本發(fā)明涉及一種用于縮短軋鋼生產(chǎn)線連續(xù)出鋼時間間隔的裝置和方法，屬于軋鋼生產(chǎn)線設(shè)備及工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

“軋鋼”是鋼材生產(chǎn)中的最后一個環(huán)節(jié)。將加熱爐預熱后的不同規(guī)格的鋼坯，依次經(jīng)過在一條直線上放置的十數(shù)架或者數(shù)十架數(shù)量不等的、由交直流勵磁電機拖動的連軋軋機，軋制成為不同規(guī)格的成品鋼材。這一生產(chǎn)過程屬于金屬壓力加工。從首架軋機開始到末架軋機結(jié)束，連軋中的鋼坯每經(jīng)過一架軋機，鋼坯都會被軋機的兩組軋輥壓縮一定大小的尺寸。并且每經(jīng)過一架軋機后，根據(jù)體積秒流量相等的原理，經(jīng)過軋制，直徑縮小后的鋼坯的行進速度要比軋制前快。因此經(jīng)過連軋軋機軋制的鋼坯的行進速度是不斷被加快的，并且在經(jīng)過產(chǎn)線最末端的成品軋機后速度會達到最大。

原有的軋鋼工藝，從加熱爐出爐后的相鄰兩根鋼坯之間總會嚴格的保持數(shù)秒的時間間隔，用以保證活套、飛剪正常動作所依據(jù)的自動化熱金屬檢測器信號能夠識別出相鄰兩鋼。現(xiàn)代軋鋼工藝采用的是無張力軋制，在每兩架軋機間都有一座能夠起落的活套裝置。在活套掃描器識別到有鋼經(jīng)過后會做出起套動作，將鋼向上頂起，形成一個拱形，目的是防止軋機間經(jīng)常出現(xiàn)的堆鋼事故。而在活套掃描器的有鋼信號消失之后又會做出落套動作，落到低位，等待下一次識別到有鋼信號時再執(zhí)行起套動作。如果在無鋼的情況下沒有落到低位就會導致后面行進中的鋼撞到升起的活套輥上造成堆鋼。同理，位于軋線中后端的、用于切頭切尾和切倍尺的飛剪也依靠各自的熱金屬檢測器信號的正常識別來做出剪切動作。因此，假如縮短出爐后的相鄰兩根鋼坯之間的時間間隔將其頭尾相連軋制，就會使得熱金屬檢測器一直檢測到有鋼而無法正常識別出前后兩根鋼坯。飛剪與活套因此動作異常從而造成堆鋼事故。這數(shù)秒不等的時間間隔在一定程度上影響了生產(chǎn)節(jié)奏，同時也造成了軋機電機空載時的能源消耗。

現(xiàn)有的自動化控制邏輯中，物料識別是依靠軋機在咬入鋼坯的一瞬間，電流快速升高，超過了“設(shè)定門檻值”進而發(fā)出含鋼信號，這個電流模擬量含鋼信號就是鋼坯咬入軋機的識別標志，后續(xù)的級聯(lián)調(diào)速以及各種工藝控制都用到這個信號。現(xiàn)在由于鋼坯之間首尾相連，軋機始終處于咬鋼狀態(tài)，軋機含鋼信號會持續(xù)不間斷，因此不能正常識別到是前鋼咬入還是后鋼正在咬入的情況。

目前，在從電流模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)變的模式情況下無法在首架軋機處安放信號傳感器，因為軋輥中心線是一個非常精確的位置，由于軋機軋輥體積過大，無法在這個空間上放置一個數(shù)字量信號傳感器。查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，即便有在軋輥中心線處成功放置信號傳感器的案例，也會因達不到一定的精確度，從而影響了后續(xù)相關(guān)步驟。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種縮短軋鋼生產(chǎn)線連續(xù)出鋼時間間隔的裝置及方法，這種裝置及方法可以縮短相鄰兩根鋼坯的出鋼間隔時間，實現(xiàn)相鄰兩鋼頭尾相連進入產(chǎn)線軋制，同時還能夠保證飛剪、活套的正常動作，達到提高生產(chǎn)效率、降低能耗的效果。

解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：

一種縮短軋鋼生產(chǎn)線連續(xù)出鋼時間間隔的裝置，它包括一個熱金屬檢測器和熱金屬檢測器支架，熱金屬檢測器支架位于軋鋼生產(chǎn)線的首架軋機前端一側(cè)，熱金屬檢測器安裝在熱金屬檢測器支架上，熱金屬檢測器的探頭與首架軋機的軋輥中心線之間的距離等于所軋制鋼坯的長度，熱金屬檢測器的信號輸出端與信號處理模塊相連接，信號處理模塊通過控制裝置與首架軋機的交流主電機的變頻調(diào)速器相連接。

上述縮短軋鋼生產(chǎn)線連續(xù)出鋼時間間隔的裝置，軋鋼生產(chǎn)線的首架軋機前端一側(cè)設(shè)置有滑道，滑道沿著鋼坯運行的方向，熱金屬檢測器支架的下部與滑道配合連接，熱金屬檢測器支架與滑道為滑動配合。

一種使用上述裝置實施縮短軋鋼生產(chǎn)線連續(xù)出鋼時間間隔的方法，它采用以下步驟進行：

a．在首架軋機前端外側(cè)鋪設(shè)滑道，在滑道上安裝熱金屬檢測器支架和熱金屬檢測器，將熱金屬檢測器的探頭與首架軋機的軋輥中心線之間的距離調(diào)整至所軋制鋼坯的長度；

b．操作人員通過設(shè)定，調(diào)整進入首架軋機之前承載鋼坯的輥道速度超前率，即順著鋼坯前進方向，依次由高到低設(shè)置各段輥道的速度超前率，使得后一根從爐口出來的鋼坯不斷追上前一根鋼坯，在進入首架軋機之前，最晚在進入軋機的一刻完成首尾相連；

c．設(shè)定首架軋機的交流主電機的“低速持續(xù)時間”和“低速比例設(shè)定”兩個參數(shù)，將這兩個參數(shù)輸入到熱金屬檢測器連接的信號處理模塊中；

d．信號處理模塊通過“低速持續(xù)時間”和“低速比例設(shè)定”兩個參數(shù)對熱金屬檢測器輸入的信號進行處理，處理后發(fā)出速度指令通過傳動控制裝置輸送到交流主電機的變頻調(diào)速器，即刻發(fā)給首架軋機的交流主電機一個速降命令，以控制首架軋機的速降比例和持續(xù)時間。

上述縮短軋鋼生產(chǎn)線連續(xù)出鋼時間間隔的方法，所述“低速持續(xù)時間”參數(shù)限定為0至9秒；“低速比例設(shè)定”參數(shù)限幅在70%至100%區(qū)間。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明用放置的熱金屬檢測器所監(jiān)測到的數(shù)字量鋼尾信號來替代鋼坯頭部咬入軋機時的電流模擬量含鋼信號。采用這個創(chuàng)新設(shè)計后，利用鋼尾信號消失的穩(wěn)定性，不會導致誤信號，從而避免了在軋輥中心處放置傳感器的難題。

本發(fā)明在解決了含鋼識別的難點之后，通過對首架軋機降速解決了“分鋼”技術(shù)難點。首架軋機降速中設(shè)定了“低速持續(xù)時間”和“低速比例設(shè)定”兩個參數(shù)，以控制首架軋機速降比例和持續(xù)時間，最恰當?shù)膮?shù)設(shè)定便可以滿足前后兩個鋼坯在經(jīng)過這個分鋼點之后能保證合理的的跟鋼間距，從而保證后續(xù)關(guān)鍵設(shè)備的正常動作（倍尺剪正常切倍尺；切頭切尾剪正常切頭尾；活套正常落套），也能正常保證架次之間的拉伸關(guān)系，保證了產(chǎn)品成材率。

本發(fā)明是軋機連軋中的首創(chuàng)，解決了行業(yè)內(nèi)長期試圖解決而解決不了的難題。通過本發(fā)明的設(shè)計，實現(xiàn)了鋼坯以首尾相連的方式咬入首架軋機，并且在咬入首架的同時以首架軋機作為分鋼點實現(xiàn)分鋼，使得經(jīng)過首架軋機之后的鋼坯隨著軋制速率的不斷加快而拉開越來越長的間距，滿足后續(xù)關(guān)鍵設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，達到了縮短鋼坯軋制間隔時間、節(jié)約軋機交流主電機空載電流消耗、大幅降低能源消耗率的效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是分鋼原來流程框圖；

圖3是分鋼流程中的部件連接框圖。

圖中標記如下：首架軋機的軋輥中心線1、距離首架軋機軋輥中心線的一個鋼坯長度2、熱金屬檢測器3、熱金屬檢測器支架4、滑道5、鋼坯6、軋機軋輥7。

具體實施方式

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：

首先，使得鋼坯在咬入首架軋機之前首尾相連進入產(chǎn)線軋制。由于加熱爐出鋼節(jié)奏受到爐內(nèi)步進梁循環(huán)動作時間的影響，根鋼之間存在出爐時間差，前后兩根鋼坯出爐之后便存在一個距離間隔。這就需要調(diào)整進入首架軋機之前承載鋼坯的輥道速度超前率。順著鋼坯前進方向，依次由高到低設(shè)置各段輥道的速度超前率，使得后一根從爐口出來的鋼坯不斷追上前一根鋼坯，在進入首架軋機之前，最晚在進入軋機的一刻完成首尾相連。這些由崗位操作人員即可進行設(shè)定。

其次，要對連續(xù)進入軋制生產(chǎn)線的兩根鋼坯進行識別，解決目前設(shè)備無法正常識別出前后兩根鋼坯，飛剪與活套因此動作異常從而造成堆鋼事故。

然后，必須設(shè)計出一種分鋼方法，使得相鄰兩個鋼坯在軋制到關(guān)鍵設(shè)備（飛剪與活套）之前分隔開一定的距離來，這個距離一方面要保證上述關(guān)鍵設(shè)備所依靠的信號檢測裝置能夠區(qū)分行進中的前后兩個鋼坯，進而保證飛剪正常剪切、活套正常落套；另一方面，飛剪的正常剪切需要保證兩個鋼坯之間有約2米至3米左右的距離，以防止飛剪動作時剪臂誤撞下一根鋼坯，造成堆鋼。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

縮短軋鋼生產(chǎn)線連續(xù)出鋼時間間隔的裝置包括一個熱金屬檢測器3、熱金屬檢測器支架4和滑道5。

圖1顯示，熱金屬檢測器支架4位于軋鋼生產(chǎn)線的首架軋機前端一側(cè)，熱金屬檢測器3安裝在熱金屬檢測器支架4上，軋鋼生產(chǎn)線的首架軋機前端一側(cè)設(shè)置有滑道5，滑道5沿著鋼坯6運行的方向，熱金屬檢測器支架4的下部與滑道5配合連接，熱金屬檢測器支架4與滑道5為滑動配合。

圖1、2顯示，熱金屬檢測器3的探頭與首架軋機的軋輥中心線1之間的距離等于所軋制鋼坯6的長度，熱金屬檢測器3的信號輸出端與信號處理模塊相連接，信號處理模塊通過控制裝置與首架軋機的交流主電機的變頻調(diào)速器相連接。

使用上述裝置實施縮短軋鋼生產(chǎn)線連續(xù)出鋼時間間隔的方法，它采用以下步驟進行：

a．在首架軋機前端外側(cè)鋪設(shè)滑道，在滑道5上安裝熱金屬檢測器支架4和熱金屬檢測器3，將熱金屬檢測器3的探頭與首架軋機的軋輥中心線1之間的距離調(diào)整至所軋制鋼坯6的長度。

b．操作人員通過設(shè)定，調(diào)整進入首架軋機之前承載鋼坯6的輥道速度超前率，即順著鋼坯6前進方向，依次由高到低設(shè)置各段輥道的速度超前率，使得后一根從爐口出來的鋼坯6不斷追上前一根鋼坯6，在進入首架軋機之前，最晚在進入軋機的一刻完成首尾相連。

c．設(shè)定首架軋機的交流主電機的“低速持續(xù)時間”和“低速比例設(shè)定”兩個參數(shù)，將這兩個參數(shù)輸入到熱金屬檢測器3連接的信號處理模塊中，“低速持續(xù)時間”參數(shù)限定為0至9秒；“低速比例設(shè)定”參數(shù)限幅在70%至100%區(qū)間。

d．信號處理模塊通過“低速持續(xù)時間”和“低速比例設(shè)定”兩個參數(shù)對熱金屬檢測器3輸入的信號進行處理，處理后發(fā)出速度指令通過傳動控制裝置輸送到交流主電機的變頻調(diào)速器，即刻發(fā)給首架軋機的交流主電機一個速降命令，以控制首架軋機的速降比例和持續(xù)時間。

采用以上技術(shù)方案后，解決了鋼坯在咬入首架軋機之前首尾相連進入產(chǎn)線軋制、以及對連續(xù)進入軋制生產(chǎn)線的兩根鋼坯進行識別的問題。具體來說，滑道5上的熱金屬檢測器支架4能夠根據(jù)不同長度的鋼坯6調(diào)整距離首架軋機軋輥中心線的一個鋼坯長度2的位置。以12米長規(guī)格的鋼坯6為例，這個位置就是距離首架軋機軋輥中心線12米處，放置一個熱金屬檢測器4，用來檢測鋼尾消失的時刻，由于前后兩根鋼坯在這個位置時根鋼間距尚存在，能夠滿足檢測裝置的正常檢測，不會產(chǎn)生連鋼信號。這個時刻恰好就是本段鋼坯6恰好咬入首架軋機的時刻。即：用放置的熱金屬檢測器3所監(jiān)測到的數(shù)字量鋼尾信號來替代鋼坯6頭部咬入軋機時的電流模擬量含鋼信號。采用這個創(chuàng)新設(shè)計后，利用鋼尾信號消失的穩(wěn)定性，不會導致誤信號，從而避免了在軋輥中心處放置傳感器的難題。

以上技術(shù)方案同時解決了“分鋼”技術(shù)難點，考慮到軋鋼工藝中級聯(lián)調(diào)速的特點：“調(diào)整下游機架的速率會跟進影響到上游機架，使得上游所有機架的速率跟著被調(diào)整”。為了不影響生產(chǎn)工藝的改變，消除因調(diào)控某架軋機的速率而導致的級聯(lián)調(diào)速影響。本發(fā)明將分鋼點設(shè)定為最上游的架次，即在首架軋機處實現(xiàn)分鋼。在分鋼過程中，借助軋鋼生產(chǎn)線中鋼坯會被逐漸拉伸加速的特征，本發(fā)明創(chuàng)造性地利用速降的方法的實現(xiàn)分鋼。值得注意到的一點是，這個速降是有時間長度和比例大小要求的，這主要是考慮到鋼坯在經(jīng)過首架軋機之后會陸續(xù)進入到第二架次、第三架次等等，如果速降時間過長，或者速降比例過大，待鋼坯咬入后續(xù)架次之后便會影響到架次之間鋼坯的堆拉關(guān)系，造成過度拉伸，甚至拉斷，影響產(chǎn)品質(zhì)量和成材率。因此還需將低速持續(xù)時間和低速比例設(shè)定這兩個因素考慮進來。使得最好在鋼坯咬入第二或者第三架次之前就完成速降過程并恢復原始速率。

具體的分鋼過程如下：首尾相連的前后兩鋼，當識別到后面這根鋼坯頭部恰好咬入首架軋機時，位于首架軋機軋輥中心線1前一個整段鋼坯長度位置處的熱金屬檢測器3會發(fā)送給電機調(diào)速裝置一個速降信號，這個速降信號通訊至西門子s120傳動控制系統(tǒng)中交流主電機的變頻調(diào)速器，此時首架軋機的交流主電機通過變頻器的速度調(diào)節(jié)下速降，借助軋鋼生產(chǎn)線中鋼坯會被逐漸拉伸加速的特征，軋制速度不斷加快，前一跟鋼坯的速度越來越快，后面這跟鋼坯由于剛剛咬入被速降的首架軋機，從而與前一根鋼坯保持了一個越來越大的距離。從而依靠下游機架不斷加快的軋制速率來保證了這個合理的分鋼距離。（上述速降信號是通過一個含有斜坡函數(shù)的信號處理模塊后發(fā)出的）。此時還需要調(diào)節(jié)合理的分鋼距離。為了方便崗位工藝操作人員可控制這個距離的大小。本發(fā)明在相對應的wincc主控畫面上寫入了人為可調(diào)的“低速持續(xù)時間”和“低速比例設(shè)定”兩個參數(shù)設(shè)定塊。并且，一方面結(jié)合工藝經(jīng)驗，保證架次之間合理的堆拉關(guān)系，另一方面也為防止操作人員輸入?yún)?shù)時的失誤操作，系統(tǒng)中設(shè)置了限幅：“低速持續(xù)時間”限定在0至9秒；“低速比例設(shè)定”限幅在70%至100%區(qū)間。通過操作人員設(shè)定這兩個參數(shù)，就可以控制首架軋機速降比例和持續(xù)時間。通過經(jīng)驗嘗試，最恰當?shù)膮?shù)設(shè)定便可以滿足前后兩鋼在經(jīng)過這個分鋼點之后能保證合理的的跟鋼間距，從而保證后續(xù)關(guān)鍵設(shè)備的正常動作（倍尺剪正常切倍尺；切頭切尾剪正常切頭尾；活套正常落套）。也能正常保證架次之間的拉伸關(guān)系，保證了產(chǎn)品成材率。

圖2顯示，分鋼原理流程圖為分鋼操作中速度閉環(huán)框圖。圖中的原始速度是西門子s120傳動控制系統(tǒng)中交流電機主軸上編碼器采集的速度模擬量。首尾相連的前后兩鋼，當識別到后面這根鋼坯頭部恰好咬入首架軋機時，通過一個有斜坡函數(shù)功能的信號處理模塊。原始速度輸入被乘以一個可調(diào)參數(shù)k（低速比例設(shè)定）之后輸出。處理過的速度指令通過已有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊至西門子s120傳動控制系統(tǒng)中交流主電機的變頻調(diào)速器，即刻發(fā)給首架軋機的交流主電機一個速降命令，此時首架軋機開始速降，依靠下游機架不斷加快的軋制速率來保證合理的分鋼距離。

圖3顯示，速度閉環(huán)中關(guān)鍵部件有交流電機主軸上編碼器、step7信號處理模塊、控制單元cu320、變頻器，原始速度是西門子s120傳動控制系統(tǒng)中交流電機主軸上編碼器采集的速度模擬量，這個模擬量通過網(wǎng)絡(luò)通訊到step7信號處理模塊中，經(jīng)過斜坡函數(shù)的k值（低速比例設(shè)定）縮小后，再經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通訊至西門子s120傳動控制系統(tǒng)中控制單元cu320，在cu320中經(jīng)過代碼換算處理通訊至變頻裝置中，進而控制交流電機的運轉(zhuǎn)速度。交流電機編碼器再度采集當前速度模擬量再度循環(huán)控制實現(xiàn)速度閉環(huán)。

圖1、2、3顯示，在上述技術(shù)方案中，把熱金屬檢測器3檢測到此段鋼坯6消失的信號就作為本段鋼坯6恰好咬入首架軋機軋輥7的含鋼信號。一旦識別到鋼坯6的咬入，信號處理模塊將原始速度輸入乘以一個可調(diào)參數(shù)k（低速比例設(shè)定）之后輸出，即step7信號處理模塊會立刻發(fā)給首架軋機的交流主電機一個速降命令，此命令發(fā)送至西門子變頻器，由變頻器控制首架軋機速降。待低速持續(xù)時間計滿后，低速給定撤銷，進入下一識別周期。不斷循環(huán)往復，達到縮時、節(jié)能的目的。

本發(fā)明通過以上技術(shù)方案，實現(xiàn)了鋼坯以首尾相連的方式咬入首架軋機，并且在咬入首架的同時以首架軋機作為分鋼點實現(xiàn)分鋼，使得經(jīng)過首架軋機之后的鋼坯隨著軋制速率的不斷加快而拉開越來越長的間距，滿足后續(xù)關(guān)鍵設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，縮短了鋼坯軋制間隔時間，節(jié)約了軋機交流主電機空載電流消耗，大幅降低能源消耗率。經(jīng)過測算，采用本發(fā)明后，可提高軋制節(jié)奏7%-11%左右。節(jié)約交流設(shè)備空載運行時間約為每小時22-27.5秒，減少了空載下交流設(shè)備的電力能源消耗，達到了提高生產(chǎn)效率、 降低能耗的效果。