連鑄連軋加熱爐爐門控制系統的設計與應用

劉斌

摘 要：連鑄連軋工藝以一種連續、無間斷的組合式鑄軋工藝生產熱軋帶鋼。這種工藝類型的能耗和相關成本比傳統的單塊中間坯的不連續軋制工藝降低了45%之多，并且CO2排放大幅度減少。生產線長度最短僅為180米，布局遠比傳統熱連軋設備緊湊得多。投資成本和運行成本與單塊中間坯的不連續熱軋產線相比大幅度降低。許多鋼種都能夠采用這種連續鑄軋工藝生產出高質量的超薄產品。開發和發展熱軋板帶無頭軋制技術，在進一步提高板帶成材率、尺寸形狀精度與薄規格超薄規格比例、實現部分“以熱代冷”、降低輥耗等方面取得了顯著成績。該項技術是鋼鐵生產技術的又一次飛躍，代表了當今世界熱軋帶鋼的前沿技術。

關鍵詞：連鑄連軋;超薄產品;無頭軋制;以熱代冷

0 概述

該控制系統依托于一套西門子S7 1500 PLC，程序編寫使用SCL語言，上位機系統使用Intouch 10.1，結合現場檢測元件、軋制工藝和設備性能開發。系統控制功能適用于連鑄連鑄的單塊軋制板坯軋制半無頭軋制板坯軋制、全無頭軋制板坯軋制三種模式，操作人員可以在HMI界面進行干預操作，靈活地進行爐輥速度的控制。

為了確保單連鑄機連鑄連軋的生產線加熱爐的板坯位置的精準控制，實現爐內板坯溫度的準確控制，減少燃燒能耗的損失，根據現場檢測傳感器及板坯數據處理，具備單塊軋制板坯跟蹤、半無頭軋制板坯跟蹤、全無頭軋制板坯跟蹤等功能。結合1580連鑄連軋薄板項目的實際作業情況開發并應用了加熱爐爐輥分段控制軟件。

1 硬件及上位機設計

1.1 可編程邏輯控制器

采用一套西門子S7 1500標準型PLC。憑借快速的響應時間、集成的CPU顯示面板以及響應的調試和診斷機制，SIMATIC S7 1500的CPU極大地提升了生產效率，降低了成產生本。PLC與現場IO使用PROFINET標準總線，完全兼容工業以太網和現有的現場總線技術[1]。

1.2 上位機系統

上位機硬件選擇戴爾OptiPlex7070 MFF微型PC機，預裝64位Windows 10專業版系統，使用Wonderware系列產品Intouch 10.1界面開發軟件，具備易用的開發環境和廣泛的功能。整個HMI監控系統設計采用樹型結構，由監控主畫面及相應功能子畫面組成。在監控主畫面下端設有控制功能鍵，按動功能鍵可以依次進入相應子畫面，執行所需的功能。在每一個子畫面中可通過，上一頁、下一頁功能鍵在同一功能組中進行畫面切換，在任一子畫面都可以通過主畫面功能鍵退回到監控主畫面。系統自動采集相關數據，將板坯數據、板坯位置跟蹤、變頻器狀態等一些重要生產工藝參數顯示在主畫面上，便于操作人員的觀察。監控主畫面上還有生產過程的動態畫面顯示，在動態畫面上以各種形式模擬出主要控制設備的運行情況，例如光電傳感器的檢測、輥道電機的動作、旋轉電機的運行停止等，直觀、生動的反映出現場的過程，方便操作人員對生產情況、設備工況的了解[3]。

2 過程控制

主界面用于顯示爐內板坯跟蹤、當前設備狀態、板坯數據、關鍵傳感器信息和常用操作按鈕。并且包括入口擺剪、兩架粗軋機、2#擺剪和精軋入口的狀態顯示。界面如圖1所示。

加熱爐系統由兩座加熱爐組成，1#爐連接連鑄機和粗軋機，2#爐連接粗軋機和精軋機。現場加熱爐系統主界面為加熱爐跟蹤概覽界面，操作工平時主要使用該畫面，方便同時查看1#爐和2#爐的爐內板坯跟蹤狀態。

1#爐共包含49根爐輥，分為固定段和擺動段兩部分，固定段有25根爐輥，在擺動段有24根爐輥，其中1#輥和49#輥分別在入口爐門前和出口爐門后。每根爐輥有一臺電機驅動，每兩臺電機由一個變頻器控制。

1#爐分ABCD四段控制，其中固定段為AB段，擺動段為CD段。板坯進入爐內，固定段爐輥均為A速轉動，跟隨連鑄機速度;1#擺剪剪切后，加熱爐收到擺剪剪切完成信號，啟動加速，此時A速為扒縫速度;扒縫結束板坯尾部進入爐內后，板坯位置爐輥為B速運行，板坯前爐輥切回A速跟隨連鑄機速度，等待下一板坯進入;板坯尾部經過傳送點后，啟動傳送速度，直到將板坯送入擺動段，爐輥一次切回A速;當擺動段存在板坯尾部時，分為C速和D速，坯頭到出爐位置時，C速跟隨粗軋機，保證粗軋軋制。

2#爐共包含128根爐輥，編號從16#到144#，其中16#輥和144#輥分別在入口爐門前和出口爐門后。每根爐輥由一臺電機驅動，每兩臺電機由一個變頻器控制。

2#爐分EF兩段控制。板坯進入爐內，爐輥均為E速轉動，跟隨粗軋機出口速度;2#擺剪剪切后，加熱爐收到擺剪剪切完成信號，啟動加速，此時E速為扒縫速度;扒縫結束板坯尾部進入爐內后，板坯位置爐輥為F速運行，跟隨粗軋出口速度，等待下一板坯進入;板坯尾部經過傳送點后，啟動傳送速度，直到將板坯送到出爐位置時，E速跟隨精軋機，保證精軋軋制。

3結語

薄板坯連鑄連軋生產工藝具有效率高、可生產超薄熱軋帶鋼等諸多優勢。鋼坯的均熱和補熱一般采用輥底式加熱爐，將連鑄機和熱軋機組聯為一體，省去了板坯吊運、板坯裝料、并減少了和板坯再加熱有關的能耗。加熱爐處理不同種類、寬度和長度的板坯，可以裝入連鑄速度為2.0～6.0m/min的坯料，配合6.0～30.0m/min的軋制速度。整個系統長期正常地運行[2]。

本系統提出了一種連鑄連軋加熱爐爐輥分段控制，用于單連鑄機連鑄連軋的生產線。結合連鑄機和粗軋機的功能控制，入口與連鑄機速度保持一致，出口與軋機速度保持一致，爐內爐輥速度根據板坯位置和長度進行動態調節，在滿足板坯溫度基礎上，保證快節奏生產軋制。

參考文獻

[1] 孫平.可編程控制器原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2] 毛新平.薄板坯連鑄連軋微合金化技術[M].北京：冶金工業出版社，2008.

[3] 牛培峰.過程控制系統[M].北京：電子工業出版社，2011.