способ управления процессом термообработки сортового проката в многосекционных термоупрочняющих установках

Формула изобретения

1. Способ управления процессом термообработки сортового проката в многосекционных термоупрочняющих установках, включающий подачу охладителя из общей магистрали по индивидуальным трубопроводам в секции с охлаждающими соплами, отличающийся тем, что охладитель подают из общей магистрали низкого давления посредством установленных в индивидуальных трубопроводах насосов высокого давления с последовательно уменьшающейся по секциям мощностью, обеспечивающей подачу охладителя в каждую секцию в режиме ее максимальной, технологически обусловленной нагрузки, при этом входы насосов соединяют через отсекающие задвижки с магистралью низкого давления, а выходы - с входами сопел.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охладитель подают посредством насосов, электродвигатели которых выполнены с возможностью регулирования частоты вращения индивидуальными преобразователями, на входы которых подают задание от системы автоматического управления термоупрочнением.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении сортового проката, обрабатываемого в многосекционной термоупрочняющей установке.

Известен способ управления процессом термообработки сортового проката в многосекционных термоупрочняющих установках, включающий измерение температуры проката и охладителя в разных точках установки и регулирование, в соответствии с этими данными, расхода воды, подаваемой из коллектора высокого давления, с помощью дроссельных затворов, установленных перед охлаждающими секциями (см. SU 1676699).

Способ предполагает использование общего коллектора высокого давления, которое создают насосы большой мощности, работающие постоянно в неэкономичном энергетическом режиме.

Наиболее близким к заявленному является способ управления процессом термообработки сортового проката в многосекционных термоупрочняющих установках, включающий подачу охладителя из общей магистрали по индивидуальным трубопроводам в секции с охлаждающими соплами. В качестве магистрали также используют коллектор высокого давления, регулирование расхода воды в секции производят с помощью подключенных к коллектору задвижек (см. RU 2183522 С1, 20.06.2002). К недостаткам способа относится тот факт, что при использовании в качестве общей магистрали коллектора высокого давления и регулирования расхода воды в секциях с помощью задвижек или других дросселирующих устройств, неизбежны потери энергии, пропорциональные падению давления на этих устройствах. Особенно значим вопрос энергосбережения, когда речь идет об устройствах, в которых имеется необходимость подачи воды к индивидуальным потребителям с разной, резко отличающейся потребностью. К таким устройствам относятся многосекционные установки для термоупрочнения проката.

Задачей изобретения является энергосбережение за счет минимизации потребления электроэнергии на подачу воды в секции установки для термоупрочнения, обладающие резко отличающейся потребностью в количестве воды, при сохранении необходимых технологических параметров обрабатываемого проката.

Задача достигается тем, что в способе управления процессом термообработки сортового проката в многосекционных термоупрочняющих установках, включающем подачу охладителя из общей магистрали по индивидуальным трубопроводам в секции с охлаждающими соплами, в соответствии с изобретением, охладитель подают из общей магистрали низкого давления посредством установленных в индивидуальных трубопроводах насосов высокого давления с последовательно уменьшающейся по секциям мощностью, обеспечивающей подачу охладителя в каждую секцию в режиме ее максимальной, технологически обусловленной нагрузки, при этом входы насосов соединяют через отсекающие задвижки с магистралью низкого давления, а выходы - со входами сопел.

Кроме того, охладитель можно подавать посредством насосов, электродвигатели которых выполнены с возможностью регулирования частоты вращения индивидуальными преобразователями, на входы которых подают задание от системы автоматического управления термоупрочнением.

Экономия энергии достигается благодаря предложенной конфигурации и алгоритму управления системы водоснабжения, при которой каждая секция получает питание от индивидуального насоса высокого давления меньшей, чем у общего насоса, мощности, достаточной для водоснабжения каждой конкретной секции. Диапазон мощности каждого используемого насоса рассчитывается заранее, в зависимости от диапазона технологических параметров процесса, таких как расход воды, напор и т.д., при этом исключается необходимость использования мощной насосной станции.

Следует отметить, что приемы энергосбережения путем поддержания оптимального давления в общем питающем водоводе по специальной характеристике, в функции расхода в нем воды, в диапазоне между максимальным и минимальным значениями известны (см. RU 2224172). Однако на отдельных линиях водоснабжения с разным расходом воды будут иметь место потери энергии разной величины, обратно пропорциональные расходу воды в этих линиях и обусловленные наличием избыточного давления.

Настоящее изобретение изначально обеспечивает оптимальный энергетический режим, исключающий избыточное давление в общей магистрали, и, следовательно, потери энергии.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена система управления процессом термообработки сортового проката в многосекционных термоупрочняющих установках, на фиг.2 - сравнительные конфигурации сетей водоснабжения: на фиг.2а - то же, соответствующее способу, описанному в документе RU 2224172, на фиг.2б - то же, соответствующее заявленному способу, на фиг.2в - характеристики, поясняющие степень экономичности сравниваемых способов и схем водоснабжения.

На фиг.1 обозначены:

1 - последняя клеть стана,

2 - прокат,

3 - секции установки термоупрочнения,

4 - насосы высокого давления,

5 - двигатели насосов,

6 - индивидуальные преобразователи,

7 - датчики расхода воды в каждой секции

8 - отсекающие задвижки насосов,

9 - датчики температуры воды на выходе из секций

10 - задвижки сопел,

11 - коллектор низкого давления,

12 - сливы,

13 - моталка,

14 - подстановый тоннель,

15 - датчики скорости прокатки,

16 - датчики температуры проката,

17 - задания на подачу охлаждающей воды в секции,

18 - датчики температуры воды на входе в насосы.

Каждая секция 3 быстрого охлаждения оборудуется индивидуальным насосом 4 высокого давления с мощностью, достаточной для питания только одной секции в режиме максимальной нагрузки. Регулирование параметров потока воды производят изменением частоты вращения двигателей 5 насосов, питающихся от индивидуальных преобразователей 6.

Способ реализуется следующим образом.

Горячий прокат 2 (катанка, арматурные прутки и т.п.) выходит из последней клети стана 1, последовательно проходит через охлаждающие секции 3, приобретая при этом повышенную механическую прочность. Далее катанка сматывается моталкой 13, а арматурные прутки идут на холодильник (не показано).

Из коллектора 11 низкого давления вода к насосам подводится через отсекающие задвижки 8, которые служат только для подсоединения насоса к источнику воды и во время работы насоса не приводят к потерям энергии, поскольку полностью открыты. Насосы 4 высокого давления подают воду индивидуально каждый в свою секцию быстрого охлаждения к соплам, образующим струи воды со скоростью, в 1,5-2 раза большей скорости проката, а также на отсекающие сопла, создающие струи воды в противоположном направлении с меньшей скоростью (для устранения выброса воды через отверстия для прохождения проката). Вода из охлаждающих секций сливается через сливы 12 в подстановый тоннель 14. Скорость воды в отсекающих соплах регулируется с помощью задвижек 10 при настройке режима работы установки.

В систему управления процессом термоупрочнения (САУТ) подается информация от датчика 15 скорости прокатки, датчика 16 температуры проката, датчика 17 задания на подачу охлаждающей воды в секции, датчика 18 температуры воды на входе в насосы. Оператором вводятся соответствующие расчетному графику охлаждения задания на подачу воды в каждую секцию. В соответствии с заданным алгоритмом (например, поддержание заданного баланса теплосъема в каждой секции охлаждения), САУТ изменяет частоту вращения двигателей 5 насосов 4 путем воздействия на питающие их преобразователи 6, индивидуально регулируя, таким образом, заданные потоки охлаждающей воды в оптимальном энергетическом режиме, исключающем потери энергии на дросселирование.

Для сравнения (фиг.2) допустим, что на фиг.2а в секциях одинаковый расход воды Q, при давлении на них Р4, при этом суммарный расход воды от насоса Н5 будет 4Q, насос Н5 будет развивать давление Р2, а двигатель его потреблять из сети мощность, пропорциональную площади прямоугольника 0,4Q, Р2, Р2. Энергия, пропорциональная площади 0,4Q, Р4, Р4, полезно расходуется в секциях, а энергия, пропорциональная площади Р4, Р2, Р2, Р4 (равная 4 Р1, заштрихованная наклонной направо штриховкой), отображает потери на дросселирование в дроссельных регуляторах ДР1, ДР2, ДР3, ДР4. Если допустить, что в секции 4 расход воды уменьшился на треть и стал 2/3Q, то на ее входе давление уменьшилось до Р5 за счет увеличения падения давления на дроссельном регуляторе ДР4. При этом потери энергии на ДР4 будут пропорциональны площади, заштрихованной наклонной налево штриховкой, они будут больше полезно потребляемой мощности, пропорциональной площади Q, 2/3Q, Р5, Р5. Регулятор на насосе Н5 по характеристике ХН5 немного понизит давление в водоводе высокого давления ВВД до значения Р3, тем самым несколько уменьшая потребление энергии из сети, а регуляторы ДР1, ДР2, ДР3 сохранят на своих секциях заданное давление. Таким образом, данная схема не достаточно эффективно снижает потери энергии, обусловленные дроссельным регулированием на конечных индивидуальных потребителях.

Из схемы на фиг.2б (заявленный способ) очевидно, что регулируя частоту вращения двигателей насосов H1, Н2, Н3, Н4, можно обеспечить любое заданное значение расхода воды в секциях, при этом потери на дросселирование отсутствуют.

Пример.

Горячий прокат выходит из последней клети прокатного стана и направляется в термоупрочняющую установку для последовательной обработки в секциях охлаждения. По технологическим условиям в первую секцию подают большой (максимальный) поток охладителя, мощность насоса, установленного в этой секции, составляет 350 кВт. Металл, прошедший эту секцию, охлаждается, однако температура его наружной поверхности возрастает за счет разогрева изнутри. Во второй по ходу металла секции, в соответствии с технологической целесообразностью, установлен насос меньшей мощности, а именно мощности, составляющей 300 кВт, в третьей - 250 кВт, в четвертой - 200 кВт и т.д. В последней секции, как правило, требуется в 3-4 раза меньше охладителя, чем в первой, соответственно, и мощности насосов, используемых в первой и последней секциях, находятся в таком же диапазоне соотношений. Потери энергии, обусловленные регулированием давления и расхода воды в охлаждающих секциях, не возникают. Имеют место лишь незначительные естественные потери давления и, следовательно, энергии в трубах.

При снабжении охладителем секций из общего коллектора высокого давления на входе в последнюю секцию приходилось бы понижать напор охладителя на 15-70% по сравнению с первой секцией, что означало бы потерю соответствующего количества энергии. При использовании заявленного способа энергетические потери практически отсутствуют. Экономия электроэнергии может достигать в среднем 30-40%.