冷床自动上料效率提升的研究和应用

2021-09-10黄枭雄

宝钢技术 2021年4期

黄枭雄,景峰

(宝钢湛江钢铁有限公司,广东湛江 524072)

随着中厚板的发展,以及厚板市场的竞争越来越激烈,扩大产能提升效率变得越来越重要。在中厚板的生产工艺上,冷床能起到缓冲轧机与剪切线之间生产能力不平衡的作用,根据生产的实践经验,轧线的节奏越来越快,当冷床上空间不足或者来不及上料时,会导致钢板不能及时离开轧线辊道,进而堵住轧线的物流,影响到中厚板的轧制节奏[1-2],因此,研究改进冷床区域的自动化和效率提升问题很有现实意义。

1 工艺概述

冷床是冶金轧钢行业轧制产品时进行有效冷却的区域[3],主要用于轧后钢板在线缓慢自然冷却,厚板轧制的热态轧制大板进入精整线前,需要经过冷床降低轧制大板温度,冷床在厚板的生产中起到承上启下的作用。作为整条产线的物流枢纽,冷床的效率直接影响到轧线的生产节奏。

主要工艺流程如图1所示,轧制完成后轧制大板物流方向如下:

图1 冷床区域钢板物流示意图

(1)从热矫直机出口进入冷床上料辊道;

(2)停在上料辊道处等待上料;

(3)从上料辊道运送到冷床本体;

(4)从冷床本体运送到冷床出口;

(5)从冷床本体出口运送到出料辊道;

(6)从出料辊道运送到IB区域。

2 现状问题分析

冷床结构主要由固定梁、活动梁、升降机构和横移机构组成,上下料采用整体链条梁加托辊梁这种机构,工作时液压缸驱动整体链条梁升降,然后链条梁上的托板链条将钢板抬起并移送到冷床本体上[4]。从生产实践经验来看,当在一段时间内厚规格钢板的通过量较多时,由于目前的上料效率不高,或钢板路径安排不合理[3],可能会导致冷床来不及消化轧线的轧制大板,进而造成轧线被迫停机,影响生产顺行,间接地带来能源浪费等一系列问题。

在原设计中,轧制大板需要停在第4组上料辊道末端处,从轧制大板进入冷床开始,所需时间为T1:

(1)

式中:S为上料辊道的长度;V为上料区域的辊道速度。

上料装置完成一个上料周期的时间为T2:

T2=t1+t2+t3+t4

(2)

式中:t1、t2、t3、t4分别为上料装置抬升、前进、下降、后退时间。

每次完成1块轧制大板上料的时间为T,即:

T=T1+T2

(3)

在实际生产时,由于轧制大板规格不一,以模具钢为例,其特点是单重大、长度短,这样的钢板轧制效率高,按照现有单块上料和头部停在第4组上料辊道末端处的方式,会出现两个问题:一是上料速度慢,二是上料后轧制大板质量多压在冷床本体的2区和4区,造成2区和4区的电动机过载,活动梁变形等问题。

假设单块轧制大板重为X,长度为Y,上料辊道的长度等于冷床本体宽度为S,积压在冷床某个区域的质量为Z:

(1)当轧制大板长度Y小于0.5S时,单块轧制大板质量全部压在冷床本体的2区和4区;

(2)当轧制大板长度Y大于0.5S时,单块轧制大板质量部分压在冷床本体的2区和4区。

(4)

从式(4)可见,轧制大板越短,压在冷床本体的2区和4区的质量占比越大。

3 改进思路和方法

3.1 改进思路

按照之前的上料方式,必须等前一块轧制大板(图2中轧制大板1)上料完成后,才可以进行下一块轧制大板(图2中轧制大板2)上料,这样生产较短的轧制大板时效率低,不能满足轧线的生产节奏。

图2 原冷床上料逻辑示意图

按照之前的上料方式,轧制大板全部靠近第4组末端位置,这样会导致全部的质量积压在冷床的2区和4区,造成冷床的2区和4区负载过大,导致机械结构变形,见图3。

图3 原冷床本体轧制大板布局示意图

改进的思路是,可以将轧制大板长度进行自动分类:当轧制大板小于0.5S时,可同时上两块轧制大板,提升短轧制大板的上料效率;当轧制大板大于0.5S时,可采取居中上料,这样轧制大板的质量可以均分到冷床本体上,有效改善由于质量不均衡带来的问题。

3.2 实现方法

按照改进思路,对冷床的控制功能进行改造,主要包括:

(1)新增轧线来料钢板的信息跟踪功能。之前的冷床L1控制系统仅对钢板进行位置跟踪,跟踪内容包括:钢板ID、钢板头部位置、钢板长度和钢板速度。为了进行长度的自动识别,将每块进行位置跟踪的钢板,新增以下跟踪内容:钢板的NPZ代码(Next Plate Zone)、钢板宽度、钢板厚度。钢板的以上信息数据采用堆栈控制器进行管理,可以存储8块钢板的信息数据。

(2)钢板根据NPZ信息自动上料。当轧制大板进入到冷床上料辊道区域时,L1系统会一直读取轧制大板的NPZ代码(Next Plate Zone),再将辊道的代码和这个代码进行比较,当代码相同时,轧制大板就停在本辊道区域,L1控制系统可根据钢板的头部位置和长度进行自动上料。

(3)冷床自动拼板模式。冷床入口每组辊道按照X的长度计算,从冷床输入辊道1组开始计算,空闲n组,则辊道的空闲空间为nX。来料钢板长度计算方式是,L1控制系统将热矫直机出口辊道上最靠近冷床入口辊道上的1块钢板长度作为来料的轧制大板长度;当热矫直机出口辊道上无轧制大板时,L1控制系统把轧机跟踪系统中的最后1块钢板长度作为冷床的来料钢板长度。同时开发一个冷床入口自动拼板模式的功能。

入口辊道拼板模式激活时,当矫直机出口辊道钢板的长度小于冷床入口辊道空闲空间时,则允许该钢板向前输送,进行自动拼板操作;当矫直机出口辊道钢板的长度大于冷床入口辊道空闲空间时,则自动将该钢板锁定在热矫直机最后1组出口辊道上,同时冷床自动上料。在拼板模式下,当钢板停到冷床入口辊道第4组的末端位置后,钢板占用的辊道会自动进入摆动模式;当拼板完成后,执行自动上料动作时,辊道会自动退出摆动模式。当操作人员想提前上料时,可以点击操作台上的“上料”按钮,可以中断拼板,上料装置先对前一块轧制大板执行上料操作。

当打开“入口辊道拼板”后,如果再打开“冷床中线上板”功能,则会按照如下情形布钢:当钢板长度大于0.5S时不拼板,钢板中线与冷床中线对齐上钢;当钢板长度小于0.5S时拼板,辊道第3组和第4组上的钢板尾部停在中线,辊道第1组和第2组上的钢板头部停在中线,如图4所示。