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1、轧钢自动化基础 张大志 北京科技大学机械工程学院 机械装备与控制工程研究所 第三章 热连轧生产线自动控制系统 第三章 热连轧生产线自动控制系统 3 2012-3-22第2页 工艺要求 l回顾：轧制区基本参数 咬入角 3.1 2012-3-22第3页 工艺要求 回顾：接触弧长与变形区长 根据几何关系，接触弧长s为： sR 接触弧之水平投影叫做变形区长度 3.1 2012-3-22第4页 工艺要求 l热连轧生产线实际生产过程录像 M2U00314.MPG 3.1 2012-3-22第5页 工艺要求 l总体说明 *公司新建一套1450mm半连续式热带不锈钢 轧机生产线，所用原料为连铸车间提供的连铸
2、板坯。 连铸出坯跨与热轧板坯库连接，连铸坯通过辊 道或连铸坯过跨台车运入热轧厂。 一期设计年产各种规格热轧不锈钢钢卷80万吨/ 年，预留碳钢生产能力。 3.1 2012-3-22第6页 工艺要求 l产品规格 不锈钢 带钢厚度： 2.8(2.5)8.0mm 带钢宽度： 9001300mm 钢卷内径： 762mm 钢卷外径： 1750mm(max) 最大卷重： 20.8t 钢卷单重： 16kg/mm(max) 3.1 2012-3-22第7页 工艺要求 l 原料规格 轧线所用原料为前工序连铸机生产的无缺陷连 铸板坯，年需不锈钢连铸板坯量： 82.48104t ； 厚度： 180mm 宽度： 900
3、1300mm 定尺坯长： 12000mm 定尺坯重： 15.221t 入炉温度： 奥氏体、铁素体不锈钢 -常温；马 氏体不锈钢-不小于200 3.1 2012-3-22第8页 工艺要求 l原料条件 板坯尺寸偏差(所有板坯在冷态下测量): 厚度： Max5mm，取样至少从距板坯角部 200mm处取，表面不规则的坯子不考虑。 楔形：上表面测量的铸坯左右两侧厚度差最大 1.5 mm。 宽度：max10mm 最大长度：30 mm 镰刀弯：max 2.5 mm/m，最大30 mm 平整度：max 2.5 mm/m，最大30 mm 3.1 2012-3-22第9页 工艺要求 l设备装机水平 1450mm热
4、带钢连轧机设备，整体装机水平在国内 同类轧机中处于较先进水平，在成熟可靠的基础上 尽量考虑投资，主要技术有： 设有高压水粗除鳞、E1前和R1后除鳞、精除鳞四个 除鳞点，保证将板坯和中间坯表面的氧化铁皮清除 干净； 具有能力比较大的立辊轧机和四辊粗轧机，立辊轧 机有AWC和SSC功能，以提高宽度控制精度和成材 率，四辊粗轧机设有电动压下AGC； 采用无芯卷取和无芯轴移送的热卷箱，减少带卷内 圈的温度降，对中间坯起到均温和保温作用，减少 带钢头尾温度差； 3.1 2012-3-22第10页 工艺要求 l设备装机水平 采用转毂式飞剪，在中间带坯进入精轧机之前切掉 不规则的头部和尾部； 精轧机组设有带
5、工作辊弯辊的板形控制系统，同时 利用轧辊冷却水对轧辊热凸度进行控制，以保证稳 定生产板形良好的带钢，提高产品质量； F1-F7精轧机均设短行程液压AGC，可使板厚偏差达 国内先进水平； F1-F7精轧机主传动电机采用动态响应速度快、控 制精度高的交流电动机； F1-F7精轧机均设有窜辊装置，以实现自由轧制， 降低辊耗； 精轧机组在F1-F3出口侧设有机架间冷却水用于控 制终轧温度； 3.1 2012-3-22第11页 工艺要求 l设备装机水平 F1-F7精轧机之间设有6套液压活套，使带钢在微张 力、恒张力状态下进行轧制，保证带钢厚度和宽度 精度； 精轧机组出口设有除粉尘抽风装置； 粗轧和精轧机
6、采用工作辊快速换辊装置，减少工作 辊换辊时间，提高轧机有效作业率； 输出辊道辊子表面为硬质喷焊层、光滑耐磨，避免 带钢表面擦伤，提高辊子寿命； 采用带高位水箱的层流冷却装置，层流冷却装置分 粗调区和精调区，能根据带钢温度、厚度、钢种及 轧制速度，控制开启的喷水组数和调节水量，将带 钢由终轧温度冷却至所要求的卷取温度； 3.1 2012-3-22第12页 工艺要求 l设备装机水平 卷取机前面设有短行程控制的液压式侧导板，保证 严格地对中带钢，改善卷形； 采用三助卷辊式的地下卷取机，芯轴为无级涨缩式 ，助卷辊具有自动踏步控制（AJC）功能，保证内 层钢卷在较大的压力下不被带钢头部挤压造成压痕 ，保
7、证卷取质量; 卷取机后设有自动打捆装置； 辊道传动全部采用交流调速传动。 从铸坯开始至连轧出成品、钢卷运输机全过程实现 计算机自动控制，自动化系统分为基础自动化系统 （一级）、过程控制计算机系统（二级）。 3.1 2012-3-22第13页 工艺要求 u工艺描述： l 板坯入炉出炉 合格不锈钢连铸坯人工核对板坯号后，由吊车用专用 吊具运到加热炉装炉辊道上。 启动入炉辊道将铸坯运送到加热炉的入口侧并准确定 位。 由装钢机将铸坯装入加热炉。按设定的加热程序，铸 坯在炉内移动的同时加热升温和均热。 根据不同的轧制钢种，铸坯将被加热到规定的出炉温 度。 当加热好的铸坯到达炉内出炉位置时，由出钢机移送
8、到加热炉输出辊道，准备送至粗轧机组进行轧制。 一旦加热好的铸坯因后部工序事故不能进入粗轧区时 ，加热炉内又没有空位，则板坯将通过辊道运送到返 回辊道，由跨间起重机卸料堆放。 3.1 2012-3-22第14页 工艺要求 u工艺描述： l 中间坯轧制 加热好的板坯经粗除鳞箱除去炉生氧化铁皮后，由辊道送往 E1立辊轧机前侧导板对中后进入E1立辊轧机进行侧压，接着 进入R1四辊可逆粗轧机轧制。 E1立辊轧机与R1四辊轧机是紧凑式布置，轧件在E1轧机和R1 四辊轧机之间形成连轧。E1立辊轧机有宽度自动控制功能（ AWC）和液压短行程功能（SSC），以便控制带坯宽度和改 善头部形状。 R1四辊轧机除设电
9、动压下外，还设有HAGC，以保证带坯厚 度精度。 一块板坯在R1轧机往复轧制5道次，而E1轧机只奇数道次轧 制，偶数道次打开让轧件通过。R1后设置有侧导板，在偶数 道次时将板坯对中。E1前的侧导板，在奇数道次将板坯对 中。 在轧制过程中，根据轧制规程要求，可在轧机入口侧或出口 侧用高压水清除二次氧化铁皮。 经粗轧后，中间坯厚度可达到要求的2540mm。在R1出口 处装设有测宽仪，用于中间板坯的宽度检测。 3.1 2012-3-22第15页 工艺要求 u工艺描述： l 热卷箱、飞剪 粗轧出的合格中间坯再由辊道送往热卷箱，卷成中间坯卷。 根据不同的钢种和规格，中间带坯有经热卷箱卷取和不经过 热卷箱
10、卷取两种方式，其中经热卷箱卷取有两种控制模式： 带坯尾部没有出粗轧机、头部已进入热卷箱，开始卷取；带 坯尾部出粗轧机后，头部才进入热卷箱，开始卷取； 带坯在卷取过程中不但可以保温、减少带坯头尾温差，同时 还可以使带坯表面氧化铁皮疏松及剥落，经随后的精轧除鳞 使中间带坯的表面质量更好，以保证优良的产品表面质量。 保障中间坯进入精轧机轧制在宽度方向温度一致,可改善中 间坯边部的晶粒组织,避免带钢边部产生裂纹, 提高带钢表 面质量。 经热卷箱卷取的中间带坯，头、尾位置互换后，进行开卷， 进入切头飞剪。 带坯经切头飞剪切除头、尾后，经过精除鳞由高压水清除中 间坯表面的次生氧化铁皮后进入精轧机组进行轧制
11、。 3.1 2012-3-22第16页 工艺要求 u工艺描述： l 成品轧制 精轧机组由七架全液压式四辊轧机组成。 为确保带钢的厚度精度，F1-F7设有响应速度高、控制 精度高的全液压压下装置及厚度自动控制系统（AGC） ； 为有效控制带钢的凸度和平直度，F1-F7采用工作辊弯 辊装置和窜辊装置。 精轧机组的穿带速度、加速度、最大轧制速度、各机 架压下量、轧机的工作辊弯辊力等均由计算机按轧制 带钢的品种和规格进行计算和设定，并可动态调整。 为了有效的控制带钢质量，在F7精轧机出口处设有厚 度、宽度检测仪，凸度和平直度检测仪。 精轧机架间设有带钢喷水冷却装置，根据轧制工艺的 要求喷水，以便控制带
12、钢轧制温度和终轧温度。 3.1 2012-3-22第17页 工艺要求 u工艺描述： l带钢冷却（仅对碳钢） 带钢头部从精轧末架F7出来，经输出辊道上的 层流冷却装置冷却，将带钢冷却到规定的卷取 温度（500800左右）。 为提高冷却精度，该层流冷却装置分为粗调段 和精调段，高位水箱布置在输出辊道旁侧。 过程控制计算机系统将根据钢种、规格、终轧 温度、卷取温度的不同要求，对层流冷却方 式、冷却速度和水量进行设定，以保证产品的 机械性能。 3.1 2012-3-22第18页 工艺要求 u工艺描述： l成品卷取 带钢经冷却后，经由伺服液压系统控制的卷取机前 侧导板对中； 带钢头部进入夹送辊，此时进行
13、头部定位； 3个助卷辊设定位置，卷筒直径为待卷直径； 当带钢在卷筒上卷取头3-5圈时，助卷辊在卷取过 程中进行踏步控制，以保证钢卷内圈不产生压痕； 卷3-5圈后，卷筒涨到卷取直径，同时助卷辊打开 ，卷取机在恒张力状态下卷取； 当带钢卷到最后2-3圈时，助卷辊压下，带钢尾部 通过夹送辊时，进行尾部定位，使带钢尾部在钢卷 下部位置。 3.1 2012-3-22第19页 工艺要求 u工艺描述： l钢卷运输、打捆、称重和标印 带钢成卷后，卸卷小车将钢卷从卷取机中取出 并运输到钢卷站； 再由运卷小车运输并上升到一定高度后放置在 钢卷存放台上，然后由钢卷运输小车运输并抬 升到地面上，再由1步进梁运输机取下
14、； 钢卷在1步进梁运输机进行卧式打捆机打捆后 送到钢卷称重装置上进行称重，再由2步进梁 运输机进取走钢卷； 在2步进梁运输机进行人工标印，最后由吊车 将钢卷吊至成品库存放位置。 3.1 2012-3-22第20页 工艺要求 u工艺描述： l工艺流程简图 原料入炉 加热出炉高压水除 鳞粗轧热卷箱 飞剪二次除鳞精轧 层流冷却卷取卸卷、运输、打 捆、称重和标印 3.1 2012-3-22第21页 工艺要求 l 本标的范围 本标范围为从炉前辊道开始，至NO.2步进运输机的所 有设备（含液压系统）的控制系统（含二级）。 中标人负责本标范围内的全套电气传动系统的设备设 计、供货、培训和调试。 中标人负责本
15、标范围内的基础自动化控制系统的设备 设计、供货、培训和调试。 中标人负责全线过程计算机控制系统（含数学模型） 的设备设计、供货、培训和调试。 中标人负责全线网络系统的设计、供货、培训和调 试。 中标人负责全线HMI的设计、供货、培训和调试。 中标人负责本标范围内的变压器、轧线工艺仪表的设 计选型。 中标人为本标范围内的设备设计、设备供货和调试总 负责单位。 3.1 2012-3-22第22页 工艺要求 l 三电系统技术要求 西南不锈1450轧线设备采用交、直流混合传动方式。本轧线总装 机容量为68493.5 KW（不含预留的F7和2#地下卷取机区），其中 粗精轧主电机容量为51000KW，立辊
16、、飞剪、卷取等主辅电机（ 直流）容量为5900KW。 三电系统设计方案应在满足西南不锈1450生产线工艺和设备运转 方案要求的前提下，获得最好的性能价格比； 主要电器元件选用施耐德、SIEMENS、OMRON产品。 液压站控制设备放置在站内，考虑无人值守功能（操作室监控） ； 电气传动系统采用SIEMENS的6SE70和6RA70产品； 基础自动化系统采用SIEMENS的PLC和TDC； HMI采用SIEMENS的WIN CC产品； 网络交换机采用赫斯曼产品； 过程计算机采用1用1备方案； 自动化控制系统尽可能采用远程I/O，并且与传动系统及各子系统 通过通讯网络连接，实现以通信电缆（光缆）代
17、替I/O电缆，大量 减少电缆数量及电缆铺设工作量，使系统更加可靠。 自动化系统应具有较强的系统诊断能力，并提供远程编程和监控 能力。 3.1 2012-3-22第23页 自动控制系统 l 三电系统技术要求 西南不锈1450轧线设备采用交、直流混合传动方式。本轧线总装 机容量为68493.5 KW（不含预留的F7和2#地下卷取机区），其中 粗精轧主电机容量为51000KW，立辊、飞剪、卷取等主辅电机（ 直流）容量为5900KW。 三电系统设计方案应在满足西南不锈1450生产线工艺和设备运转 方案要求的前提下，获得最好的性能价格比； 主要电器元件选用施耐德、SIEMENS、OMRON产品。 液压站
18、控制设备放置在站内，考虑无人值守功能（操作室监控） ； 电气传动系统采用SIEMENS的6SE70和6RA70产品； 基础自动化系统采用SIEMENS的PLC和TDC； HMI采用SIEMENS的WIN CC产品； 网络交换机采用赫斯曼产品； 过程计算机采用1用1备方案； 自动化控制系统尽可能采用远程I/O，并且与传动系统及各子系统 通过通讯网络连接，实现以通信电缆（光缆）代替I/O电缆，大量 减少电缆数量及电缆铺设工作量，使系统更加可靠。 自动化系统应具有较强的系统诊断能力，并提供远程编程和监控 能力。 3.2 2012-3-22第24页 自动控制系统 l一篇综合设计论文为例 l02 宽带钢热连轧生产线自动控制系统综合 设计及应用.doc 3.2 2012-3-22第25页 自动控制系统 l轧线平面布置图 l03 西南不锈1450HMDCMD布置图 20070904.dwg l04 西南不锈1450控制系统配置图.vsd 3.2 2012-3-22第26页 自动控制系统 l二级计算机室 3.2 2012-3-22第27页 自动控制系统 l主电室 3.2 2012-3-22第28页 自动控制系统 l操作室 3.2 2012-3-22第29页