（机械工程专业论文）棒材半连轧机组主控系统的设计与研究.pdf

摘要 本文是以安钢集团公司第一轧钢厂3 0 0 m m 棒材半连轧机组为基础进行设计研究 的。 在棒材生产线上，棒材连轧工业自动化控制是目前轧钢企业的主要控制手段，它是 企业技术水平的显著标志，随着工业用微机控制水平的发展，尤其是国际上工业自动化 水平的提高，棒材连轧机组在不同程度上采用了过程自动化和基础自动化控制。企业中 自动化控制水平的发展，已经成为企业先进程度的标志。 针对第一轧钢厂3 0 0 m m 棒材机组的实际情况，本课题制定了半连轧机组的改造 方案，对电机和轧机进行了一系列的改进和设计。结合设备改造，本课题对该机组的 k 4 k 1 0 主机列直流传动电控系统和p l c 控制系统进行了系统设计，包括直流传动装置 的选型、三级通讯网络的构建及p l c 系统组态及设计等内容，实现了棒材半连轧工业 自动化控制。 通过构建通信网络，使工艺流程的控制系统连在一起，构成了全厂基础化控制系统， 实现了整个轧线的自动化网络控制。 本课题的设计与研究适用于国内同类企业，具有一定的先进性和可借鉴性，对国内 外同行业棒材生产线的发展具有较高的参考价值。 关键词： 棒材半连轧机组，直流传动系统，三级通讯网络，p l c 控制系统，h m i 监控系统 a b s t r a c t t h i st h e s i si st os t u d yt h er e s e a r c ha n dd e s i g nf o rt h ec i , 3 0 0 m mb a rs e m i c o n t i n u o u s r o l l i n gu n i t so ft h ef i r s tr o l l i n gm i l lo f a n y a n gi r o na n ds t e e lg r o u pc o r p o r a t i o n t h ei n d u s t r i a la u t o m a t i o nc o n t r o li st h em a i nc o n t r o lm e a ni nt h eb a rp r o d u c t i o nl i n eo f r o l l i n gm i l le n t e r p r i s e s i t i st h es y m b o lo fe n t e r p r i s e s t e c h n o l o g yl e v e l w i t ht h e d e v e l o p m e n to fi n d u s t r i a lc o m p u t e r sc o n t r o ll e v e l ，e s p e c i a l l yo ft h ei n t e r n a t i o n a li n d u s t r i a l a u t o m a t i o n s d e v e l o p m e n t ，t h ep r o c e s s i n ga u t o m a t i o na n di n f r a s t r u c t u r ea u t o m a t i o nh a v e b eu s e di nt h eb a r sa n dr o l l i n gu n i t sa tv a r i o u sd e g r e e s t h ed e v e l o p m e n to fa u t o m a t i o na n d c o n t r o ll e v e lh a sb e c o m et h eh a l l m a r ko ft h ee n t e r p r i s ea d v a n c e m e n ts o p h i s t i c a t i o n b a s e dt ot h ep r a c t i c a ls i t u a t i o no ft h e ( i , 3 0 0 m mb a rr o l l i n gm i l lu n i to ft h ef i r s tr o l l i n g m i l l ，t h et h e s i sm a k e so u ta nr e h a b i l i t a t i o ns c h e m eo ft h es e m i - c o n t i n u o u sr o l l i n gu n i t sa n d c a r r i e so u tas e r i e so fi m p r o v e m e n ta n dd e s i g nf o rt h em o t o r sa n dm i l l s c o m b i n e dw i t h e q u i p m e n tm o d i f i c a t i o n ，t h et h e s i sd e s i g n e ds y s t e m a t i c a l l yt h ek 4 一k 1 0h o s td cd r i v ec o n t r o l s y s t e ma n dt h ep l c c o n t r o ls y s t e mp r o c e d u r ea n ds y s t e mo ft h eu n i t s ，i n c l u d i n gt h es e l e c t i o n o ft h ed i r e c tc u r r e n tt r a n s m i s s i o n ，t h et h r e e s t e pc o m m u n i c a t i o nn e t w o r kc o n s t r u c t i o n ，t h e p l cs y s t e mc o n f i g u r a t i o na n dp r o g r a m m i n g ，a n ds oo n t h ei n d u s t r ya u t o m a t i o nc o n t r o lo f t h eb a rs e m i c o n t i n u o u sr o l l i n gi sr e a l i z e d b yc o n s t r u c t i n gt h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s ，t h ec o n t r o ls y s t e m so ft h ep r o c e s s i n g p r o c e d u r e sa lec o n n e c t e d t h eb a s i sc o n t r o ls y s t e mo ft h ew h o l ep l a n ti sc o n s t r u c t e d t h e a u t o m a t i o nn e t w o r kc o n t r o lo ft h ew h o l er o l l i n gl i n ei sf i n i s h e d t h er e s e a r c ha n dd e s i g no ft h et h e s i sa r es u i t a b l ef o rt h es i m i l a rd o m e s t i ce n t e r p r i s e s i t i st ob et h em o r ev a l u a b l er e f e r e n c ef o rt h ed e v e l o p m e n to ft h ed o m e s t i ca n da b r o a db a rs t e e l p r o d u c t i o nl i n e k e yw o r d s ：b a rs e m i c o n t i n u o u sr o l l i n gu n i t s ，d ct r a n s m i s s i o ns y s t e m ， t h r e e s t e pc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，p l cc o n t r o ls y s t e m ，h m im o n i t o ra n dc o n t r o ls y s t e m h 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者：苏嘻布沙7 年，月叼日 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑 州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的 全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文 和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论 文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者： 多氏噼z 一9 7 年，月2 7 日 1 绪论 1 1 课题的提出 众所周知，钢铁的用途十分广泛，在国民经济中所起的作用极为重要，钢铁生产的 水平是衡量一个国家工业、农业、国防和科学技术现代化水平的重要标志。在钢材的生 产总量中，除少部分采用铸造及锻造等方法以外，其余约占9 0 以上的钢都必须经过 轧制成材。因此，在现代钢铁联合企业里，作为钢铁生产最后一个环节的轧钢生产，在 国民经济中占据极其重要的位置。 目前，高水平的连蚕f u f l 机大多实现了生产过程的自动化控制，即为满足生产工艺的 要求配置了高水平的自动化控制系统，这样的轧制生产过程完全摆脱了传统的旧式轧机 的生产方式，从而提高了产品质量及轧机的生产能力。轧制过程自动化所要解决的问题 是提高和稳定产品质量，提高轧机等设备的使用效率，以达到最经济地进行生产和经营 的目的。此外，还可在人力不能胜任的复杂过程中或人不能靠近的场合中实现自动操作， 尤其可把人从繁重的体力劳动中解脱出来。现代化的连轧轧钢车间，生产的全部过程大 都采用了自动控制，从而使全线生产达到了自动化状态，在正常生产情况下，生产过程 很少用人来控制。 棒材连轧工业自动化控制是目前轧钢企业的主要控制手段，它是企业技术水平的显 著标志。随着工业用微机控制水平的发展，使得各种连轧机组在不同工况、不同程度上 采用了过程自动化控制和基础自动化控制。自动化设备生产水平的高低又形成了在品牌 选型上各异、先进程度上的参差不齐和控制范围大小不一的状况。再者提高产品质量和 降低成本的途径也各不相同，尤其工况较复杂的冷床区，上卸钢、准确卸载、冷床精确 同步及卸钢平移交接等工艺，对控制的要求越来越高，它直接影响着产品的弯曲度标准 及下道工序的包装质量。在我国大部分连轧机组，特别是在工艺装备落后和环境恶劣的 现场，很多仍然采用半自动控制手动干预，方法之简单、产品质量精度之差和劳动强度 之大令人难以想象，这种状况在企业面临的激烈市场竞争和技术降本日益重要的今天显 得极不适应。目前，迫切需要研制与开发在恶劣工矿下能以较高的自动化控制水平完成 这一工序的控制系统。 为此，本课题深入研究了安钢第一轧钢厂3 0 0 m m 机组的实际工况，查阅了国内 外大量厂家的技术资料，在该机组上应用了一套交直流数控调速及可编程控制器自动化 控制系统，提高了产品质量，取得了良好的经济效益和社会效益。 1 2 国内外研究现状及发展 1 2 1 轧钢生产技术的国内外现状与发展 随着炼铁、炼钢技术的发展和机械电气工业的进步，以及计算机自动控制技术的广 泛应用，轧钢生产技术有了飞跃的发展。综合看来，轧钢生产技术发展的重要趋势和特 点有以下几个方面： 1 、生产过程日趋连续化 带钢和线材生产过程连续化更加完善，出现了连续钢管轧机和连续型钢轧机。像无 头轧制这样的完全连续式作业，已由线材生产推广应用到冷轧带钢和连续钢管生产。 2 、轧制速度不断提高 生产过程的连续化为提高作业速度创造了条件。 3 、生产过程自动化日益完善 生产过程自动化不仅是提高轧机生产能力的重要条件，而且是提高产品质量、节省 劳动力和降低消耗的重要前提。 4 、生产过程日趋大型化 炼铁、炼钢生产能力的大幅度提高，必然促使轧钢规模的扩大。厚板、薄板、大型 h 板、巨型管线等生产设备都在同趋重型化，生产规模越来越大。 5 、生产趋向专业化 为了满足质量和产量的要求，往往把轧机分为大批量专业化轧机和小批量多品种轧 机两类。前者为主要力量，采用专用设备及专用加工线进行生产，以利于提高产量、质 量和降低成本。为此将各类轧机进行机组配套及专业加工，形成钢板、钢管或型钢生产 系统，其中又分为厚板、薄板、轨钢板、h 型钢及线材轧机等专业化工厂，以从事专门 产品的大量生产。 6 、采用自动控制不断提高产品精度质量 计算机自动控制，大大提高了对钢材尺寸、形状及表面质量的控制精度。 7 、连铸钢坯取代初轧钢坯 采用连铸钢坯具有大大提高成材率、简化工艺过程、降低生产成本等许多优点，近 年来得到了迅速发展。 8 、大力发展新工艺、新技术，节约能源和金属消耗，降低生产成本。 近年来很多新工艺，例如“液芯加热”、“切分轧制”、“大头进钢轧制”、“无孔型轧 制等，正在得到积极试验和推广。有些钢铁集团还开始进行连铸连轧、液态铸轧，甚至 2 钢锭直接扎制的的试验。这些都能够大大节约能源消耗，提高成材率。 1 2 2 棒材连轧工业自动化的现状与发展 钢铁企业的发展，已经从产量效益型迅速转化为成本质量效益型，由原来 的单纯追求产量指标过渡到了以效定产、以品种质量促销争市场的阶段，新品种的开发、 产品质量的提高和技术的持续创新显得极为重要，尤其是企业自动化控制水平的发展， 已经成为企业先进程度的标志。 随着交直流调速技术及可编程逻辑控制器的日臻完善，在冶金企业中的应用同益广 泛，特别是在冶炼、轧钢等连续生产工艺中，已经由基础自动化向过程控制现代化转变。 从过程控制到生产管理，通过各种网络通讯集成，为企业的优质、低耗、稳产、高产提 供了非常有效的手段。 轧制过程自动化是指在轧制过程中采用自动化装置和计算机，使各种轧制过程变量 ( 如轧制速度、张力、工作介质的流量、压力、速度等) 保持在所要求的最佳值上，并 合理的协调全部生产过程，以实现自动操作的一种现代轧制技术。 随着计算机自动控制技术的广泛应用及轧钢生产过程的不断发展，棒材轧制自动化 的必要性主要表现在以下几个方面： 1 、轧制过程日趋连续化 随着连轧工艺的完善，所轧制的坯料尺寸及重量加大，要求剪切、倍尺、钢上冷床 要实现连续性，使得连轧生产的加热、轧制及后部精整剪切、包装等生产过程全部实现 了连续化。操作人员本身很难在较短的时间内完成各个连续性的生产环节，而计算机自 动控制过程解决了这一难点，使连续化生产得以实现，从而大大提高了生产效率，提高 了轧钢车间的产量，轧钢生产的规模越来越大。 2 、轧制速度不断提高 轧制过程的连续化为提高! f l 铜j 速度创造了条件，机加工精度的提高也为连续高速度 生产创造了条件。目前，棒材连轧生产线轧制速度达到2 0 m s 左右，大大超过了老式轧 机的! f l n 速度。这样，对轧件在线跟踪控制提出了更高的要求，而计算机快速反应及高 灵敏的跟踪轧制恰恰适应了这个要求。 3 、减少误轧次数 轧制出现误轧时，清除废品或检修维护设备要花费大量时间，造成较大的经济损失。 计算机控制系统能够按照事先编制好的程序迅速地进行规范严密的工作，可以避免误轧 或显著减少误轧次数。即使出现误轧，计算机诊断系统也可以协助操作人员快速对误轧 原因作出准确判断，及时解决存在问题，大大提高了轧机的作业率。 4 、实现多品种范围内的尺寸变更 由于市场所需，轧机必须适应小批量、多品种规格的市场需要，轧件的尺寸要经常 性地进行变更。就手动轧制情况而言，轧件尺寸的变化需要花费相当长的时间才能改变 给定值，而计算机控制的系统通过调换s l a i j 程序来实现这一变动，大大缩短了更换品种 所用时间，满足了多品种变化的需要。 5 、钢坯加热温度进行均匀控制 加热炉的燃烧计算时间自动控制系统可以使钢坯的通条温度均匀，上下表面温度差 控制在5 0 0 c 以内。这样可以控制整根轧件的温度，为建立最佳连轧速度关系打下了基 础。 6 、显著提高扎件尺寸精度 在连轧轧制中，采用计算机微张力控制系统和活套无张力控制系统，可保证整根轧 件尺寸的一致性，从而大大提高了产品的尺寸精度。 轧制过程自动化的发展，经历了单机自动控制系统、计算机和单机自动控制系统共 存以及全部采用计算机进行直接数字控制等几个阶段。由于连轧机生产效率高，质量易 于控制，轧制过程连续，易于实现机械化和自动化，而且这种轧机潜力大，只要稍加改 善s l n 工艺就可以大幅度地提高产量和改善产品质量，其经济效益非常显著，因此各种 先进的科技成果都竟相应用于连轧工程，大大促进了连轧过程自动化的发展，尤以热连 轧机自动化的发展最为迅速和成熟。热连轧轧机自动化的发展，可以反映整个s l n 过程 计算机过程控制的技术发展。 轧制过程计算机过程控制技术的发展大致可以分为三个阶段：第一阶段在2 0 世纪 4 0 一- - , 5 0 年代，为单机自动化阶段；第二阶段在2 0 世纪6 0 年代，为计算机和单机自动 控制系统共存阶段；第三阶段为2 0 世纪7 0 年代至现在，为全部采用计算机直接数字控 制阶段。 热连轧计算机控制是目前钢铁工业中应用电子计算机控制最成熟、最有效果的一项 技术。1 9 6 0 年，用于钢铁工业的第一台控制计算机就是用于控制热连轧机精轧机组转 速的预设定( 美国麦克劳恩钢铁公司的1 5 2 5 m m 带钢热连轧机) 。由于取得了显著的技 术和经济效益，世界各国都积极开展了这一工作，并逐步把计算机控制范围扩大到整个 热轧生产作业线。1 9 6 4 年，英国斯潘塞厂的带钢热连轧机从加热炉到卷取机整个作业 线完全采用了计算机控制技术。1 9 6 5 年，新建的带钢热连轧机基本上都采用了计算机 控制技术，并对原有的老轧机也陆续进行了技术改造，增添了计算机控制技术。以日本 为例，1 9 6 6 年共有1 2 套带钢热连轧机，到1 9 7 2 年又新建了7 套，其中有新同本钢铁 公司。从2 0 世纪7 0 年代开始，我国的武汉钢铁公司从国外引进了计算机控制的带钢热 4 连轧机。随后，上海宝山钢铁公司也引进了一套更为先进的计算机控制的带钢热连轧机。 到了2 0 世纪9 0 年代，武汉钢铁公司以软件开发立足国内、硬件国外引进的方式对其本 身的计算机系统进行更新改造。同时，上海梅山钢铁公司、山西太原钢铁公司也分别采 用计算机技术控制热连轧过程。目前上海宝山钢铁公司、辽宁鞍山钢铁公司等正在进行 更新的热连轧计算机控制系统的开发。 轧制过程的计算机控制系统是- - l - j 新兴技术，历史虽短，却发展迅速。从当前的发 展趋势看，计算机已经深入到人类的生活和生产的每一个领域，不论哪一个行业，不纳 入计算机控制的轨道将寸步难行。目前，几乎所有的轧制生产方式都实现了计算机控制， 发展前景十分广阔。 国内外学者在利用计算机控制轧制过程方面也进行了广泛研究。我国的赵刚、阳永 立研究创立了轧制过程的计算机控制系统，把工艺控制和计算机控制有机的结合起来。 管克智建立了轧钢过程控制系统，创建了热连轧精轧厚度设定模型和自动位置控制系统 ( a p c ) 及带钢厚度自动控制系统( a g c ) 。马静、张燕、姜杰创建了棒材轧制控制系统 模型，轧机间采用微张力和活套控制，分别对轧机的速度自动控制。吕平创建了在棒材 中轧控制系统中引入微张力控制和序算法，提高了棒材轧制速度，实现了全线自动化控 制。这些设计与研究为棒材连轧工业自动化控制提供了科学依据。 1 3 棒材连轧工业自动化在安钢的应用 棒材连轧工业自动化已经在安钢一轧厂中2 6 0 m m 机组得到实践和应用。安阳钢铁 公司 2 6 0 m m 机组是一条全连续棒材生产线，引进的是意大利达涅利公司关键技术和 设备。全连轧工艺技术是其高效率、高质量、低成本棒材生产线的基本模式，轧机采用 了一整套先进的自动化控制系统，全线生产过程和操作均由计算机控制实施。它的主要 控制特点是：网络化快速通讯；系统响应速度快；传动设备动态、静态精度高；轧件跟 踪、定位准确；轧件编制可靠性高。该机组品种规格为1 2 5 0 m m 的圆钢和螺纹钢。 坯料采用1 5 0 r n m x l 5 0 m m x ( 6 0 0 1 2 0 0 0 ) m m 最佳经济断面坯料，成品材最大轧制速度 为1 8 m s ，原设计年产2 0 万t 。该机组自投产以来经过自身的强化管理和技术进步、革新 挖潜，年产量从设计能力2 0 万t 发展到9 0 万t ，成为安钢经济效益的重要支柱之一。 1 4 本课题选题的目的及意义 安钢第一轧钢厂 3 0 0 m r n 采用一个主机多拖的横列式轧机布置形式，机组工艺布 置落后，轧机装备水平低，部分轧机采用胶木瓦轴承、工业水润滑的方式，致使生产难 于高效运转，产品质量不能得到有效保证，新产品开发受到限制，市场竞争力弱，面临 被国家产业政策淘汰的危险。 本课题以安钢集团公司第一轧钢厂3 0 0 m m 棒材半连轧机组( 原- 2 5 0 r a m 机组) 为基础，提出了3 0 0 m m 棒材半连轧机组的改造方案，用3 0 0 m m 高强度短应力轧机 淘汰三辊胶木瓦轧机，对轧机进行了一系列的改造和设计。结合设备改造，本课题对该 机组的k 4 一k 1 0 主机列直流传动电控系统和p l c 组态及控制系统进行了系统设计，包 括直流传动装置的选型、三级通讯网络的构建及p l c 系统组态设计等内容，实现了棒 材半连轧工业自动化控制。 此次3 0 0 m m 机组成品轧机控制系统改造，将d v 3 0 0 系统和g e 9 0 7 0 型p l c 系 统相结合，充分利用了网络控制技术，不仅提高了控制精度，而且减少了大量的控制电 缆，降低了材料费用。利用原有的高压柜，减少了资金的消耗，提高了经济效益。该设 计为其它同类型的企业的交流主机改造提供了参考依据，具有较高的推广价值。 本课题针对3 0 0 m m 棒材半连轧机组的情况，密切结合生产实际需要的控制和操 作功能，设计开发了p l c 系统，并通过实时通信网络，实现了整个轧线的自动化网络 控制。对国内外同行业棒材生产线的发展具有重要意义。 1 5 本课题研究的主要内容 本课题针对3 0 0 m m 棒材半连轧机组进行了设备改造，并优化了整个机组的配置 和控制。结合设备改造，对该机组的k 4 k 1 0 主机列直流传动电控系统和p l c 控制系 统进行了系统设计，包括直流传动装置的选型、三级通讯网络的构建及p l c 系统组态 及设计等内容，实现了棒材半连轧工业自动化控制。主要研究内容如下： 1 、设备工艺的优化设计。 2 、棒材连轧自动化控制系统的系统设计。 3 、工厂供配电系统的结构设计及分析。 4 、直流调速系统的选型及设计。 5 、p l c 系统设计。 6 2m 3 0 0 m m 棒材半连轧机组总体设计 2 1 圣3 0 0 机组的工艺流程分析 2 1 1 总论 安钢第一轧钢厂2 5 0 m m 机组始建于1 9 5 8 年，设计年产量为5 万吨，轧机组成为 1 4 0 0 5 2 5 0 ，为了提高产品质量和产品的尺寸精度，经过几次大修后改为l x 5 0 0 1 4 0 0 5 2 5 0 ，精轧机组采用横列式布置。近十多年来，该机组虽经多次改造 形成现有的生产规模，但与国内同行机组比较，轧机装备水平相对较低，工艺布置仍然 落后，仍采用一个主机多拖的落后的横列式轧机布置形式，部分轧机依旧采用胶木瓦轴 承，工业水润滑的方式；加热炉结构形式落后，烧损严重，加热能力仅为4 0 t h 。致使 生产稳定性差，生产事故多，产品质量不能得到有效保证，不能满足市场高质量、多品 种、大规格的要求，市场竞争力弱。因此，如何改进工艺，提高装备水平，是3 0 0 m m 机组在新世纪能否提高市场竞争力，增强市场适应能力，进一步提高赢利水平的关键。 2 1 2 原工艺概况 1 、轧机组成 2 5 0 m m 机组现有4 个主机列，7 架轧机，其组成形式为i x5 0 0 1 4 0 0 5 2 5 0 。 2 、工艺流程图 1 1 6 图2 1 改造f j 工艺流程图 注：1 、加热炉2 、1 x 5 0 0 轧机3 、1 6 0 t 热剪4 、l 4 0 0 轧机 5 、4 q d 2 5 0 轧机6 、l x 2 5 0 轧机7 、冷床 8 、2 0 0 t 冷剪 9 、1 群定尺检验台1 0 、2 j ! i 定尺检验台1 1 、乱尺检验台 7 3 、工艺平面布置如下图 2 1 3 产品目录 图2 - 2 改造前工艺平面布置图 圆钢2 0 、2 2 、2 5 、2 8 ，螺纹钢2 0 、2 2 、2 5 。 2 1 4o ，2 5 0 m m 机组进行改造的必要性 由于工艺落后、设备老化的矛盾日见突出，且不适应目前安钢发展的需要，因此必 须对其进行改造。其不适应主要体现在以下几个方面： 1 、公司产品结构调整的需要 随着公司“三步走”计划的实施，一炼钢关停和一炼轧1 0 0 吨转炉的投产，近几年集 团公司坯大于材的结构矛盾非常突出，同时由于吐，2 5 0 m m 机组工艺限制，只能使用3 米以下的短坯，一炼钢停产后，该机组坯料将由第二炼钢厂供给，而第二炼钢厂供给的 是6 0 米左右的坯料，但是吐，2 5 0 m m 机组工艺布置根本不具备使用6 0 米左右的坯料的 条件。鉴于公司坯大于材的现实，必须对吐，2 5 0 m m 机组进行改造，发挥其产能优势。 2 、工艺布置落后，坯料短，经济技术指标低 吐，2 5 0 m m 机组工艺布置为：1 x 5 0 0 1 x4 0 0 5 x 吐) 2 5 0 ，生产中采用5 0 0 走五个 道次，吐，4 0 0 走三个道次，共1 3 道( 见图2 1 ) 。由于采用穿梭轧制，因此坯较短长度2 8 m 左右，坯料单重约3 2 0 k g ，在5 0 0 轧制五道后，经热剪进行切头、分段后进入o ，4 0 0 轧机。2 2 、2 5 规格分为两段，2 0 规格分为三段。造成切头、尾高，是影响成材 率的主要因素。使得成材率、定尺率偏低。成材率为9 7 9 8 ，定尺率为9 4 5 1 ，与其 它机组相比，差距明显，经济技术指标非常落后。 3 、工艺落后，设备老化，制约产品质量的进一步提高。 4 0 0 轧机为三辊闭口式胶木瓦机，辊径为4 0 0 m m ，辊身长为1 6 0 0 r a m 。该轧机设 备基础疏松，减速机和轧机固定不住；轧机牌坊严重变形，轧机刚度低，弹跳值大。生 产过程中间料尺寸控制十分困难。在轧机同时交差轧制一、二、三支钢的不同情况下， 料形在高度上差2 - - 4 m m ，在宽度上差2 - - - 3 m m ，给下一道次轧制造成极大困难，致使 产品质量难有质的提高。已不能适应现代质量的要求。 4 、事故多，职工劳动强度大，安全隐患高 由于 , 2 5 0 m m 机列三架为自制的闭口式轧机，使用年限己长，轧机窗口磨损严重， 采用胶木瓦轴承，工业水润滑，刚性低，弹跳值大，生产过程中胶木瓦磨损快，中间料 尺寸波动大，生产事故频繁发生。另外，由于主机列设备基础变形，减速机、人字齿轮 座、轧机中心线发生错位，断接手、崩齿圈等设备事故频繁发生。 5 、产品规格范围窄 根据2 5 0 m m 机组现有的装备水平，仅能生产0 2 0 - - 2 8 的圆钢，并且由于工艺 和设备限制，q b 2 8 m m 圆钢生产难度较大，基本不在正常生产规格之中。根据市场调整， 市场对大规格圆钢需求量增大，且市场供应不足。为进一步扩大圆钢产品范围，形成圆 钢系列生产，扩大市场占有率，设备能力和工艺结构急需提高。 2 2 改造方案设计原则及目标 2 2 1 改造方案设计原则 由于近年来钢铁企业效益下滑，国家冶金局采取了限产增效的积极措施，从全局利 益出发，考虑企业资金紧张，彻底更新或整套引进不现实，因此首先确定了以尽量少的 投入，达到技术更新、提高效益目的的改造设计方案选定原则： 控制改造资金，立足现有的设备及公用设施。 改造目的主要以提高产品质量、提高轧制精度和提高机组效益为重点。 兼顾长远发展，改造要为今后的持续发展奠定基础。 2 2 2 方案概况 1 、轧机和主电机更换方案 2 、电气控制系统 3 、轧机直流调速系统 9 4 、p l c 控制系统 2 2 3 方案的选择 将原来的横列式轧机机组( 2 5 0 m m 机组) 改为3 0 0 m m 棒材半连轧机组。根据 我公司的整体规化，决定q ) 3 0 0 m m 机组改造只能本着能消化6 米坯料，投资少，利用 本厂部分离线设备的原则进行。由于q b 3 0 0 m m 机组厂房狭窄、长度短，如进行全连轧 改造不现实，且投资较大，因此经过多次论证，决定在加热炉、中5 0 0 轧机、精整区不 变的情况下，对中、精轧进行半连轧改造，并确定了中轧采用7 架轧机连轧，精轧采用 3 架横列式轧机的工艺布置方案，轧机组成为：1x 5 0 0 7 x 3 7 0 3 x3 0 0 ，这样可利用 一轧厂2 6 0 m m 机组改造后淘汰的高刚度轧机及部分机械设备，投资较少，并且能达 到预期目的。 1 、轧制区新增主设备 ( 1 ) 轧辊 表2 1 轧辊 名称 辊身长度名义直径最大直径最小直径轧辊转速 架次( m m ) ( m m )( m m )( m m ) ( 转分) 1 5 0 01 5 0 05 0 05 4 04 9 01 0 0 1 撑3 7 06 0 04 0 04 2 03 8 03 9 1 1 2 2 拌中3 7 06 0 0 4 0 04 2 03 8 06 0 1 4 7 3 撑3 7 0 6 0 04 0 04 2 03 8 07 7 1 8 5 4 撑3 7 06 0 04 0 04 2 03 8 01 0 2 2 3 0 5 撑3 7 06 0 04 0 04 2 0 3 8 01 3 9 1 6 8 6 群3 7 06 0 04 0 04 2 03 8 01 7 5 2 2 5 7 # 3 7 06 0 04 0 04 2 03 8 02 2 5 2 9 3 8 # 3 2 05 0 03 2 0 3 2 02 9 04 1 0 9 撑3 2 0 5 0 03 2 03 4 02 9 04 1 0 1 0 撑3 2 05 0 03 2 03 4 02 9 04 3 8 1 3 1 5 1 0 ( 2 ) 主机列 表2 - 2 主机列 轧机 惑 主电机减速机齿轮座轧钢机 横移量 。 ( r n m ) 主机歹腻 j i 坦1 6 0 0 一1 0 a = 1 4 0 0 m ma = 5 0 0 m m三辊开口式 1 群5 0 0 n = i6 0 0 k w i _ 8 4 7 6m s = 2 0 v = 1 8 2 2 m s 0 m n = 1 2 z 5 6 0 3 a、a = 4 0 0 m m s y - 4 高刚度轧机 l 撑3 7 0 4 0 0 、一1 0 0 0 i = 8 5 v = 0 8 - 2 4 m s 士2 5 0 ( k 1 0 ) r p m n = 5 5 0k w 2 群3 7 0 z 5 6 0 3 ba = 4 0 0 m m s y - 4 高刚度轧机 n = 5 5 0 k w 、 i = 5 5 v = i 2 - 2 6 m s ( k 9 ) + 2 5 0 4 0 0 1 0 0 0 r p m z d 3 5 6 0 3 aa = 4 0 0 m m s y - 4 高刚度轧机 3 拌3 7 0n = 9 0 0k w 、 i = 5 5 v = i 6 - 3 4 r n s + 2 5 0 ( k 8 )5 0 0 1 0 0 0 印m 4 撑3 7 0 z d 3 5 6 0 m1 pa = 4 0 0 m m s y - 4 高刚度轧机 ( k 7 ) n = 5 5 0k wi _ 2 8 5 v = 2 1 - 4 2 r n s + 2 5 0 5 井3 7 0 z 5 6 0 3 aa = 4 0 0 m m s y - 4 高刚度轧机 ( k 6 ) n = 5 5 0k wi = 2 8 5 v = 2 9 - 3 5 m s 士2 5 0 6 4 3 7 0 z 5 6 0 3 ba = 4 0 0 m m s y - 4 高刚度轧机 ( k 5 ) n = 9 0 0k wi = 2 8 5 v = 3 4 4 4 m s 士2 5 0 7 # ( i , 3 7 0z 5 6 0 3 ba = 4 0 0 m m s y - 4 高刚度轧机 士2 5 0 ( k 4 ) n = 9 0 0k wi = 2 8 5 v = 4 8 - 5 7 m s 8 存3 2 0 y r l 2 5 0 1 2 s y - 4 高刚度轧机 ( k 3 ) n = i2 5 0 k wa = 3 2 0 m m v = 5 8 - 7 0 1 t i s 士2 0 0 9 撑3 2 0 z 5 6 0 4 bi = 1 2 s y 4 高刚度轧机 n = 1 0 0 0 k w + 2 0 0 ( k 2 ) v = 5 7 - 7 2 r n s n = 6 0 0 1 3 0 0 l o 牟3 2 0 z 5 6 0 4 a n = 5 0 0 - 15 0 0 r p ma = 3 2 0 m m s y - 4 高刚度轧机4 - 2 0 0 ( k 1 ) n = 8 2 0k wi = 1 1 4 v = 7 2 - 2 2 m s 2 、控制轧制设备主要技术参数如下： ( 1 ) 冷却器形式：湍流管式 控制轧制最大供水量：1 3 0 m 3 h 水压：基0 m p a 水温：鸯5 小时耗水量：3 m 3 h ( 根据现场情况有所浮动) 回水水温升高：约5 水质要求：悬浮物签o m g l 压缩空气的压力为o 4 o 6 m p a ( 2 ) 1 飞剪技术参数 结构形式：回转式 工作制度：启停式，速比i = 2 3 2 最大剪切断面：2 4 6 3 咖2 ( 0 5 6 ) 剪切速度：2 4 m s 剪切温度：錾5 0 剪切精度：+ 2 0 咖 碎断长度笃9 0 衄 主电机型号：z f q z 一3 5 5 4 2 功率：2 8 0 k w 转速：4 2 0 r m i n ( 3 ) 2 样飞剪技术参数 型号：c v 3 0 f r 4 1 结构形式：滚筒式工作制度：连续式 最大剪切断面：1 6 0 0 衄2 ( 0 4 5 ) 允许剪切速度：6 - - 一2 0 m s剪切温度：錾0 0 。c 剪切长度公差：在v = 6 m s 时，为+ 4 0 衄，在v = 1 0 m s 时， 为+ 8 0 衄。 最短剪切周期：1 5 s 主电机型号：y p t 3 1 5 m 1 4 ，功率：n = 1 3 2 k w 转速：1 5 0 0 r p m 0 4 0 0 轧机轧辊上下辊径差不得大于1 5m 。 ( 4 ) 精整区 冷床技术性能参数 形式：步进齿条式 面积：5 5 x 6 0 = 3 3 0 m m 2 允许钢材最大长度：5 0 0 0 0n l m ，最大理论承载能力：1 3 5 0 0 k g 。 冷却钢材：圆钢、螺纹钢冷却方式：自然冷却、喷雾冷却。 电机型号：y z r 3 1 5 m - - 8 功率：7 5 k w ，减速机型号：w d 4 8 0 、i = 2 7 5 2 0 0 t 冷剪技术性能 形式：上切式剪切能力：2 0 0 0 k n ；剪刃长度：6 5 0m m 。 1 2 上剪刃行程：1 5 0m m ；剪刃开口度1 4 5m m ；剪刃f 臼j 隙：0 2 - 0 3 咖。 冷剪理论剪切次数：2 6 5 次分冷剪实际剪切次数：1 4 次分 主电机型号：y r 2 8 0 m - - 8 、功率：4 5 k w 。非标减速机，i = 2 7 7 1 6 3 、3 0 0 m m 机组半连续式工艺平面布置如下图： 4 、设备更新与改进后工艺流程图 图2 - 4 改进后工艺流程图 1 3 l 、加热炉2 、l e 5 0 0 轧机3 、熟剪4 、6 x 中3 7 0 ( 1 # - - 6 # ) 轧机 5 、穿水冷却装置6 、活套 7 、l x 中3 7 0 ( 7 # ) $ l 机 8 、活套 9 、1 中3 0 0 ( 1 皑) 轧机 1 0 、倍尺飞剪 1 3 、冷剪机1 4 、l # 定尺检验台 1 5 5 、改造后的o , 3 0 0 m m 机组 1 1 、2 x 0 3 0 0 轧机( 8 # 鲥) 1 2 、冷床 2 # 定尺检验台1 6 、乱尺检验台 6 工艺流程概况 中3 0 0 m m 棒材半连轧机组加热炉型式为推钢式加热炉。加热能力为6 0 v h 。端入料， 侧出料，入炉由两个推钢机并行，同时进行驱动工作，驱动功率均为3 0 k w 。 坯料从加热炉推出后，首先经过出炉辊道，机前辊道，进入o 5 0 0 轧机进行轧制。 经下层辊道进入上层辊道，然后由拨钢器将坯料送入延伸辊道，这样经过中5 0 0 轧机三 个道次的轧制后，送入l # 轧机入口，接下来是l # 、2 # 、3 # 、甜四架0 3 7 0 轧机的连续 轧制。由于来科方坯端部往往有沙眼或劈头，所以在删轧机后面设置了一台切头飞剪， 将其头部的劈裂部分切掉，确保进入下道工序的来料质量可靠，切头飞剪的剪切长度可 根据原料质量好坏( 主要是端部绵孔和劈头) 来调整。然后经过5 # 、甜两台中3 7 0 轧机， 在甜与7 # 轧机之间设置穿水冷却装置。控制中轧温度，提高钢材表面质量和机械性能 指标。在此还布黄了一个活套级联调装置，使轧件处于无张力轧制，即确保轧机在单位 时间流过的金属秒流量相等。经过7 3 7 0 轧机后，再经过8 、9 、1 0 # 三架3 0 0 轧 机，轧制成为成品棒材，在7 j f 、8 # c t l 机之间设置另一个活套装置，其作用同前。 从成品机架轧制出的轧件，在截面几何尺寸上已经符合成品要求规格，下一步将进 入精整工序。该工序首先要将成品轧机输出的棒材，经倍尺飞剪剪切成倍尺长度，以便 放置到冷床上降温。在运动过程中，从冷床输入辊道将倍尺长度棒材及短棒，卸到冷床 上的装置，我们称之为上卸钢装置。随着生产的连续进行，卸在冷床上的棒材将逐步向 冷床输出端移动，一方面为后面生产的棒材腾出位置，另一方面随着生产工艺向冷床输 出辊道运行。将从冷床床面上的棒材移动到冷床输出辊道的装置，我们称之为下卸钢装 置。其设备由对齐辊道、移钢收集链及移钢小车等构成。它的作用是将冷床下床的棒材 整齐并排接纳过来，达到一定数量后( 人为设定) ，交接给移钢小车，由移钢小车托起 规定数量的棒材，放置到冷床输出辊道运行。通过冷床输出辊道，将倍尺棒材送至定尺 剪机( 冷剪) 处，根据用户要求，将倍尺棒材定尺剪切。工序进行到这一步，基本上剪 切出的棒材已经成为成品了。但是，由于运输的需要，该机组通过精整自动打包收集系 统，将分散剪切好的定尺棒材进行点数分把计数，自动打包成捆，称重挂牌，最终吊装 运输出厂。 选用此方案后，5 0 0 轧机走三个道次，原料由3 米提高到6 米，中轧7 架c i ) 3 7 0 高刚度轧机，采用连续式布置，精轧由五架横列改为三架横列，轧机选用高刚度轧机， 轧制道次仍为1 3 道。 7 、生产的产品目录 表2 3 产品目录 品种碳素结构钢热轧圆钢低合金结构钢热轧圆钢热轧带肋钢筋 中2 0 、2 2 、2 0 、2 2 、中2 0 、2 2 、 规格 中2 5 、2 82 5 、2 82 5 、2 8 q 2 3 5 a 、q 2 3 5 b ，q 2 3 5 c 、 q 2 9 5 a 、q 2 9 5 b 、q 3 4 5 a ， h r b 3 3 5 、 钢号 q 2 1 5 a ，q 2 1 5 b ，q 2 5 5 a ，q 3 4 5 b ，q 3 4 5 c ，q 3 4 5 d ， h r b 4 0 0 q 2 5 5 b 、q 2 7 5 、q 1 9 5 h r b 3 3 5 8 、此方案完成后，预期可达到以下目标： ( 1 ) 减少产品缺陷，提高产品尺寸精度，尤其是圆钢质量，满足用户要求。 ( 2 ) 提高设备装备水平，中间料尺寸稳定，机组事故可减少5 0 。 ( 3 ) 由于坯料的加长，将大幅度减少热切和冷切头量，预计冷剪头、短尺废可降低 6 0 ，热切头可降低5 0 ，由于可提高成材率1 左右。 ( 4 ) 采用半连轧，坯料加长，避免热剪分段，坯料长度为6 m 左右，且各规格实 行专料专用，由此可提高定尺率2 5 左右。 ( 5 ) 能进一步扩大产品规格，尤其是圆钢，可与其它机组形成系列化 2 3 方案的可行性分析 本次改造由于在老厂房内进行，场地狭小，立柱及天车承载能力有限，设备的安装 基准和工艺定位尺寸不稳，厂房立柱基础情况不明等，给工艺设计带来极大困难。通过 对此方案进行分析，对实施过程中存在主要难题分别进行了可行性分析，并通过采用以 下方法，分别给予解决： 1 、解决了轧机区主设备的布置困难的难题 由于3 0 0 m m 机组主轧跨为1 2 米跨距，