軋鋼重軌跟蹤與自動化二級系統軋鋼生產技術研究

劉辰嬌

（河鋼邯鋼大型軋鋼廠，河北 邯鄲 056000）

現階段軋鋼生產技術得到發展和完善，但由于鋼材需求量日益增大，對產品質量要求較高，在軋鋼生產過程中，出現了力學性能較差的問題。國外根據相關檢測標準，確定重軌制造工藝的幾何尺寸，測量重軌表面缺陷的深度，通過超聲波檢測法，對軋鋼重軌進行跟蹤，以此確保重軌跟蹤的檢測精度和效率，同時，也要對軋鋼表面進行檢測，檢測過程中以機器視覺理論為基礎，對其進行視覺感知的跟蹤行為。國內傳統軋鋼生產技術為熱連軋和低溫軋制，通過不銹鋼生產的爐卷軋機，實現連鑄工序的熱銜接，交叉融合軋鋼生產的工藝流程，挑選合適的焊接用原材料，對熱裂紋的幾率進行控制，避免軋鋼異型坯等缺陷[1]。在以上理論的基礎上，對軋鋼重軌跟蹤與自動化二級系統軋鋼生產技術進行研究，對生產工藝進行優化。

1 動態跟蹤軋鋼重軌工藝

利用計算機網絡，對軋鋼重軌進行動態跟蹤，將重軌質量管理帶入現代化網絡，使跟蹤效果更加準確完善。首先建立軋鋼重軌質量動態跟蹤網絡，在煉鋼站、軌梁站和初軋站構建局城網，采用MODEM，使局域網與中心網絡進行通訊，利用電話線，對動態跟蹤數據進行文件傳輸。動態跟蹤的生產線如下圖所示。

圖1 軋鋼重軌動態跟蹤生產線

如上圖所示，對轉爐熔煉和轉爐鑄錠進行檢查，記錄質量數據，具體包括轉爐、鑄錠、平爐熔煉及平爐鑄錠等數據。工藝參數追蹤方面，包括LF爐、VD爐、異型坯等參數，對跟蹤數據進行低倍檢驗，記錄初軋模塊均熱情況，對鋼坯剪斷、火焰處理過程、加熱爐作業過程進行跟蹤，統計成品檢查和重軌再加工的記錄卡，做到生產工藝過程的可追溯性，將初始工藝至軋鋼重軌實現全過程，都納入計算機網絡中[2]。然后對重軌初軋及軌梁等數據進行采集，完成數據錄入后，按照指定周期向中心網絡傳輸數據，實時監控軋鋼重軌的坯料情況和軋制狀況，跟蹤煉鋼冶煉過程中的各項工藝數據。對采集數據進行預處理，根據統計判別法，對工藝數據參數進行鑒別。由于軋鋼重軌過程相對穩定，因此會出現采集數據過多的情況，利用拉依達準則，對誤差數據進行剔除，根據軋鋼重軌的數據特點，將重軌軋制力作為分段標準，對跟蹤數據進行分段，選取相近的軋制力，將其作為同一工況的跟蹤數據，剔除不同工況的跟蹤數據。由于軋鋼重軌軋制工廠存在噪音，因此，要對跟蹤數據進行去噪，采用三點線性滑動平滑，對跟蹤數據的點數進行擬合，消除跟蹤數據中的高頻噪聲。最后對重軌軋制數據進行歸一化處理，由于這種工藝參數的測量值單位不一致，因此要將信號度量標準化，對追蹤數據進行無量綱化處理，壓縮處理不同工藝參數，使每一個追蹤數據都具有同等的表現力，將所有數據的標準差均變成1，使追蹤數據能夠真實反映軋鋼重軌工藝的變化情況。至此完成重軌工藝的動態跟蹤。

2 對軋機自動化部分的基本要求

要根據實際的工程情況，采用網格控制的基本方式，這樣的基本控制形式，能夠對連接電纜帶來的消耗進行良好的減少，同時，需要對單機架進行相應的調整，改為利用手動進行合理的微調。在機架之間采用一種微張力的基本方式，對整個系統的自動部分進行合理高效的控制，軋鋼的表面要根據實際的生產需求，進行實時的修改以及設定。對于軋機重軌的基本正反控制，應該使用正反爬行控制的基本方法，這樣進行潤滑等連鎖的基本控制過程中，應該對整個系統進行報警機制的設定，在啟動以及停車過程當中，能有非常明確的提示，促進系統運行的高效能。

對于軋鋼的自動化控制，采用的基本方式是兩級自動化的控制系統，系統的每一項功能都要進行合理的考慮，對于控制信息以及系統狀態的基本功能，都要根據實際的需要，利用各自的傳動網、監控網以及分布的I/O網進行合理交換，通過這樣的基本網絡交換方式，提升軋機系統的管控效率，三級通訊的基本方式也得到了很好運用，實現并連接，形成一種非常合理高效的計算機系統，集合了集中管理以及分散控制的機制，同時，能夠實現并運行算以及對資源進行合理共享的目的。

3 自動化二級系統軋鋼重軌生產技術

對軋鋼重軌工藝進行動態跟蹤，為二級系統軋鋼重軌生產提供全面指導，及時發現生產過程中的異常波動情況，具體生產技術如下。

3.1 加熱二級系重軌異型坯件

對軋鋼胚料進行成分控制，實現胚料準備和異型坯加熱。首先對軋鋼胚料進行選取，將連鑄板坯作為軋鋼重軌的坯料，其中連鑄板坯要進行擇優選擇，根據鋼板的力學性能和軋機的生產率，對軋鋼胚料的成材率進行判斷，確定坯料長寬和厚度的具體尺寸。尺寸控制過程中，在保證壓縮比的基礎上，減少軋鋼異型坯料的厚度，長度應接近坯料的最大允許長度，同時盡可能增大軋鋼胚料的寬度。胚料成分方面，應滿足二級系統軋鋼的高強度要求，同時具備焊接性能和低溫韌性等特征，重軌胚料化學成分選取偏析元素，相比普通鋼板，應降低C和Mn的含量，利用Mo元素補償胚料的強度損失，對中心偏析元素進行控制，提高鋼的淬透性和耐腐蝕性。根據低合金高強度的理念，降低胚料的S含量，提高二級系統軋鋼胚料的硬度，使胚料形成滲碳體和固溶體，提高胚料熱加工性能[3]。

對軋鋼坯料進行清理，將胚料放置在常溫環境中，對其進行火焰清理和機械加工清理，利用風鏟和電弧，對胚料表面的砂輪進行研磨。然后加熱胚料，提高二級系統重軌軋鋼的軋件塑性，異型坯在加熱過程中，將加熱溫度控制在1150℃～1300℃，均勻擴散胚料中的化學成分，根據二級系統軋鋼的材料，設置軋鋼的軋機效率，避免生產過程中的斷輥事故[4]。利用連續爐對重軌軋鋼胚料進行加熱，對加熱爐的溫度進行控制，當異型坯出爐溫度高，二級系統軋鋼的穩定性會有所增加，因此要將加熱爐的溫度設定為上限，合理分配負荷，充分利用連續爐的高溫條件，將壓下量集中在前幾臺機架上，對軋鋼的板形和厚度精度進行調整，從而保證重軌在安裝與使用當中更安全。至此完成二級系統軋鋼胚件的加熱。

3.2 軋制精整二級系統鋼胚

對加熱后的軋鋼胚件進行冷卻，利用自動化軋線，將二級系統鋼胚制成帶鋼成品。利用冷卻水和氧化膜，控制軋鋼胚件變形程度，根據生產規格的比例，將軋制件的變形程度降到最低，使軋鋼胚件一直處于適宜的冷卻溫度，結合生產節奏加大冷卻水量，對軋鋼胚件進行冷卻。選取熱軋的工藝方式，利用自動化軋線，對二級系統鋼胚進行軋制，選取熱電耦高溫計，對軋制溫度進行測量，確定鋼胚冷卻水的流速。然后液壓控制軋制壓力，對液壓缸的伸縮距離進行反饋，實時控制二級系統鋼胚的板型，通過X射線計算鋼胚厚度，利用CCD圖像傳感器，對計算厚度進行檢測，根據厚度差值，對前軋機軋輥進行抬高和下降操作[5]。由于軋線的高溫環境，鋼胚會進行氧化處理，在表面形成致密的氧化鐵皮，因此在精整前要去除氧化鐵皮，利用高壓水的機械沖擊力，使鋼胚通過一對旋轉軋輥的間隙，使鋼胚長度得到增加，同時減小了材料截面，以此去除鋼胚的氧化鐵皮。

對軋制完畢的鋼胚進行精整，根據二級系統軋鋼的鋼種，選取低合金鋼的精整工藝。對軋后鋼胚進行自然冷卻，利用畫線標識的方法，對鋼胚尺寸進行矯直和翻鋼，使二級系統軋鋼鋼板產生卷曲，減小板帶之間的空隙。熱檢卷曲機，對軋鋼的卷曲機構進行PLC控制，通過PLC確定板帶所在位置，將熱信號轉換成電信號，利用電動機帶動卷筒高速旋轉，控制卷曲機，完成二級系統軋鋼的精整。最后降低軋制力，在熱連軋機表面噴涂潤滑物質，使二級系統軋鋼表面形成油膜，降低鋼材磨損，并通過液壓設備推動卸卷小車，卸出鋼材。至此完成自動化二級系統軋鋼生產。

4 實驗論證分析

將此次重軌軋鋼生產技術工藝與傳統技術工藝進行對比實驗，比較兩種技術工藝生產鋼材的抗拉強度。重軌軋鋼板的生產規格為8mm，本次重軌軋鋼胚料具體成分如下表所示。

化學成分 含量 化學成分 含量C≤0.10 S ≤0.003 Si ≤0.40 Cr 0.30～0.40 Mn ≤1.25 Mo ≤0.05 P≤0.020 Nb ≤0.05

生產過程中主要實驗設備如下表所示。

表2 主要實驗設備

分別對兩組實驗生產的軋鋼板進行拉伸性能檢測，沿軋鋼板縱向分為頭部、中部1、中部2及尾部，記錄不同位置的抗拉強度，實驗對比結果如圖2。

圖2 實驗對比結果

如上圖所示，本文生產技術下的重軌軋鋼抗拉強度，要高于傳統生產技術，兩組實驗的平均抗拉強度分別為567.7MPa、544.6MPa，相比傳統生產技術，此次技術抗拉強度提高了23.1MPa，生產的重軌軋鋼板力學性能更加穩定。

5 結語

針對傳統生產技術下重軌軋鋼抗拉強度差的問題，提出一種自動化二級系統軋鋼生產技術，并驗證了此次技術的可行有效性。在今后的研究中，會針對軋制技術建立技術規程，為生產更高級的重軌軋鋼板奠定基礎。