，因此y應該為從有鋼開始到延時2s 結束時步進梁的位移。z為允許的懸出量，即出鋼機托桿端點到板坯尾端的距離。

實際上L3=2875mm，z=250mm（上位機應該可以設定）。

Sd=2875+B–y

上升：出鋼機托桿以一個固定速度35mm/s上升到出鋼機上升極限行程開關發出到位信號，停止上升。后退：出鋼機托桿以快速+低速后退到出鋼機后退極限行程開關發出到位信號，停止后退，同時清零進退計數器。下降：出鋼機托桿以一個固定速度35mm/s下降到出鋼機下降極限行程開關發出到位信號，停止下降。

四、結語

加熱爐工藝優化從工藝、設備、安全等各方面都有一定水平的提升，不僅提高了設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性都有很大程度的提升。

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