一钢轧中板全定尺轧制.doc

一钢轧中板全定尺轧制铸坯定尺自动调节装置提高铸坯质量、降低铸坯割损科研项目攻关2009年马钢设备科研攻关项目结题报告（攻关单位：一钢轧总厂、设备部、自动化部）1、立项原因：我厂供中板坯料的板坯连铸机是采用火焰切割机对铸坯进行切割的，铸坯经过一次火焰切割机切割成三倍定尺长度，再通过输送辊道将铸坯输送到二次火焰切割机切割成三块定尺坯料下线，再红送到中板生产线轧制成各种规格的板材，见图1。原设计主要存在问题有：图1 板坯定尺切割工艺流程图 1.1定尺：二次火焰切割系统只能切割1450mm、1650mm、1950mm三种长度规格的定尺坯，所以中板轧制的定尺船板种类也相对较少，在钢材市场好的情况下不愁无销路，以前客户购回定尺种类不多的船板，自己再根据实际需要进行裁剪，而现在客户是按实际需要购买各种定尺船板，所以只生产几种定尺船板远远不能满足船板市场的需求。另外还有一种情况：我厂在拿到订货合同后，根据合同需要生产定尺板，同时产生一块“带出品”。部分“带出品”可以通过裁剪，形成合同需要的定尺板以及边角料，剩下的“带出品”也成为了边角料，其中大部分边角料只能作为废钢。二切系统设备在进行铸坯切割运行时基本由人工通过按钮分散操作，在调定尺时，主枪可根据不同定尺进行自动定位，而付枪和切下辊道都是通过人工手动进行调整定位，劳动强度大，定尺规格少，定尺精度低，不适应快节奏生产。1.2切割：原板坯一次切割、二次切割每条割缝均采用门式两枪同时相向切割形式，由于两枪很难调整到一条线，在两枪相遇时铸坯割缝有不同程度的错位，错位宽度一般在510mm之间，当两枪相遇后，一杆枪返回，另一杆枪还要继续向前切割，以保证铸坯充分割断，其长度为100mm左右(见图2)，这样就形成了一条宽510mm、长100mm左右的切割损耗。1-辊道 2-割缝错位处 3-付枪 4-主枪 5-铸坯图2 双枪切割铸坯割缝错位示意图另外在两枪割缝交汇处，铸坯还有结疤、割缝大、中间割孔等缺陷（见图3），所以采用两枪切割铸坯割缝缺陷较多，对中板轧制质量和成材率有很大影响。 图3 两枪切割割缝交汇处缺陷2、攻关要点及实施方案2.1板坯全定尺切割及全定尺自动调节装置研发攻关2.1.1要点:为了满足客户对船板等各种板材定尺尺寸的要求，在板坯连铸机上开发全定尺切割技术及全定尺自动调节装置，即在板坯连铸机二次切割系统完成从13702000mm范围内的任意定尺铸坯的切割，客户需要什么样的定尺船板，就切割对应该船板的定尺坯料供中板进行轧制生产，不再形成”带出品”，大量减少了边角料及废钢。同时全自动定尺调节装置使操作人员通过计算机画面输入定尺长度，即可实现二切系统自动、快速集成电气、液压和机械设备相关动作，并切换到所需要的切割状态，从而实现全自动全定尺铸坯的二次切割。2.1.2实施：为了实现板坯二次切割的铸坯定尺从13702000mm之间全自动定尺及定尺自动调节，需要解决关键的问题有四个：其一是铸坯的自动精确定位；其二是火切机上的主、付切割枪自动精确定位；其三是切下辊道不仅能正常输送最短1370mm二切定尺坯；而且还要根据不同定尺自动避让割枪并实现平移定位；其四是二次切割的相关设备要全部集成并由计算机控制，实现全过程的自动化作业。铸坯自动定位系统设计方案铸坯定位仍采用液压升降式挡板进行定位，在切下辊道两侧的铸坯输送方向离升降挡板1000mm处设置光电管检测器来控制升降挡板升降，见图41-铸坯 2-切下辊道 3-光电检测1 4-升降档板 5-光电检测2图4 升降挡板对铸坯自动定位光电检测当铸坯头部通过光电检测器时，光电检测器同时给升降挡板和切下辊道发出信号，使升降挡板升起，切下辊道将20m/min切换为5m/min，以降低铸坯对升降挡板碰撞时的冲击力，切下辊道从接收到减速信号10秒钟后停止运行。主、付切割枪自动精确定位设计方案二次切割机设计四把切割枪，两把主枪、两把付枪。原设计切割大车有位置编码器，两把主枪的横移机构安装在大车车架横移轨道上，主枪可随大车运行实现自动精确定位，两把付枪横移机构安装在付枪小车上，付枪小车安装在大车车架的付枪小车轨道上，付枪小车原是手摇式传动机构，为了使付枪实现自动位移定位，将手摇式传动机构改为带有计数编码器的变频电机、蜗轮蜗杆减速机、齿轮齿条等组成传动机构，从而可实现付枪位置的自动调整定位和位置修正功能。辊道自动定位装置设计方案切下辊道位于二次切割机下方，其作用是用于支撑被切割的板坯，并将被切割的板坯运往二切后辊道。辊道间距设计即要保证二切最短铸坯（1370mm）正常支撑，又要保证切割枪离辊面有一定间距，避免切割铸坯时辊面粘渣和切割辊面，所以最大辊间距不能超过650mm，割枪到辊面的距离不小于120mm；切下辊道一部分可设计为固定辊组，另一部分为避让割枪必须设计成移动辊组，并且移动辊组要能够根据不同定尺实现平移自动定位。根据以上要求，新设计的二切下辊道系统包括112#辊组，总成长度5600mm，辊子直径210mm，辊身长2000mm，每根辊组采用变频电机与行星减速机传动，见图5。 图5 切下辊改造示意图设计两套移动车架，4、5、6#辊组安装在第一移动车架上，8、9#辊组安装在第二移动车架上，其余均为固定辊组，移动车架上的辊面间距为630mm，移动辊辊面与相邻的固定辊辊面最大间距也设计为630mm；每套移动车架两侧分别安装了带位移传感器的数字油缸，油缸行程为420mm，液压回路采用同步控制回路。通过以上的设计，不仅可保证1300mm最短铸坯正常输送，而且满足切割1370mm2000mm范围内所有定尺坯时切下辊道辊面到割枪的最小间距在120mm以上，避免了辊面离割枪太近易辊面粘渣和割枪切割辊道状况，实现了切下移动辊道可随不同定尺时割枪的位置调整作同步调整和精确定位，另外辊道移动装置具有位置修正功能，设计中考虑到油缸若有内泄，活塞杆漂移，造成移动辊组位置改变，当油缸活塞杆漂移量达到10mm时，系统可自动将油缸活塞杆位置修正，使移动辊组复位。电控系统的配置在二切设备控制S7400PLC上增加两个ET200M从站，所有三电控制设备都集中在新增加的一台控制柜内，两个ET200M从站分别控制A、B线的无级自动定尺调节的设备。主要控制设备包括切下移动辊道两侧车架上数字液压缸的控制阀台、数字液压缸上的位置传感器、火焰切割机大车传动装置及其定位编码器，付枪行走的传动装置及其定位编码器，在工业以太网（SINEC H1）上增加一台监控操作机。定尺初始设定在定尺初始设定前，调整好升降挡板，校正切割机的主、付切割枪位置，减少定尺误差，设定切割机大车及付枪小车的原位(零位)，设主切割枪到升降挡板端面（切割机侧）距离1200mm为大车原位，设付枪到主枪的距离1200mm为付枪小车原位，以1370mm定尺为例：先将切割机大车及付枪小车返回原位，再分别启动大车行走及付枪小车行走，这时大车及付枪小车的位置编码器分别开始计数，当大车行走100mm、付枪小车在大车上行走100mm位置时即为定尺1370mm主、付枪的切割位置；然后调整平移辊的位置，通过数字液压缸推动平移小车一、平移小车二移动，分别将主、付切割枪两侧的平移辊调整到离切割枪距离最大的位置，将1370mm定尺的相关设备位置的检测数据集成，并输入到二切PLC系统实现连锁控制，通过一台监控机操作，只要在监控机画面输入1370mm坯长，即可实现切割大车及付枪小车上的主、付切割枪及平移辊道全自动定位，操作画面见图6。将1370mm2000mm范围内每隔10mm为一个定尺提前在操作画面设定，并按上述方法进行分别调整，并将数据集成输入并将每个定尺及对应的相关设备位置数据集成PLC进入连锁控制，通过编程、列表，进入监控机画面操纵，为方便以后生产中随时调用。图6 定尺操作画面二切定尺操作如下表表1：坯长mm主枪位置mm付抢位置mm1#平移油缸位置mm2#平移油缸位置mm确定13701370137060430确定13801380138070440确定确定自动定尺及铸坯切割WIHCC画面操作分手动和自动，以自动为例：把画面设置为自动，在画面上任选一个定尺并确定，这时切割大车、付枪小车、平移辊油缸同时开始动作，大车先返回原位，再由原位移动到定尺位，即主枪定尺位；付枪小车也是先返回原位，再由原位移动到定尺位，即付枪定尺位；平移辊油缸直接移动到该定尺设定的位置，至此系统完成了自动定尺。当铸坯触发到光电收发器时（见图4），升降挡板升起，切下辊道减速，10秒后辊道停转，主、付切割枪进入切割铸坯动作，切割完毕主、付切割枪返回原位，切下辊道启动输送铸坯至下线辊道。该攻关项目从改造至完善于09年3月完成，从方案论证设计出图设备监制安装调试等工作全部为我厂自行完成，并充分利用了原有设备资源进行改造，该系统定尺切换方便、快捷、精确，使用效果显著，为中板生产线提供了各种不同长度规格的坯料，极大地满足了用户需求，且经济效益十分显著。2.2铸坯切割方式创新攻关，实现单枪切割率达到70%2.2.1要点：为了避免双枪切割缺陷，必须要在切割模式上实现创新攻关，即实现单枪切割铸坯，单枪切割后铸坯切割面平直、光滑，单枪切割与双枪切割铸坯切割面对比试验见图7，彻底解决双枪切割形成的错位、结疤、割缝大、中间割孔等缺陷，提高铸坯质量，降低切割损耗。 图7 单枪切割与双枪切割铸坯切割面对比我们经过分析论证，现有一切、二切设备状况若通过技术改造，单枪切割率可达到70%以上。2.2.2实施：2.2.2.1一切改造：目前板坯拉速为1250mm/min，最长3倍定尺为6000mm，一切单枪切割需要5分钟才能完成，而5分钟拉坯长度为6250mm，超过了最长的3倍定尺6000mm长度，所以一切一要提高切割速度，二要加大切割行程，1500mm以下的短定尺实现四倍尺切割，为此我们对一切设备进行优化：通过改进切割煤气过滤器，提高煤气纯度，对割枪、割嘴进行重新选型，使一切单枪切割速度提高了20%。火切机轨道、拖链加长600mm，1500mm以下的短定尺实现四倍尺切割，保证了短定尺单枪切割时有足够的切割时间。2.2.2.2二切改造二切火切机改造：对二切火切机进行重新设计，使改造后的二切火切机增加了四倍尺切割的功能，由原来三倍尺双枪切割变为四倍尺单枪切割（图8）。、图8 三倍尺双枪切割与四倍尺单枪切割示意图切下辊道改造：由原来两组移动车架改为3组移动车架，车架移动有数字油缸控制，保证辊道自动避让割枪。电气控制部分改造，将上述改造的相关设备与二切全定尺切割及全定尺自动调节装置实现无缝对接。一切、二切B线设备单枪切割改造已于2009年12月年修内完成，经实际生产运行铸坯单枪率已达到70%以上，实现了攻关目标。3经济效益3.1铸坯全定尺：经过全定尺铸坯切割，可以杜绝短定尺边角料废坯板。全定尺前，定尺板形成1/3的“带出品”，而“带出品”的20%被作为废钢入炉。按年产24万吨船板计算，形成“带出品”约8万吨，减其中20%废钢，实际可用短尺板为6.4万吨，废钢1.6万吨，船板与短尺板的差价为300元，船板与废钢价差吨钢为1500元计算，每年产生效益4320万元。除此还有铸坯红送率提高、辊组因切割损坏减少、切割燃料的消耗减低、人工成本等方面也产生了一定的经济效益。3.2金属收得率：经过铸坯切割方式的创新改变以及火焰切割机适应性改造，实行单枪切割大幅减少割损，双枪切割实际割损达到18mm，单枪切割割损为9mm，按年产量110万吨铸坯、平均定尺长按1500mm计算，目前铸坯断面尺寸为1400mm220mm，每年新增600070%吨铸坯，按3000元/吨钢，直接形成1260万元的利润。双枪切割方式改为单枪切割方式，废品量减少20%， 09年111月份总结疤废品2054.89吨，实际减少废品411吨，按价差1000元计算，增加效益41万元。综合经济效益计算汇总见表2： 表2：按年计算增加效益项目及金额：减少短尺板6.4万吨（与船板差价350元/吨）2240万元减少废钢1.6万吨（与船板差价1500元/吨）2400万元铸坯红送率提高2%（按板坯年产110万吨计算,加热能耗46.5元/吨钢）100.25万元辊组切割损坏减少69根(辊组修复费用3000元/根)20.7万元单枪切割焦炉煤气消耗减少72万m3(按0.67元/m3计算