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      輥底爐生產(chǎn)線上料設(shè)備的設(shè)計(jì)

      2021-02-21 05:14:40邱淑建李正濤
      工業(yè)加熱 2021年12期
      關(guān)鍵詞:光電管輥道運(yùn)輸機(jī)

      姜 山,邱淑建, 李正濤

      (1.中國聯(lián)合工程有限公司,浙江 杭州 310052;2.湖南華凌漣源鋼鐵有限公司,湖南 婁底 417000)

      1 工藝流程

      在日常生產(chǎn)中,輥底爐生產(chǎn)線的來料信息通過L2分配到L1,然后鋼板運(yùn)輸機(jī)將鋼板放到爐前上料輥道,輥道啟動(dòng)將鋼板輸送到爐前待料,并在此過程中完成鋼板的對中、測寬和測長,流程如下:L1收到L2來料信息→鋼板上料(由鋼板運(yùn)輸機(jī)吊裝到爐前輥道)→輥道啟動(dòng),鋼板往爐門口輸送→鋼板對中、測寬、測長→輥道減速至停止,鋼板輸送到爐口待料。因此,爐前設(shè)備主要組成包括如下幾部分:

      (1)鋼板上料裝置,即鋼板運(yùn)輸機(jī);

      (2)爐前輥道;

      (3)鋼板對中機(jī)構(gòu);

      (4)鋼板測長及配套電氣設(shè)備。

      2 鋼板運(yùn)輸機(jī)

      上料鋼板一般以板垛形式放在爐前輥道旁邊,需要鋼板運(yùn)輸機(jī),將其逐塊放到爐前輥道上。鋼板運(yùn)輸機(jī)主要包括兩部分:行車行走裝置和鋼板取放裝置。行車行走裝置類似于車間行車,在兩側(cè)的軌道上行走,用以將鋼板輸送到指定位置;鋼板取放裝置,則負(fù)責(zé)鋼板的取、放,主要有電磁吊和真空吸盤兩種形式。由于鋼板重量隨著長度、寬度和厚度不同而變化,如果電磁吊的吸力調(diào)整不合適,容易造成鋼板無法起吊、起吊后中途脫落(吸力太小),或者一下子吊起2塊甚至多塊鋼板(吸力過大)。由于薄板生產(chǎn)的上料節(jié)奏連續(xù)緊湊,上述故障會(huì)干擾正常的生產(chǎn)節(jié)奏,影響產(chǎn)量,而且鋼板掉落可能砸壞其他設(shè)備或者造成生產(chǎn)安全事故。因此,薄規(guī)格鋼板生產(chǎn)線爐前鋼板運(yùn)輸機(jī)的鋼板取放裝置多以真空吸盤為主。

      3 爐前輥道

      爐前輥道的作用是將鋼板輸送到爐門前待料,并在爐內(nèi)發(fā)出鋼板入爐指令后,實(shí)現(xiàn)鋼板的快速入爐。

      下面簡單分析爐前輥道尺寸及間距、輥道總長度和輥道電機(jī)的選型。

      3.1 輥道尺寸和間距

      輥道主要尺寸為輥道直徑、壁厚和輥道長度。輥道的長度,由鋼板的最大寬度確定,一般比鋼板最寬尺寸略寬即可;輥道的直徑和壁厚,則需要根據(jù)鋼板的最大寬度和厚度,計(jì)算輥道撓度,確保其在合理范圍之內(nèi)。

      輥道間距,需考慮最薄鋼板的板頭的允許撓度和對輥道的允許切入角,保證鋼板在輸送過程中,板頭和輥道的沖擊盡量小。

      3.2 輥道總長度

      爐前輥道總長度,工藝上取決于兩個(gè)條件:

      (1)滿足最長鋼板的測長輸送要求;

      (2)輸送鋼板到爐前待料時(shí),需要預(yù)留的鋼板停止距離。

      鋼板輸送到爐前經(jīng)過對中后在爐門口停止待料,等待爐內(nèi)的允許入爐信號,因此從鋼板完成的位置到輥底爐爐門之間需要預(yù)留一定的鋼板減速停止距離,該距離和鋼板的輸送速度密切相關(guān)。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn),該距離在2~3 m即可。

      3.3 輥道電機(jī)的選型

      正常生產(chǎn)時(shí),鋼板入爐和出爐采用快進(jìn)快出方式,在爐內(nèi)為勻速運(yùn)動(dòng)。鋼板在爐內(nèi)的工藝時(shí)間一般按照式(1)計(jì)算:

      T=V×δ+△t

      (1)

      式中:T為鋼板在爐工藝時(shí)間,min;V為鋼板加熱速度,跟材質(zhì)相關(guān),mm/min;δ為鋼板厚度,min;△t為保溫時(shí)間,min。

      由于鋼板進(jìn)、出爐為快進(jìn)快出,鋼板在爐內(nèi)運(yùn)行距離為入爐完成到準(zhǔn)備出爐的距離,即爐內(nèi)裝、出料線距離(有效爐長)減去鋼板長度:

      L=L1-L2

      (2)

      式中:L1為有效爐長,mm;L2為鋼板長度,mm。

      可以計(jì)算出鋼板在輥底爐內(nèi)的工藝速度:

      V=(L1-L2)/T

      (3)

      爐內(nèi)相鄰鋼板需保持一定的板間距,以防止疊板,當(dāng)板間距最小時(shí),生產(chǎn)效率最高,此時(shí)相鄰鋼板的時(shí)間間隔為

      (4)

      式中:△L為爐內(nèi)相鄰鋼板的最小板間距,mm;△T為爐內(nèi)相鄰鋼板的最小時(shí)間間隔,也叫最快生產(chǎn)節(jié)拍,此時(shí)輥底爐生產(chǎn)效率最高,min。此時(shí)鋼板的入爐間隔、出爐間隔都為最小時(shí)間間隔△T。

      由式(4)可知,由于V(鋼板加熱速度)>0,△t、L1和△L為定值,對于同種材質(zhì)的鋼板,最快生產(chǎn)節(jié)拍△T隨著厚度δ和長度L2的增大而增加,即長鋼板和厚鋼板入爐時(shí)間間隔較長,短鋼板和薄鋼板的入爐時(shí)間間隔較短。另外,隨著鋼板厚度的增加,所需要的扭矩也會(huì)增加。

      綜上,需要根據(jù)輥道直徑選擇合適的減速機(jī),其扭矩和速度,可以滿足不同規(guī)格的鋼板達(dá)到最高的生產(chǎn)效率。

      4 鋼板對中裝置

      鋼板運(yùn)輸機(jī)將鋼板放到爐前輥道時(shí),鋼板的中心線和輥道中心線(也是爐子中心線)通常存在較大的偏差。鋼板在爐內(nèi)輸送時(shí),從入爐到出爐,存在一定程度的跑偏(一般要求不超過20 mm);發(fā)生突發(fā)情況時(shí),比如鋼板的擺動(dòng),鋼板在爐內(nèi)的跑偏會(huì)加劇。如果鋼板未經(jīng)過對中就入爐,在爐內(nèi)運(yùn)行時(shí),可能會(huì)撞到爐墻耐材,造成生產(chǎn)事故,甚至損壞爐體或爐輥,影響其正常使用。因此在鋼板入爐之前,必須先進(jìn)行對中,使鋼板中心線和輥道(及輥底爐)中心線盡量一致。

      4.1 鋼板對中

      為了達(dá)到對中的效果,一般需至少設(shè)置兩組對中裝置,如圖1所示。此處兩組對中機(jī)構(gòu)分別編為1#對中機(jī)構(gòu)和2#對中機(jī)構(gòu),兩者之間的距離一般不大于最短鋼板長度。

      圖1 鋼板對中裝置

      對于薄規(guī)格鋼板,由于兩塊鋼板之間入爐的時(shí)間間隔較短,生產(chǎn)節(jié)奏較快,需要盡量縮短鋼板在爐前的動(dòng)作周期。目前采取的方式是,鋼板在爐前輥道輸送時(shí)進(jìn)行對中,這不僅節(jié)省了時(shí)間(節(jié)約了單獨(dú)對中所需時(shí)間),而且使整個(gè)生產(chǎn)節(jié)奏更加緊湊高效,進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。

      為了實(shí)現(xiàn)上述工藝,在1#對中裝置的前方,設(shè)置一個(gè)光電管(BE102),當(dāng)板頭經(jīng)過此處,對中機(jī)構(gòu)開始動(dòng)作;當(dāng)板頭越過2#對中裝置,鋼板的對中完成,對中機(jī)構(gòu)自動(dòng)恢復(fù)到初始位置。

      4.2 鋼板測寬

      除了完成對中,對中機(jī)構(gòu)還對鋼板進(jìn)行測寬。鋼板的測寬需要借助位移傳感器:對中機(jī)構(gòu)初始位置時(shí)兩邊夾臂的間距B1,該尺寸現(xiàn)場可直接測得;鋼板對中時(shí),通過位移傳感器測得液壓推桿行進(jìn)距離為B2,則測得鋼板寬度為

      B=B1-2×B2

      (5)

      鋼板測寬時(shí),兩邊夾臂不允許夾緊鋼板,夾臂和鋼板之間必須保持一定的距離,以防止夾傷鋼板。在調(diào)試時(shí),會(huì)對夾臂的液壓進(jìn)行調(diào)試,以不夾傷鋼板為準(zhǔn)。

      系統(tǒng)自動(dòng)將鋼板的測寬結(jié)果,和物料信息中的鋼板寬度進(jìn)行對比,若差距過大,則鋼板停止入爐,系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警,要求人工確認(rèn)。

      5 鋼板測長及配套電氣設(shè)備

      鋼板輸送到爐前待料時(shí),必須經(jīng)過測長,才可入爐。

      5.1 測長的重要性

      鋼板測長的作用主要有兩個(gè):

      (1)和L2分配的物料信息進(jìn)行比對,確保實(shí)際鋼板和物料信息一致。

      (2)鋼板在輥底爐內(nèi)的跟蹤,是以鋼板模型模擬為主,并輔以光電管修正來實(shí)現(xiàn)的,而鋼板模型的尺寸取自于物料信息(對于爐內(nèi)跟蹤主要是長度尺寸),一旦模型和鋼板的實(shí)際長度差距較大,就會(huì)導(dǎo)致爐內(nèi)跟蹤出錯(cuò),影響鋼板的正常入爐、出爐以及在爐內(nèi)的輸送,甚至引起疊板等生產(chǎn)事故。為了保證模型和實(shí)際鋼板長度一致,鋼板入爐前的測長流程是必不可少的。

      5.2 測長的原理

      鋼板測長是一個(gè)動(dòng)態(tài)的測量,結(jié)合光電管和其他電氣設(shè)備,在鋼板的輸送過程中完成。

      由圖1可以看到,在爐前輥道上共布置了4組光電管,分別編號為BE101~ BE104,鋼板測長主要依靠BE101和BE103,過程如下:

      (1)鋼板運(yùn)輸機(jī)將鋼板放到爐前輥道上,光電管BE101檢測到鋼板上料。

      (2)爐前輥道電機(jī)上裝有增量編碼器(PLG),現(xiàn)場控制柜中配有高速計(jì)數(shù)器,輥道轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),增量編碼器持續(xù)將脈沖信號發(fā)送給高速計(jì)數(shù)器。

      (3)鋼板往爐前輸送,板尾脫離光電管BE101上方,鋼板檢測信號消失,此時(shí)PLC讀取高速計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù),開始鋼板測長。

      (4)板頭經(jīng)過光電管BE103上方時(shí),該光電管信號觸發(fā),PLC再次讀取高速計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù),兩次數(shù)據(jù)差值N,即為增量編碼器脈沖信號數(shù)量;同時(shí),輥道迅速減速,直至停止,鋼板輸送至爐前待料。

      (5)光電管BE104作為極限位保護(hù),不參與測長,待料時(shí)板頭不允許越過此處。

      (6)根據(jù)高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值N和增量編碼器每圈對應(yīng)脈沖數(shù)(一般選1 024),以及輥道直徑D,可以計(jì)算出鋼板通過距離為

      S1=3.14×D×N/1 024

      (6)

      (7)光電管BE101和BE103間距S,可通過測量得到。

      (8)因此,可計(jì)算得出鋼板長度

      L=S-S1=S-3.14×D×N/1 024

      (7)

      實(shí)際生產(chǎn)中,因?yàn)槎喾N因素,導(dǎo)致測得的鋼板長度和實(shí)際長度存在一定的誤差。

      (1)光電管檢測鋼板位置時(shí),存在著一定的漫反射角度,鋼板未必會(huì)在板頭或者板尾處于光電管正上方時(shí)被檢測到,光電管的安裝角度和安裝高度都會(huì)影響鋼板檢測到的位置。但是一旦光電管安裝位置固定后,此偏差也確定了。在調(diào)試中可以通過多次測量同一塊鋼板,將測量值和鋼板實(shí)際長度比較,大致確定該誤差值,并在程序中將其抵消。

      (2)信號延遲。整個(gè)測量系統(tǒng),大約會(huì)有0.1 s左右的信號延遲,隨輥道輸送速度的不同,造成的測量偏差也不同,總的來說,長板因?yàn)槠漭斔途嚯x短、速度慢,板長的測量偏差??;短板因?yàn)槠漭斔途嚯x長、速度快,板長的測量偏差大。以短板為例,當(dāng)輸送速度達(dá)到40 m/min時(shí),0.1的信號延遲,造成的板長誤差為67 mm。

      (3)鋼板滑移。對于短板,因?yàn)檩斔退俣容^快,在輸送過程中鋼板和輥道可能產(chǎn)生滑移,導(dǎo)致板長測量誤差。

      (4)爐前輥道一般采用一個(gè)變頻器帶動(dòng)多個(gè)電機(jī),各個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)不完全一致,這也會(huì)導(dǎo)致板長的測量誤差。

      在以上因素共同作用下,鋼板測長數(shù)值和實(shí)際長度存在約10 cm左右的偏差,但是鋼板測長的主要作用是用于爐內(nèi)鋼板模型,爐內(nèi)的板間距最小控制在600 cm左右,10 cm的偏差在可以接受的范圍之內(nèi)。當(dāng)鋼板測長結(jié)果和來料信息中的板長偏差過大時(shí),此鋼板不允許入爐,系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警,需人工介入處理。

      6 結(jié) 語

      近年來,隨著高強(qiáng)板和耐磨板在工程機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛,輥底爐生產(chǎn)線也越來越普遍。作為整條生產(chǎn)線的開端,應(yīng)該根據(jù)板材的工藝特性和廠房空間布局,合理的布置爐前設(shè)備,不僅滿足產(chǎn)品的品質(zhì)要求,也使整線的生產(chǎn)效率達(dá)到最優(yōu)化,為企業(yè)創(chuàng)造更大的效益。

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