劉 剛

(寶鋼股份冷軋廠,上海 200941)

0 引言

對于冷軋連續(xù)生產(chǎn)線運(yùn)行中的帶鋼,理論上帶鋼中心線要與機(jī)組中心線重合,并保持一致。然而,實(shí)際生產(chǎn)中的帶鋼并不能始終穩(wěn)定運(yùn)行在機(jī)組的中心線上,而是會產(chǎn)生一定程度的偏移[1-3]。這是因?yàn)閬砹系陌逍?、焊縫位置、機(jī)組本身輥系等諸多方面,會導(dǎo)致跑偏問題始終存在。這制約了機(jī)組的順利運(yùn)行[4]。而且,一旦跑偏超出設(shè)備糾偏能力范圍,會造成擦邊斷帶的情況。因此,糾偏設(shè)備在保證機(jī)組的連續(xù)、穩(wěn)定、高速運(yùn)行中起到了至關(guān)重要的作用[5]。特別是有退火爐的處理線,還涉及爐內(nèi)帶鋼的糾偏。這對保證爐況穩(wěn)定和確保產(chǎn)品質(zhì)量、性能很重要。糾偏設(shè)備的穩(wěn)定性、有效性在處理線中作用突出,可以說是關(guān)鍵設(shè)備。

目前,一些國內(nèi)的企業(yè)大多數(shù)使用日本和德國的進(jìn)口設(shè)備。退火爐外的糾偏有采用國內(nèi)糾偏廠家設(shè)備[6],使用情況基本正常。糾偏設(shè)備大多采用光電、電磁的檢測形式。部分退火爐已開始采用雷達(dá)波的檢測形式。

本文針對糾偏系統(tǒng)中的常見問題,結(jié)合糾偏設(shè)備的幾種檢測形式,通過對比優(yōu)缺點(diǎn),提出退火爐檢測形式的改進(jìn)方案。改進(jìn)方案采用雷達(dá)波檢測方式。雷達(dá)波檢測方式運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便,可有效提高退火爐內(nèi)糾偏系統(tǒng)的檢測穩(wěn)定性。本文通過介紹雷達(dá)波的檢測原理,并對各種檢測方式作對比分析,為糾偏系統(tǒng)的選型、改造提供借鑒。

1 糾偏設(shè)備的檢測方式

冷軋?zhí)幚砭€的糾偏設(shè)備,也就是中心位置控制器(center position controller,CPC),是一個帶鋼對中控制系統(tǒng)[7]。其基本結(jié)構(gòu)包括光電或電磁檢測傳感器、數(shù)字控制器、線性位移傳感器、伺服閥或伺服電動缸以及糾偏輥[8]。以退火爐為界,糾編設(shè)備根據(jù)使用情況分為爐內(nèi)糾偏設(shè)備和爐外糾偏設(shè)備。分類原則主要是考慮退火爐環(huán)境溫度高,對設(shè)備的穩(wěn)定性要求較高。檢測方式目前有光電式檢測和電磁感應(yīng)式檢測等。

光電式檢測設(shè)備如圖1所示。

圖1 光電式檢測設(shè)備示意圖

由圖1可知,設(shè)備采用移動光源檢測設(shè)備,先通過鏡頭的移動達(dá)到尋邊的目的,再通過兩側(cè)的檢測偏差值執(zhí)行糾偏動作。固定式光源檢測的糾偏與移動式類似。檢測元件采用固定式,通過檢測光通量來判斷帶鋼寬度以及邊緣位置,并對比兩側(cè)偏差,以執(zhí)行糾正帶鋼到中心線的動作。

退火爐固定光源式檢測設(shè)備如圖2所示。

圖2 退火爐固定光源式檢測設(shè)備示意圖

電磁感應(yīng)式檢測設(shè)備如圖3所示。

圖3 電磁感應(yīng)式檢測設(shè)備示意圖

由圖3可知,為了檢測金屬帶鋼的中心位置,設(shè)備采用了兩對傳感器。這些傳感器被安裝在同機(jī)組中心相對稱的位置。每對傳感器分別用于檢測帶鋼的一個邊。一個傳感器用作發(fā)射裝置,則相對應(yīng)的另一個用作接收裝置。固定安裝一個檢測框架?？蚣軆?nèi)有兩對傳感器,通過兩側(cè)偏差值比較以達(dá)到糾偏的目的[9]。

CPC自動對中糾偏系統(tǒng)是一個連續(xù)的閉環(huán)式調(diào)節(jié)系統(tǒng)。雖然帶鋼位置測量傳感器類型、信號處理方式等多種多樣,但其糾偏原理和控制模式大同小異[10]。如前文所述,幾個構(gòu)成部分中,檢測系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障概率較大[6]。

隨著設(shè)備的不斷更新迭代,設(shè)備廠家推出了采用雷達(dá)波檢測形式的糾偏設(shè)備,用于退火爐內(nèi)糾偏。

雷達(dá)波檢測設(shè)備如圖4所示。

圖4 雷達(dá)波檢測設(shè)備示意圖

圖4中,校正棒在校正地安裝在天線上。對于退火爐外的糾偏設(shè)備,目前的檢測形式仍為光電式檢測和電磁感應(yīng)式檢測。

2 糾偏系統(tǒng)的典型故障

2.1 檢測器光源故障

光電式檢測的主要問題是光源本身的穩(wěn)定性。各廠家雖然都有特定技術(shù),但在實(shí)際使用中受到成本壓力等因素影響,會因?yàn)楣庠词?dǎo)致檢測異常,進(jìn)而出現(xiàn)故障[11]。

2.2 檢測器故障

檢測器本體故障發(fā)生概率較小,但在惡劣的工況影響下,控制板卡異常、移動式皮帶老化損壞、電位計損壞等問題較為多發(fā)。這些問題會造成設(shè)備停用。電子元件長時間在工廠的高溫、灰塵環(huán)境下使用。因此,老化損壞是考驗(yàn)設(shè)備壽命的重要因素,也是造成設(shè)備故障的主要原因。

2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障

執(zhí)行機(jī)構(gòu)的異常一般分兩類。液壓控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中,伺服閥故障概率較高。這主要是受到油品裂化的影響,會導(dǎo)致閥芯卡阻而無法正常動作。電動控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中,變頻器、電動缸故障較多。其處理方法是對故障設(shè)備進(jìn)行更換。在某退火機(jī)組,設(shè)備安裝在退火爐頂部,環(huán)境溫度均在60 ℃以上,多次發(fā)生故障。故障原因多為:電動馬達(dá)的抱閘整流模塊失效導(dǎo)致電機(jī)無法動作;變頻器因高溫?fù)p壞;馬達(dá)與電動缸體之間的接手受力損壞。上述這些比較常見的問題,都是由環(huán)境溫度過高而引發(fā)的連鎖反應(yīng)。

3 問題改進(jìn)

3.1 典型問題的改進(jìn)

由圖1可知,光電式檢測因設(shè)備頻繁動作、傳動皮帶磨損、檢測鏡頭振動、移動電纜老化等,會導(dǎo)致糾偏設(shè)備無法正常工作。因此,現(xiàn)場設(shè)備已逐步改進(jìn)為固定式檢測形式或電磁感應(yīng)式檢測形式,以減少設(shè)備故障的發(fā)生頻次。

高溫區(qū)域的設(shè)備增設(shè)冷卻系統(tǒng)降低環(huán)境溫度,以提高設(shè)備穩(wěn)定程度和壽命;同時,電動缸內(nèi)的位置傳感器改型為傳統(tǒng)模擬量位置傳感器,摒棄其原有的網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng),大大提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。

問題及改進(jìn)方法如表1所示。

表1 問題及改進(jìn)方法

3.2 爐內(nèi)雷達(dá)波檢測的應(yīng)用

冷軋?zhí)幚砭€退火爐內(nèi)的糾偏設(shè)備大多采用了電感應(yīng)式檢測形式。糾偏設(shè)備檢測框架安裝在退火爐內(nèi),貫穿爐體?？蚣軆?nèi)側(cè)采用陶瓷材料隔離。但因爐內(nèi)高溫,隨著使用年限的增長,檢測框架積碳明顯,狀態(tài)裂化后導(dǎo)致檢測框架接地并報故障,設(shè)備無法繼續(xù)使用[12]。同時,因?yàn)闄z測框架安裝位置都是在退火爐爐頂輥下部,檢修位置較差,無法及時進(jìn)行修復(fù)。若將檢測框架拆卸,又涉及爐壁焊接、爐內(nèi)保溫材料整修等,修復(fù)流程較為復(fù)雜且耗時太長,且需要開爐進(jìn)行處理,對產(chǎn)線正常生產(chǎn)影響很大。因此,雷達(dá)波檢測形式應(yīng)運(yùn)而生。雷達(dá)波距離測量原理如圖5所示。

圖5 距離測量原理

雷達(dá)波測量以放大器為基準(zhǔn),通過天線發(fā)射到帶鋼邊緣檢測反饋回天線,最終得到帶鋼邊緣與天線(常規(guī)天線的安裝位置與爐壁內(nèi)側(cè)平齊)距離。單側(cè)距離為:

(1)

式中:Lref1為單側(cè)(天線到帶鋼邊緣)距離;C為雷達(dá)波速度;T為雷達(dá)波傳遞時間,s;Tbase為信號放大器到天線的距離,為常數(shù),因項(xiàng)目不同而不同。

同理可通過對側(cè)距離得到Lref2。兩側(cè)距離偏差為:

ΔL=Lref1-Lref2

(2)

式中:Lref2為單側(cè)(對稱布置的天線到帶鋼邊緣)的距離。

通過ΔL可判斷帶鋼的偏移。根據(jù)ΔL,糾偏執(zhí)行機(jī)構(gòu)糾正帶鋼到機(jī)組中心的偏移,即控制ΔL為零以實(shí)現(xiàn)對中[6]。

雷達(dá)波檢測形式的CPC設(shè)備中,其傳感器由埋設(shè)在爐壁內(nèi)部的天線發(fā)射電磁波,并通過從帶鋼邊緣反射回來的電磁波的傳輸時間來測量帶鋼位置。這是一種新式傳感器。其特點(diǎn)如下。

①不與帶鋼和爐內(nèi)設(shè)備相互干擾,可以安全操作。

②不受爐內(nèi)空氣(粉塵、煙氣)產(chǎn)生的污垢的影響。

③沒有消耗品;體積小、重量輕,占用空間小,容易安裝;免維護(hù)。

因?yàn)橥嘶馉t內(nèi)已無檢測設(shè)備,所以降低了爐內(nèi)斷帶對檢測框架造成損壞的風(fēng)險。

目前,主流國外廠家都有各自的產(chǎn)品。產(chǎn)品性能對比如表2所示。

表2 性能對比

雷達(dá)波檢測形式的新型號設(shè)備,在某鋼廠處理線已投入九套。根據(jù)目前所反饋的使用效果,與光電式和電磁感應(yīng)式設(shè)備相比,雷達(dá)波檢測設(shè)備在控制精度和維護(hù)工作量上有著不小的優(yōu)勢。

4 結(jié)論

本文結(jié)合鋼廠所選用的各種糾偏設(shè)備的特點(diǎn),針對設(shè)備失效的典型問題作了分析比較。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行中的故障情況、近年來新技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用,本文從設(shè)備后期維護(hù)的角度出發(fā)給出了改進(jìn)建議。雷達(dá)波檢測方式不受環(huán)境影響、易于維護(hù)、沒有消耗品,相較于其他檢測形式有著技術(shù)上的天然優(yōu)勢。雷達(dá)波檢測方式的穩(wěn)定性特點(diǎn),對于連續(xù)生產(chǎn)的處理線而言尤其重要。因此,基于雷達(dá)波檢測方法的處理線糾偏系統(tǒng)改進(jìn)對今后生產(chǎn)線糾偏技術(shù)性能提升有著很好的借鑒意義。