3.2 Управление эмульсией
Нормальное функционирование новых, высокопроизводительных цехов холодной прокатки невозможно без использования автоматических систем управления технологическим процессом (АСУ ТП). Применение АСУ дает положительные результаты на всех переделах, но особенно необходимо оно на основном технологическом агрегате - непрерывном или реверсивном прокатном стане, где в настоящее время операции во многом производятся вручную. Качество выпускаемой продукции в решающей степени зависит от работы автоматических систем, управляющих самим процессом прокатки. К их числу относятся:
система автоматического регулирования толщины полосы (САРТ);
система автоматического регулирования натяжения (САРН);
система автоматического регулирования профиля и формы полосы (САРПФ);
система автоматической подачи смазочно-охлаждающей жидкости (САПОЖ).
В задачу САРТ входит обеспечение постоянства толщины прокатываемых полос, исключение значительных колебаний по толщине. Работа этой системы осуществляется посредством воздействия на нажимные устройства, а также путем изменения межклетевых натяжений и скорости вращения валков. По некоторым данным, применение САРТ обеспечивает прокатку 99% длины полосы с отклонениями от заданной толщины не более 1-2 %.
САРН является как бы подсистемой САРТ, работа этих систем тесно взаимосвязана. Поддержание величины натяжений на заданном, оптимальном уровне особенно необходимо в переходных режимах прокатки, например при переходе с заправочной скорости на рабочую. САРПФ воздействует на профиль межвалкового зазора (прокатной щели).
САПОЖ обеспечивает подачу смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) на валки и полосу в необходимом, регулируемом количестве. Подача СОЖ ведется раздельно по зонам, выделенным по длине бочки валков. В задачу САПОЖ входит стабилизация теплового состояния валков в процессе прокатки. Для выполнения этой функции вдоль бочки валков располагаются температурные датчики. Регулирование температуры валков осуществляется с точностью ± 5 °С. «Мозгом» автоматических систем управления являются ЭВМ, которые на современных быстроходных станах составляют мощные вычислительные комплексы. Затраты на автоматизацию станов холодной прокатки окупаются за 2-3 года, не считая тех выгод, которые получает потребитель благодаря применению листовой продукции более высокого качества.
Автоматизация эмульсионной установки охватывает регулирование следующих главных компонентов, включая резервные:
Эмульсионный бак с подогревом и двумя скиммерами;
PM-сепаратор в эмульсионном баке;
Грязевой бак;
Общий клапан прямого хода;
Насосы прямого хода;
Устройство опрыскивания эмульсией;
Насосы обратного хода;
Два вакуумных фильтра с насосами;
VE – водный бак с заполняющим насосом;
Масляный бак с нагревом и заполняющим насосом;
Оборудование теста форсунок.
В эмульсионном баке создается эмульсия для смазки и охлаждения валков двух клетей. Бак состоит из входной, выходной и промежуточной камер. Входная камера служит для приема очищенной эмульсии. Выходная камера служит для приема закачанной обратно через вакуумный насос остаточной эмульсии. Обе камеры соединены между собой промежуточной камерой. В выходной камере металлические частицы отделяются постоянным магнитным сепаратором и подаются в грязевой бак. В промежуточной камере посторонние вещества и неэмульгированое масло сепарируется двумя скиммерами и подаются в грязевой бак. Из клетевых ванн отсасывается остаточная эмульсия, для очистки подается на два вакуумных фильтра и после очистки вводится назад во входную камеру эмульсионного бака. По необходимости добавляются масло и вода. Эмульсия нагревается электронагревателями во входной и промежуточной камерах и пластинчатым теплообменником в трубопроводе прямого хода охлаждается до общей рабочей температуры. Насосы приводятся в действие двигателями с короткозамкнутым ротором с постоянной или переменной скоростью вращения. На трубопроводах находятся ручные или электрические вентили. Состояния вентилей, загрязнение фильтров, давление, температура, уровень и т.д. измеряются, отображаются, и обрабатываются соответствующими функциями. Для достижения требуемого функционирования установки необходимы некоторые ручные действия. Обслуживающий персонал должен выполнять эти действия точно после соответствующих инструкций системы визуализации.
Подача СОЖ является важным элементом процесса производства холоднокатаной полосы. Стан холодной прокатки представляет собой чрезвычайно энергоемкий объект, причем вся эта мощность расходуется на совершение пластической деформации металла, упругой деформации элементов клети и преодоление трения между механическими звеньями главной линии. В конечном итоге, практически вся мощность рассеивается, превращаясь в тепло, значительная часть которого поглощается элементами главной линии клети. Характерными для прокатного стана являются высокие контактные напряжения в очаге деформации и, как следствие этого, значительный износ. Для снижения коэффициента трения и уменьшения возникающих контактных напряжений в очаге деформации, отвода выделяющегося тепла и удаления продуктов износа необходима интенсивная циркуляционная смазка и охлаждение валков. Поэтому станы холодной прокатки оборудуются высокопроизводительными и совершенными системами автоматического регулирования подачи смазочно-охлаждающей жидкости. Так же эта система входит в систему регулирования плоскостности проката, как один из каналов регулирования профиля рабочих валков. Схема такой системы представлена на рисунке 10.
Управление расходом охлаждающей жидкости по клетям и общим для всего стана осуществляют, связывая необходимый расход с мощностью деформации, определяющей тепловыделение. Общая мощность деформации при известном режиме прокатки достаточно просто вычисляется через давления, вытяжку и скорость, а ее распределение по клетям — через распределение давлений и вытяжек по клетям стана. При этом масштабный коэффициент, связывающий мощность с обжатием, можно идентифицировать по экспериментальной информации, снимаемой с процесса.
а – схема реализации способа, б – функциональная схема, поясняющая реализацию способа; 1 – прокатный валок; 2 – секционный коллектор; 3 – расходомер; 4 – термопара; измеряющая температуру охлаждающей жидкости до контакта с валком; 5 – то же, после контакта с валком; 6 – блок расчёта теплового профиля; 7 – блок вычисления среднего теплового профиля всего валка; 8 – блок сравнения теплового профиля на данном участке со средним значением; 9 - блок вычисления изменения расхода охладителя.
Рисунок 10 - Схема регулирования теплового профиля валка подачей СОЖ
Такой подход позволяет прогнозировать мощность прокатки и ее распределение по клетям по скорости и вытяжкам. Наконец, отметим, что мощность деформации и тепловыделение достаточно хорошо характеризуются мощностью электрического тока, потребляемого станом при прокатке. Это позволяет автоматизировать расчет общего расхода эмульсии, распределения его по клетям и управление этими расходами, включая введение учета их зависимости от текущей скорости прокатки.
Известно, что после подачи СОЖ на валки прокатных клетей часть ее будет непременно попадать на прокатываемый металл. Наличие эмульсии и масел на поверхности листа непременно приводит к появлению дефектов, поэтому для обеспечения получения качественного проката недостаточно использования лишь системы автоматической подачи СОЖ, необходима также и система ее удаления. Для этой цели в данном проекте было принято решение использовать систему «Vacuroll» от фирмы Spraying System Co. Данная система позволяет достичь высокой степени чистоты поверхности холоднокатаного листа. Рассмотрим принцип действия этой системы.
Системы представляет собой компактную клеть с двумя горизонтально расположенными роликами, очищающими полосу от остатков СОЖ на поверхности полосы. Установлена Vacuroll будет за место обводного ролика в выходной части стана 2500, перед моталкой, что позволит исключить появление наиболее значимых дефектов: «пятна эмульсии, масла» и «пятна загрязнения».
Сами ролики представляют собой стальные валы с полым корпусом с несколькими шпоночными пазами различного размера и формы. Их корпус покрыт специальным материалом, состоящим из множества дисков толщиной с бумажный лист, напрессованных таким образом, что они образуют полужесткую конструкцию. Материал оболочки имеется для широкого диапазона усилий и уровня поглощения, он назначается в зависимости от типа удаляемого загрязнения. К одному концу корпуса валка или обоим его концам подключается вакуум насос. Максимальная скорость вращения ролика 1585 м/мин или 26,4 м/сек. Диапазон рабочей температуры 1210С. Диапазон рабочего линейного давления от 11,3 до 45,3 кг/мм.
Система с помощью насоса создает равномерный вакуум по всей длине валка. Загрязнения и твердые включения втягиваются в поверхность оболочки валка и захватываются дисками и остаются между ними для предотвращения царапин на полосе. Очистка роликов происходит в течение 60 секунд, путем включения насосов в обратном направлении и выдувании (с добавлением сжатого воздуха, для ускорения процесса) остатков жидкости и твердых включений. Выдувание остатков жидкости и твердых включений производится в существующую систему очистки эмульсии, что в свою очередь не влияет на качество эмульсии в системе.
Отработанная эмульсия со стана подается через распределительный коллектор в приемную часть горизонтального отстойника, предназначенного для сбора и удаления масла и грубых механических примесей. Отстоянная эмульсия собирается в лоток и по трубопроводу поступает в промежуточный приемник, затем – на флотационную установку для доочистки. При помощи насосов отстоянная эмульсия подается в напорный бак, в котором происходит растворение воздуха в ней . Далее эмульсия поступает в водораспределительный механизм и равномерно распределяется по всему сечению флотатора. Очищенная эмульсия отводится в резервуар, из которого откачивается в цех холодной прокатки для повторного использования. На рисунке 11 представлена схема очистки СОЖ.
1 – горизонтальный отстойник; 2 – приемная камера «грязной» эмульсии; 3 – напорный бак; 4 – флотатор; 5 – приемная камера «чистой» эмульсии; 6 – насос 12Д-9; 7 – насос 200Д-60; 8 – насос 12НДС-60; 9 – фильтр; 10 – бак пенного продукта с флотаторов; 11 – бак пенного продукта с отстойников; 12 – насос Р3-30.
Рисунок 11 - Схема очистки СОЖ
После такой очистки эмульсия снова готова к подаче.