丛振宇
本钢冷轧厂 辽宁 本溪 117000
【摘 要】 碳套辊是硅钢退火工艺生产过程中的必要消耗品，它是由高温抗变形的材质制成，碳套辊由金属辊芯和套在金属辊芯外面的石墨碳套组成。优点是高温下的强度远高于金属材料的高温强度，从而为金属辊身起到支撑作用，提高了碳套辊辊芯在高温下的抗变性能力，延长了碳套辊辊芯的在机使用寿命，有利于提高机组生产能力。缺点是易磨损，易结瘤造成划伤。所以需要定期修磨。本文基于对硅钢现有修磨程序的改进，达到分组修磨，减少无用消耗碳套的目的。节省了时间和生产成本。
【关键词】碳套辊修磨、自动化控制、WINCC应用、参数优化
一、硅钢的生产工艺。
硅钢是一种软磁材料， 是磁性材料中使用占比非常大的一种合金材料。根据钢铁中晶粒的大小及排列方向分为“晶粒取向硅钢”和“晶粒无取向硅钢”高牌号和高效无取向硅钢和高磁感取向硅钢为达到所需的晶粒织构及磁性能，在生产过程中必须经过常化处理。无取向硅钢常化生产工艺：1、带钢经过预热无氧化段（PH/NOF炉）加热至1250℃；2、辐射管加热段（RTF炉）、均热段（SF炉）进行常化处理作；3、循环气体冷却段（RJC）作为炉内冷却段，将带钢冷却到200℃；4、风冷控冷段（FJC）、热风干燥作为炉外第一缓冷段，将带钢冷却至常温；取向硅钢常化生产工艺：1、带钢经过预热无氧化段段，加热至1100℃；2、经过辐射管加热段，加热至1120℃；3、经过1#加热/冷却段，冷却至950℃；4、均热段，2#加热/冷却段都作为均热段，进行常化处理；5、在气雾冷却段中快速冷却至550℃；6、在1#水喷淋段中最终冷却至80℃以下。本钢硅钢是中低牌号的无取向硅钢。
二、碳套辊的应用及结瘤形成机理
由于炉内温度过高，在PH/NOF段（1000℃以上）采用循环水的方式给炉辊降温。炉内常化处理阶段（RTF炉、SF炉、RJC段）采用碳套辊共计138根。碳套提高了碳套辊辊芯在高温下的抗变性能力，延长了碳套辊辊芯的在机使用寿命，有利于提高机组生产能力。碳套的是石墨化度在65%以上，其材质是一种多空材料，虽经渗铬、修磨处理，表面比较光滑，但是经过一段时间的使用后，氧化、磨损，不可避免地会出现孔隙。带钢表面残存的铁粉与碳套的摩擦碰撞过程中，不断堆积、还原、烧结长大形成结瘤。这就需要我们定期进行炉辊修磨。
三、分组修磨的必要性
冷轧硅钢原程序将138根炉辊用西门子STEP 7语言统一编写成功能块，通过WINCC程序将PLC变量与HMI画面连接起来，操作工可以通过画面，根据实际带钢表面划伤情况进行炉辊修磨。碳套辊结瘤造成带钢硌印后，需要停车进行炉辊修磨，修磨会减少碳套辊的使用寿命，缩短使用周期，之前冷轧硅钢连退产线发现硌印后，只能所有碳套整体修磨所有碳套辊，造成不必要的损失（如图1所示）。因此建议将全部139根碳套辊按区域分成20组，根据整体修磨程序编写分组程序，能够利用WINCC画面实现分组、定速、定时修磨。操作工可以先根据带钢损伤位置估算结瘤碳套辊区域，然后选择修磨部位、修磨速度和时间，这样大大减少了其他碳套辊的磨损，节约了成本。
四、改造方式及过程
首先在工程师站上根据炉辊整体修磨的PLC程序，将所有碳套辊分成21组，程序编写参考炉辊整体修磨，将运行条件细化，增添新的变量和地址，要确保变量和地址的唯一性，避免造成BUG。如图1
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其次，通过WINCC程序在GRAPHICS DESIGNER中新建图页，按炉区分为RTF区、SF1区、SF2区、SF3区、RJC1区和RCJ2区。页面布局参考炉辊炉辊整体修磨，功能分为选择、取消、正转、反转、停止、设定时间、运行时间、时间清零、电流转速显示等。如图2
再次，在SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE中新建画面变量，将WINCC变量与PLC变量通过以太网连接，达到功能交互。这里变量分为输入变量（DB191）、输出模块（DB192）、时间模块（DB189）。将编辑好的图页通过PICTURE TREE MANAGER挂到主页界面，这样在HIM中，操作工就能很方便的找到修磨界面。
最后，将每个页面当中的功能按钮、窗口按照新建的变量赋值，实现功能激活。注意变量的唯一性，否则会报错，保存编译。
五、实施效果跟踪及效益计算评估
实施后小停时间每月减少约10min，
全年减少因停机修磨炉辊产生的非计划品46.5吨，废品30吨，减少炉辊损耗15根。具体效益计算如下：
能源空耗：年节省能源成本=(月节约氮气空耗+月节约氢气空耗+月节约电能空耗)*12=(0.33*2100/6+3*160/6+0.45*130*5)*12=5850元。质量损失：年减少质量损失=年减少非计划量*150+年减少废品量*1600 =46.5*150+30*1600=54975元。炉辊损耗：
年炉辊降低损耗=年炉辊减少耗量*7830 =15*7830=117450元。
效益合计：5850+54975+117450=17.83万元
参考文献：
【1】赵有明.控制连退炉碳套结瘤的工艺实践[D].武汉：中冶南方（新余）冷轧新材料技术有限公司，2018.
【2】西门子S7300/400PLC应用技术.
作者简介：姓名丛振宇1986年9月，男，汉，辽宁省本溪市，工程师 ，本科，本钢集团，硅钢退火工艺。 单位所在的辽宁省本溪市，117000