冶金自动化概论.ppt

1 钢铁冶金概论 传感器原理及应用 2 炼铁概论 传感器原理及应用 3 3 2020 4 13 21 39 01 3 传感器原理及应用 4 钢铁工业自动化 冶炼过程 传感器原理及应用 5 5 2020 4 13 21 39 01 5 炼铁生产流程 矿山 精矿 粉矿 块矿 球团矿 烧结矿 焦化厂焦炭 制粉车间煤粉 热风炉 鼓风机 高炉 熔剂 铁水 炉渣 高炉煤气 铸造生铁 铸铁机 炼钢生铁 水泥厂 转炉 轧钢 炼钢厂 发电厂 6 高炉冶炼原理 高炉炼铁 炼铁生产流程 炉顶装料 风口鼓风 炉内熔炼 定期排渣铁 煤气溢出 7 7 2020 4 13 21 39 01 7 炼钢的发展过程 1899年出现了完全依靠废钢为原料的电弧炉炼钢法 eaf 解决了充分利用废钢炼钢的问题 是当前主要的炼钢法之一 由电炉冶炼的钢目前占世界总的钢的产量的30 40 8 8 2020 4 13 21 39 01 8 电弧炉设备简介 高压电源与隔离开关 高压断路器 电抗器 变压器 短网 电极 9 9 2020 4 13 21 39 01 9 电弧炉设备简介 电弧炉的电气设备 电弧炉炼钢是靠电能转变为热能使炉料熔化并进行冶炼的 电弧炉的电气设备就是完成这个能量转变的主要设备 电弧炉的电气设备主要分为两大部分 即主电路和电极升降自动调节系统 由高压电缆至电极的电路称电弧炉的主电路 主电路的任务是将高压电转变为低压大电流输给电弧炉 并以电弧的形式将电能转变为热能 主电路主要由隔离开关 高压断路器 电抗器 电炉变压器及低压短网几部分组成 电极升降自动调节系统由电极夹持器 横臂 立柱及传动机构组成 其任务是夹紧 放松 升降电极和输入电流 10 转炉炼钢 转炉炼钢过程通过供氧 造渣 加合金 搅拌 升温等手段完成炼钢基本任务 传感器原理及应用 11 炼钢 转炉炼钢 转炉炉体 converterbody 12 炼钢 转炉炼钢 能使转炉炉体正反旋转360度 在启动 旋转和制动时 能保持平稳 并能准确的停在要求的位置上 安全可靠 电动机减速装置 倾动机构 tiltingarrangement 倾动机构 动画视频 13 炼钢 转炉炼钢 convertersteelmaking 以铁水和废钢为原料 向转炉熔池吹入氧气 使杂质氧化 杂质元素氧化热提高钢水温度 一般在25 35分钟内完成一次精炼的快速炼钢法 14 炼钢 连续铸钢 continuouscasting 连铸是通过连铸机将钢液连续地铸成钢坯 然后直接送轧钢车间轧制成钢材 连铸与传统的钢锭模浇铸相比有很大的技术经济优越性 主要表现在 简化工序 15 炼钢 弧形连铸机 curvedcaster 主体设备 16 炼钢 切坯装置 cuttingdevice 火焰切割 flamecutting 机械剪切 machinecutting 17 钢铁工业自动化 轧钢过程 18 轧钢生产工艺的基本问题 轧钢生产 轧制是借助于旋转的轧辊与金属间的接触摩擦 将金属咬入轧辊缝隙间 同时在轧辊的压力作用下 使金属发生塑性变形的过程 轧钢是钢铁联合企业的最后一个生产环节 约占90 以上的钢都是经过轧制成材 19 轧钢生产 钢材的品种规格 板带钢 钢管 型钢 钢丝 20 轧钢生产工艺的基本问题 轧钢生产 热轧 将钢锭 或钢坯 先加热到一定温度 再进行轧制 轧钢的两种类型 金属在高温下变形抗力小 容易获得较大的变形量 冷轧 将坯料在常温下进行轧制 变形量小 但所获得的制品表面光洁 尺寸较精确 21 轧钢生产 轧钢的基本工艺流程 22 轧钢生产 轧钢的基本工艺流程 23 轧钢生产 轧钢的基本工艺流程 24 型钢生产 轧钢生产 目前生产的型钢 绝大部分是热轧而成的 孔型轧制法多辊轧制法 经济断面 h型钢 动画视频 25 一 热连轧过程工艺与设备 我国武钢1700mm带钢热连轧机主要设备是 1 步进式加热炉2 粗轧机组3 精轧机组4 层流冷却装置5 卷取机组等将厚度为150 250mm的板坯轧成厚度为1 2 12 7mm的薄板卷 26 27 28 粗轧机 29 炉卷轧机 30 精轧入口 31 精轧机组 32 精轧机 33 层流冷却 34 卷取机 35 检测仪表 36 一 加热区的控制对象 板坯确认1 由板坯库运来的板坯吊放在上料辊道 2 自动称重后将板坯实际重量输给计算机 3 与计算机中所存贮的重量进行比较 4 吊到上料辊道上便处于计算机的控制之下 5 受到冷金属检测器的跟踪 6 由跟踪程序控制辊道的运转和板坯在辊道上的位置 由定位程序进行定位控制 37 一 加热区的控制对象 续 板坯推入加热炉时问题 1 推钢机行程是根据前一块板坯在炉中的位置和宽度确定推入位置 2 前后两块板坯之间的间距 由计算机经计算后来确定 3 板坯在炉内移动的位置用入炉门处的冷金属检测器作为跟踪的起点 4 由plc完成步进梁的移动控制 38 一 加热区的控制对象 续 炉内控制 1 板坯在加热炉中由步进梁一步一步地将它移向出料端 2 步进梁正常向前一步的行程为600mm 3 为了防止炉内最前面的板坯越位而碰到出料炉门上 甚至掉下来 所以在距出料端侧墙上设有 射线检测器 用来控制步进梁停止前进 4 步进梁的移动 以及步进梁作上下周期性的运动均由计算机控制 39 一 加热区的控制对象 续 加热炉的燃烧控制1 由计算机进行设定和计算 2 温度和流量调节器来执行其控制功能 3 炉中的板坯按计算机设定的轧制节奏 用抽出机从加热炉中托出已加热好的板坯 4 通过设在出炉辊道附近的热金属检测器器 启动相应的辊道运转 将板坯送给粗轧机组进行轧制 40 二 粗轧区的控制对象 粗轧机组各设备的基本设定项目 1 r1 r3和r4轧机的压下位置 2 r2轧机的轧制道次及其各道次的压下位置 3 大立辊 vsb 和小立辊 e3 e4 的开口度度以及e2小立辊机架奇数次的开口度 4 vsb r1 r4的入口侧导板的位置以及r2轧机前后侧导板的位置 41 二 粗轧区的控制对象 续 5 rl轧机咬钢和抛钢的速度 6 r2和r3轧机的轧制速度 7 r2轧机的轧制时间和反转时间的设定 8 r2轧机前后侧以及r3和r4轧机入口侧高压水除鳞喷嘴的设定 9 粗轧机组出口侧测宽仪和测温仪的整定等 42 二 粗轧区的控制对象 续 带坯宽度的控制 1 根据在精轧机组出口侧实测所得到的成品带钢的宽度 将它反馈到粗轧机组e3和e4进行再设定 对带坯进行宽度控制 2 当所要求的精轧成品带钢的宽度与实测宽度差小于精度要求时 便认为达到了技术标推的要求 此时便可以停止对所要求的粗轧带坯宽度的修正 43 二 粗轧区的控制对象 续 r3与r4机架之间的无张力控制 1 在r3与r4机架上采用了无张力控制 所谓无张力并不是轧件上没有张力作用 而只是指其张力水平限制在很小和恒定的范围内 2 当轧件被r4轧机咬入之后 便迅速地在r3与r4机架之间建立无张力控制过程 44 二 粗轧区的控制对象 续 在r2与r3轧机之间的辊道上进行游荡等待的控制 1 为了防止本块带坯在精轧机第一架f1之前与前一块带坯 已进入精轧机组的带坯 发生相碰 在轧件被r3轧机咬入之前 要进行防止碰撞检验计算 2 当允许轧件进入r3轧机时才能被r3轧机咬入 否则轧件就应在r3轧机前面的辊道上进行游荡等待控制 45 三 精轧区控制对象 精轧区域各设备的设定 1 飞剪机入口侧导板开口度和飞剪剪切方式的设定 2 高压水除鳞箱和机架间喷水制度的设定 3 精轧机组各机架入口导板开口度的设定 穿带时各机架压下位置的设定 4 f4一f7机架弯辊力和窜辊位置的设定 46 三 精轧区控制对象 精轧区域各设备的设定 1 飞剪机入口侧导板开口度和飞剪剪切方式的设定 2 高压水除鳞箱和机架间喷水制度的设定 3 精轧机组各机架入口导板开口度的设定 穿带时各机架压下位置的设定 4 f4一f7机架弯辊力和窜辊位置的设定 47 三 精轧区控制对象 续 5 精轧机组最末机架穿带速度 加速度以及稳定轧制阶段轧制速度的设定 6 各机架轧制压力的计算和压下位置的设定 7 活套支持器的平衡力 高度和张力的设定 8 测厚仪 测宽仪 测温仪 板形仪及温度仪的设定 48 三 精轧区控制对象 续 精轧时厚度自动控制 1 包括厚度自动控制方式的选择 2 各种厚度自动控制系统中的工艺参数 轧制压力 辊缝值 轧机刚度系数 油膜厚度 速度 张力等 的计算和设定 49 三 精轧区控制对象 续 精轧时的温度自动控制 1 精轧机组出口温度的自动控制 穿带时的自适应控制 2 当带坯的头部到达粗轧r4轧机后面的温度计之后约2s时的第一次设定计算 50 三 精轧区控制对象 续 3 带坯头部到达精轧入口测温仪前的热金属检测器时的第二次设定计算 4 当带头部被f1和f2机架咬入时 根据f1和f2机架上的实测轧制压力和压下位置 对f4一f7机架的原有设定值进行修正 即为穿带自适应或称为第三次没定计算 51 四 层流冷却和卷取区控制 层流冷却控制 1 带钢从精轧机组中轧出之后 要求在102m长的输出辊道上冷却到所要求的卷取温度 因此生产过程中采用了高效率的层流冷却系统 卷取温度的控制主要是通过层流冷却系统中的不同冷却方式来实现的 2 冷却控制方式有前段冷却 中段冷却和后段冷却 52 四 层流冷却和卷取区控制 续 层流冷却和卷取区域的控制内容如下 1 各设备的设定 输出辊道的超前率 滞后率 减速率 减速开始点的设定 卷取机的侧导板 夹送辊和助卷辊开口度 夹送辊 53 四 层流冷却和卷取区控制 续 助卷辊和卷筒的超前率 卷筒的张力转矩 弯曲转矩和加速转矩 卸卷小车提升量等的设定 2 卷取温度的自动控制 3 侧喷水和输出辊道上冷却水的控制 54 二 计算机控制系统功能及要求 带钢热连轧计算机控制功能 55 三 计算机控制系统的组成 一 系统配置的特点带钢热连轧自动化系统特点 1 要求快速控制由于控制对象是机电 液压系统 因此要求快速控制 现代轧机设备控制及工艺参数的控制周期一般为6 20ms 液压位置控制或液压恒压力控制系统的控制周期小于10ms 机电设备控制或工艺参数 厚度 宽度等 自动控制则亦应小于20ms 56 三 计算机控制系统的组成 续 2 控制功能众多 而且集中 以带钢热连轧精轧机组为例 7个机架上集中有 1 近10个机电设备的位置控制 2 20多个液压位置或恒压力控制 3 自动厚度控制 前馈 反馈 偏心补偿及监控agc 4 自动板形控制 前馈及反馈闭环自动板形控制asc automationshapecontrol 57 三 计算机控制系统的组成 续 主速度 级联 控制 1 6个活套高度 活套张力控制或无活套控制 2 精轧机组终轧温度控制 3 自动加减速及顺序控制 总共将近55个控制回路 因此要求采用多控制器 控制器内为多处理器结构 58 三 计算机控制系统的组成 续 3 功能之间相互影响由于众多功能最终的影响都将集中到轧辊 轧件变形区 因此功能之间相互影响显著 1 当自动厚度控制系统调整压下控制厚度时 必将使轧制力变化 从而改变轧辊弯曲变形而影响辊缝形状 最终影响出口断面形状和带钢平直度 板形 59 三 计算机控制系统的组成 续 2 而当自动板形控制系统调整弯辐控制断面形状及平直度时 必将改变辊缝形状而影响出口厚度 3 当终轧温度控制改变机架之间喷水或加速度时 必将使各机架轧制温度变化 从而使轧制力变化 最终又将会影响到出口厚度和板形 因此功能之间要互相高速传递补偿信号 60 三 计算机控制系统的组成 续 4 多个功能需共享输入和输出模块 1 agc和apc都是输出控制信号控制电动压下或液压推上 2 活套高度控制和主速度级都是控制主电动机速度 3 agc和asc都需要轧制力输入信号 agc和apc都需要辊缝信号 前两个特点要求系统采用处理能力强的快速cpu 并采用多cpu控制器及多控制器系统 而后两个特点则要求系统具有快速通信能力 61 三 计算机控制系统的组成 续 快速处理能力 多个cpu 多个控制器 以及cpu与cpu 控制器与控制器之间的快速通信能力 将是配置轧钢 特别是带钢热连轧分布式计算机控制系统所必须考虑的特点 由此必将构造出一类特殊配置的计算机控制系统 也正因如此 到目前为止 世界范围内能提供带钢热连轧机分布式计算机控制系统的仅有四五家大电气公司 62 三 计算机控制系统的组成 续 带钢热连轧计算机控制系统由4级构成 1 第3级生产控制级 2 第2级过程自动化级 3 第1级基础自动化级 4 第0级数字ac dc传动控制级 也有将0级和1级合称为传动与基础自动化级 这样的系统也可认为由第1级到第3级的三级构成 63 三 计算机控制系统的组成 续 生产控制级的基本任务是本厂生产计划的编制 也包括与上游及下游厂之间的生产协调 有些系统将此功能放在第4级生产管理级 以及板坯库管理及钢卷库管理 有些系统将其放到过程自动化级 将板坯库管理与加热炉区控制相结合 64 三 计算机控制系统的组成 续 过程自动化级的基础任务是面对全轧线 并通过数学模型进行各个设备的设定计算 当然亦包括为设定计算服务的板坯跟踪 数据采集 模型自学刁以及打印报表 人机界面 历史数据存储 报警等 有些系统在这一层上设立质量控制计算机 将一些较为复杂的控制功能 宽度控制 板形控制 卷取温度控制 放在质量控制机中 当然大部分系统还是将控制类功能放在基础自动化级 65 三 计算机控制系统的组成 续 传动和基础自动化级的基本任务是顺序控制 设备控制和质量控制 总的说来 过程自动化级计算设定后 由基础自动化级执行