РАЗДЕЛ 2
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ В СОСТАВЕ АСУ ПЕРИОДИЧЕСКИХ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Многие технологические процессы в металлургической промышленности носят
периодический и прерывистый характер. К числу типичных процессов подобного рода
относится горячая прокатка металлов на реверсивных обжимных станах – блюмингах
и слябингах. Многочисленные механизмы таких прокатных станов – обжимные валки,
нажимные устройства, рабочие и приёмные рольганги, станинные ролики,
кантователи и манипуляторы – основную часть своего рабочего цикла находятся в
неустановившемся состоянии, что определяется спецификой технологического
процесса прокатки. Все перечисленные механизмы приводятся в действие
электроприводами, обеспечивающими требуемые технологические режимы работы
механизмов прокатного стана. В качестве последних чаще всего используют
безредукторные электроприводы постоянного тока, выполненные по системе
“управляемый выпрямитель – двигатель” (УВ-Д), в состав которой входит двигатель
постоянного тока с независимым возбуждением и тиристорный или транзисторный
преобразователь. Двигатели работают с высокой частотой пусков, торможений и
реверсов, достигающей 1200 – 1500 включений в час.
Обеспечение высокой производительности современных блюмингов и слябингов
требует расхода электроэнергии на тонну проката порядка 15–25 Квт-час, что при
прокатке в 6 млн тонн в год составляет 90–150 млн Квт-час на один прокатный
стан. Отсюда вытекает актуальная задача минимизации энергозатрат на
осуществление технологического процесса горячей прокатки металла при сохранении
производительности его работы.
В данном разделе на основе анализа работы механизмов блюминга предложены их
математические модели, критерии минимизации энергетических затрат и найдены
энергосберегающие управления, обеспечивающие эту минимизацию.
2.1. Механизмы реверсивного обжимного стана как объекты управления
технологического процесса горячей прокатки металлов
Реверсивные обжимные станы горячей прокатки – блюминги и слябинги –
предназначены для получения из предварительно нагретых слитков стали массой от
нескольких тонн до десятков тонн блюмов либо слябов соответствующих размеров.
Слябинг отличается от блюминга в основном лишь дополнительной парой
вертикальных валков, поэтому в дальнейшем будут рассматриваться механизмы
блюминга.
Технологический процесс прокатки на блюминге начинается с подачи нагретого
слитка стали на слитковоз, который транспортирует его к приёмному рольгангу. По
этому рольгангу слиток продвигается к рабочей клети, где прокатывается за 11–19
проходов с обжатием в каждом из них на определённую величину, зависящую от
массы слитка, типа стали и пр. В процессе прокатки слиток движется в разных
направлениях по рабочим рольгангам, перемещается от калибра к калибру
манипулятором и переворачивается по мере необходимости на 90° кантователем. При
этом в зависимости от прохода верхний валок устанавливается на необходимом
расстоянии от нижнего валка с помощью нажимного устройства. Все перечисленные
механизмы блюминга приводятся в действие с помощью двигателей постоянного тока
независимого возбуждения, включённых по схеме УВ-Д с тиристорными или
транзисторными преобразователями.
Основным элементом блюминга является рабочая клеть с верхним и нижним
обжимными валками. На долю главного привода этих валков приходится примерно
половина всех расходов энергии. Работа двигателей, приводящих во вращение
валки, характеризуется резкими толчками и большую часть времени они работают в
переходном режиме. На рис.2.1а,б приведены диаграммы изменения числа оборотов
обжимных валков и статического момента нагрузки в пределах одного прохода. Эта
диаграмма показывает, что изменение скорости вращения валков в течение каждого
пропуска характеризуется трапецеидальным графиком, а изменение статического
момента нагрузки – графиком в виде ступенчатых прямоугольников. За время
двигатель разгоняется до скорости захвата при моменте нагрузки холостого хода.
Затем происходит дальнейший разгон двигателя за время при постоянном
статическом моменте нагрузки, вращение с постоянной скоростью при том же
моменте нагрузки в течение времени и его торможение за время до скорости , при
которой происходит выброс металла из валков.( Отметим, что во многих
современных станах участок с постоянной скоростью вращения отсутствует, а в
последних проходах, когда длина заготовки становится большой, двигатель может
разгоняться до скорости выше номинальной за счёт регулирования потока
возбуждения. Это сделано для сокращения общего времени прокатки). Далее в
режиме холостого хода осуществляется реверс двигателя и процесс прокатки
повторяется в обратном направлении. Таким образом, технологический процесс
прохождения слитка через обжимные валки может быть представлен математической
моделью электропривода постоянного тока при постоянном моменте нагрузки. При
этом необходимо осуществлять разгон и торможение двигателя от начальной
скорости до конечной при постоянном статическом моменте, определяемом величиной
обжатия слитка стали в валках, или выполнять реверс двигателя при постоянном
моменте нагрузки холостого хода.
а)
б)
Рис. 2.1. Нагрузочная диаграмма главного двигателя блюминга:
а) график изменения скорости вращения; б) статическая нагрузка двига-
теля.
Для подачи слитка к валкам и приёма его после обжатия предназначены рабочие
рольганги, которые приводятся во вращение одним или несколькими
двигателями. При этом можно выделить три о