ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Автоматизированный электропривод многороликового тянуще-правильного уст-ройства машины непрерывного литья».

Рекомендуемая область пременения

Металлургия: автоматизированные системы управления электроприводами тяну-щих роликов машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Назначение, цели и задачи проекта

Назначение: увеличение производительности МНЛЗ и улучшение качества макроструктуры непрерывнолитых заготовок посредством целесообразного управления электроприводами тянущих роликов в процессе разливки стали.

Целью проекта является разработка автоматизированного электропривода тянуще-правильного устройства МНЛЗ, обеспечивающего увеличение производительности машины посредством увеличения скорости литья заготовки за счет улучшения качества внутренней структуры и уменьшения вероятности прорыва корочки непрерывнолитого слитка.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

- создания методики оценки влияния электропривода ТПУ на качество макроструктуры непрерывнолитого слитка;

- создания методики определения требуемого по технологии распределения моментов нагрузки по тянущим роликам ТПУ и методики оценки продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ;

- определения показателей настройки электропривода ТПУ, позволяющих выполнить его оптимизацию по критерию качества макроструктуры непрерывнолитых заготовок;

- создания динамической модели электропривода ТПУ с учетом реальных параметров упругой связи электродвигатель – тянущий ролик, фрикционной связи тянущий ролик – слиток и условий контакта тянущие ролики – слиток;

- обоснования технологических требований к электроприводу ТПУ с позиций снижения неравномерности распределения нагрузок по электродвигателям тянущих роликов, максимальных значений статических и динамических продольных усилий в отливаемой заготовке и обеспечения стабильности протекания процесса литья заготовки в условиях автоколебаний скорости разливки;

- разработки методики и алгоритмов диагностирования текущего состояния тянущих роликов и настройки роликовой проводки, включая диагностику прогиба и износа бочки тянущих роликов, их буксовок с периодическим и случайным срывом контакта между тянущими роликами и слитком, выставки тянущих роликов вдоль технологической линии ЗВО и рабочего состояния линий привода тянущих роликов;

- создания технических средств и алгоритмов управления автоматизированным электроприводом ТПУ, обеспечивающих оптимальное по критерию качества заготовок ограничение статических и динамических продольных усилий в слитке и уменьшение неравномерности распределения нагрузок по тянущим роликам;

- промышленной апробации и внедрения полученных результатов, оценки их технической и экономической эффективности и технико-экономического сравнительного анализа вариантов реализации технологических требований к электроприводу ТПУ.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Разработана обобщенная методика проектирования электропривода ТПУ МНЛЗ в составе которой разработаны следующие методики: анализа случайных и детерминированных изменений токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов, общего тока электропривода ТПУ и скорости литья заготовки в различных технологических режимах работы МНЛЗ; анализа распределения общего момента электропривода ТПУ по электродвигателям тянущих роликов; статистического влияния показателей настройки электропривода ТПУ на показатели качества макроструктуры непрерывнолитых заготовок; рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль технологического канала зоны вторичного охлаждения МНЛЗ; технического диагностирования текущего состояния электроприводов тянущих роликов и точности выставки тянущих роликов вдоль технологической линии МНЛЗ как факторов негативного влияния на качество макроструктуры заготовок; проектирования автоматизированного электропривода ТПУ. Методики базируются на авторских математических моделях расчета, требуемых по технологии значений моментов нагрузки на тянущих роликах ТПУ с учетом усилия сопротивления вытягиванию слитка из кристаллизатора, усилий ферростатического давления на ролики, нормальной и тангенциальной составляющих силы тяжести слитка на криволинейном участке МНЛЗ, усилий давления на ролики от температурных поводок заготовки, усилий сопротивления вытягиванию выпученной корки заготовки и усилий давления затвердевшей заготовки на ролики горизонтального участка МНЛЗ; расчета распределения статических продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ в процессе вытягивания из роликовой проводки МНЛЗ; расчета динамических продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводами тянущих роликов при периодических буксовках последних и в результате прогиба бочки тянущих роликов; динамической модели электропривода ТПУ с учетом упругой связи якорь электродвигателя – тянущий ролик, фрикционной связи тянущий ролик – слиток и взаимосвязи электроприводов тянущих роликов через кристаллизующийся слиток; расчета параметров диагностических функций: периодических и случайных буксовок электроприводов тянущих роликов; износа и прогиба бочки тянущих роликов; автоколебаний скорости литья заготовки; распределения статических и динамических продольных усилий вдоль технологического канала ЗВО; точности выставки роликовой проводки МНЛЗ.

Разработаны принципы построения и варианты реализации силовой части электропривода ТПУ, а также способы, системы и алгоритмы управления электроприводом, позволяющие непосредственно в ходе разливки металла (рис. 2):

- выполнить коррекцию числа рабочих электроприводов за счет исключения неисправных линий привода и приводов, не имеющих контакта со слитком;

- обеспечить неизменность скорости литья заготовки в процессе перераспределения моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов и их группам;

- ограничить динамические продольные усилия в слитке за счет «мягкого» восстановления контакта тянущий ролик – слиток при буксовке и целесообразного управления электроприводом тянущего ролика с прогибом его бочки;

- стабилизировать скорость разливки в пределах ±2% от заданного значения при появлении гармонической составляющей в общем моменте сопротивления вытягиванию заготовки;

- минимизировать растягивающие статические продольные усилия, создаваемые в кристаллизирующемся слитке электроприводом ТПУ посредством целесообразного перераспределения моментов нагрузки между электроприводами тянущих роликов;

- выполнять по девяти параметрам техническое диагностирование текущего состояния тянущих роликов, контроля правильной выставки роликов вдоль технологической оси ЗВО и исправности механического и электрического оборудования линий привода тянущих роликов.

Рис 2. Функциональная схема системы управления электроприводом ТПУ МНЛЗ:

РН1 – РНm – регуляторы нагрузки в цепи якоря каждого электродвигателя; ДТ1 – ДТm – датчики тока нагрузки каждого электродвигателя; ТП – тиристорный преобразователь; ВУ – вычислительное устройство, в состав которого входят СРТН – система распределения токов нагрузки электроприводов, ССС – система стабилизации скорости, СКТТН – система коррекции требуемых моментов нагрузки, СД – система технического диагностирования состояния оборудования

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Внедрение разработки на МНЛЗ №2,3 ОАО «ММК» позволило:

- стабилизировать скорость разливки стали в пределах ±2% от заданного значения;

- снизить растягивающие статические продольные усилия в слитке с 600кН до 50кН;

- ограничить динамические продольные усилия в слитке со 100кН до 10кН;

- повысить коэффициент использования агрегата посредством сокращения времени проведения ремонтных работ за счет своевременной подготовки и их проведению согласно информации из системы технического диагностирования.

Фактический годовой экономический эффект от внедрения разработки составил 23 млн. руб.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Внедрение на МНЛЗ №4 ОАО “ММК” опытно-промышленной системы распределения токов нагрузки электропривода ТПУ обеспечило за счет снижения максимальных значений статических продольных усилий в слитке в 4 раза и снижения неравномерности распределения токов нагрузки на 50% увеличение скорости разливки на 3,8% при одновременном улучшении качества макроструктуры литой заготовки по отдельным видам дефектов в среднем на 10%.

Внедрение на МНЛЗ №3 ОАО “ММК” системы компенсации колебательной составляющей общего момента сопротивления вытягиванию слитка позволило увеличить скорость разливки на 5% при улучшении качества макроструктуры литых заготовок по четырем из шести видам дефектов.

Новые потребительские свойства продукции

Ограничение в автоматическом режиме статических и динамических про-дольных усилий, создаваемых в кристаллизующемся слитке электроприводами тянущих роликов, и стабилизация скорости литья заготовки при появлении гар-монической составляющей в общем моменте сопротивления вытягиванию заго-товки позволяют увеличить скорость разливки без снижения качества макро-структуры непрерывнолитой заготовки и увеличения риска прорыва корочки слитка. В работе рассмотрен комплекс вопросов, посвященных созданию совре-менных автоматизированных электроприводов тянущих роликов и принципиаль-но новых систем управления электроприводом тянуще-правильного устройства МНЛЗ.
Разработаны принципы построения и варианты реализации силовой части электропривода ТПУ, а так же способы, системы и алгоритмы управления элек-троприводом, позволяющие непосредственно в ходе разливки металла:
поддерживать на оптимальном по критерию качества уровне токи нагрузки групп электродвигателей и токи нагрузки электродвигателей тянущих роликов радиального, криволинейного и первой группы горизонтального участков ЗВО;
выполнять коррекцию числа тянущих роликов за счет исключения электро-приводов, не имеющих контакта ролика со слитком и неисправных линий приво-да;
обеспечивать неизменность скорости литья заготовки в процессе перерас-пределения моментов по электродвигателям тянущих роликов и их группам;
ограничивать динамические продольные усилия в слитке за счет “мягкого” восстановления контакта тянущий ролик – слиток при буксовке и целесообразно-го управления электроприводом тянущего ролика с прогибом его бочки;
стабилизировать скорость разливки в пределах ±2% от заданного значения при появлении гармонической составляющей в общем моменте сопротивления вытягиванию заготовки;
выполнять диагностику текущего состояния тянущих роликов, контроля правильной выставки роликов вдоль технологической оси ЗВО и исправности ме-ханического и электрического оборудования линий привода тянущих роликов.
Предложена методика и алгоритмы диагностирования электромеханическо-го оборудования роликовой проводки, позволяющие скорректировать известные и расширить число диагностических функций с 5 до 10. Разработаны общий и для каждой функции алгоритмы диагностики.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Все материалы и продукция соответствует государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

Разработка внедрена на МНЛЗ №3, на стадии внедрения на МНЛЗ №2 кисло-родно-конвертерного цеха ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат".

Предлагаемые инвестиции

2,5 млн. руб.

Рынки сбыта

Разработка может быть использована как на уже действующих, так и на вновь строящихся, отечественных и зарубежных МНЛЗ криволинейного типа с многороликовым тянуще-правильным устройством.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая в проекте система управления и оборудование для ее реализа-ции не имеет аналогов на мировом рынке аналогичной продукции.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

12

Дата поступления материала

10.10.2006