Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống cán thép tấm

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH : TỰ ĐỘNG HÓA NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÁN THÉP TẤM BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HD KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS T.S NGUYỄN NHƯ HIỂN ĐỖ ĐỨC TUẤN Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Thái Nguyên, 2011 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tổng hợp tài liệu riêng tôi, số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Học viên Đỗ Đức Tuấn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Nước ta phấn đấu đến năm 2020 trở thành nước công nghiệp có trình độ phát triển Chiến lược năm tới phải đưa đất nước phát triển nhanh bền vững, xây dựng kinh tế tự chủ, chủ động hội nhập có hiệu với kinh tế quốc tế tiếp tục đổi sâu rộng Ngành thép ngành công nghiệp then chốt kinh tế quốc dân, đầu vào cho nhiều ngành công nghiệp khác Thép đánh giá vật tư chiến lược có vai trò quan trọng nghiệp CNH-HĐH đất nước Sản phẩm thép đa dạng phải kể đến thép (lá) dạng sản phẩm cán kinh tế Từ thép thép băng người ta sản xuất thép ống, thép hình uốn, loại kết cấu hàn sản phẩm dập đa dạng Ở nước ta, định hướng phát triển nghành luyện kim dự kiến tổng nhu cầu thép vào năm 2010 6.400.000 tấn, có 3.500.000 thép 2.900.000 thép hình dây Như khối lượng thép tấm, chiếm gần 55% tổng sản phẩm thép cán Hiện nước ta có nhà máy cán thép công ty TNHH thành viên Thép Cái Lân hoạt động Hệ thống cán thép nghiên cứu sử dụng rộng rãi sở nghiên cứu thực nghiệm hầu hết công trình không xét đến ảnh hưởng phi tuyến hệ thống thủy lực mô hình tương đối đơn giản phạm vi ứng dụng hẹp Một vấn đề quan trọng điều khiển trình cán cần cải thiện thời kỳ độ Xuất phát từ lý trên, tác giả lựa chọn đề tài “ Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống cán thép tấm” Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Do một phần khối kiến thức dùng để nghiên cứu , giải quyết những vấn đề lớn đề tài thuộc lĩ nh vực Công nghệ cán thép , tác giả phải tự học một thời gian ngắn , tài liệu tham khảo để phục vụ cho luận văn gặp nhiều khó khăn, thời gian nghiên cứu luận văn và khả tự ngh iên cứu của tác giả còn hạn chế, nên tránh khỏi thiếu sót Rất mong quan tâm, góp ý Thầy, Cô đồng nghiệp để tác giả lĩnh hội bổ sung cho chương trình nghiên cứu, nâng cao trì nh độ của bản thân ngày một tố t Để luận văn hoàn thành thời hạn, với nỗ lực thân, tác giả nhận nhiều giúp đỡ; trước tiên tác giả xin chân thành cảm ơn PGS T.S Nguyễn Như Hiển, thầy hướng dẫn khoa học giúp tác giả hoàn thành luận văn Ngoài ra, tác giả xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Chính Minh thầy (cô) khoa điện, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm giúp tác giả hoàn thành luận văn / Thái Nguyên, tháng năm 2011 Học viên Đỗ Đức Tuấn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Ch-¬ng Giíi thiÖu c«ng nghÖ c¸n thÐp tÊm Chƣơng GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ CÁN THÉP TẤM Thép hay gọi thép dạng sản phẩm cán kinh tế Từ thép thép băng người ta sản xuất thép ống, thép hình uốn, loại kết cấu hàn sản phẩm dập đa dạng Chế tạo dạng ống thép hình nhẹ từ thép thép băng (có độ dày nhỏ so với sản phẩm ống thép hình cán) cho phép tiết kiệm 10- 15% kim loại Ở số nước công nghiệp phát triển, tỷ trọng thép thép băng tổng khối lượng sản phẩm cán chiếm tới 50- 70% Cùng với gia tăng nhu cầu thép băng thép nói chung, khối lượng sản phẩm thép không ngừng tăng nhanh, chiếm tỷ trọng 40% tổng sản phẩm thép băng Ở nước ta, định hướng phát triển ngành luyện kim dự kiến tổng nhu cầu thép vào năm 2010 6.400.000 tấn, có 3.500.000 thép 2.900.000 thép hình dây Như khối lượng thép tấm, chiếm gần 55% tổng sản phẩm thép cán Để đảm bảo nhu cầu nêu trên, dự kiến xây dựng, phân bổ phát triển lực thiết bị nhằm cân đối nhu cầu sản phẩm đề xuất cho giai đoạn đến 2005 2010, bao gồm nhà máy cán nóng, cán nguội thép băng liên tục với tổng sản lượng dự kiến đến 2010 tới triệu tấn/ năm [1] 1.1 PHÔI CHO SẢN XUẤT THÉP TẤM VÀ THÉP BĂNG CÁN NÓNG Để sản xuất thép người ta sử dụng phôi slab thép thỏi Slab phôi có tỷ lệ chiều rộng chiều dày khoảng 312 Kich thước phổ biến slab, dùng cho máy cán đại là: HBL = (100 300) mm  (600  320)mm  (1500  14000 mm, khối lượng đạt (35  45) T Theo phương pháp sản xuất, slab chia làm hai loại: slab đúc slab cán Slab cán cán từ thỏi máy bluming, luming-slabing slabing Khi cán slab máy bluming, luming-slabing người ta áp dụng lần cán biên Do vậy, bề rộng lớn slab bị hạn chế khoảng cách nâng trục cực đại Các máy bluming sản xuất slab với chiều rộng lớn (800100) mm, máy blumming-slabing -(1600 1900)mm [1] Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 http://www.lrc-tnu Ch-¬ng Giíi thiÖu c«ng nghÖ c¸n thÐp tÊm Slabing loại máy cán chủ yếu dùng để sản xuất slab cán Slab cán máy đảm bảo hình dạng, kích thước chất lượng gia công Khoảng cách hai trục đứng hai trục lớn cho phép cán slab có bề rộng đến 2240 mm Quá trình cán máy slabing tiến hành với số lần đảo chiều số lần cán Cho nên suất máy cán slabing lớn nhiều so với máy cán slab khác Sản xuất slab từ thỏi phương pháp cán có nhiều điểm hạn chế: - Hệ số tiêu hao kim loại lớn - Qui trình công nghệ phức tạp, tốn thời gian lượng - Slab có không đồng tính không đồng thành phần hóa học tổ chức thỏi gây nên Sản xuất slab phương pháp đúc liên tục khắc phục hầu hết nhược điểm kể Do có đồng thành phần hóa học tổ chức nên chất lượng slab đúc cao slab cán Ngoài ra, phương pháp đúc liên tục cho phép giảm cách đáng kể hiệu số tiêu hao kim loại, lượng thời gian cho qui trình công nghệ Chính mà giá thành slab đúc thấp nhiều so với slab cán Do có ưu điểm kinh tế - kỹ thuật nêu trên, phương pháp đúc liên tục slab áp dụng cách rộng rãi trở thành phương pháp sản xuất phôi chủ yếu cho máy cán thép Cán thép từ phôi slab phương pháp công nghệ hợp lí Bằng phương pháp này, ta nâng cao tính, chất lượng bề mặt thép thành phẩm, đồng thời giảm đáng kể hệ số tiêu hao kim loại, tăng suất mở rộng rộng chủng loại sản phẩm máy Kích thước khối lượng slab xác định vào kích thước sản phẩm Đối với máy cán tấm, phôi slab có chiều dày nhỏ chiều rộng (hoặc chiều dài) chiều rộng thành phẩm phôi có kích thước tối ưu Các phôi cho phép giảm tối đa số lần cán cách nâng cao suất máy Chiều dài phôi thường bị hạn chế chiều dài thân trục cán, lẽ phôi có chiều dài vượt chiều dài thân trục, ta áp dụng sơ đồ cán ngang để tạo bề rộng cho thép thành phẩm Ở máy cán lớn, khối lượng slab lên tới 40T Khi cán máy cán thép băng rộng liên tục bán liên tục, người ta dựa vào khả ép giá cán, kích thước lò nung phôi, đặc điểm tính thiết bị phụ để tính toán kích thước slab Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 http://www.lrc-tnu Ch-¬ng Giíi thiÖu c«ng nghÖ c¸n thÐp tÊm Khi chọn kích thước tối ưu cho slab, ta cần ý đến khả tính hợp lí việc sản xuất chúng máy cán phôi hay thiết bị đúc liên tục 1.2 ĐẶC ĐIỂM, THÀNH PHẦN VÀ CÁCH BỐ TRÍ THIẾT BỊ Ở CÁC NHÀ MÁY CÁN TẤM Chiều dài thân trục cán máy cán xác định theo chiều rộng thép thành phẩm Chiều rộng lớn sau cán phải nhỏ chiều dài thân trục từ 200 mm đến 400mm Các máy cán gồm hai giá phân bố nối tiếp Số lượng giá cán xác định vào suất cần thiết yêu cầu chất lượng thép thành phẩm Với suất (300.000  500.000) T/năm, người ta thường đặt máy cán giá Máy hai giá cán cần trường hợp yêu cầu suất cao Các giá cán máy cán thường kiểu trục (duo) đảo chiều, trục (kvarto) trục vạn ( trục ngang kết hợp với trục đứng) Kiểu giá trục, với trục nhỏ không truyền động (trio Lau ta) Các giá cán duo trio lauta có độ cứng thấp, thường gây nên độ không đồng ngang dọc đáng kể chiều dày thép cán Đối với giá cán trio lauta, cần phải có bàn nâng hạ bố trí hai bên giá cán, hệ thống thường nặng nề, mặt làm hạn chế khối lượng kích thước thép cán, mặt khác tốc độ quay trục cán không đổi suốt trình cán sản phẩm, nên tải trọng động trục cán ăn thép lớn Ngoài giá cán trio lauta lượng thép lần cán thường bị hạn chế thời gian nghỉ hai lần cán tương đối dài Chính nhược điểm mà nay, xây dựng xưởng cán mới, kiểu giá cán trio lauta không dùng nữa, giá cán duo sử dụng làm giá cán thô máy cán hai giá Kiểu giá kvarto sử dụng rộng rãi So với kiểu giá cán khác (ít trục hơn), giá cá kavarto có độ cứng cao hơn, đảm bảo độ xác chiều dày thép thành phẩm Để cán thép có mặt biên gia công, người ta sử dụng giá cán kvarto vạn Các giá thường dùng làm giá cán tinh nhà máy cán tấm, băng dày hẹp Tuy nhiên hiệu suất sử dụng giá cán vạn máy cán dày không cao, cán rộng tương đối mỏng, áp dụng lượng ép biên để tránh cho thép bị uốn cong theo chiều ngang Một số nhà máy luyện kim cũ giới sử dụng máy cán giá triolauta Các nhà máy thường có chiều dài thân trục 1800  3850 mm, đường kính trục 650  1000 mm, đường kính trục 450  780 mm Hai trục truyền động từ động điện xoay chiều, qua Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 http://www.lrc-tnu Ch-¬ng Giíi thiÖu c«ng nghÖ c¸n thÐp tÊm hộp giảm tốc bánh đà Các máy thường cán dày  32 mm với tốc độ 2,5  3,5 m/s Các máy cán triolauta giá không chế tạo Ở máy cán giá, giá kvarto, người ta thường đặt thêm trục đứng, có nhiệm vụ đánh gỉ, gia công mặt biên chiều rộng Trên hình 1.1 trình bày sơ đồ bố trí thiết bị máy cán gia kvardo 1050/2150  4300 (cộng hòa liên bang Đức) Máy cán có chiều dày đến 40 mm, chiều rộng đến 4160 mm, từ phôi slab có khối lượng đến 40T Phôi trước cán nung liên tục với công suất 206T/h Năng suất máy đạt ( 900 000  1000 000) T/năm Mỗi trục làm việc truyền động từ động riêng, công suất 3725KW Vận tốc cán đạt 6m/s Giá cán có khả chịu tải đến 8850 T Máy trang bị hệ thống tự động điều chỉnh chiều dày cấu chống uốn trục tựa, cho phép cán sản phẩm với tốc độ xác độ phẳng cao Lực chống uốn đầu trục đạt tới 1470 T Hình 1.1 Sơ đồ bố trí thiết bị máy cán giá đảo chiều kvarto 4300[1] 1- bàn cân phôi;2- lò nung liên tục;3- giá cán đảo chiều kvarto; 4- máy nắn nóng; 5- máy cắt lửa; 6- giàn làm nguội; 7- giá kiểm tra nghiệm thu sản phẩm (có trang bị máy lật tấm); 8- máy cắt đầu, đuôi; 9- máy cắt dọc;10- máy cắt mép biên; 11- lò thường hóa; 12- máy cắt ngang; 13- máy nắn nguội Trước giá cán người ta đặt thiết bị đánh gỉ thủy lực, áp suất nước đạt tới 170 at Sau giá cán máy cán nóng, nắn thẳng thép có chiều dày đến 95 mm Máy cán trang bị máy cắt đầu, đuôi, cắt phân đoạn cắt mép biên, máy nắn nguội lò thường hóa có chiều dài 75m, rộng 4,5m, cho phép nung thép có chiều dài đến 30m, rộng đến 4,1m với nhiệt độ 500  11000C Do nhu cầu đa dạng hóa chủng loại sản phẩm thép từ mác thép cacbon thép hợp kim, với yêu cầu ngày cao chất lượng bề mặt độ xác sản phẩm, máy cán liên hợp duo kvarto máy cán có khung giá di động sử dụng cách rộng rãi Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 http://www.lrc-tnu Ch-¬ng Giíi thiÖu c«ng nghÖ c¸n thÐp tÊm Máy liên hợp có cấu tạo gồm giá kvarto trục cán (duo), có chiều dài thân trục nhỏ chiều dài thân trục giá cán kvarto, gá đặt nhờ hệ thống dầm ngang đặc biệt Do đó, máy liên hợp thay phần vai trò hai giá cán: slabing giá cán kvarto, cho phép sản xuất thép có chất lượng cao từ thỏi Một máy cán liên hợp lớn giới xây dựng Nhật Bản, duo ( kích thước trục 1230 3000 mm) làm việc máy slabing, cán thỏi khối lượng đến 25T slab kích thước H  B = (100 400) mm  (1200  1800) mm Bộ kvarto có kích thước trục 1020/1800  4300 mm, cho phép cán sản phẩm có chiều dày  150 mm, chiều rộng 1200  4000 mm chiều dài đến 20m Giá cán liên hợp truyền động từ hai động với công suất 3680kW Ở máy cán trang bị giá cán có khung di động, trình cán chủng loại thép hẹp rộng tiến hành với trục có chiều dài khác Điều cho phép cán sản phẩm có dung sai chiều dày thấp (giảm ảnh hưởng độ uốn trục cán thép hẹp với trục cán dài) Khi chủng loại chiều rộng thay đổi, hai khung giá dịch chuyển đến hai vị trí khác nhờ xilanh thủy lực Khung giá bắt chặt vào đế máy móc thủy lực Một giá cán kvarto đảo chiều có khung di động lớn xây dựng Mỹ Chiều dài thân trục giá cán thay đổi khoảng 4065  5335 mm, đường kính trục tựa 1800 mm, đường kính trục làm việc 1000mm Mỗi trục làm việc truyền động từ động riêng với công suất 4470kW Máy cho phép cán từ mác thép cacbon thép hợp kim, kích thước hbl = (4,7 380)mm  (760  5080)mm  (29000)mm Các máy cán liên hợp duo - kvarto máy cán có khung giá di động có hiệu suất sử dụng cao trường hợp cán sản phẩm có khối lượng sản xuất nhỏ chủng loại rộng Để sản xuất thép tấm, máy cán hai giá sử dụng rộng rãi Thành phần máy cán hai giá đại thường gồm giá trục đứng hai giá trục ngang (cán thô cán tinh) bố trí nối tiếp Các máy cán hai giá có ưu điểm chất lượng bề mặt sản phẩm cao (do thép đánh gỉ giá trục đứng giá cán thô trước cán giá cán tinh), thời gian làm việc trục cán dài (giảm số lần thay trục), suất cao Các máy cán hai giá đại có phối hợp giá cán sau: - Giá cán thô duo giá cán tinh kvarto; Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 http://www.lrc-tnu Ch-¬ng Giíi thiÖu c«ng nghÖ c¸n thÐp tÊm - Giá cán thô kvarto giá cán tinh kvarto Trên hình 1.2 trình bày sơ đồ bố trí thiết bị máy cán hai giá 2800 Máy gồm giá trục đứng, giá cán thô duo giá cán tinh vạn kvarto Sản phẩm máy có kích thước hbl = (8 50)mm( 2500)mm (20 000)mm, cán từ slab kích thước HBL = ( 125250) mm ( 700  1600)mm ( 2500  6000)mm, khối lượng đến 12T Năng suất máy đạt 1000 000 T/năm[1] Hình 1.2 Sơ đồ bố trí thiết bị máy cán giá 2800 1- máy đẩy phôi;2- lò nung liên tục; 3- giá cán trục đứng;4- giá cán thô đảo chiều duo 1150x2800; 5- giá cán tinh đảo chiều kvarto 800/1400x2800; 6- đường băng lăn làm nguội; 7- máy nắn;8- sàn làm nguội; 9- phận chứa thép làm nguội chậm; 10- máy lật tấm; 11- xe lấy dấu kích thước; 12- máy cắt chém dùng cắt ngang cắt dọc; 13- máy cắt đĩa cắt mép biên; 14- máy cắt chém có miền hoạt động rộng; 15- phận chứa thép tấm; 16- lò nung có sàn lăn dùng nhiệt luyện thép tấm; 17- xe vận chuyển thép;18-đường băng lăn có máy đảo điện từ; 19- hố chứa vảy gỉ; 20- cầu trục Giá trục đứng có đường kính trục 1500mm, chiều dài thân trục 600mm Công suất động truyền động cho giá trục đứng 880 kW Phía trước giá có máy đảo phôi, phía sau hệ thống đánh gỉ thủy lực gồm hai ống dẫn với vòi phun nước áp suất cao (đến 100at), phân bố phía phía thép Trục giá cán thô duo có kích thước DL = 1150mm 2800mm Mỗi trục cán có động truyền động riêng, công suất 2570kW, tốc độ -3-60 vòng/phút Giá cán trang bị hệ thống đánh gỉ thủy lực Phía trước sau giá cán có giàn lăn côn xoay thép góc 900 mặt phẳng ngang hai máy dẫn thép vào trục Trục đứng giá cán tinh vạn kvarto có kích thước DL= 700400mm Mỗi trục có động truyền động riêng, công suất 200kW Trục làm việc trục tựa có đường kính tương ứng 800mm 1400mm, chiều dài thân trục Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 http://www.lrc-tnu data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... hẹp Một vấn đề quan trọng điều khiển trình cán cần cải thiện thời kỳ độ Xuất phát từ lý trên, tác giả lựa chọn đề tài “ Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống cán thép tấm Số hóa Trung tâm Học... CÔNG NGHỆ CÁN THÉP TẤM Thép hay gọi thép dạng sản phẩm cán kinh tế Từ thép thép băng người ta sản xuất thép ống, thép hình uốn, loại kết cấu hàn sản phẩm dập đa dạng Chế tạo dạng ống thép hình... chế khối lượng kích thước thép cán, mặt khác tốc độ quay trục cán không đổi suốt trình cán sản phẩm, nên tải trọng động trục cán ăn thép lớn Ngoài giá cán trio lauta lượng thép lần cán thường