Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ скоростных режимов электроприводов широкополосных станов при расширении сортамента прокатываемых полос 12
1.1. Сортамент современных широкополосных станов горячей прокатки 13
1.2. Скоростные и нагрузочные режимы электроприводов стана 2000 при прокатке трубной заготовки 18
1.2.1. Программы прокатки полос из трудно деформируемых марок стали 18
1.2.2. Экспериментальные исследования распределения нагрузок по клетям стана 2000 при прокатке трубной заготовки 19
1.3. Анализ работы системы автоматического регулирования скорости электроприводов чистовой группы стана 2000 20
1.4. Характеристика электрооборудования чистовых клетей стана 2000 21
1.5. Краткая характеристика стана 2500, описание технологического процесса, сортамент выпускаемой продукции 30
1.6. Силовое оборудование электроприводов клетей'чистовой группы стана 2500 32
1.7. Требования к точности регулирования натяжения на стане 2500
при прокатке тонких полос 34
1.8. Реконструкция АСУ ТП чистовой группы стана 2500 35
1.9. Задачи управления скоростными режимами, поставленные при реконструкции 3 8
1.10. Анализ известных электроприводов, обеспечивающих
повышение точности регулирования скорости в момент захвата 40
1.10.1. Системы с упреждающим воздействием 40
1.10.2. Способ прокатки с компенсацией динамической просадки скорости электропривода последующей клети межклетевого промежутка 44
1.11. Система автоматической коррекции толщины с воздействием на системы регулирования скорости предыдущих клетей
1.12. Выводы и постановка задачи исследований 50
Глава 2. Разработка способов управления скоростными режимами электроприводов клетей непрерывной труппы широкополосного стана 53
2.1. Экспериментальные исследования скоростных режимов электроприводов чистовой группы стана 2500 54
2.1.1. Отклонения натяжений при прокатке полос различной толщины 54
2.1.2. Анализ работы электропривода с пропорциональным регулятором скорости 60
2.2. Принцип компенсации статических отклонений скорости 64
2.3. Способ автоматической коррекции скоростей электроприводов клетей до захвата полосы валками 66
2.4. Способ управления скоростным режимом с подразгоном в момент захвата 72
2.5. Программная коррекция скоростей электроприводов клетей 76
2.6. Техническая реализация контуров регулирования- 76
2.6.1. Вычисление статической ошибки скорости 76'
2.6.2. Разомкнутый контур компенсации статических отклонений 78
2.6.3. Замкнутый контур компенсации статических отклонений скорости- 79
2.7. Каскадная коррекция скоростей электроприводов клетей 80
2.7.1. Принцип передачи корректирующих воздействий 80
2.7.2. Коррекция скорости электропривода при ручном воздействии оператора 82
2.7.3. Система регулирования высоты петли в межклетевом промежутке 82
2.8. Торможение чистовой группы при выпуске полосы 86
Выводы 87
Глава 3. Разработка математической модели взаимосвязанных электроприводов клетей стана
3.1. Функциональная схема-математической модели электромеханических систем межклетевых промежутков стана 2500 91
3.2. Модели взаимосвязанных электроприводов межклетевого промежутка 92
3.3. Моделирование гидравлического нажимного устройства 95
3.4. Синтез регуляторов; 98
3.4.1..Синтез контура регулирования удельного натяжения: 98
3.4.2. Синтез контура регулирования высоты петли 100
3.4.3.Синтез контура регулирования положения гидравлического нажимногоустройства 105
3.5; Моделирование взаимосвязи нажимных устройств и главного электроприводалерез прокатываемый.металл 107
3.6. Оценка адекватности модели 109
Выводы 113=
Глава 4. Исследование разработанных способов скоростными режимами электроприводов на математической модели 114
4.1.Жатематическоемоделирование динамических режимов электроприводов существующей 114
4.1.1. Исследование основных динамических режимов; 114-
4.1.2. Влияние толщины прокатываемой полосы 117
4.2. Исследование режима коррекции.скорости при захвате полосы 121
4.3. Коррекция скоростей электроприводов при перемещении гидравлическогошажимного устройства 125
4.4. Каскадная коррекция при изменении скорости последующей клети 132
4.5. Принцип расчета экономическогсюффекта от внедрения каскадной коррекции скорости 138
Выводы 141
Глава 5. Промышленное внедрение и экспериментальные исследования разработанных систем управления скоростными режимами 113
5.1. Характеристика внедренных систем 143
5.2. Экспериментальные исследования электроприводов чистовой группы стана 2500 с компенсацией статической ошибки скорости 144
5.2.1. Прокатка с предварительным подразгоном электроприводов 144
5.2.2. Прокатка с подразгоном в момент захвата полосы 146
5.2.3. Анализ динамических режимов за цикл прокатки 147
5.3. Экспериментальные исследования системы каскадного управления скоростными режимами 150
5.3.1. Передача регулирующего воздействия по клетям 150
5.3.2. Коррекция скорости при изменении межвалкового зазора 150
5.3.3. Коррекция скорости при изменении угла подъема петледержателя и регулировании скорости клети оператором 153
5.4. Прокатка при действии разработанной СУРС 155
5.4.1. Анализ осциллограмм за цикл прокатки 155
5.4.2. Анализ отклонений толщины 159
5.5. Торможение чистовой группы при выпуске полосы 164
5.6. Экспериментальные исследования способа управления с подразгоном электроприводов клетей чистовой группы стана 2000 164
5.7. Оценка технико-экономической эффективности внедрения разработанной СУРС 168
5.7.1. Результаты внедрения на стане 2500 168
5.7.2. Расчет экономического эффекта от внедрения результатов на стане 2500 169
5.7.3. Расчет ожидаемого экономического эффекта от внедрения результатов на стане 2000 170
Выводы 171
Заключение 174
Литература 177
Приложения 190
- Характеристика электрооборудования чистовых клетей стана 2000
- Анализ работы электропривода с пропорциональным регулятором скорости
- Моделирование гидравлического нажимного устройства
- Коррекция скоростей электроприводов при перемещении гидравлическогошажимного устройства
Введение к работе
Объем производства горячекатаного листового и полосового стального проката в мире достигает 430-440 млн. т в год, что составляет около 60-70% всей стальной продукции [1—3], в том числе в России — 33,9 млн. т в год (около 50%) [4, 5]. Примерно половину этой продукции составляет горячекатаная полоса (мировой объем около 220 млн. т [6]). Данные показатели позволяют утверждать, что эффективность производства плоской горячекатаной стали в значительной степени определяет экономическую ситуацию в металлургической отрасли.
В истекшие полтора десятилетия существенно изменились потребности рынка в продукции прокатного производства. По* данным фирмы «Voest-Alpine Industrieanlagenbau» - (VAI, Австрия); спрос на все виды горячекатаной полосы, считающейся конечной продукцией, снижается [7]. Если в 1995 г. ее доля в общем объеме производства горячекатаной полосы состав--ляла 48%, то в 2005 г. она составила 42% и эта тенденцияшродолжается. Одновременно растет спрос на тонкую горячекатаную полосу. Так, доля полосы толщиной 1,2—2,0 мм в 2005 г составила 25% за счет снижения спроса на полосу толщиной 2-25 мм (с 82% в 1995 г до 74% в 2005 г). Таким образом, общемировой тенденцией является, переход на производство тонкой горяче- -катаной полосы, являющейся конечной рыночной продукцией металлургического предприятия [8-11].
Вместе с тем, исследования, выполненные специалистами ведущих металлургических компаний, позволили сделать вывод, что в будущем использование обычных высокопроизводительных станов для производства горячекатаной полосы традиционного сортамента в больших объемах маловероятно. Они будут необходимы для прокатки труднодеформируемых и специальных сталей [12—18]. При совершенствовании этих станов (в процессе создания новых и модернизации действующих) основное внимание уделяется повышению производственной гибкости и их адаптации для выпуска небольших партий проката [7, 19].
Исторически сложилось, что производство горячекатаной полосы в Российской Федерации сосредоточено на металлургических предприятиях с
7 полным технологическим циклом при отсутствии минизаводов, обеспечивающих гибкое производство стального проката малыми партиями. Поэтому удовлетворение потребностей рынка в горячекатаной полосе расширенного сортамента неизбежно связано с внедрением технологий производства как тонкой, так и толстой труднодеформируемой полосы на существующих широкополосных станах горячей прокатки (ШСГП).
Перечисленные тенденции, связанные с изменением сортамента ШСГП в полной мере касаются ОАО «ММК». В связи с ситуацией, возникшей в начале прошлого десятилетия на рынке горячекатаной продукции, значительно возрос спрос на так называемую трубную заготовку, для производства которой на отечественных металлургических предприятиях не хватало производственных мощностей. В< результате были разработаны технологии производства полос толщиной до 18 мм из труднодеформируемых марок стали из сля-бовой заготовки толщиной до 300 мм на широкополосных станах 2000 и 2500 ОАО «ММК».
Предварительные расчеты, выполненные специалистами-технологами, показали принципиальную возможность прокатки трубной заготовки [20-22]. Однако при этом практически не учитывались ограничения, накладываемые на технологический процесс со стороны установленных на станах электроприводов и существующих систем управления, в том числе системы автоматического управления режимами скорости (СУРС) электроприводов клетей непрерывной чистовой группы, обеспечивающей производительность стана и качество продукции [23, 24].
Особенности производства трубной заготовки связаны, прежде всего, с низкими скоростями прокатки, высокими, неравномерными обжатиями по клетям, что приводит к недопустимому снижению скоростей валков в момент захвата, ухудшению качества поверхности полосы, а в ряде случаев - к аварийной остановке стана. В' целом, это приводит к снижению устойчивости технологического процесса при прокатке толстых полос.
Производство тонкой полосы, в свою очередь, требует высокой точности регулирования натяжений, обеспечиваемой за счет согласования и совместного регулирования скоростей электроприводов клетей чистовой группы.
8 При этом принципиально новыми требованиями являются обеспечение точности регулирования скорости в динамических режимах и быстродействующая коррекция скоростей при возмущающих воздействиях, возникающих в процессе прокатки и при вмешательстве оператора.
Таким образом,. основными и принципиально важными требованиями, предъявляемыми к СУРС чистовой группы широкополосного стана при прокатке полос расширенного сортамента (1,2—2 мм и 18-25 мм), являются: ограничение недопустимых снижений скорости при захвате полосы, возникающих при прокатке толстых полос из труднодеформируемых марок стали; обеспечение высокой точности поддержания; заданного натяжения* при; прокатке тонких полос за счет автоматической коррекции скоростей электроприводов клетей чистовой группы при возмущающих и управляющих воздействиях.
Вопросам совершенствования» систем регулирования технологических параметров широкополосных станов; в том числе - САР скорости, натяжения и толщины, уделяется достаточное внимание. Ведущими зарубежными? фирмами, работающими, в данном: направлении, являются; Siemens (Еерма-ния) [25], General: Electric; (ЄІІЩЬ [26^ 2.7],: VAI< (Австрия); [28;-.. 29]>, Ansaldbv:' (Италия) [30]; и ряд японских фирм: [31—33]. Єреди основных отечественных разработчиков следует отметить ВНИИЭлектропривод [34—39]; ВНИИмет-маш [40-45], МЭИ/ [46] и другие [47—51]. Однако в связи с внедрением на. отечественных металлургических предприятиях зарубежного оборудования, разработки, направленные на совершенствование автоматизированных электроприводов и систем управления; отечественными организациями в настоящее время выполняются в.ограниченном объеме.
Среди отечественных научных работ последних лет следует отметить разработки ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И Носова» совместно с ОАО «ММК» [52—58], некоторые из которых выполнены при участии автора [59-66]. Однако вопросам совершенствования систем и алгоритмов управления скоростными режимами электроприводов чистовой группы не уделено должного внимания. Вместе с тем, данные вопросы становятся наиболее актуальными в
9 связи с расширением возможностей: микроконтроллеров, внедряемых в современных АСУ ТИ на действующих станах. Так, в 2005 г выполнена реконструкция главных электроприводов и АСУ ТП чистовой группы стана 2500 [67—71]. Внедрение промышленных контроллеров предопределило техническую возможность совершенствования алгоритмов* управления скоростными режимами, которые реализуются.на современном цифровом уровне.
Целью диссертационной работы является совершенствование системы управления скоростными режимами взаимосвязанных электроприводов непрерывной группы широкополосного стана горячей: прокатки, обеспечивающее повышение устойчивости технологического процесса и точности^ регулирования натяжения* и толщины, при расширении сортамента прокатываемых полос.
Для достижения5 цели поставлены следующие основные задачи: Г. Анализ скоростных и нагрузочных режимов ^электроприводов; клетей . широкополосных станов горячей прокатки, при; расширении сортамента; за счет производства полосы толщинойЛ,2-2' мм штрубношзаготовки толщиной до 18 мм из труднодеформируемых марок стали.
Разработка, функциональных схем усовершенствованной- СУРС и; способов управления*;скоростными;режимами- обеспечивающих повышение v точности' регулирования- натяжения заі счет согласования? скоростей'; клетей; непрерывной группы в установившемся* и динамических режимах.
Разработкам математической, мод ели взаимосвязанных электроприводов межклетевого промежутка с учетом предложенных технических решений.
Проведение исследований динамических характеристик электроприводов в разработанной и существующей. СУРС методами математического моделирования.
Промышленное внедрение разработанных систем, проведение экспериментальных исследований, оценка технико-экономической эффективности.
В соответствии с поставленными задачами содержание работы изложено следующим образом:
В первой главе дана оценка сортамента современных широкополосных станов горячей прокатки. Выполнен анализ скоростных и нагрузочных режимов электроприводов клетей стана 2000, дана оценка минимально допустимых скоростей электропроводов чистовой группы при прокатке трубной заготовки. Уточнены требования к точности регулирования натяжения при прокатке тонких полос. Представлены характеристика электрооборудования электроприводов клетей станов 2000 и 2500, а также особенности построения АСУ ТП чистовой группы стана 2500. Дан анализ известных способов управления скоростными режимами электроприводов клетей непрерывной группы.
Вторая глава посвящена разработке усовершенствованной системы. управления скоростными режимами в структуре АСУ ТП стана 2500, обеспечивающей: автоматическое увеличение скорости валков клети на величину статической ошибки перед захватом либо в процессе захвата полосы; автоматическую коррекцию скорости предыдущих клетей межклетевого промежут-1 ка при управляющих и возмущающих воздействиях; автоматическое подтор-маживание клетей чистовой группы,при выпуске полосы.
В' третьей главе рассмотрена математическая* модель взаимосвязанных электромеханических систем межклетевого промежутка чистовой группы стана 2500, содержащая: модель электропривода петледержателя, модели-электроприводов трех взаимосвязанных клетей, модель гидронажимного устройства, а также модели САРНиП, САРТ и усовершенствованной СУРС электроприводов клетей. Дана оценка адекватности переходных процессов, полученных на математической модели, реальным процессам электромеханических систем межклетевого промежутка.
В четвертой главе выполнено математическое моделирование переходных процессов координат электроприводов клетей чистовой группы стана 2500 при применении разработанных систем управления скоростными режимами. Выполнен анализ изменений натяжения и толщины полосы в динамических режимах при различных возмущающих воздействиях. Представлены динамические показатели электроприводов в усовершенствованной системе в сравнении с показателями в действующей СУРС стана 2500.
В пятой главе представлены результаты внедрения и экспериментальных исследований разработанной СУРС, внедренной в структуре АСУ ТП стана 2500. Также представлены результаты экспериментальных исследований системы компенсации статических отклонений скорости в электроприводах клетей чистовой группы стана 2000. Дана оценка влияния точности регулирования натяжения на разнотолщинность полосы. Выполнен расчет эффективности внедрения разработанных технических решений.
В заключении приводятся выводы по работе.
По содержанию диссертационной работы опубликовано 14 научных трудов, в том числе 5 в изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК РФ по направлению «Энергетика». Поданы 2 заявки на получение патентов на изобретения. Полученные результаты докладывались и обсуждались на 7-й международных научно-технических конференциях и конгрессах.
Высокий уровень выполненных научных исследований подтвержден присуждением работе «Повышение эффективности производства горячекатаного листа путем создания и промышленного внедрения высокодинамичных и энергосберегающих электроприводов», выполненной при участии автора, диплома II степени Первого всероссийского конкурса технических проектов и достижений в рамках I международной научно-практической конференции «ИНТЕХМЕТ-2008» (Санкт-Петербург, 2008 г.) в номинации «Проекты, технические решения, изобретения, уже внедренные на производствах».
Характеристика электрооборудования чистовых клетей стана 2000
В электроприводах клетей, чистовой группы применена-настройка контуров, скорости на. модульный оптимум с реализацией пропорциональной структуры регуляторов скорости. Подобная настройка применяется с целью обеспечения максимально возможного быстродействие контура скорости при исключении перерегулирования в переходных процессах. Применение П-регуляторов позволяет получить мягкие механические характеристики электроприводов клетей, делающие работу чистовой группы более устойчивой в случае появления возмущающих воздействий.
Применение ПИ-регулятора вызывает увеличение перерегулирования и колебательный характер переходного процесса скорости, приводит к снижению устойчивости с вытекающими нежелательными последствиями. Применение такой настройки приводит к ухудшению динамических показателей скорости и момента электропривода в режиме захвата полосы валками.
При существующей настройке при ударном приложении нагрузки в момент захвата происходит динамическая просадка скорости вращения валков клети. Величина этой просадки зависит от момента прокатки, запаса кинетической энергии, накопленной вращающимися валками и двигателем главного электропривода, скорости отработки возмущающего воздействия системой регулирования, величины люфта в механизме привода рабочих валков. В табл. 1.5 приведены результаты теоретического-расчета и экспериментальных исследований величины динамической просадки скорости электродвигателей и валков, полученные без учета упругих деформаций и выбора зазоров [23].
При малой скорости прокатки (величина которой меньше, чем динамическая просадка скорости при захвате металла) возможны кратковременная остановка валков клети и остановка прокатного двигателя при выборке люфтов. Значения таких скоростей при номинальной нагрузке по клетям чистовой группы приведены в табл. 1.6. Остановка-рабочих валков, даже кратковременная (или снижение скорости ниже допустимой), приводит к возникновению на их поверхности сетки разгара, снижающей качество прокатываемого металла и уменьшающей срок службы валков. В связи с этим, прокатка металла на скоростях, когда возможна остановка валков при захвате, нежелательна.
Для обеспечения качественной прокатки целесообразно производить захват полосы клетью только при выбранных люфтах. Выборку люфтов можно осуществить за счет кратковременного, но интенсивного подразгона клети перед захватом металла. Кроме того подразгон валков клети при правильном расчете скорости захвата позволит компенсировать величину статической ошибки скорости при прокатке основного участка полосы и обеспечить за счет этого повышение точности согласования скоростных режимов электроприводов и соответственно повышение точности регулирования натяжения. В случае прокатки металла с подразгоном перед захватом полосы, допустимые минимальные скорости прокатки могут быть значительно ниже существующих (см. последнюю строку табл. 1.6).
Таким образом, выполненный анализ работы электромеханических систем прокатных клетей показал целесообразность реализации режима подразгона валков как с точки зрения компенсации статических отклонений скорости, которые при прокатке толстых полос на низких скоростях достигают 15% установившейся скорости, так. и для,компенсации динамических отклонений, возникающих при захвате полосы. Такой режим целесообразно реализовать путем введения специализированного блока компенсации просадки скорости. Разработка такого блока компенсации является одной из задач, поставленных в диссертационной работе.
Чистовая группа клетей стана 2000 состоит из семи клетей типа «кварто». Технические характеристики клетей представлены в табл. 1.7. Кинематическая схема клети приведена на рис. 1.6. Электропривод чистовой клети выполнен безредукторным. Двигатель через главный шпиндель соединен с шестеренной клетью и универсальным шпиндельным устройством, которые позволяют передавать крутящий момент сразу двум рабочим валкам. Принципиальная силовая схема электропривода приведена на рис. 1.7. Технические данные основного электрооборудования главного электропривода представлены в табл. 1.8, 1.9.
Анализ работы электропривода с пропорциональным регулятором скорости
В электроприводах чистовой группы стана 2500 применены пропорциональные регуляторы скорости клетей. Настройка П-регуляторов выполнена таким образом, чтобы обеспечить максимально возможное, быстродействие контура скорости приполном отсутствии-перерегулирования. Это объясняется тем, что даже небольшая» величина перерегулирования осложняет процессы, протекающие при захвате полосы. Если динамическое отклонение (просадка) скорости при захвате полосы клетью больше, чем просадка скорости в установившемся режиме (статическая просадка), то это неизменно сказывается на уровне петли в межклетевомшромежутке и является? возмущением для контура регулирования высоты петли.
Анализ-осциллограмм скоростей валков по клетям чистовой группы и углов подъема петледержателей, представленных на рис. 2.1 — 2.3, показывает, что прокатка переднего конца полосы приводит к значительному отклонению толщины головного участка (до 46%), которое на порядок превышает допустимые значения. (±5%). Кроме того, из анализа осциллограмм следует, что изменения угла подъема 6-го петледержателя в диапазоне ±5 град, при отсутствии коррекции скорости валков предыдущих клетей не приводят к отработке данного возмущения изменением скоростей валков предыдущей клети, что вызывает отклонения величины петли в межклетевом промежутке. Аналогичные отклонения величины петли и соответственно отклонения натяжения происходят при других возмущающих воздействиях: перемещениях нажимных устройств, ручной коррекции скоростей и т.д.
На рис. 2.4 представлены осциллограммы переходных процессов координат, полученные за цикл прокатки (рис. 2.4, а) и в динамических режимах при захвате полосы валками 9-й - 11-й клетей (рис. 2.4, б). Осциллограммы сняты при работе П-регуляторов скорости и предложенной автором автоматической коррекции скоростей предыдущих клетей чистовой группы (см. п. 2.7 настоящей главы).
При появлении возмущающего воздействия в виде изменения положения 6-го петледержателя (рис. 2.4, а) осуществляется коррекция скоростей 10-й и 9-й клетей (и скоростей предыдущих клетей, не показанных на рисунке), что обеспечивает восстановление длины петли в промежутке. При захвате полосы каждой,последующей клетью (рис. 2.4, б) регулятор высоты петли также выдает корректирующее воздействие на скорости всех предыдущих по отношению к данному промежутку клетей. Таким образом, очевидно, что при пропорциональных регуляторах перерегулирование скорости при захвате полосы валками одной из клетей вызывает переходный процесс во всей чистовойтруппе. Указанный переходный процесс в конечном итоге приводит к отклонению выходной толщины от заданных значений, что подтверждается осциллограммами, представленными на рис. 2.1 - 2.4, и данными, приведенными в табл. 2.3.
Кроме того, применение П-регуляторов скорости имеет существенный недостаток при управлении от математической модели. Математическая модель уровня 2 рассчитывает заданные значения скоростей клетей для каждой из прокатываемых полос. Предварительно рассчитанные значения поступают в качестве уставок для системы управления скоростными режимами. В ходе прокатки измеренные значения скорости передаются на уровень 2 и используются моделью для адаптации проведенных ранее предварительных расчетов.
В процессе адаптации учету поддаются все составляющие скорости, внесенные в ходе прокатки: ручные коррекции, коррекции от системы регулирования положения петледержателеи, ускорение при прокатке. Однако статическая просадка скорости, возникающая под нагрузкой, не может быть учтена: При- последующих: перерасчетах она вносит значительную погрешность регулирования. В; силу особенностей построения программы модели такой параметр как жесткость механической характеристики, учитывающий величину просадкш скорости в зависимости от приложенной нагрузки, не может быть в нее внесен. В результате этого управление от математической модели: становитсяшекорректным;
Однако применение П-регуляторов позволяет получить мягкие механические характеристики; электроприводов; клетей делающие: работу чистовой группы более устойчивой в процессе прокатки в случае появления управляющихИ возмущающих воздействий;[97, 98]
Перечисленные особенности вызывают необходимость применения на главном электроприводе клетей стана либоШИ егуляторов скорости; (имеющие г свои- существенные недостатки), либо? использования иных способов, обеспечивающих снижение статической просадки»скорости;. Исследования наг математической мо дел И: показали возможность применения следующего решения:: применения блока компенсации статической просадки скорости в программе управления- режимами»скорости клети, содержащего разомкнутый и замкнутый контуры компенсации, а также блок логики управления- режимами.
Моделирование гидравлического нажимного устройства
На математической модели были исследованы динамические режимы электромеханических систем последних клетей и петледержателей стана 2500. Исследования выполнены для трех последних межклетевых промежутков чистовой группы, поскольку толщина полосы в них изменяется в широком диапазоне (1,8 - 10 мм), а динамические процессы натяжения оказывают наибольшее влияние на конечную толщину проката.
На рис. 4.1 представлены кривые изменения положения (угла подъема/?) петледержателя и натяжения полосы Т при захвате полосы с конечным размером 2x1250 мм. При входе металла в клеть петледержатели в каждом межклетевом промежутке находятся в положении с начальным углом /30=12 град. Затем по сигналу о наличии металла в валках петледержатель перемещается в рабочее положение (при указанной настройке рабочий угол составляет 0ра6=22,5 град).
Из анализа рис. 4.1 следует, что при практически совпадающих кривых изменения положения (рис. 4.1, а), кривые натяжения полосы в исследуемых промежутках имеют существенные различия (рис. 4.1, б). В существующей системе регулирования за счет первоначального рассогласования скоростей смежных клетей происходит бросок (увеличение) натяжения: в промежутке 8-9 - в 1,5 раза, в промежутке 9-10 - в 1,3 раза, в-промежутке 10-11 — в 1,2 раза по сравнению с заданными значениями. После входа металла в последующую клеть происходит просадка скорости вращения валков этой клети и вследствие этого — динамическое снижение натяжения полосы: в промежутке 8-9 - до 0,5, в промежутке 9-10 — до 0,58, в промежутке 8-9 - до 0,62 от заданного значения.
Как было сказано выше; в зависимости от соотношений скоростей выхода металла из предыдущей клети и входа в последующую клеть могут возникать значительные-изменения-натяжения полосы.. На рис. 4.2, а и б представлены кривые изменения угла подъема петледержателя 0 и- натяжения полосьг Т для трех межклетевых промежутков при изменении скорости каждой последующей клети на 1,5 %. Перерегулирование угла /? для всех промежутков находится в пределах 25-35%, динамические отклонения натяжения- составляют для 4-го промежутка 28%, для 5-го — 42%, для 6-го — 65%. Время.переходного процесса составляет около 2 с, что не соответствует требованиям, предъявляемым к современным САРН [52].
Влияние изменения межвалкового зазора на угол подъема петледержателя и натяжение полосы поясняется с помощью кривых, представленных на рис. 4.3. Межвалковый зазор каждой из последующих клетей уменьшается на 2% путем изменения задания на положение гидравлических нажимных устройств. Перерегулирование удельного натяжения для 4-го промежутка составляет 25%, для 5-го - 38%, для 6-го - 53%, перерегулирование угла подъема находится в пределах 20-26%.
На рис. 4.4 представлены кривые положения петледержателя f$ и натяжения полосы Т в 6-ом межклетевом промежутке в режиме захвата полос различной толщины. Ширина полос составляет 1250 мм, толщина — 10 мм, 7 мм, 4 мм и 1,8 мм. Результаты моделирования подтверждают сделанный ранее вывод о том, что с уменьшением толщины полосы возрастает перерегулирование натяжения. Так, для полосы толщиной 10 мм оно составляет 15-22%, в то время как для полосы толщиной 1,8 мм - более 50%. Время подъема петледержателя на заданный угол (рис. 4.4, а) по мере уменьшения толщины полосы изменяется незначительно.
Результаты оценки влияния изменения скорости валков 11-й клети на угол /? и натяжение полосы Т при различных толщинах полос показаны на рис. 4.5. Динамические отклонения угла для заданных толщин полос не превышают 32% (рис. 4.5, а), а перерегулирование натяжения полосы (рис. 4.5, б) возрастает с 12% для полосы толщиной 10 мм, до 65% для полосы толщиной 1,8 мм.
Результаты оценки влияния изменения межвалкового зазора 11 -Й клети на угол р и натяжение полосы Т при различных толщинах полос показаны на рис. 4.6. Динамические отклонения угла для заданных толщин полос не превышают 28% (рис. 4.6, а), а перерегулирование натяжения полосы (рис. 4.6, б) возрастает с 11% для полосы толщиной 10 мм, до 60% для полосы толщиной 1,8 мм.
В соответствии с требованиями, представленными в п. 1.7, допустимые отклонения натяжения не должны превышать ±15%. Представленные результаты моделирования показывают, что динамические отклонения натяжения при захвате полосы составляют 20...60%. При изменении скорости последующей
Коррекция скоростей электроприводов при перемещении гидравлическогошажимного устройства
Уменьшение скорости сокП последующей клети на 1,5% (рис. 4.14, а) в системе без автоматической коррекции скорости приводит к увеличению длины полосы в предыдущем по отношению к данной клети межклетевом промежутке. Аналогично кривым на рис. 4.10, возникают положительное приращение скорости сопт петледержателя до 0,14+0,17 с"1 (рис. 4.14, б) и отклонение пет-ледержателя /Зпд10 от заданного положения на 9+11% (рис. 4.14, в). Как видно из рис. 4.14, г, увеличение длины прокатываемой полосы в межклетевом промежутке приводит к динамическому изменению натяжения Г10: изначально в сторону уменьшения на 66+74% до значения 7,5 кН, при заданном 20 кН, а затем в сторону увеличения до 24+25 кН. При этом САРНиП отрабатывает возмущающее воздействие за счет воздействия на скорость предыдущей клети (рис. 4.14, д). Время восстановления заданного натяжения составляет 0,9+1,1 с, а положения петледержателя — 2,6+2,9 с. Аналогичные процессы, но с противоположными знаками протекают при увеличении скорости а)кП последующей клети на 1,5% (рис. 4.15). Петледержа тель опускается на 9-11% (рис. 4.15, в), а натяжение Г10 в полосе отклоняется от заданного значения до 59+67 % (рис. 4.15, г). Для ограничения динамических отклонений натяжения и положения петледержателя осуществляется каскадное управления скоростными режимами при ручной коррекции скорости, рассмотренное в п. 2.7 (рис. 2.14). При появлении управляющего воздействия на скорость какой-либо клети (рис. 4.14, а) одновременно подается корректирующий сигнал на скорость предыдущей, клети (рис. 4.14, д). В результате поддерживается заданная длина полосы в межклетевом промежутке при обеспечении требуемого натяжения. Из осциллограмм рис. 4.14 и 4.15 видно, что применение этой коррекции позволяет добиться стабильной работы петледержателя при ручном воздействии оператора на скорость клети. Положение петледержателя не изменяется (отклонение 0,2+0,5%), при этом динамическое отклонение натяжения полосы также практически отсутствует.
Аналогично были проведены исследования на математической модели известного и предложенного способов регулирования при изменении скорости последующей клети на 3%. Результаты представлены на рис. 4.16 и 4.17. Ручная коррекция скорости в традиционной системе приводит к отклонению угла подъема петледержателя J3ndl0 до 18- -21%, (рис. 4.16, в и 4.17, в), что вызывает потерю натяжения Т10 в полосе (рис. 4.16, г), либо превышение заданного натяжения более чем в 2 раза (рис. 4.17, г). Применение коррекции при изменении скорости последующей клети позволяет исключить эти неблагоприятные режимы. Как видно из рис. 4.16 и 4.17, при ручной коррекции скорости операто-ромв системе с каскадным регулированием скорости обеспечивается устойчивый, угол подъема петледержателя (рис. 5.12, ви5.13, в) и сохраняется заданное натяжение.
Кроме рассмотренных режимов был выполнен анализ режимов усовершенствованной СУРС при коррекции скоростей от возмущающих воздействий, вызванных изменением угла подъема петледержателя-при прокатке. Получены результаты, аналогичные представленным на рис. 4.10 — 4.13, поэтому здесь они не рассматриваются.
Как неоднократно отмечалось выше, согласно технологическим требованиям натяжение полосы при прокатке не должно превышать 15% установившегося значения. Если на каком-либо участке прокатка ведется с натяжением, выходящим за указанный предел, то справедливо допустить, что на протяжении этого участка отклонения толщины полосы также превышают допустимые пределы (3,5-5% в зависимости от толщины) [54]. На данном утверждении основан расчет экономического эффекта при внедрения каскадного способа регулирования скоростей клетей непрерывной группы.
На рис. 4.18 приведены осциллограммы натяжения полосы при возмущающих воздействиях со стороны САРТ и при изменении скорости последующей клети. На этом рисунке также показаны длины разнотолщинных (некондиционных) участков полос для систем, реализующих известный и разработанный способы, управления скоростными режимами. Расчеты выполнены по скоростям и времени прокатки этих участков. Получены следующие результаты: - длина разнотолщинного участка полосы в системе без каскадного регу лирования: Я„еконд =4,3+4,+4,1+5,2=17,8м, что составляет 0,64% при длине раската 2800 м; — длина разнотолщинного участка полосы в системе с каскадным регули рованием: неконд =1,3+1,2+0+0=2,5 м, что составляет менее 0,1% при длине раската 2800 м. Таким образом, происходит снижение брака за счет уменьшения-разно-толщинности при коррекции от возмущающих воздействий и вмешательства оператора более чем в 6 раз. Это снижение напрямую, связано повышением-коэффициента выхода годного для стана 2500 ОАО «ММК» с 0,95 до 0,9525: Экономический эффект за счет снижения расходного коэффициента; Э= АР хСхПх К = 0,0025 6300 х 3444,041 х0,025 =1 356,1 тыс.руб. где АР - сокращение расходного коэффициента по причине снижения обрези (брака) из-за отклонений толщины на головном участке рулона; С — производственная себестоимость 1 тонны готового проката, С = 6300 руб; П- годовое производство проката, П = 3 444 041 т; К2 - коэффициент влияния, принимается К2 —0,025. При этом экономический эффект достигается за счет совершенствования существующей СУРС стана практически без капитальных затрат. Очевидно, что представленный расчет имеет приблизительный характер, поскольку отпуск металла осуществляется в рулонах без контроля разнотол-щинности полосы по длине. При этом отбраковка продукции идет на стадии формирования рулонов. Вместе с тем, представленный расчет позволяет выполнить достаточно достоверную оценку процентного снижения брака за счет повышения точности регулирования толщины прокатываемых полос, являющихся конечной продукцией горячего прокатного передела.
