热轧飞剪剪切精度控制研究.pdf

第 1 期热轧飞剪剪切精度控制研究董海华（中天钢铁集团（南通）有限公司，江苏 南通226156）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 1 期2024 年 1 月Vol.44 No.1Jan.2024摘要：作为钢铁生产过程中不可或缺的设备之一，热轧飞剪的作用十分重要，因此，提高热轧飞剪的剪切精度和效率对钢铁生产实践有积极影响。文章研究中，通过介绍基于模型的剪切精度控制，分析影响剪切精度的关键因素，提出了相关的剪切精度检测技术。研究结果表明，基于模型的剪切精度控制方法可以有效提高剪切精度、降低误差率、提高生产效率，具有更好的适应性和稳定性。关键词：热轧飞剪；剪切精度；控制研究作者简介：董海华（1991），男，江苏常州人，主要研究方向：工业电气自动化。轧飞剪作为钢铁生产线上的关键设备，其剪切精度的控制对于产品质量和生产效率具有重要影响。近年来，随着数学建模、传感器技术和自动化控制技术的快速发展，基于模型的剪切精度控制方法逐渐成为研究热点。文章旨在深入探讨基于模型的剪切精度控制方法在热轧飞剪中的应用，以期为相关领域的技术进步和产业升级做出一定贡献咱1暂。1冶金飞剪剪切精度控制1.1剪切速度控制在实际生产中，剪切速度的快慢直接影响到剪切精度和产品性能，为实现对剪切速度的有效控制，要对飞剪设备和控制系统进行深入研究和优化。通过改进飞剪设备的机械结构和提高控制系统的响应速度，可以确保剪切速度的准确性和稳定性。还应根据原料性质和热轧工艺参数，制定合理的剪切速度控制策略，采用智能控制算法，可以根据实时生产数据自动调整剪切速度，以适应不同生产条件的需求。同时，为确保剪切速度控制的效果，需要加强飞剪设备的维护和保养，定期对飞剪进行检查、维修和更换易损件，可以保证飞剪在高速运行时的性能和稳定性，从而提高剪切速度的控制精度。剪切速度的控制可以采用剪刃的圆周速度根据轧件的速度进行调整，具体公式为：V=（棕）伊（n）伊（Vg）/L（1）式中：V 是剪切速度，棕 是剪刃的圆周速度，n 是剪刃个数，Vg是轧件速度，L 是剪刃长度。这里的速度梯度指的是流动速率 u 在垂直方向 y上的变化率，即V=dy/du（2）式中：V 是剪切速度、y 是时间，u 是距离。1.2剪切长度控制为实现高精度的剪切长度控制，要优化飞剪设备的结构和性能，确保其具备高精度和高稳定性的剪切能力。通过引入先进的控制系统和传感器技术，可以实时监控剪切过程，并对剪切长度进行精确控制。根据产品的规格和要求，制定合理的剪切长度控制策略。结合原料性质、热轧工艺参数以及飞剪设备性能等因素，科学设定剪切长度的目标值，并采用智能算法进行实时调整，以确保剪切长度的准确性和一致性。定期检查、维修和更换易损件，保持飞剪设备在最佳工作状态，有助于提高剪切长度控制的精度和可靠性。剪切长度的计算公式可以根据不同的切割方式和物体形状而有所差异。对圆钢定尺剪切长度的计算，可采用以下公式：L=（D/2）（2姨-1）（3）式中：D 是圆钢直径。1.3剪切角度控制精确控制剪切角度不仅能确保产品质量，还能提高生产效率和设备寿命，为实现高精度的剪切角度控制，需深入了解原料性质、设备性能以及工艺参数对剪切角度的影响。通过调整和优化相关因素，可为精确控制剪切角度奠定基础。实时监测剪切过程，根据实际情况快速、准确地调整剪切角度，有助于确保产品质量和生产稳定性。保持设备在最佳工作状态，有助于实现更精确的剪切角度控制，从而延长设备使用寿命和减少故障率。引入新技术、新材料和新方法，不断优化剪切工艺，有助于满足市场日益增长的对高质量产品的需求。剪切角度的计算公式可以根据不同的剪切方式和材料类型而有所不同。正常情况下，剪切角度 兹 的计算可以采用以下公式：兹=arctan（t/w）（4）式中：t 是材料厚度，w 是剪切刀具的刃口宽度。1.4基于模型的剪切精度控制基于模型的剪切精度控制结合了先进的数学建模、传感器技术和自动化控制系统，以实现对剪切过程43冶金与材料第 44 卷的精确控制。在控制方法中，需建立一个数学模型，该模型描述了剪切过程的各种参数和变量之间的关系。参数包括材料的性质、设备的性能、剪切速度、压力等。通过对参数进行精确的测量和分析，可以确定剪切过程中的关键因素和潜在的误差来源。利用传感器技术对剪切过程进行实时监测，传感器可以捕捉到剪切过程中的各种数据，如剪切力、位移、温度等，并将数据实时传输给控制系统，控制系统根据数学模型和实时数据进行分析和计算，得出剪切精度的预测值。在此基础上，通过自动化控制系统对剪切过程进行实时调整，如果预测值与实际值存在偏差，控制系统会自动调整剪切速度、压力等参数，以保证剪切的精度和质量。可显著提高剪切的精度和一致性，减少误差和废品率。还可实现对剪切过程的实时监测和调整，提高生产效率和灵活性咱2暂。基于模型的剪切精度控制的数据分析如表 1 所示。表 1基于模型的剪切精度控制的数据分析偏差-2+2+0.1-5调整方向增加速度减少压力调整刃口间隙提高温度设定值100202.0250实际值98222.1245控制参数剪切速度/mm/s剪切压力/MPa材料厚度/mm温度/益2热轧飞剪剪切精度影响因素分析2.1原料性质原料性质是影响热轧飞剪工艺效果的重要因素，在金属加工行业中，原料的性质对剪切质量、效率和设备寿命有着至关重要的影响。原料的硬度和厚度是决定剪切难度的主要因素，其中，硬度高的原料需要更大的剪切力，厚度大的原料需要更长的剪切时间和更高的剪切功率。因此，在选择原料时，应充分考虑其硬度和厚度对剪切工艺的影响。原料的抗剪强度也是一个重要的指标，抗剪强度高的原料容易导致剪切刀具磨损加剧，甚至出现刃口崩裂等情况，从而影响剪切质量和效率。因此，在选择原料时，应尽量选择抗剪强度适中或较低的材料，以保证剪切工艺的顺利进行咱3暂。此外，原料的表面质量和形状也会对剪切效果产生影响，表面质量差的原料容易导致剪切不平整，而形状不规则的原料则会增加剪切的难度和不确定性。因此，在选择原料时，应对其表面质量和形状进行严格地检查和控制。总之，深入了解原料的性质对优化热轧飞剪工艺、提高产品质量和生产效率具有重要意义。在选择和使用原料时，应充分考虑其硬度、厚度、抗剪强度、表面质量和形状等因素，以确保剪切工艺的顺利进行。2.2飞剪设备性能飞剪设备的性能优劣直接影响到剪切效率、剪切精度以及最终产品的质量，飞剪设备的剪切速度和剪切力是两个核心指标。高速的剪切能力可以确保生产线上的连续作业，而强大的剪切力则能够应对各种硬度和厚度的原料。在长时间、高强度的生产环境中，设备需能够持续、准确地完成剪切任务，同时保持较低的故障率，以确保生产线的平稳运行。高精度的飞剪可以确保剪切长度的准确控制，避免浪费和提高产品合格率。再者，良好的维护和保养不仅可延长设备的使用寿命，还能确保其在生产过程中始终保持良好的工作状态。在选择和使用飞剪设备时，应充分考虑其剪切速度、剪切力、稳定性、耐用性、精度以及维护保养等方面的性能，以确保其能满足生产需求并带来良好的经济效益咱4暂。2.3飞剪控制系统飞剪控制系统采用了先进的技术和算法，能够实时监测和精确控制飞剪的剪切速度、剪切角度和剪切长度。通过与生产线上的其他设备进行联动，飞剪控制系统能够实现高度自动化的剪切过程，减少人为干预，提高生产效率。不仅如此，飞剪控制系统还具备强大的数据处理和分析能力，通过对生产过程中的各种数据进行实时采集和处理，系统能够及时发现和解决潜在的问题，优化剪切参数，从而提高产品质量和生产效率。飞剪控制系统还具备高度的灵活性和可扩展性，根据不同的生产需求和原料性质，系统能够进行快速地调整和配置，适应各种复杂的生产环境。飞剪控制系统先进的技术和强大的功能为生产线的高效、稳定运行提供了有力保障，同时也为企业提升产品质量、降低生产成本、提高市场竞争力做出了重要贡献咱5暂。3冶金飞剪剪切精度检测技术3.1光学检测技术光学检测技术是一种非接触式的检测方法，具有高精度、高分辨率和高速度的优点。在热轧飞剪的应用中，光学传感器可以实时检测材料的表面状态、位置和形变等信息，从而为剪切精度的控制提供准确的数据支持。具体来说，光学传感器通过发射光束并接收反射光来检测材料的表面状态。当材料表面存在缺陷、污染或其他不规则情况时，反射光的强度和分布会发生变化，此类变化可以被光学传感器捕捉并转化为电信号进行处理和分析。除了表面状态检测，光学检测技术还可以用于材料的位置和形变检测。通过在热轧飞剪附近安装多个光学传感器，并对其进行精确标定，可以实现对材料位置的实时监测。同时，利用光学传感器对材料形变的检测，可以及时发现剪切过程中的偏差和异常，并采取相应的措施进行调整。光学检测技术在应用中也需要考虑实际问题，例如，热轧飞剪的工作环境恶劣，存在高温、高湿和高电磁干扰等情况，这都会对光学传感器的稳定性和可靠性提出挑战。因此，在选择和设计光学传感器时，需要44第 1 期表 2光学检测技术、激光检测技术、超声波检测技术数据分析表应用限制环境光线要求高，检测深度有限设备稳定性和操作要求高，成本较高受材料声学性质和表面粗糙度影响大，检测复杂度高检测范围表面至亚表面表面至0.1mm表面至5mm深度内检测参数断口形貌、毛刺、裂纹等断口几何形状、尺寸、平整度等内部缺陷、残余应力、材料厚度等检测技术光学检测技术激光检测技术超声波检测技术应用情况可用于断口形貌的初步检测和质量控制，但对环境光线和设备性能要求较高，适用于对剪切精度要求不是特别高的场合。可实现高精度的断口形状测量和尺寸控制，但对设备和操作人员的要求较高，适用于对剪切精度要求非常高的场合。可检测剪切过程中产生的内部缺陷和残余应力，评估剪切质量，但需要针对具体材料和工艺进行专门的校准和优化，适用于对剪切质量和材料性能要求较高的场合。分辨率10滋m5滋m0.1mm检测精度95%98%90%充分考虑其适应性和鲁棒性。随着科技的不断发展，光学检测技术也在不断创新和完善。近年来出现的机器视觉技术、光谱分析技术等，都为光学检测技术的发展提供了新的思路和手段。3.2激光检测技术激光检测技术利用激光束的高精度和高速度特性，能够实时、非接触地检测剪切过程中的各种参数。在热轧飞剪中，激光传感器可以精确地测量材料的厚度、宽度和位置，从而为剪切精度的控制提供准确的数据支持。相比传统检测方法，激光检测技术具有更高的精度和效率，可以在毫秒级的时间内完成测量，避免因材料移动或变形引起的误差。同时，激光束的直径很小，可以对微小的剪切偏差进行检测和纠正。实际应用中，激光检测技术需要与自动化控制系统相结合，实现对剪切过程的实时监控和调整。通过对剪切参数进行连续检测和分析，控制系统可以及时识别出偏差和异常，并采取相应的措施进行调整，确保剪切精度的稳定和可靠。激光检测技术是一种高效、高精度、非接触式的测量技术，具有广泛的应用前景和市场需求。3.3超声波检测技术为更有效地控制剪切精度，研究人员引入了超声波检测技术，超声波检测技术利用高频声波与材料的相互作用，能够非侵入性地检测材料的内部结构和性质。在热轧飞剪的应用中，超声波可以检测剪刀的刃口状态、材料的厚度和均匀性，以及剪切过程中会出现的缺陷。具体来说，超声波探头发出高频声波，当声波遇到材料内部的界面或缺陷时，会产生反射或散射。通过分析反射或散射的声波信号，可以推断出材料内部的状态和性质，这种方法不仅可以检测材料的厚度变化，还能发现微小的裂纹、气孔或其他缺陷。将超声波检测技术应用于热轧飞剪的剪切精度控制中，可实时监测剪切过程，确保剪切质量，通过对剪切过程中产生的缺陷进行检测和分析，可及时调整工艺参数，优化剪切效果。超声波检测技术的引入还可减少对材料的破坏性检测，节约成本和时间。当然，超声波检测技术在应用中也面临诸多挑战。如热轧飞剪的工作环境恶劣，存在高温、高湿和高电磁干扰等情况，长此以往，将影响超声波检测的准确性。此外，不同材料和剪切条件需调整超声波的参数和检测方法。超声波检测技术在热轧飞剪剪切精度控制研究中展现出了巨大的潜力，随着技术的不断进步和优化，相信在未来的钢铁生产中会发挥越来越重要的作用。光学检测技术、激光检测技术、超声波检测技术的数据分析如表 2 所示。4结论通过对热轧飞剪剪切精度控制进行深入的探讨和研究，基于模型的方法，实现了对剪切精度的有效控制，取得了显著的成果。然而，随着科技的不断进步和工业需求的不断变化，对于剪切精度控制的要求也将不断提高。因此，不断优化和创新剪切精度控制技术和方法，进一步优化数学模型和控制策略，提高剪切精度控制的性能和适应性，推动热轧飞剪剪切工艺的创新和发展，以适应新的工艺需求和市场挑战。参考文献1 朱庆华，张维中，吕进伟，等.热轧飞剪剪切精度控制研究J.中国金属通报，2023（1）：222-224.2 邓能辉，黄学忠，杨朝霖，等.热轧粗轧坯优化剪切技术的研发与应用 J.冶金自动化，2022，46（1）：68-74.3孙利忠.热轧飞剪剪切长度稳定性探索J.甘肃冶金，2020，42（6）：48-50.4 张继业.2250热轧线飞剪废料收集设备优化 J.冶金与材料，2020，40（5）：101-102.5 梅如敏.热轧转鼓飞剪主要结构分析及力能参数计算 J.现代冶金，2020，48（4）：60-62.董海华：热轧飞剪剪切精度控制研究45