鑄坯實重在線檢測技術開發

趙陽

(撫順新鋼鐵有限責任公司煉鋼廠 遼寧撫順 113001)

1 前言

鋼材行業競爭激烈，國內外鋼鐵企業都在不斷尋求進一步降低生產成本的途徑或方法，在煉鋼連鑄領域，連鑄定尺系統非常重要，定尺的控制精度直接影響到連鑄坯的成材率，若切割出的連鑄坯過長會造成原料很大的浪費，若切割出的連鑄坯過短，軋鋼工序就軋制不出來所需規格成品的螺紋鋼或線材，形成短尺[1]等現象。

國內外現有的檢測技術主要有“機械碰球式”、“編碼器”和“攝像機”，由于攝像機技術具有非接觸檢測、檢測精度高、維護方便等優點正逐漸取代接觸式檢測、檢測精度差、維護量大的“機械碰球式”和“編碼器”技術。在這種背景下，新鋼鐵也開始應用基于攝像機技術的鑄坯實重在線檢測技術，取代原有的“機械碰球式”技術。

2 連鑄機主要參數

煉鋼廠現有5臺小方坯連鑄機，軋鋼廠有棒材螺紋鋼生產線3條，線材生產線1條，鑄坯通過輥道或保溫車形式進行轉序，以HRB400E系列低合金鋼作為研究對象，現場工藝條件如表1。

表1 現場工藝條件

3 技術要求

1)定尺系統檢測精度：±20mm。

2)定位系統檢測精度：±20mm。

3)重量計量精度：≤1.5‰(靜態)。

4)系統控制精度:≤3‰(在連鑄機等設備工作穩定的情況下)。

5)稱重周期：≤25～60s。

4 設備技術性能

4.1 設計原理

該系統采用先進的圖像處理技術(非接觸式)在線識別熱鋼坯的長度，自動控置剪切機定尺切割熱鋼坯，檢測、顯示運行狀態,通過紅外攝像機遠距離采集運動鋼坯的圖像信息。

計算機對圖像信息進行模式識別程序處理，形成操作信息并轉換為規定格式的電信號，通過執行機構對熱鋼坯進行剪切，控制鑄坯剪切長度。

閉環狀態下，系統進行定重方式切割，稱重信號閉環返回系統進行運算，實時在線按重量微調定尺長度[2]。

4.2 系統工作流程

系統總體布置及工作流程示意圖如圖1。

圖1 系統總體布置及工作流程圖

閉環狀態，系統進行定重方式切割。當鋼坯由輸送輥道運至電子秤位置時，人工或自動停止輥道運轉。啟動液壓系統控制升降油缸，油缸將鋼坯提升到位后停止在一個固定位置，稱重傳感器將重量信息傳輸給稱重儀表，儀表將稱重數值傳送給定尺系統進行閉環運算；將鋼坯落下到傳輸輥道上，啟動輥道將鋼坯運走，系統進入下一個各種循環。稱重數值閉環返回系統后根據相應公式計算，實時在線按重量微調定尺長度。實際稱重過程中每只液壓油缸升降行程約400mm；以保證下支鑄坯到來前稱重完畢并閉環調整。

4.3 系統工作特點

1)定重定長兩種切割方式，靈活選擇，在線切換。

2)可以儲存不同規格、不同截面的各種定尺，每流200個。在線自動轉換，快捷方便。

3)每流可根據用戶的要求發出預夾緊、夾緊、切割、輥升、輥降切割車的返回等信號。

4)操作員還可以通過監視器和鍵盤，手動控制切割方式的轉換，以備特殊情況下使用。

5)操作員可用鍵盤或鼠標，改變各種控制參數，調整運行狀態，參數可有選擇地存盤，不需每次設置。同時可手動控制切割方式轉換，以備特殊情況下使用。

6)采用雙屏4攝像監控方式，系統識別偏差1mm，設備正常情況下(如：切割車能自動回到零位)，系統定長剪切誤差為0～20mm，定重誤差0～3kg。可對誤差范圍進行微調，使誤差在最小值。

7)系統光標可對定尺實時跟蹤，不斷顯示鋼坯長度數據。監視器實時顯示當前的熱鋼坯的運行狀態，顯示相應參數，如：切割狀態、定尺長度、每流拉速等，統計并顯示每流切割根數、總切割根數及總產量。

8)可按班次對生產進行管理。每班接班時電子簽到，簽到后當班的鋼種、定尺、鋼坯規格，每流切割支數、產量、總產量等數據，記入該班生產數據庫，生產數據庫可按時間、班組等查詢。

4.4 稱重系統特點

1)有效解決連鑄坯稱重場合存在高溫(800℃左右)輻射、對稱重機械的熱傳導和水蒸氣等。

2)有效濾除秤架的動態升降帶來的傳感器機械穩定性和重復性影響。

3)前后提升機構的同步提升，采用高精度傳感器，匹配高精度稱重測量和控制技術，提高稱重穩定性和精度。

4)稱重數據中正確有效的提取，抗干擾解決。

5)稱量周期短，適應現場快節奏生產頻率。

6)稱量為吊掛方式，即使故障時也不會與現場生產發生沖突；吊起后方向準確，秤體穩定，準確落回原位；與吊掛連接結構設計合理，便于維修更換。

5 存在的問題

統計近幾年數據，5臺連鑄機稱重合格率情況如表2。綜合稱重合格率為69.65%，從效果確認來看，相對原來的機械碰球式技術，連鑄機定重定尺切割系統的投入使用，提高了鑄坯稱重合格率，使軋鋼轉序鋼坯的重量波動大幅減少，軋線的亂尺材數量減少，有了一定的進步，但隨著定重系統的投入運行，也出現了一些問題，主要因其特殊的工作環境及結構形式造成，稱重不穩定現象增多，使用合格率低，走定尺的情況較多。針對上述問題，進行技術攻關，稱重系統使用穩定性提高，稱重合格率提高。

表2 稱重合格率統計表 (單位：%)

6 二次改善

6.1 吊環高度調整

吊環是提升鋼坯的器具，每只吊環在使用中必須同時受力在同一高度。現場使用時吊環高度會發生變化，但傳感器連接件螺絲扣短，造成上下調整距離受到限制，吊環難達到同一高度，將傳感器連接件從長度100mm加長至200mm，見圖2。

圖2 傳感器連接件圖

6.2 吊環形式改善

由于現場制作的吊環限位裝置是V型滑槽形式，且下端是固定在緊挨輥道的一根鋼梁上。鋼梁隨著現場高溫的烘烤易發生扭曲，使限位裝置發生位置改變。吊環就刮碰限位造成測量失準，采用槽鋼做成限位增大間隙，見圖3，此方法雖說不刮卡了，但失去限位的作用而沒采用，最終選用在吊環兩端懸掛兩根鏈條形式，防止旋轉頂碰鋼坯，改善后見圖4。

圖3 增大間隙的吊環圖

圖4 鏈條形式吊環圖

6.3 傳感器

6.3.1 傳感器更換

現場安裝的傳感器不是耐高溫的，經常出現持續高溫烘烤導致性能下降造成停秤。把原TSH-2傳感器更換成CZL-YB-1FS耐高溫式的[3]。改善后延長了傳感器的使用壽命，設備運行穩定性提高。

6.3.2 電纜防護

傳感器電纜裸露在外面，現場高溫烘烤易造成電纜芯線短路損壞。將電纜穿入阻燃穿線管后并纏繞石綿布進行防護，解決了電纜被高溫烘烤的問題。傳感器電纜被遮擋的面積是有限的，鋼坯的熱輻射太強。在原隔熱罩外沿制作隔熱板,防護面積擴大30%，極大降低了熱源的輻射。

6.4 檢修開關

每次檢修儀表需要斷電時，沒有分控開關，只有1只總開關，不論檢修哪1臺儀表都得全部斷電檢修，影響其它流的正常使用。在儀表盤內增設分控開關，檢修不受影響，也便于維修。

6.5 吊環數量

秤臺下方的吊環數量少、距離遠，稱重時鋼坯上升到位后抖動嚴重，數據很難穩定下來。增加吊環數量，每流為3個吊環，有效減緩秤臺的抖動。

6.6秤臺擺動

秤臺升起后由于每只吊環受力點在秤臺上方重心過高，造成秤臺左右擺動，稱量數據不穩定。將每只吊環長度縮小6cm，斷開重新焊接，降低受力點高度，把每只吊環的上方固定支架改成鐵板,降低高度10cm，有效減緩秤臺擺動。

6.7橋架抖動

連鑄機的四個流在稱重時上升、下降產生的震動都會影響液壓橋架的抖動，最終影響其它流的數據不穩定。在液壓橋架的下方焊接備筋提高強度。橋架的抖動問題得到解決，稱量數據不受此問題的干擾。

6.8鎖緊固定

運行中發現每只傳感器的上下連接螺桿由于旋轉易造成傳感器頂死，使傳感器不能正常工作現象頻發，見圖5，針對此現象，在原有的傳感器上下連接件的螺桿上加裝備帽將其鎖緊固定，連接件鎖緊后不再發生頂死的情況。

圖5 傳感器連接件圖

7 效果確認

表3 稱重合格率統計表 (單位：%)

經過二次改善后，統計稱重數據如表3，綜合稱重合格率上升至80.52%。

8 結論

1)通過開發應用鑄坯實重在線檢測技術，替代“機械碰球式”檢測技術，減少了鋼坯重量波動，提高了鑄坯稱重合格率。

2)結合稱重系統現場實際運行情況，不斷對稱重系統進行二次改善，使系統運行更加穩定，運行精度提高，減少轉序鋼坯重量波動，鑄坯稱重合格率提升至80%以上。

3)采用此稱重系統后,按每根鑄坯減少損耗1公斤/根，2019年鋼產量346萬噸計算，年可創效益約605萬元/年。