【技术前沿】1580热轧线R₂轧机空过基础自动化程序设计

1580热轧生产线粗轧机组中R₂轧机原设计无空过功能，若R₂轧机出现重大事故，将引发长时间停轧，造成巨大的经济损失。为此设计了 R₂轧机空过功能，以降低1580热轧线事故隐患，提高设备可开动率。

1前言

1580热轧生产线粗轧机组设计为R₂和氏两架水平轧机。水平轧机与立辗轧机布置成紧凑式结构，共同组成可逆式万能轧机（见图1）。每架粗轧机组对轧件进行1-7道次轧制并为后续连轧机组提供合格的中间轧件。原设计乩轧机可以空过，但R₂轧机无空过功能。若发生R₂轧机主轴断裂、R₂压下电动机故障、R₂主传动系统故障将造成1580热轧线几个小时甚至几天的非计划停机，对年产量390万t的1580热轧生产线造成巨大的损失。为此设计R₂轧机空过功能用以降低1580热轧线事故损失，提高设备可开动率。

2工艺简介

粗轧区域工艺为二级计算机系统（过程控制系统）接收到钢坯从加热炉出钢完成后，给SP（定宽压力机）轧机一级系统（基础自动化系统）发钢坯数据和设定值。钢坯经过除磷后自动运到SP轧机入口，对中完成后，SP轧机一级系统判断SP轧机的导向棍、夹送银、侧压、主传动辐缝、速度反馈值和ER₁轧机对SP轧机的约束条件，若上述条件满足后，SP轧机开始轧钢直到轧制结束抛钢。

SP轧机抛钢后，将信号反馈给二级计算机系统，同时控制SP出口辐道将钢坯运到R₁入口。钢坯运到D₄辊道后，二级计算机系统给ER₁—级系统下发钢坯数据和设定值，R，—级系统将钢坯运到E₁轧机入口，对中完成后，判断E₁侧压位置、E₁AWC位置、R₁压下位置、主传动速度实际值以及相邻轧机对R₁轧机的约束条件，当满足条件时，ER₁轧机以咬入速度开始进钢，轧制力建立后升速到轧制速度，钢坯到达抛钢减速点后降到抛钢速度，然后抛钢，第一道次轧制完成。在乩轧机出口判断咼侧压位置、E₁AWC位置、乩压下位置、主传动速度实际值以及相邻轧机对R1轧机的约束条件，当条件满足时开始第二道次的轧制，轧制顺序和第一道次相同。第二道次抛钢完成后执行第三道次轧制。

R₁轧机抛钢后，将信号反馈给二级计算机系统同时控制R₁出口辗道将钢坯运到R₂入口。将钢坯运到G₆辊道，二级计算机系统给ER₁—级系统下发钢坯数据和设定值，R₂—级系统将钢坯运到E₂轧机入口，对中完成后，判断E₂侧压位置、E₂AWC位置、R₂压下位置、R₂AGC位置、主传动速度实际值和相邻轧机对R？轧机的约束条件。当满足条件时，ER₂轧机以咬入速度开始进钢，轧制力建立完成后升速到轧制速度。钢坯到达抛钢减速点后降到抛钢速度，然后抛钢。第一道次轧制完成，在R₂轧机出口判断E₂侧压位置、E₂AWC位置、R₂压下位置、主传动速度实际值和相邻轧机对比轧机的约束条件，当条件满足时开始第二道次的轧制，轧制顺序和第一道次相同。第二道次抛钢完成后执行第三道次轧制。

3可行性分析

实现R₂轧机空过需要轧制品种的最大轧制力、主电动机功率和中间钢坯长度三方面在R1轧机能力范围内，R1轧机能力见下表：

3.1校核轧机轧制力

1580热轧线粗轧机组常规轧制模式为R₁轧机与轧机各进行三道次轧制，若实现R₂轧机空过，需要重新进行轧机负荷分配，R₂轧机轧制5或者7道次。R₁轧机最大轧制力30000kN，经过轧制模型计算和对比R₁轧机空过R₂轧机轧制的经验数据并经过计算校核。

SIMS公式：

式中：P-轧制力/kN；

B-钢钢坯宽度，取最大值1.250m；

l_e´-压扁后的轧辐与轧件接触的水平投影长度/mm；

Q_p-基础弧上摩擦力影响系数；

K-钢坯化学成分及物理条件系数，查表得125.54(Q235)；

K_T-张力系数，可逆轧机取1。

SIMS公式中：

式中：R'=R(1+0.22xP/BΔh)；

R-轧辐半径，R=650mm；

Δh-压下量，Δh=27.5mm；

B-钢坯宽度，B=1200mm；

P-轧制力，这里取珀轧机最大轧制力30000kN。

SIMS公式中：

h_m-轧制前后的平均厚度，取第五道次为76.25mm；

ɛ-压下量比轧制前厚度，取第五道次0.44。

计算结果为：

上述计算结果小于R₁轧机最大轧制力，可得出结论：在轧制厚度200mm、宽度1250-1280mm时冲间轧件厚度62.5mm-77.8mm、宽度1000-1250mm时，成品厚度3.5-6.0mm、宽度1000-1250mm时，材质又为冷轧SPHC，Q235B，AYHS5钢种时，轧制力满足R₂空过，R₁轧机5道次轧钢要求。

3.2校核电动机功率

1580热轧线R₁轧机的主电动机额定功率3800kW，最大功率为9500kW。将冷轧SPHC，Q235B，AYHS5钢种的负荷导入模型，计算岀电动机功率均在9500kW内，校核过程如下：

式中：M-轧棍上的转矩，单台电动机等于M_p的一半为1474.63kN·m；

N-电动机有效功率；

η-电动机效率4=0.95；

costφ-电动机功率因数；

n-电动机转速，n=48r/min(最大转速）。

计算出N=7801.85kW，电动机最大功率为9500kW，校核结果为电动机功率满足轧制需求。

3.3校核R₁入口棍道长度能否满足中间轧件的长度

若实现R₂轧机空过，需要乩进行5道次轧制，第4道次轧制到乩入口的轧件长度最长。如果第4道次轧制到R₁入口的轧件长度大于R₁轧机入口辗道长度，可能将炉后除鳞箱内集管撞坏，所以需要校核第4道次轧制到R₁入口的轧件长度，应小于R₁入口辐道的长度，并留有余量。

根据1580热轧线辐道布置（见图2），可以确定可用的辐道长度为辐道距离。

R₁中心线到SP中心线距离+D₁辊道到SP中心线距离-抛钢的距离-E₁中心线到R1中心线距离+立辊宽度=32.3+16.25-7-3.73+（4.86-3.73）=38.95m。

R₂反向道次抛钢距离为7m，所以允许的第四道次中间坯长度为31.95m，留有余量1.5m，R₁轧机入口辘道运行轧件长度为30m。1580热轧线最小轧件规格为厚度200mm、宽度1250-1280mm，长度8500mm。根据金属秒流量公式得出中间坯的规格为厚度62.5-77.8mm、宽度1000-1250mm、长度24000-28500mm。

得出结论：R₁轧机的轧制能力满足轧制冷轧SPHC，Q235B，AYHS5材质、中间轧件的长度不超过30m的钢种的要求。

4程序修改方案

为了实现R₂轧机空过功能，需要重新设计如下程序：即R₁轧机轧制时控制的辘道长度、R₁轧机的道次、R₂轧机空过时的咬钢信号。

(1)修改乩轧制时前后银道跟随R₁的长度

R₁轧机常规轧制时，需要D₃，D₄，D₅，G₁，G₂，G₃，G₄辊道跟随R₁轧机，若实现R₂轧机空过和R₁轧机5道次轧制，中间轧件的长度增大，需要从炉后除鳞箱的岀口位置到G₇辊道范围内辑道跟随R₁轧机轧制。从程序设计的角度，需要增加D₂，G₅，G₆，G₇棍道在轧制时跟随R₁轧机速度，同时修改SP轧机程序，在R₂空过时，将侧压、导向辊、夹送辊打到最大位置。

(2)修改R₁道次程序、满足5道次轧制要求

R₁轧机常规轧制时，进行3道次轧制，在R₁轧机程序原设计中，最大的轧制道次为3。为了实现R₂轧机空过功能，需要将最大轧制道次修改为5，实际程序设计时将最大轧制道次数由3改为7，并且将当前为第4，5，6，7道次信息发送给二级计算机系统。

(3)R₂轧机空过的咬钢信号

在原设计中R₂轧机咬钢信号逻辑是轧制力大于700kN时，判断为R₂轧机咬钢，当轧制力信号小于300kN时，R₂轧机抛钢。当比轧机空过时，R₂轧机没有轧制力，但过程控制系统需要R₂轧机的咬钢和抛钢信号用作轧件定位跟踪，所以需要增加R₂轧机空过时的R₂轧机咬钢信号。新程序设计用HMD320信号代替轧制力信号作为咬钢、抛钢条件，即HMD320信号ON及G₁₀辊道正向速度作为轧机的咬钢信号，用HMD320信号OFF及辗道正向速度加延迟作为抛钢信号，并将信号反馈给过程控制系统。

5R₂轧机空过验证

完成可行性分析与程序设计后，对修改的与二级计算机系统通信部分和原设计中从未使用过的4到7道次轧制数据的部分数据进行测试，并经过长时间模拟轧制后，进行了R₂空过、R₁轧机5道次轧制。实际轧制过程如图3所示，在轧制成品厚度3.5-6.0mm、宽度1000-1250mm，轧制的是冷轧SPHC，Q235B，AYHS5钢种时，轧制力基本小于20000kN，最大轧制力为21760kN，轧制速度为3.2m/s。这些数据均在R₁轧机的轧制能力范围内。轧制时第四道次钢板长度为26m，实际只占用D₂辊道的3根银道。轧制成品经过工艺工程师校核其厚度、宽度均在公差范围内，并且板型、板面质量良好。

6结语

经过实际轧制后得出结论：R₂轧机空过R₁轧机5道次轧制可以在R₁轧机设计能力内轧制厚度200mm、宽度1250-1280mm、长度8.5m，中间轧件厚度62.5-77.8mm、宽度1000-1250mm、长度小于30m的材质为冷轧SPHC，Q235B，AYHS5的钢种。

R₂轧机空过的意义在于当1580热轧线R₂轧机出现重大事故，比如R₂AGC系统、电动压下系统、支承辐的平衡系统、主传动系统出现故障时，1580热轧线可以在维持生产的同时来处理事故，能够有效减少非计划停机时间，提高设备的可开动率。同时1580热轧线R₂轧机可空过轧制后，粗轧区域实现了“万能空过”，即任何单体设备损坏都不影响1580热轧线粗轧区域的生产，有效提高了1580热轧线的设备开动率。