欧瑞变频器在高速线材线轧钢厂的应用

发布时间:2008-9-18    发布者:欧瑞传动电气有限公司

  • 摘要:本文介绍了中小轧钢厂的发展状况,并以江苏戴南为例,介绍了采用欧瑞传动的变频调速系统前后的生产效率、节能情况。

    一、综述:

      坐落于苏中地区,以戴南为中心的三市七镇是中国重要的不锈钢产业集聚地。在当地拥有上千家从事不锈钢产品加工的民营企业。该地区已经形成了废旧钢铁回收、中频冶炼、钢锭浇铸、钢胚锻造、不锈钢零部件制造、线材扎制、无缝拉管、酸洗处理、冷拉不锈钢丝、直到产品销售的数条完整产业链。

      2003年,欧瑞传动电气有限公司的变频器产品逐步开始为该地区的酸洗处理、冷拉钢丝、退火处理、钢丝成绳等工序提供服务。欧瑞传动电气有限公司产品以其优良的品质、完善的服务及与当地合作伙伴的紧密配合、诚信经营的市场理念,在当地用户中赢得了良好的口碑。

      随着当地不锈钢产业的飞速发展,当地一些陈旧的生产设备已经不能适应高效的产能需求。各企业纷纷对各种生产设备进行技术改进和更新,提高设备生产效率、减少能耗、降低生产成本。

      在这个过程中欧瑞传动电气有限公司与其合作伙伴一起为当地企业提出并实行了一些电气控制系统的改进方案,使当地的一些陈旧设备又恢复了新的生机。一些老设备的生产效率和自动化程度得到了大副提高,设备的能耗也大大减少。

    二、原状况分析:

      2004年之前,戴南地区用于轧制5.5mm线材的轧机大多采用大功率交流电机直接拖动的横列式二棍轧机、横列式三棍轧机、复二棍横列轧机或半连续轧机。横列式两棍轧机示意图如下图所示:

     

      这种横列式的轧机存在着:工人劳动强度大、终轧温度低、头尾温差大、产品质量差、产品废品率高、设备能耗大、只适合小批量生产等明显缺点。

      面对着市场的快速膨胀和客户对产品质量要求的提高,各线材加工企业开始想办法提高生产效率和产品质量。开始了对老设备进行技术改进和更新。由于目前该地区从事线材加工的企业大多都是一些民营的小企业,没有资金购买几个亿甚至几十个亿购买国外先进设备。只能将原来的设备进行改造,把原来的横列式布局改成纵列式连续轧机或半连续轧机。二棍式连续轧制线的局部如下图所示:

      这是国内目前采用较多的形式,这种布局形式的自动化程度相对与横列式的排布要高的多,工人的劳动强度大副降低、产品轧制的连续性很高。轧制一个盘卷只需要十几秒至二十几秒。由于轧制过程中线速度较快,所以线材在轧制过程中会产生一定的温升。在横列布局中出现的前后温差大或轧制过程中出现冷条、出现废钢的现象避免了,产品质量获得很大提高。

      在纵列布局中也有许多方案可以选择。如:一种是采用一台大功率交流电机拖动多架轧机(常见的有一台电机拖动二至六架扎机),各架轧机之间依靠严格的传动比计算实现均匀的走钢张力,避免出现“拉钢”和“堆刚”现象。但是由于积累误差及轧辊的不断磨损等因素的影响,该方案仍不能保持均匀的走钢张力。“拉钢”和“堆钢”现象仍然存在,产品质量难以保证。同时生产效率也较低、废钢率相对较高。另一个方案是,每一架轧机由一台直流电机动机拖动。前后两架轧机的速度可以由直流电机调速器进行调整,避免了“拉钢”和“堆钢”的现象。再加上直流电机调速系统拥有良好的力矩特性,所以该方案在很长的一段时间里都是线材轧机驱动系统的首选的方案。同时个别企业也考虑到了直流调速,但直流调速系统价钱昂贵、直流电机维护费用高等原因困惑。所以2004年开始一些企业试图尝试由变频电机和变频器组成的交流电机驱动系统作为连续式轧机的动力源。

      在实施交流电机驱动系统的时候许多客户也考虑到了交流电机驱动系统用于轧钢机可能存在一个问题:轧钢设备在轧钢过程中电动机会产生二倍至三倍于电动机的额定电流。交流电机直接拖动时,电动机是可以承受的;直流调速系统由于有良好的转矩特性也能抑制电机电流的上升;普通通用变频器的抗过载能力相对于以上的两种驱动方式要小的多,最大只能承受额定电流的200%的过流能力,要承受轧钢机如此大的冲击电流似乎难以胜任。实际上已有一些外品牌变频器供应商和变频器生产厂家尝试在轧钢机上应用,但都因为没有充分考虑这个问题而失败。

    三、改造介绍:

      2004年,欧瑞传动电气有限公司联合其在当地的合作伙伴与国内经验丰富的轧钢机机械设计工程师进行了交流变频器应用于连续式轧钢机驱动系统的可行性研究。三方在对连续式轧钢机的机械特性、前后轧机的线速度的关联关系、轧机所需要的轧制力、轧钢工艺的改进和变频器的工作特性等方面进深入的探讨和研究后认为:在对轧机的传动比进行合理的调配和优化;改善变频器的力矩特性,特别是加强轧机咬钢时的力矩提升;加强变频器内部对电流瞬间突升的抑制能力;解决前后轧机“拉钢”造成的变频器内部电压突升问题;使驱动控制系统实现对轧机工作过程的适时监控和记录(如记录每一台轧机的工作电流、工作电压、线速度、故障记录等信息。);使控制系统能对生产工艺进行存储记录,并方便随时调用等问题解决后交流变频器应用于连续式纵列轧钢机应该是可行的。因此,欧瑞传动电气有限公司在详细的了解了轧钢机的工作特性、并经过在苏中不锈钢产业基地的轧钢线上进行多次实验和控制系统的功能验证后,专门开发了“高速线材机专用变频器”和点对点联合控制的“纵列式连续线材轧机控制系统”。见下图:

     

     

      “高速线材机专用变频器”采用了Modbus通讯协议,可以与上位机控制系统直接通讯。适时的将轧钢电机的工作状态信息发送给“纵列式连续线材轧机控制系统”中的上位机。上位机再根据变频器反馈的数据及DCS采集的张力信号判断设备的工作状况(如是否有“拉钢”或“堆刚”现象)自动(或手动)调整轧钢机前后的轧钢张力和线速度;在抗大电流冲击方面“高速线材机专用变频器”一方面加大了过流容量,另一方面在滤波电路中加强了对脉冲尖峰的削峰幅值降低尖峰电流影响;在克服“拉钢”造成的直流母线电压突升方面采用了直流共母线技术,对变频器内部的电压突跳进行平抑;为满足轧机的对高轧制力矩的要求,变频器的输出力矩作了优化提升。

      “纵列式连续线材轧机控制系统”采用了工控机或商业PC做为上位机,实现人机对话。在系统的操作和调整方面,采用了系统自动调整和人工手动操作两个方案。在系统的组成方面由变频器直接和上位机通讯上传电动机的工作状态信息,接受上位机发送的指令;由DCS采集轧机的走钢张力与变频器传回的信息共同作为工控机自动调整轧机速度的数据依据;手动控制部分由PLC接受外围手动按钮发出的“启动”、“停机”、“升速”、“降速”指令,经隔离和逻辑组合排序后发往变频器。该系统可方便的在自动控制方式和手动控制方式之间转换,客户可根据需要和操作习惯进行选择。

    四、结束语:

      从2004年至今,欧瑞传动电气有限公司的高速线材机专用变频器已经在苏中地区成功的改造了五条四到八道轧机的横列式线材轧制线,同时也已成功的配套了六条十三道轧机的纵列式连续线材轧制线。前后经过三年的使用和完善,变频器及其控制系统工作稳定;设备实现了较高的自动化水平;线材轧制速度大副提高,轧制一条盘卷只需要15秒到23秒的时间,轧制两个盘卷之间的时间间隔缩短到3至7秒;通过控制系统的自动调整或人工微调基本解决了“一拖多”的控制方式中存在的“拉钢”和“堆钢”现象;产品的成品率大大提高,产品质量有了很大提升、产品的微观品相更趋完美;相对于“横列轧机”和“一拖多”的纵列轧机,设备能耗大幅降低;由于设备自动化程度的提高,工厂各工段工人的劳动强度大幅降低,劳动成本下降。

      经过十几条流水线的实际验证,目前欧瑞传动电气有限公司的“高速线材机专用变频器”和“纵列式连续轧机控制系统”应用在中小型线材轧机已经比较成熟;国产交流变频器驱动系统应用于中小型线材轧机取得了阶段性成功。             

    参考文献、资料:

    王廷溥主编:《轧钢工艺学》,冶金工业出版社,北京,1981。

    赵述曾编写:《   线材轧制》,www.baicle.com百科在线,2007。

    黄华清主编:《轧钢机械》:冶金工业出版社,北京,1980。

    王廷溥主编:《轧钢工艺学》,冶金工业出版社,北京,1981



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