高速线材控制与自动化
关键词：高速轧机、自动控制系统、机械化
高速轧机生产线材具有轧制速度快、盘重大和产量高的特点，整个轧制过程对机械化、自动化程度要求很高，因而在自动控制系统方面就有相应的进展，其主要表现是计算机在控制系统中得到应用。
目前，高速线材轧机的自动控制系统大致有如下两种：
(1)不采用计算机控制的常规控制系统。常规控制系统是采用大量的接触器、继电器借助于光电检测装置，即通过硬件来完成整个工艺过程的自动控制。这种控制系统工作不太可靠，维护工作量大；当工艺参数或控制程序修改时，要更换大量的接触器、继电器，花费资金及时间多。因此，近年新建的高速线材轧机逐渐淘汰了这种自动控制系统。
(2)常规自动控制加计算机进行部分或大部分控制的自动控制系统。采用计算机控制，不但增强了工作的可靠性，而且当工艺需要改变控制程序时，不必更换大量接触器、继电器设备，只需修改计算机软件即可完成。这使自动控制系统的改造工作变得极为简单，很容易实现。
目前，计算机大致分为4级：中央管理级、车间管理级、过程控制级和设备控制级。中央管理级的主要功能是处理合同、编制生产计划及协调整个公司各厂之间的生产计划等；车间管理级一般是用于一个工厂(一个车间)，其功能主要是进行详细的生产计划编制、原材料申请、原料及成品的管理、物料跟踪及事故报警等；过程控制级的功能一般是对各设备控制级的微型计算机进行集中控制；设备控制级的功能是对轧制速度的自动控制、切头飞剪启动与停止的自动控制、废品自动检测及处理的自动控制、活套的起套和收套的自动控制、精轧机升降速度及稳定轧制的程序控制、水冷装置开闭阀门的程序控制、加热炉燃料燃烧控制及步进机械与装岀料设备间的程序控制等。
目前高速线材轧机釆用计算机进行部分或大部分控制的约有下述几种情况：
(1)常规控制加车间管理级计算机的物料跟踪功能，如德国的布尔巴赫•萨尔布吕肯；
(2)常规控制加车间管理级计算机进行物料跟踪和设备级计算机进行程序控制，如奥钢联的里木-多纳维茨厂；
(3)部分常规控制加车间管理级计算机进行坯料管理及物料跟踪、过程控制级和设备 控制级计算机进行加热炉燃烧及轧线部分设备的自动控制，如英钢联的斯肯索普厂。
此外，有的高速线材轧机也采用车间管理级计算机进行设备事故报警，使设备事故率降至最低。
据资料介绍，在多线，特别是四线轧制且品种规格较多的高速线材轧机上，采用车间管理级计算机进行物料跟踪非常必要。如德国的布尔巴赫厂在采用此计算机进行物料跟踪之前，生产中的混料率达7%,在采用此计算机后，混料率降低到0.1%,收到了相当可观的经济效益。
现代高速轧机技术的新进展
A、无扭精轧机组的发展趋势
高速无扭精轧机组自出现到成熟经历了十余年的时间。生产实践证明，摩根型优点较多，应用最广。
从高速轧机的技术发展看，无论哪一家或哪一个机型，都在致力于轧制速度的提高。因为提高轧制速度可以使用大断面坯料，可以提高轧机效率，可以降低生产成本。为了适应高速度的要求，无扭精轧机组进行了改进，例如：
(1)降低机组重心，降低传动轴高度，减少机组的振动。为了降低传动轴高度，德马克机型原45°。侧交无扭精轧机组改成了15°。侧交，传动轴向下旋转30。；克虏伯机型原侧交45°，无扭精轧机组改成了平一立交替。摩根公司又推出了V形机组用于更高的轧制速度45°，侧交型上传动轴距基础平面太高，机组振动大，噪声大。振动是限制轧制速度再提高的主要因素，所以这种45°侧交无扭机组有被淘汰的趋势。
(2)强化轧机，增加精轧机组大辐径轧机的数量。原标准型摩根无扭精轧机组由10架轧机组成，其中只有2架辐径为8in(约203.2mm)的轧机，现已发展到©8in (203.2mm)x5、©6in(152. 4mm)x5。为了减少辊环的损坏，已改径向固定为轴向固定。同时加大机架中心距，原标准型轧机间距为635mm,现增大到820mm。在辊轴与润滑方面也都相应予以强化。
(3)改进轧机调整性能。为了适应高速度调整和控制调整的要求，高速线材轧机在精轧机组增设了辊缝传感器和数字显示器。
B、采用控温轧制与低温轧制
高速线材轧机，当轧制速度低于75m/s时基本上采用轧后控冷工艺；当轧制速度达到75m/s时，为了保证终轧温度，不得不在精轧机前设水冷箱；当轧制速度进一步提高时在 精轧机各架之间也增设了冷却喷嘴，这一措施能有效地降低终轧温度，从而减少了水冷段的事故。
当轧制速度大于10m/s时，轧件是升温的，由于轧件温升随轧制速度的提高而增快, 为了保证终轧温度、保证轧件在各机座按要求的组织状态加工，轧速提高后强制水冷区有扩大到中轧的趋向，以实现中轧机在950以下的相非再结晶区对轧件进行变形量不小于70%的轧制，以获得小晶粒的产品。开轧温度太高对实现中轧机的细化晶粒的控温轧制 非常不利。所以进一步发展了低温轧制，将开轧温度降到950°,这样会增加轧制电耗, 但可以节省加热炉的燃料消耗。由于加热节能大于电耗的增加，故低温轧制仍为节能措施；低温轧制还可以减少加热时产生的氧化铁皮，并可改变氧化铁皮中FeO、Fe2O3的比例，使氧化铁皮容易脱落，有利于改善线材表面质量；最主要的是控制加热温度使2晶粒不过分粗大，并可以实现精轧在Ar,获得细小的铁素体晶粒，从而实现全过程的控轧。
摩根公司为了适应控轧，不断强化精轧机组，机组的发展可分为3代（见表1-5）,当采用低温轧制时，轧制力显著增加。
表1-5摩根公司精轧机组的发展
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代 |
入精轧的轧件温度/弋 |
轧制力与扭矩之比 |
代 |
人精轧的轧件温度/弋 |
轧制力与扭矩之比 |
|
I |
1050 |
1 |
|
850 |
1.5 |
|
n |
930 |
1.3 |
|
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C、高精度轧制设备
现代高速线材轧机的另一大进步就是不断提咼产品精度，为了提高产品精度进行了多项改进，如减小轧制张力、提高轧机精度、减少扭转、改善导卫等。许多厂家生产的 ,5.5mm线材精度都可达士0.15mm,有的甚至达士0.10mm。为了满足市场对精密产品的要求，近几年在高速轧机上又采用了精密规圆机及精密轧机。目前推出的精密轧机有三架柯克斯（Kocks）三辊Y形轧机组成的，有三架二辊轧机组成的，也有两架二辊轧机组成的高精度机组。三辊Y形轧机变形方式特殊，可使轧件全长保持高精度。两辊轧机用椭圆一圆孔型系统减小压缩率，也可获得高精度产品。
瑞士冯•莫斯钢公司棒线轧机安装了两架二辊高精度规圆机，生产全长精密线材。摩根公司为西班牙奥贝戈索厂在精轧机后一、二段水冷箱之间安装了二辊双机架高精度轧机，高精度轧机与精轧保持2%拉钢，高精度轧机两道共减径1mm,使产品精度达到了±0.10mm。安装高精度轧机，由于终轧温度低可以改善线材性能；由于放大了原精轧机 的成品断面还可以收到提高轧制速度、提高产量的效果。
D、 粗轧机组的改进
为了直接使用连铸坯和提高轧制精度，粗轧机在提高轧机精度、控制张力、减少扭转和减少扭转刮伤方面做了许多工作。直接使用较大断面连铸坯的轧机其专昆径都相应增大。为了减少剪头，前几道的减面率都不希望偏小，这要求使用大辐径轧机。粗轧机组机架数量不宜太多，轧7道次后切头较9道次后切头事故少得多。例如：日本大同公司棒线材轧机的坯料是153mm x 153mm x 10.8m,其轧制道次为28道；韩国浦项线材与钢公司第三线材厂的坯料>160mm x 160mm x 10. Im,其轧制道次为29道；巴西贝尔戈-米内拉黑色冶金公司用的坯料是150mm x 150mm x 12. 8m,轧28道，后来用180mm x 180mm的方坯，轧30 道。
