Широкополосные станы горячей прокатки

На широкополосных станах горячей прокатки из слябов получают листы толщиной 0,8 – 20 мм и шириной от 500 до 2300 мм при скорости прокатки до 30 м/с. Станы могут быть непрерывные и полунепрерывные.

В непрерывных станах все клети расположены последовательно и прокатка производится в одном направлении без реверсирования. Такие станы обеспечивают максимальную производительность.

В полунепрерывных станах имеется универсальная реверсивная клеть, осуществляющая предварительное обжатие слябов в несколько реверсивных пропусков и далее группа последовательных нереверсивных чистовых клетей.

Технологический процесс полунепрерывного широкополос­ного стана заключается в следующем. В печах слябы нагрева­ются до температуры 1150—1280 °С и выгружаются на прием­ный рольганг. Последний транспортирует нагретые слябы к клети с вертикальными валками, где происходят разрушение окалины и калибровка сляба по ширине. Далее сляб рабочим рольгангом подается к черновому двухвалковому окалиноломателю для дальнейшего разрушения окалины и обжатия металла по толщине. После этого металл поступает по рольгангу в ре­версивную универсальную четырехвалковую клеть, где за три­девять реверсивных пропусков обжимается по толщине до 20— 35 мм. Металл, прокатанный в универсальной четырехвалковой клети, именуемый подкатом, промежуточным рольгангом подается к летучим ножницам, которые отрезают передний и задний концы неправильной формы. Далее подкат поступает в чистовую группу, где в шести-девяти четырехвалковых клетях происходит непрерывная прокатка листа.

Перед окончанием непрерывной прокатки в чистовой группе клетей летучие ножницы отрезают задний, неправильной формы конец подката. После выхода из последней клети полоса по от­водящему рольгангу (длиной около 200 м) поступает в мо­талки, где сматывается в рулоны, и последние конвейером пе­редаются на линии резки или в цех холодной прокатки. На отводящем рольганге установлена система душирующего ох­лаждения металла, обеспечивающая получение необходимой температуры смотки.

Зазор между рабочими валками, необходимый для получе­ния заданного обжатия, обеспечивается нажимным механизмом.

На непрерывном стане черновая группа, кроме вертикального и горизонтального окалиноломателей, имеет четыре-пять нереверсивных четырехвалковых универсальных клетей.

Чистовая группа состоит из семи – восьми четырехвалковых нереверсивных клетей. Всего на одном стане может быть до 14 клетей. Суммарная установленная мощность двигателей главных приводов превосходит 120000 кВт, общее число электродвигателей свыше 2000.

Рабочие валки вертикальных клетей окалиноломателей приводятся в движение через редуктор от асинхронных короткозамкнутых двигателей по 630 кВт при напряжении питания 6 кВ. Здесь регулирование скорости не требуется. Для горизонтальных валков окалиноломателей используют привод от синхронных электродвигателей мощностью до 5000 кВт, 10 кВ. В вертикальных валках синхронные двигатели менее желательны из-за сложности выравнивания нагрузки правого и левого валков.

Клети черновой группы непрерывного стана обычно не связаны прокатываемым металлом и поэтому нет необходимости в регулировании скорости. Для привода валков используются тихоходные синхронные двигатели большой мощности 5000 – 10000 кВт, 10 кВ. Ударная нагрузка при захвате металла вызывает просадку напряжения питающей сети. Для уменьшения колебания напряжения сети и обеспечения устойчивой работы двигателя применяют быстродействующие автоматические регуляторы возбуждения.

Привод реверсивных универсальных черновых клетей работает в условиях частых пусков, ускорений, тормозных режимов и, естественно, должен быть хорошо управляемым. Поэтому для привода горизонтальных и вертикальных валков реверсивной универсальной клети используют двигатели постоянного тока мощностью 6 МВт и более (горизонтальные валки) и 1 – 3 МВт (вертикальные валки). Привод горизонтальных валков – индивидуальный, что позволяет повысить мощность и улучшить динамические качества главного привода клети и, следовательно, ее производительность.

Чистовой окалиноломатель представляет собой двухвалковую клеть, конструктивно во многом аналогичную черновому окалиноломателю. Однако в связи с меньшими обжатиями чистовой окалиноломатель имеет меньшие габариты и, соответственно, привод меньшей мощности. Для привода валков чистового окалиноломателя используют двигатели постоянного тока мощностью до 520 кВт (110/220 об/мин). Привод постоянного тока необходим в связи с требованием согласования скоростей валков окалиноломателя и валков чистовых клетей. Для вертикальных валков реверсивной универсальной клети используют привод постоянного тока ввиду необходимости согласования скорости вертикальных валков со скоростями горизонтальных валков при одновременной прокатке в вертикальных и горизонтальных валках. Основная работа при прокатке совершается горизонтальными валками. Обжатие металла по ширине, осуществляемое вертикальными валками, незначительно. Поэтому мощность электродвигателей вертикальных валков значительно меньше, чем горизонтальных. Для привода вертикальных валков используются двигатели постоянного тока с независимым возбуждением мощностью до 2 х 420 кВт (500/700 об/мин).

Работа чистовой группы клетей происходит следующим образом. После заполнения чистовой группы клетей металлом на заправочной скорости порядка 6 – 10 м/с передний конец полосы выходит на отводящий рольганг. С этого момента чистовая группа клетей, отводящий рольганг и моталка увеличивают скорость так, что задний конец полосы выходит из последней клети на максимальной скорости. По мере выхода заднего конца полосы из клетей последние замедляются до скоростей, соответствующих заправочному режиму. Скорость полосы задается в зависимости от конечной толщины и марки прокатываемой стали. Требуемый диапазон регулирования скорости 2:1.

Основное технологическое требование к непрерывным станам заключается в обеспечении постоянства установленного соотношения скоростей двигателей отдельных валков во избежание образования слишком больших петель металла или возникновения растягивающих усилий в прокатываемой полосе. Это требование обеспечивается при условии равенства секундных объемов.

В зависимости от соотношения скоростей вращения валков соседних клетей возможны три режима прокатки: свободная, с натяжением металла, со сжатием металла (образование петли).

Свободная прокатка является границей между прокаткой с натяжением и с петлей; она является неустойчивой и не может длительно поддерживаться. Поэтому в зависимости от технологии прокатку чаще всего ведут с натяжением или с петлей (сжатием металла).

К особенностям непрерывной прокатки относятся: ударный наброс и сброс нагрузки и одновременная прокатка металла в нескольких клетях непрерывной группы.

После выхода металла из клети необходимо быстро уменьшить скорость валков до величины заправочной скорости, при которой металла принимается в клеть.

Динамические падения скоростей при набросе нагрузки не должны превышать 2 %, а время переходного процесса 0,2 – 0,3 с. Требуется согласовывать скорости и ускорения чистовой группы клетей, рольгангов и моталки. Необходимо обеспечить индивидуальное торможение каждого привода чистовой группы при выходе полосы из заданной клети. Для изменения режимов натяжения надо предусмотреть возможность изменения соотношения скоростей валков клетей. Все эти требования обусловили необходимость применения в приводе чистовых клетей специальных двигателей постоянного тока с независимым возбуждением, имеющих низкое ударное падение скорости (большой момент инерции), питающихся от управляемых тиристорных преобразователей.

В электроприводах чистовых клетей непрерывных станов используют двухъякорный двигатель или два двигателя, питаемые по восьмеричной схеме с целью снижения пульсаций выпрямленного напряжения из-за того, что первичные обмотки трансформатора каждого преобразователя по различным схема – в треугольник и звезду.

Функциональная схема главного привода чистовой группы широкополосного стана представлена на рис. 7.3. Рабочие валки приводятся во вращение двухъякорным двигателем постоянного тока М1, М2, питающимся от двух комплектов тиристорного преобразователя UZ1, UZ2, включенного по восьмеричной схеме.

Рис. 7.3. Схема электропривода широкополосного стана.

Для улучшения энергетических показателей в процессе глубокого регулирования скорости первичные обмотки трансформатором Т1, Т2 включены по схемам «треугольник» и «звезда» с автоматическим переключение отпаек. Обмотки возбуждения ОВМ1, ОВМ2 соединены последовательно и питаются от нереверсивного преобразователя UZ3. Система управления состоит из трех взаимосвязанных схем: регулирование напряжения якоря, регулирование тока возбуждения и задание скорости.

Схема регулирования напряжения якоря двухконтурная – по скорости и току. Контур регулирования тока включает датчик тока UA, регулятор тока РТ и СИФУ. Входной сигнал на контур регулирования подается через блок ограничения тока БОТ, служащий для ограничения тока при перегрузках. В связи с тем, что при изменении возбуждения двигателя, меняется его перегрузочная способность, уставка БОТ корректируется блоком изменения уставки тока БИУТ.

Контур регулирования скорости включает регулятор скорости РС, тахогенератор BR и цепи задания скорости.

Управление током возбуждения также строится по двухконтурной схеме – по току и по ЭДС двигателя. Сигнал ЭДС формируется датчиком ЭДС ИЭ по известным току якоря (сигнал UA) и напряжению якоря (сигнал UV). Выход регулятора ЭДС РЭ и поступает на вход регулятора тока возбуждения РТВ через блок ограничения тока возбуждения БОТВ. В начале разгона двигателя сигнал задания ЭДС Еном больше действительной ЭДС Е и сигнал на выходе РЭ меньше уставки БОТВ. После разгона двигателя при Еном – Е < 0 выходной сигнал РЭ будет уменьшаться и ток возбуждения тоже начнет уменьшаться.

Достаточно сложной является схема формирования текущего сигнала задания скорости. Сюда входят:

блок установки задания БУЗ, имеющий ручной и автомати­ческий входы, вход корректировки по положению петледержателей;

множительно-делительное устройство МДУ, осуществляю­щее согласование скорости клетей. Оно выполняет операцию умножения двух напряжений: суммы двух эталонных напряже­ний u_зап и u_р и индивидуального для каждой клети сигнала БУЗ. Выходное напряжение МДУ в определенном масштабе представляет заданное значение скорости каждой из клетей;

сумматор СК, суммирующий сигналы, поступающие от шин заправочной скорости ШЗС, шин совместного ускорения ШСУ и от петледержателей.

Схема управления обеспечивает пуск и разгон двигателя до скорости захвата металла валками, формирует оптимальные переходные процессы при захвате металла валками, обеспечи­вает увеличение скорости двигателя при одновременном нахож­дении металла во всех клетях чистовой группы до установив­шейся скорости прокатки металла, уменьшение скорости (подтормаживание двигателей) до скорости захвата металла и т. п.

Задание на уровень скорости и грубая регулировка осуще­ствляются с помощью БУЗ, шин ШЗС и ШСУ. БУЗ осущест­вляет «грубую» настройку скорости клети от сельсина грубой настройки СГН; для тонкой настройки в пределах ±10% ис­пользуется сельсин тонкой настройки СТН.

После захвата металла задатчик интенсивности ЗИ выклю­чается из цепи управления с помощью размыкающего контакта РЗИ, что обеспечивает возможность быстрого изменения ско­рости при перемещении рукоятки тонкой настройки СТН. Для снижения рывка в начальный момент разгона двигателя на входе задатчика интенсивности включено инерционное звено ИЗ.

Скорость прокатки чистовой группы клетей определяют два независимых эталонных напряжения — u_зап, поступающие от шин заправочной скорости ШЗС, и u_р, поступающее от шин совместного ускорения ШСУ. Эталонное напряжение u_р пода­ется с задатчика интенсивности разгона ЗИР на сумматор СК после входа металла во все клети через ключ индивидуального торможения КИТ и его сигнал линейно возрастает от нуля до заранее заданного значения, определяющего рабочую скорость прокатки.

Напряжение u_зап снимается с блока установки задания за­правочной скорости БУЗЗС. Темп ускорения чистовой группы зависит от выходного сигнала блока установки темпа ускорения БУЗТУ. Рабочая скорость прокатки задается блоком рабочей скорости БУЗРС. Ограничение ЗИР зависит от разности между напряжением задания рабочей и заправочной скоростей. Узел ограничения ускорения ГУОУ ограничивает темп ускорения.

Чистовые группы клетей современных широкополосных станов оборудуются следующими системами автоматизации: регулирования толщины полосы, регулирования температуры полосы в процессе прокатки, стабилизации межклетьевых натяжений полосы и др. Кроме того, предусматривается дистанционное управление перестройкой положения нажимных винтов клетей, направляющих линеек, изменение заданий регулятору толщины, регулятору натяжения, регулятору скорости двигателей рабочих валков. Широко используются АСУ ТП стана с применением ЭВМ.