一种控制加热炉内钢坯间隙的方法

摘要

本发明涉及一种控制加热炉内钢坯间隙的方法，其包括对装钢行程控制、装钢空位控制和炉图位置跟踪；所述装钢空位控制采用以下公式：A＝A1+A2-A3-A4，其中，A为下次装钢板坯距固定梁尾部的距离，单位为mm；A1为固定梁上最后一块板坯到固定梁尾部之间的距离，单位为mm；A2为步进梁步距，单位为mm；A3为板坯间隙，单位为mm；A4为板坯宽度。根据本发明所述的控制加热炉内钢坯间隙的方法，通过对装钢行程控制、装钢空位控制和炉图位置跟踪，实现对厚板加热炉板坯间距进行动态调整和跟踪，从而减少因钢坯间隙而引起的板坯表面的质量缺陷。大大减少了粘钢和板坯加热不均匀性发生的频率，确保了板坯加热的质量，提高了生产效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制方法，属于自动控制领域。具体来说为一种控制加热炉内钢 坯间隙的方法，用于减少板坯表面的质量缺陷。

背景技术

造成厚板产品表面缺陷的原因有多种，如板坯加热温度均匀性、单位时间内炉内 板坯数量、板坯在炉时间等。其中炉内板坯间隙大小直接影响板坯加热的各种性能指 标。板坯间隙过大，单位时间内通过加热炉的板坯数量减少，没有充分利用加热炉的 热能，造成能量损失；板坯间隙过小，容易造成板坯粘钢，在出炉控制时造成滑轨产 生的轧不掉的划痕。

由于厚板品种多样，批量小。炉内板坯规格变化不一，一炉多坯的情况经常出现， 如图1所示，为加热炉炉体板坯布局示意图，其中d表示为板坯间隙。一般厚板厂加 热炉炉内板坯间隙，在设计和控制上是参照国内外热轧加热炉通用设计：炉内所有板 坯间隙均为固定值(工艺要求后一经现场调试完成后的一个数值)，不可生产中动态调 整，这就使得PLC自动化控制层中的装刚行程计算和空位计算无法根据板坯规格的不 同而进行动态调整。板坯间隙的固定不可调也使得过程控制计算机系统无法根据板坯 规格不同而实现加热炉内板坯的动态跟踪。但厚板的板坯品种较多，与热轧有很大差 异，这就增加了炉内不同宽厚规格板坯加热控制的难度，不能确保宽厚板坯的烧均、 烧透，容易产生粘钢和板坯加热均匀性问题，直接影响到成品钢板的表面质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种控制加热炉内钢坯间隙的方法，该方法能 对厚板加热炉板坯间距进行动态调整和跟踪，从而减少因钢坯间隙而引起的板坯表面 的质量缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种控制加热炉内钢坯间隙的方法，该方法 包括对装钢行程控制、装钢空位控制和炉图位置跟踪；所述装钢空位A，指下次装钢 板坯尾部距固定梁尾部的距离，

所述装钢空位控制采用以下公式：

A＝A1+A2-A3-A4    (1)

其中，

A为下次装钢板坯距固定梁尾部的距离，单位为mm；

A1为固定梁上最后一块板坯到固定梁尾部之间的距离，单位为mm；

计算公式为：

A1＝装钢机实际位置-装钢机最小行程+(托杆长度-推正后退系数*A4- 推正后退常数)(2)

A2为步进梁步距，单位为mm；

A3为板坯间隙，单位为mm；

A4为板坯宽度，单位为mm。

最后，由上述公式推导出并控制加热炉内钢坯间隙A3，

所述钢坯间隙A3控制在100mm-8000mm。

A3为板坯间隙，来自生产操作人员输入。具体数据大小，可根据生产计划钢种及 规格尺寸不同而由生产人员动态设定。目前设定范围为100mm-8000mm，但此数据范 围，可根据生产工艺要求现场整定而得。所述装钢机实际位置指装钢机最小、最大行 程之间的位置。

根据本发明的控制加热炉内钢坯间隙的方法，所述装钢行程控制指装钢机推正前进 与后退、装钢前进与后退过程中的位置控制；所述装钢空位控制指对下一块板坯装钢 允许时的位置控制；所述炉图位置跟踪指过程计算机对炉内板坯数量和板坯位置的跟 踪。

根据本发明的控制加热炉内钢坯间隙的方法，其特征在于，

所述装钢机实际位置为4750mm～5150mm，

所述装钢机最小行程为4750mm，

所述A2步进梁步距为550-600mm，

所述A4板坯宽度为1300mm～2300mm。

所述装钢机最小行程可根据步进炉机械结构设计而定，最小行程为4750mm。所 述A2步进梁步距为550-600mm，但现场整定后为一固定值。

由于影响上述位置控制的主要因素包括：步进梁移动距离(固定值，其为550mm)、 板坯宽度(1300mm～2300mm，根据生产计划确定)、板坯间隙(可根据钢种及规格尺 寸不同而由生产人员动态设定)。而根据本发明的控制加热炉内钢坯间隙的方法，主要 是对板坯间隙进行动态调节，以达到对各种板坯更好的加热效果，减少氧化铁皮含量， 因此，在此取值上述范围。

根据本发明的控制加热炉内钢坯间隙的方法，其特征在于，所述托杆长度为 1800mm，所述推正后退系数为0-1，所述推正后退常数为100-200mm。

装钢机实际位置是由装钢行程控制确定，在装钢机实际位置通常为 750mm～5150mm，装钢机最小行程4750mm时，所述托杆长度可根据机械结构设计而 定。取值托杆长度1800mm，所述推正后退系数为0-1，但具体现场调试而定，所述推 正后退常数100-200mm，具体现场调试而定。

根据本发明的控制加热炉内钢坯间隙的方法，其特征在于，所述推正后退系数 0.67，推正后退常数100-150。

根据本发明的控制加热炉内钢坯间隙的方法，其特征在于，所述推正后退系数 0.67，推正后退常数100。

根据本发明的控制加热炉内钢坯间隙的方法，所述装钢最小行程、托杆长度是由 步进炉机械结构设计而定。所述推正后退系数与推正后退常数是由现场经验总结而定。 其主要影响因素包括：步进梁移动距离(固定值，其为550mm)、板坯宽度 (1300mm～2300mm，根据生产计划确定)、板坯间隙(可根据钢种及规格尺寸不同而 由生产人员动态设定)。

根据本发明的控制加热炉内钢坯间隙的方法，在所述的控制加热炉内钢坯间隙的 方法中，所述炉图位置跟踪采用的数学模型为：

$C_i=L-\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{j=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{s}_{\mathrm{ij}}-d_i-\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{w}_i-Q---\left(3.3\right)$

s.t.d_i＝d_i-1+w_i+s_ij    (3.4)

w_i＞0，i＝1，2，…N    (3.3)

d_i＞0，i＝1，2，...，N    (3.4)

s_ij＞0，i＝1，2，...，N，j＝0，1，...，N-1(3.5)

其中，

N为装入炉内、待加热的板坯个数，1到N为板坯的编码；

L为加热炉的炉长，单位为mm；

Q为辊道中心线固定梁距离，单位为mm；

C＝{1，2，...，N}，指装钢空位；

C_i为第i块板坯的装钢空位，其中1代表第一块板坯的装钢空位；

d_i为第i块板坯到监测器的距离，d_i＞0，单位为mm；

w_i为第i块板坯的宽度，w_i＞0，单位为mm；

s_ij为第i块板坯与第j块板坯的间距，且j＝i-1，s_ij＞0，单位为mm。

根据本发明的控制加热炉内钢坯间隙的方法，其特征在于，N根据装入炉 内板坯的宽度及板坯间隙大小而定，L为57300mm，Q为3525mm。

根据本发明，L由现场设备安装位置及炉子长度而定，Q由现场设备安装位 置而定。

根据本发明的控制加热炉内钢坯间隙的方法，其特征在于，所述监测器即为 出料侧激光检测器，距离出炉侧出料辊道中线距离为4700mm。

根据本发明的控制加热炉内钢坯间隙的方法，所述监测器作用是判断板坯至 出炉门口，待出炉状态，因此其位置数据由现场设备安装位置而定，根据本发明， 该距离可取为：激光检测器距离出炉侧出料辊道中线距离为4700mm。

根据本发明的控制加热炉内钢坯间隙的方法，其特征在于，其还包括对步进梁的 步距控制，所述步距控制采用比例阀控制系统，通过调节比例阀的开度来调节步距的 大小。

根据本发明的所述比例阀控制系统，当电信号输入其电磁系统中，便会产生与电 流成比例的电磁推力，该推力控制相应元件和阀芯，导致阀芯平衡系统调定的压力， 使系统压力与电信号成比例。如输入电信号按比例或一定程序变化，则系统各参数也 随着变化。

根据本发明的控制加热炉内钢坯间隙的方法，在炉内设有固定梁和活动梁构成， 其中，活动梁是由平移结构框架和升降结构框架组成，通过液压升降油缸驱动升降结 构框架到一定高度时停止，再由平移油缸驱动平移结构框架将炉内板坯进行搬运一次， 其中搬运一次的行程距离称之为一个步距，其步距为现场调试后确定为一固定值，一 般是550-600mm。然后存放在炉内固定梁上，其中，炉内板坯位置变化，是由炉内活 动梁机构作矩形轨迹的反复运动实现的。

上述“平移或升降结构框”的运行速度控制，是由PLC编程设置加减速曲线，是根 据油缸内安装的位移传感器的位置而实施分级设定的比例阀开度参数，而实现速度- 位移曲线稳定运行。从而既避免了冲击对设备造成的伤害，又提高了系统的定位精度。

根据本发明所述的控制加热炉内钢坯间隙的方法，通过对装钢行程控制、装钢空 位控制和炉图位置跟踪，实现对厚板加热炉板坯间距进行动态调整和跟踪，从而减少 因钢坯间隙而引起的板坯表面的质量缺陷。大大的减少了粘钢和板坯加热不均匀性发 生的频率，确保了板坯加热的质量，提高了生产效率。

附图说明

图1为加热炉炉体板坯布局示意图。

图2为本发明所述控制加热炉内钢坯间隙方法的板坯布局示意图。

图3为本发明所述控制加热炉内钢坯间隙方法动态跟踪功能流程图。

图4为本发明动态调整钢坯间隙方法流程图。

图5为实施例参照图。

具体实施方式

以下，用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。本实施例仅仅是对本发明最 佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例

一种控制加热炉内钢坯间隙的方法，该方法包括对装钢行程控制、装钢空位控制 和炉图位置跟踪。装钢动作流程为：装钢机负责把不同规格的钢坯送入加热炉中进行 加热。首先，装钢机臂将炉前定位板坯推正，再后退，上升将板坯托起，前进送至目 标位置，下降后退回原点位置，即完成一次装钢任务。装钢行程计算值测定，通过在 变频电机的轴上末端，安装一增量型脉冲编码器，再通过屏蔽电缆，接入现场信号采 集站的计数模块中完成信号处理。

在计算装钢板坯尾部距固定梁尾部的距离时会考虑到板坯间隙大小。下次装钢板 坯尾部距固定梁尾部的距离就是上次装钢后，板坯在固定梁上的位置随着步进梁的动 作而增加，步进梁动作几个周期后，固定梁上就有下次装钢的空位出现。判断空位是 否有就是通过下次装钢板坯尾部距固定梁尾部的距离如果大于0，即可判断空位出现。

在空位计算中，使用上次装钢板坯尾布局固定梁尾部的距离加上板坯在固定梁上 移动的距离，再减去板坯间距和下次装钢板坯的宽度，即可计算出下次装钢的空位。 所述装钢空位控制采用以下公式：

A＝A1+A2-A3-A4(1)

其中，

A为下次装钢板坯距固定梁尾部的距离，单位为mm；

A1为固定梁上最后一块板坯到固定梁尾部之间的距离，单位为mm；

计算公式为：

A1＝装钢机实际位置-装钢机最小行程+(托杆长度-推正后退系数*A4- 推正后退常数)            (2)

A2为步进梁步距，单位为mm；

A3为板坯间隙，单位为mm；

A4为板坯宽度。

在本实施例中，所述装钢机实际位置为4750mm～5150mm，所述装钢机最小行程为 4750mm，所述A2步进梁步距为550，所述A4板坯宽度为1300mm～2300mm。

在本实施例中，所述托杆长度为1800mm，所述推正后退系数为0.67，所述推正 后退常数为100。

为了在跟踪程序中调整装钢机设定行程，最终控制板坯在炉内的位置坐标，便于 模型对板坯温度进行更精确的计算，在所述的控制加热炉内钢坯间隙的方法中，所述 炉图位置跟踪采用的数学模型为：

$C_i=L-\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{j=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{s}_{\mathrm{ij}}-d_i-\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{w}_i-Q---(3.5)$

s.t.d_i＝d_i-1+w_i+s_ij       (3.6)

w_i＞0，i＝1，2，…N       (3.3)

d_i＞0，i＝1，2，...，N    (3.4)

s_ij＞0，i＝1，2，...，N，j＝0，1，...，N-1(3.5)

其中，

N为待加热的板坯个数，1到N为板坯的编码；

L为加热炉的炉长，单位为mm；

Q为辊道中心线固定梁距离，单位为mm；

C＝{1，2，...，N}，指装钢空位；

C_i为第i块板坯的装钢空位，其中1代表第一块板坯的装钢空位；

d_i为第i块板坯到监测器的距离，d_i＞0，单位为mm；

w_i为第i块板坯的宽度，w_i＞0，单位为mm；

s_ij为第i块板坯与第j块板坯的间距，且j＝i-1，s_ij＞0，单位为mm。

在本实施例中，N根据装入炉内板坯的宽度及板坯间隙大小而定，L为57300mm， Q为3525mm。所述监测器即为出料侧激光检测器，距离出炉侧出料辊道中线距离为 4700mm。在本实施例中，所述监测器作用是判断板坯至出炉门口，待出炉状态，因此 其位置距离为：激光检测器距离出炉侧出料辊道中线距离为4700mm。

在操作终端，根据钢坯尺寸情况，输入设定的间距设定，再经自动化PLC计算 动态调整模块计算，同时将间距设定参数，经通讯电文上传至上级过程控制系统，实 施炉图跟踪计算后再发送装钢指令信息，最后，自动化PLC自动执行一次装钢任务。

在所述的控制加热炉内钢坯间隙的方法中，其还包括对步进梁的步距控制，所述 步距控制采用比例阀控制系统，通过调节比例阀的开度来调节步距的大小。步进梁动 作流程具体为：在液压站起动后，控制油路上相应电磁阀的开闭，使液压缸动作，从 而实现步进梁的升降、平移。步进梁的动梁相对于定梁作上升、前进、下降、后退四 个动作。这四个动作组成步进梁的一个运行周期。其中，平移油缸驱动前进和后退动 作，升降油缸驱动上升和下降动作，每完成一个周期，坯料就从装料端向出料端前进 了一定的行程。通过多步的往复，坯料达到轧制所需要的温度，然后由出钢机将其送 往轧制线进行轧制。步进式炉靠专用的步进机构，在炉内做矩形运动来移送板坯。它 的主要动作有升降运动和平移运动。

如图2所示，为发明所述控制加热炉内钢坯间隙方法的板坯布局示意图。其中钢 坯1的次尺寸(长×宽×高)为4500mm×2100mm×400mm，钢坯2的次尺寸(长× 宽×高)为3950mm×2300mm×300mm，钢坯3的次尺寸(长×宽×高)为3100mm ×1300mm×220mm，钢坯4的次尺寸(长×宽×高)为2600mm×1750mm×120mm， 图纸上端为出钢侧，下端为装钢侧，根据上述公式可以计算得到钢坯间隙控制在d1 为1500mm，d2为700mm，d3为150mm，从而减少因钢坯间隙而引起的板坯表面的 质量缺陷。大大的减少了粘钢和板坯加热不均匀性发生的频率，确保了板坯加热的质 量，提高了生产效率。

如图3，4所示，为本发明所述控制加热炉内钢坯间隙方法动态跟踪功能流程图。 系统启动后，装钢机接收上位机传来的电文，并电文进行拆包，将板坯的间距存库， 然后获取炉前辊道的中心距离、装刚最大行程和步进梁预计步长，并通过计算得到本 次板坯尾部距固定梁距离和下次板坯尾部距固定梁距离，再进行装钢机行程判断，若 符合要求就进行装钢机行程调整。

在本实施例中，所述钢坯间隙A3控制在100mm-8000mm。

本发明所述的控制加热炉内钢坯间隙的方法，通过对装钢行程控制、装钢空位控 制和炉图位置跟踪，实现对厚板加热炉板坯间距进行动态调整和跟踪，从而减少因钢 坯间隙而引起的板坯表面的质量缺陷。大大的减少了粘钢和板坯加热不均匀性发生的 频率，确保了板坯加热的质量，提高了生产效率。