浅谈冷连轧机组卷取段设备设计及自动化控制

浅谈冷连轧机组卷取段设备设计及自动化控制

郭成光

广西钢铁集团公司冷轧厂538000

摘要：冷连轧机组当中卷取段的设备自身自动化运行程度与可靠性，往往直接影响着整个机组实际生产效率。本文主要介绍某钢厂酸轧机组当中卷取段的设备总体布局设计、核心设备的设计要点及优化自动化的系统控制程序，经生产实践便可证明，该设备实际运行期间可靠性与稳定性均得以保障，实际自动化的运行程度相对较高，发生故障问题几率较低，能够满足于机组实现快速生产高质量带钢要求。

关键词：冷连轧；机组；卷取段；设备设计；自动化；控制；

前言

卷取段的设备，属于冷连轧的机组当中核心部分，负责的是成品带钢卷取、运输、承重及打捆等相关生产工序，该设备自动化的控制程度及运行稳定性将直接影响着冷连轧的机组总体运行效率及带钢生产品质。鉴于此，本文主要针对冷连轧机组当中卷取段的设备设计与自动化的控制进行综述分析，望能够为相关专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或者依据。

1、卷取段的设备布局

某钢厂酸轧机组当中卷取段的设备总体布局设计为：飞剪装置、助卷位侧的支撑、双卷筒卷的取机、皮带的助卷器、固定鞍座、卸卷小车、称重装置、卷取位侧的支撑、步进梁、压辊装置、打捆机等。该设备整体构成较为合理，在空间的利用率方面相对较高，结构较为紧凑，整个工艺流程相对通畅，可适应于较快的生产运行节奏。带钢逐渐进入到卷取段的设备之后，通过皮带的助卷器来将助卷完成，把助卷位的卷筒上缠绕好带钢，在卸卷位的卷筒将卸卷操作完成之后，双卷筒卷的取机内主转盘开始旋转，对两个卷筒进行换位操作。在卸卷位上带钢持续将剩余卷取操作完成，在卷径可达相应规格与标准之后，对分卷进行飞剪剪切处理，带头进入到皮带的助卷器内。卸卷位侧的支撑、助卷位侧的支撑均通过上下摆动，来对块式结构起到支撑作用，促使卷筒能够减轻钢卷，并让其张力有挠度产生，将轴承与卷筒实际使用寿命延长。皮带的助卷器，其内部主要包含着皮带、横移车体、张紧机构、升降车体、前后抱臂等，主要负责带头快速进行助卷操作；卸卷的小车，它主要是把从卸卷位的卷筒当中取下钢卷，并将其放置于固定的鞍座；步进梁，取走固定于鞍座之上钢卷，借助称重装置来进行称重，并借助打捆机做好打捆处理，通过天车把带钢运送到成品库中；助卷位的卷筒外侧部分设上套筒机，生产带钢规格若＜0.4mm，则为避免塌卷情况出现，需预先在相应助卷位的卷筒之上把套筒套好。此机组所在卷取段基本的工艺参数即为：钢卷外径为φ900-φ2100ｍｍ、内径为φ610ｍｍ；成品带钢的宽度为800-1880ｍｍ、厚度为0.3-2.5ｍｍ；卷筒的中心距为2050ｍｍ、卷取电机的功率为2*2475kW、卷取的机速比为1.598、剪切最大速度为300m/min、卷取最大的速度为1450m/min；卷取张力为127.4kＮ。

2、核心设备的设计要点

卷取段，它主要是将冷轧成品的带钢卷取、运送完成，需确保带钢生产运行有着较高精度、快速、稳定性等，要求设备结构具备良好可靠性、较强性能，且结构科学合理。

2.1飞剪的本体

飞剪装置，它的内部构成主要包含着飞剪的本体、剪前夹的送辊、剪后的专向辊。飞剪的本体，为滚筒式的结构，主要负责的是把带钢的分卷剪切操作完成，内部构成主要包含着斜齿同步的齿轮、横梁、机架、滚筒轴、刀座、刀片等。滚筒轴的材质属于40Cr；刀片运用带后脚的结构，其刀尖的斜角即为75°±40”。飞剪操作的侧装设斜齿同步的齿轮机构，其主副齿轮主要是用螺栓与柱销合为一体。因上下的滚筒轴经斜齿同步的齿轮实现传动操作，在一个齿轮实施轴向运动期间，会与其啮合另个斜齿轮之间出现微量相对角的位移情况，滚动轴与另外滚动轴相比转转较小角度，剪刃之间间隙发生变化。为确保调节期间螺纹副内为零间隙，需用无间隙螺旋升降的机构，以过更好地满足高精度调节需求。

2.2双卷筒式卷取装置

双卷筒式卷取装置，运用的是四斜楔式的快换卷筒、夹钳斜楔式的定位装置、同芯轴式的传动系统等各种先进的结构，总体结构相对较为紧凑，失张段的长度得以减少，成材率提高显著。双卷筒式卷取装置内部构成包含着排油装置、卷筒装配、回转的定位装置、主转盘、双输入式传动箱等。主转盘，它内部构成包含着半齿圈２个、集管轴1个、花键内外的空心套筒2根、独立传动两组齿轮副、上下箱体等；双输入式传动箱，它的内部构成包含着联轴器、独立传动两组齿轮副、箱体等；回转的定位装置，内部构成包含着减速机、夹紧斜楔、定位斜楔、夹紧夹钳、定位夹钳、托辊、底座等。夹钳与托辊属于合金钢的锻件，夹紧与定位斜块所在滑动面为堆焊耐磨的铜合金；空心套筒与半齿圈，均属于合金钢的锻件，需实施调质的热处理。箱体，属于焊接的结构件，而齿轮也属于合金钢的锻件，所有齿轮表面均需实施渗碳淬火的热处理；卷筒主轴，其内部构成包含着旋转接头、涨缩油缸、拉杆、十字头、径向斜楔、轴向斜楔、扇形板、空心主轴等。空心主轴、拉杆、十字头、扇形板均属于合金钢的锻件，需实施调质热的处理。扇形板的外圆表面经喷丸处理后镀硬铬，以起到增强耐磨性作用。

3、实现自动化的系统控制

3.1总控制流程

卷取段的设备基本控制要求为，需围绕着带钢平整卷取、快速分切、平稳运输，所有设备动作均需有效衔接，以能够为后续各项操作工序预留好操作时间。在时序控制方面，需严格依据工艺标准及顺序进行操作，充分理解所有设备与联锁关系，确保卷取段处于无人看守条件下仍然能够可靠地、自动化地生产运行，并保障带钢实际生产质量。卷取段的设备实际控制流程即为：启动运行→上套筒→准备助卷→助卷→准备卸卷车→飞剪剪切→带尾卷取→打开助卷器→卸卷→旋转主转盘→步进梁开始运输→天车把钢卷吊运到指定位置。控制程序主要是运用模块化完成编程操作。

3.2转盘旋转系统程序

在以上自动化系统程序当中，主转盘的旋转模块所涉及到的动作相对较多，且与其余设备之间存在着极具复杂性联锁的关系，若控制不当，则极易导致设备出现损坏情况，进而引发较为严重的生产运行事故问题，它基本功能实现属于卷取段总体自动化信息系统程序核心所在。经多处现场检验操作与优化处理之后，如图1所示，为具体控制流程。

图1转盘旋转的控制流程示图

4、结语

综上所述，依据以上设备总体设计布局与控制标准，该钢厂酸轧机组当中卷取段的设备，在投产之后迄今为止，设备总体运行可靠、稳定，有着较高的自动化的运行程度，运行故障问题实际发生率得以有效控制，基本可满足于机组实现快速生产运行及高质量生产带钢各种需求。

参考文献：

[1]田兆海，刘莉，TIANZhao-hai.冷连轧卷取机张力控制分析与调整[J].冶金设备管理与维修，2016，34（10）：601-603.

[2]WangZ，ZhouS，MaZ，etal.DesignanddevelopmentofintelligentoptimizationSystemforColdContinuousRollingRules[C]//IntelligentControl&Automation.IEEE，2017，28（15）：410-414.

[3]DasS，PanI，HalderK，etal.LQRbasedimproveddiscretePIDcontrollerdesignviaoptimumselectionofweightingmatricesusingfractionalorderintegralperformanceindex[J].AppliedMathematicalModelling，2016，37（06）：4253-4268.