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1、2050热轧厚规格横切线的技术改造TotalNo.186冶金设备总第186期April2011METALLURGICALEQUIPMENT2011年4月第2期?革新与改造?2050热轧厚规格横切线的技术改造韩瑞敏(宝钢工程技术集团有限公司上海201900)摘要主要论述了某2050热轧厂厚规格横切线改造前状况及存在的主要问题,改造后生产工艺及其先进性,改造方案及改造后机组特点.关键词热轧厚规格横切线技术改造中图分类号TG333.71文献标识码BTechnicalRevampingforHeavyGaugeCrossCutLinein2050Hot-rollingMillHanRuimin(Bao
2、steelEngineering&TechnologyGroupCo.,Ltd.,Shanghai201900)ABSTRACTConditionsandexistingproblemswhichareaboutthe2050hotrollingmillbeforerevampedweredescribedinthisarticle.Theproductionprocessanditsadvancement,revampingscheme,aswellastheunitfeatHresofheavygaugeCroSSCutlineafterrevampingalsowerediscu
3、ssed.KEYWORDSHotrollingheavygaugeCrosscutlineTechmcalRevamping1前言某2050热轧厂厚规格横切线目前很难适应市场对高强板(屈服强度500MPa)不断增长的需要,也很难满足高端产品开发和市场拓展的要求;为适应市场的需求,企业的发展,企业的效益,企业在市场上的竞争力,及消除国内近期已投产或即将投产的热轧厂厚规格横切线所造成的威胁,如武钢2250热轧厂厚规格横切线,太钢2250热轧厂厚规格横切线,马钢2250热轧厂厚规格横切线,邯钢2250热轧厂厚规格横切线等机组生产的产品品种,产品质量及装备水平等方面均已超过2050热轧厂厚规格横切线,
4、使该2050热轧厂厚规格横切线不得不进行技术改造.2改造前状况及存在的主要问题2.1改造前状况2050mm热轧厂厚规格横切线的功能是将热轧钢卷剪切成钢板,机组是2O世纪80年代从德国SMS公司引进,1990年4月建成投产;原设计状况如下:生产规模:37.5万t/a热轧钢板产品规格:板材厚度:525.4mm板材宽度:5501850mm(切边时),8001900mm(不切边时)板材长度:200016000mm板垛重量:max.10t板垛高度:max.400ram板材长度公差:040ram板材宽度公差:05mm原料状况:带钢厚度:525.4mm带钢宽度:6001900mm作者简介:韩瑞敏,女,196
5、3年出生,毕业于北京科技大学金属压力加工专业,本科,高工,从事轧钢工艺设计一50韩瑞敏:2050热轧厚规格横切线的技术改造2011年4月第2期钢卷内径:760mm钢卷外径:11002150mm卷重:max.43.6t单位宽度重量:max.23kmm带钢屈服强度:<500MPa带钢抗拉强度:6<650MPa钢种:普通碳素钢,低合金钢机组速度:穿带速度:20m/min;生产速度:max.40m/rain(飞剪前)出口速度:max.80m/min(垛板速度)生产工艺:原机组生产工艺采用矫板工艺(即带钢先剪切后矫直),其流程图见图1.图1机组改造前,后生产工艺流程图(处为改造后新增)2.2
6、改造前存在的主要问题某2050热轧厂厚规格横切线经过多年,特别是近几年的开发,生产钢种已扩大,目前已达10大类70个钢种,且高强板所占比例逐年增加,主要产品为高强度工程机械用钢板,高强度集装箱板,刀模锯片钢板,高强度耐侯钢板和部分管线钢板.由于部分钢板强度或厚度已超过原设计能力,不断挑战设备极限能力,使设备故障率直线上升,加之用户对产品的板形,表面质量,尺寸精度要求也越来越高,及设备日趋老化等问题,都给生产带来极大困难;改造前该机组存在的主要问题如下:1)生产的产品品种受到很大限制,经济效益受到影响;2)开卷机等人口设备能力不足,厚规格带钢开卷过程中无法反弯;3)生产高强板时,粗矫和精矫能力不
7、足,出现钢板矫不平,辊面拉毛,万向接轴扭曲等现象;同时检测控制系统采用WS系列传感器和自整角机进行辊缝调节测量,本身精度低,显示误差大,板形难以控制;4)圆盘剪能力不足;剪刃崩口,疲劳,钝化;5)飞剪剪切能力不足,机架严重变形;剪刃异常磨损;同时存在着检测和控制系统老化,剪切精度差;6)钢印机变形严重,影响产品的喷印效果;7)机组缺少氧化铁皮除尘装置,致使含氧化铁皮较多的高强度钢板(如65Mn,50Mn2V等钢种)生产后再生产普碳钢板时,易引起普碳钢板表面压痕和划伤等缺陷;8)电气设备老化,原制造厂AEG公司已倒闭,备件无法正常供应;直流传动系统漂移引起机组各设备之间速度匹配不佳,造成联动时传
8、动系统负荷分配不均匀,及甩尾时带钢速度波动大;9)原PLC系统为早期自动化产品,通讯方式落后,编程方法复杂,运行速度慢;入口CPC对中控制系统采用模拟控制,对中不良,造成对角线控制困难.3改造后生产工艺及其先进性机组改造前,后生产工艺流程图见图1.机组改造后的生产工艺绝大部分采用矫带工艺(即带钢先矫直后剪切)生产,少量采用矫带+矫板工艺生产,与改造前的矫板工艺相比,改造后的生产工艺更为先进,可靠,其先进性主要体现在以下方面.1)矫带工艺矫直的设定是通过计算完成的,计算软件可保证塑性化率不低于材料横截面的70%,以最大程度地降低带钢内应力,保持带钢切成钢板后的平直度;而原矫板工艺矫直的设定是操作
9、工观察矫后钢板平直度状况人工设定的,一510第186期冶金设备2011年4月第2期因此矫直设定只涉及平直度,不涉及最大程度地降低带钢内应力.2)在带钢运行期间,矫带工艺与矫板相比,没有负荷变化,矫直结果在整个钢卷上保持不变.3)矫带工艺在带钢通过矫直机期间,矫直的设定可动态修正或优化;而矫板工艺在钢板通过矫直机期间,矫直的设定不能动态修正.4)进精矫机的穿人次数,矫带工艺是每卷只穿一次,而矫板工艺是每块钢板都要穿一次,从而矫带工艺使精矫机前面两个矫直辊的寿命大大提高.5)新工艺中增设了除氧化铁皮工序,解决了原生产工艺中因氧化铁皮所造成的钢卷表面压痕和划伤问题.6)矫带工艺在欧洲各大钢厂和配送中
10、心,及国内太钢2250热轧厂厚规格横切线应用状况良好;改造后的生产工艺既有矫带工艺,又有矫板工艺来补充,生产更加灵活,产品合格率更易提高.4改造方案及改造后机组特点4.1改造方案考虑厚规格横切线改造是在原有机组上进行,涉及范围广(机械,液压,三电等方面近乎全部改造),难度大(土建基础需要在原有基础上进行大面积切割重建,同时对原来贯穿或相伴的电缆隧道还须进行保护,以免影响全车间的其他系统正常生产),新工艺与老工艺相差较大,国内此方面的技术还不成熟,所能参照的样板厂(太钢2250热轧厂厚规格横切机组)仅可供部分参考,同时使改造后的生产线达到国内先进水平等因素,确定改造方案的原则为先进,稳妥,可靠.
11、为此,关键设备(即CPC装置,精矫直机,飞剪及飞剪液压站,喷印钢印机)引进和三电系统的改造采取外商技术支撑和国内集成的合作模式.机组主要部分的改造方案,内容如下.4.1.1机械设备机械设备的改造方案结合生产工艺,生产钢种及原有设备情况,确定采取新增,更新,局部改造,及利旧四种方式.需新增的机械设备主要是0侧导装置,切头剪及其废料处理装置,刷辊装置,除尘系统,精矫直机,喷印钢印机;需整体更一52一新的机械设备主要是开卷机(卷筒及其外支撑利旧)及庄辊,穿带装置及深弯辊,CPC装置,粗矫直机及其前的1夹送辊,飞剪;可利旧的机械设备是垛板前检查站,称重设备和打包机;除新增,更新,利旧外的其它机械设备均
12、为局部改造,改造内容主要是更换电机,直流传动改为交流传动,并更新传感器.4.1.2液压,润滑及气动系统液压,润滑及气动系统的改造方案结合改造后机械设备的需要,确定液压系统的改造方案主要是新增入口液压站及飞剪液压站,并对原1液压站,2液压站进行局部改造;润滑系统的改造内容主要是拆除废弃的稀油润滑系统和相应管道;气动系统的改造内容主要是拆除和新增压缩空气管道.4.1.3三电根据工艺,设备及产品质量等的要求,确定三电的主要改造方案.1)供电根据改造后机组的总装机容量为3878.7kW(其中交流调速主传2345.5kW,辅助交流调速传动116.2kW,交流恒速传动1417kW),利用原有3台6/0.3
13、8kV,1600kVA供电变压器可满足要求(其中交流调速主传动由2台变压器供电,辅助交流调速传动和恒速传动由1台变压器供电).2)传动(1)电机:原有直流调速电机全部改为交流调速电机,解决直流电机价格贵,维护困难等问题.(2)传动装置:改造后的传动系统全部采用全数字式交流传动装置,提高可靠性与控制性能.交流传动系统采用编码器速度反馈闭环控制,以提高速度控制精度.主传动调速采用公用整流器,公共直流母排的全数字式控制的变频器;辅传动调速采用单传交流变频器.(3)电机控制中心(MCC):改造前后恒速电机数量及容量发生较大变化,原MCC柜不能再利用,需进行更新.3)基础自动化控制系统基础自动化控制系统
14、由PLC控制设备,HMI韩瑞敏:2050热轧厚规格横切线的技术改造2011年4月第2期人机界面,工程师站,网络等设备组成,主要设备配置见表1.表1基础自动化控制系统主要设备配置基础自动化控制系统主要部分的方案如下:(1)PLC控制系统:由于工艺设备变化及自动化控制设备更新,原PLC设备全部拆除,改为3套SIEMENSS7400型PLC控制设备,分别为轧线PLC控制系统,主控PLC控制系统,飞剪PLC控制系统.轧线PLC控制系统,用于人口,出口设备,液压设备,辊道,及MCC等设备的控制,系统下带ET200M远程l/O站,辅助传动变频器及操作面板OP270.主控PLC控制系统,用于轧线上各传动设备
15、的控制,对轧线的速度,张力及仪表测量等工艺的控制,系统下带ET200M远程I/O站及辅助传动变频器.飞剪PLC控制系统,用于轧线飞剪与矫直机的控制,由外商随飞剪,矫直机成套供货.PLC与ET200M,变频器,操作面板OP270之间的通讯,采用现场总线PROFIBUSDP通讯方式.(2)HMI操作站:HMI操作站是人机操作和基础自动化系统,中央监控及控制,诊断系统的主要接口.整个系统具有生产线模拟动静态画面显示,数据监视,系统诊断,消息,报警及操作记录,事件归档等功能.HMI操作站系统采用客户服务器的结构方式.整个HMI操作系统中设1台HMI服务器(电气室),4台HMI客户端(入口操作室1台,主
16、操作室2台,堆垛操作室1台).HMI服务器与各PLC直接进行数据采集,网络连接方式采用工业以太网.HMI客户端采用TCP/IP的通讯方式,直接读取服务器的数据.(3)PDA系统:增设1台PDA系统,用于监视,记录,分析传动系统及控制系统;采用IBA公司的过程数据采集系统,可对40路信号(或以上)随意选择监视,可将数据存储在硬盘或光盘上;与传动装置的通讯采用以太网通讯,与PLC的通讯方式为PROFIBUS.4)过程控制计算机系统计算机的改造内容为厚规格横切线新增系统和因新增系统所引起的L3适应性改造;新增L2系统由电气总包商提供,主要包括网络系统,主机系统(硬件系统架构,系统软件),通信软件,应
17、用软件等;L2主要应用功能为生产计划管理,参数预设定,数据存储与查询,缺陷跟踪,报表,数据通讯(分别将与L1系统和【3系统进行数据交换).为了实现2050热轧厂L3系统与改造后的厚规格横切线L2之间的数据通讯,需增设L3与之间的光缆通讯连接;根据2050热轧厂L3目前使用的XCOM通讯软件,还需增开与厚规格横切线L2之间的通讯链路.5)仪表根据新的生产工艺及原有仪表情况,仪表改造内容为CPC装置,由模拟控制改为数字式控制,对中精度为1mm.6)通信结合新的生产工艺及原有通信设施状况,确定通信改造方案为电话系统利旧,有线对讲系统,工业电视系统改造,改造内容主要是在原有用户基础上,调整,增加部分用
18、户.4.2改造后机组特点改造后的机组不仅生产工艺先进,而且设备的配置也满足了新生产工艺,产品方案及产品质量的要求,与改造前比,改造后的机组具有如下主要特点:1)扩大了产品规格范围改造后机组生产的产品厚度由原来的525.4mm扩大到4.625.4mm;扩大了产品规格范围,拓宽了产品在市场上的覆盖面.2)拓宽了产品强度范围改造后机组生产的产品强度由原来抗拉强度一53总第186期冶金设备2011年4月第2期<650MPa提高到抗拉强度1000MPa;拓宽了产品强度范围,不仅能满足市场对高强板的需求,而且为新产品开发及市场开拓提供了有力支撑.3)优化了产品结构,提高了产品档次及企业的竞争力在保持
19、原有生产规模37.5万t/a情况下,高强板(屈服强度500MPa)的产能大幅增加,其生产能力由原来的几t/a提高到20万t/a;高强板产能的增加,优化了产品结构,提高了产品档次及企业的竞争力.4)增设了液压切头剪及废料处理装置,满足矫带生产工艺要求.5)增设了刷辊装置,除尘系统,解决了因氧化铁皮所造成的钢卷表面压痕和划伤缺陷问题.6)提高了机械设备能力为满足高强板生产,垛板台前的机械设备能力近乎全部进行了提高,如开卷机电机功率由75kW提高到140kW,使开卷机后张力由原来最大值10t增至16t,提高了开卷扭矩和稳定性;粗矫前的1夹送辊电机功率由75kW提高到140kW,提高了送进力;更新的粗
20、矫直机采用5辊矫直,液压压下结构,矫直辊由5套传动装置分别传动,单台电机功率为70kW,通过电气控制达到电机负荷相对平衡,大大提高了矫直能力(老5辊粗矫直机的传动为集中传动,电机功率为150kW);圆盘剪和碎边剪的本体机械强度虽可满足高强板剪切要求,但剪切扭矩需提高,为此,圆盘剪和碎边剪的传动电机(各2台)由原来65kW提高到78kW,并对刀片的强度进行了提高,更新;新增精矫直机的矫直力增至最大值3600t(老矫直机的矫直力2000t);新飞剪的剪切力增至500t.7)机组仅引进了关键部分设备,其它均为国内制造,降低了投资费用及改造风险.8)新增的精矫直机采用4立柱式牌坊,六重辊式结构(即辊系
21、由工作辊,中间辊及支承辊组成),工作辊辊径为200mm,辊数为l7辊,辊缝由电动压下机构根据模型进行上辊系前后/左右倾-54.斜位置的设定,并可带负荷调整,设定精度0.1mm(由编码器检测实际位置);下辊系带有5套电动弯辊装置,适应带钢中浪及边浪矫直,且可带负荷调整;2台电机通过一套齿轮箱驱动矫直机;万向接轴带力矩保护器,可快速更换.控制模型设在s7400PLC中,控制简单.9)更新的飞剪采用液压上切式,最大剪切次数167./min;剪子所有动作均为伺服驱动,电气同步控制;剪切行程及刀片角度可自动调整,角度设定通过计算机确定,设定范围在1.5.2.5.;电动调整上下刀片间隙,精度0.1mm;4
22、台伺服电机驱动液压剪与带钢同步.10)喷印钢印机采用STOMMEL&VOSS公司产品,喷印和钢印装置设置在一个框架内,这样一台设备即可解决喷印,钢印两种功能.11)提高了产品质量改造后生产的产品质量要求达到钢板的平直度<2mm/m,钢板长度公差05mm,钢板不方度公差小于板宽的0.25%.5结束语综上所述,改造后的横切线在国内同类机组中属领先水平,其装备水平略高于武钢,马钢,邯钢2250热轧厂厚规格横切线,接近或略优于太钢2250热轧厂厚规格横切线.目前该机组正处于设备调试阶段,计划2011年1月投入运行.相信随着生产实践,数据的积累和工艺技术的进一步掌握,该机组将为此厂创造更好的经济效益.参考文献1沈康,惠世民,赵春禾.热轧厚板横切线垛板技术的开发与研究J.重型机械,2002(6)2杨征.厚板横切线机组辊式冷矫直机测试分析与矫直过程模拟研究M.上海交通大学工程硕士毕业论文,20073中国金属学会热轧板带学术委员会编着.中国热轧宽带钢轧机及生产技术M.北京:冶金工业出版社,2oo2(收稿日期:加1O一1215)
