Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
АТТУ и К
Автоматизация прокатного производства.
Литература.
1. Выдрин В.М., Федосенко А.С. «Автоматизация прокатного производства», 1984г.
2. Афанасьев В.Д. «АЭП в прокатном производстве».
3. Кулябин Т.Т., Шестаков «АЭП прокатных станов и автоматизированные системы управления технологическими процессами».
4. Капунцов В.Д., Ересеев В.А. «Электрооборудование и ЭП промышленных установок».
5. Фомин Г.Г. «Механизация и автоматизация широкополосных станов горячей прокатки».
6. Фотиев М.Н. «ЭП и электрооборудование в металлургическом цеху»
Основные сведения о прокатном производстве.
В металлургической промышленности прокатное производство является одним из основных технологических процессов обработки металла давлением, наиболее широко используется система автоматизированного электропривода.
Прокатный цех является основным при завершении технологической обработке металла в металлургической отросли. В состав прокатного цеха входят: прокатный стан, механизмы для подготовки металла к прокатке, механизмы обработки готовой продукции и различные вспомогательные службы.
Прокатный стан – сложное устройство, состоящее из большого количества механизмов, объединенных одной технологической линией. В прокатных станах имеются главные механизмы: прокатные клети; рабочие валки; вспомогательные механизмы, обеспечивающие непрерывность технологического процесса. Главные механизмы, предназначенные для обработки металла в одной или нескольких клетях прокатного стана, обеспечивают обжатие металла и придают ему требуемое сечение и форму готовой продукции.
Вспомогательные механизмы, предназначенные для перемещения рабочих валков, транспортировки и резки металла и других операций, обеспечивающие определенную последовательность технологического процесса прокатки.
Классификация прокатных станов и клетей: по назначению; по числу и расположению клетей; по числу и расположению валков; по режиму работы клетей;
По назначению прокатные станы разделяются на:
По числу и расположению клетей: одноклетьевые и многоклетьевые.
Одноклетьевые используются как обжимные, реверсивные толстолистовые станы горячей прокатки и реверсивные станы холодной прокатки, направление прокатки в которых меняется. И трубные прошивные станы, направление в которых не меняется.
Многоклетьевые станы применяются для прокатки сортового илистового металла, труб и т.д.
По расположению клетей:
Станы подразделяются на последовательные(а); линейные(б); непрерывные(в); полунепрерывные(г); зигзагообразные(д).
Последовательные станы состоят из нескольких клетей, расположенных последовательно одна за другой, а прокатка металла в каждой из клетей происходит отдельно. Каждая клеть имеет свой двигатель для вращения рабочих валков.
Линейные состоят из нескольких клетей, валки которых вращаются от одного ЭД, направление прокатки меняется.
Непрерывные имеют ряд клетей расположенных последовательно, имеющих в своем составе группу клетей, в которых прокатываемый металл находится одновременно в двух или нескольких клетях. Направление прокатки не меняется.
Полунепрерывные имеют в своем составе непрерывную группу клетей, и направление прокатки изменяется.
Зигзагообразные имеют в своем составе непрерывную и линейную группу.
По числу и расположению валков.
По количеству валков клети делятся на двух, четырех и многовалковые. Приводными являются, как правило, приводные валки, в которых в которых происходит обжатие металла. В многовалковых в качестве приводных используются как рабочие так и опорные валки.
По расположению валков клети исполняются с горизонтальными, вертикальными и косыми валками. Некоторые клети имеют как горизонтальные так и вертикальные валки.
Двухвалковые и трехвалковые применяются в тех случаях, когда отношение диаметра рабочего валка к его длине больше 0.4, что обеспечивает достаточную жесткость валка на изгиб. Такие клети устанавливаются на обжимных, сортовых, трубных станах.
Четырехвалковые клети, кроме двух рабочих используют два опорных, приводными являются рабочие валки. В зависимости от мощности привода используется один или два двигателя, соединенных механически на одном валу.
6-ти, 12-ти, 20-ти валковые клети, кроме 2-х рабочих валков имеют 4, 10, 12 соответственно опорных валков, обеспечивающих высокую жесткость рабочих валков. Такие клети служат для прокатки тонкой ленты.
Электрические машины основного прокатного оборудования.
В прокатном производстве для привода рабочих валков клетей большинство станов используют ДПТ, получающих питание от ТП.
Условие работы ЭП прокатных станов особенно реверсивных, предъявляют высокие требования к электрическим машинам. Для получения наилучших динамических показателей при заданной установленной мощности треб. машины с пред. характером, высоким КПД и максимальной надежностью в эксплуатации. Для привода валков клетей использующих двигатель на мощности от 10 до 1000 кВт с большим диапазоном скоростей. В установках до 200 кВт используются в основном серийные двигатели, а для установок большой мощности разрабатываются специальные двигатели. При проектировании больших электрических машин исходят из предельной мощности по коммутации, причём, чем больше радиус якоря, тем выше эти показатели. Однако увеличение радиуса якоря приводит к увеличению момента инерции, что приводит к использованию 2-х якорного ЭД на многих механизмах прокатных станов.
Реверсивные станы горячей прокатки. Устройство и технологический режим.
Реверсивные станы горячей прокатки предназначены для предварительного обжатия горячего слитка. В основном это обжимные и рельсобалочные станы, имеющие одну рабочую клеть, которая обеспечивает многопрокатное обжатие заготовки по требуемому размеру. Кроме того реверсивные двигатели могут входить в состав крупносортовых, полунепрерывных сортовых, листовых станов. Основной особенностью ЭП рабочих валков клетей – попеременное вращение двигателя в обе стороны для осуществления прокатки стана за несколько пропусков.
Комплекс реверсивного стана горячей прокатки кроме рабочей клети входят нагревательные колодцы, слитковозы, рольганги, поворотный стол, ножницы и др. механически объединенные одной механической линией.
Технологическая линия блюминга:
Нагрев до t 1000-1250 °С слиток 1 из нагревательных колодцев 2 транспортируется специальными тележками, слитковозами 3 к приемному рольгангу 4, откуда посредством подвода 5 и удлинителя 6 рольгангов доставляются на рабочий рольганг 7. Перед подачей слитков в клеть 9 оператор устанавливает с помощью нажимного устройства необходимый раствор валков. Затем включает привод переднего рабочего рольганга 7 и двигатель рабочих валков таким образом, чтобы в момент входа металла в валки их скорость соответствовала нормальным условиям захвата. Как правило эта скорость ниже скорости прокатки, поэтому после захвата металла происходит дальнейшее его увеличение скорости к валку и двигатель в это время преодолевает момент статического сопротивления и инерцию движущих масс. В конце пропуска двигатель включается на торможение с таким расчетом, чтобы скорость выброса металла из валков не была слишком большой, и слиток далеко не уходил от рабочей клети. Обычно скорости захвата и выброса металла приблизительно равны. После выхода слитков из валков включается нажимное устройство для получения нужного раствора. Затем двигатель главного привода включается в обратном направлении для дальнейшего пропуска.
Для уменьшения времени нагрузки необходимо, чтобы перемещение нажимного устройства и реверс рольганга и рабочих валков производился одновременно и за минимальное время. После 2-го, 4-го и других четных пропусков заготовки попадал на передний рабочий рольганг 7 и здесь, если это необходимо, она контролируется на 90° при помощи контователя или перемещается при помощи линейного манипулятора 8. Общее количество пропусков при прокатке одного слитка составляет от 3 до 19, в зависимости от стана и размера заготовки. После окончания прокатки металл транспортируется рольгангом 10 и подается к ножницам 11, где отрезаются имеющие неправильную форму передние и задние концы проката и осуществляется порез на ровные длины.
Требования, предъявляемые к ЭП прокатных станов.
Производство реверсивных станов во многом зависит от времени протекания п/п главного привода валков и вспомогательных ЭП. Общее время прокатки состоит из машинного времени, когда металл находится валках и времени пауз, определяется продолжительностью работы вспомогательных механизмов для подготовки к очередному пропуску. Средняя продолжительность пауз между отдельными пропусками составляет 1.5÷1.6 сек. Средняя скорость захвата и выброса металла от 1 до 4.5 рад/сек. Отсюда следует, что реверс главного привода после выхода слитков из валков и достижении скорости захвата за среднее время паузы равного 1.5 сек. происходит со средним ускорением и замедлением 4-7 рад/сек.2
Максимальное значение динамического момента на современных станах выбирается примерно равным Mном двигателя, что позволяет большую часть перегрузки момента двигателя используется на преодоление станом сопротивления возникающего при обжатии металла.
В процессе разгона рекомендуется равноускоренный или равнозамедлённый режим управления, интенсивность которого может изменяться автоматически при перегрузке ЭД. Исходя из технологического процесса прокатки на реверсивных станах система электрооборудования главного ЭП предъявляет следующие основные требования:
В соответствии с этими требованиями для главных приводов клетей и реверсивных станов применяются ДПТ с 2-х зонным регулированием, т.е. идет регулирование по току и по напряжению якоря, затем ток возбуждения, когда скорость достигает номинальной величины.
В зависимости от длины прокатываемой заготовки характерны различные графики изменения скорости валков.
Треугольный график характерен для 1-ых пропусков, когда слиток короткий и скорость двигателя при прокатке на выходе достигает номинального значения.
Трапечиидальная зависимость характерна для прокатки средней по лине заготовок, установленное значение скорости обычно равно номинальному значению напряжения. В последних пропусках, когда заготовка достигает значительной длинны, для уменьшения времени прокатки целесообразно снижения магнитного потока двигателя.
Принципы построения схемы управления. Функциональная схема управления групповым приводом валков реверсивного стана.
В схеме ЭП рабочих валков реверсивного стана можно выделить 4 основных узла:
Рассмотрим функциональную схему управления групповым приводом валков реверсивного стана.
Якорь двигателя М и ОВ LOB питается от тиристорных преобразователей PR и PRV. Уровень скорости задается командоаппаратом KA. Схемы управления напряжением и возбуждением двигателя изменяют напряжение и поток двигателя с заданной интенсивностью. Узел разделения режимов осуществляет связь между работой схем управления напряжением Uя и возбуждением двигателя давая разрешение на работу схемы управления напряжения только при номинальном потоке. А на работу схемы правления возбуждением только при номинальном напряжении двигателя. Благодаря работе этого узла при разгоне поле двигателя начинает ослабляться только после того как напряжение на двигателе достигло величины близкой к номинальной. А при торможении номинальное напряжение на двигателе поддерживается до тех пор, пока поток двигателя не достигнет номинальной величины. Такой порядок работы схемы позволяет получить максимальную производительность стана при минимальных потерях прокатных двигателей. Узел ограничения тока предохраняет двигатель от перегрузки, ограничивает ток якоря в соответствии с перегрузочной способностью двигателя (по току). Уставка узла ограничения тока снижается по мере уменьшения тока возбуждения двигателя. При ослабленном поле двигателя регулятор тока действует сначала в сторону его усиления, а затем, если по достижении номинального тока перегрузка не исчезла, на уменьшение напряжения на двигателе. При управлении индивидуальным приводом валков реверсивного стана, к перечисленным выше узлам схемы управления добавляют схемы выравнивания нагрузок и согласований скоростей двигателя.
В процессе прокатки в обжимных станах не редко возникают изгибы металла вследствие: различных температур верхней и нижней сторон заготовки; величины статического перехода и т.д.
Наиболее не благоприятен изгиб металла вниз, при котором возможна поломка рабочего рольганга. Для устранения изгиба металла вниз следует поддерживать требуемое соотношение скоростей валков при холостом ходе. Причем, целесообразно до захвата металла поддерживать скорость нижнего валка несколько выше скорости верхнего. Что обеспечивает при прокатке небольшой прогиб металла вверх. При захватывании металла валками наибольшее значение имеет выравнивание нагрузки между двигателями. В промышленности применяют схемы с воздействием на напряжение якоря и возбуждение двигателя. В обеих схемах в процессе выравнивания нагрузок более загруженный двигатель уменьшает скорость, а менее нагруженный увеличивает. Уравнительные схемы с возбуждением на напряжение двигателей выравнивают нагрузочные токи якоря и моменты первого и второго ЭД. При этом изменяется соотношение мощностей отдаваемых двигателем. Уравнительные схемы с воздействием на возбуждение двигателя выравнивают нагрузочные токи и мощности. При этом меняется соотношение моментов двигателя. Рассмотрим уравнительную схему с воздействием на напряжение генераторов питающих двигатели.
Схема выравнивания нагрузки по напряжению якоря.
!!!В схеме уравнительный преобразователь УП включает в диагональ моста, его плечами являются возбудители генератора BP1 и BP2 и обмотки возбуждения генераторов LOG1 и LOG2.
Усилитель УП имеет три обмотки: две обмотки – обратные связи по току двигателей Lom1 и Lom2, и обмотку управления соотношения скоростей LS.
При согласовании синхронных двигателей М1, М2 по обмотке LS ток не протекает. В случае рассогласования по обмотке протекает ток, стремящийся увеличить напряжение усилителя УП и действует таким образом, что увеличивает ток в обмотке возбуждения генератора, имеющую меньшую ЭДС.
Обмотки Lom1 и Lom2 подключенные на компенсационную обмотку Lko и дополнительные полюса LD и действуют встречно друг другу. Результирующая намагничивающая сила этих обмоток при равных токах в цепи двигателей ровна нулю. При расхождении токов двигателей разность намагничивающих сил обмоток Lom1 и Lom2 вызывает появление на зажимах УП такой полярности при которой ток возбуждения генератора более загруженного двигателя уменьшается, а ток возбуждения менее загруженного генератора увеличивается. В результат е этого происходит выравнивание нагрузки. На рисунке указанная полярность усилителя УП соответствует случаю когда двигатель M2 более загружен чем двигатель М1.!!!
Уравнительная схема с воздействием на возбуждение двигателей.
Обмотка возбуждения двигателей Loм1, Loм2 питаются от возбудителей ВД1, ВД2. При равных токах двигателей, результирующая намагничивающая сила токовых обмоток ровна нулю. И усилитель УП не оказывает воздействия на цепи возбуждения двигателей. В случае рассогласования нагрузок возникает результирующая намагничивающая сила токовых обмоток, создающая ЭДС усилителя УП такой полярности при которой ток возбуждения более нагруженного двигателя увеличивается, а менее нагруженного уменьшается. Это приводит к снижению тока якоря более нагруженного двигателя и к увеличению тока менее нагруженного.
Электрооборудование и электропривод непрерывных вставок
Основная особенность непрерывного процесса прокатки – движение прокатываемого металла в одном направлении и нахождение его в валках нескольких клетей одновременно. Такая группа клетей называется непрерывной. В каждой клети непрерывной группы обжатие заготовки происходит один раз, поэтому для получения нужного сечения используется несколько клетей расположенных последовательно. Благодаря высокой скорости прокатки температура не успевает снизиться и прокатка обеспечивает высокое качество готовой продукции.
Рассмотрим схему расположения оборудования непрерывного широкополотного тонколистового стана горячей прокатки. Из нагревательных печей одинаковые слябы на рольганг 6 к черновому окалиноломателю 2, представляющему собой двух валковую клеть, в которой происходит небольшое(5%) обжатие металла для разрушения слоя окалины. Затем прокатываемый металл в черновой группе, состоит из четырех клетей 3, расположенных между собой на таком расстоянии, что заготовка может одновременно находиться только в одной клети. После каждой черновой группы рольганг попадает на промежуточный рольганг 7. Затем в чистовую группу клетей, состоящих из летучих ножниц 8, обрезающих передние и задние концы полосы чистового окалиноломателя 9 и шести-семи рабочих клетей 10, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга.
В чистовой группе металл может одновременно находиться во всех клетях, что накладывает особые требования к системе ЭП. Валки окалиноламателя и прокатных клетей, приводящих во вращение от двигателя 4 через редуктор 5. После прокатки в чистовой группе металл поступает к молоткам сворачивающих его в рулоны.
Особенности непрерывной прокатки.
Технологический процесс любой непрерывной группы клетей связан с двумя особенностями прокатки: 1. Одновременное нахождение металла в двух и более клетях; 2. Ударное приложение нагрузки при захвате металла на полной скорости прокатки.
Одновременное нахождение металла в нескольких клетях требует выполнения основного условия непрерывной прокатки. Это соблюдение постоянства секундного объема металла по клети.
S1·V1= S2·V2= Sn·Vn= const (если не выполняется, то клети могут порвать металл)
S1, S2, Sn – сечение, V1, V2, Vn – скорость металла перед входом в следующую клеть.
Несоблюдение этого условия может привести к появлению усилия растяжения или сжатия металла между клетями. В зависимости от соотношения скоростей валков и усилий, возникших в металле, имеют место следующие виды прокатки:
Принципиальная схема системы управления электроприводом клети стана непрерывной горячей прокатки.
Рабочие валки приводятся во вращение двухякорным двигателем постоянного тока, питающимся от двух комплектов статического нереверсивного преобразователя. Для улучшения энергетических показателей, в процессе регулирования скорости, первичные обмотки трансформаторов включены по схемам треугольник и звезда, с автоматическим переключением отпаяк. Для питания обмотки возбуждения используют статический преобразователь. В схеме управления статический преобразователь UZ1, UZ2 предусмотрены пропорциональный регулятор скорости РС с блоком ограничения выходной величины и ПИ-регулятор тока РТ, которые совместно обеспечивают требуемые качества статических и динамических характеристик. Для разгона стана в схеме предусмотрен задатчик интенсивности ЗИ, получающий питание от источника постоянного напряжения. В схеме предусмотрена возможность шунтирование задатчика интенсивности в момент вхождения металла в валки контактами реле РЗИ. Это необходимо для того, чтобы оператор мог быстро вмешаться в работу привода, воздействуя на изменение скорости ручкой командоаппарата тонкой регулировки КАТ, минуя задатчик интенсивности в случае возникновения аварийной ситуации. Датчик тонкой регулировки КАТ, настроен таким образом, что максимальная величина броска тока в цепи двигателя при максимальном перемещении рукоятки КАТ не превышает номинальной величины. Скорость в больших пределах изменяется командоаппаратом грубой регулировки КАТ. Схема регулирования полем двигателя содержит контур регулирования тока с ПИ-регуляторов РТВ, который служит для компенсации влияния постоянной времени обмотки возбуждения. И контур ЭДС с И-регулятором ЭДС РЭ. Блок ограничения БОТВ определяет максимальный уровень потока равный номинальному значению. В случае работы двигателя со скоростью выше номинальной перегрузочная способность двигателя снижается, что учитывается изменением уставки блока ограничения тока БОТ. В схеме задатчика предусмотрены защиты от токов перегрузки двигателя, от превышения напряжения, от чрезмерного снижения потока и всевозможные технологические защиты. При подаче сигнала от источника постоянного напряжения на вход зататчика интенсивности, двигатель разгоняется с требуемым ускорением. Обычно величина динамического тока ровна половине номинального в связи с тем, что пускают двигатель чистовой клети редко(1-2 раза в смену), и быстрый разгон не обусловлен технологической необходимостью. В процессе разгона двигателя, сначала работает схема регулирования напряжением, и при достижении скорости близкой к номинальной, вступает в действие система регулированием возбуждением. После разгона двигателей всех клетей металл поступает на стан и последовательно входит в каждую из клетей. Переходные процессы при захвате металла и статические характеристики формируются настройкой регуляторов. После выхода полосы из рабочих валков, скорость восстанавливается до скорости холостого хода, и клеть готова принять следующую заготовку. В случае перехода на прокатку другого профиля необходимо изменить скорость валков, что достигается изменением сигнала постоянного напряжения. При остановке стана на профилактику или в случае аварии, исползуется динамическое торможение.
Электропривод станов холодной прокатки.
Тонкую, холоднокатаную полосу в основном прокатывают на непрерывных станах холодной прокатки. Исходной заготовкой для них служит рулонная, горячекатанная полоса. При холодной прокатке удельное давление металла значительно выше, чем при горячей прокатке. Для уменьшения общего давления и эффекта сплющивания валков при холодной прокатке стремятся применять валки возможно меньшего диаметра. Для того, чтобы не сказывался прогиб рабочих валков, применяют опорные валки большего диаметра, чем рабочие. На всех станах холодной прокатки прокатка ведется с натяжением. Т.е. полоса между клетями находится в упруго-напряженном состоянии. Натяжение полосы между клетями является функция скоростей валков, и обеспечивается двигателем последующей клети. При потере натяжения полоса, как правило, теряет устойчивость, что приводит к аварии при высоких скоростях прокатки. Поэтому основным условием такой прокатки является натяжение между клетями стана, последней клетью и моталкой, и между разматывателем и первой клетью стана во всех режимах работы стана.
!!Полоса в течение времени t31 заданная в стан на запрашиваемой скорости V3, которая для последней клети ровна 1-2 м/c. После заправки переднего конца полосы на барабан моталки системой управления электроприводом стана создается необходимая величина натяжения полосы, и в стан в течение времени ty1 ускоряется до рабочей скорости Vр. Однако прокатка основных швов рулона при полной рабочей скорости приводит к сильным ударам и частым разрывам полосы. Поэтому при прокатке сварных швов скорость за время tT2 снижается до скорости Vc. Сварной шов в течение времени tc проходит через стан и дальше за время ty2 снова ускоряется до скорости Vр. Перед выходом конца рулона из стана скорость последнего за время tT1 снижается до заправочной V3 и на этой скорости задний конец полосы проходит через валки всех клетей за время t32. И стан останавливается за время tT3.
В течение времени tп, готовый рулон снимают с моталки, подают следующий рулон в разматыватель, и полоса задается в стан на заправочной скорости, т.е. через время ty цикл прокатки повторяется.
Требования предъявляемые к системе электропривода.
1. Точное согласование скорости между клетями и намотачным устройством в полном соответствии с величиной фактической вытяжки при всех режимах работы стана.
Тиристорный электропривод блюминга.
Электродвигатели М1 и М2 получают питание от тиристорных преобразователей выполненных по встречно параллельной схеме, в виде двух трехфазных мостов, один из которых обеспечивает вращение вперед, а второй назад. Кажная фаза состоит из 84-х параллельных ветвей(Pдв=3320кВт). Система управления электродвигателем обеспечивает двухзонное регулирование скорости вращения и имеет две независимые системы регулирования. 1. Напряжение на якорях системы М1 и М2. 2. Ток на обмотках возбуждения. При этом происходит разделение режимов работы как при разгоне так и при торможении двигателя. Особенностью системы управления является применение модели ЭД. Если выходным сигналом двигателя считать ЭДС, то модель двигателя представляет замкнутую систему с единичной обратной связью и последовательно соединенных апериодического звена с электромагнитной постоянной времени якоря tя, и периодического звена. В этом случае коэффициент усиления звеньев равен 1, выходной величиной апериобического звена МЭД является напряжение, пропорциональное току двигателя, а выходной величиной интегрирующего звена МНД – ЭДС двигателя. В модели электромагнитная постоянная якоря, и электромеханическая постоянная, равны действительным значениям этих величин в электроприводе блюминга. Т.к. в модели нагрузка двигателя отсутствует, то выходное напряжение звена МЭД будет пропорционально динамической составляющей тока двигателя. При подаче на вход модели сумматора СН фактического напряжения на якорях двигателя М1 и М2 выходной сигнал звена МЭД будет пропорционален фактическому значению динамической составляющей тока, а выходной сигнал звена ММД фактическому значению ЭДС двигателя. Эти сигналы подаются как сигналы обратных связей соответственно на вход регулятора динамического входа РДТ(ПИ-регулятор). И на вход регулятора напряжения РН(П-регулятор). Управление электроприводом осуществляется командным аппаратом СКК, который через фазочуствительный элемент и безконтактный ключ БК подает задающее напряжения на вход регулятора напряжения РН, выход которого является заданием для регулятора динамического тока РДТ, управляющего через фазоимпульсную систему управления ФУ величиной напряжения ТП1 или ТП2. Сумматор СН кроме сигнала пропорционального сумме напряжения на якоре L1 и L2 подаваемого на вход модели двигателя дает так же сигнал пропорциональный разности этих напряжений, который подается на вход ФУ ТП1 непосредственно, а ТП2 через инвертор И изменяющий полярный сигнал.