轧钢毕业论文

1、PAGE PAGE 29摘要：轧钢生产是钢铁工业生产的最终环节，是钢铁生产的一种重要加工方法。轧钢车间担负着生产钢材的任务。而板带热轧只是轧钢技术中的一种，它的流程大致分为四个阶段：加热、粗轧、精轧、卷曲。卷曲之后就是板带成品，然后根据板型的不同和用途的不同，将不同板型的带钢进行在加工成最终成品，比如烟囱，钢管都是由板带钢进行在加工后的产品。板带成品并非简单的通过每个阶段，而是由PLC进行编程控制，然后在经过一系列的系统操作、反馈、再操作，进而对每台电机控制，最终达到预期的轧制效果。本文主要介绍轧钢的生产流程以及生产过程中电气仪器仪表等设备的重要作用。关键字：轧钢 配电系统 加热炉 轧制 PL

2、C控制 液压传动一、轧钢生产在国内外的发展背景 第一套热连轧机于1926年诞生于美国。我国第一套热轧宽带钢轧机始建于1957年，即鞍钢热连轧生产工艺的发展的半连续轧机 。我国现有辊身长度在1422mm以上的热轧宽带钢轧机30多套。近十几年，热轧带钢工艺发生了一系列变化，连铸连轧、无头轧制及半无头轧制技术得到应用。为了与新发展的热轧带钢生产工艺相区别，将过去长期以来所采用的带钢热连轧工艺称为传统带钢热连轧。钢铁轧制在国家工业体系中占有举足轻重的基础地位。这样，轧钢车间的生产任务重大。例如铺设一条5000km的双轨铁路，需要100万吨重型钢轨；制造一艘万吨轮船，需要6000t钢板；铺设一条5000

3、km的石油输送管道，需要90万吨无缝钢管。改革开放以来，特别是进入 21 世纪以来，中国钢铁工业飞跃发展 ，为中国社会进步和经济腾飞做出了巨大贡献。最近几年来 ,板带热轧技术获得很大进步 ,除了传统的热连轧外,还有紧凑式热带轧机生产线、主要用于不锈钢生产的炉卷轧机、无头轧制以及薄带直接铸轧生产线等。20世纪90年代以前，我国轧钢生产的平均水平与世界主要产钢国相比还仍存在一定的差距。20世纪90年代后期，随着我国的经济的高速发展，尤其是加入WTO以后，参与国际钢材市场竞争的需要，各大企业纷纷采用当今世界先进的技术和装备，进行了大规模的技术改造。广泛引进新技术、新设备、新工艺，使我国轧钢生产的水平

4、有了长足的进步，开发了一批高技术、高附加值得品种，如：汽车。家电用薄钢板等。20102020年关键技术有连续化生产流程发展迅速，普遍实现了与连铸工序的热衔接；生产流程中的工序间的融合与交叉成为先进轧材生产技术的重要特征。装备及控制技术的迅速发展：先进控制技术已经成为轧钢生产的主流；热连轧板带材生产的厚度精度已经接近国际先进水平；连铸坯热装热送比不断提高，取得了显著地降低轧钢工序能耗的良好效果。1二、板带热轧生产的工艺流程 板带热轧的工艺流程，一般包括坯料准备、加热、轧制、精整。 热轧带钢坯料有扁钢锭、初轧板坯、连铸板坯和锻坯。优选连铸板坯。坯料尺寸（长、宽、厚度）对轧机的生产率、坯料的成材率和

5、钢板的力学性能有直接影响。坯料尺寸选择的原则是厚度在保证压缩比的前提下，应尽可能小，宽度尽可能大，长度尽可能接近坯料的最大允许长度。坯料在加热前，要对其表面缺陷进行清理，如坯料热状态下的火焰清理、冷状态下的火焰清理、机械加工清理、风铲铲销、电弧清理和砂轮研磨等。2.1 加热加热坯料的目的提高轧件塑性，降低炸就爱你变形抗力。此外加热高合金钢可以使钢中的化学成分得到均匀扩散，加热温度一般在11501300，视钢种不同、控制轧制要求不同而异。合理的加热工艺制度能保证轧机效率，钢不过热、过烧、脱碳，防止轧低温度钢造成材料缺陷和断辊事故等。2加热板带钢所使用的加热炉有连续炉、室式炉和均热炉。2.2 轧制

6、轧制是钢板成形阶段，分除鳞、粗轧、精轧三个阶段。除鳞是利用某种方法将坯料在加热时产生的鳞，即氧化铁皮除掉，以免压入钢板表面形成表面缺陷。目前除鳞方法使用最多的是高压水除鳞。粗轧是将除鳞后的坯料展宽到所需要的宽度，同时进行大压缩延伸。精轧除将粗轧后的轧件继续延伸外，主要是控制质量，包括厚度、板形、表面质量、性能的控制。精整精整工艺随着钢种不同而异，可大体分为两类：一类是碳素钢、低合金钢精整工艺，通常有轧后冷却、矫直、翻钢、画线标识分类等。冷却方式有自然冷却、强化冷却、缓慢冷却等多种冷却方式。2.4宝钢1780热轧110345678911122图2-1 1780热轧的生产设备及工艺流程31.三座加

7、热炉2高压水除鳞箱（HSB）3粗轧除鳞4粗轧前大立辊（VE）5粗轧机（RM）6热卷箱（CB）7飞剪（CS）8精轧前除鳞装置9精轧前立辊（F1E）107机架的精轧机11层流冷却12两台地下卷取机（DC）板坯加热高压水除鳞粗轧飞剪热卷箱热卷箱炉精轧前除鳞精轧机层流冷却卷取钢卷运输入库检查取样打包、验收发货平整分卷打包、验收、发货图2-2 工艺流程图3三、轧钢车间配电系统中的电气设备配电系统是由多种配电设备（或元件）和配电设施所组成的变换电压和直接向终端用户分配电能的一个电力网络系统。我国配电系统的电压等级，根据城市电网规划设计导则的规定，220kV及其以上电压为输电系统，35、63、110kV为高

8、压配电系统，10、6kV为中压配电系统，380、220V为低压配电系统。3.1 车间配电主接线图 主接线图即主电路图，是表示供电系统中电能输送和分配路线的电路图，亦称一次电路图。而用来控制、指示、监测、测量和保护一次电路及其设备运行的电路图，则称二次电路图，或二次接线图，通称二次回路图。二次回路一般通过电流互感器和电压互感器与主电路相联系的。图3-1 高压配电所的主接线图图3-2 高压配电所附设2号车间变电所的主接线图这一高压配电所主接线方案具有一定的代表性。下面依其电源进线、母线和出现的顺序对此配电所做一分析介绍。该配电所有两条10kv电源进线，一路是架空线WL1，另一路是电缆线WL2。最常

9、见的进线方案是：一路电源来自发电厂或电力系统变电站，作为正常的工作电源，而另一路电源则来自邻近单位的高压联络线，作为备用电源。母线（busbar，文字符号W或WB）又称汇流排，是配电装置中用来汇集和分配电能的导体。高压配电所的母线，通常采用单母线制。如果是两路或以上电源进线时则采用高压隔离开关或高压熔断器分段的单母线制。母线采用隔离开关分段时，分段隔离开关可安装在墙上，也可采用专门的分段柜（亦称联络柜）。该配电所共有6路高压出线。其中两路分别由两段母线经隔离开关-断路器配电给2号车间变电所；有一路由左段母线（WB1）经隔离开关-断路器供1号车间变电所；有一路由右段母线（WB2）经隔离开关-断路

10、器供3号车间变电所；有一路由左段母线（WB1）经隔离开关-断路器供无功补偿用的高压并联电容器组；还有一路由右段母线（WB2）经隔离开关-断路器供一组高压电动机用电。由于这里的高压配电线路都是由高压母线来电，因此其出线断路器需在其母线侧加装隔离开关，以保证断路器和出线的安全检修。43.2 无功补偿装置 无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率耗损、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。3.2.1 并联电抗安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功补偿在电网中传输，相应减小了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。无功补偿应根

11、据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。集中补偿与分散补偿相结合，以分撒补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降压相结合；并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。无功补偿的主要作用具体体现在： 提高电压质量； 降低电能损耗； 提高发供电设备运行效率；减少用户电费支出。3.2.2 静止无功发生器除了采用并联电容器组进行无功补偿，也可以采用静止无功发生器（Static Var Generator，简称为SVG）。又称高压动态无功补偿发生装置，或静止同步补偿器。5是指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。SVG是目前无功功率控制领域内的最佳方案。

12、静止无功发生器的主体部分是一个电压源型逆变器，逆变器中六个可关断晶闸管（GTO）分别与六个二极管反向并联，适当的控制GTO的通断，可以吧电容C上的直流电压转换成与电力系统电压同步的三相交流电压，逆变器的交流侧通过电抗器或变压器并联接入系统。适当的控制逆变器的输出电压，就可以灵活的改变SVG的运行工况，使其处容性负荷、感性负荷或零负荷状态。补偿方式：国内的无功补偿装置基本上是采用电容器进行无功补偿，补偿后的功率因素一般在0.8-0.9左右。SVG采用的是电源模块进行无功补偿，补偿后的功率因素一般在0.98以上，这是目前国际上最先进的电力技术。补偿时间： 国内的无功补偿装置完成一次补偿最快也要20

13、0毫秒的时间，SVG在5-20毫秒的时间就可以完成一次补偿。无功补偿需要在瞬时完成，如果补偿的时间过长会造成该要无功的时候没有，不该要无功的时候反而来了的不良状况；谐波滤除： 国内的无功补偿装置因为采用的是电容式，电容本身会放大谐波，所以根本不能滤除谐波，SVG不产生谐波更不会放大谐波，并且可以滤除50%以上的谐波；3.3 电力变压器和整流变压器电力变压器（power transformer，文字符号位T或TM），是变电所中最关键的一次设备，其主要功能是将电力系统的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。1-信号温度计 2-铭牌 3-吸湿器4-油枕（储油柜）5-油位指示器6-防爆

14、管 7-瓦斯继电器（气体继电器）8-高压出线套管和接线端子9-低压出线套管和接线端子10-分接开关 11-油箱及散热油管12-铁心 13-绕组及绝缘 14-放油阀15-小车 16-接地端子图3-3 三相油浸式电力变压器整流变压器和普通变压器的原理相同， HYPERLINK /doc/5327972.html t _blank 变压器是根据 HYPERLINK /doc/3569219.html t _blank 电磁感应原理制成的一种变换交流电压的设备变压器一般有初线和次级两个互相独立绕组，这两个绕组共用一个铁芯。变压器初级绕组接通交流电源，在绕组内流过交变电流产生磁势，于是在闭合铁芯中就有交

15、变磁通。初、次级绕组切割磁力线，在次级就能感应出相同频率的交流电.变压器的初，次级绕组的匝数比等于电压比。如一个变压器的初级绕组是440匝，次级是220匝。初级输入电压为220V，在变压器的次就能得到110V的输出电压。有的变压器可以有多个次级绕组和抽头。这样就可以获得多个输出电压了。特点：与整流器组成整流设备以便从交流电源取得直流电能。整流器各臂在一个周期内轮流导通，导通时间只占一个周期一部分，所以，流经整流臂的电流波形不是正弦波，而是接近于断续的矩形波；原、副绕组中的电流波形也均为非正弦波。用 HYPERLINK /doc/5407405.html t _blank 晶闸管整流时，滞后角越

16、大， HYPERLINK /doc/191383.html t _blank 电流起伏的陡度也越大，电流中谐波成分也越多，这将使涡流损耗增大。由于副绕组的导电时间只占一个周期的一部分，故整流变压器利用率降低。与普通变压器相比，在相同条件下，整流变压器的体积和重量都较大。3.4 电压互感器和电流互感器 电压 HYPERLINK /doc/747225.html t _blank 互感器（Potential transformer 简称PT，也简称TV）和 HYPERLINK /doc/5327972.html t _blank 变压器很相像，都是用来变换线路上的电压。其工作原理与变压器相同，可以

17、说电压 HYPERLINK /doc/747225.html t _blank 互感器是一个带铁心的 HYPERLINK /doc/5327972.html t _blank 变压器。基本结构也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁心中就产生一个磁通，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。电压互感器将高电压按比例转换成低电压，即100V，电压互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测

18、量仪表、继电保护等；主要是电磁式的（电容式电压互感器应用广泛），另有非电磁式的，如电子式、光电式。 图3-4 电压互感器电流 HYPERLINK /doc/747225.html t _blank 互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。电流互感器与 HYPERLINK /doc/5327972.html t _blank

19、 变压器类似也是根据电磁感应原理工作，变压器变换的是电压而电流互感器变换的是电流罢了。电流互感器接被测电流的绕组（匝数为N1），称为一次绕组（或原边绕组、初级绕组）；接测量仪表的绕组（匝数为N2）称为二次绕组（或副边绕组、次级绕组）。图3-5 电流互感器3.5 高压一次设备变配电所中承担输送和分配电能任务的电路，成为一次电路（primary circuit），或称主电路、主接线（主结线）。一次电路中所有的电气设备，称为一次设备或一次元件。其中包括高压熔断器、高压隔离开关、高压负荷开关、高压断路器、高压开关柜等。3.5.1 高压熔断器高压熔断器的结构一般包括熔丝管、接触导电部分、支持绝缘子和底座

20、等部分，熔丝管中填充用于灭弧的石英砂细粒。熔件是利用熔点较低的金属材料制成的金属丝或金属片，串联在被保护电路中，当电路或电路中的设备过载或发生故障时，熔件发热而熔化，从而切断电路，达到保护电路或设备的目的。主要用于高压输电线路、电压变压器、电压互感器等电器设备的过载和短路保护。图3-6 RN1、RN2型高压熔断器在366kV的电站和变电所常用的高压熔断器有两大类：一类高压熔断器是户内高压限流熔断器，额定电压等级分3、6、10、20、35、66kV，常用的型号有RN1、RN3、RN5、XRNM1、XRNT1、XRNT2、XRNT3型，主要用于保护电力线路、电力变压器和电力电容器等设备的过载和短路

21、；RN2和RN4型额定电流均为0.510A，为保护电压互感器的专用熔断器。另一类是户外高压喷射式熔断器，此类熔断器在熔体熔断产生电弧时，电弧烧损反白纸产气吹拉长电弧，弧感抗改变相位，正好电流过零时产生零休，才能开断电路，限流作用不明显。常用的为跌落式熔断器，型号有RW3、RW4、RW7、RW9、RW10、RW11、RW12、RW13和PRW系列型等，其作用除与RN1型相同外，在一定条件下还可以分断和关合空载架空线路、空载变压器和小负荷电流。3.5.2 高压隔离开关、高压负荷开关和高压断路器高压隔离开关（high-voltage disconnetor，文字符号QS）的功能是隔离高压电源，保证高

22、压电器及装置在检修工作时的安全，起隔离 HYPERLINK /doc/202598.html t _blank 电压的作用，不能用与切断、投入负荷电流和开断 HYPERLINK /doc/5415001.html t _blank 短路电流，仅可用于不产生强大 HYPERLINK /doc/1236968.html t _blank 电弧的某些切换操作，即是说它不具有灭弧功能；按安装地点不同分为，屋内式和屋外式，按绝缘支柱数目分为，单柱式，双柱式和三柱式，各电压等级都有可选设备。还可将高压配电装置中需要停电的部分与带电部分可靠地隔离，以保证检修工作的安全。隔离开关的触头全部敞露在空气中，具有明

23、显的断开点，隔离开关没有灭弧装置，因此不能用来切断负荷电流或短路电流，否则在高压作用下，断开点将产生强烈电弧，并很难自行熄灭，甚至可能造成飞弧（相对地或相间短路），烧损设备，危及人身安全，这就是所谓“带负荷拉隔离开关”的严重事故。 隔离开关还可以用来进行某些电路的切换操作，以改变系统的运行方式。例如：在双母线电路中，可以用隔离开关将运行中的电路从一条母线切换到另一条母线上。图3-7 GN8-10-型户内式高压隔离开关高压负荷开关（high-votage load switch，文字符号QL）是一种功能介于高压断路器和高压隔离开关之间的电器。高压负荷开关具有简单的灭弧装置，因为能通断一定的负荷电

24、流和过负荷电流。但是它不能断开短路电流，所以它一般与高压熔断器串联使用，借助熔断器来进行短路保护。图3-8 FN3-10RT型高压负荷开关高压断路器(或称高压开关)它不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，而且当系统发生故障时通过继电器保护装置的作用，切断过负荷电流和短路电流，它具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力，可分为：油断路器（多油断路器、少油断路器）、六氟化硫断路器（SF6断路器）、真空断路器、压缩空气断路器等。图3-9 SN10-10高压少油断路器在轧钢车间里通常用到的是高压熔断器与高压负荷开关串联配合使用，用于控制变压器设备。3.5.3 高压开关柜高压开关柜（high-

25、voltage switchgear）是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装在一起而成的一种成套的配电装置，在电力系统中作为控制和保护高压设备和线路之用，其中安装有高压开关设备、保护电器、监测仪表和母线、绝缘子等。具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能。开关柜应满足GB3906-19913-35 kV交流金属封闭开关设备标准的有关要求，由柜体和断路器二大部分组成，柜体由壳体、电器元件(包括绝缘件)、各种机构、二次端子及连线等组成。高压开关柜有固定式和手车式（移开式）两大类型。在一般的小型工厂中普遍采用经济的固定式高压柜。图3-10 GG1A（F）-07S型高压开关柜 63.6 低压一次设

26、备低压配电系统中，一次侧所有的电气设备都是低压一次设备，其中包括：低压熔断器、低压刀开关和负荷开关、低压断路器等。低压一次设备与对应高压一次设备，结构原理基本相同，这里不再做具体介绍。 四、板带热轧中的电气设备 在一条自动化程度比较高的轧线上，可以不用一个人，就能把一块钢坯轧制成带钢成品。在这其中自然离不开工业中常用的电气设备。在加热炉中，利用热电偶高温计测温反馈给PLC来控制直流电机再决定汽包中冷却水的流速；在汽包上有压力传感器，液位计来保证设备安全；推出钢时，利用液压控制，而液压缸的伸缩距离又由液压缸中的磁尺所反馈给PLC得到。除鳞中只用到压力泵和供油润滑系统。轧制过程中利用轧制压力的反馈

27、，板型（厚度、宽度、凸度等）的反馈控制，即ACG和AWG等控制系统，其中利用X射线等通过衰减的计算来计算厚度，所得差值反馈给前轧机进行压下或抬高轧辊，利用CCD图像传感器检测板带宽度并进行反馈控制。卷曲是由直流电机高速旋转带动卷筒旋转来卷曲的。此外，在轧线上经常看到的还有高温计，热检等检测设备。4.1 加热炉加热炉是一个复杂的热工设备，它由胰腺癌几个基本部分构成：炉膛与炉衬、燃料系统、供风系统、排烟系统、冷却系统、余热利用装置、装出料设备、检测及调节装置、电子计算机控制系统等。炉膛是由炉墙、炉顶和炉底围成的空间，是对钢坯进行加热的地方。炉墙、炉顶、炉底通称炉衬。4.1.1 冷却系统 加热炉的冷

28、却系统是由炉底的冷却水管和其他的冷却构件组成。冷却方式分为水冷却和汽化冷却。连续加热炉在轧钢厂中最为常见。 汽化冷却的基本原理是：水在冷却管内被加热到沸点，呈汽水混合物进入汽包，在汽包中使蒸汽和水分离，分离出来的水又重新回到冷却系统中循环使用，而蒸汽从汽包引出可供使用，比如：供暖、发电等。 汽化冷却的流程：将来水引入软水灌进行软化，吸收水中的Ca2+、Mg2+，防止在冷水管中形成污垢堵塞炉底冷却水管，来水软化后由水泵引入软水箱中存储使用，再由水泵将软水引入汽包，汽包中存在上限线位和下限线位，即当汽包上水位表中的水位示数低于下限线位时，水泵启动将软水箱中的水吸入汽包，当水位示数达到上限线位时，水

29、泵停止。在汽包的上方利用压力传感器来控制汽包内的压强，即当压力达到设定压强时，安全阀打开释放蒸汽；压力未达到设定压强时，安全阀保持关闭状态。在汽包与炉底冷却水管之间一般存在两台冷却水循环泵（开一备一），由于直流电机的稳定性高，这些水泵均由直流电动机带动。同时，还需要一台柴油发电机，以防突然断电，使炉底冷却水不能及时循环而达不到冷却的效果，进而造成炉体升温，损坏加热炉。炉底冷却水经过加热炉之后变成汽水混合物通过循环泵进入汽包，继续循环使用，使炉体周围的热电偶高温计所得到的温度保持在一定范围内。这里需要明确的是：冷却水的循环速度是可变的，不管是弱磁调速还是PWM调速系统调速，都可加快或减慢直流电动

30、机的转速，使得炉体温度过高时加快转速促进冷却水的循环来降低炉体温度，相反，炉体温度低时，降低电动机转速，减慢炉体冷却。图4-1加热炉冷却系统4.1.2 装出料设备、检测及调节装置根据钢体在炉内的运动方式，连续加热炉可分为推钢式连续加热炉、步进式连续加热炉等。步进式加热炉内的机械结构分为步进梁和固定梁（或固定炉底，下同），炉内步进梁的运动轨迹采用分别进行平移运动和升降运动的矩形轨迹，步进梁的原始位置设在后下极限位置，步进梁在垂直上升过程将钢坯从固定梁上托起至上极限位置，即步进梁顶面由低于固定梁顶面升到高于固定梁顶面，然后步进梁前进一步，钢坯在炉内向前水平移动一个步距；步进梁垂直下降，将钢坯放置在

31、固定梁上，步进梁再继续下降到下极限位置；然后向后水平移动一个步距，回到原始位置，完成一个步进动作。如此经多次循环，钢坯从炉子装料端一步一步向出料端移动，至出料炉门处钢坯已被加热到预定的温度，然后出料。双步进梁式加热炉没有固定梁，由两组可动梁组成。第一组可动梁将钢坯抬起，前进过程中，第二组可动梁升起从第一组可动梁上接过坯料并前进，如此循环工作。同样还有三段式步进梁，原理与双步进梁一样。步进式加热炉的步进机构由驱动系统、步进框架和控制系统组成。步进传动一般分为机械传动和液压传动两种，目前广泛采用液压传动。控制系统一般都是由GE或西门子等的PLC程序控制。对于步进运动的行程和速度的计算均由炉子长度和

32、坯料宽度步进上下限等决定。一般情况下，步进梁的总升降行程为70200mm，正常情况下，炉子过钢线上下行程相等。炉子长度为1015m、钢坯较短、在炉内运行时不会出现明显的弯曲变形时，总行程可定为70mm；炉长超过20m时，总行程可取200mm，升降速度的平均值通常为1540mm/s。步进梁的平移行程与钢坯入炉前的弯曲程度、坯料的宽度以及坯料之间的间隙有关，一般为160300mm，它还要和炉子的有效长度相配合。移动速度通常为3080mm/s。7显而易见，步进梁式的加热炉能减少钢坯与梁之间的摩擦，可以使钢坯均匀加热，但是，步进梁式加热炉存在价格昂贵，控制复杂，计算复杂等缺点。推钢式加热炉只在坯料入口

33、处摆放一台液压式推钢机和出口处摆放一台液压式出钢机。液压设备均由直流电机和电磁阀控制，当需要推钢和出钢时，由PLC给电磁阀信号打开阀门利用液压使液压缸推出和缩进，同时利用磁尺的反馈信号来判断液压缸推出和缩进的距离，从而完整的实现推钢和出钢的操作。与之相比较，推钢式加热炉，简单便宜，易操作，但是推钢式加热炉存在坯料与固定梁处发黑，即水印，加热不均的缺点。钢坯加热完毕后，经出炉口处的红外线检测装置检测钢坯是否到炉口并确定是否需要出钢，红外线检测信号通过通讯线传递到PLC中然后由PLC控制系统，控制调节装置，一般采用液压传动装置，进行出炉动作。液压传动系统由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流

34、阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头组成。其工作原理如下：液压泵由电动机驱动后，从油箱中吸油。油液经滤油器进入液压泵，油液在泵腔中从入口低压到泵出口高压，通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔，推动活塞使工作台向右移动。这时，液压缸右腔的油经换向阀和回油管排回油箱。在液压传动的机构中，利用磁环在磁尺上移动时产生的磁电效应来判断液压缸的移动距离。4.1.3 燃烧系统、供风系统、排烟系统换向装置是加热炉的重要部件，整个燃烧过程都是靠换向装置完成的。其原理是采用蓄热室预蓄热，达到在最大程度上回收调温烟气的温热，提高助燃空气温度的效果。包括两部分，高炉煤气、空气换向，换向阀换向。换向一：高

35、炉煤气、空气分别经供风系统、换向阀，通过左边的煤气蓄热室B、空气蓄热室A在烧嘴1燃烧。高温废气由烧嘴2经煤气蓄热室B、空气蓄热室A分别将蓄热室内蓄热体加热后通过换向阀排烟系统排出。见图4-2换向二：换向阀换向：煤气、空气分别经右边煤气蓄热室B、空气蓄热室A被室内炽热的蓄热体预热（预热温度达1000C以上）后在烧嘴2燃烧，高温废气由烧嘴1经煤气蓄热室B、空气蓄热室A分别将室内蓄热体加热后，通过换向阀、排烟系统排出。见图4-37加热炉空气 蓄热 室A煤气 蓄 热室B空气蓄热室A煤气蓄热室B切换阀烧嘴1烧嘴2图4-2 换向阀 状态加热炉空气蓄热室A煤气蓄热室B空气 蓄 热 室A煤气蓄热室B切换阀烧嘴

36、1烧嘴2图4-3 换向阀 状态二4.1.4 电子计算机控制系统 不管是步进梁式加热炉还是推钢式加热炉，不管是电磁阀的通断还是换向阀的开关，加上加热炉中的温度反馈控制和控制液压油的流量控制的伺服阀，在这里，它们的电子计算机控制系统均为PLC控制系统。 可编程序控制器（PLC）是一种将计算机技术与继电器控制概念结合起来、装有程序、以中央处理器（CPU）为核心并与输入/输出（I/O）设备相连接而作为工业控制特殊用途的计算机，因此它的基本组成部分与通用的微机类似。PLC主要由中央处理器、存储器、输入输出接口电路、电源等组成。现场的输入信号与PLC之间通过DP网或以太网进行数据传递，同时，PLC之间利用

37、DP网或以太网进行数据共享，以便更有效的控制设备运转。 在轧钢厂中，对现场进行控制的PLC中大多使用GE PLC和西门子的PLC。PLC是收集现场通过通讯线路传递来的数字信号，然后对这些数字信号赋予地址，再对这些地址进行较为复杂的逻辑运算，所得的结果在存在相应地址中，通过通讯线路分配到相应的电气设备的触发装置，做出相应的响应，以及在网络中进行数据分享。4.2 除鳞和轧制钢铁在高温状态下被氧化，在其表面形成一层致密的氧化铁皮（鳞皮）。在轧制前如果不能将这层氧化铁皮除去，在轧制过程中它们会被轧辊压入到带钢表面，影响其表面质量。残留的氧化铁皮也会加速轧辊的磨损，降低轧辊的使用寿命。如带钢需要酸洗时，

38、残留的氧化铁皮会增加酸洗的难度，增加酸耗。因此，在钢坯轧制前，必须除去表面的氧化铁皮。利用高压水的机械冲击力来除去氧化铁皮（高压水除鳞）的方法是目前最通行有效的作法。 钢铁的轧制是将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法，这是生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产型材、板材、管材。分冷轧、热轧。轧制有热轧和冷轧两种。4.2.1 高压水除鳞在除鳞系统中，高压水泵产生的高压水进入除鳞喷嘴。在喷嘴的作用下，高压水形成一个具有很大冲击力的扇形水束，喷射到钢坯（或中间坯）表面。在这个高压扇形水射流束的作用下，氧化铁皮经历了被切割，急冷收缩，与基体

39、母材剥离，并被冲刷到离开钢坯（或中间坯）表面的过程，从而将氧化铁皮清除干净。当高压水通过喷嘴被打到钢坯表面时，会发生下列变化：a 、水流形成的扇形面像一把锋利的刀片，将致密的铁皮切开，形成裂痕。由此可见，薄的扇面具有更大的打击力，此时水的压强能达到10Mpa左右；b、 高压水透过裂缝遇到高温母材急速汽化蒸发，形成类似爆破的效果，将氧化铁皮和母材剥离；c 、氧化铁皮在受到水的冲击后遇冷收缩，产生横向剪切力，使将氧化铁皮和母材剥离。d、 带有前倾角的水射流的冲刷作用将业已疏松的铁皮冲刷掉。4.2.2 钢铁轧制 钢铁的轧制过程中实际上就是金属压力加工的过程，金属压力加工是利用金属能够产生永久变形的能

40、力，使其在受外力作用下进行塑形成型的一种金属加工技术。而在轧制过程中对板带的宽度、厚度、凸度等的要求是很高的，要想达到精度要求，显然人为是很难做到的。自动宽度控制（AWC）功能通过在轧制过程中对粗轧、精轧立辊的开口度的实时调整来实现，该控制功能包括：头尾短行程控制(SSC)根据L2预报的一定轧制规程下的轧件头尾形状，实现对头尾宽度的控制。图4-4 粗轧板带宽度波形图粗轧头尾失宽典型表现为“狗骨头”形状，如图所示，该曲线通过以下两个方程来表示： （4-1）其中，为头尾跟踪实际长度值，单位为m；在跟踪的实际长度趋近于失宽长度L时，计算得到的是趋近于0的，在全自动模式下，由二级计算机计算得到；在半自

41、动模式下，则由PLC计算得到，计算的原理如下：图4-5 ，计算原理图计算程序根据系统数据表中给出的SKL参数来计算SSC控制中所需的头尾各四个系数，另外根据轧制速度来修正曲线给定。其计算公式较复杂，其中SKL有各自的特定物理意义。通过建表的方式存储SKL数据，SKL一旦确定，其曲线形状即完全确定下来，但是由于轧制条件的多样性和复杂性，往往不能代表全部的规格，这就用到SSC参数的自学习系统。自学习系统就是 HYPERLINK /wiki/%E7%B3%BB%E7%BB%9F o 系统 系统具有能够按照自己运行过程中的经验来改进控制算法的 HYPERLINK /wiki/%E8%83%BD%E5%

42、8A%9B o 能力 能力。 形状补偿控制(SC)将机前测宽仪测量得到的板坯宽度信号，经过信号质量判断剔除、自适应滤波和前后若干个样本平滑得到的计算结果，与全长平均宽度的偏差作为控制依据，根据跟踪位置对当前位置的立辊开口度进行补偿的前馈控制方法。偶道次轧制，机前测宽仪检得，即开始长度跟踪及宽度数据采集。数据采集完毕后，样本的得到：；为高性能HPC自带滤波器，平均宽度的计算： ；j为样本数 （4-2）开口度调节量：；为立辊压下效率 （4-3）压下效率的计算较为复杂，仅由二级机计算得到，由于该值直接调节SC输出的大小比例，故与SC的控制效果关系密切。图4-6 某次SC控制的输出曲线轧制力反馈控制(

43、RF)这里采用相对轧制力控制方式，计算公式如下：立辊轧机的弹跳方程，反映了当前轧制力与锁定轧制力轧机开口度的弹跳量：，：轧机刚度， （4-4）该弹跳反映了带钢宽度的实际变化量： （4-5）实际需要的开口度调节量：，：立辊压下效率， （4-6）在AWC控制系统中不可或缺的是测宽仪，测宽仪（英文：width measurement device）是一种利用高精度线阵摄象机测量物体宽度的装置，它有软件和硬件两部分构成，主要用于行业产品在线尺寸测量和成品检验等方面。测宽仪通过立体视觉原理，采用两个线阵摄象机进行测量，即使被检测物摆动、跳动、甚至倾斜也不会影响测量精度。原理分析：由于单个摄象机在成像时存

44、在“近大远小”的现象，并且单靠摄入的图象无法知道被测物的距离，因此当用于宽度测量时，由被测物的跳动导致的被测物到摄像机之间距离变化，使测量精度难以提高。因此测宽仪一般采用两个摄象机从不同的角度对被测物同时进行测量，如图一所示，两个摄象机就象人的双眼，可以形成立体视觉，这样就可以得到足够的信息判断被测物的距离，修正和消除距离变化对测量的影响。由被测物两个边缘在两个摄象机中的位置，通过几何推导，可以计算出带钢边缘的在X-Y坐标空间中的位置P1(x1,y1)和P2(x2,y2)，被测物宽度就是P1到P2间的直线距离W=|P1P2|=（x1-x2）2+（y1-y2）2。测宽仪的输出信号传递给PLC，经

45、过PLC处理后再把处理结果输送到各个AWC系统对轧机进行有效控制。自动增益控制（Automatic Gain Control，简称AGC）是使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法。实现这种功能的电路简称AGC环。AGC环是闭环电子电路，是一个负反馈系统，它可以分成增益受控放大电路和控制电压形成电路两部分。这种控制系统是根据板带下面的射线穿过板带后的衰减量转换成电压量或电流量来判断厚度是否与标定的一致。增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压而改变。控制电压形成电路的基本部件是 AGC 检波器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流放大器等部件。放大电路的输出信号u0 经

46、检波并经滤波器滤除低频调制分量和噪声后，产生用以控制增益受控放大器的电压uc 。当输入信号ui增大时，u0和uc亦随之增大。uc 增大使放大电路的增益下降，从而使输出信号的变化量显著小于输入信号的变化量，达到自动增益控制的目的。放大电路增益的控制方法有：改变晶体管的直流工作状态，以改变晶体管的电流放大系数。在放大器各级间插入电控衰减器。用电控可变电阻作放大器负载等。分绝对AGC系统和相对AGC系统。绝对AGC控制系统是过程计算机同时向AGC提供目标厚度及预设定辊枫缝，并且应用厚度计原理，使AGC调整辊缝得到目标厚度；相对AGC控制系统的核心是通过实时测量压力增量值来计算下一步的辊缝设定增量值，

47、然后通过APC实现AGC控制功能的系统。84.3 现场电机的运转现场电机主要分两大类：一类是带动轧机旋转和风机等运行的直流电机；另一类是扎线上的带动棍道旋转加上带动油泵、水泵的交流变频电机。有时带动油泵、水泵的电机也用直流电机。4.3.1 直流电机直流电机具有良好的启动、制动性能，宜于在宽范围内平滑调速，在许多需要调速和快速调速正反向的电力拖动领域中得到广泛的应用。在扎线上直流电机带动轧机运转的居多。为保证连轧过程的正常进行，必须使用轧机组各个基座的金属的秒流量保持相等，此即所谓连轧过程秒流量相等原则，即 F1h1= F2h2= F3h3= =Fnhn=常数 (4-7)或B1h1h1= B2h

48、2h2= B3h3h3= Bnhnhn=常数 (4-8)式中 F1F2 F3Fn通过各机座的轧件断面积 h1h2h3hn通过各机座的轧件出口速度 F1F2 F3Fn通过各机座的轧出宽度 h1h2h3hn通过各机座的轧件的轧出厚度8为了保证轧制过程中各机座的秒流量相等，这就需要随时调整各机座轧件的出口速度，即轧辊的速度，也就是直流电机的速度。直流电动机的稳态转速可表示为：n=式中 n转速（r/min） U电枢电压（V） I电枢电流（A） R电枢回路总电阻（） 励磁磁通（Wb） Ke由电机结构决定的电动势常数。由上式可以看出，有三种调节电动机转速的方法：调节电枢供电电压U；减弱励磁磁通；改变电枢回

49、路电阻R。10对于要求在一定范围内无极平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱励磁磁通虽然能够平滑调速，但是调速范围不大，往往只能配合调压方案，在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。 直流电机测速10 数字测速具有测速精度高、分辨能力强、受器件影响小的优点，被广泛应用于调速要求高、调速范围大的调速系统。1）旋转编码器 光电式旋转编码器是检测转速或转角的元件，旋转编码器与电动机相连，当电动机转动时，带动编码器旋转，产生转速和转角信号。旋转编码器可分为绝对式和增量式两种。绝对式编码器在码盘上分层刻上表示角度的

50、二进制数码或循环码（格雷码），通过接收器将该数码送入计算机。绝对式编码器通常用于检测转角，若需得到转速信号，必须对转角进行微分。增量式编码器在码盘上均匀的刻制一定数量的光栅，但电动机旋转时，码盘随之一起转动。通过光栅的作用，持续不断的开放和封闭光通路，因此在接收装置的输出端得到频率与转速成正比的方波脉冲序列，从而计算转速。为了判断电动机的正反转，由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取，获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代

51、表零位参考位。由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。2）M法测速在一定的时间T内测取旋转编码器输出的脉冲个数M1，用以计算这段时间内的转速，称作M法测速。把M除以T就可得到旋转编码器出脉冲的频率f=M1/T，所以又称频率测速法。电动机每转一圈共产生Z个脉冲（Z=倍频系数编码器光栅数），把f除以Z就得到在单位时间内的电机转速。习惯上，时间T以s为单位，而转速是以r/min为单位，则电动机的转速（单位：r/min）为 n=3）T法测速T法测速同样是测出旋转编码器的两个输出脉冲之间的间隔时间来计算转速，它又被称为周

52、期法测速。T法测速同样也是用计数器实现的，与M法测速不同的是，它所计的是激素那几发出的高频时钟脉冲的个数，以旋转编码器输出的相邻两个脉冲的同样变化沿作为计数器的起始点和终止点。在T法测速中，准确的测速时间T是用所得的高频时钟脉冲个数M2计算出来的，即T= M2/f，因而电机的转速为 n=M/T法测速M/T法测速的关键是M1 和M2计数同步开始和关闭，实际的检测时间与旋转编码器的输出脉冲一直，能有效的减小测速误差。检测周期T内北侧转轴的转角为，则 =已知旋转编码器每转发出Z个脉冲，在检测周期T内旋转编码器发出的脉冲数是M1，则旋转角可以写成 =若时钟脉冲频率是f，在检测周期T内时钟脉冲计数值为M

53、2，则检测周期T可写成 T=综合（）（）便可求出北侧的转速为 n= 直流PWM变换器调速脉宽调制的全称为：Pulse WidthModulator、简称PWM。直流电机调速器就是调节直流电动机速度的设备，由于直流电动机具有低转速大力矩的特点,是交流电动机无法取代的，因此调节直流电动机速度的设备 HYPERLINK /doc/5681969.html t _blank 直流调速器，由于它的特殊性能、常被用于直流负载回路中、灯具调光或直流电动机调速、HW-1020型调速器、就是利用脉宽调制(PWM)原理制作的马达调速器、PWM调速器已经在:工业直流电机调速、工业传送带调速等得到广泛应用。工作原理:

54、是通过改变输出方波的占空比使负载上的平均电流功率从0-100%变化、从而改变负载、灯光亮度/电机速度。利用脉宽调制(PWM)方式、实现调光/调速、它的优点是电源的能量功率、能得到充分利用、电路的效率高。PWM变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。.下面是一种桥式可逆的PWM变换器电路图。如图所示，负载电动机M两端的电压UAB的极性随全控型电力电子器件的开关状态而改变。图4-7 桥式可逆PWM变换器电路活套电机除了改变轧机电机的速度实现秒流量相等外，轧机之间的活套为实现秒流量相等起到举足

55、轻重的作用。活套由活套电机带动，但是只是上下两个角度的范围内摆动，具体摆动幅度由轧机之间板带张力大小而定，在前轧机速度小于后轧机速度时，当轧机间板带张力越大，活套的摆动角度越大。但是活套的调节范围是有限的，它的摆动角度直接由PLC程序设定。图4-8 轧机之间的活套 直流电机的正反转控制在研究直流电机正反转之前先介绍一下，交流电是如何变成直流电的，以三相桥式全控整流电路为例。图4-9 三相桥式整流电路原理图习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、 VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此

56、将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5， 共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为 VT1VT2VT3VT4VT5VT6。整流电路的负载为带反电动势的阻感负载。假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角=0o时的情况。此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加

57、于负载上的电压为某一线电压。此时电路工作波形如图4-10所示。图4-10 反电动势=0o时波形11假如单向导通晶闸管改变成双向导通可控硅，改变可控硅的触发方式，假设同向可控硅的部分为一组，则双向可控硅可分为两组。通过PLC控制，改变可控硅的触发方式，使两组可控硅交替导通，便能达到控制直流电机正反转的效果。4.3.2 交流电机下面以交流异步电动机为例介绍交流电机在轧制过程中的调速方法。三相异步电动机定子每相电动势的有效值为 Eg=4.44fNkNm （）式中Eg气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值； N定子每相绕组串联匝数； kN定子基波绕组系数； m每级气隙磁通量 忽略定子绕组电阻和漏磁感康

58、降压后，可认为定子相电压UEg，则得： UEg=4.44fNkNm （）由上式可知，当f等于常数时，气隙磁通m 正比于 UEg。异步电动机的调压调速 当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在2：1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联

59、饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。2）异步电动机的变频调速变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流直流交流变频器和交流交流变频器两大类，目前国内大都使用交直交PWM变频器。交 直交变频器是将恒压恒频的交流电通过整流电路变换成直流，然后再经过逆变电路将直流变换成调压调频的交流电。这种变频器虽然多了一个中间直流环节，但是输出交流电的频率是任意的。图4-11 交直交PWM变频器主回路结构左边是不可控整流桥，将三相交流电整流成电压恒定的直流电压，右边是逆变器，将直流电压变换成频率与电压均可调的交流电，中间的滤波环节是为了减小直流电压脉动而设置的。123）三相异步电机正反转在图4-12是三相异步电动机正反转控制的主电路和继电器控制电路图，图4-13与4