Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Оборудование цехов обработки металлов давлением Часть 2 Автоматизация прокатного производства - файл САУ стана 2000.doc


Лекции - Оборудование цехов обработки металлов давлением Часть 2 Автоматизация прокатного производства
скачать (2863.6 kb.)

Доступные файлы (2):

АПП-1.docскачать
САУ стана 2000.doc373kb.17.05.2010 10:30скачать

содержание

САУ стана 2000.doc

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ СТАН 2000 ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ


Автоматизированный с участием фирмы "Сименс" современный высокопроизводительный широкополосный стан 2000 горячей про­катки представляет собой технологический комплекс, полностью управляемый от УВМ. Математические модели, отражающие ха­рактер и степень взаимосвязи основных параметров оборудования стана с параметрами обрабатываемого металла на всех этапах тех­нологического процесса, составляют основу управления агрегатами.

Автоматическое управление работой участка нагревательных печей обеспечивает требуемое качество нагрева металла с переменными геометрическими и теплотехническими параметрами и изменяю­щимся темпом выдачи заготовок из печей.

Применение АСУТП на клетях черновой группы стана гарантирует стабильность и точность размеров раската. Автоматизированная чистовая группа клетей обеспечивает высокие качество готовых горячекатаных полос и производительность широкополосного стана. Автоматическое управление отводящим рольгангом и моталками определяет эффективность охлаждения полос и надежную работу оборудования.


^ 1.УЧАСТОК НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ


1.1. Оборудование и технология

Четыре нагревательные печи1 с шагающими балками (рис. 4.1), установленные перед широкополосным станом 2000, обеспечивают заданный режим нагрева стали широкого сортамента в катаных и литых слябах массой до 40 т с максимальной производитель­ностью при холодном посаде по 420 т/ч.

Площадь пода каждой печи: габаритная — 560 м2, активная — 500 м2; расстояние меж­ду осями рольгангов загрузки и выдачи — 57 м.

Внутреннее пространство печи разделено по высоте на верхнюю и нижнюю области подвода тепла к металлу. Каждая область со­стоит из трех зон, расположенных по длине печи и на всю шири­ну ее, и двух, делящих ширину томильного участка пополам. Та­ким образом, рабочее пространство печи состоит из десяти зон.

Топливом для печей служит природный газ с теплотой сгорания 34,0 - 35,5 МДж/м3. В верхние зоны печи он поступает через 36 длиннопламенных горелок производительностью 225 — 450 м3/ч каждая, установленных в торцевых стенках, образованных пере­жимами свода. В нижние зоны природный газ поступает через 46 горелок с регулируемой длиной факела (пламени) производи­тельностью 370 — 600 м3/ч, установленных в боковых стенах печи. Максимальный расход природного газа на печь составляет 33 X X 103 м3/ч. Воздух подогревается до 400°С в металлических ре­куператорах, установленных с обеих сторон печи в торце загруз­ки. Максимальный расход воздуха — 34 • 104 м3/ч. Продолжи­тельность нагрева слябов в зависимости от их типоразмеров и марки стали — от 1,5 до 4 ч.




Рис.1. Схема расположения оборудования печного участка стана: 1 – подъемный стол; 2 – весы; 3 - рольганг загрузочные столы; 5 – печи; 6 – сталкиватели; 7 – рольганг; 8 – механизм безударного извлечения; 9 – датчики температры; 10 – фотодатчики положения; 11 – контактные датчики положения сляба в печи; 12 – окалиноломатель; 13 – посты управления
Возможность независимого регулирования количества топлива, подаваемого в каждую зону, создает благоприятные условия для нагрева металла в соответствии с требованиями к распределению температуры по толщине и длине слябов, а также в соответствии с их типоразмерами, сортаментом готовой продукции и теплофизическим состоянием печи. Этому способствует то, что влияние поданного в любую зону печи топлива на температуру в несколь­ко раз сильнее, чем взаимное влияние температур внутреннего пространства смежных зон. Шагающие балки имеют гидравлический привод, вер­тикальный ход их 200 мм, горизонтальный — 480 мм.

К поверхности балок через каждые 300 мм приварены рейтеры длиной 150 и высотой 80 мм. Рейтеры изготовлены из жаропроч­ной и износостойкой стали и защищают балки от повреждения, а слябы - от охлаждения в местах контакта с ними. Остальная по­верхность рамных конструкций, за исключением неподвижных стоек, теплоизолирована специальными блоками; неподвижные стойки изолированы каолиновой ватой с фасонным шамотным или хромомагнезитовым кирпичом.

Охлаждение шагающих и стационарных балок — испарительное, давление пара 1,8 МПа (18 атм). В системе охлаждения приме­няется принудительная циркуляция пароводяной смеси с цир­куляционными насосами 10НКУ-7-2 производительностью 500 м3/ч, напором 0,75 МПа (75 . 103 мм вод. ст.) и мощностью 160 кВт.

Применение установки испарительного ох­лаждения позволяет использовать тепло системы охлаждения для производства пара, снижать расход топлива и воды, увеличивать срок службы охлаждаемых элементов.

Слябы толщиной 150 — 250 мм, шириной до 1850 мм и длиной до 10,5 м поступают со склада цеха на подъемные столы 1 и ве­сы 2. По рольгангу 3 слябы транспортируются на загрузочные сто­лы 4, с которых подаются в печи 5 сталкивателями 6. С помощью шагающих балок слябы перемещаются по внутреннему простран­ству печи. Доставленные к окну выгрузки нагретые слябы пере­двигаются из печи на рольганг 7 механизмом безударного извлечения 8. Температуру сляба, поступившего на нагрев, измеряют датчики 9. Установку слябов на весы, загрузку в печь, выдачу из печи и транспортирование к окалиноломателю 12 фиксируют фотодатчики 10. Перенос сляба вдоль печи шагающими балками контролируется контактными датчиками 11. На участке нагрева слябов размещены посты 13 управления печами.


^ 1.2. Автоматизация нагревательных печей

В комплексе систем управления объектом, подчиненным АСУТП, синтезированы три подсистемы: слежения за перемещением металла, сбора и обработки результатов измере­ний, управления процессом на базе реализации математических моделей.

Технические и программные средства системы слежения АСУТП – 1 позволяют в любой заданный момент времени определить поло­жение и стадию обработки всех слябов на участке нагреватель­ных печей. Исходной информацией для системы слежения явля­ются данные, которые вводятся в систему сертификата плавки стали на партию слябов.

В состав партии входят слябы одина­кового размера, изготовленные из стали одного химического со­става и предназначенные для производства полос одного размера.

^ Информация содержит следующие данные: номер партии и коли­чество слябов в ней, номер плавки и марка стали, а также содер­жание основных химических элементов в ней, масса и размеры готовой полосы, температура конца прокатки и смотки полос, степень и характер охлаждения полос, технология последующей обработки готовых горячекатаных полос. Данные вводятся в сис­тему слежения до момента поступления первого сляба партии на весы, встроенные в загрузочный рольганг печей.

Управление процессом сталкивания слябов с подъемных столов и их дальнейшим перемещением по секциям загрузочного роль­ганга осуществляется локальной системой автоматики участка печей . В момент поступления сляба на весы загрузочного рольганга вторая система локальной автоматики ини­циирует для УВМ сигнал "Сляб на весах". По этому сигналу УВМ запоминает номер сляба, который несет следующую инфор­мацию: дата; номер партии, к которой принадлежит сляб; теку­щий номер сляба.

Сляб, поступивший на весы, по сигналу следящей системы локаль­ной автоматики взвешивается, а его температура измеряется. Результаты измерений с помощью передаются в память УВМ. Одновре­менно определяется количество слябов, которое поступило на весы в составе партии.

Пронумерованный, взвешенный и закодированный сляб удаляется с весов по сигналу оператора на посту управления участком печей. По этому же сигналу УВМ рассчитывает задание, которое указы­вает номер ряда шагающих балок и вид посада (однорядный - при длине слябов от 9,4 до 10,3 м, двухрядный - при длине слябов от 4,5 до 5,1 м и шахматный - при длине слябов от 7,4 до 8,4 м) по партиям и равномерности загрузки каждой печи. Номер сляба и задание УВМ передает в систему локальной автоматики, под управлением которой- сошедший с весов сляб транспор­тируется до указанного УВМ ряда шагающих балок, после чего сдвигается сталкивателем на приемный стол перед печью в пози­цию ожидания загрузки.

По мере перемещения сляба в печи освобождается место для новых слябов. Оценив возможность посада очередного сляба, система локальной автоматики вырабатывает инициативный сигнал на тол­катели, которые выполняют операцию загрузки. При этом система слежения определяет расстояние от оси загрузочного рольганга до задней кромки посаженного в печь сляба и его ширину. Оба пара­метра передаются в, УВМ, которая на их основе рассчитывает по­зицию середины сляба относительно оси приемного рольганга. Од­новременно номер сляба вводится в массив учета соответствую­щего ряда слябов. Слежение за продвижением слябов в печи осу­ществляется по импульсам от датчиков, задействованных в про­цессе работы привода балок.

Расчет рациональной последовательности выдачи слябов из печи (составление списка слябов, готовых к выдаче) осуществляется на УВМ.

Периодический расчет выполняют в следующем порядке: после выдачи из печи сляба очередной партии металла необходи­мо выдавать слябы только этой партии; выдача слябов осуще­ствляется по возрастающему порядковому номеру; коэффици­ент частоты выдачи слябов из печи должен быть минимальным относительно соответствующих коэффициентов для других пе­чей, в которые посажены слябы одной партии.

Слябы выдаются из печей через определенные интервалы време­ни, соответствующие длительности цикла прокатки. За время это­го цикла УВМ определяет номер печи, с которой следует взять на­гретый сляб, а также вырабатывает для системы локальной автоматики, управляющей приемниками слябов, установку на чис­ло и глубину захода в окно печи штанг приемников. После того как сляб попадает на приемный рольганг печи, на УВМ произво­дится выборка его номера из массива учета соответствующего ему ряда посада, и эти данные по каналу межпроцессорной свя­зи поступают в УВМ, обслуживающую стан.

Кроме данных, полученных от устройств ввода, в УВМ печи фор­мируются и затем передаются индивидуальные параметры сляба: номер ряда посада, из которого он извлечен, истинная масса, ши­рина и температура его поверхности. Таким образом, приемный рольганг является той зоной слежения, на границах которой про­исходит формирование в памяти УВМ области данных о нагреве металла, необходимого для автоматического управления техно­логическим процессом прокатки.

Система слежения способна со­провождать на участке печей 616 слябов, информация о которых может храниться в памяти УВМ.

Система сбора и обработки измерений, также как и система сле­жения за металлом, выполняет пассивные функции АСУТП, по­скольку непосредственно не вырабатывает управляющих воздей­ствий. Однако в силу того, что математические модели расчета установок для управления нагревом построены в ряде случаев на использовании адаптационных уравнений, имеющих в качест­ве составляющей коэффициенты коррекции, определяемые из со­поставления расчетных и измеренных параметров, влияние сис­темы сбора и обработки измерений на качество управления печью достаточно велико. Кроме того, только с помощью этой системы можно контролировать важнейшие технологические параметры и оценивать эффективность управления станом.

В каждой зоне печи системой сбора и обработки результатов из­мерений контролируются параметры процесса нагрева слябов: заданные и фактические температуры греющей среды и поверх­ности каждого сляба, расходы газа и воздуха.

С помощью той же системы контролируются параметры, характеризующие рабо­ту печи в целом: температура газа, отходящего из печи; темпе­ратура воздуха, выходящего из рекуператора; расход газа, тем­пература раската за пятой клетью черновой группы стана и, в слу­чае горячего посада слябов, их температура в момент взвешива­ния перед загрузкой в печь.

Важнейшими параметрами процесса нагрева слябов являются тем­пературы их поверхности и окружающей среды на каждом уча­стке печи. В качестве первичных приборов для замера температуры окружающей среды по участкам печи применены платина-платинородиевые термопары, а для замера температуры поверхности слябов — оптические пирометры ("Ардометры") с диапазоном измерения 500 - 1000°С для первого и 800 - 1500°С для других участков.

В зависимости от периодичности опроса измерительные устройства для определения величины того или иного параметра измерения подразделяются на две группы: синхронные и асинхронные. Пер­вые характеризуются строгой периодичностью считывания фик­сируемых ими параметров процесса, при этом периодичность опро­са составляет 1 мин. К асинхронным измерениям относятся изме­рения температуры слябов в районе весов и измерения темпера­туры поверхности слябов в печи при помощи "Ардометров" и др. Инициирующими сигналами для начала их опроса являются соответственно сигналы о наличии сляба на участке весов, очеред­ном шаге балок в печи и др.

В АСУТП 1 действуют аналоговые и цифровые сигналы, посту­пающие от датчиков, измеряющих параметры процесса нагрева слябов. Благодаря математическому обеспечению на основе ме­тодов статистики выходные сигналы приводятся к виду, удобно­му для использования в других подсистемах АСУТП.

Опыт эксплуатации АСУТП 1 выявил необходимость в разработке и применении схемы согласования и последующей обработки сиг­налов системы локальной автоматики позиционирования сляба на весах, позволяющие определить истинную длину его с точно­стью ± 20 мм. Достаточно точное определение длины сляба обес­печило устранение недостатков в работе системы слежения и умень­шение в 2 раза числа случаев перехода с автоматического на руч­ное управление.

Параметром, характеризующим положение сляба в печи, является расстояние от середины его ширины до оси приемного (горячего) рольганга. Определение этого расстояния выполнялось с помощью УВМ С-305 по сигналу локальной автоматики при очередном шаге подвижных балок.

В процессе эксплуатации АСУТП 1 было выявлено, что длина шага подвижных балок непостоянна и изменяется в пределах 392 -488 мм в зависимости от общей массы слябов, уложенных на бал­ки, колебания давления в гидросистеме механизмов перемещения балок, устойчивости сочленения этих механизмов. Большие и не­управляемые колебания длины шага подвижных балок вносили существенную погрешность в определение координаты сляба, на­ходящегося в печи, и поэтому — в расчет ожидаемой температуры его поверхности. Среднеквадратичная ошибка расчета температуры слябов достигала 12°С. Введение в локальную систему управле­ния процессом перемещения слябов в печи двух новых функций — измерение фактической длины каждого шага балок и измерение координаты первого от окна выдачи сляба - с последующим ис­пользованием этих величин для определения текущих координат сляба позволило снизить среднеквадратичную ошибку в опреде­лении положения слябов в печи до 10 мм и уменьшить ошибку рас­чета температур до 4°С.

Определение смены партии и передача ее данных в УВМ осу­ществлялись в момент завершения процесса выдачи первого сляба новой партии из печи на приемный рольганг. В процессе смены партии возникал дефицит времени, необходимого для расчета на­стройки и последующего ввода задания в локальные системы уп­равления приводами механизмов черновой группы клетей. Со­гласно новому алгоритму при выдаче очередного нагретого сляба на приемный рольганг УВМ определяет количество слябов данной партии, находящихся в печах. После выхода в черновую группу стана последнего сляба выдаваемой из печи партии УВМ С-305 осуществляет передачу в УВМ данных об очередной партии еще до выдачи из печей первого сляба.




Рис. 2. Схема взаимодействия подсистем АСТП 1: 1 - система слежения за металлом; 2 - система сбора и обработки измерений; 3 - математическая модель печи; 4 - терминал ввода данных; 5 - перемещение слябов; 6 - размеры и положение сляба; 7 - класс качества сляба; 8 -заданная температура прокатки; 9 - параметры работы печи; 10 - данные сляба; И - время нагрева сляба; 12 - расход воздуха; 13 - температура воздуха для горения; 14 - расход газа; 15 - температура отходящих газов; 16 - температура поверхности сляба; 17 - температура в зоне; 18 - уставка температуры в зоне; 19 - контур регулирования температуры; 20 - передача данных на прокатный стан

Функции управления нагревом слябов сводятся к расчету

температур греющей среды в каждой зоне печи и передачи его резуль­татов в системы автоматического регулирования. При этом выпол­няются следующие условия: время нагрева слябов в печи и удель­ный расход топлива на нагрев должны быть минимальными; для каждой партии слябов достигается определенная температура их поверхности и не превышается предельная разность температур поверхности и центра сляба в момент выдачи его из печи, режим и ритм работы нагревательных печей и прокатных клетей нахо­дятся в динамическом соподчинении. Результаты расчета в виде задания (уставки) на температуры греющей среды поступают каж­дые 4 мин в системы автоматического регулирования, управля­ющие процессом нагрева слябов. Расход воздуха является вы­ходной величиной для ведущего контура регулирования и вход­ной в системе регулирования соотношения воздух — газ (газ - воздух). Схема взаимосвязи подсистем, входящих в АСУТП 1, представле­на на рис. 4.3. Расчет температур греющей среды выполняется на УВМ по программе, составленной на основе математической моде­ли тепловой работы каждой зоны. Температура предварительно­го нагрева слябов в зоне № 1 определяется по уравнению, состав­ленному с учетом производительности печи, приведенной к усло­виям работы зоны, и средневзвешенной толщины слябов, посту­пающих в зону нагрева металла. Решение уравнения на УВМ С-ЗО5 позволяет осуществлять режим управления нагревом металла при различных толщинах слябов смежных партий (разность толщин может составлять 100 мм).

Расчет уставок температур для зон № 3 и № 5 выполняется по фор­муле, полученной в результате совместного решения уравнений теплопроводности и теплообмена с использованием значений ве­личины коэффициента теплообмена а. Эти значения были полу­чены в ходе выполнения специальных исследований в процессе освоения АСУТП 1 как в разомкнутом, так и замкнутом режи­мах работы.

Температура греющего пространства в каждой зоне печи измеря­лась с помощью стационарных термопар; температура по поверх­ности сляба — с помощью специальных контактных термопар, зачеканенных в сляб. После многократных повторений эксперимен­та была рассчитана матрица значений коэффициентов и записана в память УВМ.

В процессе последующей эксплуатации АСУТП 1 было установ­лено, что указанные коэффициенты заметно варьируют(?) по мере изменения состояния печей и влияет на эффективность управления нагревом слябов при помощи УВМ. С целью адаптации математической мо­дели к указанным изменениям измеряется температура раската на выходе его из последней клети черновой группы стана. По дан­ным о температуре раската рассчитывается значение температуры поверхности сляба, которую он имел на выходе из печи, и срав­нивается со значением этой же температуры, полученным из рас­чета математической модели нагрева сляба в печи. На основании разницы этих величин производится уточнение значения коэффи­циентов, что позволило увеличить на 30 % эффективность авто­матического режима управления нагревом.

Рассчитанные значения температур нагрева зон срав­ниваются с предельными и передаются в качестве уставок в ло­кальные системы автоматического регулирования. Измеренные и рассчитанные температуры греющей среды нахо­дятся в достаточно полном соответствии.

Наблюдается и хоро­шее совпадение данных о результатах расчета и измерения стаци­онарно установленными в печи радиационными пирометрами тем­пературы поверхности слябов.

Вторая задача — расчет режима работы печи, обеспечивающий не только нагрев сляба до заданных температур его поверхности, но и до регламентированного перепада температур по его сечению. Задача решается на основе реализации системы уравнений, полу­ченных из уравнения теплопроводности Фурье. Получена воз­можность рассчитывать изменение температуры по толщине сляба и времени его нагрева.

Список слябов, готовых к выдаче из печи, формируется посред­ством УВМ при соблюдении условий: при данном режиме нагрева и существующей производительности прогнозируемые температуры поверхности сляба и перепад температуры по сечению не превы­шают регламентированных значений. Если установленная темпера­тура поверхности сляба выходит за допустимый для данного уча­стка нагрева предел, то при очередном расчете УВМ уменьшает уставку температуры для соответствующей зоны и зоны ей пред­шествующей на величину, пропорциональную степени перегрева поверхности сляба над заданным уровнем.

В связи с плановыми остановками агрегатов стана и последую­щим вводом их в работу АСУТП 1 решает задачу управления про­цессами охлаждения, а затем разогрева печей. Учитывается поло­жение задней кромки массива слябов при освобождении печей от металла и их охлаждении, ход естественного охлаждения зон печей, положение передней кромки массива слябов в процессе загрузки и разогрева печей. Ввод программ, составленных на ос­нове перечисленных условий эксплуатации печей, позволил ввес­ти автоматическое управление нагревом металла и в нестационар­ных режимах работы стана.

Опыт работы показал, что математическая модель, построенная в соответствии с рассмот­ренным методом моделирования процессов теплообмена и тепло­проводности в рабочем пространстве современных методических печей, показала достаточную адекватность реальному процессу нагрева слябов в печах. Диапазон колебаний температур поверх­ности партии слябов составляет ± 10°С, а градиент температур по их сечению не превышает 30°С. На основе реализации моде­ли достигнуто сокращение расхода топлива на 2,5 - 3,5 % и умень­шение окисления металла на 2,0 - 3,0 %. На рис. 4.5 представлен пульт управления нагревательной печи.


^ 2. УЧАСТОК ПРОКАТНЫ КЛЕТЕЙ


2.1. Оборудование и технология черновой и чистовой групп клетей стана.

Стан 2000 предназначен для прокатки полос из рядовых и каче­ственных углеродистых, а также низколегированных, конструк­ционных, электротехнических и коррозионностойких сталей (рис. 3). На стане прокатывают полосы толщиной 1,2 - 12 и шири­ной 900 — 1835 мм из слябов толщиной 150 — 250 мм, шириной 950 — 1880 мм и длиной 4,5 — 10,5 м. Исходным материалом для прокатки продукции служат слябы, получаемые из конвертер­ного цеха.

Черновая группа стана состоит из вертикального окалиноломателя с диаметром валков 1200 мм, горизонтальной двухвалко­вой клети с валками диаметром 1400 мм и четырех универсаль­ных клетей с вертикальными валками диаметром 1000 мм и го­ризонтальными с диаметром валков рабочих 1180 и опорных 1600 мм.

Три последние клети образуют непрерывную подгруппу. Элект­ропривод горизонтальных валков этих клетей осуществляется от двигателей постоянного тока, что позволяет вести прокатку с ускорением. Максимальная скорость прокатки в последней чер­новой клети достигает 5 м/с.

Суммарная мощность двигателей главных приводов черновых клетей составляет 47800 кВт. Длина черновой группы клетей равна 90,5 м.



Рис.3. Схема расположения оборудования стана 2000: 1 - нагревательные печи с шагающими балками; 2 - вертикальный окалиноломатель; 3 - горизонтальная двухвалко­вая клеть; 4—7 — универсальные' клети; 8 - летучие ножницы; 9 - чистовой окалиноломатель; 10 - чистовая груп­па клетей; 11, 12 - участки охлаждения полос; 13, 14 - группы моталок для свертывания полос; 15 - тележки; 16 -транспортер; 17 — вязальные машины; 18 — весы; 19 — подъемно-поворотный стол; 20 — транспортер; 21 — 27 — посты управления участка печей; 28 — 30 - посты управления черновой и чистовой группами клетей; 31, 32 - посты управления участка моталок




Основная масса первичной печной окалины удаляется с помощью гидравлического устройства, расположенного за вертикальным ока-линоломателем. Остальная часть, а также вторичная окалина уда­ляются с раскатов благодаря гидросбиву за клетями № 1 и № 2 и чистовым окалиноломателем.

За последней черновой клетью расположены промежуточный роль­ганг со сбрасывателем раскатов в карман, рольганги перед лету­чими ножницами и чистовым окалиноломателем. Общая длина рольгангов составляет 131,9 м.

Летучие ножницы барабанного типа служат для обрезки концов раската. Скорость движения раската при резе переднего конца 0,5 — 1,5 м/с, заднего — 0,4 - 2,0 м/с.

Окалиноломатель имеет одну пару роликов, за которыми распо­ложены коллекторы гидросбива окалины водой под давлением 17 МПа.

Чистовая группа стана состоит из семи четырехвалковых клетей с валками диаметром 900/1600 мм (клети № 6, № 7), 800/1600 мм (клети № 8 - № 12).

Клети оборудованы системой противоизгиба рабочих валков. В межклетевых промежутках установлены петле-держатели с электромеханическим безредукторным приводом от двигателей постоянного тока.

Суммарная мощность двигателей главных приводов чистовых клетей составляет 84000 кВт, мак­симальная скорость прокатки 21 м/с, длина чистовой группы кле­тей 36 м.

Одной из комплексных технических характеристик листопрокатной клети является ее жесткость. Величина упругой деформации основ­ного рабочего органа клети — валка — существенно зависит от длины участка бочки, к которому приложено усилие, поэтому коэффициент жесткости клети является сложной функцией ши­рины прокатываемой полосы. Исследования, выполненные на ста не 2000, позволили установить, что коэффициенты жесткости чис­товых клетей для случая прокатки полос трех ширин 1000, 1225 и 1500 мм равны 5,6; 5,8 и 6,05 МН/мм соответственно.

В результате прокатки слябов в черновой группе клетей образу­ются раскаты толщиной 30 — 50 мм. Температура поверхности их на выходе из пятой клети составляет 1050 — 1150 С.

В чистовую группу клетей раскат поступает с температурой 960 -1050°С.

Диапазон обычно применяемого ускорения стана состав­ляет 0,01 — 0,08 м/с2. В последних межклетевых промежутках стана при прокатке полос толщиной 1,2 мм удельное натяжение металла достигает 29,4 - 34,3 МН/м2.

Температурные режимы прокатки, охлаждения и смотки опреде­ляют необходимые физико-механические свойства готовой про­дукции. В соответствии с требованиями стандартов к механиче­ским свойствам и микроструктуре готовых полос прокатку их завершают в диапазоне температур 780 — 950°С, а свертывание в рулоны при температуре не ниже 55О°С.

Для удовлетворения технологических требований прокатка в чис­товой группе клетей осуществляется по нескольким режимам в зависимости от толщины готовых полос и их назначения.

Основным режимом для поддержания постоянной температуры конца прокатки является прокатка полос от начальных до конеч­ных скоростей с ускорениями, которые обеспечивают компенса­цию падения температуры по длине полосы. Для подъема уровня начальных и конечных скоростей используется межклетевое ох­лаждение, которое отбирает избытки тепла при прокатке на более высоких скоростях, обеспечивая тем самым необходимую тем­пературу конца прокатки.

При прокатке тонких полос начальная скорость ограничивается условиями транспортирования переднего конца полосы по роль­гангу и надежной его заправкой на моталку.

Установка охлаждения состоит из коллекторов, системы подво­дящих трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры и при­боров для измерения расхода и давления воды. Подача воды в каждом из пяти межклетевых промежутков осуществляется дву­мя коллекторами. Один коллектор смонтирован сверху полосы непосредственно за предыдущей клетью, другой — перед после­дующей клетью. Таким образом, в межклетевом промежутке об­разуются две зоны охлаждения, примыкающие к рабочим валкам. По длине коллектора установлены щелевые сопла, из которых вода подается на полосу плоскими параллельными струями.

При прокатке полос в чистовой группе применяется технологи­ческая смазка, позволяющая уменьшить усилия прокатки, уве­личить стойкость валков и улучшить качество поверхности гото­вой продукции.

Основное оборудование рабочих клетей — прокатные валки, уст­ройства для их изгиба и установки в заданное положение, сис­темы и средства охлаждения и смазки валков и полосы, петле-держатели и др. - постоянно совершенствуются. Изыскиваются современные износо- и термостойкие материалы, рациональные методы оперативного воздействия на форму полосы.

Особенностью внедренной системы автоматического управления формой полосы на стане является определение характеристик не­плоскостности отдельных участков прокатываемых полос с по­мощью фотоэлектрической системы контроля формы полосы. Это обеспечивает эффективное регулирование формы полосы за последней клетью по результатам оперативного контроля.

Данные о продольной волнистости полосы по всей ширине посту­пают через устройства дискретного ввода в УВМ, где с помощью специальных алгоритмов рассчитываются обобщенные показате­ли симметричной и асимметричной волнистости. На основе этих показателей производится расчет и выдача уставок в системы гид­роизгиба рабочих валков трех последних клетей чистовой группы.

На отводящем рольганге длиной 265,08 м горячекатаная полоса перед свертыванием в рулон охлаждается до заданной температу­ры. Стан оборудован системой охлаждения полос: сверху — лами­нарными струями воды; нижняя поверхность полосы охлажда­ется водой под давлением.




Рис. 4. Схема расположения участков охлаждения полосы вдоль отводящего рольганга стана:I - первый участок охлаждения; II— второй участок охлаждения; III —зона прецизионного охлаждения
Система охлаждения полос ламинарными струями воды отлича­ется рядом достоинств: относительно большим и стабильным коэффициентом теплообмена между охлаждающей водой и прока­танной полосой; устойчивостью установившегося процесса охлаждения ме­талла по длине и ширине полос.

Весь участок охлаждения полосы разделен на 94 ступени длиной 2,82 м каждая. На ступенях 1-8 (рис. 4.7), 29 - 46 и 65 - 94 полоса охлаждается естественным потоком воздуха, а на ступенях 9 - 28 и 47 - 65 - сверху и снизу водой.

Чередование участков охлаждения способствует выравниванию температуры по толщи­не полосы.

Сверху полоса охлаждается ламинарными струями воды, вытека­ющими из сифонов, сгруппированных в блоки, установленные на высоте 2,05 м над уровнем рольгангов. В каждом блоке исполь­зуются 80 сифонов. Блоки попарно объединены в секции. На ниж­нюю поверхность полосы вода подается через патрубки, вмонти­рованные в коллекторы, соединенные по шесть штук в секции.

Первый участок охлаждения полосы водой имеет сверху 20, а вто­рой — 18 секций и столько же соответственно снизу. Каждая сек­ция, а также блок, входящий в состав секций 13 — 28, оборудо­ваны вентилем в соответствии с номером секции (блока).

Разветвленная сеть вентилей позволяет включать (выключать) все секции системы охлаждения полосы одновременно или их часть

с любой заданной последовательностью и в любой расчетный мо­мент времени вводить в работу все блоки секций 13 — 28 или их часть в любой комбинации. Кроме того, при помощи вентилей можно регулировать расход воды, подаваемой на полосу.

В конце первого и второго участков охлаждения полосы приме­няются зоны прецизионного охлаждения металла. Включение (вы­ключение) вентилей зоны прецизионного охлаждения позволяет изменять температуру полос или ее отдельных участков в преде­лах ±(20 30)°С.

На отводящем рольганге установлены две группы моталок (по три моталки в группе) для свертывания полос в рулоны. Первая группа, расположенная на расстоянии 101,5 м от последней клети стана, предназначена для смотки полос толщиной до 4 мм; вторая группа, расположенная на расстоянии 265 м, используется для свер­тывания полос толщиной до 16 мм. Каждая моталка оборудова­на двумя симметрично расположенными роликодержателями, в которых размещены по два формирующих ролика диаметром 380 мм. Привод каждого ролика — индивидуальный, безредукторный (от электродвигателя постоянного тока мощностью 24 кВт) и осуще­ствляется с помощью карданного вала.

Перемещение и прижатие пары формирующих роликов осуществляется от пневматического цилиндра через систему рычагов.

Два гидравлических цилиндра диаметром 260 мм обеспечивают передвижение механизма формирования.

Каждая пара формиру­ющих роликов имеет собственный механизм настройки - клин, перемещающийся при помощи винта от электродвигателя мощ­ностью 1,4 кВт. Максимальный раствор формирующих роликов 2400 мм (наружный диаметр рулона достигает 2300 мм). Между роликами установлены проводки.

Барабан моталки диаметром 850 мм в результате сжатия умень­шается до диаметра 828 мм. Разжатие барабана осуществляется пружинами, а сжатие — гидравлическим цилиндром. Привод ба­рабана — индивидуальный, безредукторный от электродвигате­ля постоянного тока мощностью 1150 кВт, 220/440 мин-1.

Исходное положение формирующих роликов по отношению к ба­рабану устанавливается автоматически. В период свертывания по­лосы на барабан формирующие ролики автоматически самоуста­навливаются по рулону и непрерывно следят за изменением его диаметра. По окончании свертывания формирующие ролики ав­томатически занимают исходное положение. Свертывание поло­сы в рулон можно выполнять с ускорением. Максимальная ско­рость свертывания — 21 м/с.

Рулоны, снятые с барабана моталок, транспортируются на склад готовой продукции или в передельные цеха по отводящим кон­вейерам.

Обвязку рулонов выполняют на автоматизированных агрегатах, разработанных фирмой "Зак" (ФРГ), обладающих вы­сокой скоростью операций и большой мощностью привода ме­ханизмов.

Обвязочные машины установлены в зоне расположения моталок. Длительность обвязки рулона составляет 30 — 35 с. Про­цесс уплотнения рулона и его обвязка управляется системой ло­кальной автоматики.

Маркировка рулонов производится напылением алюминия по тра­фарету на поверхность горячекатаной полосы, свернутой в рулон. В составе оборудования хвостовой части стана используются два маркировщика, установленных в линиях конвейеров уборки ру­лонов после обработки их на обвязочных машинах. Конструкция электрометаллизатора основана на применении принципа расплав­ления двух непрерывно подаваемых проволочных электродов воз­буждаемой между ними электрической дугой и распыления рас­плавленного металла струей сжатого воздуха.

Маркировочная запись содержит семь знаков, для нанесения ко­торых применяются семь трафаретов. Трафареты для нанесения на рулон последних двух цифр номера партии полос и номера по­лосы устанавливают в заданное положение автоматически, по команде из АСУТП.

Рулоны горячекатаных полос после маркировки, взвешивания передаются в отделение отделки листа с помощью транспортеров. На агрегатах резки, оснащенных АСУТП, металл разрезается на листы заданной длины с высокой степенью точности. УВМ обеспечивает измерение и выравнивание линейной скорости ножей ле­тучих ножниц относительно полосы к моменту реза, переход нож­ниц в зависимости от длины отрезаемых листов из режима непре­рывного вращения в режим запусков на каждый раз.

АСУТП 2 стана 2000 представляет собой трехуровневую иерархи­ческую систему, нижний уровень которой охватывает измеритель­ные устройства и датчики технологического контроля, а также системы автоматизированного привода. Средний уровень АСУТП 2 обеспечивает сбор и обработку информации от датчиков, информа­ционное сопровождение проката на отдельных участках стана, а также многосвязное регулирование технологических параметров (геометрических размеров и физико-механических свойств) проката.

На верхнем уровне АСУТП 2 осуществляется расчет настройки стана на прокатку полос заданного поперечного размера и выдаче ус­тановок на перестройку, расчет коррекции настройки при откло­нении параметров металла от значений, принятых при расчете на­стройки, адаптация математических моделей процесса, информа­ционное сопровождение проката по всей линии стана, диагности­ка механического и электрического оборудования, а также связь

с АСУТП отделения нагрева и системой оперативного управле­ния цехом.

Измеряемые параметры и информация, относящиеся к соот­ветствующей полосе, накапливаются в запоминающем устройст­ве, и в случае необходимости выдаются в виде протоколов о про­дукции и процессе. С помощью этих данных могут быть опреде­лены коэффициенты подобия, входящие в уравнения математи­ческих моделей.

Активными функциональными системами являются системы: пред­варительного расчета режима обжатий и последующего вычисления параметров прокатки, коррекции или адаптации коэффициентов уравнения математической модели, регулирования толщины полосы в клетях чистовой группы; регулирования температуры конца прокатки; регулирования температуры полосы на моталке; ре­гулирования ширины полосы; управления темпом прокатки и автоматической диагностики ошибок. Активные системы получа­ют требующуюся для них информацию от пассивных систем.

Результирующая информация от активных систем выдается под­чиненным системам управления и автоматического регулирования.


2.2. ^ Автоматизация прокатки полос

Основными функциями информационного обеспечения АСУТП 2 являются слежение за металлом и отображение его в линии стана, сопровождение металла технологической и производственной ин­формацией. Реализация перечисленных функций обеспечивается системой сбора и обработки (статистической оценки достоверно­сти информации) результатов измерений.

Система сбора и обработки результатов измерений представлена различными датчиками, отличающимися назначением, принципом действия и формой выходных сигналов. Учитывая тяжелые усло­вия металлургического производства, все измерительные устрой­ства и датчики выполнены в пылезащитном или герметичном ис­полнениях, имеют высокую виброустойчивость и работоспособность при температурах от -30 до 50°С и относительной влажности до 85 %.

Линия стана разбита на характерные сечения, в которых устанав­ливаются те или иные датчики, условно разбиваемые на следую­щие группы: датчики наличия металла; измерители геометриче­ских размеров прокатываемых полос; датчики технологических параметров процесса прокатки.

Слежение за перемещением раската вдоль стана и в районе мо­талок осуществляется с помощью граничных фотодатчиков, спо­собных фиксировать момент перемещения металла из одной час­ти стана в другую. В качестве фотодатчиков используются фото­реле "Ардонор". В каждой точке определения положения метал­ла установлено по два датчика, визированных на одно место. Использование сдвоенных фотореле повышает надежность опреде­ления наличия металла в поле визирования.

Приемный рольганг является зоной слежения, где происходит пе­редача данных от УВМ С-ЗО5 в УВМ С-ЗО6 и последующее фор­мирование массива данных о нагретом металле, необходимого для управления технологическим процессом прокатки.

Массив данных партии является актуальным для всех слябов этой партии, пересекающих граничный фотодатчик (рис. 5). По его сигналу фиксируются момент входа сляба в черновую груп­пу стана и занесение его в зону ожидания окалиноломателя. Даль­нейшее отображение перемещения металла осуществляется на ос­новании логической обработки сигналов локальных фотодатчи­ков и датчиков давления металла на валки, положение которых на линии черновой группы стана показано на рис. 5.



Рис. 5. Слежение и отображение проката в черновой группе клетей (1 — 5) стана:6 - черновой окалиноломатель; 7 - фотодатчик; 8 - датчик усилия прокат­ки; 9 - граничный фотодатчик


В качестве датчиков давления используются магнитоанизотропные
измерители усилий прокатки фирмы АСЕА (Швеция), установленные под подушку нижнего опорного валка. I

Система отображения может одновременно сопровождать в чер­новой группе стана четыре раската. Выход раската на промежу­точный рольганг фиксируется граничным фотодатчиком II. Сис­тема способна выдавать данные для трех раскатов, поступивших на этот рольганг.

Система слежения за перемещением металла в чистовой группе клетей аналогична описанной.




Рис. 6. Схема измерений технологических параметров в черновой группе клетей стана:1 — толщина раската; 2 — ширина раската; 3 — температу­ра раската;

4 - величина начального раствора валков; 5 -усилия прокатки; 6 – момент прокатки; 7 - окружная скорость валков; 8 - мощность прокатки

Опыт эксплуатации АСУТП 2 показал, что на участках стана, где происходит интенсивное парообразование и насыщение воздуха пылеобразной окалиной, надежность сигналов фотодатчиков сни­жается до 80 %, в связи с чем были разработаны и применены схемы замены и дублирования сигналов фотодатчиков сигнала­ми от систем автоматики главных приводов.

Замена или дублирование сигналов фотодатчиков сигналами дру­гих датчиков (устройств), усовершенствование логики их обра­ботки, осуществление мероприятий по изменению исходной ма­тематической модели отображения движения металла позволили избежать наложения и потерь данных при его перемещении вдоль линии стана и довести уровень надежности системы слежения до 99,7 %. Движение металла через основные технологические участки стана сопровождается цифровой индикацией его параметров на навес­ных табло и протоколированием на печатающих устройствах. Се­чения основных участков линии прокатки клетей стана, с указа­нием мест установки датчиков и наименованием измеряемых параметров, применяемых в АСУТП 2, представлены на рис. 6, 7.

Сигналы, позволяющие оценить параметры технологического про­цесса (раствор валков, давление металла на валки, момент и мощность прокатки и т. д.), поступают от соответствующих датчиков после предварительного преобразования, осуществляемого про­граммной частью системы сбора и обработки результатов изме­рений.

Сигналы, характеризующие параметры металла (температуру, тол­щину и ширину раската — полосы), поступают от блоков преоб­разования сигналов соответствующих измерительных приборов. В качестве приборов используются оптические пирометры "Ардо­метры" и цветовые "Ардоколы" с различными диапазонами из­мерений, изотопные и рентгеновские толщиномеры и шириномеры.




Рис. 7. Схема измерений тех­нологических параметров в

чис­товой группе клетей стана:I-8-см.рис.6; 9 - вели­чина

раствора валков в процессе прокатки полосы;

10усилиепротивоизгиба рабочих валков; 11 — удельное

натяжение полосы
Своевременное начало процесса измерения обеспечивает система отображения на соответствующих технологических участках стана. При этом, в черновой группе стана для каждого параметра про­изводится только одна серия замеров (серия состоит из восьми единичных замеров параметров процесса и 30 параметров металла), а в чистовой группе и на участке охлаждения полосы — мно­госерийное измерение: осуществляется так называемое сегмен­тирование полосы. Серии замеров повторяются в этом случае на каждом сегменте полосы.

Необходимость сегментирования полосы на участки объясняется резким удлинением раската в процессе его деформации в чисто­вой группе стана и связанным с этим существенным разбросом параметров технологического процесса и раската.

Система сопровождения металла технологической и производст­венной информацией способна хранить информацию о 616 слябах и 72 раскатах.

Кроме рассмотренных функций АСУТП 2 обеспечивает: переда­чу необходимой информации в локальные системы управления; ведение протокола работы оборудования или хода технологиче­ского процесса; статистическую обработку параметров процес­са прокатки, показателей качества продукции; представление не­обходимой технологической и производственной информации в АСУ цехом.

Идентификация прокатываемых полос и готовой продукции с областью памяти УВМ С-306, содержащей исходные данные и те­кущую информацию о конкретном типоразмере, стыковка УВМ с вычислительным комплексом АСУ цехом позволяет автомати­зировать управление складами горячекатаных рулонов и гото­вой продукции.

Своевременное обнаружение аварийных и предаварийных ситуа­ций определяется функционированием системы диагностики не­исправностей электрооборудования стана.

Для каждого сигнала о состоянии оборудования УВМ С-ЗО6 нахо­дится соответствующий текст, ранее введенный в массив памяти на дисках, и обеспечивает его регистрацию на печатающих устрой­ствах, установленных в диспетчерских машинного зала электро­оборудования и цеха сетей и подстанций комбината. Дежурный персонал, получая оперативные сообщения, ведет анализ состоя­ния оборудования, устанавливает причины возникновения неис­правностей и принимает меры к их устранению.

Системы управления черновой и чистовой группами клетей стана

В составе АСУТП 2 черновой группы клетей функционируют во­семь локальных систем автоматизации, которые принимают от УВМ С-306 команды для их дальнейшей отработки на исполнитель­ных механизмах. Локальные системы контролируют работу элект­родвигателей приводов вертикальных и горизонтальных валков, приводов нажимных устройств, линеек, ножниц и рольгангов, а также системы гидросбива окалины, подачи воды для охлажде­ния валков и шириномера.

УВМ С-306 используется для расчета команд на первые клети чер­новой группы (работающие в режимах раздельного или совмест­ного управления) и непрерывную группу клетей. Команды в ло­кальные системы могут быть заданы без машинного расчета (тех­ническим персоналом), с машинным расчетом в режиме советчи­ка технологу и автоматически с помощью УВМ.

^ Основной задачей УВМ С-306 является расчет распределения об­щего обжатия по толщине и ширине сляба по заданному числу активных (работающих) клетей. Цель этого расчета — получение подката требуемого размера для чистовой группы клетей стана без превышения максимального и абсолютного обжатий по тол­щине и ширине раската, а также усилия, момента и мощности про­катки.

Расчет параметров технологического процесса осуществляется по соответствующим уравнениям математической модели черновой группы клетей. Уравнения представляют собой функции, задан­ные в неявном виде относительно определяемого параметра. На­пример, величина усилия прокатки F является функцией темпе­ратуры металла, толщины сляба — раската, ширины, относитель­ного обжатия и свойств прокатываемого металла при температу­ре деформации. Вместе с тем, F является функцией взаимосвя­зи перечисленных параметров. В алгоритмах вычислений парамет­ров настройки черновой группы стана используются результаты предвари­тельных и уточняющих расчетов. параметров про­катки.

Исходными данными для определения режимов обжатий явля­ются параметры сляба и готового раската, и вместе с тем ряд ко­эффициентов коррекции, отражающих текущее состояние поверх­ности валков, колебания температуры прокатки металла, режим натяжения раската в клетях непрерывной подгруппы. Примене­ние адаптационных коэффициентов коррекции позволяет в зна­чительной мере уменьшить величину ошибки расчетов.

Программы адаптации уравнений математических моделей в чис­товой группе клетей и участка охлаждения построены по тако­му же принципу.

В результате автоматического определения ко­эффициента адаптации вся система обладает качеством само­обучения.

Точность получения заданной толщины готового подката обеспечивается корректировкой заданий локаль­ным автоматическим системам управления приводами нажимных вин­тов горизонтальных клетей, обусловленная разностью между заданным и истинным зна­чениями толщин подката.

По аналогии с горизонтальными клетями предусмотрена система расчета и управления для вертикальных клетей.

Задача формирования оптимального температурного режима про­катки, обеспечивающая получение регламентируемой температуры подката на выходе из последней клети черновой группы стана, решается методом оптимизации режима нагрева слябов.

На непрерывной подгруппе черновых клетей используется пря­мой контроль межклетевых натяжений без создания на раскате силовой петли. Принцип контроля основан на измерении гори­зонтальных сил, действующих по поверхности подушек рабочих валков со стойками станин.

Система автоматического управления скоростным режимом, со­зданная на базе датчиков горизонтальных сил, корректирует ско­рости приводов соответствующих клетей непрерывной подгруппы, исключая их влияние на межклетевое натяжение.

Основными функциями УВМ С-306 в управлении процессом про­катки в чистовой группе клетей стана являются: рациональное распределение общего обжатия подката по клетям чистовой груп­пы, определение скорости привода валков соответствующих кле­тей и ускорения всей группы с целью получения готовой полосы с требуемыми стандартом толщиной и планшетностью, а также с заданной температурой за последней клетью стана. При этом параметры процесса прокатки не должны выходить за пределы ограничений.

Управление чистовой группой клетей производится по трем ре­жимам, последовательно расширяющим возможность регулиро­вания процесса прокатки. Режим предварительной на­стройки характеризуется подготовкой чистовой группы стана к прокатке металла по результатам расчета, выполненного на осно­ве данных о подкате, находящемся на промежуточном рольганге. В режиме коррекции настройки, основанной на предыдущем рас­чете, осуществляется уточнение настройки еще не нагруженных клетей по результатам прокатки металла в первых двух клетях чистовой группы, Дополнительный расчет обеспечивает оконча­тельную настройку механизмов стана с учетом возможности кор­рекции величин растворов валков нагруженных клетей, полученной в результате расчета по параметрам процесса прокатанного участка полосы. Результаты расчета вводятся в виде заданий в системы автоматического регулирования и управления.

При предварительном расчете программы обжатий применяются эмпирические зависимости, справедливые для данного стана; та­кой подход оправдан высокой точностью моделей, хотя и требу­ет значительного статистического материала.

Исходными данными для расчета режима прокатки в чистовой группе клетей являются: стратегия прокатки; параметры раска­та, находящегося на промежуточном рольганге стана; заданные параметры готовой полосы; ряд адаптационных коэффициентов, характеризующих свойства прокатываемого металла и состояние технологического оборудования. В качестве параметров раската используются результаты замера его толщины, ширины и темпе­ратуры за последней черновой клетью стана, а в случае их отсут­ствия — расчетные значения этих величин, взятые из модели на­стройки черновой группы. Заданные значения толщины готовой полосы и температуры конца прокатки определяются из масси­ва данных соответствующей партии слябов.

Температура входа подката в чистовую группу стана определя­ется расчетом, основанием которого служат результаты измере­ния температуры раската за последней клетью черновой группы стана и расчетные потери тепла на излучение за время нахожде­ния его головной части на промежуточном рольганге.

Распределение обжатий металла по клетям чистовой группы ста­на является одним из важнейших условий получения готовой по­лосы требуемого качества.

Опыт внедрения и работы показал, что при престройках стана целесообразно для существенного перераспределения обжатий по клетям применять ручную настройку. После достижения устойчивого процесса про­катки (обычно после прокатки двух — трех полос) управление передается УВМ, которая использует результат ручной настройки в качестве базового распределения обжатий по клетям.

Основным критерием расчета скорости и ускорения процесса про­катки является требуемая температура конца прокатки. Расчет скорости прокатки для последней клети стана начинается с определе­ния предварительного значения ее в функции толщины полосы. С целью уточнения величины скорости прокатки путем увязки ее с заданной температурой конца прокатки, применяется итерационный метод, учитывающий изменения температуры полосы за счет излучения и теплообмена при изменении скорости прокатки, ак­туальную величину коррекции тепловой модели полосы, задан­ные и рассчитываемые температуры конца прокатки. Процесс итерации заканчивается, когда разница между расчетным и за­данным значением температуры конца прокатки не превышает О,75°С.

После определения скорости, обеспечивающей получение задан­ной температуры конца прокатки, выполняется расчет скоростей прокатки для всех клетей чистовой группы стана на основе равен­ства секундных объемов металла. По результатам расчета ско­рости прокатки в каждой клети чистовой группы стана опреде­ляются окружные скорости валков соответствующих клетей и обеспечивается ввод этих величин в локальные системы автома­тического регулирования.

В случае, если измеренная температура конца прокатки голов­ной части полосы отклоняется от заданной, УВМ осуществляет коррекцию скорости ее прокатки в пределах до 5 %.

Скорость прокатки хвостовой части полосы определяется, ана­логичной применяющейся для расчета скорости прокатки голов­ной части полосы. Расчетное ускорение обеспечивает повышение скорости от ее начального значения до величины, необходимой для прокатки хвостовой части полосы.

Обеспечение заданной точности прокатки полос по толщине в чис­товой группе клетей стана осуществляется с помощью систем ав­томатического регулирования толщины (САРТ). Колебания тол­щины по длине полосы обуславливаются в общем случае следу­ющими причинами: неоднородностью физико-механических свойств металла в различных сечениях по длине полосы; остыванием не-прокатанной части раската, поступающего в чистовую группу кле­тей; колебаниями натяжения в процессе прокатки, например при прокатке переднего и заднего концов; разнотолщинностью под­ката; изменением зазора между рабочими валками и др.

САРТ полосы фирмы "Сименс" относится к классу систем с воз­действием на электропривод нажимных винтов. Система вклю­чает в себя регуляторы зазора рабочих валков клетей чистовой группы и устройство выработки корректирующего сигнала по выходному толщиномеру (регулятору толщины).

В схемах позиционного регулирования применяются дискретные датчики действительного значения. Дискретные системы обеспе­чивают весьма высокую разрешающую способность и простоту калибровки. Цифровые датчики раствора валков непосредствен­но связаны со шпинделями и вырабатывают импульсы, число ко­торых пропорционально шагу винта. Импульсы, поступающие от обоих датчиков, суммируются в соответствующих счетчиках дей­ствительных значений.

По содержимому счетчиков заданных и действительных величин путем сравнения вычисляется абсолютная величина и знак раз­ности. В цифро-аналоговом преобразователе формируется с уче­том знака значение тока, пропорциональное разности между за­данным и действительным значениями пути. Зависимость между заданной величиной скорости перемещения и разностью между заданной и действительной величинами пути определяется узлом согласования.

В ручном режиме величина раствора валков может быть задана с пульта управления чистовой группой клетей стана, одновременно существует возможность ввода задания с помощью УВМ.

Поперечная разнотолщинность прокатываемого металла (планшетность) устраняется путем перекоса валков относительно сред­него положения. Перекос относительно положения до­стигается за счет подключения к регуляторам скорости дополни­тельных заданий с противоположными знаками. Величина пере­коса поступает в цифровой узел формирования разности, а затем на индикаторное устройство.

При ручном управлении нажимным устройством - без позици­онирования - счетчик заданных величин автоматически отслеживает перемещение винтов. Благодаря этому при включении по­зиционного регулятора исключается возврат нажимных устройств в первоначальное положение, в котором они находились к мо­менту перехода на ручное управление.

В системе предусмотрена полуавтоматическая калибровка, т.е. приведение в соответствие дискретного положения валков с оп­ределенным цифровым значением действительной величины. При калибровке валки сближаются до тех пор, пока не будет достиг­нуто определенное, установленное для данной клети усилие. По­роговое устройство, настроенное на заданное усилие калибров­ки, устанавливает счетчик действительных величин на соответ­ствующее число, и сближение валков прекращается. Оптический индикатор сигнализирует обслуживающему персоналу об окон­чании процесса калибровки.




Рис. 8. Зависимость между упру­гой деформацией клети и необхо­димым изменением пути нажимных устройств (ds = cdF) : he - толщина на входе; ha - тол­щина на выходе; S0 — раствор на­груженных валков; F — усилие прокатки

Системы регулирования раствора нагруженных валков и толщи­ны полосы имеют следующие особенности. Необходимая для кор­рекции нажимных устройств величина ds (рис.) образуется с помощью цифро-аналогового преобразователя. Пропорциональ­ный усилию прокатки ток поступает в согласующий усилитель, что позволяет путем изменения коэффициента усиления прово­дить согласование с модулем упругости клети.

В ручном режиме работы величина упругой деформации запоми­нается блоком памяти (15) при достижении требуемых условий — нужной толщины и правильного распределения нагрузок. При ра­боте с УВМ данные по упругой деформации и зазору ненагружен-ных валков задаются до входа полосы в стан.

Регистры памяти запоминают все изменения, происходящие в про­цессе пропуска полосы.

Особое внимание уделяется эксцентриситету валков.

Предусмотрена зона нечувствительности, в пределах ко­торой допускается изменение усилия прокатки. Настройка этой зоны имеет большое значение для точности регулирования рас­твора нагруженных валков. В практическом исполнении зона не­чувствительности реализована путем изменения чувствительности срабатывания аналого-цифрового преобразователя.

Особое место среди систем автоматического регулирования, пред­назначенных обеспечить высокую точность геометрических раз­меров полосы и требуемые физико-механические свойства, зани­мает система автоматического регулирования межклетевых натя­жений (САРН) полосы, которая в комплексе с другими локаль­ными системами и УВМ обеспечивает автоматическое ведение процесса прокатки в чистовой группе клетей.

Одно из направлений в развитии САРН на станах горячей прокат­ки — создание систем на базе электромеханических петледержателей с безредукторным приводом. Гарантированная точность поддержания величин удельных натяжений в чистовой группе клетей стана со­ставляет ±25 кН/м2.

Вследствие увеличения массы слябов увеличились длины раска­тов; прокатка полос большой длины при постоянной скорости вызывает существенное падение температуры металла, в связи с чем возникает необходимость разработки новых скоростных ре­жимов прокатки.

Возможности оборудования современного стана позволяют при­менять более высокие ускорения и конечные скорости прокат­ки, но при этом резко повышается температура конца прокатки полос и выходит за пределы верхней допустимой границы. По­этому все более полно используется система автоматического ре­гулирования температуры конца прокатки с помощью УВМ и уст­ройства межклетевого охлаждения полосы; эта система впервые реализована в СССР.

Применение межклетевого охлаждения полосы на стане (при сум­марном расходе воды до 2000 м3/ч, расходе воды в одном меж­клетевом промежутке до 500 м3/ч и давлении воды в коллекто­рах 0,6 — 0,8 МПа) позволяет повысить начальную скорость про­катки полос толщиной более 3 мм на 1,5 — 2 м/с, а прокатку по­лос толщиной до 3,5 мм вести с ускорением группы клетей 0,2 — 0,25 м/с2.


^ Система управления отводящим рольгангом и моталками стана

Комплекс оборудования выходного участка стана состоит из от­водящего рольганга, моталки, машин обвязки и маркировки ру­лонов.

Приводы рольганга обеспечивают безупреч­ную транспортировку полосы. Для этого система вырабатывает точные данные о ее скорости.

Коррекция осуществляется во время прохождения переднего кон­ца полосы по фиксированному отрезку отводящего рольганга. Полученный поправочный коэффициент вводится в узел согласо­вания и используется аналоговой системой регулирования и устройством отображения пути.

жение отводящего рольганга способствует тому, чтобы полоса на рольганге оставалась распрямленной. Как только моталка за­хватывает конец полосы, опережение исключается, и рольганг ра­ботает без натяжения и подтормаживания полосы. После выхода заднего конца полосы из последней клети ее скорость снижается.

При прокатке с ускорением клети чистовой группы после выхода заднего конца полосы тормозятся до скорости заправки следую­щей полосы. Узел заданных значений скорости для хвостовой час­ти стана (рольганг и механизмы моталок) незадолго перед выхо­дом заднего конца полосы из чистовой группы переключается на запоминающее устройство для хранения заданий. Узел ото­бражения пути следит за положением заднего конца полосы на рольганге и переводит отдельные группы на скорость, опере­жающую скорость последней клети. Таким образом достигается короткая пауза между полосами.

При повышенных скоростях торможение полосы проводится на рольганге, вычислительное устройство определяет необхо­димый момент начала торможения, и конец полосы входит в мо­талку с заданной скоростью. Секции рольганга, на которых еще находится полоса, тормозятся синхронно с механизмами мотал­. Ско­рости скорости задаются для отдельных групп рольганга с учетом опережения, син­хронной работы или запаздывания по командам устройства уп­равления.

На отводящем рольганге стана происходит активное формирова­ние качества горячекатаных полос. Принудительное охлаждение прокатанных полос обеспечивает получение требуемой микро­структуры и заданных механических свойств металла.

Управление режимом охлаждения полос осуществляется автома­тической системой фирмы "Сименс". Совокупность надежной работы оборудова­ния и эффективной системы автоматического управления про­цессом охлаждения полос позволяет получить продукцию высо­кого качества при высокой производительности стана.

Слежение за сегментами полосы на участке охлаждения осуще­ствляется аналогично слежению за прокатом в чистовой группе стана. На риспредставлена схема измерений тех­нологических параметров, обеспечивающих отображение полосы на отводящем рольганге.

Управление режимом охлаждения полос, прокатанных на стане, выполняется с помощью УВМ. Она определяет: количество открытых вентилей для подачи охлаждающей воды на полосы за­данного сортамента, уровень открытия задвижек, температурный профиль полосы (распределение температуры металла по длине полосы), момент начала и интенсивность принудительного охлаж­дения в условиях неустановившейся скорости прокатки.

Общий расход воды, необходимый для охлаждения полосы до заданной температуры, определен теоретически и эксперименталь но.

На основе результатов расчета времени охлаждения полосы при данной ско­рости ее перемещения по отводящему рольгангу УВМ определяет количество открытых вентилей и уровень подъема их задвижек. При этом УВМ учитывает величину коэффициента теплообмена а между полосой и водой, определенную экспериментально.

Данные для отработки температурного профиля полосы, момен­та начала ее охлаждения и интенсивности этого процесса УВМ по­лучает в виде кодов, представляющих в зашифрованном виде ре­зультаты исследований оптимальных режимов охлаждения полос.

Код процесса охлаждения представляет собой трехразрядное чис­ло: первый разряд означает график охлаждения, который необ­ходимо применить для получения заданного температурного про­филя по длине полосы; второй — устанавливает номер первого открытого вентиля; третий — определяет матрицу работающих источников естественного и принудительного охлаждения.

При расчете используется математическая модель пластины твер­дого тела неограниченной площади. Исходными данными для рас­чета режима охлаждения полос являются выходные параметры модели настройки чистовой группы клетей: толщина и ширина готовой полосы, температура конца прокатки, скорость и уско­рение процесса прокатки (величины этих параметров уточняют­ся после выхода головной части полос на отводящий рольганг). Требуемая температура смотки полос и код охлаждения опреде­ляются из заданного массива данных на партию металла.

В результате определенного количества циклов расчета УВМ опре­деляет состояние, в которое должны быть приведены вентили в процессе охлаждения полосы. При этом учитывается изменение скорости прокатки и заданный температурный профиль полосы.

Полученную таким образом матрицу состояния вентилей в про­странстве и времени УВМ применяет для динамического ввода задания в локальную систему автоматики участка охлаждения по мере выхода полосы на отводящий рольганг стана. Возмож­ная погрешность предварительного расчета параметров охлажде­ния полос, вызванная применением экспериментально получен­ных значений коэффициента теплообмена, компенсируется достаточно гибкой системой адаптации по результатам замера темпе­ратуры полос до свертывания ее в рулон. Полученные в резуль­тате адаптации коэффициенты коррекции применяются в урав­нениях математической модели для расчета параметров процес­са охлаждения следующей полосы.

В конце первого и второго участков охлаждение полосы осуще­ствляется с помощью прецизионных зон. По результатам изме­рений температуры полосы перед свертыванием в рулон опреде­ляется необходимость включения (выключения) дополнитель­ных вентилей зон прецизионного охлаждения.

Применение УВМ для автоматического управления процес­сом охлаждения полос на отводящем рольганге стана 2000 созда­ет благоприятные условия для производства горячекатаной стали в соответствии с требованиями стандартов и технических усло­вий: максимальное отклонение температуры свертывания метал­ла в рулоны (на 95,5 % длины полосы для первой группы мота­лок и на 99,5 % длины для второй группы моталок) от заданного значения составляет ±20°С и от среднего значения по длине поло­сы ±17°С.

После прокатки в чистовой группе клетей и принудительного ох­лаждения на отводящем рольганге стана полосы подаются к одной из двух групп моталок. Процесс свертывания горячекатаных по­лос на моталках стана характеризуется большим ускорением и вы­сокими скоростями.

Автоматизация процессов свертывания полосы и маркировки руло нов обеспечивает эффективное управление: скоростным режимом и точным остановом барабанов моталок, механизмами моталок, кантователями, приемниками и маркировщиками рулонов.

Для захвата полосы моталкой необходимо, чтобы окружная ско­рость барабана намотки на холостом ходу была больше скорости полосы. При входе переднего конца полосы последний обводится роли­ками намотки вокруг барабана, при этом вследствие трения бара­бан затормаживается до скорости полосы. Полоса расправляется и происходит ее натяжение. В процессе намотки натяжение поло­сы остается постоянным, независимо от изменения диаметра ру­лона и скорости полосы, как при ускорении, так и замедлении (останове). Эти требования удовлетворяются при помощи регу­лирования момента вращения изменением тока приводного двигателя. Ре­гулирование частоты вращения до основной скорости проводится как через напряжение питания якоря, так и через напряжение возбуждения электродвигателя.

Регулирование момента вращения сменяет регулирование частоты вращения, как только при паде­нии оборотов двигателя моталки разница между заданной и фактической величинами достигает такого по­казателя, при котором происходит перерегулирование частоты вращения.

Отдельные компоненты момента вращения об­разуются в решающей схеме на основе заданных цифровых дан­ных полосы и диаметра рулона.

Состав­ляющие момента вращения определяются следующим образом:

момент натяжения Мz = bdR;

момент изгиба

момент разгона

момент трения

Здесь b - ширина полосы; d - толщина полосы; - напряжение натяжение полосы; предел текучести; R — ра­диус рулона; R0 - радиус барабана; Jн - момент инерции мо­талки; MR0 — момент трения, измеренный перед входом поло­сы (на холостом ходу); dv/dt — ускорение или запаздывание полосы; С — коэффициент для учета доли трения от рулона; mb — масса рулона; р - плотность.

После окончания процесса намотки барабан моталки останавли­вается таким образом, что конец полосы находится в зоне при­жимных роликов тележки рулона, которые удерживают конец полосы при отведении роликов намотки и сталкивании рулонов с барабана моталки.

Обеспечение подачи полосы в нужную пози­цию независимо от скорости полосы и диаметра рулона дости­гается тормозной автоматикой с цифровым управлением и регу­лированием угла. Счетчик пути задает путь конца полосы. Решающая схема определяет тормозной путь так, чтобы ко­нец полосы при постоянном замедлении ограничителя ускорения проходил через подающий ролик с одной определенной ско­ростью. Вентиль совпадения сравнивает расчетный тормоз­ной путь с позицией, которую занимает конец полосы и, при их совпадении, подает команду наматывающему устройству на тор­можение. Необходимые еще для транспортировки полосы груп­пы рольганга, подающий ролик, барабан моталки и ролики намот­ки затормаживаются синхронно, причем натяжение полосы меж­ду подающим роликом и барабаном сохраняется.

Когда конец полосы проходит подающий ролик, он вновь переключается на скорость прокатки плюс упреждение, а привод барабана вклю­чается для регулирования угла с целью позиционирования конца полосы.

Угловой регулятор выдает заданную величину скорости в зависимости от оставшейся для прохождения величины угла и соответствующего момента инерции моталки так, чтобы незави­симо от размеров рулона привод останавился по оп­тимальному варианту. Счетчик пути вращения устанавливается сначала на расстояние "подающий ролик — рулон" и под­счет производится при помощи импульсов, зависящих от пути, в направлении нуля, а затем переключается на угловые импуль­сы, постоянно следя за концом полосы. Если при "нуле" счет­чика вращения привод моталки не может занять заданной пози­ции, , то с помощью регулятора угла вращения моталка осу­ществляет еще один оборот и затормаживается в пределах задан­ного угла.








Скачать файл (2863.6 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации