董一鸣

摘 要：唐钢一钢轧加热炉全过程自动控制系统是在加热炉开环电气控制基础上，根据实际生产的工艺要求，建立物料跟踪模型，同时将加热炉与轧机、连铸间的生产过程协调统一进行自动化控制，实现了辊道自动、智能排产、装钢自动、炉内燃烧自动、出钢自动的全自动过程控制，从而提高了生产效率，降低加热炉能耗和钢坯氧化烧损，提高板坯加热质量，降低了劳动强度，具有较高的推广价值。

关键词：全过程；加热炉；自动装钢

中图分类号：TG307 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）08-0043-01

唐钢一钢轧厂1700线连铸至加热炉整个过程一直采用的是手动模式，板坯切割完成后，依靠人工操作将板坯信息发送至加热炉，并将实物板坯运送至加热炉，加热炉接受到数据信息后需手动传至加热炉一级控制系统，系统进行辊道定位和装钢，随后加热炉操作人员手动控制步进梁，当板坯达到出钢位置，人工确认温度正常后根据生产情况，进行手动出钢。整个生产过程的数据传送和实物板坯运送都需要人工控制，存在着效率低下、错误率高、数据传输速率低等缺点，此外，板坯在加热过程中的煤气热值及炉内各段加热温度也依靠人工设定，加热效率低，精度差。针对1700线加热炉的落后状况，进行加热炉全过程自动控制课题研究和设计，具有降成本、提质量、增效率的重要意义。经过2017年4月对加热炉自动控制改造项目的实施达到了理想的效果。

1 系统搭建

加热炉燃烧控制系统采用一台PLC控制，1个主机架，4个扩展机架，PLC采用S7-400系列；一台汽化冷却PLC实现汽化冷却系统的过程控制任务，1个S7-400系列主机架；一台电气PLC控制辊道、装钢机、装料炉门、步进梁、出钢机、液压系统、汽化冷却系统的电气控制等，1个S7-400系列主机架，4个ET200M远程机架，采用采用S7-300系列模块。系统采用2台工控机，其中加热炉装料操作室采用一台工控机，用于控制加热炉的装料，该计算机完成坯料的测长、记录钢坯的炉号、钢号、完成坯料炉内跟踪等功能；加热炉出料操作室采用一台工控机，用于控制加热炉的出料操作。

2 辊道的自动控制

当按下装料操作台的【自动启动】按扭时，系统将按二级计算机发送的板坯装炉计划或由加热炉计算机输入的板坯装炉计划，控制辊道自动运行。此时从连铸4台热送小车辊道来的板坯经入炉辊道A1上的对射式激光探测器CMD1有效确认，钢坯并经A1辊道编码器PGA1测长验证。板坯经过A2、A3辊道到达A4、A5辊道进行称重，所得数据传入加热炉计算机。称重结束后板坯退回到A2、A3辊道按炉内布料图进行定位。至此辊道上的自动操作已全部完成。

3 智能排产

连铸生产板坯有长短之分，按照相应长度做出单排装料与双排装料的智能排产系统。

3.1 长板坯（9000～15000mm）

如果A2、A3辊道上是长板坯，则自动选用单排布料方式，自动合上离合器。并且使用炉前对射式激光探测器CMD4、CMD5，完成板坯的炉前定位，如上次是靠左定位，则本次用靠右定位，以均衡步进梁的受力。PLC发出A2定位完成信号和A3定位完成信号后，A2、A3辊道停止动作。定位完成后，如果炉内两排的空位都大于该板坯的宽度加间隙，装钢机前进到由PLC算出装钢机应该前进的距离后，板坯被推至步进梁上，完成装钢过程。然后后退到装钢机原点。如果炉内的空位只要有任何一个不大于该板坯的宽度加间隙，两装钢机都将停在原点位置等待，当炉内空位满足条件后，再继续前进完成装钢过程。1#装钢机与2#装钢机进退速度的同步，以给定1#装钢机速度，以1#装钢机的速度反馈作为2#装钢机的速度设定。两台变频器一台工作于恒转矩，另一台工作于恒功率。

3.2 短板坯（6000～7000mm）

PLC自动选择双排布料方式，自动分开离合器。当A2、A3辊道上都检测到有钢时，分别完成A2、A3辊道上的板坯炉前定位，等到PLC发出A2定位OK和A3定位OK，停止 A2、A3辊道动作。如果炉内两排的空位同时都大于该板坯的宽度加间隙，那么装钢机前进直到前进到位将板坯推入炉内，完成装钢过程，两推钢机停止前进，然后同时后退到原点；如果炉内无空位，两装钢机都将停在原点位置等待，待炉内空位满足条件后，再继续前进完成装钢过程。

4 装钢的自动控制

当按下装料操作台【1道装钢自动】或【2道装钢自动】按扭时，如果设备正常，装钢机和装料炉门将进入自动工作状态。首先1#、2#进料炉门打开，打开到位后，装料机前进进行板坯推正工作，当装料机编码器PG101、PG102发出到位信号后，装料机将根据板坯宽度进行装料机退回工作，以保证装料机托爪不伸出板坯边缘。板坯推正后使用液压驱动的装钢机从辊道上提升板坯，当提升到位后装钢机行走制动器得电，松开抱闸，电机启动带动装钢机前进将板坯送入炉内计算好指定位置（装钢行程），当装料机编码器PG101、PG102发出到位信号后，液压缸驱动装钢机下降将板坯放在步进梁上，下降到位后，装钢机行走制动器得电，松开抱闸，电机启动带动装钢机后退回到装钢机原点，当发出后退到位信号后，装料炉门下降到位后，完成一个装钢操作。

5 炉内的自动控制

步进梁通过上升、前进、下降、后退的4个动作，将板坯从装料端向出料端输送，步进梁具有“轻抬轻放”功能，减少对步进梁绝热层的损坏。步进梁的步距为550mm，板坯在炉内前进的同时，位于炉两侧的蓄热式燃烧系统对板坯进行上下左右四面加热。板坯到达出料端时，已经达到要求加热的温度950-1150℃。步进机构具有反向运动功能，钢坯经过步进机构的反向功能，可以从出料侧退到装料侧。当保温时间长，步进机构具备踏步、等高功能，防止板坯懸臂过大影响坯料在炉内的运送。

（1）步进周期自动操作。当出料侧的热金属激光探测器UV1、UV2检测无钢，且装钢机、出钢机处于原始位置时，可以进行步进周期自动操作。步进梁自动做上升—前进—下降—后退的正循环运动，再由操作者通过按钮自动或手动操作出钢。

（2）踏步和等高自动操作。由装料操作者通过按钮操作，步进梁只进行上升和下降动作。步进梁由原始位置开始进行循环动作，上升到极限—延时—下降，使坯料在炉内原地踏步，这是待轧时间小于一小时时采用的运转方式。踏步时，上升和下降的总时间可比正常工作的周期时间加长，连续踏步的持续时间可在2～10分钟内选择。

（3）等高踏步自动操作。由装料操作者通过按钮操作，步进梁只进行上升和下降动作。步进梁由原始位置开始进行循环动作，上升到定梁高度—延时—下降，使坯料在炉内原地踏步，并可得到多点托钢，进一步减少水印，这是待轧时间超过一小时时采用的运转方式。等高踏步时，上升和下降的总时间可比正常工作的周期时间加长，连续等高踏步的持续时间可在2～10分钟内选择。

6 出钢的自动控制

当按下出料操作台上的【自动】按钮并按下【1道出钢自动】或【2道出钢自动】按扭时，接到轧线发出的要钢信号（此时出料操作台上1道钢坯到位或2道钢坯到位指示灯亮）时，根据坯料布置情况，先打开1#、2#出料炉门，炉门上升到位后，行走机构制动器得电，松开抱闸，出钢机按事先计算好的出钢行程控制出钢臂伸入炉内取钢位置，出钢机编码器201MG、202MG发出到位信号，出钢机升降制动器得电，松开抱闸，出钢臂从步进梁上提升板坯，提升到位后，出钢臂后退到处钢辊道处，到位后控制出钢机下降将板坯放在出料辊道上，下降到位后，控制出钢机退回到原始位置，到位后控制出料炉门下降，下降到位后，一个出钢周期完成。

7 实施效果

加热炉由手动操作改变为全周期自动操作模式：当按下装料操作台或出料操作台上的【全自动】按钮时，如果此时满足全自动运行条件，系统将按照二级计算机发送的板坯装炉计划，自动控制辊道、装料炉门、装钢机、步进梁、出料炉门、出钢机按加热炉设备的规定动作，顺序、连续不断地周期完成出钢和装钢操作。出钢周期由轧钢产量确定，出钢信号由轧机提供。此控制方案极大的提高了送坯效率和准确度，简化钢坯库的操作，横移台车实现无人操作，可减少用工人数4人/班，产量提高24.7%，年创效274.5万元。