книги из ГПНТБ / Грицук Н.Ф. Производство широкополочных двутавров

возбуждения электродвигателей черновых и промежуточных ревер­ сивных универсальных клетей избегают применять системы с пере­ ключением якоря, так как в этом случае обесточивание электродви­ гателей на какой-то период может вызвать рассогласование скоро­ стей вращения валков и нарушение непрерывного режима прокатки металла в клетях. Чтобы избежать этого в системе питания электро­ двигателей указанных клетей, управляемые ртутные выпрямители соединяют по перекрестной схеме. Такая схема, по данным фирмы Эпплби—Фродингем стил Ко, на 16% дороже системы с управляемыми ртутными выпрямителями и переключением якоря, но дешевле обыч­ ных систем типа Г—Д.

Схема управления электродвигателя главного привода вспомо­ гательной клети на некоторых зарубежных универсальных балоч­ ных станах предусматривает возможность изменения «жесткости» его механической характеристики в процессе прокатки. Однако эта возможность «автоматического» согласования скоростей вращения валков двух клетей используется редко, так как практически при постоянных «жестких» характеристиках главных электродвигателей приводов универсальной и вспомогательной клетей и хорошо согла­ сованных оборотах их валков во многих случаях может быть допу­ щено небольшое проскальзывание реборд валка вспомогательной клети по торцовым кромкам фланцев прокатываемого двутаврового профиля без ущерба для качества готовой продукции. Система управления и автоматизации электродвигателя вспомогательной клети позволяет устанавливать заданное расчетное соотношение скоростей вращения валков вспомогательной и главной клетей для каждого прохода с учетом фактических диаметров валков, опереже­ ния и вытяжки металла.

Управление электродвигателями привода нажимных устройств и основных реверсивных рольгангов рабочих клетей универсальных балочных станов, а также электродвигателями механизма шагания несущих балок холодильника, роликоправильных машин и других механизмов, работающих с изменением скорости, осуществляется по

\системе Г—Д с применением статических схем. Широкое применение для индивидуального привода роликов рольгангов находят низко­

Стоимость электрического оборудования современных универ­ сальных и комбинированных балочных станов составляет 35—45% стоимости механического оборудования, включая оборудование от­ делки проката и автоматику.

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Автоматизация работы отдельных агрегатов и механизмов совре­ менных специализированных универсальных и комбинированных станов является одним из главных условий производства высоко-

213

качественных широкополочных двутавров необходимого сортамента. Системы автоматизации стана должны обеспечивать выполнение сле­ дующих основных процессов производства широкополочных дву­ тавров: нагрева металла в колодцах и печах; прокатки слитков и заго­ товок в рабочих клетях; разрезки готовой продукции на заказные длины; транспортировки металла по основному технологическому потоку.

В основном системы автоматизации и технологического контроля процессов нагрева слитков в колодцах и блюмов в методических пе­ чах, используемые на современных универсальных и комбинирован­ ных балочных станах, практически не отличаются от систем автома­ тизации нагрева металла на обычных блюмингах и крупносортных станах.

Наиболее трудно автоматизировать процесс прокатки в универ­ сальных рабочих клетях, так как по сравнению с обычными ревер­ сивными сортовыми станами и блюмингами на реверсивной универ­ сальной группе, состоящей из главной и вспомогательной клетей, необходимо обеспечить не только программированную синхронную работу двух главных приводов, но и точную установку трех пар на­ жимных винтов после каждого прохода. Кроме этого, при автомати­ зации работы этих клетей следует точно установить время и скорости захвата и выброса прокатываемого металла, режимы разгона и тор­ можения электродвигателей главного привода, запуск и остановку рольгангов, включение и выключение гидросбива, перемещение направляющих линеек и пр. Ручное управление реверсивными уни­ версальными и вспомогательными клетями требует двух-трех опера­ торов и возможно лишь на станах сравнительно невысокой произво­ дительности. На современных высокопроизводительных станах руч­ ное управление реверсивными универсальными и вспомогательными клетями приводит к частым простоям, ухудшению точности разме­ ров и качества готовой продукции, так как при высоком темпе работы трудно достичь полной согласованности в управлении многочислен­ ными механизмами нескольким одновременно работающим опера­ торам.

Полуавтоматическое управление работой реверсивной группы обычно предусматривает программированную установку нажимных винтов обеих клетей, а также выполнение еще одной — двух простых операций (например, включение и выключение гидросбива, переме­ щение направляющих линеек). В этом случае управление работой рольгангов и регулирование скоростного режима прокатки про­ водится вручную.

В системах полуавтоматического и автоматического управления на зарубежных балочных станах широко применяется запись не­ обходимой программы работы на перфокарты, а также ручной набор ее на специальном пульте по заранее составленным справочникам. Машины управления, установленные на зарубежных станах для автоматизации прокатки металла в реверсивных универсальных группах клетей, рассчитаны на две программы, одна из которых находится в работе, а другая в это время готовится оператором.

214

В некоторых случаях в управляющие машины закладывают и третью программу, которая обычно близка к одной из двух основных. Наличие такой программы позволяет, например, увеличить или уменьшить число проходов в клети в зависимости от марки стали и фактической температуры прокатываемого металла. При выпол­ нении крупных заказов в такую управляющую машину закладывают

У — у н и в е р с а л ь н а я р е в е р с и в н а я ; В — в с п о м о г а т е л ь н а я р е в е р с и в н а я ; У — н е р е в е р с и в н а я чистовая у н и в е р с а л ь н а я клеть; 1, 2 к 3 — р о л ь г а н г и . Стрелкой п о к а з а н о н а п р а в л е н и е п р о ­

катки

средним обжатием основного режима работы. Автоматическая ра­ бота клетей в разных режимах позволяет наиболее полно исполь­ зовать их технические возможности и добиваться максимальной про­ изводительности стана.

На рис. 82 приведена схема расположения основных датчиков системы автоматизации реверсивной универсальной группы клетей и нереверсивной чистовой клети. Система работает следующим образом.

Фасонную заготовку или раскат из черновой универсальной клети после прокатки подают по рольгангу к датчику 1, который фиксирует поступление металла и дает сигнал на прекращение даль­ нейшего продвижения его к универсальной клети. Если дальнейшая прокатка металла предусматривается по прежней программе, то после последнего прохода предыдущей полосы валки обеих клетей реверсивной группы автоматически устанавливаются в исходное положение для первого пропуска. При смене программы валки за­ нимают другое положение. Установка валков в соответствии с за­ данными параметрами контролируется специальной системой со световым оповещением оператора о конце операции. После этого группа готова к автоматической работе, которая начинается после нажатия оператором пусковой кнопки.

Рольганг 1 после пуска стана резко увеличивает скорость для быстрейшей передачи металла к клети. После фиксации переднего конца раската датчиком 2 скорость рольганга 1 уменьшается и в дальнейшем поддерживается примерно равной окружной скорости горизонтальных валков универсальной клети. От импульса датчика 2 включается также рольганг 2, скорость которого автоматически возрастает до окружной скорости валков вспомогательной клети с учетом расчетной величины вытяжки металла в данном проходе.

215

Датчик 3, обнаружив металл, включает гидросбив, если это предусмотрено программой для данного прохода.

Пройдя датчики 2 и 3, металл поступает в валки, скорость ко­ торых к этому моменту поддерживается на уровне скорости захвата. После получения импульса от датчика 4 начинается увеличение скорости вращения валков универсальной и вспомогательной клетей до запрограммированной скорости прокатки. При этом соответственно изменяется скорость рольгангов J и 2.

под датчиком 4, то электродвигатели привода рабочих клетей и

разгон их до входной скорости во втором проходе начинаются после прохождения конца раската под датчиком 5. Подаваемый при этом импульс является сигналом для автоматического выключения гидросбива, замедления скорости и остановки рольганга 2. Замедление скорости рольганга /, остановка и реверсирование его движения происходит вместе со станом. Одновременно происходит перестройка нажимных винтов клетей по программе для второго прохода.

После реверсирования стана и получения сигнала о необходимой установке валков включается рольганг 2. Раскат, двигаясь по рольгангу, фиксируется датчиками 6, 5 и 4, которые дают команду на увеличение скорости стана и рольгангов. Включение гидросбива производит датчик 5. Замедление скорости стана и рольгангов при­ мерно до входной в следующий проход происходит после прохожде­ ния заднего конца раската под датчиками 6, 5 и 4. Остановка роль­ ганга 1 происходит после прохода заднего конца раската под дат­

а передают его на рольганг 3, скорость которого устанавливают заранее. Датчик 7 останавливает рольганг 3 и включает его снова, когда чистовая клеть готова принять металл в прокатку.

Система автоматизации позволяет оператору вмешаться в любую операцию по любому регулируемому параметру, не нарушая авто­ матического выполнения других операций.

Блоки управляющей машины выполняют взаимозаменяемыми. При выходе из строя, например, блока для третьего прохода, для набора программы может быть использован второй или четвертый блок, причем управление в одном из проходов, наиболее удобным для оператора, временно осуществляется вручную. Возможно также

216

возвращение к первому проходу и повторение любого из пропусков. При автоматизированной работе стана необходим только один опе­ ратор, который готовит программы, вводит их в действие и контро­ лирует работу элементов автоматики. Для ручного управления ста­ ном в случае выхода из строя автоматики на пульте оператора имеются контроллер главного привода, контроллер привода роль­ гангов и пусковая кнопка нажимного устройства. Все остальные элементы управления автоматики сгруппированы на специальных пультах по обе стороны от кресла оператора. Расположение эле­ ментов управления и работа автоматики основаны на принципах эргономики.

Успешная работа элементов автоматики при прокатке широко­ полочных двутавров в реверсивных группах универсальных и вспо­ могательных клетей балочных станов во многом объясняется тем, что при прокатке этих профилей не требуется периодически кантовать металл или перемещать полосу из калибра в калибр, как это необ­ ходимо делать, например, на блюмингах или в клетях обычных линейных крупносортных станов. Определенные трудности пред­ ставляет автоматизация точной установки трех пар валков, в каж­ дом проходе и поддержание необходимого по условию непрерывной прокатки отношения скоростей вращения этих валков в соседних клетях.

В настоящее время известны две основные системы синхронизации перемещений горизонтальных и вертикальных валков в универ­ сальной клети: механическая и электрическая.

Механическая система регулирования положения валков упро­ щает систему электропривода и автоматики, так как в этом случае осуществляют дистанционную установку только горизонтальных валков, с которыми вертикальные валки связаны механически при помощи шпинделей. Эта система проста в изготовлении, но нена­ дежна в эксплуатации особенно в режимах прокатки с переменными обжатиями элементов профиля и давлениями на валки.

Электрическая система регулирования положения валков пре­ дусматривает самостоятельный электропривод для каждого валка, синхронизация работы которых требует применения специальных схем. Эта система более дорога, чем механическая, но более надежна и удобна в эксплуатации.

Одной из наиболее распространенных систем дистанционной установки горизонтальных и вертикальных валков универсальных клетей является система, работающая по принципу приказ—испол­ нение. В этой системе автоматического регулирования управляются

спульта по программе только два ведущих валка — горизонтальный

ивертикальный. Два других ведомых валка, симметричные первым,

устанавливаются автоматически по положению ведущих валков. В системе управления используются сельсины, соединенные по диф­

переключений, в усилителях, дискриминаторах, генераторах импуль­ сов и в системе контроля широко используют полупроводники,

217

обеспечивающие высокую надежность работы автоматики. При замене валков и других деталей рабочей клети, связанных с уста­ новкой валков, необходима корректировка настройки этой системы автоматики с целью «вывода» ее на ноль.

Установку горизонтальных и вертикальных валков следует проводить быстро и с высокой точностью. При малых зазорах между валками на универсальных балочных станах и большой скорости установки валков может произойти поломка нажимных механизмов из-за расклинивания их. С другой стороны, неточная установка валков может быть также причиной существенных ошибок в вели­ чине обжатия металла, перегрузок деталей рабочих линий и их поломок. В настоящее время разработаны системы управления пере­ мещения валков, позволяющие сочетать высокую скорость и точ­ ность их установки. Основу этих систем составляют специальные датчики, фиксирующие положения валков. Первый датчик ограни­ чивает зазор между валками диапазоном от 1 до 5 мм, а второй — диапазоном от 0 до 1 мм. При срабатывании первого датчика скорость перемещения нажимного устройства уменьшается на 10%, а при импульсе от второго — движение нажимного винта и сближение валков прекращаются. В системе управления нажимными механиз­ мами применяют сельсины и полупроводниковые приборы. Установку валков проводят с точностью ±0, 1 мм. Питание электродвигателей нажимных винтов осуществляют по системе Г—Д. После смены валков система автоматически устанавливается оператором «на нуль».

Автоматические системы согласования оборотов горизонтальных валков универсальной и вспомогательной клетей позволяют опера­ тору изменять скорости их вращения в широких пределах (до 45%) для компенсации разности диаметров и размеров профиля в процессе настройки стана и в более узких пределах (до 10—15%) автомати­ чески во время прокатки металла.

Скорость вращения валков для компенсации разности их диа­ метров и размеров профиля регулируют за счет изменения тока возбуждения электродвигателя главного привода вспомогательной клети (—15%) и напряжения генератора (до 30%). Так как при регулировании тока возбуждения зависимость между напряжен­ ностью магнитного поля и скоростью электродвигателя носит не­ линейный характер, то при небольших токах в системе даже незна­ чительные колебания их величины приводят к большим изменениям скорости вращения электродвигателя. Чтобы избежать этого, в схемы автоматического регулирования вводят операционно-магнитные уси­ лители.

В основу систем, корректирующих скорость вращения горизон­ тальных валков универсальной и вспомогательной клетей, обычно положена зависимость вытяжки металла и опережения от обжатия.

Указанная зависимость предварительно определяется расчетным путем и проверяется экспериментально. В виде корреляционной связи она закладывается в управляющую машину, что практически достаточно для поддержания необходимых по условию непрерывной

218

прокатки скоростей вращения валков соседних клетей в изменя­ ющихся условиях процесса деформации металла в этих клетях.

Автоматические системы управления работой универсальных клетей позволяют существенно сократить время на выполнение основных операций. На рис. 83 приведены осциллограммы прокатки в черновой универсальной клети при автоматическом (а) и руч­ ном (б) управлении. Толщина стенки двутавра в третьем проходе 16,7 мм, в четвертом 13,7 мм.

Надежность работы автоматического управления во многом за­ висит от условий эксплуатации ее датчиков. На зарубежных универ­ сальных балочных станах в качестве датчиков положения прокаты-

ваемого металла широко применяются фотоимпульсаторы, а в ка­ честве датчиков положения механизмов — сельсины. Для повыше­ ния надежности работы фотоимпульсаторов на зарубежных станах применяют различные системы для удаления пара и дыма из рабочей зоны, а также для подачи в эту зону горячего воздуха. Последнее мероприятие особенно эффективно в зимний период работы стана.

Необходимость раскроя большого количества широкополочных двутавров на штанги мерной длины привела к созданию на универ­ сальных балочных станах систем безупорного раскроя металла. Эти системы позволяют автоматически раскраивать двутавры дли­ ной от 3 до 30 м с высокой точностью и с минимальными отходами металла в обрезь.

Механическая часть этой системы имеет два блока измеритель­ ных роликов. Первый блок роликов установлен после заднего рабо­ чего рольганга чистовой универсальной клети и служит для измере­ ния длины раската с целью подготовки исходных данных для вы­ числительной машины, управляющей раскроем металла.

Расстояние между роликами предварительно устанавливается вручную в соответствии с высотой двутавра. При прохождении про­ филя между роликами один из них с помощью пневмоцилиндра при­ жимается к металлу. При вращении ролика от датчика импульсов, связанного с ним, поступают сигналы на электродвигатели роль-

219

Г л а в а V

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ШИРОКОПОЛОЧНЫХ ДВУТАВРОВ

ОСОБЕННОСТИ КАЛИБРОВКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ВАЛКОВ

Широкополочные двутавры в настоящее время прокатывают на специализированных и комбинированных балочных станах, причем последние могут иметь в своем составе как универсальные клети, заменяемые при прокатке сортовых профилей клетями дуо, так и постоянно установленные предчистовые универсальные четырехвалковые клети наряду с черновыми клетями типа дуо или трио.

Калибровки валков станов этих двух типов существенно отли­ чаются от калибровок валков обычных крупносортных станов, оборудованных только клетями дуо или трио и прокатывающих двутавровые профили с относительно узкими полками и уклонами на их внутренних поверхностях.

Современные специализированные и некоторые комбинирован­ ные универсальные балочные станы обычно состоят из блюминга, дуо-реверсивной заготовочной клети, нескольких групп универ­ сальных, вспомогательных реверсивных клетей и чистовой неревер­ сивной универсальной клети. Принципиальная схема прокатки широкополочных двутавров на станах этого типа приведена на рис. 84. В ряде случаев на специализированных и комбинированных балочных станах двутавры прокатывают с использованием закрытых калибров в дуо-реверсивной заготовочной клети (см. рис. 17). Такие схемы прокатки особенно часто применяют на комбинированных

Двутавры высотой более 600 мм с полками любой ширины на большинстве станов прокатывают из блюмов, имеющих двутавро­ вую форму поперечного сечения. Вторичный нагрев блюмов и про­ катку их в заготовочной клети в этом случае часто не проводят. После блюминга металл сразу прокатывают в черновой и чистовой универсальных клетях. Аналогично осуществляют прокатку дву­ тавров высотой 460—600 мм с полками любой ширины. В некоторых случаях при производстве таких профилей для повышения качества проката применяют зачистку металла в холодном состоянии, а затем вторичный нагрев блюмов и прокатку их в заготовочной клети.

221

Двутавры высотой 300—460 мм с полками шириной 250—300 мм

ровых профилей прокатывают из слитков, имеющих прямоуголь­

222