СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТАНОВ ДЛЯ ПРОКАТКИ ТОЛСТЫХ ЛИСТОВ

Комплексный подход к совершенствованию толсголисговых станов

Многочисленными публикациями фирмы "ДЭВИКЛЕСИМ” показали, что успех реконструкции толстолистовых станов основан на комплексном подходе, включающем следующие элементы: тщательно отработанная высокоэффективная технология производства механического и гидравлического оборудования; современное оборудование для автоматизации и упровления процессом; комплексный подход к производственным ноухау и возможностям обучения производственного и обслуживающего персонала; уникальный управленческий персонал, обладающий опытом модернизации толстолистовых станов в тесном взаимодействии с заказчиком; чрезвычайная ответственность за конечные результаты по срокам поставки, комплектации персоналом, качеством исполнения и т.д.

Для достижения этих целей фирмы "ДЭВИ КЛЕСИМ” разработали новые технологии и системы управления прокаткой, которые можно применить не только к новому оборудованию, но н к действующему для повышения его эффективности.

Технологии содержат гидравлические нажимные системы в горизонтальных клетях, изгиб крупных валков, гидравлические нажимные системы в вертикальных клетях, горячую правку.

Системы управления прокаткой обеспечиваются математическими моделями, разработанными совместно с фирмами "ИРСИД" и "БЕРТЕН": модель толстолистовой прокатки: само настраивающаяся модель прокатки с алгоритмом оптимизации. Вместе с гидравлическими нажимными системами эта модель образует систему управления Тидроплэйт"; модель управления формой листа, разработанная фирмой "КЛЕСИМ" для получения прямо угольности поперечного сечения листа. Может совмещаться только с системой Тидроплэйт”; АУШмодель — автоматизированное управление прямоугольностью полосы и ее размерами по ширине. Эта модель совместима с системой нажимных винтов в вертикальной клети. УОПЗмодель оптимальное управление ускоренным охлаждением и прямой закалкой; ГПмодель — управление горячей правкой с оптимальной пластической деформацией.

Созданы системы автоматизации прокатным станом: мастерстан—слежение за продуктом, сбор информации, управление толщиной, автоматическое согласование технологических параметров (исходное выставление оборудования, управление скоростью прокатки и т.д.), интерфейс человек — машина; управляющие ЭВМ станом, включающие все модели и прикладные программы для выдачи управляющих команд, интерфейс человек — машина. Все эти технологии и системы управления прокаткой были созданы одним исполнителем и составляют основу "Комплексного подхода к совершенствованию толстолистовых станов".

Системы управления и технология прокатки толстых листов

Гидравлическая система управления толщиной (ГСУТ). Задачей этой системы является управление толщиной полосы за счет регулирования раствора валков. Эта система — результат тщательного и оптимизированного согласования механической, гидравлической и электронной ветвей системы при максимальной унификации узлов с целью сокращения сроков монтажа. Регулировка раствора валков достигается действием двух гидроцилиндров, расположенных как с верхней, так и с нижней частей станины клети между опорной подушкой и нажимным винтом. Положение гидроцилиндров управляется в форме "замкнутой петли", ис ходное положение которой устанавливается по способу фирмы "ИНТЕЛ" с помощью микропроцессоров.

Микропроцессоры используются для следующих целей: установки и управления давлением изгиба валков; регулировки "петель”; для связей.

Можно осуществить следующие воздействия: управление позиционированием; управленине постоянством раствора валков с компенсацией упругой деформации станины: относительной (замкнутое пространство между валками) и абсолютной (с помощью толщиномера); компенсация масляной пленки на опорном валке; коррекция эксцентриситета валков; г регулирование линии прокатки (цилиндры I расположены в нижней части станины).

Изгиб крупных валков (ИКВ). Система изгиба крупных валков приводится в свою очередь системой ГСУТ. Перед тем как плита поступит в клеть, устанавливается усилие изгиба (вручную или от задающей модели).

В процессе прокатки усилие изгиба меняется в соответствии с изменениями усилия прокатки. Этот сигнал коррекции является функцией изменения усилия прокатки с учетом изменения ширины прокатываемой плиты. Обе системы ГСУТ и ИКВ позволяют осуществлять прокатку плит с заданной толщиной и профилем.

Эффективность изгиба валков является функцией давления гибки, размеров валков и ширины прокатываемой полосы. Ее можно повысить, применяя конические опорные валки.

Система изгиба крупных валков может быть подключена к системе высокого давления привода нажимных винтов. Совместно с системой ГСУТ система ИКВ является важнейшим звеном толстолистового стана при прокатке широких и тонких листов без дефектов по планшетности.

Модель толстолистовой прокатки. Математическая модель толстолистовой прокатки была разработана фирмой "ИРСИД" (Французским научноисследовательским институтом черной металлургии) и фирмой "КЛЕСИМ”.

В отличие от многих моделей, существующих на рынке, упомянутая модель толстолис товой прокатки не является статистической, а основана на тщательном физико математическом анализе процесса прокатки. Разработанные уравнения и формулы дают возможность просто и быстро рассчитать все параметры прокатки для выбранной схемы прокатки, принимая во внимание все ограничения, накладываемые особенностями стана и выпускаемой продукции.

Математическая модель толстолистовой прокатки обеспечивает высокое качество продукции (толщину, ширину, планшетность, температуру); оптимальное использование мощности прокатного стана.

Основные функции следующие: расчет оптимальных режимов прокатки; расчет рекомендованных проходов для систем автоматизации стана; задача полосы в течение прокатки; обработка данных; темп работы стана.

Цель моделирования процесса прокатки — владение состоянием стана и условиями прокатки, чтобы определить в потоке производства нужную схему прокатки и предсказание необходимых проходов. Они рассчитываются с использованием математической формализации процесса прокатки, являющейся более точной и гибкой, чем эмпирические или статистические модели. Моделирование дает возможность рассчитать оптимальные режимы прокатки для каждого нового типа продукции.

Модели параметров плит в соответствии с классификацией "ИРСИД" являются теоретическим описанием (насколько это возможно) действительных физических явлений.

Перечень физических моделей следующий: модели для технологии расчета усилий и крутящих моментов, теплового состояния, формы полосы (мениск и разнотолщинность);

модели для стана: мощность привода и нагревательных устройств, профиль валков (ненагруженных), натяжение и профили нагруженных валков.

В режимах подстройки рассчитывают коэффициенты, входящие в уравнения моделей после каждого пропуска полосы и/или после окончания прокатки, чтобы наиболее точно предсказать режимы последующей прокатки.

Оптимизация процесса прокатки. Модель толстолистовой прокатки позволяет определить оптимальные режимы прокатки, принимая во внимание следующее.

Данные об исходном слябе: размеры, химсостав или марка стали, температура печи.

Данные об окончательном продукте (целевые функции): размеры (толщина, ширина), величина мениска, температура, термомеханические параметры прокатки.

Режим прокатки можно считать оптимальным, когда выполнены следующие условия: достигнуты параметры целевых функций, удовлетворены требования по планшетности проката, стан не перегружен, выполнена технология прокатки, количество пропусков минимально, достигнута максимальная производительность.

В результате расчета технологических параметров прокатки получают следующие данные: обжатие за каждый пропуск, заданная скорость прокатки, заданное усилие изгиба валков, предполагаемое усилие прокатки, крутящий момент, ток в двигателях, предполагаемое состояние плиты после каждого пропуска (размеры, температура и т.д.), параметры систем ГСУТ и ИКВ.

Плансхема управления. В целях дальнейшего увеличения производительности и выхода годного необходимо уменьшить обрезь металла с головной и хвостовой частей плиты за счет улучшения ее ортогональности.

Это можно выполнить несколькими способами: прокатка по многопроходной технологии (одна или две стадии черновой прокатки с промежуточными кантовками и прокаткой в уширение). Эти стадии прокатки учтены в модели толстолистовой прокатки; прокатка с системой управления ортогональностью полосы, разработанной фирмой "КЛЕСИМ". Эту систему, как правило, объединяют с системой "Гидроплэйт"; прокатка с повышенным уширением (если имеется вертикальная клеть). Такая технология прокатки также основана на модели толстолистовой прокатки; прокатка с малыми обжатиями (когда вертикальная клеть имеет гидравлический привод нажимных винтов).

Система "Гидроплэйт”. Эта система представляет собой сочетание системы ГСУТ и модели толстолистовой прокатки. Объединенная система — идеальна для оптимальной эксплуатации полосовых станов и в то же время позволяет повысить производительность при прокатке полос широкого сортамента и в малых количествах. В настоящее время невозможно выпускать плиты и полосы широкого сортамента (широкие, тонкие, из высокопрочных сплавов) в малых объемах, одновременно удовлетворяя требования заказчика к продукции по геометрическим и металлургическим параметрам, а также учитывая интересы производителя по стоимости продукции, времени поставки, складским запасам и т.д. без системы управления, подобной "Гидроплэйт".

В результате использования указанной системы уменьшается разброс по следующим параметрам: заданной толщины — до 0,10 мм, разнотолщинности полосы — до 0,04 мм, ширины (при наличии вертикальной клети) — до 10 мм, ширины (без вертикальной клети) — до 15 мм, температуры конца прокатки — до 10 °С. Выход годной продукции повышается на 5%; мениск уменьшается до 0,05—0,075 мм; превышение массы плиты над номинальной снижается на 3 %; допуски по планшетности составляют 0,5 от установленных стандартом АСТМ: производительность возрастает на 10 %.?

Ускоренное охлаждение закалка в потоке

Термообработка в потоке — ускоренное охлаждение и закалка стали важной частью технологии прокатки в делом (рис. 1). Это позволяет снизить себестоимость производства (по времени, энергозатратам, легирующим элементам) и выпускать широкий сортамент сталей улучшенного качества: лучшей свариваемости при таком же или повышенном уровне механических свойств. Рынок потребителей такого проката: трубы, нефтяные платформы, судостроение, конструкции для зданий и мостов.

Горячая правка

Планшетность — основной параметр, которым необходимо управлять на всех стадиях производства — от подогревательных печей до холодильников. Это означает выполнение технологии прокатки, а установка охлаждения проката обеспечит однородность температуры проката и эффективную правку в горячем состоянии.

Вершиной новой технологии, разработанной фирмой "КЛЕСИМ" для горячей правки с использованием нажимных винтов и изгиба валков, является математическая модель "Плоскость", позволяющая оптимизировать процесс горячей правки, в частности определить наилучшую установку валков для оптимального обжатия полосы. Горячая правка плит автоматически устанавливается в соответствии с параметрами последней прокатанной плиты: размерами и твердостью материала.

Например, когда полоса подходит к правильной клети, все параметры установлены в соответствии с измерениями температуры последней прокатанной полосы. Предусмотрено несколько проходов в прямом и обратном направлениях в автоматизированным управлением установкой. На любом проходе оператор может изменить расчетные параметры в соответствии с выбранными обжатиями.

Основная польза от такой реконструкции производства заключается в оптимальной загрузке правильной клети, страховании от возможных поломок валков или шпинделей по вине оператора, постоянстве качества продукта после правки.

Система управления качеством продукции, предложенная и разработанная фирмой "КЛЕСИМ", является хорошим примером того, как производитель и потребитель сотрудничают вместе. Таким образом, поставщик отвечает за механическую часть проекта, технологию прокатки, системы управления производством, работу стана и конечные результаты.

Для заказчика важными являются единство покупателя и продавца, непосредственный контакт, единственное ответственное лицо.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 4, Москва 1994