輥底爐生產(chǎn)線合理設(shè)置光電管的重要性

邱淑建，姜 山，陶麗潔

(中國聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州 310022)

某公司在某鋼鐵廠總承包一條輥底爐生產(chǎn)線，用于生產(chǎn)薄規(guī)格回火板。該生產(chǎn)線于當(dāng)年投產(chǎn)，并很快達(dá)到技術(shù)協(xié)議約定的產(chǎn)能。在后續(xù)使用中，業(yè)主希望我公司提供可行的方案，在不對生產(chǎn)線進(jìn)行較大改動的情況下，進(jìn)一步提高該生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

1 工藝流程

該輥底爐的工藝流程如下所示：

鋼板上料(由鋼板運(yùn)輸機(jī)吊裝到爐前輥道)→鋼板輸送到爐前→爐前對中→鋼板入爐→爐內(nèi)輸送→鋼板出爐到冷床上料輥道→上冷床自然冷卻→下冷床→往堆垛機(jī)輸送→噴印→對中→進(jìn)堆垛機(jī)→堆垛鋼板吊裝，整個流程完成。

根據(jù)工藝流程，該生產(chǎn)線設(shè)備可分為如下幾個部分：

(1)鋼板上料裝置，即鋼板運(yùn)輸機(jī)；

(2)爐前輸送輥道；

(3)輥底爐；

(4)爐后輸出輥道，同時也是冷床上料輥道；

(5)冷床及上、下料裝置；

(6)冷床下料輥道及堆垛機(jī)前輸送輥道；

(7)堆垛機(jī)。

2 工藝流程分析

上述設(shè)備的核心是輥底爐，其余設(shè)備都是為輥底爐配套的。

爐內(nèi)輥道的工藝速度是該生產(chǎn)線所有設(shè)備中輸送速度最慢的，其由鋼板本身的熱處理工藝決定。在滿足工藝的情況下，讓爐內(nèi)同時運(yùn)行盡量多的鋼板，提高爐膛的利用率，是提高生產(chǎn)效率的根本途徑。

當(dāng)輥底爐內(nèi)鋼板在最小板間距運(yùn)行，并且爐前和爐后一直在連續(xù)的進(jìn)板、出板時，輥底爐生產(chǎn)效率最高。整條生產(chǎn)線的各部分設(shè)備之間的接、送鋼板的節(jié)奏，與輥底爐進(jìn)、出鋼板的節(jié)奏匹配，此時整條生產(chǎn)線的效率最高。

因此，提高整線生產(chǎn)效率的關(guān)鍵是，協(xié)調(diào)好各個設(shè)備之間的節(jié)奏匹配，保證輥底爐內(nèi)鋼板一直在最小板間距的狀態(tài)下運(yùn)行。

在實(shí)際生產(chǎn)中，輥底爐往往無法達(dá)到最高的生產(chǎn)效率，原因有兩個：①鋼板無法及時入爐，導(dǎo)致爐內(nèi)鋼板間距變大，爐膛利用率降低；②爐后設(shè)備無法及時將鋼板運(yùn)走，導(dǎo)致爐內(nèi)憋鋼，只能放緩鋼板入爐節(jié)奏甚至停止入爐，降低生產(chǎn)效率。

因此，可以從上述兩方面著手提高生產(chǎn)效率。

1)保證鋼板及時入爐

根據(jù)：V=(L1-L2)/T

(1)

式中：L1為輥底爐有效長度；L2為鋼板長度；T為鋼板在爐內(nèi)的工藝時間。可以計(jì)算出鋼板在輥底爐內(nèi)的工藝速度。

爐內(nèi)相鄰鋼板的最小板間距為△L，則

(2)

式中：△T為爐內(nèi)相鄰鋼板的最小時間間隔。△T也叫最快生產(chǎn)節(jié)拍，此時輥底爐達(dá)到理論上爐膛的最大利用率，生產(chǎn)效率最高。為了避免爐內(nèi)發(fā)生疊板事故，保證正常生產(chǎn)，△L不應(yīng)取太小，實(shí)際生產(chǎn)中一般取600 mm。要達(dá)到最快生產(chǎn)節(jié)拍，爐前上料裝置和輸送輥道必須有足夠的速度及合理的節(jié)拍與輥底爐匹配。

2)保證鋼板及時出爐

輥底爐以最快生產(chǎn)節(jié)拍工作時，鋼板連續(xù)不斷的入爐，完成熱處理后連續(xù)不斷的出爐，經(jīng)過爐后輸出輥道，上、下冷床，冷床下料輥道及堆垛機(jī)前輸送輥道，最終進(jìn)入堆垛機(jī)完成堆疊。可知，鋼板出爐的最小時間間隔也應(yīng)該是△T(最快生產(chǎn)節(jié)拍)。因此，爐后輸出輥道，冷床及上、下料區(qū)，冷床下料輥道及堆垛機(jī)前輸送輥道，以及堆垛機(jī)，這幾個環(huán)節(jié)也必須有足夠的速度及合理的節(jié)拍與輥底爐匹配。

經(jīng)過對設(shè)備的選型分析，發(fā)現(xiàn)爐外設(shè)備的輸送速度足夠匹配輥底爐最快生產(chǎn)節(jié)拍，但是不合理的輥道分組和光電管設(shè)置，導(dǎo)致各環(huán)節(jié)之間的銜接耗時較多，無法匹配最快生產(chǎn)節(jié)拍。

通過上述分析，通過優(yōu)化各設(shè)備之間的節(jié)奏匹配，提高生產(chǎn)效率。

3 設(shè)備生產(chǎn)節(jié)奏不匹配的原因以及優(yōu)化

3.1 爐前設(shè)備節(jié)奏不匹配的原因分析

爐前上料區(qū)設(shè)備包括鋼板運(yùn)輸機(jī)、爐前輸送輥道和對中裝置。

整個爐前輸送輥道長度31 m，電氣控制上輥道從左往右分為4組，每組單獨(dú)控制，長度及分組如圖1所示。其中鋼板運(yùn)輸機(jī)位于第1組和第2組輥道正上方。輥道長度方向共設(shè)置4組光電管，編號為BE101～BE104，可完成鋼板運(yùn)輸機(jī)放板檢測，鋼板測長，對中裝置啟動和爐前停止等目標(biāo)。

圖1 爐前輸送輾道長度及分組示意圖

該生產(chǎn)線處理的鋼板最長不超過15 m。鋼板在爐前的工藝動作流程如下：

(1)鋼板運(yùn)輸機(jī)將鋼板放到第1組和第2組輥道上，放板為板尾對齊。然后吸盤脫離鋼板，并開始下一塊干板的上料動作；

(2)輥道啟動，將鋼板往前輸送，并在輸送過程中完成鋼板的測長和對中；

(3)鋼板送到爐前待料，等待入爐信號，此時爐前輸送輥道停止；

(4)收到輥道停止的信號，鋼板運(yùn)輸機(jī)允許往輥道上放下一塊鋼板；

(5)爐內(nèi)進(jìn)料信號發(fā)出，第3組和第4組輥道配合爐內(nèi)輥道同時啟動，將鋼板送到爐內(nèi)；

(6)鋼板完全進(jìn)入爐內(nèi)后，下一個鋼板入爐周期開始。

根據(jù)之前公式，在最快生產(chǎn)節(jié)拍

(3)

式中：輥底爐有效長度L1和最小板間距△L為定值，鋼板在爐內(nèi)的工藝時間T和鋼板長度對應(yīng)，鋼板長度L2越小，則△T越小，即鋼板越短生產(chǎn)節(jié)拍越快。

另一方面，鋼板的工藝時間T取決于鋼板厚度，鋼板越薄，則在爐內(nèi)的工藝時間T越短。

鋼板輸送到爐前待料的時間：

(4)

式中：V1為爐前輥道運(yùn)行速度，m/min，為定值(忽略輥道加減速過程)。

從式(4)可知，鋼板越短，其運(yùn)送到爐前待料位時間t越大；而之前已經(jīng)得出結(jié)論，鋼板越長，最快生產(chǎn)節(jié)拍越慢，即△T越小。也就是說，對于一定厚度的鋼板，長度越短，到爐前待料所需時間越長，但是爐內(nèi)的生產(chǎn)節(jié)拍卻更快。

另一方面，隨著鋼板厚度的減小，鋼板在爐內(nèi)的工藝時間明顯縮短，鋼板的入爐間隔也變得更短了。

理論上隨著鋼板長度或者厚度的變化，會有一個臨界點(diǎn)△T=t，即鋼板一到待料位就入爐。之后，隨著鋼板長度或者厚度進(jìn)一步減小，△T

實(shí)際生產(chǎn)中也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋼板較長(L2>9 m)且厚度δ≥4 mm時，爐前鋼板運(yùn)送節(jié)奏可以匹配輥底爐最快生產(chǎn)節(jié)奏。但是當(dāng)鋼板長度小于9 m或者厚度小于4 mm時，爐前上料節(jié)奏已經(jīng)跟不上輥底爐，爐內(nèi)鋼板間距明顯變大，生產(chǎn)效率也隨之下降。

3.2 爐前設(shè)備改進(jìn)措施

觀察在生產(chǎn)時爐前上料設(shè)備發(fā)現(xiàn)，鋼板運(yùn)輸機(jī)的動作周期較短，往往前一塊鋼板還未到爐前待料，鋼板運(yùn)輸機(jī)已經(jīng)處于待料狀態(tài)，但由于第1組和第2組輥道未停止，系統(tǒng)不允許鋼板運(yùn)輸機(jī)放板。

由圖1可知，一旦鋼板尾部脫離第2組輥道，第1組和第2組輥道即可停轉(zhuǎn)，此時鋼板仍往爐前運(yùn)送，而鋼板運(yùn)輸機(jī)可以提前放板，相較于之前，提前放板時間為

(5)

根據(jù)式(3)可知，鋼板長度L2越小，△t越大，即鋼板越短，鋼板運(yùn)輸機(jī)更提前放板。

為了檢測板尾脫離第2組輥道的信號，在第2組輥道和第3組輥道之間設(shè)置光電管BE105，如圖2所示。一旦BE105檢測到鋼板尾部脫離第2組輥道，第1組和第2組輥道停止，鋼板運(yùn)輸機(jī)開始放板，鋼板的上料周期縮短。

圖2 爐前上料輥道分組和光電管布置

上料輥道運(yùn)行速度為25 m/min，鋼板待料位端頭到BE105光電管距離約12 m，忽略輥道加、減速階段，按照鋼板長度8 m計(jì)算，可得改進(jìn)后可節(jié)省時間：(12-8)/25×60=9.6 s，實(shí)際由于鋼板存在減速，現(xiàn)場測試節(jié)約時間為15 s左右。實(shí)際改進(jìn)后投用，效果非常明顯，短板生產(chǎn)時，爐前上料輥道節(jié)拍完全可以匹配輥底爐最快生產(chǎn)節(jié)拍。

3.3 爐后設(shè)備節(jié)奏不匹配原因分析

如圖3所示，冷床下料輥道分為2組，設(shè)置2個光電管，編號BE501和BE502，作用為極限位保護(hù)和冷床下料鋼板檢測。

圖3 冷床下料輾道分組和光電管布置

如圖4所示，堆垛機(jī)前輸送輥道分為4組，設(shè)置3個光電管，編號BE503～BE505，作用為鋼板噴印、鋼板對中和鋼板堆垛。

圖4 堆垛機(jī)前輸送輥道分組和光電管布置

生產(chǎn)時冷床后輥道的工藝動作流程如下：

(1)鋼板從冷床輸送到到冷床下料輥道；

(2)冷床下料輥道啟動，將鋼板往堆垛機(jī)方向運(yùn)送，最高速度30 m/min；

(3)板頭經(jīng)過BE503光電管后開始減速，然后經(jīng)過噴印機(jī)完成噴碼；

(4)板頭經(jīng)過BE504光電管，輥道進(jìn)一步減速，對中裝置啟動；同時冷床下料輥道停止轉(zhuǎn)動，冷床上鋼板允許下料；

(5)板頭經(jīng)過BE505光電管，堆垛機(jī)馬蹄輥開始轉(zhuǎn)動，準(zhǔn)備接收鋼板；

(6)板尾經(jīng)過BE505光電管，鋼板即將完全進(jìn)入堆垛機(jī)；

(7)冷床下料輥道上的下一塊鋼板允許往堆垛機(jī)運(yùn)送。

通過以上分析可知，鋼板頭部走到BE504光電管位置，下一塊鋼板允許從冷床下料。BE504光電管距離冷床下料輥道約22 m，此時鋼板運(yùn)送距離為

S=(16-L2)/2+22

(6)

而在鋼板尾部離開BE505光電管后，下一塊鋼板允許往堆垛機(jī)運(yùn)送。

堆垛機(jī)前輸送輥道平均速度(從鋼板頭部進(jìn)入該區(qū)域到鋼板頭部經(jīng)過BE505光電管開始到鋼板尾部剛進(jìn)入堆垛機(jī))約15 m/min，鋼板在冷床下料輥道速度為30 m/min，按照鋼板長度L2=8 m，計(jì)算可得所需時間為

[(16-L2)/2/30+30/15]×60=128 s

(7)

而這還不包括鋼板完全進(jìn)入堆垛機(jī)的時間。實(shí)際每塊鋼板的周期，在140 s左右。而隨著鋼板長度減小，輥底爐的生產(chǎn)節(jié)奏變快，但是冷床下料輥道前后鋼板間隔時間反而變大了。就是說，隨著鋼板長度縮短，該生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率在降低。

3.4 冷床下料輥道及堆垛機(jī)輸送輥道光電管設(shè)置改進(jìn)

只有當(dāng)冷床下料輥道上沒有鋼板，且輥道停止轉(zhuǎn)動，才允許冷床上鋼板下料。從圖5可知，上一塊鋼板的尾部脫離冷床下料輥道，冷床下料輥道即可停轉(zhuǎn)，此時冷床上鋼板允許下料。因此，在冷床下料輥道(2)之后設(shè)置光電管BE506，用于檢測輸送鋼板的尾部，控制冷床下料輥道停止。此處節(jié)約時間為(22-L2)/V，此時輥道還未減速，處于30 m/min的高速，按照L2=8 m，可節(jié)約時間約33 s。

圖5 冷床下料輥道分組和光電管布置

為了進(jìn)一步提高鋼板進(jìn)入堆垛機(jī)的節(jié)拍，考慮堆垛機(jī)前輸送輥道上可同時存放兩塊鋼板。按照此段的輥道分組，堆垛機(jī)前輸送輥道(1)和堆垛機(jī)前輸送輥道(2)總長為15 m。當(dāng)前一塊輸送到堆垛機(jī)的鋼板尾部脫離光電管BE503，即允許冷床下料輥道上的鋼板往堆垛機(jī)方向輸送，并在堆垛機(jī)前輸送輥道(1)和(2)上待料；在前一塊鋼板完成堆垛后，待料鋼板也開始往堆垛機(jī)內(nèi)輸送，進(jìn)一步縮小兩塊鋼板之間的時間間隔。但是，由于噴印機(jī)在鋼板上噴印物料信息時，對噴印位置和鋼板運(yùn)行速度都有一定要求。目前噴印機(jī)位置處于第4組輥道末尾，為了達(dá)到上述的輸送邏輯，噴印機(jī)位置要往堆垛機(jī)方向移動，目前生產(chǎn)較忙，此改動暫不考慮。

4 結(jié) 論

上述改造完成后效果明顯。產(chǎn)線剛投入時，單班次產(chǎn)量在180塊左右，三個月后，工人對該產(chǎn)線基本熟悉，單班次產(chǎn)量達(dá)到200塊以上。產(chǎn)線改進(jìn)后，目前單班次產(chǎn)量可達(dá)到240塊以上。生產(chǎn)效率明顯提高，實(shí)現(xiàn)了增產(chǎn)降耗。同時，由于冷床輸出輥道及堆垛機(jī)輸送輥道節(jié)拍遠(yuǎn)比輥底爐最快生產(chǎn)節(jié)拍更快，爐后各段鋼板輸送更順暢，在偶爾出現(xiàn)的故障導(dǎo)致的輥底爐憋鋼事件處理中也更快速，減少了憋鋼時間，降低了鋼板過保溫導(dǎo)致的次品率。