一种步进式加热炉顺序控制功能的介绍

刘颖杰

（唐山钢铁集团有限责任公司，河北唐山 063000）

1.加热炉工艺流程

板坯通过热送辊道送进热轧厂区的板坯库后，可采取热装和冷装2种方式来装入炉内。热装是当连铸区域轧线的生产计划相符合时，检测合格的温度高的连铸铸坯通过与加热炉区域的板坯库辊道相连接的板坯运输辊道运送至装料辊道，经测长、测宽、板坯照核后送往加热炉的炉前指定位置，板坯在指定的加热炉区域前，按照布料图进行精确的定位，准备装钢机装炉；冷装是在出钢侧连铸进板坯跨辊道处设置1台垛板台，将从连铸过来需要下料的板坯进行下线，再由板坯库夹钳吊车将钢坯按要求吊置在板坯库。另外，在板坯库在装钢辊道两个板坯跨处分别设置1台卸板台，当有轧制计划时由夹钳吊车提前逐块将板坯库内指定的板坯吊到卸板台上，然后经入炉辊道测长和测宽，在板坯照核成功后送往加热炉的炉前辊道，板坯在指定的加热炉炉前按照布料图通过辊道上安装的增量型编码器来进行定位，准备装钢机装炉。加热炉工艺流程如图1所示。

板坯在辊道上的定位，主要依靠辊道增量型定位编码器和冷金属检测器完成，当冷检检测到辊道上有板坯经过时，增量型旋转编码器便开始计数，当板坯尾部通过冷金属检测器，计数结束，便可以计算出板坯长度。具体测长方法如下：已知2个冷热金属检测器CMD1、CMD2之间距离为L1，板坯库测长辊道上装有增量型编码器PLG。编码器用于计算板坯行走的距离，冷金属检测器是用来检测板坯的头部和尾部所在的位置。板坯沿着辊道由CMD1向CMD2方向运动，当板坯的头部经过CMD2时，编码器的高速计数模板采集的脉冲数就会被清零，这样随着板坯的持续通过，板坯的长度增长与采集的脉冲数成正比，当CMD1检测到板坯尾部位置时记下编码器读数P1，通过收集的脉冲数就可计算板坯的长度为：L=L1+P1＊K1，其中，L为板坯长度，L1为冷热金属检测器CMD1和CMD2之间的距离，P1为增量型编码器PLG的计数值，K1为脉冲折算系数，可以由辊径、脉冲数、减速比计算，也可以实际测算。板坯的测宽方法，主要依靠板坯库辊道两侧的激光测距仪来完成的[1]。

板坯到达装料辊道后，如果冷金属检测器检测到炉前没有板坯，且装钢机在原位，则装料辊道启动，继续将板坯运往炉侧。到达炉侧以后，将启动炉前定位功能，通过冷金属检测器CMD和增量型编码器PLG的组合，根据二级下发的坯料长度数据L1，当金属检测器CMD检测到板坯尾部时，增量型编码器PLG开始计数，同时辊道开始减速，待到板坯定位完成后，辊道完全停止，L2=（LL1）/2+L0，其中，L为加热炉炉内的宽度，L0为冷金属检测器CMD到炉子炉墙墙的距离，L1为坯料的长度，L2为冷金属检测器CMD到坯料尾部的距离。

板坯在炉前定位完成后，在炉内位置空间和其他设备联锁条件满足的情况下，即可进行装钢过程。首先进行推正动作，装料杆低速向前行进，用推头顶着板坯向前移动一定的距离，将已定位完成但歪斜的板坯推正。根据二级系统下发的板坯数据，得知板坯的宽度B，装钢机推头到辊道炉墙侧的距离M，由此得知推正距离L3=M-B，装钢机在后下位前进，进行板坯的推正动作，前进的同时，同装钢机的水平位移成线性关系的绝对值编码器对装钢机的水平位移进行检测，当绝对值编码器检测到板坯的位置为L3时，装钢机停止前进。装钢机在执行下一步骤的后退动作同时，装料炉门打开，装料侧有两扇炉门，分别采用液压传动，通过线性位移传感器检测位置。装料炉门完全打开后，装钢机托起板坯开始上升，由液压缸驱动，上升至上极限位接近开关位置后，装钢机停止上升。根据计算得知板坯与上一根板坯在炉内的距离后，装钢机向前水平运动将板坯送到步进梁上方，同装钢机的水平位移成线性关系的绝对值编码器对装钢机的水平位移进行检测。到达位置后，装钢机缓慢的将板坯放在步进梁上且继续下降，到达下极限位接近开关位置后，装钢机停止下降，然后装钢机回退到原始位置，到达原位后装料炉门关闭。

板坯放入加热炉内进行加热，步进梁通过矩形运动，将板坯从装料端运送到出料端，板坯在加热炉的预加热段、第一、二、三加热段和均热上、下加热段6个温控段进行的充分加热，温度达标的板坯在出料端的激光检测器处等待，加热炉炉底的步进梁采用液压缸驱动。为了保证设备安全可靠的精确运转和实时监控步进梁工作状态，在步进梁的平移液压缸组和升降液压缸组上，各设置有位移传感器，分别用于活动梁垂直方向和水平方向的位置检测。步进梁的运行轨迹为矩形，分水平和升降两种运动模式。机械设备在水平和升降过程中的移动速度是逐渐变化的，其目的是为了保证水梁垫块以很慢的速度托起板坯（即轻抬轻放）和步进梁水平运动慢速启停，防止步进机构产生冲击和震动。步进梁的运行轨迹如图2所示。

通过平移液压缸驱动与其连接在一起的机械框架，步进梁在提升框架的滚轮上进行水平方向的运动，此时升降缸处于锁定状态。步进梁通过升降液压缸驱动提升框架，使滚轮沿着斜面向上滚动来完成升降运动，此时平移缸处于锁定状态。因特殊情况板坯在炉内加热时间超时间时，要求步进梁停在中位与固定梁同一标高或进行踏步，防止板坯被烧变形和固定梁印的黑印加深，生产时，步进梁停原位，板坯加热到合适的轧制温度后，被运送到出料侧激光检测装置处。

步进梁的控制方式分本地操作箱操作和集中操作台操作。本地操作箱操作模式下，操作工通过旋转现场操作箱上的转换开关，来选择步进梁的手动或单动控制模式，通过按钮来控制步进梁升降、前进后退动作或一个循环。集中操作台操作模式下，操作工可通过客户机的一级控制画面进行操作，包括手动或自动控制步进梁前进后退、上升下降；也可选择自动循环、踏步和等高等功能。当一级自动运行的条件都满足时，出料端激光检测仪检测到有钢坯到出钢位时步进梁走完当前的循环过程后停止在原位。如果在本地操作箱或集中操作台按下急停按钮时，无论步进梁出于任何一种模式或动作，此时步进梁都必须完全停止。

启动出钢后，出钢机开始动作，根据板坯的宽度、板坯过激光检距离和出钢机到激光检测器的距离，来计算出钢机前进的距离。出钢机前进同时，出料炉门打开到半上升位，炉门位置靠位置传感器检测，出钢机位置靠绝对值编码器检测。待出钢机前进到一定位置后，出料炉门继续上升，打开到上极限位置后，出料炉门停止动作。出料侧有一扇炉门，采用液压传动。出钢机前进到指定位置后，出钢机托起板坯开始上升，由液压缸驱动，上升至上极限位接近开关位置后，装钢机停止上升，然后托出板坯，并放在出料辊道的中心线上，然后出钢机退回原位，到位后出料炉门关闭。出料辊道启动，把板坯运往轧机轧制，板坯的位置跟踪靠辊道两侧的热金属检测器HMD进行定位。

2.加热炉顺控设备组成

装料辊道位于加热炉装炉侧，用于板坯在加热炉前的运输和定位，全长约167m，每隔一段固定距离处设置一个检测板坯位置的冷金属检测器（CMD），用来实现板坯的自动跟踪及辊道的启停，在每炉炉侧的装料辊道上设置一台增量型编码器，计算板坯的行走距离，来控制板坯在炉前辊道上定位的准确性。出料辊道位于加热炉出炉侧，用于将出钢机取出的板坯运输至除鳞辊道或返回板坯库，辊道全长134m，每隔一段固定距离处设置一个检测板坯位置的热金属检测器（HMD），用来实现板坯的自动跟踪[2]。

装钢机位于加热炉装料侧，已定位完成的炉前辊道的板坯通过其装入炉内，装钢机有4根机械装料杆，该设备分为进退和升降两种动作。装料杆通过同步轴连接在一起，上升下降靠液压缸驱动且同步轴同步运动，上下极限位置靠接近开关来检测，前进后退靠电机驱动，装料杆通过横置连接杆来实现同时前进或后退，装钢机挡块跟托臂做成一体，垫块分体设计。

炉底步进梁机械用来支撑加热炉平移框架和动梁、固定梁的水梁立柱，还有加热炉内加热的板坯，使板坯在炉内做循环矩形步进运动的设备。其机构具有正逆循环、前后踏步、等高位等待等功能，液压缸靠电磁比例阀的收到输出信号来实现动作。升降液压缸通过安装在缸体里的磁尺来监测位移率，横移缸通过安装在缸体和副缸里的磁尺来监测位移率，并在下一次相同的循环中进行补偿修正。采用双轮斜轨式步进机构，炉底步进机械为通过液压缸驱动、双滚轮斜轨式结构，由平移提升框架、平移提升导向装置、平移升降液压缸、提升平移滚轮以及上升斜轨座等机械设备组成。

出钢机用于将炉内加热完成的板坯取出放于出料辊道上，由左右2个机体组成。每台出钢机由2个平移传动装置、6根出料杆、2个液压缸、杠杆装置、压辊装置等组成；出料杆的上升或下降由液压缸推拉实现，水平移动由电机通过减速器带动齿轮、出料杆上的齿条实现；每台出钢机的左右2个机体既可以单独运动又可以联动。用绝对值旋转编码器控制出料杆的水平工作行程，根据加热炉内不同的板坯宽度规格，出料杆对应不同的水平工作行程，并使用2个接近开关控制出料杆的水平极限位置；通过2个接近开关控制液压缸活塞杆的前后极限位置。

3.结语

加热炉把板坯加热到适合轧制的温度，降低变形抗力，提高钢的可塑性使其更加容易变形。加热温度合适的钢，轧制时可以用较大的压下量，减少因冲击造成的轧机设备事故，提高轧机的生产效率，降低轧制耗能，同时加热能改善板坯的内部组织和性能。