CC BY
39
УДК 621.771.016
Радионов А.А., Андрюшин И.Ю., Галкин В.В., Гостев А.Н.
ОГРАНИЧЕНИЕ МИНИМАЛЬНЫХ СКОРОСТЕЙ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ СТАНА 2000 ПРИ ПРОКАТКЕ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ
Решающую роль в освоении новых видов продукции широкополосных станов горячей прокатки играют автоматизированные электроприводы, системы автоматического управления различныхуровней от локальных до автоматизированных систем управления технологическим процессом. При внедрении технологии прокатки трубной заготовки толщиной 300 мм в полосу 18 мм и более на широкополосном стане горячей прокатки 2000 ОАО «ММК» возникает ряд проблем, связанныхс низкими скоростями прокатки (до 2-х раз ниже номинальной), высокими обжатиями и неравномерностью их распределения по клетям [1].
Средствами системы мониторинга технологического процесса выполнены экспериментальные исследования нагрузочныхи скоростныхрежимов электроприводов клетей при прокатке полос новых сортаментов. Выполнен анализ энергосиловых параметров электроприводов при прокатке трубной заготовки из стали марки 22ГЮ, 09Г2Д, 09Г2С, 09ГСФ и 13Г1С-У [2]. Проведе -ны статистическая обработка и обобщение параметров прокатки 1950 слябов (не менее 150 слябов каждой марки стали). Результаты загрузки двигателей по току приведены в табл. 1. На рис. 1 наглядно представлены уровни загрузки главных электроприводов клетей в процентах номинального значения.
Анализ результатов экспериментальных исследований показал, что при прокатке трубных заготовок при разработанных технологических программах двигатели главных электроприводов загружены на 34-117%. Наиболее загруженными являются клети № 4, 5 и 6. При прокатке стали марок 09Г2С, 09ГСФ и 13Г1С-У пере -грузка по току двигателей этих клетей достигает 17%. Ударное приложение нагрузки, превышающей номинальную, при низких скоростях прокатки может привести к недопустимому снижению скорости валков и даже к остановке клети. Снижение скорости рабочих валков ниже допустимой приводит к возникновению на их поверхности сетки разгара, снижающей качество прокатываемого металла и уменьшающей срок службы валков. Остановка одной либо нескольких клетей в условиях непрерывного технологического процесса приводит к аварийной остановке всего стана. Соответственно прокатка металла на скоростях, когда возникает опасность остановки валков при захвате, недопустима. В связи с этим возникла задача анализа минимально возможных скоростей прокатки и разработки способа их ограничения на минимально допустимых уровнях без нарушения технологического процесса.
Для решения поставленной задачи, прежде всего, необходима оценка минимально допустимых скоростей прокатки по клетям расчетным либо экспериментальным
путем. Величина динамической просадки скорости при захвате металла валками зависит от следующих параметров:
- момента прокатки;
- запаса кинетической энергии, накопленной вращающимися валками и двигателем главного электропривода (ЭП) клети;
- скорости отработки возмущающего воздействия системой регулирования электропривода;
- величины люфта в механизме привода рабочих валков.
В момент захвата металла скорость валков снижается с темпом, определяемым их моментом инерции и статическим моментом прокатки, с учетом того, что этот момент в начале прокатки больше, чем в процессе прокатки основного «тела» полосы за счет пониженной температуры головного участка. После выборки люфтов в механизме привода рабочих валков темп снижения скорости уменьшается за счет подключения момента инерции якоря двигателя главного ЭП. В дальнейшем снижение скорости двигателя отрабатывается системой регулирования и после окончания переходного процесса устанавливается режим прокатки с известным отклонением скорости.
Величина динамической просадки скорости валков существенно больше величины динамической просадки скорости двигателя главного электропривода. Это объясняется тем, что к моменту начала снижения скорости двигателя из-за наличия люфтов скорость валков уже снижается в течение 60-150 мс. Разница скоростей валков и двигателя приводит к упругой деформации деталей механического оборудования, главным образом шпинделей, и к возникновению колебаний скорости валков и полосы.
Просадки скорости двигателей главных ЭП клетей стана 2000 и просадки скорости рабочих валков определялись путём осциллографирования сигналов
Таблица 1
Эквивалентные токи двигателей клетей стана 2000 при прокатке трубных марок стали
Марка стали, размер сляба Эквивалентный ток двигателей по клетям, А
№ 4 № 5 № 6 № 7 № 8 № 9 № 10 № 11 № 12
22ГЮ, 5900x1250x250 10624 9643 8564 7547 6421 8572 6058 6049 5552
09Г2Д, 5550x1250x250 11110 11231 12591 7808 6019 6750 5376 5691 7095
09Г2С, 9700x1650x250 17418 15777 16464 7864 7865 9695 7623 8009 7801
09ГСФ, 9300x1730x250 16676 14420 15617 13028 11066 13744 11015 10570 8610
13Г1С-У, 6000x1730x250 18356 16806 14947 11736 9685 12351 10490 11409 5736
Ограничение минимальных скоростей электроприводов стана 2000... Радионов А.А., Андрюшин И.Ю., Галкин В.В., Гостев А.Н.
пдвигателя и пвалков на специально разработанной аналоговой модели (рис. 2). Модель выполнена на базе ана-
М^ТЕ=
70 г
4...12 клети
Рис. 1. Диаграммы загрузки двигателей при прокатке трубных марок стали
гкс
-П
Эцдпт скорости
МОКЕНТ Гр ТІМ
-о
О (
ОсЦИЛЛОфЗі
ЭП
і'',"
- 1 -и
КІ
«ИГ рґ-і-н:- ■ :■
0 0
Рис. 2. Функциональная схема аналоговой модели главного ЭП клети
Рис. 3. Функциональная схема системы задания скоростей электроприводов 4-й - 6-й клетей с подразгоном в режиме заправки
69
43
42
36
34
логовых ячеек управления ЭКТ и КТЭУ с возможностью выбора параметров для любой клети с 4-й по 13го посредством соответствующих переключений.
Структура модели представляет собой двухмассовую систему с упру гой связью и люфтом в механической передаче между двигателем и рабочими валками. Адекватность модели подтверждена путем сравнения частотных харакгеристикпо управляющему воздействию, полученных в реальных электроприводах и на модели, а также в результате сравнения осциллограмм процесса захвата полосы, также полученных на стане и на модели.
Модель позволила снять ЛАЧХпо возмущающему воздействию со стороны рабочих валков для ЭП всех клетей. На реальном электроприводе снятие подобных характеристик оказалось невозможным. На основе полученных ЛАЧХ были синтезированы регуляторы скорости главных ЭП клетей, которые в дальнейшем использовались для управления реальными электроприводами стана без дополнительной настройки.
В табл. 2 представлены результаты моделирования динамических просадок скорости при захвате полосы по клетям чистовой группы. При моделировании не проверялась адекватность таких сигналов, как Пвалка, МШПИнделя, люфт в механической передаче (в связи с невозможностью экспериментальной оценки этих параметров). Кроме того, не учитывалось качество сочленения шпинделя с рабочим валком (так называемый «ласточкин хвост»).
Значения скоростей (Уост.), при которых возникает остановка валков при выборе люфтов по клетям при номинальных нагрузках, приведены в табл. 3.
Исследования, проведенные на модели, и эксперименты подтвердили, что основной причиной возникновения динамических просадок и колебаний скорости при захвате полосы является наличие люфтов в механизме привода рабочих валков. Для качественной прокатки металла необходимо обеспечить захват полосы клетью только при выбранных люфтах Выборку
Таблица 2
Результаты исследования на модели динамических просадок скорости при захвате полосы
Номер клети 7 8 9 10 11 12 13
Ток секции, кА 3,6 3,6 4,01 4,01 3,995 3,995 3,165
1е нагр., кА 14,4 14,4 16,04 16,04 15,98 15,98 12,66
Ап дв. ДИН., об/мин 6,25 6,25 7,8 7,8 10 7,5 11,25
Ап дв. ДИН./п ном., % 12,5 12,5 6,25 6,25 5 3,75 3,75
Ап валка. дин., об/мин 21,25 20 34,4 34,4 15 7,5 18,75
Ап валкадин./п ном., % 42,5 40 27,5 27,5 7,5 3,75 6,25
0новых валков, мм 850 850 800 800 800 800 800
АУ дв. дин., м/с 0,3 0,3 0,32 0,32 0,42 0,314 0,78
АУ валка. дин., м/с 0,945 0,89 1,44 1,44 0,63 0,314 0,78
Таблица 3
Таблица минимально допустимых скоростей клетей чистовой группы
Номер клети 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1З
V расшунтирования регуляторов, м/с 0,З2 0,З2 0,14 0,14 0,14 0,З2 0,З2 0,52 0,52 0,78
Vост двиг. при захвате полосы с I ном (на модели /при реальном захвате), м/с 02 0,25 02 0,25 0,25 0З 0,З7 0,З 0,25 0,З2 0,З2 0,42 0,З1 0,47
0,25 0,22 0,2З 0,16 - -
Vост рабоч. валков при захва-тес I ном (на модели), м/с 0,98 0,98 0,98 0,95 0,89 1,44 1,44 0,6З 0,З1 0,78
Минимально возможная скорость прокатки без обеспеч. качества, м/с 0,З 0,4 0,4 0,4 0,4 0,5 0,5 0,8 0,8 1,2
Vмин без остановки валков при захвате, м/с 0,З8 0,З8 0,З8 0,95 0,89 1,44 1,44 0,8 0,8 1,2
Vмин по технологической инструкции, м/с 0,4 0,55 0,7 0,75 1,0 1,З 2,1 2,7 З,5 4,0
Допустимая минимальная скорость прокатки, м/с 0,4 0,55 0,7 0,75* 0,9 1,З** 1,44 0,8 0,8 1,2
Допустимая минимальная скорость прокатки с подразгоном, м/с 0,5 0,5 0,З 0,З 0,З 0,5 0,5 0,8 0,8 1,2
Рекомендуемая минимальная скорость прокатки с подразгоном, м/с 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1,0 1,0 1,5
* При нагру зке более 80% I „ом возможны кратковременные остановки валков в момент захвата полосы.
" При нагру зке более 90% I „ом возможны кратковременныеостановки валков в момент зах вата полосы.
Таблица 4 Динамические просадки скорости при захвате полосы с предварительным выборомлюфтов: захватна подразгоне 1 кАна
секцию (!е = 4 кА) намодели 1.
Номер клети 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1З
Ток секции, кА 4,01 4,01 З,6 З,6 З,6 4,01 4,01 З,995 З,995 З,165
Ап дв. дин., об/мин З,6 З,6 З,2 З,2 З,2 4,68 4,68 5 5 7,5
Ап дв. дин./п ном., % 2,89 2,89 6,25 6,25 6,25 З,75 З,75 2,5 2,5 2,5
Ап вал ка. дин., об/МИН 7,8 7,8 6,25 6,25 6,25 7,8 7,8 7,5 5 11,25
Ап вал ка дин./п ном., % 6,25 6,25 12,5 12,5 12,5 6,25 6,25 З,75 2,5 З,75
AV дв. дин., м/с 0,17 0,17 0,1З 0,15 0,15 0,19 0,19 0,21 0,21 0,З1
AV валка. дин., М/С 0,09 0,09 0,21 0,З 0,З 0,З2 0,З2 0,З14 0,21 0,47
Кратность* 5,82 5,82 З,52 З,15 2,97 4,5 4,5 2 1,5 1,66
* Кратность показывает во сколько раз снижается динамическая просадка скорости валков при выбранных люфтах по сравнению с обычными условиями захвата полосы.
люфтов можно осуществить за счет кратковременного, но интенсивного подразгона клети перед захватом металла. Данные, полученные при проверке этого режима на модели, представлены в табл. 4. Подразгон осуществлялся непосредственно перед захватом металла, время подразгона составляет 100-300 мс.
Сопоставление данных, представленных в табл. 3 и 4, показывает, что в случае прокатки металла с подраз-
гоном перед захватом полосы допустимые минимальные скорости прокатки могут быть значительно ниже существующих
Функциональная схема, поясняющая способ прокатки с предварительным подразгоном электроприводов клетей непрерывной подгруппы черновой группы, приведена на
рис. 3. Отличительной особенностью является применение блока компенсации статической просадки скорости в программе управления режимами скорости. Блок компенсации для каждой из клетей состоит из двух контуров: разомкнутого и замкнутого, а также блока логики управления режимами [3]. Аналогичный принцип регулирования применен для клетей чистовой группы.
С целью снижения динамических просадок скоростей валков и двигателя в систему регулирования электропривода введен сигнал давления на валки, по которому ожидаемый ток захвата металла подается на двигатель еще до начала снижения его скорости. Данные по динамическим просадкам скорости, приведенные в таблицах, полученные как при проверке на модели клети, так и при анализе реальных условий захвата, определены исходя из условий работы с использованием этого сигнала.
Список литературы
Разработка технологии и режимов прокатки высокопрочных сталей для автомобилестроения на широкополосном стане горячей прокатки /М. И. Ру мянцев, В. В. Галкин, А. В. Г орб/нов идр. //Труды VIII конгресса прокатчиков. Т. 1. Магнитогорск, 2010. С. 35-45.
Алгоритм расчета скоростных и нагрузочных режимов электроприводов кпетей прокатного стана при прокатке толстых полос / В. В. Галкин, А.С. Карандаев, В.В. Головин и др. // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Ч. 2. С. 12-17. Т ех нологические схемы угравпения электроприводами чистсвсй группы шфокополссногостана горячей прокатки /А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, И.Ю. Андрюшин идр. // Труды VII конгресса прокатчиков. Т. 1. М., 2007. С. 71-75.
Bibliography 1. Development of production engineering and a rolling schedule of high-tensile steels for motor industry on the hot rolling broad-strip mill / M.I.Rumjantsev, V.V. Galkin, A.V. Gorbunov, etc. // Works of VIII congress of millmen. Т.1. Magnitogorsk, 2010. With. 35-45. Algorithm of account of high-speed and load regimes of electric drives of roll mill stands at rolling of heavy strips / V.V. Galkin, A.S.Karandaev, V.V. Golovin, etc.//Izvestja TulGu Engineering science. Issue. 3: in 5 ч. Tula: Publishers TulGu, 2010. 4. 2. With. 12-17.
Flow diagrammes of running of electric drives of finishing train of the broad-strip hot rolling mill / A.S. Karandaev, V.R.Hramshin, I. J.Andrjushin, etc. // works of VII congress of millmen. T. 1. M, 2007. With. 71-75.
2.
З.
