1、第45卷 第02期 2023-02【149】收稿日期：2021-01-29作者简介：马冬凯（1974-），男，河北大名人，高级工程师，硕士，研究方向为热轧板带生产线设备管理。邯钢2250热轧厂精轧换辊和标定时间的优化及改进Optimization and improvement of roll change and calibration time of finishing mill in Handan Iron and Steel马冬凯*MA Dong-kai*（邯郸钢铁集团2250mm热轧厂，邯郸 056000）摘 要：邯钢2250热轧厂生产线每天平均换辊7次，每次换辊用时18分钟，换辊时
2、间占到了总停机时间的45%左右，严重影响生产的作业率，与国内同类型企业的差距较大，与我厂要求的高效化生产所矛盾。为了缩短精轧换辊时间，提高机时产量和日历作业率，通过对现场设备的改造和程序的优化，大大缩短了精轧换辊时间，由之前的18分钟缩短至13分钟，为热轧厂高效化生产提供了保障，大大提高了日历作业率。关键词：精轧机；换辊；标定；力控；换辊小车；标定程序中图分类号：TG33 文献标志码：A 文章编号：1009-0134(2023)02-0149-050 引言邯钢2250热轧厂精轧机包括F1-F7共七架轧机，轧制完成一个轧制计划后要对精轧工作辊进行更换。每次的换辊时间为18分钟，每班次平均换辊3次
3、，一天平均换辊7次，这还不包括非计划换辊。换辊时间占到了停机时间的45%左右，严重影响生产的作业率，与国内同类型企业的差距较大，与我厂要求的高效化生产所矛盾，为了缩短精轧换辊时间和标定时间，提高机时产量和日历作业率。我厂成立了高效生产攻关组对精轧换辊进行攻关。我们对精轧换辊存在的问题进行了梳理，主要从以下三方面进行入手：一是换辊程序设计上存在的缺陷导致的换辊时间过长。二是设备故障和精度不高导致的换辊时间延长。三是标定步骤繁琐导致的标定时间过长。通过对以上三方面的分析和改进大大缩短了我厂的换辊时间，我厂换辊时间从最初的18分钟缩短至13分钟。大大提高了日历作业率。1 设备故障和设备精度导致的换辊
4、时间过长原因分析及改进措施原因分析：精轧换辊小车在换辊过程中负责旧工作辊的抽出和新工作辊的推入，是换辊的最关键设备，目前换辊小车主要存在的问题为换辊小车电缆经常被压断导致的换辊时间延长。精轧换辊小车为电动拖拉式(如图2所示），行走电机通过减速机带动齿轮在齿条上移动，来实现小车在磨辊间和精轧机之间的移动。两个电缆卷筒通过摩擦片由恒速电机带动随小车同步移动和收缆。是精轧换辊的最关键设备。电缆卷筒是由动力侧和控制侧两部分组成，因为小车在整个换辊过程中有正向移动和反向移动，所以卷筒是通过摩擦片和电机输出轴连接的，不是硬连接，这样就带来一个严重的问题，当卷筒电机故障或者摩擦片摩擦力减小时，无法检测卷筒是
5、否能随小车同步移动，导致电缆不能及时收回，电缆被小车压断，控制侧电缆上带的设备可以封点，但是动力侧如果一旦被压断，将影响正常换辊。建厂以来因为卷筒故障导致的电缆事故不下10起，每年影响总时间约20小时。每年更换控制侧电缆300米，动力侧电缆100米。严重影响正常生产和备件费用消耗过多。图1 换辊小车设备图改进措施：为了解决换辊小车的卷筒转动是否与小车同步，防止电缆被拉断，我们在换辊小车电缆卷筒两侧增加了检测限位，设计了电缆防拉断装置。精轧换辊小车电缆防拉断的控制装置，主要包括接近开关、换辊PLC。两个接近开关分别安装在换辊小车电缆卷筒两侧，接近开关与PLC的计数器【150】第45卷 第02期
6、2023-02模块相连接，PLC的信号输出端与换辊小车驱动装置的控制端和报警器分别连接。两个接近开关的安装位置在换辊小车电缆卷筒圆心两侧相对，与换辊小车电缆卷筒圆心的距离分别为350mm。、图2 换辊小车改造示意图精轧换辊小车电缆拉断的控制过程，采用以下步骤进行：1）电缆卷筒圆周有多根转轴，多个转轴以电缆卷筒中心为圆心呈放射状分布，相邻转轴之间的间距相等，在换辊小车行进过程中，多根转轴连续经过接近开关，对接近开关进行触发，接近开关将触发信号连续输送到PLC的信号输入端；2）在PLC中，计数器模块对接近开关检测到的转轴次数进行计数；3）在换辊小车的运行过程中，小车在不同阶段和特定位置有不同的速度
7、，相应的转轴也有不同的转数，在PLC中，根据换辊小车实际运行速度及特定位置设定不同延时时间，不同的延时时间与转轴的相应的转数相对应；4）PLC对转轴的检测次数进行监控，当新增接近开关检测到转轴的转动次数与在相应的延时时间的设定转动数值明显降低或不再增加时，PLC判定电缆卷筒发生机械卡阻、电机故障等，未与换辊小车同步运动，自动发出换辊小车停止运行命令，并在HMI画面上显示报警，防止电缆拉断，并告知操作工现场设备状态。换辊小车电缆防拉断的现场控制调试步骤：1）高低速度参数调试精轧轧换辊小车在换辊辊道上存在双向移动，在不同方向的移动中又有高速运行阶段和低速运行阶段，在换辊小车高速运行和低速运行时，电
8、缆卷筒的运行线速度与换辊小车的运行速度一致，接近开关在换辊小车高速运行阶段检测到电缆卷筒转轴的时间间隔小于换辊小车低速运行阶段检测到电缆卷筒转轴的时间间隔，接近开关对转轴检测周期不同，相应的PLC设定不同延时时间。通过现场实际动作和运行调试换辊小车在低速运行阶段(E1-E3，E11-E13)，接近开关检测周期长，PLC计数器故障报警时间间隔设为16秒；换辊小车在高速运行阶段(E4-E5,E7-E10),接近开关对转轴检测周期较短，PLC计数器故障报警时间间隔设为4秒。2）换向速度参数调试精轧换辊小车在换辊辊道上存在换向运行阶段和电缆卷筒换向区域，在换向运行阶段和电缆卷筒换向区域，电缆卷筒的转速
9、发生变化，接近开关检测到的转轴的转数间图3 换辊小车运行速度示意图第45卷 第02期 2023-02【151】隔增加，相应的PLC设定不同延时时间。这是本方案的难点所在，因为延迟设定不合适会导致接近开关误检测，从而不能真实反映现场情况，造成换辊小车的自动中断。反而影响换辊时间。在电缆卷筒换卷向区域(E5-E8)，也是压断电缆故障发生次数最多的地方，PLC计数器故障报警时间间隔设为24秒。具体行走路线如上图。通过以上的设备改进和程序优化，有效杜绝了电缆卷筒故障导致的电缆被压断的事故，同时该方法有效屏蔽了系统误报警的发生，通过热轧厂两年多的换辊实践。两年来无电缆压断事故，节省时间10小时/年，节省
10、控制电缆300米，动力电缆100米，大大提高了日历作业率。年节省备件费用15万元。2 换辊程序冗余繁琐导致的换辊时间过长原因分析及改进措施原因分析：原设计精轧抽旧工作辊的步骤为：CVC定位到中间位CVC定位到中间位工作辊接轴定位工作辊接轴定位工作辊冷却水关闭工作辊冷却水关闭弯辊切换到平衡模式弯辊切换到平衡模式HGC缸回缩HGC缸回缩活套抬起活套抬起入出口导台退出入出口导台退出入出口刮水板退出入出口刮水板退出上工作辊和支撑辊下降上工作辊和支撑辊下降上阶梯板动作到位换辊位上阶梯板动作到位换辊位上工作辊和支撑辊提升到高位。上工作辊和支撑辊提升到高位。图4 优化前换辊控制时序优化前换辊步骤：1.cvc
11、定位到中间位，2.接轴定位，3.工作辊冷却水关闭，4.弯辊切换到平衡模式，5.HGC缸回缩，6.活套抬起，7.入出口导台退出，8.入出口刮水板退出，9.上工作辊和支撑辊下降，10.上阶梯板动作到位换辊位，11.上工作辊和支撑辊提升到高位，供11步。总耗时3.5分钟。通过实际的换辊工作发现，在不影响机械设备的情况下，好多换辊步骤可以同时进行：1）CVC定位时不影响HGC缸的回缩和活套、导台的动作；2）工作辊接轴定位和刮水板的动作可以同时进行；3）工作辊冷却水关闭和上工作辊、支撑辊的下降无干涉。改进措施：优化完的换辊步骤为：（从之前的11步优化为5步进行）。CVC定位到中间位、HGC缸回缩、活套抬
12、起、入出口导台退出CVC定位到中间位、HGC缸回缩、活套抬起、入出口导台退出工作辊接轴定位、入出口刮水板退出工作辊接轴定位、入出口刮水板退出弯辊切换到平衡模式、工作辊冷却水关闭、上工作辊和支撑辊下降弯辊切换到平衡模式、工作辊冷却水关闭、上工作辊和支撑辊下降上阶梯板动作到位换辊位上阶梯板动作到位换辊位上工作辊和支撑辊提升到高位。上工作辊和支撑辊提升到高位。图5 新设计换辊控制时序优化后换辊步骤：1.CVC定位、活套抬起、入出口导台动作、HGC缸回缩同时进行，2.接轴定位、入出口刮水板同时动作，3.工作辊冷却水关闭、弯辊切平衡、上工作辊支撑辊下降同时进行，4.上阶梯垫动作，5.上支撑辊和工作辊抬升
13、。优化后步骤减少为5步，时间缩短60秒。3 检测设备不准确导致的自动换辊停止原因分析及改进措施原因分析：换辊小车在准备阶段主要是对换辊动作的步骤进行合并优化，可以同时动作的设备同时进行，来减少换辊时间。当换辊进行到推新辊这一步骤时又遇到一个比较棘手的问题：上工作辊推到位后，位置检测不准，下一步自动换辊步骤中断，切手动换辊。精轧换辊小车在整个运行过程中是靠齿轮带动小车运动，齿轮上的编码器来检测小车的实际位置，从磨辊间到精轧机，小车总共有E1-E13共13个位置，共行走31774mm，其中E12位置尤为关键，它是上工作辊在轧机中的锁紧位置。这个步骤完成了才能进行推下辊动作，也是推新辊的第一步，此步
14、骤尤为关键。存在此问题的原因主要有：1）齿轮机构的精度不高（5mm10mm）；2）长时间磨损小车的勾头和下工作辊轴承座存在较大间隙5mm；3）支撑辊换辊平台间隙较大，在推工作辊时有位移发生10mm。综合以上三种因素，导致我厂因为E12位不准切手动换辊的比例占到手动换辊的50%以上，需要马上解决。操作工因为担心锁紧板锁不上，一般在上工作辊锁紧板锁住后，才通知粗轧操作出钢，大大影响生产节奏。最严重的时候7个机架有5个机架因为锁紧板锁不住而切成手动。针对此问题，虽然每次在自动换辊时自动标定E12位，但是由于机械的间隙叠加太大，始终不能满足要求。【152】第45卷 第02期 2023-02图6 换辊小
15、车在E12位力控示意图改进措施：我们结合现场的实际情况，发明了换辊小车E12位置力控控制方法。我们舍弃了之前依靠小车编码器位置来触发锁紧板关闭的命令，改用小车电机的反馈扭矩来检测。（下图为换辊小车在推新辊时扭矩反馈曲线）。从图中我们可以看出，当上工作辊进入机架到后，因为机械位置而停止，这时候小车的扭矩有一个突然的增加，我们通过此信号的检测来判断小车是否到达E12位，之后我们再给小车一个0.5秒的延迟使其停止，之后触发上工作辊锁紧板关闭命令。整个控制方式的难点在于小车什么时候停止，什么时候触发关闭命令。停止太早由于小车的惯性会导致后退锁不上锁紧板，必须有一个延时。但是延迟时间太长，小车电机一直在
16、堵转状态下势必会对传动柜产生影响。通过现场多次的调试发现，0.5秒的时间能够满足要求。通过以上的控制方法，小车目前的此步骤的成功率达到100%，很少出现因为锁紧板不关闭导致的自动换辊中断事情的发生，为换辊节省30秒/次。目前操作工在开始推新辊时，粗轧已经开始出钢，大大提高了生产节奏。4 精轧标定时间过长，造成换辊时间延长的原因分析及改进措施原因分析：轧机辊缝标定是精轧换辊完成后必须进行的步骤，主要包括传感器的复位操作、轧制力调平操作、辊缝APC动作等。原设计轧机的标定步骤为：1）快开辊缝到最大；2）对SONY磁尺进行复位；3）APC辊缝到10毫米；4）压头复位；5）APC辊缝到2毫米；6）继续关闭辊缝开始力控当轧制力达到1960kN时，对轧机两侧进行调平，使两侧轧制力偏差小于245kN，位置偏差小于2毫米；7）轧机转车；8）继续下压辊缝到轧制力为15000kN，两侧轧制力调平小于245kN，调平两侧偏差小于4毫米；9）轧机旋转一周的最小最大轧制力偏差小于500kN；10）抬起辊缝到5毫米。上述时间大概为2分10秒左右。整个标定存在两个问题：1）工作辊在转车之前已经接触上了，在启动过程中
