реальной трещиностойкости металла в сердцевине валков из разных марок
стали, подвергнутых улучшению.
Продолжительность выдержки при поддержании температуры бочки валка на
уровне температуры нагрева ТН зависит от желаемой глубины прогрева
поверхностного слоя до температуры аустенизации АС3. В свою очередь,
оптимальная величина прогрева зависит от прокаливаемости стали и
интенсивности охлаждения. Суть процесса заключается в следующем.
При увеличении глубины аустенизированного слоя растет и глубина
закаленного слоя, но только до определенной величины, ограниченной
возможностями стали (прокаливаемостью) и спрейерной установки (максимальной
интенсивностью охлаждения).
Рост глубины прогрева свыше этого оптимального значения приводит к
накоплению излишнего тепла в валке, что начинает снижать скорость
охлаждения на границе закаленного слоя, повышает температуру на оси валка и
приводит к росту остаточных напряжений. Вкратце этот принцип следует
охарактеризовать так: не следует прогревать валок больше необходимого.
В качестве иллюстрации на рисунке 1.3 для валка диаметром 1200 мм
показаны зависимости глубины аустенизированного слоя LА и закаленного слоя
LЗ (закаленным слоем условно принят слой с твердостью выше 45HS, что
соответствует наличию в структуре не менее 50% бейнитно-мартенситной смеси)
от продолжительности нагрева при температуре поверхности ТН=950(С (сталь
75ХМФ) и ТН=920(С (сталь 90ХФ). Нагрев до температуры ТН проводился со
скоростью 300(С/ч по металлу, охлаждение – с максимально возможной для
данной спрейерной установки, которая допускает проводить охлаждение с
максимальной плотностью орошения от 1.14 кг/м2(с (валок диаметром 2000 мм)
до 1.9 кг/м2(с (валок диаметром 1200 мм).
Рисунок 1.3 – Зависимость глубины аустенизированного слоя LЗ (а) и
температуры центра ТЦ (б) от продолжительности прогрева при градиентном
нагреве валка диаметром 1200 мм.
Из рисунка 1.3 видно, что увеличение продолжительности прогрева свыше
1 ч практически не увеличивает глубину закаленного слоя для валка из стали
75ХМФ и 90ХФ. При этом прогрев свыше 1.5 ч даже снижает глубину закаленного
слоя в валке из стали 90ХФ. Дополнительным аргументом в пользу ограничения
продолжительности нагрева служит тот факт, что при выдержке температура
центра растет довольно интенсивно, что будет сопровождаться увеличением
остаточных напряжений.
При выборе оптимальной продолжительности прогрева следует учитывать,
что с ростом выдержки при температуре аустенизации увеличиваются остаточные
напряжения в валке после закалки, поэтому этот параметр надо выбирать с
учетом ограничений на уровень остаточных напряжений.
В свою очередь, уровень остаточных напряжений можно определить, только
выбрав режим охлаждения, который зависит от режима нагрева. Таким образом,
параметры нагрева и охлаждения оказываются взаимозависимыми. Это означает
необходимость многовариантных (многопараметрических) расчетов на стадии
проектирования режима для определения оптимальных значений параметров ДТО.
2. Назначение, структура и состав АСУ ПСН
1.2.1 Назначение
ПСН предназначена для скоростного нагрева бочки валка (предварительно
подогретого в печи с выкатным подом до температуры 400-550(С) с постоянной
скоростью 100-300(С/ч (по металлу) до температуры закалки 920-970(С и
последующей выдержкой в течение 45-60 мин. В результате нагрева в ПСН в
валке формируется градиентное распределение температуры с прогревом
поверхностного слоя на заданную глубину.
Спрейер предназначен для регулируемого охлаждения бочки валка, при
этом на первом этапе используется интенсивное водяное охлаждение с
максимальным расходом воды в течение 30-60 мин. На втором этапе применяется
мягкое водо-воздушное охлаждение с регулируемым расходом воды в течение 75-
145 мин.
Оборудование системы управления (СУ) ПСН предназначено для управления
тепловым режимом печи скоростного нагрева в ручном и автоматизированном
режиме.
Оборудование СУ спрейера предназначено для управления режимом
охлаждения на спрейерной установке в ручном и автоматизированном режиме.
Оборудование системы управления предназначено для работы в следующих
условиях:
- номинальное значение климатических факторов внешней среды по ГОСТ 15150-
69, ГОСТ 15543-70 для климатического исполнения У;
- температура окружающей среды от +5(С до +50(С, окружающая среда не
взрывоопасная, с содержанием коррозионно-активных агентов в атмосфере
типов I и II по ГОСТ 15150-69, верхняя концентрация инертной пыли (в т.ч.
токопроводящей) в воздухе не более 10 мг/м(;
- питание осуществляется от трехфазной сети переменного тока;
- колебания напряжения питания относительно номинального в пределах 0,85 –
1,1;
- по способу обслуживания шкафов и пультов с размещенными в них
техническими средствами АСУ выполнены одностороннего обслуживания с
доступом спереди;
- для защиты персонала от поражения электрическим током при прикосновении
к электрооборудованию и для уменьшения помех в цепях управления применена
система шин для заземления и выравнивания потенциала PE, заземление
экранов кабелей и проводов.
1.2.2 Структура и состав АСУ
Работа автоматизированных систем управления СУ ПСН и СУ спрейера
основана на принципах управления технологическими процессами с
использованием одного микропроцессорного контроллера, осуществляющего
одновременное управление обеими установками в реальном масштабе времени.
Для связи между отдельными электронными устройствами системы управления
(контроллер, децентрализованная периферия, панель оператора и промышленный
компьютер) организованы локальные сети управления MPI и Profibus DP
(Европейский стандарт EN 50 170).
Архитектура системы управления построена по двухуровневой схеме:
- нижний уровень управления;
- средний уровень управления.
Нижний уровень управления (НУУ) включает в себя модули
микропроцессорного контроллера SIMATIC S7 - 315 DP с цифровыми и
аналоговыми входами-выходами и его децентрализованную периферию (удаленные
входы-выходы), объединенную сетью PROFIBUS DP. Оборудование НУУ
осуществляет сбор информации с пультов, шкафов и датчиков, ее
предварительную обработку и передачу на средний уровень управления, а также
выдачу управляющих воздействий на исполнительные механизмы установки в
зависимости от алгоритма управления.
Средний уровень управления (СУУ) представляет собой промышленный
компьютер SIMATIC RI25P, панель оператора ОР7 и микропроцессорный
контроллер SIMATIC S7-315DP объединенные сетью MPI. Оборудование СУУ
предназначено для ввода параметров технологического процесса, программного
управления, контроля, диагностики и протоколирования хода технологического
процесса .
В состав системы управления входят:
- шкаф контроллера;
- шкаф электрооборудования, КИП и А;
- шкаф компьютерный;
- пульт управления;
- датчики технологических параметров и электрооборудование на
механизмах ПСН и спрейерной установки.
1.2.3 Управление тепловым режимом ПСН с помощью системы управления
на базе микропроцессорного контроллера
Система управления тепловым режимом ПСН реализована на принципах
управления технологическим процессом в режиме реального времени на базе
микропроцессорного контроллера и предназначена для решения следующих задач:
- подготовки и задания переменных технологического процесса и
настройки параметров регулирования;
- управления автоматикой безопасности печи;
- управления розжигом горелок;
- регулирования температуры поверхности бочки прокатного валка или
температуры печи;
- регулирования соотношения «газ-воздух»;
- регулирования давления в рабочем пространстве печи;
- визуализации, контроля, диагностики и протоколирования хода
технологического процесса.
В состав системы управления функционально входят следующие подсистемы:
- подсистема измерения технологических параметров;
- подсистема визуализации, контроля, диагностики и протоколирования;
- подсистема автоматического регулирования;
- подсистема автоматики безопасности.
-
1.2.4 Подсистема измерения технологических параметров
Подсистема измерения технологических параметров предназначена для
сбора и обработки информации от аналоговых и дискретных датчиков
К контролируемым аналоговым параметрам относятся:
- температура газовой среды в трех точках рабочего пространства печи
(около торцевых стенок и посередине печи);
- температура поверхности нагреваемого металла;
- температура отходящих газов перед дымовым клапаном;
- температура отходящих дымовых газов после воздушного клапана на
дымопроводе;
- давление в рабочем пространстве печи:
- расход газа на печь;
- расход воздуха на печь;
- положение заслонок газа, воздуха и дымоудаления.
Контроль температуры в рабочем пространстве печи осуществляется с
помощью термопар типа ТПР-1788.
Контроль температуры нагреваемого металла производится автоматическим
оптическим пирометром ARDOCELL PZ20 фирмы Siemens.
Контроль температуры отходящих газов осуществляется с использованием
термопар ТХА-2388.
Давление в печи измеряется измерительным преобразователем «Сапфир-22М-
Страницы: 1, 2, 3
