热轧飞剪剪切系统优化

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《冶金自动化杂志》2016年第三期

摘要:

为了解决激光测速仪故障对热轧飞剪优化剪切系统的影响，对飞剪优化剪切系统的组成和剪切原理进行研究，分析了影响系统运行的关键因素，提出在检测元件故障时的解决方案，对优化剪切系统进行改进。改进后，提升了优化剪切系统的运行稳定性，取得了良好的应用效果。

关键词:

飞剪;优化剪切系统;激光测速仪;热轧

在攀钢钒有限责任公司热轧板厂带钢生产线中，飞剪安装在粗轧机和精轧机之间，主要用于切除从粗轧运送过来的中间坯头部和尾部的形状不规则和低温部分，以利于精轧机组顺利轧制，保证成品的质量和性能［1］。为了保证把中间坯不需要的部分切掉，飞剪剪切控制系统包含两种方式［2］:一种为PLC方式，由基础自动化系统完成;另一种为优化剪切方式，由专门的优化剪切控制系统完成。优化剪切方式为飞剪的主要工作方式，只有在优化剪切系统故障的情况下才由操作人员切换到PLC方式。攀钢热轧板厂优化剪切系统于2003年投入使用，由剪区域环境恶劣，水、油、温度对检测元件影响很大，因此剪切效果一直不理想。2014年9月，优化剪切系统激光测速仪损坏且无备件，导致优化剪切系统不能使用。为此，通过对优化剪切系统的切尾功能进行优化，提升系统运行的稳定性，更好地实现剪切功能。

1系统组成

飞剪安装在精轧除鳞系统前，其优化剪切系统由剪切成像系统、钢坯跟踪系统和剪切控制系统三部分组成。剪切成像系统由安装在粗轧末机架出口的测宽仪系统和激光测速仪组成，主要完成钢坯头部和尾部图像的成形并确定优化后的剪切长度(操作人员也可根据头部和尾部的温度状况微调剪切长度)。钢坯跟踪系统由安装在飞剪前的扫描式HMD(热金属检测器)和激光测速仪组成，主要用于中间钢坯头尾位置的精确跟踪和运行速度检测。剪切控制系统由剪切控制单元和飞剪传动装置组成，其主要功能是根据剪切长度、中间钢坯头部尾部位置和中间钢坯的速度，计算出剪切启动时间和剪切速度，并下发给飞剪传动控制装置，同时对剪切过程进行闭环实时控制，最终保证剪切精度［3］。优化剪切系统整体布局如图1所示。

2系统原理

板坯在粗轧区轧制时，优化剪切成像系统获取中间坯的头尾信息并确认中间坯剪切线位置和长度。当粗轧最后一道次完成时，控制程序请求成像系统发送剪切信息到剪切控制单元;在带钢尾部到达扫描式HMD时，飞剪做好切尾准备工作，飞剪控制系统根据飞剪转鼓等待位置、扫描式HMD和飞剪之间的距离、成像系统确认的剪切长度以及飞剪入口激光测速仪检测到的速度计算转鼓的运行加速度设定值，使飞剪剪刃恰好沿成像系统确定的剪切线开始剪切中间坯。这样既能保证剪切精度，又能保证剪切时飞剪转鼓速度与中间坯运行速度一致或偏差很小，保护飞剪转鼓［4］。剪切原理如图2所示。剪切控制的关键是计算飞剪启动时刻。在剪切尾部时，当中间坯尾部经过扫描式HMD且延时时间T后，启动剪切，就能剪出符合设定长度的中间坯尾部［5］。

3缺陷及优化方案

3．1系统缺陷通过上面的分析可知，在优化剪切系统运行时，飞剪前的激光测速仪起着至关重要的作用，其检测结果直接影响飞剪的剪切质量。飞剪区域的设备状态极其复杂，现场环境恶劣，高温带钢表面的氧化铁皮、除鳞水汽、现场的油污等都影响着激光测速仪的检测精度，从而影响剪切效果［6］。如果切尾效果差，尤其是切尾不准，就会给生产和人身带来极大的危害:(1)切尾过大，会造成尾巴卡在飞剪导槽或其他位置，影响生产，同时增加生产过程的切损率;(2)切尾过小，会造成带尾被带到轧线其他设备，需要操作人员停机处理，给操作人员带来人身安全威胁，而且由于中间坯温度差或形状不规则部分未切除干净，因此会影响生产顺行和产品质量。2014年11月，攀钢热轧板厂优化剪切系统的激光测速仪损坏，中间坯速度失去了准确的检测依据，而其他设备速度与中间坯运行速度有较大偏差且没有明显对应关系，因此只能由操作人员在观察辊道的速度后手动输入切尾速度或使用优化剪切系统默认的切尾速度，剪切效果得不到保证，极大影响了生产和产品成材率，增加了操作人员的劳动强度和处理切尾不准的风险。

3．2优化方案优化的思路就是在激光测速仪发生故障后，找到准确的中间坯运行速度。根据轧制过程中金属秒流量相等的原则(忽略轧制过程中宽度的变化)，中间坯的运行速度V计算。

3．2．1中间坯厚度中间坯厚度即粗轧末道次厚度。在原控制系统设计中，中间坯的厚度由热卷箱操作人员根据轧制规程手动输入，而且由于热卷箱本身对此厚度精度要求不高，同时有激光测速仪检测中间坯速度，因此一般操作人员对此参数修改次数不多。在激光测速仪损坏后，此厚度对于计算中间坯速度非常重要，而粗轧出口没有测厚仪，因此只能通过粗轧机厚度模型计算中间坯厚度。粗轧机末道次辊缝即为中间坯厚度。通过与飞剪剪切下来的中间坯头尾厚度测量校核，模型计算的厚度误差小于0.3mm，而中间坯的厚度一般都大于30mm，总体误差小于1%，因此，此厚度计算值可以用于后续控制。

3．2．2精轧机出口带钢厚度在生产过程中，只有精轧末机架即F6出口的厚度是可测量的，且厚度变化量非常小(一般使用成品厚度设定值作为F6出口厚度)，精轧末机架一般只用于调整板形，其速度变化很小。其他机架的出口厚度都是间接计算得到，而中间坯的运行速度与首机架的速度和轧机辊缝密切相关，因此就利用精轧首机架F1的出口厚度和速度计算中间坯的运行速度。然后，计算F1咬钢后的出口带钢厚度。在轧制过程中，厚度控制系统和活套调节系统等均会对F1轧机的辊缝进行调节，但此调节量比较小(一般小于100μm)，因此，出口带钢厚度变化量近似等于轧机辊缝的变化量，则可算出F1咬钢后的出口带钢厚度。

4应用效果

4．1提升剪切精度在未优化前，由于操作人员手动设定的切尾速度和其他速度与中间坯的实际速度误差大，因此剪切精度很差，经常出现切头切尾过大或者根本切不到的现象，剪切长度很不稳定。在优化完成后，切头切尾长度固定，一般为150～250mm之间，满足生产需求，剪切精度明显提高，因此头尾切损量也得以大幅下降，如表1所示。从表1可得出，2014年全年的平均切损率为0．66%，但在激光测速仪损坏且没对优化剪切系统进行优化的11月，其切损率上升到0．79%，经过对剪切系统的切尾速度进行优化，其后2个月的切损率降为0．56%和0．64%，切损率降幅明显，优化效果显著，提高了产品成材率。

4．2减轻工人劳动强度在未优化前，切尾速度由操作人员针对每块钢进行手动设定，增加了操作人员的劳动强度，稍有疏忽，就有可能产生剪切不准而带来较严重后果和处理故障的劳动风险。优化后，切尾速度由控制系统自动算出，操作人员对中间坯运行速度基本可以不关注，极大减轻了操作人员的劳动强度，降低了处理废钢的劳动风险。

4．3提高系统运行稳定性(1)降低故障时间，保障生产顺行。激光测速仪损坏后，由于未找到合适的方法来解决中间坯速度问题，因此基本上每天都会出现1～2次的飞剪剪切故障，每次处理时间多则0.5h，少则5min，整个2014年11月，因飞剪剪切问题影响生产的时间超过1h。同时，在出现切尾故障时，一般会造成切头坑堵塞或因中间坯尾部切不断而带入其他设备等现象，这样给故障后续处理带来极大困难和人身伤害风险。对剪切系统优化后，此类的问题在2014年12月及以后的生产过程中没有出现过，保证了生产过程顺利稳定进行，提升了产品质量管控水平。(2)克服季节和环境影响，提高剪切稳定性。热轧板厂飞剪和F1轧机之间的中间坯温度高达1000℃，水汽非常大，给激光测速仪的检测带来极大的干扰，特别是在冬季，现场雾气弥漫，激光测速仪的检测精度和可靠性受到非常大的干扰，影响了飞剪剪切的质量。在用计算速度代替激光测速仪速度后，从2014年冬天飞剪的运行情况来看，剪切效果良好，未受到气候的影响，大幅减小了季节和现场环境对剪切效果的影响，提供了可靠的备用速度方案。5结束语通过对优化剪切系统速度测量方式的研究并进行优化，很好地提升了优化剪切系统运行的稳定性，保证了系统的剪切效果，并大幅降低了飞剪的切损率，减轻了工人的劳动强度，取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献:

［1］刘锐，刘惠康，周文玲．基于S7-300PLC的飞剪模糊控制系统［J］．冶金自动化，2015，39(2):63．

［2］王建军，洪志祥．马钢热轧横切线上的急停系统［J］．冶金自动化，2013，37(2):87．

［3］杨天贵，许劼．武钢三热轧1580mm热轧机飞剪控制模型［J］．冶金自动化，2009，33(3):25．

［4］陈刚，万险峰，刘洋，等．热轧切头飞剪异常剪切的原因分析及治理［J］．轧钢，2014，31(4):83．

［5］李雪民．热轧机优化剪切系统介绍［J］．一重技术，2005(5):7．

［6］孟和平，宦晓峰，贾波．优化剪切系统在热轧厂的应用［J］．仪表技术与传感器，2010(2):106.

作者：罗付华 单位：攀枝花钢钒有限责任公司热轧板厂