棒材2号飞剪切头轧废的分析与改进

棒材2号飞剪切头轧废的分析与改进

王晓飞寇磊磊王立军褚文龙

河钢集团承钢公司棒材事业部067102

摘要：本文主要针对棒材2号飞剪在切头后，钢头不能正常掉落到下方废料收集装置的原因进行分析。对剪前热检光栅HMD信号异常、飞剪剪刃导致轧件切头切不开的问题进行改进，着重对剪后导板装置进行了改造，有效的解决了飞剪在切头过程中将钢头带入下游轧机或导槽，阻碍轧件的正常运行，使得下支轧件无法正常轧制造成轧废的问题。实践证明，采用改造后的剪后导槽生产运行稳定，2号飞剪切头稳定掉落入下方的废料收集装置，降低了轧废，提高了作业率，有效降低了生产成本。

关键词：飞剪、切头

1前言

二棒生产线为仿一棒Danieli棒材生产线建造，设备全国产化，由18机架平立布置的短应力线轧机组成，分为粗、中、精轧机组，以6+6+6的数量化分，全线轧机成平立交替式布置，其中，精轧机组的16、18架轧机为平立可转换轧机。轧件在1～10架轧机之间采用微张力轧制技术，10～18架轧机之间采用活套无张力轧制。装机总容量为31224KW。一直以165×165mm方坯作为主要原料，设计规格为螺纹钢Φ10-Φ50mm。目前生产线主要采用切分轧制的生产工艺，主要轧制规格为Ф10-Ф22mm螺纹钢筋。

2生产中存在的问题及原因分析

2.12号飞剪结构及功能

2号飞剪安装在中轧、精轧之间，为回转式飞剪。其剪切系统由剪前导槽、剪体、剪后导槽、气缸带动的翻板、溜槽等组成。最大剪切面积2901mm2，剪切速度2.0～9.6米/秒之间。设计的主要功能为进行棒材的切头、切尾以及出现轧废等事故的碎断。

2.22号飞剪切头

2号剪切头功能主要是对轧件头部降温较快产生的黑头以及不均匀变形造成的缺陷进行切除，避免切分不均匀造成的轧废。在切头功能时，热检HMD检测到轧件时，即刻启动计数器记录轧机编码器的脉冲，按照轧辊直径，计算轧件运行过的距离及速度，同时根据剪刃位置及热检到剪切点的距离L，确定启动飞剪的时刻，如果轧件头部到达预定位置，PLC即通过驱动电机运行，启动飞剪按一定的速度曲线完成剪切，剪切完成后，开始制动，并使飞剪复位到一固定位置，准备下一次的剪切[1]。当轧件头部到剪机的长度L符合设定值并且控制器允许动作的条件下，切头动作被触发。

L=L0-DistCUT+HeadLENGTH

式中：

L0：HMD到2号剪的距离

DistCUT：剪切开始进程（即在加速和剪切过程中棒材的长度）

HeadLENGTH：设置切头长度。

2.3存在的问题

为提高生产效率降低生产成本，对二棒生产线主要规格Ф14～Ф22切分进行了提速，2号剪前ST12架次的速度明显提升，各规格提速前后ST12架次速度对比情况见表1。2号剪进行切头时，其速度略大于轧机的运行速度[2]，以保证在剪切时不发生轧件撞剪刃的情况，2号剪切头的剪切速度超前率一般设定在1.05～1.1之间。2号剪切头后钢头的运动近似于平抛运动，随成品轧机的提速，切头后钢头在水平方向的速度提升，钢头在前进过程中可能撞击到剪后翻板的第一个辊道，然后反弹到下游导槽或轧机入口导卫导板处，造成下支轧件废钢，制约着提速后成材率、作业率等指标的提升。改进前2号飞剪剪前、剪后布置示意图见图1所示：

表1：成品提速前后ST12架次速度对比情况表

图1：改进前2号飞剪剪前、剪后布置示意图

2.4原因分析

2.4.1钢头带入原因分析

成品轧机提速后，ST12架次的速度级连提升，2号飞剪的剪切速度以其前一架次轧机的实际速度为依据，在其速度上附加一定的超前系数。随着轧制速度提升，2号剪的剪切速度增加，剪切后切头平抛运动的水平方向的速度增加，2号飞剪的切头因轧制规格不同，ST12架次速度的波动及飞剪精度的影响，其所切钢头在掉落过程中偶尔会撞击到图1中辊道1的上表面，反弹后进入下游导槽中或下游轧机入口导卫处，阻碍下支钢的顺利轧制，造成下支钢的轧废。

2.4.2HMD热检检测器信号分析

2号剪切头的触发条件是上游机架ST12启动并正常转动，当HMD被干扰产生假信号时，可能造成飞剪的异常剪切，在中部剪切时造成剪切后的轧件在下游活套起套辊处窜出造成轧废，并且可能造成切头动作提前或者滞后，切头长短不一。经过分析，阳光照射和轧线侧进行焊接等作业时会导致HMD热检检测到信号，进而产生假信号导致切头长短不一或者轧废情况。

2.4.3剪刃原因分析

当剪刃在线使用时间较长，磨损较大或剪刃安装不合理，其剪刃间隙及重叠度会因此变大，2号剪进行切头动作时，不能有效的切开轧件，钢头随轧件在前进时一同进入下游轧机，卡在轧机导卫处，或造成下一支轧件不能顺利咬入下游轧机。

3针对问题的改进措施

3.1钢头撞剪后辊道反弹带入下游轧机

目前2号剪上游轧机ST12的最高速度为4.96m/s，此时进行切头时，2号剪的剪切速度一般在5.5m/s左右，2号飞剪到图2中辊道2的距离为1.93米，钢头的运动可近似看作为平抛运动，当钢头以初速度5.5m/s的速度做平抛运动时，其水平方向到达辊道2所需时间t==0.35秒，在此时间内，其垂直方向下降距离s=gt2，计算距离为0.6米。辊道2底面到轧制中心线的距离为0.22米，此时钢头能够掉落入下方溜槽进而掉落到废料收集装置中。实际生产中2号飞剪切头后钢头的运动受剪刃磨损情况、飞剪的剪切精度、上游轧机的速度、料型尺寸等多重因素影响。

因此，针对飞剪切头钢头撞在剪后第一个辊道反弹带入下游轧机的问题，将剪后第一个辊道摘除，采用钢板将其侧板焊接平整并修磨。这样切头就不会因撞击辊道1反弹而进入下游轧机入口处，为防止切头后轧件在前进过程中扎入辊道2下方，在第二个辊道前方翻板侧壁处制作并焊接长度600mm，厚度16mm且带有一定弧度的耐磨钢板作为导向板，其宽度与剪后导槽的宽度相同。可以顺利将轧件导入下游活套、轧机，具体改进后2号飞剪剪前、剪后布置示意图见图2。

图2：改进后2号飞剪剪前、剪后布置示意图

3.22号飞剪前热金属检测器HMD

首先在HMD热检光栅外及上方安装保护罩，缩小热检光栅扫描范围并固定好热检光栅的位置，其扫描范围仅为剪前导槽的高度。这样避免了阳光照射或者轧线外侧焊接等作业造成HMD光栅出现假信号，避免飞剪的异常动作，并且由于扫描的范围缩小，因此其剪切精度得到一定的提高。其次，将2号剪前架次的咬钢信号加入到2号剪切头的条件中，如：当ST12架次有咬钢信号，即此时轧线有钢，2号剪根据切头条件执行切头命令。避免了轧线没有轧钢时飞剪的异常动作。

3.32号飞剪剪刃

定期检查剪刃磨损情况，并测量剪刃间隙及重合度，因剪刃磨损严重不符合要求时及时更换剪刃，防止切头切不断情况的出现。安装剪刃时，测量剪刃间隙及重合度，不符合剪切标准要求时及时进行处理，保证剪刃的安装精度。

4效果

经过对棒材2号飞剪剪切后钢头带入下游轧机的问题进行分析并改进。从剪前热检光栅HMD、剪刃的间隙进行分析，重点对2号飞剪剪后导槽装置进行了改进，避免了棒材生产线提速后切头带入下游导槽、轧机造成轧废的问题，有效的减少了轧废产生，提升了作业率、成材率，降低了职工的劳动强度。

参考文献

[1]任芸萍.棒材连轧机切头飞剪的控制系统[D].中国科学院上海冶金研究所，2000.

[2]葛延津.飞剪的定位控制[J].控制与决策，2003.9.