А.В. Светличный, А.В. Хомяк, П.А. Максаев, П.И. Розкаряка

По технологическим параметрам процесс прокатки заготовок на блюминге включает в себя три основные стадии: захвата, прокатки и выброса. По принятой в литературе терминологии, к нестационарным относятся те стадии процесса прокатки, на которых происходит изменение энергосиловых параметров. Таким образом, к нестационарным режимам может быть отнесена практически вся длительность прохода (пропуска) металла через прокатные валки, за исключением участка на котором скорость прокатки поддерживается неизменной при отсутствии конусности в геометрии заготовки.

Определение неустойчивого процесса прокатки металла является еще более расплывчатым. Обычно его дают на примере конкретных диаграмм изменения моментов (токов) и скоростей. Наиболее типичным неустойчивым процессом прокатки является пробуксовка, при которой происходит проскальзывание валков относительно металла. При этом имеет место резкое изменение кинематических и энергосиловых параметров, вплоть до возникновения колебательных процессов в токе и скорости главного привода. Пробуксовки, как правило, связаны с резким перераспределением нагрузки между приводами верхнего и нижнего валков и высокими динамическими нагрузками на механическое и электрическое оборудование главной линии прокатного стана.

Особенно существенным такое перераспределение бывает на обжимных станах с индивидуальным приводом валков. Коэффициент динамичности при пробуксовках на них может достигать 2-3, т.е. момент в главной линии в 2-3 раза превышает максимальный момент прокатки при нормальной работе. Учитывая большую опасность таких явлений, разрабатывались различные способы ограничения динамических нагрузок при возникновении пробуксовок, за счет управления главным электроприводом. К таким способам относятся: снятие задания на скорость вращения, изменение коэффициента усиления внешнего регулятора и др. Основными признаками, по которым выявлялся процесс пробуксовки, были рассогласования в токах и скоростях двигателей верхнего и нижнего валков. На многих обжимных станах устанавливались счетчики пробуксовок, которые фиксировали количество таких рассогласований за смену.

Таким образом, к неустойчивым процессам прокатки оказывались отнесенными многие случаи асимметричной прокатки. Вместе с тем не каждое рассогласование в токах и даже скоростях приводных двигателей связано с возникновением повышенных нагрузок на оборудование. Во многих случаях имеет место просто перераспределение моментов прокатки между валками. На рисунке 1 представлена соответствующая диаграмма изменения моментов двигателей приводов верхнего и нижнего валков. После захвата металла валками (t1), момент прокатки распределился приблизительно равномерно между приводами, с небольшим превышением момента нижнего двигателя. Однако, в связи с изменением свойств прокатываемого металла (окалина, пористость, неравномерный нагрев) происходит перераспределение момента прокатки, в результате которого момент, развиваемый двигателем привода нижнего валка увеличивается, а двигателем привода верхнего валка уменьшается (t2). После завершения прокатки зоны несплошности (t3), восстанавливается нормальное распределение моментов между приводами.

Приведенный на рис.1 процесс может быть отнесен к нестационарным, поскольку имеет место изменение энергосиловых и кинематических параметров процесса прокатки, однако отнесение его к разряду неустойчивых является спорным. Правильнее сказать, что в данном случае мы имеем устойчивый процесс прокатки металла асимметричный на интервале t2-t3. Анализ процессов в очаге деформации при такой прокатке был в свое время представлен в [2].

Однако, до сих пор среди электроприводчиков нет единого мнения о рациональной работе системы управления главным приводом в таких режимах. В проекты систем управления главным электроприводом закладываются регуляторы нагрузки, которые по замыслу их авторов должны обеспечивать равенство моментов, передаваемых по верхней и нижней линиям стана. Отказ от практического использования таких регуляторов относят на ошибки в наладке или недостаточную квалификацию эксплуатационного персонала, хотя для этого отказа существуют объективные предпосылки.

Как правило, первопричиной неравномерного распределения моментов прокатки между валками являются технологические факторы. Но дальнейшее развитие процесса зависит от свойств электромеханической системы привода: полоса пропускания, жесткость характеристики, величины зазоров. При высоком быстродействии привода увеличивается вероятность развития автоколебательного процесса перераспределения моментов в линиях верхнего и нижнего валков. При низких коэффициентах усиления, вероятность резких перераспределений моментов уменьшается, однако за счет «мягкой» характеристики привода возникает существенное рассогласование скоростей, влияющее на форму выходящего из валков раската. Металл гнется вверх или вниз в зависимости от соотношения скоростей валков.

Для количественной оценки рациональных с точки зрения устойчивости процесса прокатки параметров настройки электропривода, были проведены исследования на блюмингах 1250 Алчевского металлургического завода, 1300 Криворожского горно-металлургического комбината и клети 950 обжимного стана 950/900 Донецкого металлургического завода. Все эти обжимные станы оснащены индивидуальными электроприводами валков. На блюминге 1300 используется система генератор-двигатель, на блюминге 1250 и на клети 950 - тиристорный преобразователь-двигатель. Внешний контур системы управления главным приводом блюминга 1300 выполнен со связью по напряжению, блюминга 1250 со связью по ЭДС, а клети 950 со связью по скорости. Основные параметры динамических процессов в электроприводах этих станов представлены в таблице 1.

Приведенные в таблице данные свидетельствуют о том, что наиболее высокими динамическими характеристиками обладает привод блюминга 1250, а самыми низкими привод клети 950. Это находит подтверждение и в неустойчивых режимах прокатки, зарегистрированных на этих блюмингах. На блюминге 1250 были отмечены резонансные колебательные процессы с частотой колебаний около 10 Гц (Рис. 2), а также наиболее значительные рассогласования скоростей и моментов. На клети 950 наиболее характерным нарушением нормального процесса прокатки является большое рассогласование скоростей и моментов из-за мягкой механической характеристики электропривода (Рис.3). Таким образом, наиболее рационально с точки зрения стабильности процесса прокатки настроена система управления блюмингом 1300 (Рис.4).

Для системы управления приводом клети 950 целесообразно увеличение коэффициента усиления регулятора внешнего контура и повышение быстродействия, а для системы управления приводом блюминга 1250 необходимо принять меры для повышения устойчивости работы электропривода

В целом, рассматривая реальные условия работы главных электроприводов обжимных станов, следует отметить, что симметричная загрузка верхней и нижней линии привода является редким случаем. Возникновению разности моментов приводных двигателей способствует большое количество факторов. Среди них можно выделить три группы. К технологической группе относятся конусность слитка, наличие несплошностей и окалины, влияние собственного веса раската, разница в уровнях установки станинных роликов и нижнего валка. К механической группе относятся разница в моменте инерции линий верхнего и нижнего валков, величины зазоров в соединениях. К электрическим факторам относятся разница в жесткости характеристик приводов верхнего и нижнего валков, принудительное введение рассогласования скоростей для «лыжеобразования» раската. В суммарном воздействии всех перечисленных факторов и кроется причина неудачи в применении на практике системы выравнивания токов двигателей за счет регулятора распределения нагрузки.

Попытка добиться симметричной работы двигателей приводов верхней и нижней линий обжимного стана при наличии существенной асимметрии со стороны нагрузки была безуспешной. Более эффективной является система выравнивания скоростей приводов в сочетании с контролем рассогласования моментов (токов). Она обеспечивает выход заготовки из валков без изгибов при сохранении темпа прокатки. Если же рассогласование моментов достигает критических значений (более чем 1:3), то стабильность процесса прокатки может быть обеспечена только за счет снижения абсолютных скоростей приводов верхней и нижней линии.

В отношении целесообразности использования обратной связи по скорости, ЭДС или напряжению во внешнем контуре регулирования следует отметить следующее. Препятствием для реализации обратной связи по скорости являются низкочастотные колебания выходного напряжения тахогенератора, частота которых находится в диапазоне 10-20 Гц, что соответствует частоте собственных колебаний механической линии привода. Наиболее явственно такие колебания выражены в сигнале о скорости привода клети 950, однако аналогичные «пилообразные» переменные составляющие присутствуют и в сигналах скорости других приводов. Фильтрация таких низкочастотных составляющих очень затруднена. Наиболее целесообразной является организация внешнего контура с обратной связью по ЭДС, позволяющая получить достаточно высокие динамические показатели.

1. Оптимизация нестационарных процессов прокатки /В.В. Бобров, В.М.Полещук, В.Д. Гладуш – К.: Техніка, 1984. – 127 с.
2. К теории асимметричной прокатки толстых раскатов в гладких валках. Сообщение 1. В.П. Корж, Э.Д. Корж, И.Я. Тарновский, С.Л.Коцарь// Изв. вузов. Черная металлургия,1968, №7, С. 68-72.