Реверсивные станы горячей прокатки

Реверсивные станы горячей прокатки предназначены для предварительного обжатия горячего слитка. К этой группе относятся обжимные станы, толстолистовые, рельсобалочные станы и обжимные (черновые) клети сортовых станов. Направление вращения валков реверсивного стана меняется после каждого прохода; прокатка осуществляется в двух направлениях: прямом и обратном. Цикл работы реверсивного привода валков стана включает разгон двигателя вхолостую до скорости захвата, разгон с металлом в валках, прокатку на максимальной для цикла скорости, замедление с металлом в валках до скорости выброса, замедление на холостом ходу и реверс двигателя.

Перед каждым пуском происходит разгон стана вхолостую. При определенной скорости, которую называют скоростью захвата, в валки поступает прокатываемый металл. После захвата стан снова разгоняется с металлом в валках. Перед концом прокатки скорость снижается с таким расчетом, чтобы слиток не был выброшен на большое расстояние от клети. Второй пропуск происходит в обратном направлении, после реверса. После второго пропуска слиток обычно кантуется и вновь рольгангом направляется к рабочим валкам для следующего пропуска. Общее число пропусков обычно от 10 до 20. В последнем пропуске выброс слитка производится с максимальной скоростью, поскольку в этом случае металл не возвращается обратно в клеть.

Во время паузы между пропусками производится перемещение верхнего валка с помощью нажимного устройства. В случае необходимости заготовка перемещается по рольгангу в поперечном направлении с помощью линеек манипулятора и кантуется с помощью кантователя. Скорость захвата металла составляет 1,0 - 1,75 м/с, скорости выброса 1,5 – 2,0 м/с, а максимальная скорость прокатки 5 – 6 м/с. Скорость прокатки увеличивают с каждым пропуском. Частота пусков электродвигателя достигает 1500 в час; броски тока в момент захвата металла составляют 250 – 300 % от номинального. Практически двигатель стана все время работает в переходных режимах.

Реверсивные клети слябингов, толстолистовых, балочных станов могут иметь, помимо горизонтальных прокатных валков, пару вспомогательных вертикальных валков для обжатия боковых граней заготовки. Такие клети называются универсальными. Прокатка происходит одновременно в обеих парах валков.

Требования к электроприводу прокатного стана: диапазон регулирования скорости не менее 1:10; перегрузочная способность не менее 2,5; жесткость механических характеристик; высокие динамические показатели, в частности минимальный момент инерции; большой пусковой и максимальный моменты; минимальное время переходных процессов при заданном значении динамического тока; ограничение тока якоря двигателя при перегрузках; надежная остановка привода при нулевом положении командоаппарата (отсутствие «ползучей» скорости); постоянство величины ускорения привода при работе до основной скорости; высокая эксплуатационная надежность. Таким условиям может соответствовать привод постоянного тока Г-Д или ТП-Д индивидуальный или групповой. Мощность главного привода горизонтальных валков 10-16 МВт, напряжение двигателей 750 – 1000 В, номинальная скорость 50 – 65 об/мин и максимальная при ослабленном поле до 120 об/мин.

Современные станы оборудуются приводом ТП-Д с системой подчиненного регулирования.

Рис. 7.1. Схема электропривода реверсивного стана по системе Г-Д.

На рис. 7.1 показана схема привода реверсивного стана горячей прокатки, выполненного по системе Г-Д. Прокатный двигатель М питается от электромагнитного генератора G, который вращается синхронным двигателем М1. обмотка возбуждения ОВГ генератора подключена к реверсивному тиристорному преобразователю UZ1. Все управление приводом (разгон, торможение, регулирование скорости, реверс) осуществляется путем воздействия на ОВГ. С помощью обмотки возбуждения ОВМ двигателя осуществляется лишь двухзонное регулирование скорости выше номинальной. Тиристорный преобразователь UZ2 нереверсивный.

В первой зоне регулирования работают три регулятора: регулятор скорости РС, регулятор тока РТ и регулятор напряжения РН соответственно с тремя обратными связями по скорости через тахогенератор BR, по току через шунт UA и по напряжению через элемент UU. При этом задающим сигналом является Uзс от сельсинного командоаппарата SKAP (через фазочувствительный выпрямитель ФВУ и задатчик интенсивности ЗИ).

Во второй зоне регулирования изменение возбуждения двигателя производится двухконтурной системой регулирования. Задающий сигнал Fз сравнивается с сигналом обратной по ЭДС двигателя, формируемый звеном UЕ по напряжению якорной цепи UU и по току якоря UA. После регулятора ЭДС РЭ сигнал поступает на подчиненный ему контур регулирования тока возбуждения.

На рис. 7.2 представлена схема тиристорного электропривода реверсивного стана горячей прокатки. Система управления – многоконтурная с подчиненным регулированием параметров, с двухзонным регулированием скорости. Она выполнена на базе универсальной блочной системы регулирования УБСР. Для питания якоря двигателя М1 использован реверсивный двухкомплектный тиристорный преобразователь UZ1, UZ2. Питание обмотки возбуждения двигателя ОВМ производится от нереверсивного тиристорного преобразователя UZ3. Двигатель М2 на схеме не показан; он имеет аналогичное электрооборудование. Система управления приводом состоит из двух систем, осуществляющих взаимосвязанное регулирование напряжения якоря и тока возбуждения двигателя. Система регулирования напряжения имеет два контура: контур регулирования скорости и подчиненный ему контур регулирования тока якоря. В контур регулирования тока входят: сигнал задания iз ; датчик тока UA1 с сигналом i ; регулятор тока РТ, СИФУ.

Рис. 7.2. Схема электропривода реверсивного стана по системе ТП-Д.

В контур регулирования скорости входят: сигнал задания скорости w_з ; тахогенератор BR с сигналом действительной скорости w; датчик напряжения UV1, регулятор скорости РС.

Задание знака и величины скорости производится оператором при помощи сельсинного командоаппарата SA. Темп разгона формируется задатчиком интенсивности ЗИ. Для получения монотонной кривой разгона на выходе задатчика интенсивности установлен фильтр Ф.

Сигнал задания скорости w₃ на входе регулятора скорости РС сравнивается с сигналом w реальной скорости. РС отрабатывает рассогласование w_з - w. Выход регулятора скорости служит заданием регулятору тока iз. Выход регулятора тока управляет СИФУ тиристорных преобразователей UZ1, UZ2, осуществляя требуемое регулирование напряжения на якоре двигателя.

В систему управления возбуждением двигателя входят: датчик ЭДС двигателя UE, датчик напряжения UV2; задатчик ЭДС SE; регулятор ЭДС РЕ; датчик тока возбуждения UA2, регулятор тока возбуждения РТВ. Схема управления потоком возбуждения также двухконтурная: с контуром ЭДС и тока возбуждения. Регулятор ЭДС обеспечивает изменение возбуждения двигателя только в случае, когда скорость двигателя достигнет основной. Пока происходит управление скоростью напряжением якоря, регулятор ЭДС РЕ находится в насыщенном состоянии (в ограничении) и разгон двигателя до номинальной скорости происходит при номинальном потоке возбуждения. Когда скорость двигателя достигнет номинального значения w_н, чему соответствует U=U_Я.Н.; Е_Д=Е_Д.Н, в работу вступит, выйдя из ограничения, регулятор ЭДС, обеспечивающий дальнейшее поддержание постоянства ЭДС Е_Д=Е_Д.Н путем снижения магнитного потока двигателя и увеличения его скорости. Степень ослабления потока двигателя будет определяться величиной задающего сигнала Е_З. Обратная связь по ЭДС двигателя основана на комбинации обратной связи по напряжению двигателя и обратной связи по току, компенсирующей падение напряжения в цепи якоря двигателя. Осуществляется она датчиком ЭДС UE, на входе которого алгебраически суммируются сигналы, пропорциональные соответственно напряжению U_Я и току I_Я×R_Я якоря (Е=U_Я – I_Я ×R_Я ).

Элементы SA, ФВУ, ЗИ, Ф, а также регулятор выравнивания нагрузок РВН являются общими для регуляторов напряжения якоря и тока возбуждения.

Элемент сравнения ЭС сравнивает токи обоих двигателей привода i₁ и i₂. При неравномерной загрузке двигателей появляется рассогласование D i , который будет воздействовать через РВИ таким образом, что уменьшится сигнал задания одного двигателя и увеличится другой.

Датчик тока ИАЗ обеспечивает защиту от перегрузки в аварийных режимах.

В приводе предусмотрены следующие основные защиты: от аварийных режимов тиристорных преобразователей; от тока перегрузки в цепи якоря; от превышения напряжения на якоре и тока перегрузки в цепи якоря; от превышения напряжения на якоре и тока перегрузки возбуждения; от превышения скорости выше допустимой и т. д.

Управление прокатными двигателями и двигателями вспомогательных механизмов прокатного стана производится с поста управления, расположенного над подводящим рольгангом при помощи командоаппарата. Угол поворота командоаппарата до 30° соответствует регулированию до основной скорости, и угол от 30 до 60° - выше основной скорости.

Наряду с локальными системами регулирования широко используются цифровые управляющие машины. При этом ЭВМ выполняет следующие функции: определяет режим прокатки в соответствии с заданной моделью и сложившейся ситуацией; задает последовательность работы приводов стана; контролирует работу всех механизмов.

В прокатном производстве широко внедряются автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), обеспечивающие решение как технологических, так и планово-организационных задач: оперативное управление производством, формирование заданий, учет, отчетность и т. п. АСУ ТП охватывает все процессы цеха от нагревательных печей до складирования проката. В состав АСУ стана входят локальные системы регулирования отдельных процессов. Вся система АСУ ТП относится к иерархическим многоярусным системам с несколькими уровнями.

I (нижний) уровень образуют локальные системы регулирования с регуляторами, выполненными в виде аналоговых или цифровых устройств или микропрограммных автоматов-микропроцессоров. С их помощью ведется регулирование отдельных механизмов стана.

I I (средний) уровень структуры обеспечивает управление технологическими процессами по нескольким жестким программам, выбираемым операторами. Он содержит один или несколько вычислительных комплексов, управляющих исполнительными механизмами и локальными системами регулирования технологических параметров. Основные функции среднего уровня управления сводятся к начальной настройке программы, регулированию технологических параметров прокатки, сбору и обработке технологической информации и т. п. Оптимальная программа прокатки рассчитывается для каждого отдельного слитка с учетом его параметров – температуры, формы, качества и т. п. Наиболее целесообразно оптимальную программу полного цикла прокатки выбирать по критерию максимальной производительности.

I I I (верхний) уровень оптимизирует управление I I уровня уже без участия операторов, осуществляя управление работой всего цеха. Важной особенностью современных АСУ ТП является широкое применение УВМ четвертого поколения. Верхний уровень АСУ ТП осуществляет планирование работы всего цеха, сбор и обработку информации, учет продукции, оформление документации и т. п.