棒材电气接地系统问题及改造分析

邹 元

（南京钢铁股份有限公司棒材厂，江苏 南京 210035）

1 棒材连轧线生产工艺简介

1.1 棒材生产工艺

在棒材连轧线的生产工艺中对于材料的选择，工作人员一般情况下会选择符合国标、英标以及日标的连铸坯，规格为直条圆钢和螺纹钢。其基本类型为优质或普通的碳素化结构钢和低合金钢等。棒材生产工艺流程非常复杂、烦琐，首先要对胚料进行检查，合格之后入库堆放，然后上料称重。胚料在棒材生产加工过程中扮演着重要的角色，如果发现不合格的胚料，一定要及时剔除。相关工作人员将合格后的毛坯放到加热炉中加热，处理完之后再放入粗轧区，用飞剪剪掉头尾，再次放入中轧区进行第二次头尾的飞剪剪切，然后进入精轧区[1]。精轧区的旁边有旁通辊道和穿水冷装置，经过第三次的飞剪剪切之后进入冷床，然后依次成排移送出去，进行冷剪定尺，并交由链式移送。经过上述全部流程才可以将生产的钢材进行打捆以及称重处理并且标记上铭牌，这样方可出厂。

1.2 棒材连轧线

棒材的连轧线是这一生产过程中的一大创新，它分为纵向轧制及横向轧制，主要是通过轧机对钢材进行连续不断的轧制，以形成不同形式和不同断面的棒材。棒材连轧线的技术水平实际上是属于冶金轧制方面的技术创新，整个生产过程极大地提高了棒材生产线的生产效率，同时也减少了生产成本的投入，使得相关企业的生产效率最大化。与传统的生产过程相比，现代化的棒材连轧线规避了以往需要进行反复轧制以及来回输送的问题，从而降低了温度的损失，并且可以对材料的温度进行调节与控制，满足了生产生活中的要求[1]。现阶段，我国棒材连轧线的生产过程中多采用多台连轧机同时使用的方式，并将具体的工作车间改为粗轧区及精轧区。这样的分配形式的优点是可以避免在钢材的生产过程中出现扭曲或其他方面的质量问题，从而保证了钢材的生产效率与生产质量。

2 棒材生产工艺的具体配置

从特优钢棒材的最终生产工艺流程来看，生产线的主要工序是矫直工序、倒棱工序、探伤工序。这一条生产线具有非常灵活的特点，不仅可以进行自动化的生产操作，还可以在各自独立的空间进行生产。

（1）矫直工序。矫直工序是棒材生产的第一步，其目的在于对钢材的原材料进行初步的矫直处理。以优特钢材为例，优特钢材产品属于黑皮材质，因此要选用交流电动机传动，通常无极调速的七辊矫直机相对较为适宜。这种矫直机的效果非常好，采取的是对置辊列组合，与其他的矫直机相比使用的辊数更少，并且在矫直的精确度上也有着先天的优势，矫直效果更为明显，最终生产出来的优特钢棒的质量也更高。用传统技术生产出来的优特钢棒材料经常是头尾极不平直，而现代化的技术中，经过设备的不断改良，只需要棒材的规格在使用之前符合标准，那么就可以保证辊面与棒材之间良好的接触，加之复合辊系及液压恒压技术，因此优特钢棒的头尾不直的问题就不复存在了。

（2）倒棱工序。在棒材生产工艺的过程中，倒棱工序是其中的第二道工序，倒棱机在其中起到了重要的作用。倒棱机的作用是对各种型号与规格的管道进行处理，并且进行有效的切割坡口加工，从而让优特钢棒符合实际建设的需要。倒棱机的核心是主机，主机的作用是对矫直之后的棒材进行加工处理，此外还包括上料台架与下料台架。对优特钢棒材的生产来说，倒棱工序事实上属于具体生产过程中的最后一道工序，打捆收集和称重也是其中必不可少的一道工序，但是它并不会对钢材的实质性造成改变，主要是对倒棱程序完成之后的成品棒材进行集中的处理，以便于钢材的运输[2]。与此同时，相关工作人员在进行该道工序的过程中一定要按照相关流程操作，尽量做到尽善尽美，为产品的后续使用提供保证。

（3）探伤工序。探伤工序在钢棒材的施工过程中非常重要，是其中的核心环节，必不可少。特钢产品的附加值主要体现在了圆钢的探伤方面。探伤工序的流程非常复杂，先由精整跨吊车将棒捆吊放到离线精整上料台架，然后经过工作人员的拆捆后借助上料臂将棒材单根送到矫直机上料辊道上，最后经过倒棱后进入漏磁探伤机组和超声波探伤机组进行表面内部缺陷探伤。对于探伤过程中发现的表面存在的问题，不符合相关规定的，要根据不同的探伤情况送到砂轮点进行机械修磨。其中，钢棒材表面没有必要修磨，但内部需要进行探伤分级的，相关人员需要采取超探、尾部喷标分级；只需进行表面矫直或抛丸的棒材，则在对应机组后设置收集料筐处直接进行收集；如果表面的质量要求较高，或棒材表面存在较多问题，则需要通过砂轮剥皮机组进行剥皮处理。

3 棒材电气接地系统存在的问题

（1）因为棒材厂用到的是西门子的全数字直流传动装置，这个系统的精确度非常高，所以对接地有着非常高的要求。但是因为施工过程中没有达到规定的要求，就产生了装置的错误警报。

（2）倍尺剪的角度与速度共用一个编码器信号线，然后再和交流调速变频的负载电缆放在同一个架桥上，没有进行过严格的接地，导致强电流感应磁场与速度编码信号相互干扰，出现倍尺剪不稳定的现象。

（3）信号线与电源线之间会产生干扰，然而活套扫描器模拟的信号和电源线放在一个架桥上就会造成信号非常不稳定的问题，使产品的质量受到影响。

（4）液压润滑站控制柜内装置是西门子S1500系列ET200MP和ET200SP模块，按照相关要求设计，该接地应该是数字接地，因为施工过程中存在着一些不合理的现象，导致电焊机所使用的接地线着火，整个模块被烧毁[3]。

4 棒材电气接地系统问题成因及改造措施

在棒材电气接地系统的施工现场，动力线路分布十分密集，并且设备的启动与停止的过程非常复杂，还要受到很严重的电场和磁场的干扰。在这个庞大的工业控制系统中有上百个甚至更多的输入与输出的通道，而干扰其中通道的主要原因是导线之间的相互耦合。工业现场的干扰是多方面因素造成的，而屏蔽与接地可以很好地控制干扰信号的发生，这不仅可以使系统更加安全平稳地运行，还可以提高产品的质量。下面就针对棒材厂面对的问题进行分析与阐述。

（1）主轧线的传动装置发生F60042（测速机监控检测出异常）或F60031（“设定-实际”差值太大）故障，以及DP网络频繁报警等情况。相关工作人员在检查过程中发现没有出现设备故障，只要让机器复位就可以正常使用，但是频繁错误警报的麻烦不容易解决。相关资料显示，工厂中的电气数字控制系统运用的是并联接地。并联接地电路的优点是各个电路之间不会相互干扰、相互耦合，只会与其自身的地电流相关。这样的并联接地线路在一定程度上不容易受到公共地线抗阻的耦合干扰。在采用并连接地的方式时，工作人员需要采用粗一些的地线。与此同时，各个部件之间产生信号传送时，地线环流的干扰会减小[3]。所谓环地电流，就是用一根导线去连接不同的接地点，在导线的中间会产生电流。对此，工作人员研究了抗接地干扰技术来解决这一问题。为了更好屏蔽不必要的干扰信息，相关的工作人员要把每个装置的电压设置为0V，这样就可以更好地避免信号干扰。一般情况下，接地线是由截面较大的扁平辫子线组成的，其中较好的接地性能可以保证正常的导电性，然后所有的接地线再集中到一个点的地母线上。准确的接地系统本就可以在一定程度上减少干扰，加上ProfiBus-DP网所传输的数据更加精确，这样错误警报就可以得到改善。

（2）在棒材电气接地系统中存在很多问题，其中外界的信号干扰是突出问题，并需要着重解决。因为电平信号所经过的地方电平信号要为0，而为了防止交流电对低电平信号造成干扰就要采用倒倍尺剪编码器以及活套器。对于一个电子信号来说，它要在众多的信号中找到一个阻抗最低的电路然后回到地下的途径，相关人员要对这一电流的处理措施进行分析。调查研究发现，回路面积和辐射强度成正比，也就是说回路面积越大，辐射的强度就越强。因此，PCB在排版的过程中需要技术人员结合棒材厂的实际情况尽量减少相关的电流回路。PCB上所传输的特性抗阻一般会用基底层做参考，一旦这条线出现了断裂，阻抗就会消失，从而影响信号的完整性[3]。所以，棒材厂的工作人员在布线时不能让它与交流线靠得太近，并将其中的高速线安排到离地平面较近的一层，这样信号在回流的过程中就会加长。①实际生产中不难发现，造成电场耦合干扰的主要原因是两根导线之间的电容。在棒材电气接地系统中，为了摆脱电场耦合的干扰，工作人员需结合实际采用屏蔽及抑制的技术。因为空心导体或金属网内的物质一般来说不会受到外界的干扰，在这一过程中工作人员一定要注意不要把导线屏蔽层的两端都连接在地线上。②在棒材接地系统中，一段地线的两点之间有很多电压，会对电平信号产生非常严重的影响，为了施工人员的安全必须进行隔离。在棒材电气接地系统施工的过程中，相关的工作人员会用到电焊机，一旦把它接到金属架上就会有强大的电流流经站内的ET200中的地线，容易造成火灾。工作人员也可以将地面站和地角所连螺栓拆除，然后用橡胶板将地面站垫起，这样就会避免大电流着火现象。

5 结束语

综上所述，相关人员需要对棒材接地系统上的错误警报、信号线与电源线相互干扰以及倍尺剪发生不稳定等现象进行有针对性的处理，以减少系统因为故障造成的一系列问题，进而提高棒材电气接地系统的质量。