Проектирование автоматизированного электропривода кристаллизатора МНЛЗ

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1. Механическое устройство проектируемого механизма 6
2. Технология процесса, роль кристаллизатора, требования к 
   электроприводу 12
3. Подвод энергии к приводу 14
4. Расчет статических моментов электропривода 15

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1. Построение нагрузочной диаграммы, выбор мощности 
   двигателя и проверка на нагрев                      19
2. Выбор основного силового оборудования 23
3. Выбор САР. Краткая характеристика блоков 29
4. Статический расчет САР 33
5. Выбор схемы управления электроприводом 39
6. Расчет и выбор питающих линий 45
7. Вопросы наладки электропривода.

Расчет динамических параметров 46

2.8. Схемы блоков преобразователя 53

3. ЭКОНОМИКА И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

1. Расчет годового ФОТа 56
2. Регулирование оплаты труда в трудовом коллективном договоре    60

4. ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

1. Техника безопасности при ремонтах 63
2. Ресурсосбережение в черной металлургии 65 
   ЛИТЕРАТУРА 79
 

ВВЕДЕНИЕ

Серьезные трудности создания производственной технологии непрерывной разливки стали, а также машин для осуществления технологического процесса определили появление различных направлений в решении этой проблемы. Многочисленность вариантов конструкций объясняется длительным периодом разработок, проводимых во многих странах. Со времени возникновения идеи непрерывной разливки стали до практического ее осуществления прошло столетие. Различия применяемых и разрабатываемых методов непрерывной разливки стали состоят, главным образом, в расположении технологической оси машины непрерывной разливки стали (вертикальное, криволинейное, радиальное, наклонное или горизонтальное). В каждом варианте применяют неподвижные или движущиеся кристаллизаторы с непрерывным или периодическим вытягиванием заготовки. Доминирующим направлением, как в стране, так и зарубежном, является разливка стали на криволинейных машинах непрерывной разливки стали с непрерывной подачей металла в кристаллизатор и непрерывным вытягиванием формирующего слитка. Разработку конструкций главных узлов установок непрерывной разливки стали вели параллельно с отработкой технологического процесса. В 1944-1947 г.г. были созданы конструкции машин для полунепрерывной разливки ПН - 1, ПН - 2 и ГШ - 3. Решение ряда важнейших вопросов технологии и конструкций позволило в 1948 г. создать более крупные полунепрерывные машины ПН - 4 и ПН - 5. Накопленные результаты исследований и опыт работы позволили в 1950г. перейти к дальнейшим испытаниям в производственных условиях. Сооружение и эксплуатация опытно-промышленных установок на заводах «Красный Октябрь» и Новотульском металлургическом в 1953г. позволили уточнить параметры технологического процесса и конструкцию установок.

Первый сталеплавильный цех, в котором всю сталь разливали на машинах непрерывной разливки стали , был построен на Новолипецком металлургическом комбинате. Число машин определяли с учетом вместимости сталеразливочного ковша, сечения отливаемых заготовок, скорости разливки стали.

Наибольшее развитие процесс непрерывной стали получил в Японии, где в 1980 г. было произведено 66,3 млн. т. непрерывнолитых заготовок, что составляет 59,5% от общего производства стали. В середине 1980г. в 100 странах работало примерно 950 машин непрерывной разливки стали (73% для блюмов и сортовых заготовок и 27% для слябов).

В стране наблюдается тенденция к строительству преимущественно слябовых машин непрерывной разливки стали (58%). Большое число машин непрерывной разливки стали для отливки мелких сортовых заготовок в Японии, США и особенно в Италии (80%) объясняется довольно быстрым развитием мини-заводов, неотъемлемым элементом которых являются сортовые машины непрерывной разливки стали. В 1979г. число мини-заводов в мире составило 229. На сортовых машинах непрерывной разливки стали отливают квадратные

 

заготовки сечением от 0,08 × 0,08 м, прямоугольные до 0,40 × 0,52 м из ковшей вместимостью до 300 т, а также круглые и половые заготовки, фасонные, балочные, шести-, восьмигранные слитки. Максимальное сечение непрерывнолитых слябов составляет 0,3 × 2,65 м при вместимости сталеразливочных ковшей до 430 т.

В нашей стране впервые созданы крупные сталеплавильные комплексы с непрерывной разливкой стали. Первыми такими комплексами являются конвертерные цехи НЛМК и металлургического комбината «Азовсталь» производительностью 4 и 3,5 млн.т. соответственно.

 

1.1. Механическое устройство проектируемого

механизма

Механизмы качания кристаллизатора машин непрерывной разливки стали радиального типа должны обеспечивать возвратно-поступательное движение кристаллизатора по участку круговой траектории с радиусом, равным радиусу кривизны кристаллизатора, с определенным законом движения и частотой.

Важным требованием к конструкции механизма качания кристаллизатора является получение высокой частоты качаний, которая уменьшает шаг и глубину складок, образующихся на поверхности слитка, ускоряет теплоотвод и снижает неравномерность в нарастании толщины корочки металла. На рис. 1.1.1-1.1.4 показаны кинематические схемы различных типов механизмов качания кристаллизатора радиальных машин непрерывной разливки стали . Отличительной особенностью рычажно-кулачкового и рычажно-кулисного механизмов является расположение кристаллизаторов на несущих рамах, качающихся относительно оси, расположенной в центре кривизны кристаллизаторов. Механизмы не получили широкого распространения вследствие большой длины и массы несущих рам, которые затрудняют доступ со стороны рабочей площадки к механизмам, радиальной части машин непрерывной разливки стали, изменяют закон движения кристаллизатора, из-за недостаточной своей жесткости не позволяют применять высокую частоту качаний.

Кинематическая схема механизмов качания кристаллизаторов

Рычажно-кулачковый механизм

 

Рычажно-кулисовый механизм

Рычажно-кулачковый механизм с перемещением кристаллизатора в роликовых направляющих

Рычажно-кулачковый механизм с приближенным воспроизводством круговой траектории движения кристаллизатора

 

кристаллизатора 11 по круговой траектории при вытягивании слитка 12. Качание создается четырехзвенным эксцентриковым механизмом коромыслового типа, эксцентрик (кривошип) 4 которого приводится в движение от электродвигателя 1. Вследствие расположения привода ниже уровня рабочей площадки шатун 8 выполнен удлиненным и в вертикальном положении. На большинстве современных машин непрерывной разливке стали в механизме применен безредукторный привод с электродвигателем постоянного тока, обеспечивающим регулирование частоты качания кристаллизатора. Применение безредукторного привода обусловлено необходимостью уменьшения зазоров в кинематической цепи от электродвигателя к кристаллизатору, в результате чего уменьшаются удары в соединениях при знакопеременных нагрузках и более точно выдерживается задаваемый закон движения кристаллизатора.

Амплитуду качания кристаллизатора регулируют изменением величины эксцентриситета эксцентрика, поворачивая его относительно эксцентрикового вала 3. В рабочем положении пружины 5 прижимают коническую фрикционную муфту на эксцентрике к полумуфте 2, связанной с эксцентриковым валом, которые вращаются как единое целое.

При регулировании их рассоединяют гидроцилиндром 6, который плунжером перемещает траверсу 7 с тягами, сжимает пружину и отключает фрикционную муфту. Скорость контролируется тахогенератором, соединенным с валом электродвигателя, а эксцентриситет эксцентрика (амплитуда качания) — сельсинами.

 

Кинематическая схема механизма качания кристаллизатора с шарнирными четырехзвенниками (ОАВС)

 

5-пружины;

6 -гидроцилиндр;

7-траверса;

8-шатун;

9,10-шарнирные четырехзвенники;

11-кристаллизатор;

12-слиток.

Рис. 1.1.5.

 

1.2. Технология процесса, роль кристаллизатора, требования электроприводу

В настоящее время основными промышленными типами машин непрерывного литья заготовок являются криволинейные машины. Принцип их работы заключен в следующем: сталеразливочный стенд для двух ковшей обеспечивает разливку металла методом «плавка на плавку» и подает металл в промежуточные ковши, распределяющие металл в кристаллизаторах. Промежуточные ковши установлены на тележках снабженных приводами подъема. Контроль уровня металла в ковшах во время разливки осуществляется косвенно путем измерения веса металла в ковшах. Перед разливкой стали в каждый кристаллизатор вводится затравка, образующая дно.

Поступающий металл в кристаллизатор затвердевает у его стенок и у затравки, сцепляясь с нею. После достижения определенного уровня металла в кристаллизаторе включается привод валков тянущей клети. Затравка вместе с формирующимся слитком начинает вытягиваться из кристаллизатора. Скорость вытягивания слитка из кристаллизатора плавно нарастает. Из промежуточного ковша непрерывно поступает металл и в кристаллизаторе поддерживается постоянный уровень.

Для предупреждения деформации слитка под действием ферростатического давления жидкой сердцевины на всем протяжении зоны вторичного охлаждения слиток охватывается направляющими роликами.

Выходящий из роликов тянуще-правильного устройства слиток, пройдя механизм разъединения с затравкой, поступает на приемный рольганг, над которым на эстакаде установлена машина для газовой резки слитка на заготовки (слябы) мерной длины. По отводящему рольгангу слябы выдаются к крану-перекладчику с клещевыми захватами, укладываются на рольганг-тележку и передаются на транспортно-отделочную линию для последующей резки, огневой зачистки, маркировки и штабелирования.

Кристаллизатор является одним из важнейших узлов машин непрерывного литья заготовок, который в значительной степени определяет их производительность и качество получаемой продукции, т.к. формирует слиток. Кристаллизатор должен обеспечивать интенсивный отвод тепла и образование по периметру корочки, которая на выходе должна выдерживать феростатическое давление жидкой фазы. Конструкция кристаллизатора должна обеспечивать высокое качество заготовок из стали любых марок, стабильность процесса разливки, необходимую скорость вытягивания слитка, высокую стойкость медных стенок, безопасность работы. Привод качания кристаллизатора должен полностью соответствовать требованиям технологического процесса, определяющих качество слябов, а также обеспечивать возвратно-поступательное движение механизма.

 

Амплитуда качаний должна составлять 6мм

Число качаний: минимальное 20 об/мин

максимальное 250 об/мин

Плавное регулирование скорости в диапазоне 1-10

Колебания скорости двигателя не более 2%

Значительные колебания отрицательно сказываются на качестве слитка,

сроке службы кристаллизатора устойчивости работы системы автоматического

поддержания уровня жидкого металла в кристаллизаторе.

 

1.3. Подвод энергии к приводу

Как было сказано выше, привод качания катализатора построен по системе ТП-Д на основе комплектных тиристорных устройств КТЭ.

Напряжение на тиристорный преобразователь подается от силового трансформатора 6/0,4 кВ. Питание обмотки возбуждения осуществляется от тиристорного возбудителя.

Релейная схема питается напряжением - 110В от трансформатора 380/110В.

СИФУ, САР и преобразователь представляют тиристорную систему управления и собраны в один ящик. Поэтому питание СИФУ и САР осуществляется напряжением собственных нужд преобразователя ~ 380В.

Кроме того, привод имеет резервный ввод, который включается при неисправности на основном вводе или его отключения на время ремонта.

Подвод энергии осуществляется с помощью кабелей, которые проложены по кабельным туннелем под станом машины непрерывного литья заготовок.

 

1.4. Расчет статических моментов электропривода

Важное значение в расчете электропривода качания кристаллизатора имеет выбор электродвигателя. Он должен выбираться в строгом соответствии с режимом работы и ожидаемой нагрузкой.

Предпочтение следует отдать закрытому двигателю металлургического исполнения с независимой вентиляцией серии Д постоянного тока. Для повышения надежности двигатель выбирается с запасом по мощности и моменту.

Характер движения кристаллизатора - синусоидальный (рис.1.4.1). Скорость опускания задается большей, чем скорость вытягивания слитка для предупреждения появления поперечных трещин на слитке и явления зависания корочки слитка. В тот интервал полупериода опускания кристаллизатора, когда его скорость Vкр превышает скорость движения слитка Vс, слиток подвергается сжимающим усилиям, упрочняющим корочку и «залечивающим» микротрещины. Этот интервал называется интервалом опережения кристаллизатора. На рис. 1.4.1. область опережения заштрихована. По технологическим требованиям оптимального значения амплитуды, разность линейной скорости Vкр и Vс, из условия получения качественной структуры металла и упрочнения оболочки слитка составляет от 5 - 10% скорости вытягивания слитка. При этом должны с высокой точностью поддерживаться форма кривой изменения скорости кристаллизатора во времени и его путь на интервале опережения, определяющий собой длину отрезков слитка, по которым скользит кристаллизатор в каждом полупериоде опускания и которые упрочняются в максимальной степени.

1.4.1 .Угловая скорость  эксцентрика:

где   fk   -   частота   качании   кристаллизатора   равная   частоте  вращении эксцентрика ,об/мин.

Принимаю fk -230 об/мин

рад/мин

1.4.2.Определяем продолжительность  цикла:

мин

1.4.3.Определяем экстремум  разности скоростей кристаллизатора  и слитка:

где е - амплитуда качания кристаллизатора, е=0,006м,

Vс - скорость вытягивания слитка, Vс=0,45 м/мин для слитка сечением 200×1500 мм.

м/мин

1.4.4.Определяем  угловые  координаты  начала α1   и  конца α2 интервала опережения: