冷床自動(dòng)上料效率提升的研究和應(yīng)用

黃梟雄,景 峰

(寶鋼湛江鋼鐵有限公司,廣東 湛江 524072)

隨著中厚板的發(fā)展,以及厚板市場的競爭越來越激烈,擴(kuò)大產(chǎn)能提升效率變得越來越重要。在中厚板的生產(chǎn)工藝上,冷床能起到緩沖軋機(jī)與剪切線之間生產(chǎn)能力不平衡的作用,根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),軋線的節(jié)奏越來越快,當(dāng)冷床上空間不足或者來不及上料時(shí),會(huì)導(dǎo)致鋼板不能及時(shí)離開軋線輥道,進(jìn)而堵住軋線的物流,影響到中厚板的軋制節(jié)奏[1-2],因此,研究改進(jìn)冷床區(qū)域的自動(dòng)化和效率提升問題很有現(xiàn)實(shí)意義。

1 工藝概述

冷床是冶金軋鋼行業(yè)軋制產(chǎn)品時(shí)進(jìn)行有效冷卻的區(qū)域[3],主要用于軋后鋼板在線緩慢自然冷卻,厚板軋制的熱態(tài)軋制大板進(jìn)入精整線前,需要經(jīng)過冷床降低軋制大板溫度,冷床在厚板的生產(chǎn)中起到承上啟下的作用。作為整條產(chǎn)線的物流樞紐,冷床的效率直接影響到軋線的生產(chǎn)節(jié)奏。

主要工藝流程如圖1所示,軋制完成后軋制大板物流方向如下:

圖1 冷床區(qū)域鋼板物流示意圖

(1)從熱矯直機(jī)出口進(jìn)入冷床上料輥道;

(2)停在上料輥道處等待上料;

(3)從上料輥道運(yùn)送到冷床本體;

(4)從冷床本體運(yùn)送到冷床出口;

(5)從冷床本體出口運(yùn)送到出料輥道;

(6)從出料輥道運(yùn)送到IB區(qū)域。

2 現(xiàn)狀問題分析

冷床結(jié)構(gòu)主要由固定梁、活動(dòng)梁、升降機(jī)構(gòu)和橫移機(jī)構(gòu)組成,上下料采用整體鏈條梁加托輥梁這種機(jī)構(gòu),工作時(shí)液壓缸驅(qū)動(dòng)整體鏈條梁升降,然后鏈條梁上的托板鏈條將鋼板抬起并移送到冷床本體上[4]。從生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看,當(dāng)在一段時(shí)間內(nèi)厚規(guī)格鋼板的通過量較多時(shí),由于目前的上料效率不高,或鋼板路徑安排不合理[3],可能會(huì)導(dǎo)致冷床來不及消化軋線的軋制大板,進(jìn)而造成軋線被迫停機(jī),影響生產(chǎn)順行,間接地帶來能源浪費(fèi)等一系列問題。

在原設(shè)計(jì)中,軋制大板需要停在第4組上料輥道末端處,從軋制大板進(jìn)入冷床開始,所需時(shí)間為T1:

(1)

式中:S為上料輥道的長度;V為上料區(qū)域的輥道速度。

上料裝置完成一個(gè)上料周期的時(shí)間為T2:

T2=t1+t2+t3+t4

(2)

式中:t1、t2、t3、t4分別為上料裝置抬升、前進(jìn)、下降、后退時(shí)間。

每次完成1塊軋制大板上料的時(shí)間為T,即:

T=T1+T2

(3)

在實(shí)際生產(chǎn)時(shí),由于軋制大板規(guī)格不一,以模具鋼為例,其特點(diǎn)是單重大、長度短,這樣的鋼板軋制效率高,按照現(xiàn)有單塊上料和頭部停在第4組上料輥道末端處的方式,會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問題:一是上料速度慢,二是上料后軋制大板質(zhì)量多壓在冷床本體的2區(qū)和4區(qū),造成2區(qū)和4區(qū)的電動(dòng)機(jī)過載,活動(dòng)梁變形等問題。

假設(shè)單塊軋制大板重為X,長度為Y,上料輥道的長度等于冷床本體寬度為S,積壓在冷床某個(gè)區(qū)域的質(zhì)量為Z:

(1)當(dāng)軋制大板長度Y小于0.5S時(shí),單塊軋制大板質(zhì)量全部壓在冷床本體的2區(qū)和4區(qū);

(2)當(dāng)軋制大板長度Y大于0.5S時(shí),單塊軋制大板質(zhì)量部分壓在冷床本體的2區(qū)和4區(qū)。

(4)

從式(4)可見,軋制大板越短,壓在冷床本體的2區(qū)和4區(qū)的質(zhì)量占比越大。

3 改進(jìn)思路和方法

3.1 改進(jìn)思路

按照之前的上料方式,必須等前一塊軋制大板(圖2中軋制大板1)上料完成后,才可以進(jìn)行下一塊軋制大板(圖2中軋制大板2)上料,這樣生產(chǎn)較短的軋制大板時(shí)效率低,不能滿足軋線的生產(chǎn)節(jié)奏。

圖2 原冷床上料邏輯示意圖

按照之前的上料方式,軋制大板全部靠近第4組末端位置,這樣會(huì)導(dǎo)致全部的質(zhì)量積壓在冷床的2區(qū)和4區(qū),造成冷床的2區(qū)和4區(qū)負(fù)載過大,導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)變形,見圖3。

圖3 原冷床本體軋制大板布局示意圖

改進(jìn)的思路是,可以將軋制大板長度進(jìn)行自動(dòng)分類:當(dāng)軋制大板小于0.5S時(shí),可同時(shí)上兩塊軋制大板,提升短軋制大板的上料效率;當(dāng)軋制大板大于0.5S時(shí),可采取居中上料,這樣軋制大板的質(zhì)量可以均分到冷床本體上,有效改善由于質(zhì)量不均衡帶來的問題。

3.2 實(shí)現(xiàn)方法

按照改進(jìn)思路,對(duì)冷床的控制功能進(jìn)行改造,主要包括:

(1)新增軋線來料鋼板的信息跟蹤功能。之前的冷床L1控制系統(tǒng)僅對(duì)鋼板進(jìn)行位置跟蹤,跟蹤內(nèi)容包括:鋼板ID、鋼板頭部位置、鋼板長度和鋼板速度。為了進(jìn)行長度的自動(dòng)識(shí)別,將每塊進(jìn)行位置跟蹤的鋼板,新增以下跟蹤內(nèi)容:鋼板的NPZ代碼(Next Plate Zone)、鋼板寬度、鋼板厚度。鋼板的以上信息數(shù)據(jù)采用堆?？刂破鬟M(jìn)行管理,可以存儲(chǔ)8塊鋼板的信息數(shù)據(jù)。

(2)鋼板根據(jù)NPZ信息自動(dòng)上料。當(dāng)軋制大板進(jìn)入到冷床上料輥道區(qū)域時(shí),L1系統(tǒng)會(huì)一直讀取軋制大板的NPZ代碼(Next Plate Zone),再將輥道的代碼和這個(gè)代碼進(jìn)行比較,當(dāng)代碼相同時(shí),軋制大板就停在本輥道區(qū)域,L1控制系統(tǒng)可根據(jù)鋼板的頭部位置和長度進(jìn)行自動(dòng)上料。

(3)冷床自動(dòng)拼板模式。冷床入口每組輥道按照X的長度計(jì)算,從冷床輸入輥道1組開始計(jì)算,空閑n組,則輥道的空閑空間為nX。來料鋼板長度計(jì)算方式是,L1控制系統(tǒng)將熱矯直機(jī)出口輥道上最靠近冷床入口輥道上的1塊鋼板長度作為來料的軋制大板長度;當(dāng)熱矯直機(jī)出口輥道上無軋制大板時(shí),L1控制系統(tǒng)把軋機(jī)跟蹤系統(tǒng)中的最后1塊鋼板長度作為冷床的來料鋼板長度。同時(shí)開發(fā)一個(gè)冷床入口自動(dòng)拼板模式的功能。

入口輥道拼板模式激活時(shí),當(dāng)矯直機(jī)出口輥道鋼板的長度小于冷床入口輥道空閑空間時(shí),則允許該鋼板向前輸送,進(jìn)行自動(dòng)拼板操作;當(dāng)矯直機(jī)出口輥道鋼板的長度大于冷床入口輥道空閑空間時(shí),則自動(dòng)將該鋼板鎖定在熱矯直機(jī)最后1組出口輥道上,同時(shí)冷床自動(dòng)上料。在拼板模式下,當(dāng)鋼板停到冷床入口輥道第4組的末端位置后,鋼板占用的輥道會(huì)自動(dòng)進(jìn)入擺動(dòng)模式;當(dāng)拼板完成后,執(zhí)行自動(dòng)上料動(dòng)作時(shí),輥道會(huì)自動(dòng)退出擺動(dòng)模式。當(dāng)操作人員想提前上料時(shí),可以點(diǎn)擊操作臺(tái)上的“上料”按鈕,可以中斷拼板,上料裝置先對(duì)前一塊軋制大板執(zhí)行上料操作。

當(dāng)打開“入口輥道拼板”后,如果再打開“冷床中線上板”功能,則會(huì)按照如下情形布鋼:當(dāng)鋼板長度大于0.5S時(shí)不拼板,鋼板中線與冷床中線對(duì)齊上鋼;當(dāng)鋼板長度小于0.5S時(shí)拼板,輥道第3組和第4組上的鋼板尾部停在中線,輥道第1組和第2組上的鋼板頭部停在中線,如圖4所示。

圖4 冷床入口兩塊軋制大板同時(shí)上料

冷床自動(dòng)拼板邏輯流程如圖5所示。

圖5 冷床自動(dòng)拼板邏輯流程圖

4 實(shí)現(xiàn)的效果

4.1 上料效率提升

軋制大板長度小于上料區(qū)域4組輥道長度的一半時(shí),第1塊軋制大板停在第4組上料輥道末端處,從軋制大板進(jìn)入冷床開始,所需時(shí)間仍然為T1。第2塊軋制大板停在第2組上料輥道末端處,從軋制大板進(jìn)入冷床開始,所需時(shí)間為T3:

(5)

原程序完成2塊的上料需要時(shí)間Told:

Told=(T1+T2)×2

(6)

現(xiàn)在完成2塊短軋制大板的上料,上料裝置只需要進(jìn)行1個(gè)上料周期,需要時(shí)間Tnew:

Tnew=T1+T2+T3

(7)

將式(6)減去式(7),可得每完成兩塊短坯可以節(jié)約時(shí)間T4:

T4=0.5T1+T2

(8)

由式(8)可知,短軋制大板軋制時(shí)采用此種方法可顯著提高上料效率,為軋制速度提升提供保障。

4.2 軋制大板質(zhì)量分布

當(dāng)軋制大板長度Y大于0.5S時(shí),軋制大板質(zhì)量會(huì)均勻分布在冷床本體上,1區(qū)和2區(qū)均分質(zhì)量:

Z=0.5X

(9)

采用居中上料后,無論軋制大板的長度,還是壓在冷床本體的2區(qū)和4區(qū)的質(zhì)量都是平均分布的。

5 結(jié)語

采用新的控制程序后,冷床的上料實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別軋制大板長度自動(dòng)上料,短軋制大板的上料效率明顯提升,可以匹配軋線的快節(jié)奏生產(chǎn)模式,同時(shí)采用居中上料方式,整個(gè)冷床本體的負(fù)載均衡。冷床區(qū)域的效率提升還需要持續(xù)研究,不斷提升自動(dòng)化的生產(chǎn)能力。