(Khoá luận tốt nghiệp) nghiên cứu hệ thống tự động hóa dây truyền đúc liên tục 3 dòng đi sâu vào lập trình plc cho máy kéo nắn

LỜI MỞ ĐẦU Vị trí gang thép phát triển ngành kinh tế quốc dân Gang thép đóng vai trị quan trọng phát triển ngành kinh tế quốc dân Một quốc gia muốn phát triển độc lập cần phải sản xuất thép đáp ứng nhu cầu nước mà nhập từ nước ngồi Vì vậy, phát triển ngành cơng nghiệp gang thép chủ trương hàng đầu, ưu tiên phủ Sản lượng thép Việt Nam năm 2011 đạt khoảng 4.6 triệu Theo dự đoán năm 2012 mức tiêu thụ thép khoảng 11.7 triệu sản lượng thép đạt khoảng 5.2 triệu Do cầu thép lớn Theo chủ trương Chính phủ, phát triển ngành thép phù hợp với quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội ngành công nghiệp nước.Coi trọng khuyến khích thành phần kinh tế, ngành kinh tế nước liên kết, hợp tác với nước đầu tư xây dựng số tổ hợp mỏ - luyện kim, nhà máy thép liên hợp nhà máy cán sản phẩm thép dẹt quy mơ lớn Trong q trình học tập trường, với giúp đỡ nhà trường khoa Điện Dân Dụng Công Nghiệp em nhận đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu hệ thống tự động hóa dây truyền đúc liên tục dịng sâu vào lập trình PLC cho máy kéo nắn ” Nội dung đồ án gồm chương : Chương 1: Tổng quan công nghệ sản xuât thép dây truyền đúc liên tục dòng Chương 2: Nghiên cứu hệ thống tự động hóa dây truyền đúc liên tục dịng Chương 3: Lập trình PLC S7-300 cho máy kéo nắn Trong trình làm đồ án, giúp đỡ bảo tận tình thầy giáo Th.s Nguyễn Đồn Phong với thầy giáo khoa giúp đỡ em hoàn thành đồ án giao Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Hải Phòng, ngày…tháng…năm 2013 Phạm Văn Thiệu CHƢƠNG TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP VÀ DÂY TRUYÊN ĐÚC LIÊN TỤC DỊNG 1.1 TƠNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP 1.1.1 Cơng nghệ sản xuất thép Hình 1.1.Lưu đồ cơng nghệ 1.1.2 Công nghệ thiêu kết quặng sắt Thiêu kết quặng sắt mục đích để tạo cỡ cục quặng to từ quặng vụn, quặng cám, để nâng cao tính hồn ngun, tức nâng cao hiệu suất luyện gang Qua thiêu kết khử số tạp chất có hại : P, S, As, Pb, Zn với mức độ khác Những năm gần thiêu kết quặng sắt để tăng độ kiềm quặng : thiết kết tự trợ dung qua giảm hẳn loại bỏ không đưa trợ dung sống vào lò luyện gang Nhà máy lựa chọn dây truyền công nghệ thiêu kết băng tải kiểu hút với mặt sàn thiết kế 100 m2 Cơng suất đạt 2400000 quặng thiêu kết/ năm, đảm bảo cung ứng cho lò cao chạy với hàm lượng quặng thiêu kết 80% Hình1.2 Sơ đồ lưu trình cơng nghệ thiêu kết 1.1.3 Luyện gang lò cao Lò Cao luyện 90% gang giới,ra đời trăm năm,lị cao phát triển thể tích đến lị khổng lồ 4500m3, 5000m3 5500m3 So với thiết bị luyện kim khác,lị cao có đặc điểm sau đây: Lị cao làm việc liên tục khơng đổi thời gian dài Tuổi thọ gạch chịu lửa tường lị tới 15 năm đời lị tới 40 năm.Lị cao thiết bị điển hình có cơng suất lớn,ví dụ lị cao 4500m3 sản xuất 10.000 gang/ngày đêm.Mức độ khí hóa sản suất lị cao cao Qúa trình sản suất chủ yếu tự động hóa điều khiển theo chương trình máy tính Các q trình hóa lý xảy lị cao phức tạp: Quá trình trao đổi nhiệt, trao đổi chất; trình khử oxy quặng sắt, trình phân hóa,q trình tạo gang tạo xỉ…Gang xỉ dạng lỏng,dễ dàng tháo chúng riêng biệt khỏi lò,hiệu suất thu hồi sắt cao, đến 98% Để đảm bảo dây truyền công nghệ hoạt động đồng bộ, hiệu quả, tính giới hóa, tự động hóa cao Nhà máy xây dựng lị cao với dung tích 750 m3 lị 1.1.4 Cơng nghệ luyện thép lị thổi oxy Hiện lò thổi oxy làm 60% lượng thép giới Thời gian luyện thép tương đối ngắn phù hợp cơng suất lớn Việc khí hóa, tự động hóa tương đối dễ dàng Nhà máy xây dựng lị thổi LD 90 Ngồi ra, để đảm bảo thời gian thổi luyện, giảm thời gian phân tích mẫu, xác định xác thời gian dừng thổi đặc biệt, dừng thổi chừng để lấy mẫu chờ kết phân tích Nhà máy đầu tư thiết bị phân tich trực tiếp hàm lượng C thép công nghệ laser Hình 1.3 Sơ đồ phân tích hàm lượng C thép laser 1.1.5 Lị tinh luyện Hiện có nhiều loại lò tinh luyện khác nhau, nhiên lò sử dụng rộng rãi với hiệu cao tinh luyện lò thùng Các chức lị thùng sau: Nung nóng thép lỏng điều chỉnh nhiệt độ Khử O2, S tạp chất thép lỏng Điều chỉnh hàm lượng nguyên tố hợp kim thành phần mác thép quy định Thép lỏng qua tinh luyện lò thùng, chất lượng nước thép nâng cao dẫn đến chất lượng sản phẩm đảm bảo 1.2 TỔNG QUAN DÂY TRUYỀN ĐÚC LIấN TC DềNG Quá trình sản xuất thép chủ yếu chia thành khâu lớn luyện thép đúc rót Tác nghiệp đúc rót đúc thép lỏng có thành phần hợp cách thành thép đặc có hình dạng định đáp ứng yêu cầu gia công cán thép rèn dập Có ph-ơng pháp công nghệ thép lỏng đông kết đúc thành thể đặc: - Ph-ơng pháp đúc rót khuôn thép thỏi - Ph-ơng pháp đúc thép liên tục Đúc thép liên tục trực tiếp đúc rót thép lỏng đà đ-ợc luyện xong lò luyện thép thành loại phôi thép nh- phôi tấm, phôi dẹt, phôi vuông phôi tròn cung cấp phôi thép cho loại máy cán để sản xuất loại vật liệu thép quy cách khác Tác nghiệp đúc rót tác nghiệp đặc thù luyện thép cán thép Tính đặc thù biểu trình đông kết biến thép lỏng thành thể đặc Sau thép lỏng đà đông kết thành thể đặc trình cán thép sau có cải tiến chất chất l-ợng thép Đúc thép liên tục rót liên tục thép lỏng nhiệt độ cao vào vài hộp kết tinh có đầu dẫn thỏi đ-ợc làm nguội c-ỡng n-ớc, thép lỏng đông kết nhanh với đầu dẫn thỏi, chờ sau thép lỏng đông kết thành vỏ phôi với chiều dầy định kéo khỏi đầu d-ới hộp kết tinh Nh- vậy, phôi đúc đà đông kết với chiều dầy định đ-ợc liên tơc kÐo khái hép kÕt tinh vµ tiÕp tơc đ-ợc phun n-ớc làm nguội khu vực làm nguội lần hai Phôi đúc có ruột lỏng, vừa dịch chuyển vừa đông kết đông kết hoàn toàn, dùng máy cắt khí oxy máy cắt để cắt thành phôi thép có kích th-ớc định Công nghƯ trùc tiÕp ®óc rãt thÐp láng nhiƯt ®é cao thành phôi thép nh- gọi đúc thép liên tơc Căn vào phương pháp bố trí thiết bị phôi, người ta chia ra: + Hệ thống đúc liên tục thẳng đứng: tồn thiết bị thùng kết tinh, hệ thống trục kéo, máy cắt bố trí theo phương thẳng đứng Đểđúc liên tục, phận cắt phôi định kỳ cắt phôi hạ xuống hệ thống vận chuyển bố trí theo phương ngang Hệ thống tiết kiệm diện tích mặt bằng, chất lượng phơi tốt (vì kim loại nguội xung quanh, điều kiện tạp chất thuận lợi ) có hạn chế địi hỏi chiều cao xây dựng lớn, khó khăn việc bố trí thiết bị, chi phí xây dựng cao áp lực cột kim loại lỏng lớn + Hệ thống đúc liên tục kiểu uốn: thùng kết tinh thẳng bố trí theo phương thẳng đứng, phôi sau khỏi thùng kết tinh kéo xuống theo phương thẳng đứng khoảng cách định, máy uốn uốn cong, sau nắn thẳng tiếp tục kéo theo phương ngang Hệ thống giảm chiều cao thiết bị, phơi cắt theo chiều dài tùy ý uốn phôi dễ bị nứt + Hệ thống đúc liên tục kiểu cong: phôi uốn cong sau khỏi thùng kết tinh cong thùng kết tinh theo bán kính cong số bán kính cong Hệ thống đúc liên tục kiểu cong có chiều cao bố trí thiết bị nhỏ, khơng cần phải bố trí máy uốn, áp lực cột kim loại lỏng nhỏ, chi phí xây dựng thấp đúc đứng, trình đúc điều kiện tạp chất khơng tốt, địi hỏi kỹ thuật đúc phức tạp hơn, việc chọn bán kính cong có ý nghĩa lớn, chọn khơng gây nt phụi quỏ trỡnh kộo Phát triển đúc liên tục xu tất nhiên, tính -u việt đúc liên tục thay cho đúc khuôn là: (1) Tỷ lệ thu hồi kim loại nâng cao 15%, đồng thời nâng cao đ-ợc tỷ lệ thành phẩm phôi thép (2) Tiêu hao nhiệt giảm 50 70% (3) Giá thành sản xuất hạ 10 20% (4) Đầu t- xây dựng giảm đ-ợc 40% (5) Chất l-ợng phôi đúc liên tục nói chung cao thỏi đúc khuôn (6) Cải thiện điều kiện lao động môi tr-ờng tác nghiệp, tiện cho việc thực giới hoá tự động hoá (7) Có thể thực "một lửa thành phẩm", rút ngắn chu kỳ sản xuất 1.2.1 Sơ đồ khối Thùng nước thép Thùng cố Ụ xoay Thùng trung gian Màng tráng Hộp kết tinh Cơ cấu rung Làm nguội lần dẫn giả Thanh dẫn phôi cứng Máy kéo nắn Cơ cấu dẫn phôi Đường lăn trước cắt Máy cắt lửa Con lăn vận chuyển Máy gạt phôi Sàn nguội tịnh tiến Chất đống phôi Hinh1.4 sơ đồ khối cơng nghệ đúc 1.2.2.Quy trình hoạt động Nước thép hợp quy cách sau tinh luyện lò sau cầu trục cẩu thùng nước thép ra,cẩu đến ụ xoay thùng nước thép máy đúc liên tục,qua hệ xoay đưa vị trí đúc rót, mở miệng rót trượt thùng thép,để nước thép chảy vào thùng trung gian.Khi nước thép thùng trung gian đạt đến độ cao định ,bắt đầu rót mước thép qua miệng rót đinh kính chảy vịa hộp kết tinh Khi mặt nước thép hộp kết tinh dâng lên đến mặt kết tinh khoảng 100mm,vỏ đơng đặc đủ dày,thì khởi động máy kéo nắn,lúc cấu rung hộp kết tinh,van nước làm nguội lần, quạt gió thải nước…động thời tự khởi động Căn vào khác loại thép,tiết diện đúc tốc độ kéo,máy tính tự động điểu chỉnh lượng nước làm nguội lần Sauk hi mức dẫn lùi máy kéo nắn,thao tác tự động để phôi rời khỏi dẫn phôi,cơ cấu truyền động giá để dẫn phôi vào giá cất giữ.Đầu phôi qua đường lăn trước máy cắt vào máy cắt lửa(hoặc ga oxi),đầu tiên cắt đoạn đầu,đầu cắt roi vào phễu phế liệu,sau đưa phôi đúc vào sàn nguội,dùng máy gạt sàn nắn phôi,cầu trục gắp phôi bãi 1.2.3 Thông số kỹ thuật công nghệ chủ yếu máy ỳc liờn tc a Điều kiện kết hợp máy đúc liên tục nấu luyện Thiết bị nấu luyện: Lò điện 60T + lò LF60T L-ợng thép bình quân lò: 56T 10 3.2 LP TRèNH CHO MÁY KÉO NẮN 3.2.1 M¸y kéo nắn Hình 3.4 Mỏy kộo nn 1.Tác dụng máy kéo nắn Máy kéo nắn đ-ợc tổ thành phận máy kéo phôi máy nắn thẳng Máy kéo phôi chủ yếu khắc phục loại trở lực chuyển động từ hộp kết tinh đến đầu phôi đúc Máy nắn thẳng tiến hành nắn thẳng phôi đúc chỗ điểm mặt khỏi đoạn hình cung, sau phôi đúc tiếp tục phôi theo tuyến thăng Máy kéo nắn tác dụng kéo phôi nắn phôi mà có tác dụng đ-a dẫn thỏi Phôi đúc kéo máy kéo nắn Do tồn trở lực vận hành nên phôi đúc máy đúc liên tục tự động khỏi máy đúc liên tục mà phải có ngoại lực kéo đ-ợc Vì vậy, phải bố trí máy kéo nắn Máy kéo nắn thực tế lăn có lực truyền động-con lăn kéo phôi Hiện sử dụng rộng rÃi kéo phôi nhiều lăn bố trí lăn kéo phôi v-ơn tới khu hình cung đoạn mặt ngang, thực tế máy kéo phôi đà không 63 Máy nữa, lăn truyền động mà Máy đúc liên tục hình cung, phôi đúc khu vực hình cung có tr-ợt xuống, nh-ng khắc phục đ-ợc trở lực vận hành phôi đúc, nên cần có lăn kéo phôi để tiến hành kéo phôi Trở lực chuyển động phôi đúc Trở lực chuyển động phôi đúc bao gåm bé phËn: Trë lùc hép kÕt tinh, trở lực khu làm nguội lần hai, trở lực máy nắn thẳng trở lực thiết bị cắt Nắn thẳng phôi đúc Phôi đúc đ-ợc đúc từ máy đúc liên tục mà khu làm nguội lần hai hình cung cần đ-ợc tiến hành nắn thẳng (còn phôi đúc đ-ợc đúc từ máy đúc liên tục kiểu đứng, kiểu nằm ngang không cần nắn thẳng) Phôi đúc đ-ợc đúc từ máy đúc liên tục mà khu làm nguội lần hai hình cung, bán kính bán kính cong R Phôi đúc hình cung loại cách tiến hành đ-ợc công đoạn sau nh-: Cắt, vận chuyển, xếp đống cán Vì vậy, phôi đúc phải đ-ợc nắn thẳng sau kéo khỏi khu làm nguội lần hai Ph-ơng pháp nắn thẳng phôi đúc liên tục Theo trạng thái đông cứng phôi đúc nắn thẳng, việc nắn thẳng phôi đúc liên tục chia thành: Nắn thẳng đông cứng hoàn toàn nắn thẳng có ruột lỏng Nếu theo ph-ơng thức bố trí lăn nắn thẳng chia thành: Nắn thẳng điểm, nắn thẳng nhiều điểm nắn thẳng liên tục Chiều dầy phôi đúc t-ơng đối mỏng, nh- phôi vuông nhỏ, phôi chữ nhật nhỏ , chiều dầy phôi đúc t-ơng đối mỏng, đông cứng t-ơng đối nhanh, chiều dài ruột lỏng t-ơng đối ngắn, vào khu nắn thẳng đà đông cứng toàn Nắn thẳng tr-ờng hợp gọi nắn thẳng đông cứng (hoặc nắn thẳn pha đặc) Do phôi đúc đà đông cứng toàn bộ, c-ờng độ t-ơng đối cao, chịu đựng đ-ợc thay đổi t-ơng đối lớn nên sử dụng nắn thẳng điểm 64 Chiều dầy phôi đúc t-ơng đối lớn, nh- phôi tấm, phôi vuông lớn , thời gian đông cứng toàn phôi đúc t-ơng đối dài, chiều dài ruột lỏng t-ơng đối dài, sử dụng nắn thẳng điểm pha đặc bán kính máy đúc lớn Để giảm thiểu bán kính máy đúc, tiến hành nắn thẳn tr-ờng hợp có ruột lỏng, c-ờng độ khu vực hai pha phôi ®óc rÊt thÊp, ®Ĩ ®Ị phßng sù thay ®ỉi øng lực nắn thẳng điểm lớn làm xảy nứt cần sử dụng nắn thẳng nhiều điểm (2 điểm trở nên gọi nhiều điểm) tức nắn thẳng nhiều điểm có ruột lỏng Nắn thẳng có ruột lỏng áp dụng ph-ơng thức nắn thẳng liên tục Nắn thẳng liên tục tức phôi đúc đ-ợc liên tục nắn thẳng biến dạng khu vực nắn thẳng, tỷ lệ thay đổi ứng lực ®Ịu rÊt thÊp, cã thĨ c¶i thiƯn tíi møc tèi đa trạng thái chịu lực phôi đúc, có lợi cho việc nâng cao phôi đúc Hình thức kết cấu máy kéo nắn Hình thức máy kéo nắn thông th-ờng xác định theo số lăn nhiều hay Máy kéo nắn lăn sử dụng cho máy đúc liên tục phôi vuông nhỏ, hai giá máy giống lăn d-ới tổ hợp thành tổ máy kéo nắn, lăn xi lanh dầu truyền động chuyển động lên xuống mô tơ truyền động tiến hành kéo phôi hai lăn lăn d-ới trung gian tổ thành tổ máy nắn thẳng, hoàn thành điểm nắn thẳng Máy kéo nắn lăn loại thực tế máy kéo nắn lăn kéo phôi, điểm nắn thẳng Máy kéo nắn nhiều lăn sử dụng cho máy đúc liên tục phôi tấm, thuộc tổ máy kéo nắn nhiều lăn kéo phôi, nhiều điểm nắn thẳng Yêu cầu máy kéo nắn - Máy kéo nắn phải có đủ lực kéo phôi, khắc phục đ-ợc trở lực điểm phôi đúc - Máy kéo nắn phải có đủ lực nắn thẳng, nắn đ-ợc phôi đúc nhiệt độ quy định - Tốc độ kéo phôi máy kéo nắn phải điều tiết đ-ợc 65 Điều kiện nắn thẳng pha đặc Đối với máy đúc liên tục hình cung, phôi đúc phải đ-ợc nắn thẳng tr-ớc cắt Nắn thẳng có hai ph-ơng thức: Nắn thẳng pha đặc nắn thẳng có ruột lỏng Nắn thẳng pha đặc tức phôi đúc vào khu vực máy kéo nắn phải đông cứng toàn bộ, tiến hành nắn thẳng thuộc nắn thẳng pha đặc Thép lỏng từ rót vào hộp kết tinh đông cứng toàn khu vực nắn thẳng cần có thời gian định, thời gian o có quan hệ nh- sau độ dầy phôi đúc H: o H2 Tức thời gian đông cứng tỷ lệ thuận với bình ph-ơng độ dầy phôi đúc Đối với phôi đúc độ dầy t-ơng đối lớn, đông cứng toàn khu nắn thẳng, phải qua thời gian đông cứng t-ơng đối dài Nh- vậy, giảm tốc độ kéo, nh-ng nh- phải giảm lực sản xuất máy đúc liên tục Do đó, máy đúc liên tục năm gần đây, có phôi đúc có độ dầy t-ơng đối nhỏ áp dụng nắn thẳng pha đặc, nh- máy đúc liên tục phôi vuông nhỏ, máy đúc liên tục phôi mỏng Đối với số mác thép nhạy cảm vết nứt, tốc độ kéo phôi nhanh, cần có đủ thời gian đông cứng, sử dụng nắn thẳng pha đặc Đặc điểm thiết bị máy kéo nắn (1) Nắn thẳng liên tục làm nguội n-ớc hoàn toàn, giá máy riêng dòng, thay nhanh (2) lăn, truyền động (3) Sử dụng hộp giảm tốc kiểu lắp trục tháo lắp thuận tiện, hộp giảm tốc truyền động mặt cứng bánh nghiêng cấp (4) Giá má, đế ổ trục, lăn, hộp giảm tốc thông n-ớc làm mát bên có bọc n-ớc cách nhiệt phôi đúc 66 (5) Mặt lăn hàn đắp hợp kim chịu mài mòn nhiệt độ cao 10 Thông số kỹ thuật chủ yếu Con lăn truyền động: 1cái ( 350mm 250mm) Con lăn d-ới truyền 1cái ( 350mm 250mm) (có mép bánh răng) động: Con lăn tự do: 3cái ( 350mm 250mm) Môtơ Số l-ợng: Kiểu: YZPFE 132S-4-B5 Công suất: 5.5kW Vòng quay: 1440v/phút Hộp giảm tốc Số l-ợng: Kiểu: Phi tiêu chuẩn (kỹ thuật chuyên ngành tâm trung) Tỷ số truyền động: 430.25 Xi lanh thuỷ lùc KiÓu: KiÓu B1 ( 160/ 90-630) KiÓu B2 ( 160/ 90-360) áp lực thuỷ lực: Đ-a dẫn thỏi ~7MPa KÐo ph«i (nãng) ~3MPa M«i chÊt thủ lùc: Glycol Tèc độ tuyến mặt cắt 0.4~5m/min lăn: 67 3.2.2.Cỏc a vào Địa Chức I8.4 Khởi động van tiến trước xilanh nắn phôi I8.5 Khởi đông van lùi sau xilanh nắn phôi I9.2 Chỉ thị xilanh nắn phơi đến vị trí giới hạn I9.3 Chỉ thị xilanh nắn phơi lùi sau đến vị trí I11.4 Xilanh tích trữ phơi tự động I11.5 Xi lanh tích trữ phơi tiến trước I11.6 Xilanh tích trữ phơi lùi sau I12.1 Hạn vị tiến trước xilanh nắn phôi I12.2 Hạn vị lùi sau xilanh tích phơi M0.2 Mạch xung giây M5.4 Xilanh đón phơi tiến trước đến vị trí giới hạn M5.6 Xilanh nắn phơi lùi sau đến đến vị trí gới hạn 68 3.2.3 sơ đồ thuật tốn Hình 3.5 Sơ đồ thuật tốn 69 3.2.4 Chƣơng trình cho máy kéo nắn 70 71 72 73 74 75 76 KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian thực đề tài tốt nghiệp, với giúp đỡ tận tình thầy giáo, bạn bè, đến em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Trong đề tài em tìm hiểu thực yêu cầu sau: Tìm hiểu hệ thống đúc liên tục dịng Tìm hiểu hệ thống tự động hóa dây truyền đúc Đi sâu lập trình PLC cho máy kéo nắn Tuy nhiên thời gian có hạn trình độ kinh nghiệm thân cịn nhiều hạn chế nên đề tài thực nhiều thiếu sót Em mong nhận bảo, sửa chữa đóng góp ý kiến thầy bạn để đồ án hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn bảo, hướng dẫn tận tình thầy ThS Nguyễn Đồn Phong thầy cô khoa, bạn bè giúp đỡ em trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày…tháng…năm 2013 Sinh viên thực Phạm Văn Thiệu 77