Загальні відомості про широкосмугові стани гарячої прокатки та їхню автоматизацію
Лекція № 51
Автоматизація широкосмугових станів гарячої прокатки. Загальні відомості про широкосмугові стани гарячої прокатки та їхню автоматизацію
1Загальні відомості про широкосмугові стани гарячої прокатки та їхню автоматизацію
2 Принципи побудови АСУ ТП широкосмугових станів гарячої прокатки.
Загальні відомості про широкосмугові стани гарячої прокатки та їхню автоматизацію
Устаткування сучасного широкосмугового стану гарячіше прокатки ділиться на основні технологічні групи: устаткування пічної ділянки; чорнова група клітей; чистова група клітей; пристрої для змотування і прибирання рулонів; допоміжне обладнання.
Початковою заготівкою на сучасних станах служать, звичайно, литі сляби, що поступають з відділення безперервного литва заготовок конверторного цеху. До складу устаткування пічних ділянок входять: завантажувальні візки для слябів, підйомні столи із зіштовхувачами, ваги для зважування слябів, зіштовхувачі у печей, приймачі нагрітих слябів, завантажувальний і приймальний рольганги.
Сляби нагріваються до температури прокатування в нагрівальних печах.
На завантажувальні пристрої нагрівальних печей сляби подаються або рольгангами з відділення складування і зачистки, або мостовими кранами і кліщовими захопленнями.
Із завантажувальних пристроїв сляби подаються поодинці на завантажувальний рольганг, зважуються і транспортуються до нагрівальних печей.
Нагріті сляби спеціальними приймачами витягуються з печей на приймальний рольганг стану і подаються до чорнової групи клітей.
Компоновка чорнової групи клітей вельми різноманітна і може містити одну-дві реверсивні кліті і три-чотири безперервні кліті, причому останні три кліті у найбільш сучасних станів об'єднують в безперервну групу з одночасним плющенням сляба у всіх клітях. Обтискання по ширині в чорновій групі може досягати 250мм, по товщині 300мм.
Для забезпечення необхідного температурного режиму прокатування в останніх клітях чорнової групи може вестися з прискоренням до 0,25 м/с2. В процесі прокатування проводиться збивши окалини водою високого тиску. Товщина смуги на виході з чорнової групи клітей складає 30-50 мм.
До складу чистової групи клітей входять: сім-вісім чотиривалкових клітей, чистовий окалиноламач, летючі ножиці з механізованим прибиранням обрізі, установка гідрозбиву окалини, установка автоматичної перевалки валків і інше устаткування.
У клітях чистової групи здійснюється плющення смуг до заданої товщини. Перед завданням в чистову групу передній і задній кінці смуги обрізають на летючих ножицях. Від ножиць смуга поступає в чистовий окалиноламач і далі в безперервну групу клітей.
Прокатування в чистовій групі клітей проводиться з прискоренням до 1 м/с2, при цьому заправка переднього кінця смуги в моталку виконується на швидкості до 10-11 м/с.
Для вирівнювання температури кінця прокатки по довжині смуги при збільшенні заправної швидкості і прискорення застосовується примусове охолоджування металу водою у міжкліттєвих проміжках чистової групи. З метою забезпечення необхідних розмірів смуги в поперечному перетині чистові кліті обладнали пристроями противигину валків.
Натягнення смуги між чистовими клітями підтримується електромеханічними (або гідравлічними) петлеутримувачами.
До складу устаткування ділянки змотування і прибирання рулонів входять: відвідний рольганг з системою охолоджування смуг перед змоткою; дві групи моталок; пристрій для автоматичного обв'язування рулонів; ваги; пристрій для автоматичного маркування рулонів; транспортери і передавальні пристрої для транспортування рулонів.
Перша група моталок розташовується поблизу чистової групи клітей і призначається для змотування смуг товщиною 1,2-2 мм.
Друга група, розташована на відстані порядку 150 м від останньої чистової кліті, призначена для змотування смуг товщиною 2-12 мм. На сучасних станах іноді встановлюють і третю групу моталок для змотування товстих смуг.
Смуга після чистової групи клітей по відвідному рольгангу подається до моталок. На відвідному рольгангу смуга охолоджується водою, душирующою установкою, що подається, зверху і знизу. Кількість води, що подається на смуги, регулюється залежно від перетину, температури і швидкості руху смуги.
Після змотування рулони передаються на конвеєр, обв'язуються, зважуються, маркіруються і транспортуються для подальшого переділу в цехи холодного плющення і відділенні обробки гарячокатаних рулонів.
На безперервних широкосмугових станах прокатують рядові вуглецеві стали, високовуглецеві і леговані стали, ті, що не іржавіють стали, стали для газопроводів і ін.
Смуги, що прокатуються на стані, повинні відповідати означеним вимогам, до яких належать: допустима подовжня і поперечна різнотовщинність смуги; разноширінність і планшетність смуги; задана структура металу, визначувана в основному температурно-швидкісним режимом плющення.
Можливі відхилення розмірів слябів, що поступають на стан, знаходяться в межах ±5-10 мм по товщині ±1% по ширині ±2мм по поперечній різнотовщинністі.
Температура нагріву слябів в печах знаходиться в межах 1200-1320°с з відхиленнями, що допускаються ±15° З по довжині сляба і ±10° З по перетину сляба.
Температура гуркоту перед чистовою групою повинна складати 1000-1050°с, перепад по довжині гуркоту не більш 10°с. Температура смуг в кінці плющення (на виході з чистової групи клітей) може знаходитися в межах 730-950° Із залежно від товщини і марки стали; точність підтримки заданої температури повинна складати ±5-10° С.
Температура смуги перед змотуванням в рулон знаходиться в межах 500-650°С; точність підтримки заданої температури ±5-10°С.
Величина середньоквадратичного відхилення товщини смуги, що допускається, на виході стану від заданого значення 0,02мм, ширини смуги 2,5мм, поперечної різнотовщинності 0,01мм. Телескопічність гарячекатаних рулонів повинна бути не більш 5-10мм. Вказані допуски можуть бути забезпечені тільки комплексною автоматизованою системою управління технологічним процесом на стані із застосуванням обчислювальних машин, що управляють.
2 Принципи побудови АСУ ТП широкосмугових станів гарячої прокатки.
Основна тенденція розвитку сучасних широкосмугових станів (ШПС) гарячого плющення та ж, що і всього сучасного машинобудування в цілому, - зростання продуктивності (потужності) ШПС за рахунок створення механо- і енергоємніших конструкцій станів і збільшення точності процесу плющення за рахунок поліпшення технології плющення і автоматизації станів.
Зміна поколінь вітчизняних і зарубіжних ШПС відбулася в 60-і роки. Були введені в дію нові ШПС, що відрізняються високою продуктивністю (до 6,0 млн. т/рік), великою масою слябів (до 45 т), високою швидкістю плющення (до 20-23 м/с), значним діапазоном прокатуваної товщини (1,2-16 мм), значними прискореннями при плющенні (до 1,0 м/с2) і іншими особливостями.
Крім того, були значно модернізовані действующие ШПС.
Енергоозброєність станів склала 600 тис. кВт і більш. Посилилися вимоги до механічного обладнання (збільшилася жорсткість клітей до 500- 700т/мм), були досягнуті безлюфтові і малогістерезисні передачі в клітях, виконані безредукторні передачі в клітях від електроприводу до механічного устаткування і багато що інше, ускладнилися вимоги до електроустаткування (ширше застосування керованого електроприводу, збільшення діапазону регулювання електроприводів, їх більшу керованість і ін.).
Підвищення вимог до точності прокату і значна маса слябів привели до необхідності покращення процесів нагріву слябів в нагрівальних печах, поліпшенню температурного режиму при плющенні смуг на всій лінії стану і особливо в чистовій групі клітей.
До перших вітчизняними ШПС гарячого плющення нового покоління відносяться стани 2000 НЛМЗ, 1700 Карагандінського металургійного заводу. Після реконструкції до цих станів буде наближений стан 2500 ММК.
Подальшою модифікацією і визначеним розвитком станів цього покоління є стан 2000 Череповецького металургійного заводу.
Перший досвід комплексної автоматизації ШПС 2000 НЛМЗ дав високі результати по точності регулювання технологічних параметрів і зростанню продуктивності станів. Досягнута точність плющення: стандартне відхилення по товщині 0,025 мм, по ширині 2,5-5,0 мм. При комплексному вирішенні проблеми регулювання технологічних параметрів успішно упроваджені, працюють і отримують подальше розповсюдження такі автоматичні системи, як система регулювання товщини смуги, система регулювання натягнення смуги, система управління розгоном стану і ін.
При цьому отримали розвиток і власне системи управління електроприводами механізмів в сенсі формування їх статичних і динамічних характеристик. Така система, як система електричної синхронізації натискних гвинтів на ШПС гарячіше прокатки, вперше отримала право на існування, стала найважливішим елементом забезпечення надійної роботи стану.
Автоматичне управління роботою стану в більшості випадків починається від завантаження слябів в нагрівальні печі і закінчується зважуванням, маркуванням і транспортуванням готових рулонів.
У склад АСУ ТП станом входять локальні (аналогові і цифрові) системи регулювання окремих параметрів і обчислювальні машини, що управляють. При цьому дотримується ієрархічна побудова АСУ ТП:
1. Нижній рівень - локальні системи регулювання і позиційні регулятори.
2. Середній рівень - обчислювальні машини (одна або декілька), керівники виконавчими механізмами і локальними системами регулювання технологічних параметрів.
3. Верхній рівень – управляюча обчислювальна машина, яка планує роботу всього цеху і входить в АСУП.
Загальна тенденція розвитку сучасних АСУТП ШПС йде у напрямі застосування багатомашинних ієрархічних структур управління, як найбільш гнучких і надійних. Все частіше почало використовуватися пряме цифрове регулювання окремих технологічних параметрів.
ОСНОВНІ ФУНКЦІЇ І СТРУКТУРА АСУ ТП ШИРОКОСМУГОВИХ СТАНІВ
1. Планування плющення слябів.
2. Стеження за слябами по всій лінії стану.
3. Управління темпом плющення.
4. Управління завантаженням слябів в нагрівальні печі і видачею з них.
5. Управління тепловим режимом нагрівальних печей.
6. Управління режимами обтискань в реверсивних клітях чорнової групи.
7. Регулювання швидкості і ширини смуги в безперервної чорнової групи клітей.
8. Управління ножицями перед чистовою групою клітей.
9. Пряме цифрове регулювання технологічних параметрів смуг в чистовій групі клітей: товщини, профілю, форми, натягнення, ширини і температури смуги.
10. Управління душируючою установкою прискореного охолоджування смуги.
11. Управління режимами роботи моталок: натягненням і точним остановом.
12. Транспортування і маркування рулонів.
13. Перебудова всіх механізмів і швидкісного режиму стану.
14. Оптимізація режимів роботи стану для забезпечення максимальної продуктивності і високого якості прокату.
15. Збір і обробка технологічної інформації для адаптації алгоритмів регулювання і початкової настройки.
16. Збір і обробка інженерною і виробничої інформації, облік об'єму і якості продукції, що випускається.
17. Формування супровідної документації.
18. Контроль і діагностика несправностей засобів автоматики і обчислювальної техніки.
19. Діагностика роботи устаткування стану, прогнозування, контроль і фіксація виникаючих аварійних ситуацій.
Структурна схема АСУ ТП сучасного широкосмугового стану представлена на мал. 1.
Для управління механізмами і швидкісними режимами стану застосовуються локальні системи, виконані у вигляді аналогових, цифрових пристроїв або мікропрограмних автоматів. З їх допомогою ведеться регулювання окремих параметрів по всій лінії стану: натягнення (швидкості) ширини смуги в чорновій групі, товщини, профілю, натягнення в кожному міжклеттєвому проміжку, охолоджування смуги в проміжках між клітей, швидкісного режиму в чистовій групі клітей, швидкісного режиму, натягнення і точного останова моталок.
Мікропрограмні автомати, а також локальні системи спільно з датчиками технологічного контролю складають нижній рівень автоматизації, який керується від середнього або верхнього рівня і резервований по основних функціях середнім рівнем.
На середньому рівні встановлюються три (або два) обчислювальні комплекси (М-7000, См2) для управління нагрівальними печами і чорновою групою клітей, для управління чистовою групою клітей, душируючою установкою і моталками. Основні функції середнього рівня зводяться до початкової настройки, регулюванні технологічних параметрів прокатки в чистовій групі клітей, збору і обробці технологічної інформації.
Верхній рівень АСУ ТП призначений для планування прокатки, супроводу металу по лінії стану, збору і обробки виробничої інформації, обліку продукції і виконання інших аналогічних функцій. Як УВМ верхнього рівня передбачений ВК типу М-7000, УВМ верхнього рівня пов'язана з АСУ П цеху і заводу.
Малюнок 1 - Структурна схема АСУ ТП широкосмугового стану гарячої прокатки:
I - III- верхній, середній і нижній рівні автоматизації; 1 - склад слябів; 2 - нагрівальні печі; 3 - реверсивна чорнова група клітей;
4 - безперервна чорнова група клітей; 5 - проміжний рольганг; 6 - летючі ножиці; 7 - безперервна чистова група клітей; 8 - система охолоджування смуги; 9 - моталки, механізми для прибирання, маркування і упаковки рулонів: 10 - склад слябів; 11 - локальні системи або мікропрограмні автомати для регулювання технологічних параметрів і положення механізмів стану; 12 - УВМ оптимізації і регулювання технологічних параметрів; 13 - УВМ збору і обробка інформації і початкової настройки стану; 14 - УВМ планування і обліку продукції