阿维斯塔波莱瑞特厂炉卷轧机现代化改造

阿维斯塔波莱瑞特厂炉卷轧机现代化改造

1设备与技术指标的新升级1992年，瑞典阿维斯塔-罗马ge设计、建造和调试了西马克-德马格工业装置的卷卷机。轧机专门生产最大宽度为2100mm的不锈钢和耐酸钢卷。轧机钢卷的年生产能力近年来由最初设计的年产25万吨提高到年产70万吨。2000年阿维斯塔波莱瑞特厂决定同西马克—德马格公司一道进行技术改造。这个改造的目的在于显著提高轧机的产品质量、生产率、利用率和易维护性等四个方面。阿维斯塔波莱瑞特厂将轧机产量目标定在年产提高到100万吨。西马克—德马格根据多年的经验和不断发展的炉卷轧制工艺成果给出了改造建议。带活套的新型夹送辊装置改善了带钢的金属流动,提高了轧制工艺的稳定性,同时允许高速轧制。热卷取机设施下的可伸缩辊道便于操作者接进,提高了辊道、炉门和炉子的易维护性。在自动化方面,厚度、断面形状及平直度控制系统根据最新进展进行了更新升级,这些直接影响到产品的质量。另外,近年使用的轧机监控系统也应用到炉卷轧机工艺上,用来提高轧机的利用率及易维护性。2提高炉卷内的利用率阿维斯塔波莱瑞特厂炉卷轧机的现有技术在经过大量的优化后,产品质量和生产率已达到极限。只有对轧机和自动化进行升级改造后,质量和生产率才有可能进一步提高。另外,轧机的利用率及易维护性也可得到提高。为了提高产品质量,厚度公差,断面形状及平直度必需得到改善。为了达到这个目的,将采用一个新的动态厚度控制系统和一个升级的断面形状和平直度模型。许多工艺上的不稳定及厚度波动很大程度上是由于较大的张力波动造成的。上述这些波动是由卷筒上槽的旋转及作用在导辊上的高热应力造成的偏心引起的。由于这个原因,改造不仅要采用动态的类似厚度控制的工艺控制系统(TCS)以提高对张力波动的响应,而且要减少其自身的张力波动。这些可通过安装新开发的带专门活套的夹送辊装置及相应的张力和流量控制系统来达到。由于不稳定金属流动的影响,在生产较宽和较厚带钢时,轧制速度和生产率受到严重限制。主要原因是上面描述的张力波动。由于安装了活套,可显著提高这些产品的轧制速度。带钢头尾的流动对生产率的影响也非常大。为炉卷轧机工艺专门开发的带钢导向控制系统可进一步稳定金属流动。改造的最后两个目的:即提高利用率及易维护性,也可提高生产产量。轧机的利用率主要是由轧机各个部件的寿命及磨损件更换次数决定的。另外,轧制工艺的稳定性对利用率的影响也非常大。在卷取炉下安装可移动辊道,会缩短炉门、辊道和炉区的维修时间。最新开发的轧机监控和诊断系统可进行有目的的维护,这样可优化各个单独部件的使用寿命。通过安装活套来稳定轧制工艺,最终会提高轧机的利用率。改造的最后焦点是提高易维护性,炉卷轧机是非常紧凑和复杂的设备,所以很多部件很难接近去进行维修。另外一个问题是卷取炉区域的温度太高。这会使炉门或导向辊等部件的更换时间过长。伸缩辊道方便进入炉区并允许在炉子辐射区外对炉门及辊道进行维修。安装夹送辊装置和活套,提高了可接近性,减少了辊子更换次数。采用自动化诊断系统简化了监控及综合测量和调整系统的维护。31夹送辊的使用配备了活套的新夹送辊替代了汽动夹送辊,并将导向辊固定在炉子支撑结构上。夹送辊及活套形成一个单独的系统安装在一个公用机架上以便承受产生的巨大动态力,并便于辊子的调整。这种紧凑设计使该单独装置改进起来很容易。夹送辊装置的功能是在带钢咬住之后,将带钢头端传送到卷筒槽内,以保证卷取工艺的可靠进行。活套在这个阶段是位置控制,用来将带钢导入以保护炉子本体。在开始卷取之后,夹送辊打开,上夹送辊起到导向辊作用。夹送辊的液压辊缝控制允许不同辊缝设定。依照操作模式,活套依然既能作到位置控制也可像精轧机组的活套一样操作。活套模式既有保证张力恒定的功能,也可在流量或张力波动的情况下,相对保持恒定。基于这个目的,活套具有相当小的惯量及快的液压动态调整系统。在轧制停顿时,活套可移到停止位,以便第一块炉门可完全密合炉子,活套辊不再直接受到炉子的热辐射。2辊子和带钢的配合夹送辊装置由两个驱动辊组成,直径和宽度分别是550mm和2300mm,上辊装在一个靠两个液压缸升降的摇杆臂上。系统升降最大为200mm。为了平衡上辊,用板簧靠紧在摇臂上。液压缸连接及轴承装配都设计成最小间隙。辊子是耐磨、堆焊表面且内部通水以承受带钢的高温。夹送辊的寿命明显的提高是由于其较好的耐磨性。摇杆的轴承装配通过应力螺栓装在机架上,可连活套一同卸掉,便于维修。活套有一个非常短的力臂和一个小的辊径以将惯量降到较低水平并可快速进行动态调整。活套辊通过驱动侧的一个液压缸移动。活动挡板确保在非正常操作条件和干扰情况下,带钢不会损坏卷取炉。挡板可伸缩以便活套可运行至停止位置。辊子有一个专门的耐磨套和一个专门开发的强制内冷系统,以承受带钢和炉子造成的超高温负荷。位于炉子直接热辐射区的所有部件,象轴承和轴都配有内部冷却。3定位和测量原理夹送辊在驱动侧和操作侧都配有液压缸。连接的液压阀组的位置非常的靠近,以确保油路管线较短。新型液压夹送辊比气动夹送辊结实的多并且定位更精确、快速。所有液压缸都配有位移传感器。每个活套都有一个液压缸位于驱动侧并通过一个非常短的回路同液压阀组连接。这就同低惯量一道,使位置和力的控制响应时间分别达到35ms和20ms。位置是由一个旋转角度传感器来进行测量。夹送辊冷却系统的稳定检测是由一个冷却水进水管路上的流量测量装置和进水及回水管路上的温度计来保证的。由于这些检测,任何冷却水的过热和冷却系统的泄漏都能立即检测到。4装置的安装调试两个夹送辊装置在Hilchenbach的西马克—德马格车间进行了预装配。在预装配时,液压缸及液压、冷却水、干油和气动的整套配管和传感器接线已安装好。这两个装置在预组装状态运至瑞典的阿维斯塔,然后在停机的14天中进行安装调试。事实证明:预装好的设备可加快调试的进程。41辊道拉出增加卷取炉入口及出口下的可伸缩辊道替代了原有的固定辊道以及将炉门固定在炉子支承结构上。安装在辊道框架上的炉门可随后者一同伸缩,便于维修。这就保证了更好的维护,缩短了相当一部分维修时间,可以更容易的接进辊道和轧机内部的各种不同设备。带钢在咬入之后,通过上下炉门导入卷筒槽内。在开始卷取之后,上炉门运行到底端位置。在带钢尾端甩出卷取槽之前,上部炉门运行到顶端位置以减少带尾的撞击。带钢运行状态产生的力由液压缸和锚定在基础上的轴向导卫来承受。在轧制停止时,卷取炉用两块炉门将其完全密合。一来节省能源,二来邻近的机械设备不会连续受到热辐射。维护时,可用一个钢绳卷扬机将辊道拉出。打开的卷取炉,可用一个炉子密封装置将其关闭。2炉门的安装入口侧辊道是由4个直径是360mm,辊身长度为2300mm的辊子组成。出口侧辊道是由7个直径300mm,辊身长度为2300mm的辊子组成。驱动位于操作侧,以便在辊道拉出维修时,不会受到炉子的热辐射。炉门安装在辊道框架上,由两个液压缸来控制移动。炉门的不同工位监测依靠可调限位开关控制。所有液压缸都由隔热罩保护。水冷系统减少了两个炉门上的热负荷。炉门面板是由抗高温、耐磨的不锈钢制成。这就确保了总是接触带钢咬入、甩出的面板的寿命的延长。不同介质象液压油、冷却水、干油,尤其是电机的供电,在运行状态时,由一个多项接头供油。介质接头使得辊道无论在多小的空间都可全自动快速移进、移出。安装和调试:两组辊道在停机阶段由原有辊道和导板改造合并,并通过横移轨道,作为一整体装置进入轧机。5自动化诊断技术在这个自动化系统改进的框架内,基础自动化(1级)和工艺模型(2级)已被更换或添加。尤其是断面尺寸和平直度控制,以及厚度控制是最近几年开发的。另外,由于安装了液压活套和夹送辊装置以及增加必要的自动化诊断系统,现有基础自动化需要得到扩展。西马克—德马格开发的X-Pact自动化系统,界面更友好,并且改善了炉卷轧机的易维护性。1厚度控制轧制热带钢时,带钢厚度是最重要的质量参数之一。由于机械性能和变形边界条件显著提高,炉卷轧制工艺对厚度的控制要求大大提高。例如,轧制速度和轧制力在每一道次的变化非常大。优化的厚度控制是一个快速动态系统,甚至在边界条件变化的情况下,使带钢的厚度保持在很小的公差带内。厚度控制概念包括自动厚度控制(AGC)和相匹配的监控系统。AGC包括一个非常精确的轧机架模型以补偿机架的延伸,辊身的热膨胀,工作辊的磨损和Morgoil轴承的转动情况。在轧制较薄带尾时,采用厚度楔形轧制以减少带钢头尾在最后一道次的高轧制力。这种楔形轧制允许在所有道次带钢头尾的轧制厚度锐减。这样最后一道次的压下量就变小了,轧制力峰值减到最小。另外,抑制了轧辊的过高负载,避免造成轧辊损伤,保证了所需要的平直度。这种轧制尤其可用在带钢头尾端冷却过快的情况。2带钢运动的控制策略在炉卷轧机上,带钢在轧制时容易偏离中心线。如果没有张力,在可逆操作中及从辊缝到卷取炉内的卷筒这种长距离运动中,很难控制带钢的运动。带钢导向控制包括两个部分:轧制对中控制(RAC)和止推力补偿(TFC),RAC是在由于带钢温度变化,沿带钢宽度形成的楔形或偏心带钢造成的轧制力变化的情况下保持辊缝恒负载。轧机轴向力会引起所测量的轧制力得到曲解。采用TFC是为了获得辊缝实际有效轧制力并补偿轴向力的影响。在轧机机架调零时,使工作辊正好在平行的位置。3快速张力控制最新开发的活套能够更加准确地进行流量和张力控制。带钢张力因此比以往保持的更加稳定。卷筒上的槽及轧制工艺上的加速和制动等原因引起的扰动,都可由快速动态活套进行测量和修正。活套有两种操作模式。活套可在‘软位’控制操作。这时张力是由卷取机电机的力矩控制产生的。单独这种模式同老式固定导辊的操作方法相比,明显得到改善。由于采用‘软位’控制及低运动惯量,在张力波动的情况下,活套可移动调整。第二种操作模式使得动态响应和带钢张力的恒定得到进一步改善。基于这个目的,活套采用快速张力控制,卷取电机在速度控制下运行。活套测量得到的角度用在流量控制,主要目的是与卷取电机的速度相匹配。恒张力不仅改善了带钢的流动,允许高速轧制,而且减少了厚度波动。4断面尺寸,凸度及直度控制带液压辊缝设定的带钢厚度控制作为最终控制系统保证了带钢中心厚度沿其带钢长度控制在规定的厚度范围内。另外,轧机机架的弹性变形,轧辊的热膨胀和轧辊磨损,都会导致沿带钢宽度的厚度变化,这些总称为带钢的断面尺寸。断面尺寸,凸度及平直度控制的PCFC的目的是将带钢断面尺寸预设定,控制到一个规定值内并确保带钢的平直度。断面尺寸和平直度的最终控制元件是CVC窜辊和工作辊弯辊。PCFC正在不断开发和完善中。已经应用的新模型对以下方面进行了实质性升级:——新的物理修正值——凸度计算——不均匀膨胀热计算——使用的几个冷却系统的热计算——断面尺寸的短期和长期自适应计算——附加的中间坯断面尺寸计算模型另外,用户和开发商菜单已进行了审核和扩充。例如现在快速索引可访问最近十个月的数据记录并用表格和图形的形式进行评估。PCFC也提供对整个轧制程序进行再计算或模拟的可能性。PCFC的环境已充分考虑到将来的扩展并且界面更友好。5自动进行测试最近几年西马克—德马格已开发了一个轧机和工艺自动化诊断系统。例如,工厂和工艺检测系统(PPMS)。系统监视工厂和工艺系统的条件,在诊断出问题时,会报警并发出故障信号,以便有针对性的对轧机进行维护。PPMS建立在基础自动化上,并且在所有主要测量和调整系统中自动进行各种测试,以检测传感器、液压和机械部件及控制系统的状态。在炉卷轧机和下卷取机区域,诊断在以下系统进行:——液压辊缝控制——液压弯辊——CVC工作辊窜辊——液压夹送辊装置——活套——下卷取机夹送辊装置——下卷取机助卷辊一套分析系统来评估检测到的数据,建立指导参数,例如磨擦,控制响应时间或油的泄漏流量,并存放在同一个数据库内。参数若与公差和规定的限定值有什么不同,就会进行核实。所有结果都能以单个测量值或趋势的形式显示。6活套装置的安装2001年7月下旬夏季停机期间,除了新的断面尺寸和平直度模型将在项目进展持续8个月之后使用外,所有的改造行动都在进行,模型在改造完三个月之后投入使用,轧制操作在恢复的很短时间就达到了预期的结果。减少了张力波动:带专门活套的新夹送辊的最有效的成果是将张力波动减到最小。在模拟中预测到的张力波动的减少量在实际操作中得到了验证。活套同固定导向辊相比,在操作上的主要优点体现在夹送辊装置的负荷上。在改造之前,老设备没有安装相应的测量元件。带固定导辊的设备的操作状况可通过将活套移动到停止位来进行模拟。所有张力活动都直接作用在上夹送辊和摇臂装置上,可使用辊缝控制进行测量。在卷取期间,第一道次会产生特别大的力和位置变化。辊缝控制系统每个液压缸所测的力在0kN到150kN之间变化。摇臂最高可抬升10mm。相反,装上控制活套后,既使采用位置控制模式,辊缝控制系统中力的变化最大在±15kN之间,位置波动不到1mm。这里明显的表明:由卷筒槽旋转和带卷偏心产生的相当大的张力波动在活套的协助下降低到了最小程度。除了轧制工艺上的优势,活套明显减小了装置上的负荷。产品质量:选用的改造程序明显改善了厚度公差。对改造前后的一些钢卷的厚度进行比较,厚度离散状况明显减少。带钢本体的离散度也明显减少。另外,由带钢头尾产生的干扰可通过动态厚度控制进行快速修正。也可将带钢尾端的厚度偏差大大减少。除了