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1、 解决加热炉炉内空间不准问题一、问题背景描述车间有两座双排料的加热炉，步进梁的前进后退步距均为600CM，在炉内前后钢坯实物间的间距均 为 100MM，生产时，首先将热或冷坯料运至相应的加热炉炉前辊道上，然后进行钢坯的定位，此时，步进梁按照正循环，将坯料一个步距一个步距的将坯料送往出入则，每走一个步距，装炉空间就会加上步进梁实际走的步距，这样当装入空间增加到可以装下辊道上这支定位好的钢坯后，步进梁停止动作，触发装钢顺控，由装钢机将钢坯托起放入到步进梁上，此时，这支钢坯与前一支间距为 100MM，炉内空间= 原炉内空 间-100MM- 钢坯的 实际宽度；下一支钢坯将在炉内空间增大到能装下它时，触
2、发顺控，这样周而复始的动作。在实际应用中，却往往因为炉内空间计算不准确，导致装钢出现两支钢坯叠在一块或前后两支钢相距太远的情况，这两种情况严重影响了正常的轧制节奏。2、问题分析首先对系统进行分析，绘制出系统功能图，见图 1。- 1 -图 1 系统功能图技术系统达到的目标：在加热炉装钢时，炉内空间需要准确，这样才能保证装钢时所参考的值准确，进而保证前后两支钢均以固定的间距。但是在实际应用中，炉内空间的计算主要是通过对磁尺数据的累计来完成的，所以数据的可靠性是炉内空间准确的前提条件，根据影响数据的因素可画出相应的因果关系图，见图 2。- 2 -图 2 因果关系图根据系统功能图和因关关系图对系统进行
3、分析。炉内空间的准确性取决于步进梁的磁尺和装钢机的编码器数据的准确性。由于有害功能的存在，在使用过程中主要存在以下问题：1由于磁尺和编码器本身的问题，或者是机械位置偏移使步进梁和装钢机的实际行程误报，而使炉内装钢空间不能正常反映实际空间，而出现叠钢或空步距的状况，使生产受到了严重影响。2由于系统本身的问题，使累加信号没有触发或者触发了没有进行步距的累计的问题，使得炉内空间产生了误报，影响了正常装钢节奏。3程序本身的问题，如炉内空间不准后，它会将这种误差不断的累加，以至于把错误不断的放大，严重影响了正常的装钢和出钢节奏。- 3 -4. 由于炉内空间不准后，出炉侧往往在炉内空间这个错误的数据误导下
4、，出现炉内钢坯撞出料炉门的情况，使生产和设备受到了严重影响和损害。由于上述问题，一般需要操作人员大量的手动操作，如装钢后，发现叠钢，那操作人员需要打手动，将钢坯用装钢机重新托出，并重新核对，再装钢，一般出现一次，需要处理 30 分钟，如果是炉内空步距，那么出一根钢后，下一支钢距出料炉门很远，那当它走几个步距后，还未到出料位置，而此时，装钢侧已经有了装料空间，此时，需要先装料后出料，这样出钢节奏受到了影响，进而制约了产量的提升。解决问题的限制：（1（不能对机械设备进行改造，如双磁尺和双编码器。（2）无法避免系统本身的问题。（3）无法避免机械偏移问题。三、描述技术矛盾（1）运用 TRIZ 原理将待
5、解决问题的技术矛盾提取出来通过分析，我们发现问题的关键在于编码器测量数据的精确和正常累加上。我们应该设计出一套编码器计数精确而且累加数据正常的系统。1)定义问题模型技术矛盾 1：如果使炉内空间非常精确，那得需要对炉内空间数据不断的进行修正，即在炉壁两侧打很多小圆孔，再按上检- 4 -测装置，通过这些检测装置的固定位置来对炉内空间进行修正，可以很好的满足生产工艺的需求和避免钢坯撞出料炉门事故的发生，但是在炉壁上打上很多小圆孔将大大的破坏炉子的升温和保温结构，而且使炉压大大波动和加大对能源的消耗。技术矛盾 2：如果不对炉内空间进行修正，可以使炉温、炉压及能源得到很好的控制，但是炉内空间数据错误有时
6、是系统本身不可避免的问题。技术矛盾 3：如果改变炉内空间自动化测量方式，可能减小误差，但是势必会引起新的问题。根据技术系统的主要生产过程数据测量和累加，从技术矛盾 1 和技术矛盾 3 来入手解决问题。2确定理想解定义理想解为：通过对炉壁进行最小的改动和对炉内空间累加方式上进行修正，对炉内空间进行修正，提高炉内空间的准确性，将杜绝钢坯撞出料炉门事故的发生，同时还要考虑不要影响加热炉本身的结构和加大能源消耗为代价。四、根据发明原理提出解决方案将技术矛盾用通用工程参数来描述：技术矛盾 1：针对的子系统是加热炉，要改善的参数是“测试精度” ，恶 化的参数是 “可靠性”。技术矛盾 3：针对的炉内空间测量
7、计算方式，要改善的参数是“ 自 动化程度 ”，恶 化的参数是“控制与测量的复杂性”。- 5 -对照这些参数查找矛盾矩阵表，结果见表 1。表 1 矛盾矩阵表（局部）恶化的参数改善的参数27 可靠性28 测试精度 05.11.01.23恶化的参数改善的参数37 控制和测量的复杂性38 自动程度 34.27.25105“组合原理 ” 解决方案一：将炉内空间的计算由原来的炉内空间-钢坯的宽度- 前后 钢坯的固定间距，改为每次装炉后，由装钢机编码器对炉内空间进行修正，并将修正后的值再与步进梁的步距进行组合计算。211“事先防范原理”解决方案二：为了防止炉内空间不准确，我们需要在距出料炉门 1400MM
8、位置打上一小圆孔（步进梁固定步距为 600MM），在此按上一个热金属检测元件，这样当钢坯只要被这个热金属检测元件检测到后，步进梁就只允许走一个步距，而且停在步进梁上装备出钢，这样就杜绝了钢坯撞坏出料炉门的事故的发生。解决方案三：为了防止系统问题，即当步进梁完成一个步距后，此时，炉内空间需要加上或减去这个检测元件所指示的实际距离，但是有时因系统问题，这个累加信号触发后，炉内空间并- 6 -没有对这个步距进行累加，所以在程序里加一个判断，当走完一个步距后，判断一下，炉内空间有没有变化，如果有变化，则不做任何动作，如果数据没有变化，那将个这步距自动与原炉内空间进行和或差运算。334“抛弃或再生原理”
9、解决方案四：找一个装钢机和步进梁的原点位置，然后焊上一挡铁，这样，当步进梁和装钢机设定的固定位置退回到这个挡铁位置时，对原数据进行抛弃，并对磁尺的编码器进行清零工作，这样就保证了正确的零点位置，杜绝了检测元件数据误差累计、跳变和机械位置偏移所带来的问题。五、方案评价通过上述分析，共得出三种方案，下面对各方案进行评价分析：方案一：将炉内空间的计算由原来的炉内空间-钢坯的宽度-前后钢坯的固定间距，改为每次装炉后，由装钢机编码器对炉内空间进行修正，并将修正后的值再与步进梁的步距进行组合计算，这个方案实现有一定的难度，它需要对原程序进行改进，但是这个方案对于炉内空间准确性的改善作用很大。方案二：在距出
10、料炉门 1400MM 位置打上一小圆孔并在此按上一个热金属检测元件，这个方案简易可行，而且对加热炉的炉体结构、性能没有任何影响，且解决了钢坯撞坏出料炉门事故的发生。- 7 -方案三：加上一个判断程序，对系统错误进行自动修正，这个方案简易可行，而且效果显示。方案四：找一个装钢机和步进梁的原点位置，然后焊上一挡铁，每一循环都对检测元件进行标定，这个方案实现起来难度不大，但需要有机械人员配合完成。根据上述分析，对五种方案进行综合评价，评价结果见表2。表 2 方案评价方案名称 成本 实现的难易程度 评价方案一 + + 方案二 + + 方案三 + + 方案四 + + 将方案一、二、三、四综合起来考虑，结
11、合现场实际情况，从硬件和软件上都进行优化。但是更改炉内空间计算方式，需要将原程序中所有与炉内空间相关联的的连锁条件进行屏蔽或更替，需要继续研究分析。六、最终解决方案最终解决方案如图 3 所示。在装料炉门与装料辊道内沿之间装上一个冷金属检测器，如图 3 中的红点处，以此为原点，进行炉内空间的修正。1首先定义图 3 中的红点处为炉内参考原点位，这样，定义- 8 -每装进一块新钢坯，这的尾部需距出料炉门有 2900MM 的距离，这样，当 S-W12900 时，就认为有装炉空间，而且，装钢机以图2 中的红点处为原点，它伸进炉子的距离再减去钢板的长度即为炉内空间，然后用这个数据去更新原炉内空间，如果原炉
12、内空间有误差的情况下，此时，便重新标定了，这样便杜绝了炉内空间误差的不断累计放大。2在如上基础上，在出料侧炉壁两侧，距炉门 1400MM 的地方各开一个小圆孔，再按上冷金属检测器（CMD），这样，当步进梁传送钢坯头部触到激光时，仅允许走一个 600 步距，然后无论炉内空间是多少，出料端的这支钢坯强制出炉，等出炉后，步进梁再动作，这样便杜绝了撞出料炉门事故的发生。3在步进梁行走的过程中，为了防止系统错误，编写判断语句，如果是正循环，当完成信号来时，如果炉内空间没有变化，则判断程序自动加上刚刚这个步距，如果是逆循环，当完成信号来时，则炉内空间自动减去这个步距值。4那联合上述的 1、2、3，那么现有
13、的炉内空间，是每装一支钢都进行一次炉内空间修正，在步进梁传送的过程中，程序将自动判断是否有系统错误，如果有，程序自动更正，在正常传送的过程中，一旦被出料端的 CMD 检测到，则一个步距后，自动停止传送。- 9 -图3：装炉侧炉内空间示意图七、现场应用情况简介1改造后的炉内空间精度大幅提高，基本上杜绝了空步距或叠钢状况发生。2改造后对系统判断程序进行了测试，三个班，修正系统故障 23 次，使步进梁传送进程中炉内空间准确性得到了保障。3由于出料侧有 CMD 的保护，自优化以来，未发生钢坯撞炉门的状况发生，保证了生产顺行。4改造后的炉内钢坯的实际布局得到了很好的控制，使装钢和出钢得到了最优化控制，大大提高了轧制节奏。八、取得效益1经济效益优化炉内空间不准难题后，可为每个班节约时间 20 分钟，除节假日一年按 300 天计算每天有 3 个班（白、中、夜），小时产- 10 -量按 138 吨/小时，吨钢利润按 100 元/吨计算,此项技术在效益所占比重为 0.09。（300*3 *20）/60*138*100*0.09372600 元。所以，每年可产生经济效益为：372600 元2社会效益改造后，炉内空间精度得到提高，自动化程度也在原基础上得到了提升，从而减轻了操作人员劳动强度和安全性，保证了生产工艺的连续性和生产的顺行。提高了出钢节奏，缩短了产品的交货期，提升了顾客满意度。
