棒材轧制论文范文（精选5篇）

棒材轧制论文 第1篇

关键词：飞剪的功能,能力计算

0 引言

飞剪在棒材轧线中的作用主要是对轧制的线棒材进行切头尾、事故碎段、分段倍尺, 飞剪的剪切效率和生产效率有直接的联系。随着我国钢铁事业日益发展和进步, 对轧钢机械的要求也越来越来高, 飞剪在棒材项目中起着重要的作用。棒材线上一般用1#、2#、3#飞剪。

1 对飞剪的基本要求

飞剪应保证良好的剪切质量, 即精确、切面整齐和较宽的尺寸调节范围, 同时还要有一定的剪切速度。因而飞剪机的结构和性能, 在剪切过程中, 必须满足下述的基本要求:1) 在棒材线上飞剪剪切轧件时, 剪刃在轧件运动方向的瞬时分速度Vx应该与轧件速度V0相等或稍大。飞剪瞬时分速度Vx是轧件速度V0的1~1.3倍速度进行剪切;若Vx<V0, 则飞剪剪刃阻碍轧件的向前运动, 造成运行中轧件弯曲, 甚至引起轧件缠刀的事故;若Vx比V0大得多, 剪刃将使轧件产生较大的拉应力, 影响轧件质量, 同时增加飞剪的冲击载荷或使轧件在夹送辊上打滑, 造成定尺长度的误差并损伤轧件的表面。2) 根据产品品种规格的不同和用户要求, 同一台飞剪上应能剪切多种规格的定尺长度, 并且长度尺寸公差与剪切断面质量应符合国家有关规定。3) 能满足轧机和机组生产率的要求。

2 剪机的选择

根据工艺要求, 飞剪要将轧机剪成规定的长度和尺寸, 所以选择以下飞剪的结构和类型。

1) 1#飞剪大多用于粗轧机和中轧机之间, 速度较慢, 剪切断面较大, 主要用于切头尾和事故碎断。属于启动工作制飞剪。1#飞剪采用频繁启制动的直流电机带动齿轮轴, 通过一对模数与齿数相同但是螺旋方向相反的齿轮装配在上下刀轴上, 刀轴采用偏心轴。剪刃的运动轨迹为非圆周的复杂运动轨迹。1#飞剪的外形如图1所示, 剪刃运动轨迹如图2所示。

2) 2#飞剪大多用于中轧机和精轧机之间, 速度比1#飞剪快, 剪切断面比1#飞剪小, 主要用于切头尾和事故碎断。属于启动工作制飞剪。1#飞剪采用频繁启制动的直流电机带动齿轮轴, 通过一对模数与齿数相同但是螺旋方向相反的齿轮装配在上下刀轴上, 刀杆为回转刀杆, 刀杆上装有一长一短两个剪刃, 切头尾时用长剪刃, 事故碎断时飞剪导槽的转辙器将轧件的轧制中心线推至短剪刃的轧制线上, 两个剪刃同时进行碎断。2#飞剪的外形如图3所示。

3) 3#飞剪大多用于精轧机之后的倍尺, 不再进行切头尾, 3#飞剪是曲柄与回转组合的飞剪。3#飞剪的剪切速度快一般为3~18m/s, 剪切断面根据轧制工艺的不同选用不同的剪切方式, 一般以7 m/s为剪切界限, 7m/s以下的用曲柄剪, 剪切断面大, 剪切速度慢, 7 m/s以上的用回转剪, 剪切断面小, 剪切速度快。另外还可以根据需要在输入轴上加上可以滑动的飞轮机构增加剪切力矩。3#飞剪的外形如图4~图5所示。

3 飞剪的计算

飞剪的计算主要是校核飞剪的剪切能力与电机是否可以启动, 二者缺一不可, 如果电机可以启动但是剪切能力达不到会造成轧件剪不断的现象, 如果剪切能力可以达到但是电机不能满足启动同样不能进行剪切。剪切校核的主要数据有剪切断面、轧件速度、剪切抗力、飞剪的回转半径、飞剪本体的速比、飞剪本体的转动惯量、电机的功率、电机的转速、电机的最大载荷安全系数、电机的额定转矩、电机的运行转矩、电机的启动转矩。

1) 根据不同的飞剪机构, 校核方法不同。由于曲柄剪的剪刃运动轨迹为非圆周的复杂运动轨迹, 所以曲柄剪的回转半径不能以上下刀杆的中心为回转半径, 要以曲轴的偏心距为回转半径。回转剪的剪刃运动轨迹为圆周运动轨迹, 因此回转剪的回转半径就是上下刀轴距离的一半。2) 计算剪断轧件的断面需要的剪切力, 并折算到电机轴上, 折算到电机轴上的力为2倍, 通过剪切力臂计算出需要的剪切力矩。与电机可以释放的力矩进行比较, 如电机的力矩大于需要的剪切力矩则可以剪断, 反之则不能剪断。3) 通过剪切速度计算出剪切所需要的启动转矩与电机的启动转矩进行比较, 此时需要注意的是剪切的速度反映到电机的上面如果在电机的额定转速上面时, 不能按照电机的额定启动转矩进行比较。要按照实际需要的转速进行计算后才可进行比较;如果在需要的剪切速度在电机的额定范围内则可以直接进行比较。剪切启动转矩大于电机的启动转矩则电机不能启动, 不能进行剪切;反之则可以进行剪切。4) 通过剪切力矩与启动转矩的比较, 两者都可以才能进行飞剪的剪切校核。

4 结语

棒材线上飞剪的基本机构大概就是以上几种机构, 可以在选择的时候根据轧制工艺进行选择。

参考文献

[1]黄庆学, 肖宏, 孙斌煜.轧钢机械设计[M].北京:冶金工业出版社, 2007.

[2]赵志业.金属塑性变形与轧制理论[M].北京:冶金工业出版社, 1982.

[3]王延薄.轧钢工艺学[M].北京:冶金工业出版社, 1982.

棒材轧制论文 第2篇

关键词：相对密度；孔隙性问题；塑性有限元；大棒材；模拟方法

在型钢轧制工程中，有关大棒材轧制技术一直受到业内人士的广泛重视，一方面由于其收获显著的经济效益成果，而另外就是其内部技术缺陷长期影响成品质量，为了尽可能消除棒材芯部孔隙性缺陷因素，需要在内部结构变形过程中实施闭合处理，现有的实践方案在完全遵循轧制工业流程的基础上，配合现场试验和数值模拟演算活动。但涉及传统的有限元分析手段，其对材质孔洞的几何闭合适应能力有所不足，并且伴随材质内部孔洞与特征尺寸比值逐渐减小现象，有关求解难度将不断提升，加上试验研究活动普遍存在局限特征，因此完全有必要探寻某种简单直观的实践验证方法，为优化轧制技术提供更加可靠的指导经验。

1.棒材芯部相对密度与孔隙性特征分析

铸造环节中，实际棒材芯部产生的孔隙状况呈现分散样式，结合某种密度效能研究，能够将特定部位的缺陷压合情况完全梳理。因为材质密度特征比较多样，为了保证模拟动作的简易效果，需要适当引进密度函数资料，具体表达公式为相对密度值=材料既定密度值/理想密实状态下的密度值，其中密度单位统一选取为每立方米一千克。因为相对密度值的选取范围在零和一之间，而材质内部孔隙特征存在，并呈现不断增大趋势，因此相对密度值一定会有所降低。这类孔隙性缺陷完全可以依照参数特征来描述，就是指轧制变形过程中响度密度增加量较多，实际材质孔隙性压合的质量效果就越优良。涉及塑性变形因素，在疏松环境下的密度变化效率可以用此类公式表示：三个主应变增量共同产生的相对密度增量之和/相对密度既定值。

2.可压缩性材料的刚塑性和棒材轧制有限元应用模式分析

可压缩材料在延展粉末冶金产品多孔塑性理念之后，配合刚塑性可压缩有限元模型实现阶段流程模拟演练，在每个增量步骤实施前，按照工件内部变形情况对材质密度效应进行演算和更新，这类手段比较适用于高密度材料压实要求。

为了将棒材芯部孔隙性不足对压合的制约效果总结完整，结合钢厂坯料固定尺寸标准对工序实现简化，其中表层相对密度定义为0.99，芯部结构密度为0.85，借助对称特定效应分析，具体研究对象选取坯料的四分之一即可。轧辊按照既定刚性特征实现平辊向下轧制，注意其与棒材接触摩擦模型采用剪切式类型。因为整个工业过程中存在咬入条件限制，大多数单道次相对变形量最大值不能超过既定值的三成，所以压下量的调节必须设置在原力道的四成以下。按照上述步骤完善有限元模型搭建工艺，同时分析棒材芯部相对密度值对整个表层变化状况的影响，最后科学总结孔隙性缺陷压合方案。

3.模拟结果的检验与改进

压下量控制是轧制工序中比较常见的调节手段，利用模拟流程获取的棒材中心到结构表面的相对密度值变化规律资料，能够将不同技术途径对棒材芯部的压实程度实现客观评价，进而切实巩固材质内部稳定质量，适当为工艺改进效果提出相关经验指导。

3.1.单道次轧制流程中，实际压下量对芯部孔隙性缺陷压合效果研究

为确保压下量对棒材芯部孔隙性缺陷压合影响得到完整梳理，有关部门决定采取单道次模式，配合递增式压下量转换分别完成轧制过程模拟。试验最后环节呈现出这样一类现象，在单道次轧制工艺中，当压下量越大，芯部密度值就会上升，孔隙性压合作用就越强烈。当压下量低于既定力道的百分之五时，棒材中心相对密度就基本没有什么变化，当压下量高于百分之十时，棒材中心相对密度值会呈线性增加规律，这类活动的最高极限值仅仅停留在0.93范围之内。

3.2.总压下量值稳定情况下，道次压下量分配对芯部孔隙性缺陷压合程度验证

因为在轧制工序中存在明显的咬入条件限制现象，正常状况下，不同道次轧制的相对变形量的峰值不会超过百分之三十，就算压下量适当提升，但棒材芯部相对密度不能正常提升，所以单道次的轧制技术调整始终存在局限性，这就要利用多道次轧制活动来适当补充。经过有关试验结果分析，在多道次轧制环境中，总压下量既定值保持不变，棒材芯部孔隙性改善作用不仅与道次结构相对压下量的最大值存在联系，同时还与其所在道次的出现顺序息息相关。有关技术人员总结出相关规律，当相对压下量的最大值差距情况不大时，相对压下量最大值所在道次出现的次序与芯部压合程度存在明显影响关联，只要有关道次排列顺序越靠前，实际压合状态就更稳定。这类现象主要是因为小压下量轧制工序中，涉及高密度表层金属材质会变薄，对后续道次的控制质量有所制约。所以，在制定模拟方案活动中，为强化芯部压合水准，应该尽量将轧制道次减少处理，并且增加最大相对道次的压下量；当总压下量与道次相对压下量最大值比较接近时，相关道次设置应保证靠前排列。

4.结语

经过上述实践经验补充，抚顺特钢棒材轧制工艺压下量已经做出合理改善，令后期产品芯部孔隙性缺陷问题大大减少，这个活动过程清晰地验证了模拟方法的可靠价值和实用功效，并且适当缩减经济投入空间范围，为后期规模化的生产活动创造先决条件，满足国家机械制造事业的可持续发展潜力。

参考文献：

[1]邓子玉.锻件内部孔洞闭合的研究[J].沈阳理工大学学报，2008，13（06）：13～15.

[2]黄永建.铸坯心部可压缩孔洞尺寸极限分析[J].河北冶金，2010，15（02）：18～21.

[3]秦建平.紧凑型棒材连轧生产机组的研制开发[J].煤矿机械，2010，17（05）：22～26.

安钢Φ300棒材机组控制轧制系统 第3篇

控制轧制是一种控制轧件轧制温度的方法, 通过控制冷却水流量和压力, 均匀冷却穿过水箱的轧件, 使轧件在低于常规轧制温度下轧制, 提高热轧钢材强度、韧性等综合性能。

安阳钢铁集团公司第一轧钢厂立足现有冶炼和轧钢工艺装备, 在Φ300棒材机组半连轧增加控制轧制系统, 用于改善带肋钢筋性能和质量, 控制Si、Mn含量和V-N合金加入量, 降低钢材生产成本。

二、控制轧制设备

1. 工艺布置

针对Φ300棒材机组连轧设备分布, 设计、布置控制轧制设备。根据轧制规程, 生产Φ25mm、Φ28mm、Φ32mm规格螺纹钢, 总共轧制11个道次, 不用5#、6#轧机, 因此为进一步降低大规格棒材轧制温度, 在K5与K4轧机间设置控制轧制水箱, 在K5与K6轧机间设置2500mm机架间水箱, 这样既保证降温效果, 又能充分利用控轧水箱后的长度进行返温, 确保后面轧制过程顺利进行。

2. 控制轧制设备

设备包括: (1) 机架间水箱和控轧水箱, 其中冷却器、气吹喷嘴、出口导管均设置在水箱中。 (2) 控制阀门和管路。 (3) 检测仪表。 (4) 自动控制系统。 (5) 介质供应系统。由于切头剪位于水箱前, 为避免棒材黑头进入轧机, 必须合理配置水冷器和阀门, 尽量减少头部避让的长度, 其中机架间水箱配2节水冷器, 控轧水箱配3节水冷器, 每节水冷器各配1个手动截止阀和气动截止阀。总水管处安装1个电动调节阀, 调节水量。

控制轧制设备分布见图1。

HMD热金属检测器T红外辐射温度检测仪S气动截止阀F电磁流量计C电动调节阀WTO供水水温传感器PTO供水压力传感器K轧机

三、自动控制系统

自动化系统由PLC系统、检测系统、冷却过程计算机控制系统组成, 电气连接见图2。

1. PLC系统

采用GE90-30PLC, 基本配置见表1, PLC系统接收、执行工艺过程计算机的设定, 控制冷却规程, 采集、检测、处理仪表信号并上传检测仪表输出信号, 全程跟踪控轧过程。

(1) 电源模块是PLC内部电路工作电源, 选择型号为IC693PWR321, 电源功率300W, 开关稳压电源。

(2) CPU模块型号为IC693CPU364, 和通信卡集成在一起, 该CPU不仅具有AAUI口, 还增加1个10BaseT口。

(3) Genius总线控制器模块选择型号为IC693BEM331, 作用是操作台和主机架进行网络通信, 实现操作台开关、按钮和指示的I/O控制, 具有传输速率高, 抗干扰能力强等特点。

(4) I/O模块选择型号有: (1) 4输入、2输出模拟量混合模块IC693ALG442。 (2) 4输入模拟量输入模块IC693ALG221。 (3) 16点开关量输入模块IC693MDL645。 (4) 16点继电器输出模块IC693MDL940。

(5) 编程软件配置。梯形图编程采用GE Fanuc Series90PLC传统编程软件 (可与Windows NT和2000兼容的图形化开发工具) 。

2. 检测系统

检测系统主要有: (1) 钢温检测, T1、T2分别检测轧件进控轧水箱前和出控轧水箱后热钢温度, 放置在1#飞剪后和K4轧机进口前。 (2) 冷却水系统检测, 压力、水温和流量检测分别采用PTO、WTO和F, 均安装在总进水管。 (3) 控冷过程跟踪, 使用HMD1、HMD2检测热钢, 安装位置同T1、T2。 (4) 控轧水箱内安装湍流管, 是单侧下冲水。

3. 冷却过程计算机控制系统

计算机根据控制轧制过程数学模型, 计算、分析控制轧制, 在轧件达到控轧装置前给出控制的优化设定值, 因此, 必须在生产原始数据输入后立即进行控制冷却的设定计算, 并将计算值下载至PLC, 并根据PLC采集的参数进行水冷控制模型 (图3) 的自学习。

(1) 控制轧制数学模型

式中Kp比例常数

Ki积分常数

Kd微分常数

T1、T2将温度变换为4~20mA信号输入进PLC, PLC比较该数据和目标值, 根据水量、压力等参数, 采用PID控制, 调整Kp、Ki、Kd, 控制调节阀开口度, 控制进入水箱的水流量, 使轧件在水箱内得到均匀有效的冷却。控制轧制根据不同钢种控制水冷后的钢温, 一般通过水箱后钢温控制在830~900℃。

(2) 其他控制。 (1) 水阀控制, 轧件到达HMD1, HMD1检测到有钢, PLC得到信号, 打开液压阀, 通过HMD1后, PLC得到无钢信号, 关闭液压阀。 (2) 避头让尾控制。为保证轧件头部钢温, 轧件能够顺利咬入后架轧机, 轧件头部不必穿水, 即轧件头部出控轧水箱后, 再开启水阀门, 使轧件头部避开水。在HMD1发出红钢信号后, 延时一段时间开启阀门, 无红钢信号后, 延时一段时间关闭阀门。

四、实施效果

实施控制轧制后, 基本解决了钢筋表面起泡问题, 铁素体晶粒度得到细化, 晶粒度由7级提高到8级, 在不改变合金成分的情况下, HRB335和HRB400螺纹钢筋屈服强度分别提高了26MPa和37MPa。在保证钢材性能基本不发生变化的情况下, 可通过降低合金元素含量降低生产成本, HRB335和HRB400螺纹钢的Si、Mn含量均由0.55%和1.45%分别降低0.15%, V-N合金含量由0.045%降低0.10%, 每年可获经济效益1470万元。

棒材轧制论文 第4篇

福建三钢小蕉实业发展有限公司, 棒材生产线是一条2002年建成全连续小型棒材生产线, 设计年产30万吨 (品种规格由￠10到￠32。共布置19架轧机, 分为粗轧机组￠560*2+立式￠530*1+￠560*2+￠480*2;中轧机组￠480*2+￠420*4;精轧机机组￠320*6 (其中K1和K5为立式轧机) 生产线上的机架为闭口式机架, 其中粗轧机组中5号机架和6号机架, 3号机架和4号机架为单直流机一托二传动, 其它各架机组匀由单直流机单独传动。该生产线主要生产￠12、￠14为两切分热轧 (轧后穿水) 轧制带肋螺纹钢, 轧制￠16以上品种规格生产工艺为单槽过钢。

2 棒材车间切分轧制生产中存在问题与工艺故障

棒材生产小螺纹钢￠12两切分轧制带肋螺纹钢肋使用的工艺孔型如下图1 K1-K5。

该生产线自己投建生产后, 设备故障与工艺故障频繁, 作业率与成材率较低, 轧小螺纹钢筋时工艺不稳定, 设备固定容易跑位, 机架弹跳严重, K5来料进K4孔, 轧件变形不稳定, 轧件在预切分和切分机架上金属流量不匀衡影响了生产正常运行, 造成轧件在精轧机架容易堆钢、冲出口等轧制故障。

针对以上易造成的轧制故障, 公司相关技术人员对各工艺故障, 设备不稳定性因素进行收集分析, 展开了工艺、设备技术改进方案, 主要针对轧制小规格品种工艺进行修正。

3 关键工艺技术参数进行调整

3.1 K4进口导位分析与修正

K4进口导位原设计采用霍太克系列单列导辊的诱导装置, 导辊不能有效夹持轧件。1通过调整改用霍太克系列双列导辊, 增加轧件进入K4孔型轧件夹持间距, 确保轧件在咬入K4孔型前一段形成两面夹持, 提高轧件咬入的稳定性, 防止轧件的扭转;2对K4进口导辊优化设计, 由原来的平导辊改为箱形凹槽的导辊如图2。

通过调整进口总成侧部的调节轴和上部微调偏心轴, 使其轧件在导辊的箱型凹面夹持作用, 接触面与上下摆动受限, 增大夹持稳定性的提高, 同时与改前相对比, 圆柱平导辊在夹持轧件时只有两面夹持点, 造成导辊磨损大, 上下摆动严重, 更换频繁, 轧件通过故障率高;而改进后的K4导辊也限制轧件上下摆动的行程, 确保导辊孔型中心线和轧制线平行, 充分发挥其稳定夹持轧件的作用。

3.2 K5弧方料的控制

小规格切分轧制生产对K5料型要求十分严格, 极大可能影响到后面轧制工序道次的工艺稳定性。K5改前、改后如图3。

减小K5弧边方件的尺寸见下表1降低弧边深度等措施降低料型大幅波动的影响, 确保其充满度。同时严格控制该孔型的轧制量范围, 观察槽孔的磨损变化情况安排及时更换。K5弧边方料尺寸控制是轧制￠12两切分的关键。保证K5弧边方料稳定才能更好确保在K4预切分孔轧制的稳定和K3道切分后两线轧件的尺寸一致性, 因此需要精准控制K5孔轧件的宽展, 保证轧出标准的弧型扁方料。经生产实践最终采用减小弧边方轧件尺寸, 降低弧边深度等措施来确保弧边方轧件的充满度以及降低因弧边的磨损导致弧边方料大幅波动的影响, 否则因K5弧边方孔严重磨损将会出现轧件弧边磨平或弧边方料未充满现象, 使其轧件的对称性差, 进入到K4预切分孔轧制容易产生切偏或扭转, 轧件将不易咬入。同时也会影响到K4预切分孔两线金属流量预分配的稳定性, 从而使其进入K3切分不均, 易造成两线金属流量差。因此实践生产控制过程中要认真检查K5槽孔磨损变化情况, 及时安排更换槽孔, 防止轧件形状不对称。

实践生产中影响该道次料型的因素有下面几方面:

1:上一道次的来料过大或过小, 造成充满度不足或过充满

2:K5也孔型磨损不均匀

3:K5架轧辊安装槽孔不对齐或错辊

4:K5辊缝调整不到位及轧机两端调整机构不同步

综上所述, 生产中将其作为精轧料型质控重点, 严格要求控制好弧方孔型料的尺寸, 辊缝大小必须严格按工艺标准调整好, 轧制处于微张力状态, K5道次充满度控制在轧件尾部, 保证K4进口导位对前方来料进行有效夹持作用, 同时也要确保机架不能有轴向窜动。

4 实践生产应用效果

切分工艺技术整改后, 稳定了两切分生产工艺, 大大降低了冲出口导卫、钢头咬不进的问题、双线差不稳定等各种工艺故障, 生产￠12*2规格两切分班产由原来的540吨提高到现在班产580吨水平。K5孔型的参数优化, 严格控制工艺尺寸、及时调整、更换轧槽和导卫;严格控制切分轧件的均匀, 解决了两线活套波动大, 后道工序两线轧制金属流量不均, 成品质量难控制的问题。大大提升了产能, 同时成材率、定尺率、负偏差、班产能大幅提升, 各项指标都有了进一步提高, 降低了生产成本, 提升市场竞争能力。改前改后的生产指标如下表2。

摘要：本文对两切分轧制关键技术中的精轧料型控制、两切分金属量不均匀出现两线差的问题进行分析和研究, 结合实践优化进口导辊形状尺寸, 孔型尺寸, 提出改进措施和方法, 提高轧制的稳定性, 使得各项生产指标得到了提高。

关键词：切分轧制,切分导轮,两线金属量,生产指标

参考文献

[1]黄武军.边连轧机组应用切分轧制技术的探讨[J].轧钢, 2001, 18 (4) .

棒材轧制论文 第5篇

关键词：S120,棒材工艺,传动设计方案,接地,编码器选型和安装

0引言

宣钢第二棒材车间生产线是由达涅利公司中国北京代表处负责工艺设计、中冶京诚工程技术有限公司负责工厂设计的全连续布置的高架式棒材生产线。设计生产Φ12～50 mm的带肋钢筋和Φ18～50 mm的圆钢棒材,年产90万t,轧制最高速度18 m/s。主轧制线全部采用平立交替布置的短应力线轧机,其中精轧机组的14#,16#和18#立式轧机可翻转为水平轧机,用于对Φ12～20 mm的小规格带肋钢筋进行切分轧制[1]。本棒材线本着质量好、效益高、要能轧制品种钢的原则进行设计,要求工艺线设备先进并具有高效节能的优点。

西门子Sinamics S120在控制方面的优点主要表现在:集多种控制模式于一体,包括伺服控制、矢量控制、V/f控制,本棒线采用的矢量控制模式,能够实现大调速范围内的精确转速和扭矩控制。S120在硬件方面的优点主要表现在:有单轴和共母线多轴驱动两种结构形式;有三种不同的电源模块BLM,SLM和ALM,能够满足不同系统的要求;采用了统一的信号接口Drive CliQ,具有更强的适用性和组合特性;装置尺寸小、安装简单、噪音小。S120在配套软件方面的特点也是相当突出的,利用友好的配置软件Sizer能根据工艺要求自动选出相应的电动机和驱动功率单元;调试软件Starter能实时监控各过程变量及动态测试系统特性,同时还能进行电动机参数的自动优化,检测矢

量闭环控制过程中繁琐的电动机参数,从而很顺利并准确地完成传动系统静态和动态特性的优化调试工作;强大的功能和模块化设计,以及实时监控功能,使得设备维护工作变得相当简单,通过参考技术文档就可以使维护人员在没有专业技巧的情况下,短时间掌握系统调试相关知识。

同其他的变频装置相比,S120在硬件和软件方面所具有的以上突出性能特点,能够满足棒材生产线轧机负荷功率大、控制精度高的要求。因此,基于本棒材线的设计原则,全线自动化和传动系统全部采用西门子公司系列产品,其中主轧线所有传动部分采用S120变频装置。生产线自2012年3月投产至今,S120凭借其卓越的性能和诸多的优点满足了系统要求,提高了电控水平,并且维护使用非常方便,降低了维护成本。

1传动技术方案和特点

Sinamics S120集矢量控制与伺服控制于一身,分为DC-AC与AC-AC两种类型。DC-AC类型的由独立的控制单元、整流单元和逆变单元模块组成,目前DC-AC类型功率范围为0.9～1 200 kW;AC-AC类型的由功率单元、控制单元和CF卡组成,功率范围为0.12～250 kW。本棒材线采用适合直流母线方案的DC-AC类型。

1.1传动技术方案

本生产线主、辅传动均采用交流电动机,其中主传动轧机和飞剪电动机的电压为AC 690 V,其余辅传动电动机的电压为AC 380 V。在宣钢工程技术人员的参与下,通过与设计单位进行多次交流讨论,最终确定了如下传动技术方案并得到成功运用。

主、辅传动全部采用直流母线下挂逆变器形式,即通过公共整流装置和多个逆变装置的交-直-交方式为电动机供电。共直流母线的DC/AC 逆变器通常又称为S120 多轴驱动器,其特点是电源模块和电动机模块分开,电源模块先将三相交流电整流成电压值约1.35倍线电压的直流电,然后将电动机模块(一个或多个)连接到该直流母线上。这种方式的优点是各模块之间能量共享,且接线方便、简单,特别适用于多轴控制,尤其适用于冶金轧钢过程连续、高速、实时的电气传动控制。

本生产线S120逆变装置有AC 400 V和AC 690 V两挡,AC 400 V挡最大单体设备功率为800 kW,AC 690 V挡最大单体设备功率为1 200 kW。直流母线根据设备控制区域划分,主传动分为4段,辅传动为5段。下面以主传动中的第3段直流母线为例,说明本棒材线传动电控系统所采用的方案。如图1,直流母线上的主要电气设备包括进线断路器、进线电抗器、整流/回馈装置、公共直流母线和逆变装置等。

由图1可以看出,在系统中采用了大功率能量可回馈的直流母线。考虑到棒材轧制机架负载重、母线会出现过载情况,整流/回馈装置由4台1 400 kW模块并联而成;1 200 kW的14机架电动机,采用2台800 kW的逆变器并联供电,1 400 kW的13和15机架电动机,采用2台900 kW的逆变器并联供电,而800 kW的9机架电动机则直接由1台1 000 kW的逆变器供电。

1.2技术特点

1.2.1 采用公共直流母线

本方案采用集中进线、集中整流以及公共直流母线、逆变和多电动机传动技术,达到了生产所要求的节能环保和高性能的要求。整流回馈装置具有小规模储能功能,用于储存来自整流单元和电动机的回馈能量,这些能量可以自由地被同一直流母线下的逆变器用来驱动处于电动状态的电动机,也就是说,一个运行于发电模式的逆变单元产生的能量可以被运行于电动模式的其他逆变单元所利用,这样就实现了能量交换功能。

1.2.2 采用可回馈整流单元

整流单元采用了可回馈整流装置SLM,以便整流供电的同时将能量回馈电网。在正常工作状态时,整流通过二极管来完成;当全线降速或者个别机架出现拉钢时,电动机会处于再生反馈状态,电能会聚集于直流环节,并通过直流环节电容存储,但是电容存储能力有限,当超过存储上限时必须释放这些能量,否则会对设备造成极大危害。回馈整流单元采用IGBT功率半导体器件来实现网侧换流并提供100%连续的再生能量反馈,可以将电动机再生反馈的电能释放到电网中去,即便是在电网中断时,也可以避免换流故障,因此不会损坏熔断器。

在以往没有可回馈环节的整流单元方案中,当直流母线上产生大量回馈能量时,只能通过制动单元的制动电阻将全部能量释放掉,因而消耗和浪费了大量电能。本方案采用可回馈整流单元,省去了大功率的制动单元,通过回馈单元将部分电能送回电网,最大程度地节约了电能。同时由于在一组母线上只有一个回馈单元,因此相比较多制动单元联合工作的方式,大大减少了故障点,降低了维护工作量。

1.2.3 采用三绕组整流变压器

每段母线采用1台三绕组整流变压器。用1台三绕组变压器连接3种不同电压的输电系统比用2台普通变压器经济、 占地少、维护管理也较方便;3个绕组中有一个三角形连接的绕组,减小了电流的三次谐波分量。这样的供电方式在很大程度上改善了电网波形的畸变,并提高了变压器的利用率[2]。

1.2.4 采用逆变装置并联供电

由于本棒材生产线某些电动机实际需要的逆变装置容量超出单体逆变器容量的最大值,考虑到单台装置容量不应过大,且应留有余量,因此在电动机功率不小于1 000 kW时,选用双绕组电动机,这样也便于采取多台逆变装置并联的形式供电。多台逆变器并联实现扩容可大大提高系统的灵活性,使电源系统的体积重量大为降低。

2安装中的注意事项

本条生产线采用S120全交流系统,与直流系统相比较具有维护量小的显著优点,但是在安装调试时也发现了一些交流系统容易被忽视的问题,因此在设计、安装和施工方面要求比直流传动系统更仔细,主要表现在接地、编码器选型和安装以及电缆施工几个方面。

2.1接地

目前变频技术都是基于PWM理论,器件开关速度可达20 kHz或更高。频率越高网络的谐波改善的越好。更高的频率虽然保证电动机的运转有更高的稳定性,但是同时也带来更多的高频干扰,这些干扰通过线缆蔓延到系统的各处,若不排除这些干扰,系统根本无法运行。因此必须要求找到最好的方法,屏蔽并释放这些电磁干扰,给系统一个干净的运行环境[3]。

调试时,用示波器观察编码器等信号波形时曾经发现干扰特别严重,尤其在对逆变器进行速度闭环调试时,电磁干扰曾一度使调试无法进行。经专业技术人员多方面分析,发现是由于接地不规范造成的。针对此问题施工人员做了大量的工作,一是将现场电动机底座和功率单元柜通过扁钢连接共地,二是将动力电缆屏蔽层双端大面积接地,三是检测接地电阻,使其达到规范要求。通过一系列的工作,设备得以正常运转。

接地在变频系统的应用中是一个首要问题,通过接地将电磁干扰产生的电流释放到零电位的大地,从而最大程度降低干扰信号在线路中的压降。接地系统首先要保证系统中所有电气设备的外壳要共地,同时连接设备的共地母排要严格规范地接入接地极,并满足接地对电阻的要求。对于控制系统中含有电磁波和铁心的电抗器设备的外壳更要可靠连接接地线;对于低压或控制回路的供电电源,必须采用一级隔离供电方式,要求有专用的数字接地,并且与前面的电气接地隔开,不得混接。所有接地电阻必须符合设计要求,在调试设备前,要测试接地电阻阻值。

2.2编码器选型和安装

编码器是检测电动机速度的传感器,棒材生产线对速度的稳定性要求比较高,所以编码器的应用更要仔细。编码器的选型和安装比较重要,有以下几方面需要注意:

(1)必须选用重载增量型编码器,这样才能在恶劣环境下稳定运行。

(2)机械连接要稳定,安装时要用千分表测量电动机的连接轴,要求其径向摆动小于1 mm,以保证编码器的良好运转,避免因摆动问题而损坏编码器结构[4]。

(3)接线正确、可靠,电缆连接处必须用优质的接线端子,以防止短路等情况损坏编码器。

(4)编码器电缆接地线必须可靠,要确认传动端和编码器端的接地点是同一个系统地,否则会由于电位差而在编码器的接地电缆中形成干扰电势,从而使检测效果变差。如果无法进行等电位接地,本人建议传动端接地,编码器端接地线悬空,并给编码器电缆安装屏蔽保护套管。

(5)确认编码器供电电源的质量,不给编码器增加额外的不稳定,并检测编码器端供电电压,防止线路压降过大影响编码器的正常工作。

(6)通电后,传动闭环调试之前,在V/f方式下用示波器观察编码器信号,要确保信号清晰、无干扰,这是闭环调试成功的基础。

2.3电缆施工

即使以上事项全部注意到了,也保证不了设备不出问题。我们在调试7机架时发现编码器信号有严重干扰。在按前述事项采取了各方面措施均无效后,将编码器电缆抽出,严格按照规范重新布线,最终排除了干扰。因此在电缆施工方面需要注意的问题有:

(1)电缆必须分层施放,即将动力电缆、控制电缆、编码器电缆分开,编码器最好单独穿管。

(2)电缆要按电压的等级、电流的等级及功能的不同分别放置到不同的电缆槽。

(3)信号电缆施工时,一定注意有屏蔽层的电缆要穿管铺设,并将其屏蔽层接地。另外,信号电缆尽量不要与动力电缆平行铺设很长的距离[5]。

3结束语

S120在宣钢首次应用取得了成功,一方面得益于S120卓越的性能能满足棒材控制系统的要求,另一方面也和先进的设计理念密切相关。宣钢第二棒材生产线自2012年3月投产至今,在调试和实际使用中,S120传动系统运行稳定可靠,满足了控制要求,也降低了日常维护量。

参考文献

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[2]袁欢媚,李俊明.1450mm六辊可逆冷轧机组整流变压器的选用[J].冶金自动化,2007,31(2):37-40.YUAN Huan-mei,LI Jun-ming.Choice of rectiformer for1 450 mm six-roller reversing cold-rolling mill train[J].Metallurgical Industry Automation,2007,31(2):37-40.

[3]林海燕,周佐良.炼钢厂电磁干扰与抑制措施[J].冶金自动化,2008,32(6):58-60.LIN Hai-yan,ZHOU Zuo-liang.Electromagnetic interfer-ence and its restrained method in steelmaking works[J].Metallurgical Industry Automation,2008,32(6):58-60.

[4]伍勇.ACS6000SD中压变频传动系统在高速线材轧制中的调试及应用[J].冶金自动化2009,33(3):41-44.WU Yong.Application and debugging of ACS 6000 SDmedium voltage frequency inverter in high speed wire roll-ing[J].Metallurgical Industry Automation,2009,33(3):41-44.