CN106670241A - 一种缩短轧钢生产线连续出钢时间间隔的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种缩短轧钢生产线连续出钢时间间隔的装置及方法，属于轧钢生产线设备及工艺技术领域，用于缩短轧钢生产线连续出钢时间间隔。其技术方案是：在首架轧机前在距离首架轧机轧辊中心线一个整段钢坯长度的位置，放置一个热金属检测器，用这个热金属检测器所监测到的钢尾信号来替代咬入轧机时的含钢信号。当识别到后面这根钢坯头部恰好咬入首架轧机时，首架轧机的交流主电机开始速降。依靠下游机架不断加快的轧制速率和“低速持续时间”和“低速比例设定”来保证合理的分钢距离。从而以首架轧机作为分钢点实现安全分钢，保障后续关键设备正常运转，达到在不影响生产工艺的前提下缩短了钢坯轧制间隔时间、提高了生产效率、大幅降低能耗的效果。

Description

一种缩短轧钢生产线连续出钢时间间隔的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于缩短轧钢生产线连续出钢时间间隔的装置和方法，属于轧钢生产线设备及工艺技术领域。

背景技术

“轧钢”是钢材生产中的最后一个环节。将加热炉预热后的不同规格的钢坯，依次经过在一条直线上放置的十数架或者数十架数量不等的、由交直流励磁电机拖动的连轧轧机，轧制成为不同规格的成品钢材。这一生产过程属于金属压力加工。从首架轧机开始到末架轧机结束，连轧中的钢坯每经过一架轧机，钢坯都会被轧机的两组轧辊压缩一定大小的尺寸。并且每经过一架轧机后，根据体积秒流量相等的原理，经过轧制，直径缩小后的钢坯的行进速度要比轧制前快。因此经过连轧轧机轧制的钢坯的行进速度是不断被加快的，并且在经过产线最末端的成品轧机后速度会达到最大。

原有的轧钢工艺，从加热炉出炉后的相邻两根钢坯之间总会严格的保持数秒的时间间隔，用以保证活套、飞剪正常动作所依据的自动化热金属检测器信号能够识别出相邻两钢。现代轧钢工艺采用的是无张力轧制，在每两架轧机间都有一座能够起落的活套装置。在活套扫描器识别到有钢经过后会做出起套动作，将钢向上顶起，形成一个拱形，目的是防止轧机间经常出现的堆钢事故。而在活套扫描器的有钢信号消失之后又会做出落套动作，落到低位，等待下一次识别到有钢信号时再执行起套动作。如果在无钢的情况下没有落到低位就会导致后面行进中的钢撞到升起的活套辊上造成堆钢。同理，位于轧线中后端的、用于切头切尾和切倍尺的飞剪也依靠各自的热金属检测器信号的正常识别来做出剪切动作。因此，假如缩短出炉后的相邻两根钢坯之间的时间间隔将其头尾相连轧制，就会使得热金属检测器一直检测到有钢而无法正常识别出前后两根钢坯。飞剪与活套因此动作异常从而造成堆钢事故。这数秒不等的时间间隔在一定程度上影响了生产节奏，同时也造成了轧机电机空载时的能源消耗。

现有的自动化控制逻辑中，物料识别是依靠轧机在咬入钢坯的一瞬间，电流快速升高，超过了“设定门槛值”进而发出含钢信号，这个电流模拟量含钢信号就是钢坯咬入轧机的识别标志，后续的级联调速以及各种工艺控制都用到这个信号。现在由于钢坯之间首尾相连，轧机始终处于咬钢状态，轧机含钢信号会持续不间断，因此不能正常识别到是前钢咬入还是后钢正在咬入的情况。

目前，在从电流模拟量到数字量转变的模式情况下无法在首架轧机处安放信号传感器，因为轧辊中心线是一个非常精确的位置，由于轧机轧辊体积过大，无法在这个空间上放置一个数字量信号传感器。查阅相关资料发现，即便有在轧辊中心线处成功放置信号传感器的案例，也会因达不到一定的精确度，从而影响了后续相关步骤。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种缩短轧钢生产线连续出钢时间间隔的装置及方法，这种装置及方法可以缩短相邻两根钢坯的出钢间隔时间，实现相邻两钢头尾相连进入产线轧制，同时还能够保证飞剪、活套的正常动作，达到提高生产效率、降低能耗的效果。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种缩短轧钢生产线连续出钢时间间隔的装置，它包括一个热金属检测器和热金属检测器支架，热金属检测器支架位于轧钢生产线的首架轧机前端一侧，热金属检测器安装在热金属检测器支架上，热金属检测器的探头与首架轧机的轧辊中心线之间的距离等于所轧制钢坯的长度，热金属检测器的信号输出端与信号处理模块相连接，信号处理模块通过控制装置与首架轧机的交流主电机的变频调速器相连接。

上述缩短轧钢生产线连续出钢时间间隔的装置，轧钢生产线的首架轧机前端一侧设置有滑道，滑道沿着钢坯运行的方向，热金属检测器支架的下部与滑道配合连接，热金属检测器支架与滑道为滑动配合。

一种使用上述装置实施缩短轧钢生产线连续出钢时间间隔的方法，它采用以下步骤进行：

a．在首架轧机前端外侧铺设滑道，在滑道上安装热金属检测器支架和热金属检测器，将热金属检测器的探头与首架轧机的轧辊中心线之间的距离调整至所轧制钢坯的长度；

b．操作人员通过设定，调整进入首架轧机之前承载钢坯的辊道速度超前率，即顺着钢坯前进方向，依次由高到低设置各段辊道的速度超前率，使得后一根从炉口出来的钢坯不断追上前一根钢坯，在进入首架轧机之前，最晚在进入轧机的一刻完成首尾相连；

c．设定首架轧机的交流主电机的“低速持续时间”和“低速比例设定”两个参数，将这两个参数输入到热金属检测器连接的信号处理模块中；

d．信号处理模块通过“低速持续时间”和“低速比例设定”两个参数对热金属检测器输入的信号进行处理，处理后发出速度指令通过传动控制装置输送到交流主电机的变频调速器，即刻发给首架轧机的交流主电机一个速降命令，以控制首架轧机的速降比例和持续时间。

上述缩短轧钢生产线连续出钢时间间隔的方法，所述“低速持续时间”参数限定为0至9秒；“低速比例设定”参数限幅在70%至100%区间。

本发明的有益效果是：

本发明用放置的热金属检测器所监测到的数字量钢尾信号来替代钢坯头部咬入轧机时的电流模拟量含钢信号。采用这个创新设计后，利用钢尾信号消失的稳定性，不会导致误信号，从而避免了在轧辊中心处放置传感器的难题。

本发明在解决了含钢识别的难点之后，通过对首架轧机降速解决了“分钢”技术难点。首架轧机降速中设定了“低速持续时间”和“低速比例设定”两个参数，以控制首架轧机速降比例和持续时间，最恰当的参数设定便可以满足前后两个钢坯在经过这个分钢点之后能保证合理的的跟钢间距，从而保证后续关键设备的正常动作（倍尺剪正常切倍尺；切头切尾剪正常切头尾；活套正常落套），也能正常保证架次之间的拉伸关系，保证了产品成材率。

本发明是轧机连轧中的首创，解决了行业内长期试图解决而解决不了的难题。通过本发明的设计，实现了钢坯以首尾相连的方式咬入首架轧机，并且在咬入首架的同时以首架轧机作为分钢点实现分钢，使得经过首架轧机之后的钢坯随着轧制速率的不断加快而拉开越来越长的间距，满足后续关键设备正常运转，达到了缩短钢坯轧制间隔时间、节约轧机交流主电机空载电流消耗、大幅降低能源消耗率的效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是分钢原来流程框图；

图3是分钢流程中的部件连接框图。

图中标记如下：首架轧机的轧辊中心线1、距离首架轧机轧辊中心线的一个钢坯长度2、热金属检测器3、热金属检测器支架4、滑道5、钢坯6、轧机轧辊7。

具体实施方式

本发明所要解决的技术问题是：

首先，使得钢坯在咬入首架轧机之前首尾相连进入产线轧制。由于加热炉出钢节奏受到炉内步进梁循环动作时间的影响，根钢之间存在出炉时间差，前后两根钢坯出炉之后便存在一个距离间隔。这就需要调整进入首架轧机之前承载钢坯的辊道速度超前率。顺着钢坯前进方向，依次由高到低设置各段辊道的速度超前率，使得后一根从炉口出来的钢坯不断追上前一根钢坯，在进入首架轧机之前，最晚在进入轧机的一刻完成首尾相连。这些由岗位操作人员即可进行设定。

其次，要对连续进入轧制生产线的两根钢坯进行识别，解决目前设备无法正常识别出前后两根钢坯，飞剪与活套因此动作异常从而造成堆钢事故。

然后，必须设计出一种分钢方法，使得相邻两个钢坯在轧制到关键设备（飞剪与活套）之前分隔开一定的距离来，这个距离一方面要保证上述关键设备所依靠的信号检测装置能够区分行进中的前后两个钢坯，进而保证飞剪正常剪切、活套正常落套；另一方面，飞剪的正常剪切需要保证两个钢坯之间有约2米至3米左右的距离，以防止飞剪动作时剪臂误撞下一根钢坯，造成堆钢。

本发明所采取的技术方案是：

缩短轧钢生产线连续出钢时间间隔的装置包括一个热金属检测器3、热金属检测器支架4和滑道5。

图1显示，热金属检测器支架4位于轧钢生产线的首架轧机前端一侧，热金属检测器3安装在热金属检测器支架4上，轧钢生产线的首架轧机前端一侧设置有滑道5，滑道5沿着钢坯6运行的方向，热金属检测器支架4的下部与滑道5配合连接，热金属检测器支架4与滑道5为滑动配合。

图1、2显示，热金属检测器3的探头与首架轧机的轧辊中心线1之间的距离等于所轧制钢坯6的长度，热金属检测器3的信号输出端与信号处理模块相连接，信号处理模块通过控制装置与首架轧机的交流主电机的变频调速器相连接。

使用上述装置实施缩短轧钢生产线连续出钢时间间隔的方法，它采用以下步骤进行：

a．在首架轧机前端外侧铺设滑道，在滑道5上安装热金属检测器支架4和热金属检测器3，将热金属检测器3的探头与首架轧机的轧辊中心线1之间的距离调整至所轧制钢坯6的长度。

b．操作人员通过设定，调整进入首架轧机之前承载钢坯6的辊道速度超前率，即顺着钢坯6前进方向，依次由高到低设置各段辊道的速度超前率，使得后一根从炉口出来的钢坯6不断追上前一根钢坯6，在进入首架轧机之前，最晚在进入轧机的一刻完成首尾相连。

c．设定首架轧机的交流主电机的“低速持续时间”和“低速比例设定”两个参数，将这两个参数输入到热金属检测器3连接的信号处理模块中，“低速持续时间”参数限定为0至9秒；“低速比例设定”参数限幅在70%至100%区间。

d．信号处理模块通过“低速持续时间”和“低速比例设定”两个参数对热金属检测器3输入的信号进行处理，处理后发出速度指令通过传动控制装置输送到交流主电机的变频调速器，即刻发给首架轧机的交流主电机一个速降命令，以控制首架轧机的速降比例和持续时间。

采用以上技术方案后，解决了钢坯在咬入首架轧机之前首尾相连进入产线轧制、以及对连续进入轧制生产线的两根钢坯进行识别的问题。具体来说，滑道5上的热金属检测器支架4能够根据不同长度的钢坯6调整距离首架轧机轧辊中心线的一个钢坯长度2的位置。以12米长规格的钢坯6为例，这个位置就是距离首架轧机轧辊中心线12米处，放置一个热金属检测器4，用来检测钢尾消失的时刻，由于前后两根钢坯在这个位置时根钢间距尚存在，能够满足检测装置的正常检测，不会产生连钢信号。这个时刻恰好就是本段钢坯6恰好咬入首架轧机的时刻。即：用放置的热金属检测器3所监测到的数字量钢尾信号来替代钢坯6头部咬入轧机时的电流模拟量含钢信号。采用这个创新设计后，利用钢尾信号消失的稳定性，不会导致误信号，从而避免了在轧辊中心处放置传感器的难题。

以上技术方案同时解决了“分钢”技术难点，考虑到轧钢工艺中级联调速的特点：“调整下游机架的速率会跟进影响到上游机架，使得上游所有机架的速率跟着被调整”。为了不影响生产工艺的改变，消除因调控某架轧机的速率而导致的级联调速影响。本发明将分钢点设定为最上游的架次，即在首架轧机处实现分钢。在分钢过程中，借助轧钢生产线中钢坯会被逐渐拉伸加速的特征，本发明创造性地利用速降的方法的实现分钢。值得注意到的一点是，这个速降是有时间长度和比例大小要求的，这主要是考虑到钢坯在经过首架轧机之后会陆续进入到第二架次、第三架次等等，如果速降时间过长，或者速降比例过大，待钢坯咬入后续架次之后便会影响到架次之间钢坯的堆拉关系，造成过度拉伸，甚至拉断，影响产品质量和成材率。因此还需将低速持续时间和低速比例设定这两个因素考虑进来。使得最好在钢坯咬入第二或者第三架次之前就完成速降过程并恢复原始速率。

具体的分钢过程如下：首尾相连的前后两钢，当识别到后面这根钢坯头部恰好咬入首架轧机时，位于首架轧机轧辊中心线1前一个整段钢坯长度位置处的热金属检测器3会发送给电机调速装置一个速降信号，这个速降信号通讯至西门子s120传动控制系统中交流主电机的变频调速器，此时首架轧机的交流主电机通过变频器的速度调节下速降，借助轧钢生产线中钢坯会被逐渐拉伸加速的特征，轧制速度不断加快，前一跟钢坯的速度越来越快，后面这跟钢坯由于刚刚咬入被速降的首架轧机，从而与前一根钢坯保持了一个越来越大的距离。从而依靠下游机架不断加快的轧制速率来保证了这个合理的分钢距离。（上述速降信号是通过一个含有斜坡函数的信号处理模块后发出的）。此时还需要调节合理的分钢距离。为了方便岗位工艺操作人员可控制这个距离的大小。本发明在相对应的wincc主控画面上写入了人为可调的“低速持续时间”和“低速比例设定”两个参数设定块。并且，一方面结合工艺经验，保证架次之间合理的堆拉关系，另一方面也为防止操作人员输入参数时的失误操作，系统中设置了限幅：“低速持续时间”限定在0至9秒；“低速比例设定”限幅在70%至100%区间。通过操作人员设定这两个参数，就可以控制首架轧机速降比例和持续时间。通过经验尝试，最恰当的参数设定便可以满足前后两钢在经过这个分钢点之后能保证合理的的跟钢间距，从而保证后续关键设备的正常动作（倍尺剪正常切倍尺；切头切尾剪正常切头尾；活套正常落套）。也能正常保证架次之间的拉伸关系，保证了产品成材率。

图2显示，分钢原理流程图为分钢操作中速度闭环框图。图中的原始速度是西门子s120传动控制系统中交流电机主轴上编码器采集的速度模拟量。首尾相连的前后两钢，当识别到后面这根钢坯头部恰好咬入首架轧机时，通过一个有斜坡函数功能的信号处理模块。原始速度输入被乘以一个可调参数k（低速比例设定）之后输出。处理过的速度指令通过已有的网络系统通讯至西门子s120传动控制系统中交流主电机的变频调速器，即刻发给首架轧机的交流主电机一个速降命令，此时首架轧机开始速降，依靠下游机架不断加快的轧制速率来保证合理的分钢距离。

图3显示，速度闭环中关键部件有交流电机主轴上编码器、step7信号处理模块、控制单元cu320、变频器，原始速度是西门子s120传动控制系统中交流电机主轴上编码器采集的速度模拟量，这个模拟量通过网络通讯到step7信号处理模块中，经过斜坡函数的k值（低速比例设定）缩小后，再经网络通讯至西门子s120传动控制系统中控制单元cu320，在cu320中经过代码换算处理通讯至变频装置中，进而控制交流电机的运转速度。交流电机编码器再度采集当前速度模拟量再度循环控制实现速度闭环。

图1、2、3显示，在上述技术方案中，把热金属检测器3检测到此段钢坯6消失的信号就作为本段钢坯6恰好咬入首架轧机轧辊7的含钢信号。一旦识别到钢坯6的咬入，信号处理模块将原始速度输入乘以一个可调参数k（低速比例设定）之后输出，即step7信号处理模块会立刻发给首架轧机的交流主电机一个速降命令，此命令发送至西门子变频器，由变频器控制首架轧机速降。待低速持续时间计满后，低速给定撤销，进入下一识别周期。不断循环往复，达到缩时、节能的目的。

本发明通过以上技术方案，实现了钢坯以首尾相连的方式咬入首架轧机，并且在咬入首架的同时以首架轧机作为分钢点实现分钢，使得经过首架轧机之后的钢坯随着轧制速率的不断加快而拉开越来越长的间距，满足后续关键设备正常运转，缩短了钢坯轧制间隔时间，节约了轧机交流主电机空载电流消耗，大幅降低能源消耗率。经过测算，采用本发明后，可提高轧制节奏7%-11%左右。节约交流设备空载运行时间约为每小时22-27.5秒，减少了空载下交流设备的电力能源消耗，达到了提高生产效率、 降低能耗的效果。

Claims (4)

1.一种缩短轧钢生产线连续出钢时间间隔的装置，其特征在于：它包括一个热金属检测器（3）和热金属检测器支架（4），热金属检测器支架（4）位于轧钢生产线的首架轧机前端一侧，热金属检测器（3）安装在热金属检测器支架（4）上，热金属检测器（3）的探头与首架轧机的轧辊中心线（1）之间的距离等于所轧制钢坯（6）的长度，热金属检测器（3）的信号输出端与信号处理模块相连接，信号处理模块通过控制装置与首架轧机的交流主电机的变频调速器相连接。

2.根据权利要求1所述的缩短轧钢生产线连续出钢时间间隔的装置，其特征在于：轧钢生产线的首架轧机前端一侧设置有滑道（5），滑道（5）沿着钢坯（6）运行的方向，热金属检测器支架（4）的下部与滑道（5）配合连接，热金属检测器支架（4）与滑道（5）为滑动配合。

3.一种使用上述装置实施缩短轧钢生产线连续出钢时间间隔的方法，其特征在于：它采用以下步骤进行：

a．在首架轧机前端外侧铺设滑道（5），在滑道（5）上安装热金属检测器支架（4）和热金属检测器（3），将热金属检测器（3）的探头与首架轧机的轧辊中心线（1）之间的距离调整至所轧制钢坯（6）的长度；

b．操作人员通过设定，调整进入首架轧机之前承载钢坯（6）的辊道速度超前率，即顺着钢坯前进方向，依次由高到低设置各段辊道的速度超前率，使得后一根从炉口出来的钢坯（6）不断追上前一根钢坯（6），在进入首架轧机之前，最晚在进入轧机的一刻完成首尾相连；

c．设定首架轧机的交流主电机的“低速持续时间”和“低速比例设定”两个参数，将这两个参数输入到热金属检测器（3）连接的信号处理模块中；

d．信号处理模块通过“低速持续时间”和“低速比例设定”两个参数对热金属检测器（3）输入的信号进行处理，处理后发出速度指令通过传动控制装置输送到交流主电机的变频调速器，即刻发给首架轧机的交流主电机一个速降命令，以控制首架轧机的速降比例和持续时间。

4.根据权利要求3所述的缩短轧钢生产线连续出钢时间间隔的方法，其特征在于：所述“低速持续时间”参数限定为0至9秒；“低速比例设定”参数限幅在70%至100%区间。