阿維斯塔波萊瑞特廠爐卷軋機(jī)現(xiàn)代化改造

阿維斯塔波萊瑞特廠爐卷軋機(jī)現(xiàn)代化改造

1設(shè)備與技術(shù)指標(biāo)的新升級1992年，瑞典阿維斯塔-羅馬ge設(shè)計、建造和調(diào)試了西馬克-德馬格工業(yè)裝置的卷卷機(jī)。軋機(jī)專門生產(chǎn)最大寬度為2100mm的不銹鋼和耐酸鋼卷。軋機(jī)鋼卷的年生產(chǎn)能力近年來由最初設(shè)計的年產(chǎn)25萬噸提高到年產(chǎn)70萬噸。2000年阿維斯塔波萊瑞特廠決定同西馬克—德馬格公司一道進(jìn)行技術(shù)改造。這個改造的目的在于顯著提高軋機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率、利用率和易維護(hù)性等四個方面。阿維斯塔波萊瑞特廠將軋機(jī)產(chǎn)量目標(biāo)定在年產(chǎn)提高到100萬噸。西馬克—德馬格根據(jù)多年的經(jīng)驗和不斷發(fā)展的爐卷軋制工藝成果給出了改造建議。帶活套的新型夾送輥裝置改善了帶鋼的金屬流動,提高了軋制工藝的穩(wěn)定性,同時允許高速軋制。熱卷取機(jī)設(shè)施下的可伸縮輥道便于操作者接進(jìn),提高了輥道、爐門和爐子的易維護(hù)性。在自動化方面,厚度、斷面形狀及平直度控制系統(tǒng)根據(jù)最新進(jìn)展進(jìn)行了更新升級,這些直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。另外,近年使用的軋機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)也應(yīng)用到爐卷軋機(jī)工藝上,用來提高軋機(jī)的利用率及易維護(hù)性。2提高爐卷內(nèi)的利用率阿維斯塔波萊瑞特廠爐卷軋機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)在經(jīng)過大量的優(yōu)化后,產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率已達(dá)到極限。只有對軋機(jī)和自動化進(jìn)行升級改造后,質(zhì)量和生產(chǎn)率才有可能進(jìn)一步提高。另外,軋機(jī)的利用率及易維護(hù)性也可得到提高。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量,厚度公差,斷面形狀及平直度必需得到改善。為了達(dá)到這個目的,將采用一個新的動態(tài)厚度控制系統(tǒng)和一個升級的斷面形狀和平直度模型。許多工藝上的不穩(wěn)定及厚度波動很大程度上是由于較大的張力波動造成的。上述這些波動是由卷筒上槽的旋轉(zhuǎn)及作用在導(dǎo)輥上的高熱應(yīng)力造成的偏心引起的。由于這個原因,改造不僅要采用動態(tài)的類似厚度控制的工藝控制系統(tǒng)(TCS)以提高對張力波動的響應(yīng),而且要減少其自身的張力波動。這些可通過安裝新開發(fā)的帶專門活套的夾送輥裝置及相應(yīng)的張力和流量控制系統(tǒng)來達(dá)到。由于不穩(wěn)定金屬流動的影響,在生產(chǎn)較寬和較厚帶鋼時,軋制速度和生產(chǎn)率受到嚴(yán)重限制。主要原因是上面描述的張力波動。由于安裝了活套,可顯著提高這些產(chǎn)品的軋制速度。帶鋼頭尾的流動對生產(chǎn)率的影響也非常大。為爐卷軋機(jī)工藝專門開發(fā)的帶鋼導(dǎo)向控制系統(tǒng)可進(jìn)一步穩(wěn)定金屬流動。改造的最后兩個目的:即提高利用率及易維護(hù)性,也可提高生產(chǎn)產(chǎn)量。軋機(jī)的利用率主要是由軋機(jī)各個部件的壽命及磨損件更換次數(shù)決定的。另外,軋制工藝的穩(wěn)定性對利用率的影響也非常大。在卷取爐下安裝可移動輥道,會縮短爐門、輥道和爐區(qū)的維修時間。最新開發(fā)的軋機(jī)監(jiān)控和診斷系統(tǒng)可進(jìn)行有目的的維護(hù),這樣可優(yōu)化各個單獨部件的使用壽命。通過安裝活套來穩(wěn)定軋制工藝,最終會提高軋機(jī)的利用率。改造的最后焦點是提高易維護(hù)性,爐卷軋機(jī)是非常緊湊和復(fù)雜的設(shè)備,所以很多部件很難接近去進(jìn)行維修。另外一個問題是卷取爐區(qū)域的溫度太高。這會使?fàn)t門或?qū)蜉伒炔考母鼡Q時間過長。伸縮輥道方便進(jìn)入爐區(qū)并允許在爐子輻射區(qū)外對爐門及輥道進(jìn)行維修。安裝夾送輥裝置和活套,提高了可接近性,減少了輥子更換次數(shù)。采用自動化診斷系統(tǒng)簡化了監(jiān)控及綜合測量和調(diào)整系統(tǒng)的維護(hù)。31夾送輥的使用配備了活套的新夾送輥替代了汽動夾送輥,并將導(dǎo)向輥固定在爐子支撐結(jié)構(gòu)上。夾送輥及活套形成一個單獨的系統(tǒng)安裝在一個公用機(jī)架上以便承受產(chǎn)生的巨大動態(tài)力,并便于輥子的調(diào)整。這種緊湊設(shè)計使該單獨裝置改進(jìn)起來很容易。夾送輥裝置的功能是在帶鋼咬住之后,將帶鋼頭端傳送到卷筒槽內(nèi),以保證卷取工藝的可靠進(jìn)行?；钐自谶@個階段是位置控制,用來將帶鋼導(dǎo)入以保護(hù)爐子本體。在開始卷取之后,夾送輥打開,上夾送輥起到導(dǎo)向輥作用。夾送輥的液壓輥縫控制允許不同輥縫設(shè)定。依照操作模式,活套依然既能作到位置控制也可像精軋機(jī)組的活套一樣操作?；钐啄Ｊ郊扔斜ＷC張力恒定的功能,也可在流量或張力波動的情況下,相對保持恒定?；谶@個目的,活套具有相當(dāng)小的慣量及快的液壓動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)。在軋制停頓時,活套可移到停止位,以便第一塊爐門可完全密合爐子,活套輥不再直接受到爐子的熱輻射。2輥子和帶鋼的配合夾送輥裝置由兩個驅(qū)動輥組成,直徑和寬度分別是550mm和2300mm,上輥裝在一個靠兩個液壓缸升降的搖桿臂上。系統(tǒng)升降最大為200mm。為了平衡上輥,用板簧靠緊在搖臂上。液壓缸連接及軸承裝配都設(shè)計成最小間隙。輥子是耐磨、堆焊表面且內(nèi)部通水以承受帶鋼的高溫。夾送輥的壽命明顯的提高是由于其較好的耐磨性。搖桿的軸承裝配通過應(yīng)力螺栓裝在機(jī)架上,可連活套一同卸掉,便于維修。活套有一個非常短的力臂和一個小的輥徑以將慣量降到較低水平并可快速進(jìn)行動態(tài)調(diào)整?；钐纵佂ㄟ^驅(qū)動側(cè)的一個液壓缸移動?；顒訐醢宕_保在非正常操作條件和干擾情況下,帶鋼不會損壞卷取爐。擋板可伸縮以便活套可運行至停止位置。輥子有一個專門的耐磨套和一個專門開發(fā)的強(qiáng)制內(nèi)冷系統(tǒng),以承受帶鋼和爐子造成的超高溫負(fù)荷。位于爐子直接熱輻射區(qū)的所有部件,象軸承和軸都配有內(nèi)部冷卻。3定位和測量原理夾送輥在驅(qū)動側(cè)和操作側(cè)都配有液壓缸。連接的液壓閥組的位置非常的靠近,以確保油路管線較短。新型液壓夾送輥比氣動夾送輥結(jié)實的多并且定位更精確、快速。所有液壓缸都配有位移傳感器。每個活套都有一個液壓缸位于驅(qū)動側(cè)并通過一個非常短的回路同液壓閥組連接。這就同低慣量一道,使位置和力的控制響應(yīng)時間分別達(dá)到35ms和20ms。位置是由一個旋轉(zhuǎn)角度傳感器來進(jìn)行測量。夾送輥冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定檢測是由一個冷卻水進(jìn)水管路上的流量測量裝置和進(jìn)水及回水管路上的溫度計來保證的。由于這些檢測,任何冷卻水的過熱和冷卻系統(tǒng)的泄漏都能立即檢測到。4裝置的安裝調(diào)試兩個夾送輥裝置在Hilchenbach的西馬克—德馬格車間進(jìn)行了預(yù)裝配。在預(yù)裝配時,液壓缸及液壓、冷卻水、干油和氣動的整套配管和傳感器接線已安裝好。這兩個裝置在預(yù)組裝狀態(tài)運至瑞典的阿維斯塔,然后在停機(jī)的14天中進(jìn)行安裝調(diào)試。事實證明:預(yù)裝好的設(shè)備可加快調(diào)試的進(jìn)程。41輥道拉出增加卷取爐入口及出口下的可伸縮輥道替代了原有的固定輥道以及將爐門固定在爐子支承結(jié)構(gòu)上。安裝在輥道框架上的爐門可隨后者一同伸縮,便于維修。這就保證了更好的維護(hù),縮短了相當(dāng)一部分維修時間,可以更容易的接進(jìn)輥道和軋機(jī)內(nèi)部的各種不同設(shè)備。帶鋼在咬入之后,通過上下爐門導(dǎo)入卷筒槽內(nèi)。在開始卷取之后,上爐門運行到底端位置。在帶鋼尾端甩出卷取槽之前,上部爐門運行到頂端位置以減少帶尾的撞擊。帶鋼運行狀態(tài)產(chǎn)生的力由液壓缸和錨定在基礎(chǔ)上的軸向?qū)l(wèi)來承受。在軋制停止時,卷取爐用兩塊爐門將其完全密合。一來節(jié)省能源,二來鄰近的機(jī)械設(shè)備不會連續(xù)受到熱輻射。維護(hù)時,可用一個鋼繩卷揚機(jī)將輥道拉出。打開的卷取爐,可用一個爐子密封裝置將其關(guān)閉。2爐門的安裝入口側(cè)輥道是由4個直徑是360mm,輥身長度為2300mm的輥子組成。出口側(cè)輥道是由7個直徑300mm,輥身長度為2300mm的輥子組成。驅(qū)動位于操作側(cè),以便在輥道拉出維修時,不會受到爐子的熱輻射。爐門安裝在輥道框架上,由兩個液壓缸來控制移動。爐門的不同工位監(jiān)測依靠可調(diào)限位開關(guān)控制。所有液壓缸都由隔熱罩保護(hù)。水冷系統(tǒng)減少了兩個爐門上的熱負(fù)荷。爐門面板是由抗高溫、耐磨的不銹鋼制成。這就確保了總是接觸帶鋼咬入、甩出的面板的壽命的延長。不同介質(zhì)象液壓油、冷卻水、干油,尤其是電機(jī)的供電,在運行狀態(tài)時,由一個多項接頭供油。介質(zhì)接頭使得輥道無論在多小的空間都可全自動快速移進(jìn)、移出。安裝和調(diào)試:兩組輥道在停機(jī)階段由原有輥道和導(dǎo)板改造合并,并通過橫移軌道,作為一整體裝置進(jìn)入軋機(jī)。5自動化診斷技術(shù)在這個自動化系統(tǒng)改進(jìn)的框架內(nèi),基礎(chǔ)自動化(1級)和工藝模型(2級)已被更換或添加。尤其是斷面尺寸和平直度控制,以及厚度控制是最近幾年開發(fā)的。另外,由于安裝了液壓活套和夾送輥裝置以及增加必要的自動化診斷系統(tǒng),現(xiàn)有基礎(chǔ)自動化需要得到擴(kuò)展。西馬克—德馬格開發(fā)的X-Pact自動化系統(tǒng),界面更友好,并且改善了爐卷軋機(jī)的易維護(hù)性。1厚度控制軋制熱帶鋼時,帶鋼厚度是最重要的質(zhì)量參數(shù)之一。由于機(jī)械性能和變形邊界條件顯著提高,爐卷軋制工藝對厚度的控制要求大大提高。例如,軋制速度和軋制力在每一道次的變化非常大。優(yōu)化的厚度控制是一個快速動態(tài)系統(tǒng),甚至在邊界條件變化的情況下,使帶鋼的厚度保持在很小的公差帶內(nèi)。厚度控制概念包括自動厚度控制(AGC)和相匹配的監(jiān)控系統(tǒng)。AGC包括一個非常精確的軋機(jī)架模型以補(bǔ)償機(jī)架的延伸,輥身的熱膨脹,工作輥的磨損和Morgoil軸承的轉(zhuǎn)動情況。在軋制較薄帶尾時,采用厚度楔形軋制以減少帶鋼頭尾在最后一道次的高軋制力。這種楔形軋制允許在所有道次帶鋼頭尾的軋制厚度銳減。這樣最后一道次的壓下量就變小了,軋制力峰值減到最小。另外,抑制了軋輥的過高負(fù)載,避免造成軋輥損傷,保證了所需要的平直度。這種軋制尤其可用在帶鋼頭尾端冷卻過快的情況。2帶鋼運動的控制策略在爐卷軋機(jī)上,帶鋼在軋制時容易偏離中心線。如果沒有張力,在可逆操作中及從輥縫到卷取爐內(nèi)的卷筒這種長距離運動中,很難控制帶鋼的運動。帶鋼導(dǎo)向控制包括兩個部分:軋制對中控制(RAC)和止推力補(bǔ)償(TFC),RAC是在由于帶鋼溫度變化,沿帶鋼寬度形成的楔形或偏心帶鋼造成的軋制力變化的情況下保持輥縫恒負(fù)載。軋機(jī)軸向力會引起所測量的軋制力得到曲解。采用TFC是為了獲得輥縫實際有效軋制力并補(bǔ)償軸向力的影響。在軋機(jī)機(jī)架調(diào)零時,使工作輥正好在平行的位置。3快速張力控制最新開發(fā)的活套能夠更加準(zhǔn)確地進(jìn)行流量和張力控制。帶鋼張力因此比以往保持的更加穩(wěn)定。卷筒上的槽及軋制工藝上的加速和制動等原因引起的擾動,都可由快速動態(tài)活套進(jìn)行測量和修正?；钐子袃煞N操作模式?；钐卓稍凇浳弧刂撇僮?。這時張力是由卷取機(jī)電機(jī)的力矩控制產(chǎn)生的。單獨這種模式同老式固定導(dǎo)輥的操作方法相比,明顯得到改善。由于采用‘軟位’控制及低運動慣量,在張力波動的情況下,活套可移動調(diào)整。第二種操作模式使得動態(tài)響應(yīng)和帶鋼張力的恒定得到進(jìn)一步改善?；谶@個目的,活套采用快速張力控制,卷取電機(jī)在速度控制下運行?；钐诇y量得到的角度用在流量控制,主要目的是與卷取電機(jī)的速度相匹配。恒張力不僅改善了帶鋼的流動,允許高速軋制,而且減少了厚度波動。4斷面尺寸,凸度及直度控制帶液壓輥縫設(shè)定的帶鋼厚度控制作為最終控制系統(tǒng)保證了帶鋼中心厚度沿其帶鋼長度控制在規(guī)定的厚度范圍內(nèi)。另外,軋機(jī)機(jī)架的彈性變形,軋輥的熱膨脹和軋輥磨損,都會導(dǎo)致沿帶鋼寬度的厚度變化,這些總稱為帶鋼的斷面尺寸。斷面尺寸,凸度及平直度控制的PCFC的目的是將帶鋼斷面尺寸預(yù)設(shè)定,控制到一個規(guī)定值內(nèi)并確保帶鋼的平直度。斷面尺寸和平直度的最終控制元件是CVC竄輥和工作輥彎輥。PCFC正在不斷開發(fā)和完善中。已經(jīng)應(yīng)用的新模型對以下方面進(jìn)行了實質(zhì)性升級:——新的物理修正值——凸度計算——不均勻膨脹熱計算——使用的幾個冷卻系統(tǒng)的熱計算——斷面尺寸的短期和長期自適應(yīng)計算——附加的中間坯斷面尺寸計算模型另外,用戶和開發(fā)商菜單已進(jìn)行了審核和擴(kuò)充。例如現(xiàn)在快速索引可訪問最近十個月的數(shù)據(jù)記錄并用表格和圖形的形式進(jìn)行評估。PCFC也提供對整個軋制程序進(jìn)行再計算或模擬的可能性。PCFC的環(huán)境已充分考慮到將來的擴(kuò)展并且界面更友好。5自動進(jìn)行測試最近幾年西馬克—德馬格已開發(fā)了一個軋機(jī)和工藝自動化診斷系統(tǒng)。例如,工廠和工藝檢測系統(tǒng)(PPMS)。系統(tǒng)監(jiān)視工廠和工藝系統(tǒng)的條件,在診斷出問題時,會報警并發(fā)出故障信號,以便有針對性的對軋機(jī)進(jìn)行維護(hù)。PPMS建立在基礎(chǔ)自動化上,并且在所有主要測量和調(diào)整系統(tǒng)中自動進(jìn)行各種測試,以檢測傳感器、液壓和機(jī)械部件及控制系統(tǒng)的狀態(tài)。在爐卷軋機(jī)和下卷取機(jī)區(qū)域,診斷在以下系統(tǒng)進(jìn)行:——液壓輥縫控制——液壓彎輥——CVC工作輥竄輥——液壓夾送輥裝置——活套——下卷取機(jī)夾送輥裝置——下卷取機(jī)助卷輥一套分析系統(tǒng)來評估檢測到的數(shù)據(jù),建立指導(dǎo)參數(shù),例如磨擦,控制響應(yīng)時間或油的泄漏流量,并存放在同一個數(shù)據(jù)庫內(nèi)。參數(shù)若與公差和規(guī)定的限定值有什么不同,就會進(jìn)行核實。所有結(jié)果都能以單個測量值或趨勢的形式顯示。6活套裝置的安裝2001年7月下旬夏季停機(jī)期間,除了新的斷面尺寸和平直度模型將在項目進(jìn)展持續(xù)8個月之后使用外,所有的改造行動都在進(jìn)行,模型在改造完三個月之后投入使用,軋制操作在恢復(fù)的很短時間就達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。減少了張力波動:帶專門活套的新夾送輥的最有效的成果是將張力波動減到最小。在模擬中預(yù)測到的張力波動的減少量在實際操作中得到了驗證?；钐淄潭▽?dǎo)向輥相比,在操作上的主要優(yōu)點體現(xiàn)在夾送輥裝置的負(fù)荷上。在改造之前,老設(shè)備沒有安裝相應(yīng)的測量元件。帶固定導(dǎo)輥的設(shè)備的操作狀況可通過將活套移動到停止位來進(jìn)行模擬。所有張力活動都直接作用在上夾送輥和搖臂裝置上,可使用輥縫控制進(jìn)行測量。在卷取期間,第一道次會產(chǎn)生特別大的力和位置變化。輥縫控制系統(tǒng)每個液壓缸所測的力在0kN到150kN之間變化。搖臂最高可抬升10mm。相反,裝上控制活套后,既使采用位置控制模式,輥縫控制系統(tǒng)中力的變化最大在±15kN之間,位置波動不到1mm。這里明顯的表明:由卷筒槽旋轉(zhuǎn)和帶卷偏心產(chǎn)生的相當(dāng)大的張力波動在活套的協(xié)助下降低到了最小程度。除了軋制工藝上的優(yōu)勢,活套明顯減小了裝置上的負(fù)荷。產(chǎn)品質(zhì)量:選用的改造程序明顯改善了厚度公差。對改造前后的一些鋼卷的厚度進(jìn)行比較,厚度離散狀況明顯減少。帶鋼本體的離散度也明顯減少。另外,由帶鋼頭尾產(chǎn)生的干擾可通過動態(tài)厚度控制進(jìn)行快速修正。也可將帶鋼尾端的厚度偏差大大減少。除了