棒材啟停式倍尺飛剪綜述

段麗紅

(中鋼設(shè)備有限公司 北京100080)

1 前言

中國鋼鐵市場競爭日漸加劇，而競爭力的核心在于提高產(chǎn)品品質(zhì)和降低生產(chǎn)成本，因此降本增效已成為擺在鋼鐵企業(yè)面前的必然選擇。技術(shù)即為生產(chǎn)力，充分挖掘現(xiàn)有產(chǎn)線的技術(shù)潛力也是降本的一個重要思路。本文即針對全連軋棒材生產(chǎn)線上倍尺飛剪的工藝技術(shù)性能開發(fā)進(jìn)行描述，希望能對生產(chǎn)廠家及設(shè)計人員提供一定的借鑒。

2 倍尺飛剪的主要功能和結(jié)構(gòu)

2.1 主要功能

倍尺飛剪位于末架精軋機(jī)后和冷床之間。倍尺飛剪的功能主要包括切頭、切尾及切倍尺。飛剪是隨軋件一起運動，在軋件行進(jìn)中完成剪切的。剪切速度一般超前軋件速度3%左右。末架軋機(jī)速度達(dá)到18m/s。切頭、切尾不僅收集困難，而且控制難度很大，目前國內(nèi)還沒有特別成功的切尾經(jīng)驗，一般不使用切頭尾功能，由下游的定尺負(fù)責(zé)切頭、掃尾。飛剪的主要功能是優(yōu)化剪切，主要是對尾段棒材的長度優(yōu)化，這樣既能提高成材率和定尺率，又能減輕剔除短尺材的勞動量。倍尺飛剪設(shè)備本體及電氣控制在上世紀(jì)90年代以前都是由國外供貨，近20年經(jīng)過產(chǎn)線運行、經(jīng)驗積累，除了部分核心電氣元器件及模塊外，裝備和電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)可以全部國產(chǎn)化了。

隨著切分技術(shù)的發(fā)展，棒材生產(chǎn)線的年生產(chǎn)能力一般都要求達(dá)到100～120萬噸左右，一些企業(yè)甚至能達(dá)到130～150萬噸左右，軋制速度達(dá)到18～20m/s，這樣的生產(chǎn)節(jié)奏對輔助設(shè)備尤其是倍尺飛剪、步進(jìn)冷床的工藝性能及設(shè)備運行等提出了很大的挑戰(zhàn)。現(xiàn)代棒材車間配備的冷床寬度為120m，最小寬度也達(dá)到100m左右，一般倍尺材的長度比冷床寬度短6m或一個定尺左右。對倍尺剪的工藝要求包括兩個方面：一是剪切質(zhì)量要求，主要就是剪切時機(jī)和剪切速度的把控[1]；二是剪切精度要求和優(yōu)化剪切，主要是對尾部的優(yōu)化剪切。

2.2 結(jié)構(gòu)型式和工作制度

用于連續(xù)式小型軋機(jī)的飛剪通常有曲柄連桿式、回轉(zhuǎn)式和曲柄回轉(zhuǎn)組合式三種[2]。曲柄連桿式飛剪用于剪切斷面較大的軋件，剪刃運動軌跡為橢圓形，在剪切區(qū)域剪刃幾乎是平行移動，因而剪切質(zhì)量好，但剪切速度不高，一般應(yīng)用于粗軋機(jī)組后進(jìn)行切頭和切尾(一般稱為1#飛剪)。回轉(zhuǎn)式飛剪用于剪切斷面較小的軋件，剪刃運動軌跡為圓形，結(jié)構(gòu)簡單，適合高速剪切，一般用于中軋后飛剪切頭切尾(一般稱為2#飛剪)。棒材產(chǎn)品的規(guī)格范圍一般為φ12～φ50mm，產(chǎn)品速度范圍為2～18m/s，連軋車間倍尺飛剪一般采用曲柄-回轉(zhuǎn)組合式飛剪(一般也成為3#飛剪)。對于小規(guī)格產(chǎn)品，一般直徑φ28mm，軋制速度低于5m/s高，選用回轉(zhuǎn)式；對于大規(guī)格產(chǎn)品，直徑大于φ30mm，軋制速度高于5m/s，選用曲柄式結(jié)構(gòu)。三種結(jié)構(gòu)參見圖1～圖3。

飛剪的工作制度有兩種：一種啟停式，通過電氣控制使飛剪每完成一次剪切，電機(jī)按啟動-加速-制動-停止的過程運行，該工作制控制準(zhǔn)確、剪切精度高，而且維護(hù)簡單；另一種是連續(xù)工作制，即電機(jī)連續(xù)運行，飛剪剪切由離合器和制動器控制，早期的飛剪都是采用連續(xù)工作制，該工作制的缺點是剪切精度由離合器和制動器的工作狀況決定，隨著制動器和離合器的磨損，精度受到影響，需要經(jīng)常更換摩擦塊，維護(hù)復(fù)雜。因此，隨著自動控制技術(shù)的發(fā)展，各種高精度位置控制技術(shù)的推出，連續(xù)式逐漸被啟停式取代。

市場需求驅(qū)動技術(shù)創(chuàng)新，高速定尺熱飛剪應(yīng)該說是近幾年的研究熱點，它可以直接將鋼材剪切成熱定尺，然后經(jīng)冷床冷卻后，直接收集打捆，這樣就大大簡化了現(xiàn)在傳統(tǒng)棒材生產(chǎn)線下游的移動臺架、收集等工序，既節(jié)約了一次性投資，又節(jié)約了運行成本，該項技術(shù)目前還處于技術(shù)研發(fā)階段，具有非常廣泛的市場前景。

圖1 曲柄式飛剪

圖2 回轉(zhuǎn)式飛剪

圖3 曲柄-回轉(zhuǎn)式飛剪

3 優(yōu)化剪切的思路

3.1 倍尺飛剪控制

倍尺飛剪的控制主要集中在：剪刃精確定位、剪刃啟動時間計算、剪切速度控制和優(yōu)化剪切[3]。

精確定位：剪刃的精確復(fù)位，目前主要有：軸定位法和位置閉環(huán)控制。

啟動時間計算：選擇飛剪的啟動時機(jī)。

剪切速度控制：倍尺飛剪在剪切時的剪刃運行水平線速度與鋼材的實際速度的匹配。控制系統(tǒng)應(yīng)配有鋼材速度檢測元件和計算模塊。

3.2 優(yōu)化剪切目的

(1)尾鋼長度必須滿足最短上冷床長度要求

(2)尾鋼長度與倍尺長度不能相差太多，否則依靠冷床齊頭擋板不能實現(xiàn)齊頭。

3.3 優(yōu)化剪切前提條件

(1)精確計算軋件速度。

(2)精確計算軋件全長，對尾鋼長度進(jìn)行預(yù)報。

3.4 優(yōu)化剪切的種類

(1)全長優(yōu)化剪切：利用粗軋某個機(jī)架的電流信號進(jìn)行長度預(yù)報，這用方法的優(yōu)點是飛剪有足夠的時間對長度進(jìn)行優(yōu)化剪切；缺點是由于粗軋后、中軋后飛剪需要切頭尾，因此長度預(yù)報精確度不高。

(2)末刀優(yōu)化剪切：利用末架軋機(jī)的編碼器計數(shù)進(jìn)行預(yù)報，此時剩余的可供優(yōu)化鋼材較短，飛剪只能對最后一刀進(jìn)行優(yōu)化，不夠靈活，經(jīng)常會出現(xiàn)拒剪或漏剪，造成后續(xù)亂鋼。

(3)最后幾刀優(yōu)化剪切：利用安裝在中軋機(jī)組第一架軋機(jī)前、2#飛剪后的熱金屬檢測器進(jìn)行鋼材長度預(yù)報，待軋件進(jìn)入中軋機(jī)組后就可以進(jìn)行全長預(yù)測，待熱剪檢測到尾部時，就可以啟動優(yōu)化剪切。這種方法使得飛剪有足夠的時間對最后兩刀或者三刀進(jìn)行優(yōu)化剪切計算。

目前，一般均采用第三種優(yōu)化剪切思路。

3.5 優(yōu)化剪切的過程

當(dāng)2#飛剪后的熱剪檢測到鋼材尾部時[4]，控制系統(tǒng)應(yīng)能計算出此時剩余的尾鋼長度，并能根據(jù)目標(biāo)計算出剩余的成品鋼材是按照正常的倍尺長度剪切還是按照優(yōu)化剪切長度剪切及優(yōu)化剪切時最后幾刀的剪切長度。一般都預(yù)先在程序內(nèi)設(shè)定尾鋼的長度范圍，如果在范圍之內(nèi)，則直接剪切；如果在長度范圍之外，則可以向倒數(shù)第二刀借1個或2兩個定尺，如果倒數(shù)第二刀不夠借，可向倒數(shù)第三刀借1個或2個定尺；如果尾段長度特別短，也可以把尾刀送1個或2個定尺到倒數(shù)第二刀和第三刀但必須保證倒數(shù)第二刀和第三刀增加長度后不能超出冷床允許的最大長度。

4 剪切長度及精度的影響因素

倍尺飛剪的剪切長度依賴脈沖當(dāng)量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，脈沖當(dāng)量的大小直接影響剪切精度。目前獲得脈沖當(dāng)量的方法主要有輥徑優(yōu)先和測量優(yōu)先。一般軋鋼初期，可采用輥徑優(yōu)先法，經(jīng)過幾根鋼軋制后，確認(rèn)熱檢測量準(zhǔn)確后，再使用測量優(yōu)先[5]。

另外影響剪切精度的因素還有由于熱檢工作環(huán)境導(dǎo)致的誤發(fā)或者不發(fā)信號、軋輥磨損、每根鋼長度變化等，這些因素一方面可以通過改善現(xiàn)場環(huán)境避免，一方面可以通過系統(tǒng)設(shè)置避免。總之，優(yōu)化剪切是一個系統(tǒng)工程，因廠而宜，必須在生產(chǎn)中不斷的摸索。

5 結(jié)論

在小型棒材生產(chǎn)中，倍尺飛剪的高精度剪切一直是熱點和難點，同樣如果能充分利用優(yōu)化剪切功能，也能為企業(yè)帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益。希望本文能為相關(guān)人員提供一定的參考。