Непрерывный широкополосный стан горячей прокатки. Регулирование толщины полосы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

на тему:

 

Непрерывный широкополосный стан горячей прокатки.

Регулирование толщины полосы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

 

1. Введение            3

2. Технологический процесс на  широкополосном стане горячей  прокатки   4

3. Электрооборудование стана         6

4. Система автоматизированного  регулирования толщины полосы (САРТ)   11

5. Применение ЭВМ           14

6. Список литературы          17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение.

 

Основная задача прокатного производства состоит в обеспечении требуемого качества проката, т.е. в обеспечении соответствия геометрических размеров, формы, физико-механических свойств и состояния поверхности проката заданным требованиям.

Для обеспеченна высокого качества проката системы автоматизированного управления процессами прокатки должны отвечать весьма жестким требованиям, которые, в свою очередь, обусловливают определенные требования к технологическому процессу прокатки и технологическому оборудованию. Требования к технологическому процессу включают, прежде всего, допустимые пределы изменения показателей качества исходной заготовки, а также энергоносителей и других материалов, используемых в процессе прокатки. Общими требованиями к технологическому оборудованию являются достаточная мощность, быстродействие и надежность, а также возможность установки, эксплуатации и обслуживания технических средств автоматизации.

Автоматизация управления процессом прокатки обеспечивает увеличение доли проката высших категорий качества по геометрии и механическим свойствам. Достигаемое при автоматизированном управлении повышение скорости и темпа прокатки, сокращение времени настройки и перенастройки стана, а также сокращение времени простоев, вызванных нарушениями технологического процесса, повышает производительность прокатных станов.

Автоматизированное управление процессом прокатки существенно облегчает условия труда оперативного персонала прокатных станов и повышает его производительность, обеспечивает существенное сокращение расхода электроэнергии и топлива. Наряду с автоматизацией основного технологического оборудования прокатных станов имеет большое значение также автоматизация агрегатов подготовки металла к прокатке и отделки проката, в том числе травильных агрегатов, линий отжига, дрессировочных станов, агрегатов резки и т.д.

Структуру и принципы работы системы автоматизированного управления технологическим процессом прокатки рассмотрим на примере непрерывного широкополосного стана (НШС) горячей прокатки.

Цель автоматизации сложного металлургического агрегата, каких является непрерывный широкополосный стан — обеспечение независимости качества проката и производительности стана от обслуживающего персонала. При этом должны предотвращаться перегрузки оборудования, а затраты на обслуживание при полном использовании оборудования должны поддерживаться на минимальном уровне. Необходимо предусмотреть возможность использования более низких уровней автоматизации, т.е. должна обеспечиваться возможность частичного или полного ручного управления станом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Технологический процесс на непрерывном широкополосном стане.

 

Прокатный стан – комплекс машин для деформирования металла во вращающихся валках и выполнения вспомогательных операций (транспортирование, нагрев, термическая обработка, контроль и т.д.).

Основной задачей технологического процесса производства проката является получение прокатанной продукции заданных форм, размеров и качества с минимальными затратами и наибольшей производительностью.

Технологическими операциями при горячей прокатке металлов являются следующие:

• подготовка исходных слитков или заготовок к прокатке;
• нагрев металлов перед прокаткой;
• прокатка;
• охлаждение. Термическая обработка и отделка готовой продукции.

В результате проведения технологических операция происходит изменение свойств металла. Геометрической формы и размеров.

Исходным продуктом для прокатки могут служить квадратные, прямоугольные или многогранные слитки, прессованные плиты или кованые заготовки. Процесс прокатки осуществляется как в холодном, так и горячем состоянии. Начинается в горячем состоянии и проводится до определенной толщины заготовки. Тонкостенные изделия в окончательной форме получают, как правило, в холодном виде (с уменьшением сечения увеличивается теплоотдача, поэтому горячая обработка затруднена).

В состав современного широкополосного стана горячей прокатки входят следующие основные группы оборудования:

• оборудование участка нагревательных печей;
• черновая группа клетей;
• чистовая группа клетей;
• устройства для охлаждения и смотки полосы;
• вспомогательное оборудование.

 

Основными технологическими операциями прокатного производства являются подготовка исходного металла, нагрев, прокатка и отделка проката.

Подготовка исходных металлов включает удаление различных поверхностных дефектов (трещин, царапин, закатов), что увеличивает выход готового проката.

Нагрев слитков и заготовок обеспечивает высокую пластичность, высокое качество готового проката и получение требуемой структуры. Необходимо строгое соблюдение режимов нагрева. Основное требование при нагреве: равномерный прогрев слитка или заготовки по сечению и длине до соответствующей температуры за минимальное время с наименьшей потерей металла в окалину и экономным расходом топлива.

Температуры начала и конца горячей деформации определяются в зависимости от температур плавления и рекристаллизации. Прокатка большинства марок углеродистой стали начинается при температуре 1200…11500С, а заканчивается при температуре 950…9000С.

Существенное значение имеет режим охлаждения. Быстрое и неравномерное охлаждение приводит к образованию трещин и короблению.

При прокатке контролируется температура начала и конца процесса, режим обжатия, настройка валков в результате наблюдения за размерами и формой проката. Для контроля состояния поверхности проката регулярно отбирают пробы.

Отделка проката включает резку на мерные длины, правку, удаление поверхностных дефектов и т.п. Готовый прокат подвергают конечному контролю.

Схема расположения оборудования непрерывного широкополосного стана горячей прокатки:

Рис. 1. (1 – нагревательные печи; 2 – вертикальная клеть; 3- черновой окалиноломатель; 4 – 7 – черновые универсальные четырехвалковые клети; 8 – промежуточный рольганг; 9 – летучие ножницы; 10 – чистовой окалиноломатель; 11 – чистовые клети; 12 – отводящий рольганг; 13 – моталки; 14 – конвейер для уборки рулонов).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Электрооборудование  стана.

 

В процессе прокатки полос в чистовой группе статические преобразователи, питающие двигатели клетей, работают обычно в режиме с минимальным потреблением реактивного тока из сети переменного тока. Указанный режим имеет место тогда, когда статические преобразователи работают с минимальными углами открывания вентилей, т. е. с максимальным напряжением.

Для обеспечения режимов, близких к полному открыванию статических преобразователей, при разных скоростях двигателей, которые могут потребоваться по условиям прокатки полос разного сортамента, двигатели чистовых клетей современных широкополосных станов обычно допускают регулирование скорости вращения путем изменения их потоков возбуждения в диапазоне с отношением максимальной скорости к минимальной равным 2—2,5.

Если по условиям непрерывной прокатки полос, получаемых на данном стане, указанный диапазон изменения скоростей двигателей клетей оказывается недостаточным, применяют ступенчатое регулирование выпрямленного напряжения статических преобразователей с помощью трансформаторов с переключаемыми отпайками на первичных обмотках. Таким образом, с помощью отпаек трансформатора статического преобразователя устанавливают его напряжение при наибольшем открывании так, чтобы скорость двигателя при полном потоке возбуждения была не больше заданного значения. Заданное значение скорости двигателя получают ослаблением его потока возбуждения.

Установленное таким образом значение скорости двигателя при изменениях нагрузки на его валу регулируется воздействием на напряжение статического преобразователя, питающего якорь двигателя, при постоянном практически потоке возбуждения. В то же время разгон двигателя из неподвижного состояния до заданной скорости осуществляется сначала увеличением напряжения на его якоре от нуля до наибольшего значения при полном потоке возбуждения, а затем ослаблением его потока возбуждения при практически неизменном напряжении на его якоре. Автоматические системы, обеспечивающие установку заданной скорости двигателя в указанной последовательности, получили название систем двухзонного регулирования. Если при этом задание на скорость двигателя поступает только на один вход, а именно на вход системы регулирования скорости двигателя в цепи его якоря, то такие системы называются системами с зависимым управлением полем двигателя.

Принципиальная схема зависимого управления потоком возбуждения двигателя на основе УБСР показана на рис. 2.

 

Рис. 2. Принципиальная схема зависимого управления полем двигателя на основе УБСР

 

Схема работает следующим образом. Сигнал, пропорциональный противо-э. д. с. двигателя Е, получается вычитанием из части якорного напряжения величины, пропорциональной падению напряжения в якоре двигателя IRa. Сигнал, пропорциональный противо-э. д. с. двигателя, вычитается из сигнала заданного значения противо-э. д. с. Е3 и разность сигналов поступает на регулятор э. д. с. РЭ. Величина выходного сигнала регулятора РЭ ограничивается нелинейным элементом НЭ и поступает на вход регулятора силы тока возбуждения РТВ. Сигнал, пропорциональный силе тока возбуждения, снимается с шунта в цепи обмотки возбуждения двигателя ОВД и на входе регулятора РТВ сравнивается с сигналом задания.

Передаточные функции РТВ и РЭ выбираются таким образом, чтобы контуры регулирования силы тока возбуждения и противо-э. д. с. двигателя были настроены на технический оптимум.

При этом, как будет показано дальше, регулятор силы тока возбуждения должен быть пропорционально-интегральным, а регулятор противо-э. д. с. — интегральным.

При низком напряжении на якоре двигателя его противо-э. д. с. намного меньше заданного значения, выходное напряжение регулятора э. д. с. РЭ ограничивается на максимальном уровне нелинейным элементом НЭ. Контур регулирования силы тока возбуждения, отрабатывая задание, поступающее на него с выхода нелинейного элемента, обеспечивает номинальное значение силы тока возбуждения двигателя.

При увеличении напряжения на якоре двигателя его противо-э. д. с. достигнет значения Е3 и затем превысит это значение. В этом случае напряжение на выходе интегрального регулятора РЭ начнет уменьшаться, что вызовет уменьшение силы тока возбуждения двигателя, рост его скорости и стабилизацию значения противо-э. д. с. двигателя.

Процесс ослабления потока возбуждения двигателя будет продолжаться до тех пор, пока его скорость не сравняется с заданным значением, поданным на вход системы регулирования скорости в якоре двигателя. При этом противо-э. д. с. двигателя будет равна заданному значению.

Таким образом, при рассмотренном способе управления автоматически обеспечивается раздельное управление напряжением на якоре двигателя и потоком его возбуждения несмотря на то, что управляющий сигнал поступает лишь на вход системы управления скоростью в якоре двигателя.

Для определения передаточных функций регуляторов в рассматриваемой системе необходимы передаточные функции объекта регулирования, которым в данном случае является система возбуждения двигателя.

При изменении потока возбуждения двигателя в массивных частях его магнитной системы наводятся вихревые токи, задерживающие изменение потока возбуждения. В связи с этим систему возбуждения двигателя можно рассматривать как своеобразный трансформатор, во вторичной обмотке которого наводятся токи, равные вихревым. Нагрузка вторичной обмотки при этом принимается чисто активной.

В этом случае схема замещения магнитной системы двигателя будет иметь вид, показанный на рис. 3, а.

Рис. 3. Схема замещения магнитной системы двигателя с массивной станиной

 

 

На рис. 2, б показана упрощенная схема магнитной системы двигателя без учета потоков и индуктивностей рассеяния, для которого могут быть составлены следующие уравнения:

 

 

Решив систему относительно тока возбуждения и противо-э. д. с. двигателя, получим следующие выражения:

 

 

На основании экспериментальных данных постоянную времени Твк обычно принимают равной 0,2 Тв. Следует отметить, что в случае шихтованной станины двигателя сопротивление для вихревых токов Rк становится очень большим и постоянная времени Твк стремится к нулю. В этом случае структура объекта регулирования существенно упрощается.