鞍钢技术 万方数据・４２・ＡＩＳＣ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ２００１年第５期鞍钢１７８０热连轧步进梁式加热炉优化控制梁红 范光明（鞍钢设计研究院）摘要 结合鞍钢热轧带钢厂总体改造工程，针对其加热炉的特殊情况，提出了短行程步进梁式加热炉的最优控制方案。关扭词 加热炉装钢机步进梁出钢机Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｗａｌｋｉｎ－ｂｅａｍ－ｔｙｐｅ ＲｅｈｅａｔｉｎｇＦｕｒｎａｃｅ ｏｆ ＡＩＳＣ １７８０ Ｈｏｔ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｒｏｌｌｉｎｇ ＮＯ ｉｌａｎｇ Ｈｏｎｇ Ｆａｎ Ｇｕａｎｇｍｉｎｇ（ＡＩＳＣ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ） Ａｂｓｒｔａｃｔ Ｃｏｍｂｉｎｅ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｒｅｖａｍｐｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ Ｈｏｔ Ｓｅｍｉ－Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｓｔｒｉｐ Ｒｏｌｌｉｎｇ ｏｆ ＡＩＳＣ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔ－ｓｔｒｏｋｅ ｗａｌｋｉｎｇ－ｂｅａｍ－ｓｔｙｌｅ ｆｕｒｎａｃｅ，ｔｈｉｓ ａｒｉｔｃｌｅ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｏｒｌｌｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ．Ｋｅ ｙ Ｗｏｒｋ ｒｅｈｅａｔｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅ ｓｔｅｅｌ ｃｈａｒｇｅｒ ｗａｌｋｉｎｇ ｂｅａｍ ｓｔｅｅｌ ｅｘｔｒａｃｔｏｒ１前言三菱集团签订了１７８０ｍｍ热轧带钢生产线技术及设备引进合同，拉开了原半连轧厂总体改造的序 鞍钢热轧带钢厂现有的１７００机组是原苏联幕。援建的热轧带钢生产机组，基本上属于第一代轧 本文以鞍钢１７８０ｍｍ总体改造为背景，分析机水平。自１９５８年投产以来，经过多次设备更新步进梁式加热炉的最优控制问题。与技术改造，生产能力已由原设计的８０万ｔ／ａ增加到２５０万ｔ／ａ。由于设备陈旧，虽然采用了一些２步进梁式加热炉控制简介先进技术，效果却不理想，其整体装机水平不仅远远落后于国外，而且也落后于国内现有的几套热２．１工艺流程带钢轧机。特别是加热炉，虽经多次改造和增建，１７８０热连轧机面所需板坯来自第三炼钢厂 但仍全部是落后的推钢式加热炉，不但生产能力连铸车间，其产品规格如下：低、加热效果差，而且由于严重磨损和水印，对带 板坯厚度：２３０ｍｍｏ钢表面质量影响很大〔‘，。板坯宽度： ９５０＾－１６５０ｍｍｏ１９９５年鞍钢对原半连轧厂总体改造做出了 板坯长度： ４３００＾－１１０００ｍｍｏ规划：“一定要把鞍钢半连轧厂改造成一个具有板坯重量： 最大３０． ６ｔ．９０年代世界先进水平的热连轧厂，以满足市场需 连铸来的板坯按规格分别在板坯库不同区域求。”经过一年多的谈判，于１９９６年１２月与日本堆垛保存。根据轧制计划，使用吊车人工吊运板坯到板 梁红工程师鞍钢设计研究院坯库２号辊道上，经过２号转盘、转盘间辊道及１邮编 １１４０２１号转盘，板坯进人加热炉接近辊道（分两组：Ａｌ及梁红范光明鞍钢１７８０热连轧步进梁式加热炉优化控制Ａ２）。在Ａｌ辊道上进行称重、测长，并通过ＩＴＶ完成板坯的核对工作；在Ａ２辊道上进行板坯测温，这主要用于热装场合。确认后的板坯进人加热炉装料辊道（分６组：ＢＩ－Ｂ６），通过ＡＰＣ控制，完成・４３．在送钢过程中，当板坯遮蔽激光检测器Ｌ１ 时，根据ＰＬＧ记录的位置植Ｓｂ，可得出本块板坯宽度的测量值Ｂ＂ ．Ｂ，二２２１０一Ｓｂ （３）万方数据板坯的炉前对中工作，使板坯停在要装人的炉前。对中结束后，装钢机动作，完成板坯的装人。之后，步进梁循环动作，将板坯按一定步距向前推进，当加热炉出料端的激光检测器ＩＡ有钢、且粗轧区域要钢时，出钢机动作运出烧好的坯料。出钢完成后，加热炉出料辊道（分７组：Ｃｌ －Ｃ７）动作，将板坯运向粗轧区域。如果这时粗轧区域有故障，而不能正常轧制时，板坯不能返回炉内，而只能是Ｃ辊道反转，将坯料运到返回辊道Ｃｌ上，人工用吊车运走。２． ２装钢机动作过程装钢机的动作机构由横移和升降两部分组 成，其中横移由电动变频驱动，升降由液压驱动，最大装钢行程４３２０ｍｍ，属于短行程装钢机，这是由炉前位置所决定的。与长行程装钢机相比，为达到最大装炉能力，限制了步进梁的动作节奏。装钢机的动作由以下几部分组成：推正：当得到Ｂ辊道板坯对中结束信号后， 装钢机从原始位置开始横移，继而推动板坯前进，使其前端超出辊道５０ｍｍ为止，以达到推正板坯的目的。其动作行程Ｓ，为：Ｓ， 二１９２５一Ｂ （１）其中Ｂ为当前板坯的宽度值； Ｓ。为装钢机的横移行程，通过ＰＬＧ的计数值得出。当板坯宽度值小于１１００ｍｍ时，推正后应后 退２００ｍｍ再托钢。因为装钢机托爪的有效长度是１１００ｍｍ，为使托爪在炉内放钢时碰不到前块板坯，必须缩回超出板坯的托爪部分。托钢： 装钢机液压举升装置动作，将板坯托起离开辊道一定距离。在发出托钢指令的同时，应发出开启装钢炉门命令。送钢： 装钢机横移动作，将板坯运往炉内，直到本块板坯与前块板坯相差５０ｍｍ固定间隔位置时停止。其装钢行程Ｓ｝为：Ｓ｝＝３９１５＋Ｘｍ＋１ （２） 其中Ｘｍ十１为第（ｍ＋ １）块钢尾端与步进梁固定梁尾端的距离，简称尾端值，其范围：－２００蕊Ｘｍ＋１ ＜４０５（窄坯时为６０５）， 以此对二级下载的板坯宽度设定值进行确认，当两者相差较大时报警。放钢： 装钢机液压举升装置动作，将板坯放到步进梁上，并继续下降到下极限位置。 返回：装钢机横移动作，以最大速度返回其原始位置。当离原始位置１． ８ｍ时，发出关闭装钢炉门命令。装钢机动作的关键是变频横移运动，其速度 曲线见图ｔｏ勺Ｊ００ 的／月９ 巨５０卜ａ５０ｌｌ００巴」００图１装钢机变频速度曲线２． ３步进梁动作过程步进梁分为两段，分别称为装钢侧步进梁和 出钢侧步进梁，均采用液压驱动，通过连接缸的动作可实现两段的硬性连接／分离，因此两段梁既可单动也可联动。每段梁通过横移缸实现水平运动，通过升降缸实现垂直运动。装钢机装钢一结束，步进梁就马上根据实际 情况，选择如下其一进行循环动作：正循环：步进梁由原始位置开始进行循环动 作：上升一前进一下降￣后退。使坯料在炉内前进一个步距（５００ｍｍ），这是通常采用的运转方式。逆循环：步进梁由原始位置开始进行循环动 作：前进￣上升一后退￣下降。使坯料在炉内后退一个步距（５００ｍｍ），这是故障时采用的手动运转方式。踏步： 步进梁由原始位置开始进行循环动作：上升到极限一延时一下降，使坯料在炉内原 地踏步，这是待轧时间小于１ｈ时采用的运转方式。等高踏步：步进梁由原始位置开始进行循环 动作：万方数据。４４。 上升到定梁高度一延时￣下降，使坯料在炉内原地踏步，并可得到多点承托，进一步减少水印。这是待轧时间超过１ｈ时采用的运转方式。２．４出钢机动作过程出钢机的动作机构也由横移和升降两部分组 成，其中横移为电动变频驱动、升降为液压驱动。其动作由以下几部分组成：前进：出钢机由原始位置开始向炉内快速移 动，当接近坯料时减速并最后停在目标位置，其动作行程为：Ｓａ＝ ４１００十Ｂ／２一Ｙ （４） 其中Ｂ为当前出钢板坯的宽度值，Ｙ为当前出钢板坯超出Ｉ．４的距离值。在发出前进指令的同时，应发出开启出钢炉 门命令。托钢：出钢机液压机构动作， 托杆上升举起板坯。后退：出钢机托动板坯横移动作， 返回其原始位置。 当离原始位置１． ８ｍ时，发出关闭出钢炉门命令。下降：出钢机托杆下降，将板坯放到Ｃ辊道 上，完成整个出钢动作。３加热炉的优化控制 一座加热炉性能的好坏，不但取决于是否采用了最佳燃烧控制，而且还在很大程度上取决于板坯的装载能力。对于短行程加热炉来说，这一点更为突出。鞍钢１７８０ｎｉ ｍ工程的加热炉装钢机的调节范围：－２００－Ｖ ＋４０５ｍｍ，装钢行程３７１５一 ４３２０ｍｍ，即最大调节能力６０５ｎｕｎ，而板坯宽度最大相差７００ｍｍ，步进梁动作步距固定为５００ｍｍ而不可变，因此为了既能使加热炉满负荷运行，保证炉内各板坯间隙均为５０ｍｃｎ，又能加快出钢时间，保证轧制节奏，必须有一个合理的控制方案。我们知道装钢行程Ｓ。为： ＆＝３９１５十戈” 十，（５） 其中Ｘｍ十１实际上就代表着装钢机的调节能力，它为即将装人的第（ｍ－｝－１）块钢尾端值。设第（ｍ－ ｝－１）块钢的宽度为凡＋；，且第ｍ块钢《鞍钢技术》２００１年第５期向前运行了Ｎ步，如图２所示则有如下关系式：Ｘｍ十１十Ｂｍ＋１＋５０＝Ｘ， 十５００Ｎ （６）或： Ｘｍ＋１二Ｘｍ十５００Ｎ－Ｂｍ＋１一５０ （７）其中， １＋．Ｘ Ｉ Ｘｍ都必须处在一２００＾ ＋４０５ｎｕｎ的范围内。第Ｘ，．块钢第Ｘｍ十１块钢步进梁固定梁图２板坯布置图 由以上关系式我们也可以看出，当一块钢装人后，并不能具体定出步进梁该运动几步。这是因为，如果移动少了，则来料后需等待步进梁腾出位置时才能装炉，影响轧制节奏；如果移动多了，则装炉后两块钢之间会留有较大间隙，既造成能源浪费，又影响产量。由以上关系式也可知道，当连续装９５０ｎｕｎ最 窄坯时，步进梁只需移动２步即可；当连续装１４５０ｍｍ中坯时，步进梁则需移动３步；当连续装１６５０ｍｍ最宽坯时，步进梁则至少需移动３步（最多４步）才行。可见装不同宽度的板坯时，步进梁的动作步数是不同的，即使是连续装同一宽度的板坯，步进梁的动作步数也在不断变化，但不论是何种板坯，步进梁都至少需移动２步才行。根据热带钢轧制的工艺规程，为最大限度提 高轧辊的使用时间，在一个班次内板坯的宽度是逐渐变化的，不可能也不应该出现大的跳跃，因此我们可以制定如下加热炉控制方案：首先， 根据当前刚装人板坯的宽度，决定步进梁是移动２步还是３步（只有必须移动４步才行时方可先移３步）；当在Ａ１辊道上完成板坯确认、并知道板坯宽 度及所装炉号后，重新计算，决定板坯是否再应该前进一步；当装钢机设定结束后，根据最终的板坯宽度 值及上一块板坯的尾端值Ｘｍ，计算当前板坯的尾端值Ｘｍ＋１，以此导出装钢行程后，才开始装钢过程。当然以上方案只适用于装钢优先方式，这也 万方数据梁红范光明鞍钢１７８０热连轧步进梁式加热炉优化控制。４５。是加热炉的通常运行方式。另外， 还有一个间接提高装钢能力的方案，也 以上是结合鞍钢原半连轧厂总体改造工程，可在许多情况下得到应用。我们知道装钢机的托针对其短行程步进梁式加热炉的特殊情况，提出爪长度只有１１００ｍｍ，对于１６５０ｍｍ的板坯来说，的几点优化控制方案，并且已应用在加热炉基础板坯将悬出５５０ｍｍ（占全长的１／３），据此推论，自动化的软件编程中。随着热装热送及连铸连轧１ ｌ ＯＯｔｎｍ板坯最大可悬出３６７ｒｎｍ，因此装人技术的发展，本方案将不断完善与改进，以适应１１００ｍｍ板坯时，如果推钢后先后退３６７ｍｍ再送１７８０ｍｍ热连轧机组生产发展的需要。钢，装钢机就可将板坯最大送进距步进梁尾端７７２ｒｎｍ，无形中大大提高了装钢机的调节能力，弥参考文献补了短行程装钢机的不足。即使在出钢优先方式１孙一康．带钢热连轧数学模型．北京科技大学，１９７９年．下，也能提高加热炉的装钢能力，使加热炉能完全按轧线的轧制节奏满负荷工作。（编辑袁晓青）４结束语收稿日期：２００１年３月８日、广、卢‘八．’、产、八．八．’、人：’八：’八：’‘、产‘八．’护、．’丫气尹、入户‘入．’犷＼八才、八．．，，．入．产、沪、卢、人＞．’人尸、人尹．八户．人尹、产丫气尸、尹丫、八人八八护、人．’、尹、，．卢、人八．气八‘八．产‘八．’尹军，．、、了、八．丫气、产、（上接第４１页） 葫芦岛是辽宁地区新兴的工业城市，钢材年 盘锦是辽宁地区最重要的石油生产基地，钢消费量１５万ｔ左右。市场特点是：葫芦岛是辽宁材年消费量２４万ｔ左右。市场特点是辽河石油勘重要的焊管生产基地，现在需求量最大的品种是探局物资公司年需钢材１７万ｔ，钢材消费量最多热轧卷板，有潜在的钢坯需求。的品种是无缝管，但绝大部分优质无缝管依靠进２．ｎ阜新口。阜新是辽宁地区重要的煤炭生产基地，钢材 （２）盘锦市１９９９年钢材流人量、消费量、库年消费量６万ｔ左右。市场特点：阜新市消费钢材存量（见表１０）量最大的品种是中厚板，其次是建材，消费钢材的行业少。裹１０盘锦市１９９９年钢材流入，、消费ｆ、库存，，ｔ２． １２朝阳品种流人量库存量消费量行业消费量 朝阳是辽宁西部地区的工业城市，钢材年消行业消费量费量６． ７万ｔ左右。市场特点是中厚板及铁路用铁道材２６８１７２６１材的消费量较大。大型３１６８５４５３３６５２． １３本溪、丹东中型２２４５５５５２０６１７７４５４２７生产 本溪市位于辽宁东南，辖两县四区，铁路、公小型１６１１５８２０１１７２４４路密如蛛网，四通八达。以钢铁冶炼、旅游为其主钢带１８ ３ １８ 建筑２２１２６要经济支柱，主要的钢铁企业有本溪钢铁公司、北线材１６９４４２６７８１５７１７台钢铁集团公司；重要的旅游景观有本溪水洞、关特厚板１０ ６９ ０ 运邮门山等，年钢材需求量维持在１５万ｔ左右。中厚板１９０５９４１６４１８７９６丹东市是国内较大的边境城市，是经国务院 薄板４２９４１７１４４９０２其它４３９０批准的沿海经济开发地区，森林覆盖率高达硅钢片０ ０ ０ ５４ ０ａ，该市的黄河客车、康齿灵牙膏等为其主要大优质型材２２３２ ７３７ ２３０５ 无缝管１５５８５１５４２７９１６２２７２型企业的产品，年钢材需求量１０万ｔ左右。焊接管２２１７７１３８８１９６４０（编辑 母晓东）２． １０葫芦岛收稿日期：２００１年４月２日