張紅軍

（鞍鋼股份有限公司鞍山114000）

【摘要】1580熱軋生產線粗軋機組中R₂軋機原設計無空過功能，若R?軋機出現重大事故,將引發長時間停軋，造成巨大的經濟損失。為此設計了 R₂軋機空過功能，以降低1580熱軋線事故隱患,提高設備可開動率。

【關鍵詞】空過；設備可開動率；軋制力；程序

1前言

1580熱軋生產線粗軋機組設計為R₂和氏兩架水平軋機。水平軋機與立輾軋機布置成緊湊式結構，共同組成可逆式萬能軋機（見圖1）。每架粗軋機組對軋件進行1—7道次軋制并為后續連軋機組提供合格的中間軋件。原設計乩軋機可以空過，但R₂軋機無空過功能。若發生R₂軋機主軸斷裂、 R₂壓下電動機故障、R₂主傳動系統故障將造成1580熱軋線幾個小時甚至幾天的非計劃停機，對年產量390萬t的1580熱軋生產線造成巨大的損失。為此設計R₂軋機空過功能用以降低1580熱軋線事故損失,提高設備可開動率。

2工藝簡介

粗軋區域工藝為二級計算機系統（過程控制系統）接收到鋼坯從加熱爐出鋼完成后，給SP（定寬壓力機）軋機一級系統（基礎自動化系統）發鋼坯數據和設定值。鋼坯經過除磷后自動運到SP軋機入口，對中完成后，SP軋機一級系統判斷SP軋機的導向棍、夾送銀、側壓、主傳動輻縫、速度反饋值和ER₁軋機對SP軋機的約束條件，若上述條件滿足后,SP軋機開始軋鋼直到軋制結束拋鋼。

SP軋機拋鋼后,將信號反饋給二級計算機系統，同時控制SP出口輻道將鋼坯運到R₁入口。鋼坯運到D₄輥道后，二級計算機系統給ER₁—級系統下發鋼坯數據和設定值,R,—級系統將鋼坯運到E₁軋機入口，對中完成后，判斷E₁側壓位置、E₁AWC位置、R₁壓下位置、主傳動速度實際值以及相鄰軋機對R₁軋機的約束條件，當滿足條件時，ER₁軋機以咬入速度開始進鋼，軋制力建立后升速到軋制速度，鋼坯到達拋鋼減速點后降到拋鋼速度，然后拋鋼,第一道次軋制完成。在乩軋機出口判斷咼側壓位置、E₁AWC位置、乩壓下位置、主傳動速度實際值以及相鄰軋機對R₁軋機的約束條件，當條件滿足時開始第二道次的軋制，軋制順序和第一道次相同。第二道次拋鋼完成后執行第三道次軋制。

R₁軋機拋鋼后，將信號反饋給二級計算機系統同時控制R₁出口輾道將鋼坯運到R₂入口。將鋼坯運到G₆輥道，二級計算機系統給ER₁—級系統下發鋼坯數據和設定值，R₂—級系統將鋼坯運到E₂軋機入口，對中完成后，判斷E₂側壓位置、E₂AWC位置、R₂壓下位置、R₂AGC位置、主傳動速度實際值和相鄰軋機對R?軋機的約束條件。當滿足條件時,ER₂軋機以咬入速度開始進鋼，軋制力建立完成后升速到軋制速度。鋼坯到達拋鋼減速點后降到拋鋼速度，然后拋鋼。第一道次軋制完成，在R₂ 軋機出口判斷E₂側壓位置、E₂AWC位置、R₂壓下位置、主傳動速度實際值和相鄰軋機對比軋機的約束條件,當條件滿足時開始第二道次的軋制，軋制順序和第一道次相同。第二道次拋鋼完成后執行第三道次軋制。

3可行性分析

實現R₂軋機空過需要軋制品種的最大軋制力、主電動機功率和中間鋼坯長度三方面在R₁軋機能力范圍內,R₁軋機能力見下表：

3.1校核軋機軋制力

1580熱軋線粗軋機組常規軋制模式為R₁軋機與軋機各進行三道次軋制,若實現R₂軋機空過,需要重新進行軋機負荷分配,R₂軋機軋制5或者7道次。R₁軋機最大軋制力30 000kN,經過軋制模型計算和對比R₁軋機空過R₂軋機軋制的經驗數據并經過計算校核。

SIMS公式：

式中:P——軋制力/kN；

B——鋼鋼坯寬度，取最大值1.250m;

l_e´——壓扁后的軋輻與軋件接觸的水平投 影長度/mm;

Q_p——基礎弧上摩擦力影響系數；

K——鋼坯化學成分及物理條件系數，查表得 125.54( Q235);

K_T ——張力系數，可逆軋機取1。

SIMS公式中：

式中:R' = R( 1 + 0.22 x P/BΔh )；

R——軋輻半徑,R=650mm;

Δh---- 壓下量,Δh=27.5 mm;

B ----鋼坯寬度,B=1200mm;

P——軋制力，這里取珀軋機最大軋制力 30000kN。

SIMS公式中：

h_m——軋制前后的平均厚度，取第五道次為 76.25 mm;

?——壓下量比軋制前厚度，取第五道次 0.44。

計算結果為：

上述計算結果小于R₁軋機最大軋制力,可得出結論:在軋制厚度200mm、寬度1250- 1280mm時沖間軋件厚度62.5 mm~77.8 mm、寬度 1000-1250mm時，成品厚度3.5~6.0mm、寬度1000~1250mm時,材質又為冷軋SPHC, Q235B, AYHS5鋼種時,軋制力滿足R₂空過,R₁軋機5道次軋鋼要求。

3.2 校核電動機功率

1580熱軋線R₁軋機的主電動機額定功率3800kW,最大功率為9500kW。將冷軋SPHC,Q235B,AYHS5鋼種的負荷導入模型，計算岀電動機功率均在9500 kW內,校核過程如下：

式中：M——軋棍上的轉矩，單臺電動機等于M_p的一半為 1474.63 kN • m;

N ——電動機有效功率；

η ——電動機效率4=0.95；

costφ----電動機功率因數；

n ——電動機轉速，n=48r/min(最大轉速）。

計算出N = 7801.85kW,電動機最大功率為9500 kW,校核結果為電動機功率滿足軋制需求。

3.3校核R₁入口棍道長度能否滿足中間軋件的長度要求

若實現R₂軋機空過,需要乩進行5道次軋制，第4道次軋制到乩入口的軋件長度最長。如果第4道次軋制到R₁入口的軋件長度大于R₁軋機入口輾道長度，可能將爐后除鱗箱內集管撞壞,所以需要校核第4道次軋制到R₁入口的軋件長度,應小于R₁入口輻道的長度,并留有余量。

根據1580熱軋線輻道布置（見圖2）,可以確定可用的輻道長度為輻道距離。

R₁中心線到SP中心線距離+D₁輥道到SP中心線距離-拋鋼的距離-E₁中心線到R₁中心線距離+立輥寬度=32.3+16.25-7-3.73+（4.86-3.73）=38.95 m。

R₂反向道次拋鋼距離為7m,所以允許的第四道次中間坯長度為31.95m,留有余量1.5m,R₁軋機入口轆道運行軋件長度為30m。1580熱軋線最小軋件規格為厚度200mm、寬度1250-1280mm,長度8500mm。根據金屬秒流量公式得出中間坯的規格為厚度62.5~77.8mm、寬度1000~1250mm、長度24000 ?28500mm。

得出結論:R₁軋機的軋制能力滿足軋制冷軋SPHC,Q235B,AYHS5材質、中間軋件的長度不超過30m的鋼種的要求。

4程序修改方案

為了實現R₂軋機空過功能，需要重新設計如下程序:即R₁軋機軋制時控制的轆道長度、R₁軋機的道次、R2軋機空過時的咬鋼信號。

(1) 修改乩軋制時前后銀道跟隨R₁的長度：R₁軋機常規軋制時，需要D₃,D₄,D₅,G₁,G₂,G₃,G₄ 輥道跟隨R₁軋機,若實現R₂軋機空過和R₁軋機5道次軋制，中間軋件的長度增大，需要從爐后除鱗箱的岀口位置到G₇輥道范圍內輯道跟隨R₁軋機軋制。從程序設計的角度，需要增加D₂,G₅, G₆,G₇棍道在軋制時跟隨R₁軋機速度，同時修改SP軋機程序，在R₂空過時，將側壓、導向輥、夾送輥打到最大位置。

(2) 修改R₁道次程序、滿足5道次軋制要求：R₁軋機常規軋制時,進行3道次軋制，在R₁軋機程序原設計中，最大的軋制道次為3。為了實現R₂軋機空過功能,需要將最大軋制道次修改為5,實際程序設計時將最大軋制道次數由3改為7,并且將當前為第4,5,6,7道次信息發送給二級計算機系統。

(3)R₂軋機空過的咬鋼信號:在原設計中R₂軋機咬鋼信號邏輯是軋制力大于700 kN時,判斷為R₂軋機咬鋼，當軋制力信號小于300kN時,R₂軋機拋鋼。當比軋機空過時,R₂軋機沒有軋制力，但過程控制系統需要R₂軋機的咬鋼和拋鋼信號用作軋件定位跟蹤，所以需要增加R₂軋機空過時的R₂軋機咬鋼信號。新程序設計用HMD320信號代替軋制力信號作為咬鋼、拋鋼條件，即HMD320信號ON及G₁₀輥道正向速度作為軋機的咬鋼信號，用HMD320信號OFF及輾道正向速度加延遲作為拋鋼信號,并將信號反饋給過程控制系統。

5 R₂軋機空過驗證

完成可行性分析與程序設計后，對修改的與二級計算機系統通信部分和原設計中從未使用過的4到7道次軋制數據的部分數據進行測試,并經過長時間模擬軋制后,進行了 R₂空過、R₁軋機5道次軋制。實際軋制過程如圖3所示,在軋制成品厚度3.5-6.0 mm、寬度1000~1250mm,軋制的是冷軋SPHC, Q235B, AYHS5鋼種時，軋制力基本小于20 000kN,最大軋制力為21 760kN,軋制速度為3.2m/s。這些數據均在R₁軋機的軋制能力范圍內。軋制時第四道次鋼板長度為26m,實際只占用D₂輥道的3根銀道。軋制成品經過工藝工程師校核其厚度、寬度均在公差范圍內，并且板型、板面質 量良好。

6結語

經過實際軋制后得出結論:R₂軋機空過R₁軋機5道次軋制可以在R₁軋機設計能力內軋制厚度200mm、寬度1250- 1280mm、長度8.5m,中間軋件厚度 62.5-77.8mm、寬度 1000~1250mm、長度小于 30 m的材質為冷軋SPHC, Q235B, AYHS5的鋼種。

R₂軋機空過的意義在于當1580熱軋線R₂軋機出現重大事故，比如R₂AGC系統、電動壓下系統、 支承輻的平衡系統、主傳動系統出現故障時，1580熱軋線可以在維持生產的同時來處理事故，能夠有效減少非計劃停機時間，提高設備的可開動率。同時1580熱軋線R₂軋機可空過軋制后，粗軋區域實現了 “萬能空過”，即任何單體設備損壞都不影響1580熱軋線粗軋區域的生產，有效提高了 1580熱軋線的設備開動率。

參考文獻

［1］ 彭大暑.金屬塑性加工原理.中南大學出版社,2004.

［2］孫一康.帶鋼熱連軋的模型與控制.北京：冶金工業出版社,2004.