铸坯实重在线检测技术开发

赵阳

(抚顺新钢铁有限责任公司炼钢厂 辽宁抚顺 113001)

1 前言

钢材行业竞争激烈，国内外钢铁企业都在不断寻求进一步降低生产成本的途径或方法，在炼钢连铸领域，连铸定尺系统非常重要，定尺的控制精度直接影响到连铸坯的成材率，若切割出的连铸坯过长会造成原料很大的浪费，若切割出的连铸坯过短，轧钢工序就轧制不出来所需规格成品的螺纹钢或线材，形成短尺[1]等现象。

国内外现有的检测技术主要有“机械碰球式”、“编码器”和“摄像机”，由于摄像机技术具有非接触检测、检测精度高、维护方便等优点正逐渐取代接触式检测、检测精度差、维护量大的“机械碰球式”和“编码器”技术。在这种背景下，新钢铁也开始应用基于摄像机技术的铸坯实重在线检测技术，取代原有的“机械碰球式”技术。

2 连铸机主要参数

炼钢厂现有5台小方坯连铸机，轧钢厂有棒材螺纹钢生产线3条，线材生产线1条，铸坯通过辊道或保温车形式进行转序，以HRB400E系列低合金钢作为研究对象，现场工艺条件如表1。

表1 现场工艺条件

3 技术要求

1)定尺系统检测精度：±20mm。

2)定位系统检测精度：±20mm。

3)重量计量精度：≤1.5‰(静态)。

4)系统控制精度:≤3‰(在连铸机等设备工作稳定的情况下)。

5)称重周期：≤25～60s。

4 设备技术性能

4.1 设计原理

该系统采用先进的图像处理技术(非接触式)在线识别热钢坯的长度，自动控置剪切机定尺切割热钢坯，检测、显示运行状态,通过红外摄像机远距离采集运动钢坯的图像信息。

计算机对图像信息进行模式识别程序处理，形成操作信息并转换为规定格式的电信号，通过执行机构对热钢坯进行剪切，控制铸坯剪切长度。

闭环状态下，系统进行定重方式切割，称重信号闭环返回系统进行运算，实时在线按重量微调定尺长度[2]。

4.2 系统工作流程

系统总体布置及工作流程示意图如图1。

图1 系统总体布置及工作流程图

闭环状态，系统进行定重方式切割。当钢坯由输送辊道运至电子秤位置时，人工或自动停止辊道运转。启动液压系统控制升降油缸，油缸将钢坯提升到位后停止在一个固定位置，称重传感器将重量信息传输给称重仪表，仪表将称重数值传送给定尺系统进行闭环运算；将钢坯落下到传输辊道上，启动辊道将钢坯运走，系统进入下一个各种循环。称重数值闭环返回系统后根据相应公式计算，实时在线按重量微调定尺长度。实际称重过程中每只液压油缸升降行程约400mm；以保证下支铸坯到来前称重完毕并闭环调整。

4.3 系统工作特点

1)定重定长两种切割方式，灵活选择，在线切换。

2)可以储存不同规格、不同截面的各种定尺，每流200个。在线自动转换，快捷方便。

3)每流可根据用户的要求发出预夹紧、夹紧、切割、辊升、辊降切割车的返回等信号。

4)操作员还可以通过监视器和键盘，手动控制切割方式的转换，以备特殊情况下使用。

5)操作员可用键盘或鼠标，改变各种控制参数，调整运行状态，参数可有选择地存盘，不需每次设置。同时可手动控制切割方式转换，以备特殊情况下使用。

6)采用双屏4摄像监控方式，系统识别偏差1mm，设备正常情况下(如：切割车能自动回到零位)，系统定长剪切误差为0～20mm，定重误差0～3kg。可对误差范围进行微调，使误差在最小值。

7)系统光标可对定尺实时跟踪，不断显示钢坯长度数据。监视器实时显示当前的热钢坯的运行状态，显示相应参数，如：切割状态、定尺长度、每流拉速等，统计并显示每流切割根数、总切割根数及总产量。

8)可按班次对生产进行管理。每班接班时电子签到，签到后当班的钢种、定尺、钢坯规格，每流切割支数、产量、总产量等数据，记入该班生产数据库，生产数据库可按时间、班组等查询。

4.4 称重系统特点

1)有效解决连铸坯称重场合存在高温(800℃左右)辐射、对称重机械的热传导和水蒸气等。

2)有效滤除秤架的动态升降带来的传感器机械稳定性和重复性影响。

3)前后提升机构的同步提升，采用高精度传感器，匹配高精度称重测量和控制技术，提高称重稳定性和精度。

4)称重数据中正确有效的提取，抗干扰解决。

5)称量周期短，适应现场快节奏生产频率。

6)称量为吊挂方式，即使故障时也不会与现场生产发生冲突；吊起后方向准确，秤体稳定，准确落回原位；与吊挂连接结构设计合理，便于维修更换。

5 存在的问题

统计近几年数据，5台连铸机称重合格率情况如表2。综合称重合格率为69.65%，从效果确认来看，相对原来的机械碰球式技术，连铸机定重定尺切割系统的投入使用，提高了铸坯称重合格率，使轧钢转序钢坯的重量波动大幅减少，轧线的乱尺材数量减少，有了一定的进步，但随着定重系统的投入运行，也出现了一些问题，主要因其特殊的工作环境及结构形式造成，称重不稳定现象增多，使用合格率低，走定尺的情况较多。针对上述问题，进行技术攻关，称重系统使用稳定性提高，称重合格率提高。

表2 称重合格率统计表 (单位：%)

6 二次改善

6.1 吊环高度调整

吊环是提升钢坯的器具，每只吊环在使用中必须同时受力在同一高度。现场使用时吊环高度会发生变化，但传感器连接件螺丝扣短，造成上下调整距离受到限制，吊环难达到同一高度，将传感器连接件从长度100mm加长至200mm，见图2。

图2 传感器连接件图

6.2 吊环形式改善

由于现场制作的吊环限位装置是V型滑槽形式，且下端是固定在紧挨辊道的一根钢梁上。钢梁随着现场高温的烘烤易发生扭曲，使限位装置发生位置改变。吊环就刮碰限位造成测量失准，采用槽钢做成限位增大间隙，见图3，此方法虽说不刮卡了，但失去限位的作用而没采用，最终选用在吊环两端悬挂两根链条形式，防止旋转顶碰钢坯，改善后见图4。

图3 增大间隙的吊环图

图4 链条形式吊环图

6.3 传感器

6.3.1 传感器更换

现场安装的传感器不是耐高温的，经常出现持续高温烘烤导致性能下降造成停秤。把原TSH-2传感器更换成CZL-YB-1FS耐高温式的[3]。改善后延长了传感器的使用寿命，设备运行稳定性提高。

6.3.2 电缆防护

传感器电缆裸露在外面，现场高温烘烤易造成电缆芯线短路损坏。将电缆穿入阻燃穿线管后并缠绕石绵布进行防护，解决了电缆被高温烘烤的问题。传感器电缆被遮挡的面积是有限的，钢坯的热辐射太强。在原隔热罩外沿制作隔热板,防护面积扩大30%，极大降低了热源的辐射。

6.4 检修开关

每次检修仪表需要断电时，没有分控开关，只有1只总开关，不论检修哪1台仪表都得全部断电检修，影响其它流的正常使用。在仪表盘内增设分控开关，检修不受影响，也便于维修。

6.5 吊环数量

秤台下方的吊环数量少、距离远，称重时钢坯上升到位后抖动严重，数据很难稳定下来。增加吊环数量，每流为3个吊环，有效减缓秤台的抖动。

6.6秤台摆动

秤台升起后由于每只吊环受力点在秤台上方重心过高，造成秤台左右摆动，称量数据不稳定。将每只吊环长度缩小6cm，断开重新焊接，降低受力点高度，把每只吊环的上方固定支架改成铁板,降低高度10cm，有效减缓秤台摆动。

6.7桥架抖动

连铸机的四个流在称重时上升、下降产生的震动都会影响液压桥架的抖动，最终影响其它流的数据不稳定。在液压桥架的下方焊接备筋提高强度。桥架的抖动问题得到解决，称量数据不受此问题的干扰。

6.8锁紧固定

运行中发现每只传感器的上下连接螺杆由于旋转易造成传感器顶死，使传感器不能正常工作现象频发，见图5，针对此现象，在原有的传感器上下连接件的螺杆上加装备帽将其锁紧固定，连接件锁紧后不再发生顶死的情况。

图5 传感器连接件图

7 效果确认

表3 称重合格率统计表 (单位：%)

经过二次改善后，统计称重数据如表3，综合称重合格率上升至80.52%。

8 结论

1)通过开发应用铸坯实重在线检测技术，替代“机械碰球式”检测技术，减少了钢坯重量波动，提高了铸坯称重合格率。

2)结合称重系统现场实际运行情况，不断对称重系统进行二次改善，使系统运行更加稳定，运行精度提高，减少转序钢坯重量波动，铸坯称重合格率提升至80%以上。

3)采用此称重系统后,按每根铸坯减少损耗1公斤/根，2019年钢产量346万吨计算，年可创效益约605万元/年。