книги из ГПНТБ / Баимов, Н. И. Оптимизация процессов прокатки на блюминге

60

Полученные результаты расчетов полностью характеризуют и позволяют построить вариант графика скоростей всего цикла прокатки для принятого варианта совокупности параметров упра­ вления а, Ь, пп, пзг>, паг>. В результате получается вариант режима скоростей Wc, который является функцией указанных независимых переменных параметров управления

Wc / (п, Ь, Ип, Изг'» ^вг')т

где z = 1, 2, 3, . . Z.

Вопросы оптимизации режима скоростей

Очевидно, что, принимая различные совокупности параме­

ПГ=т Это множество может быть очень большим, таким образом, задача по определению оптимального управления процессом про­ катки на блюминге осложняется. Для упрощения этой задачи сле­ дует установить заранее рациональные или оптимальные зависи­ мости между некоторыми параметрами режима скоростей. Тогда число независимых переменных параметров управления умень­ шится, соответственно уменьшится множество возможных вариан­ тов режимов скоростей. При этом каждый вариант режима ско­ ростей рассчитывают с учетом оптимальных зависимостей между его параметрами. Таким образом, математическая модель процесса прокатки за счет введения оптимальных зависимостей между параметрами режима скоростей будет частично оптимизиро­ вана.

В настоящее время имеется ряд различных рекомендаций по вы­ бору скоростей захвата и выброса, ускорения и замедления [2—16] в зависимости от различных условий, но фактически нет рекомен­ даций для общего случая определения оптимального режима ско­ ростей из условия получения максимальной относительной произ­ водительности стана.

В связи с этим проведены исследования по установлению опти­

с вариантом режима обжатий Пп для которого он рассчитан, дают режим прокатки в целом. Для полученного варианта режима прокатки рассчитывают показатели, по которым можно оценить этот режим. Эти расчеты приведены ниже.

61

Цикл прокатки

Цикл прокатки определяется суммированием времени пау.з и машинного времени пропусков

(Н.77)

Полное давление прокатки

Для расчета давления и моментов прокатки могут использо­ ваться два метода расчета: по удельному расходу энергии и по удельному давлению.

Первый метод применяется тогда, когда имеются эксперимен­ тальные кривые удельного расхода энергии, полученные для усло­ вий, сходных с расчетными по размерам исходного слитка, гото­ вого полупродукта, марке стали, температуре, режиму обжатий, режиму скоростей, характеристике оборудования и т. д. [6, 75—79, 85]. В зависимости от условий прокатки для каждого случая должна быть подобрана соответствующая кривая удель­ ного расхода энергии. Следовательно, таких кривых должно быть много. В настоящее время для блюмингов и слябингов такие кри­ вые имеются лишь для некоторых условий прокатки. Для новых блюмингов 1150 и 1300 таких кривых пока нет.

Второй метод является более универсальным, точным и может быть применен для любых условий прокатки на блюмингах и сля­ бингах. Этот метод и принят в математической модели процесса прокатки для расчета давлений и моментов прокатки.

Давление прокатки по пропускам определяется в следующей последовательности. Сначала вычисляется температура металла в каждом пропуске. Для этого используется наиболее отвечающая условиям прокатки на блюмингах и слябингах формула В. А. Тягунова для определения температуры металла 0z+i в последующем пропуске в зависимости от температуры металла 0г в предыдущем пропуске [2, 6]:

(11.78)

Затем вычисляется полное удельное давление металла в каж­ дом пропуске Pz. Для определения удельного давления в на­ стоящее время известно более 20 формул [2,6, 53, 80—85].

Сравнительные экспериментальные и теоретические исследо­ вания показали, что все известные формулы, рекомендуемые для расчета удельного давления металла при прокатке, являются более или менее приближенными для условий прокатки на блю-

62

мингах и слябингах [6, 54, 86 L Однако сравнительный анализ различных формул на фоне экспериментальных данных помазал, что наиболее отвечающей этим условиям является формула А. ф, Го­ ловина— В. А. Тягунова.

Полное удельное давление

где р о — удельное давление на контактной поверхности без учета внешнего трения;

Kf — коэффициент для учета внешнего трения, зависящий от

С целью проверки правильности расчетов по принятой формуле проведены опыты по определению фактических давлений прокатки с помощью месдоз на блюминге 1100 ЧМЗ. Полученные давле­ ния сравнивались с расчетными. Некоторые результаты исследо­ ваний (УПИ) приведены ниже.

Расчетные и опытные давления при прокатке слитка стали

Расчетные и опытные давления при прокатке слитка стали ШХ15 массой 4,5 т на блюм размером 258x264 при 0( — 1150° С (блюминг 1100 ЧМЗ) приведены в табл. 3

63

Таблица 3

Расчетные и опытные давления при прокатке слитка стали ШХ-15

Расчетные и опытные давления при прокатке слитка стали Ст.5 массой 6,2 т на блюм размером 255x257 при 0J = 1300° С (блюминг 1100 ЧМЗ) приведены в табл. 4.

Из приведенных данных видно, что ошибки в расчете давления прокатки по отношению к экспериментальным данным соста­ вляют до ±10%, за исключением последних пропусков, отличаю­ щихся небольшими обжатиями. Такое совпадение расчетных и экспериментальных данных вполне удовлетворительно и под­ тверждает правильность выбора формулы.

Л. В. Андреюк и Б. К. Короткевич провели аналогичные ис­ следования на блюмингах 1150 ММК [71 ]. При прокатке слитка из стали Зкп в 10 и 11 пропусках экспериментально были опре­ делены параметры пропусков и удельное давление металла на

64

валки. Параметры процесса прокатки слитка из стали Зкп на блюминге 1150 ММК для 10 и И пропусков:

Для этих же параметров пропусков по различным формулам определены удельные давления. Результаты расчетов и экспери­ ментальные данные приведены в табл., из которой видно, что фор­ мула А. Ф. Головина — В. А. Тягунова дает результаты, наи­ более близкие к фактическим данным.

П р и м е ч а н.н е. В знаменателе указаны значения соответствующих удельных дав­ лений в процентах.

Проведенные нами исследования режимов работы блюмингов 1150 ММК, НТМК и слябинга 1150 ММК также показали целе­ сообразность применения указанной формулы для расчета удель­ ных давлений при прокатке. Аналогичные выводы относительно применения этой формулы получены и некоторыми зарубежными авторами [86].

Полное давление прокатки в пропуске определяется по фор­

Из полученных значений Рг по пропускам выбирают макси­ мальные значения для каждого калибра валков Ры{, Рм11, Р м1П,

Р м IV •

Момент прокатки и максимальный момент двигателя

Момент прокатки в пропуске определяется по известной фор­ муле

где М х х — момент холостого хода в рабочей линии стана тс• м; } — коэффициент трения в подшипниках рабочих валков;

Суммарный момент прокатки М2 неравномерно распределяется

Если в последних уравнениях заменить М ш на допускаемый момент из условий прочности нижнего шпинделя М а доп, а М вг на допускаемый момент из условий прочности верхнего шпинделя М в доп, то получим допускаемые суммарные (полные) моменты прокатки из условий прочности соответственно нижнего и верх­ него шпинделя:

Из полученных допускаемых моментов берется минимальный, который и принимается за допускаемый суммарный (полный) момент прокатки из условий прочности рабочей линии блюминга Мд0П. Очевидно, что рассматриваемый вариант режима прокатки будет допустимым, если удовлетворяется условие Мг < УИД0П.

Кроме указанной статической неравномерности распределе­ ния суммарного (полного) момента прокатки между шпинделями рабочей линии, в последней возможны динамические колебания, которые увеличивают момент прокатки Mz пропорционально коэф­ фициенту динамичности /Сд > 1 - Поэтому получаемые при ра­ счете моменты прокатки Мг должны увеличиваться, и условие

66

допустимости должно быть записано в виде М2/(д с Л4Д01| или

Максимальный момент двигателя в пропуске определяется по следующим зависимостям.

При tyZ‘ > 0 (см. рис. 13, 14), если пмг < /гм дв, то

Из значений M KZ‘ по пропускам выбирается максимальное значение М м и определяется максимальная перегрузка прокат­ ного двигателя за цикл прокатки

где М н дв — номинальный момент двигателя.

Рассматриваемый вариант режима прокатки будет допусти­ мым, если удовлетворяется условие М м < Мыдв или Ям дв <

^^дв.доп-

Здесь необходимо отметить, что на стане с индивидуальным приводом валков, при расположении нижнего двигателя ближе к клети, кроме рассмотренной ранее статической неравномерности

Последняя объясняется тем, что на таком стане конструктивно маховой момент нижней рабочей линии (GDp. л. „) меньше, чем

маховой момент верхней рабочей линии {GD\,n, D). Поэтому ди­ намический момент в нижней линии всегда меньше, и за счет этого она нагружается меньше, чем верхняя.

Указанные противоположные неравномерности 7(ст и /(Д11И в определенной степени выравнивают загрузки нижней и верхней линий по М м, которые стремятся к некоторой средней величине, соответствующей значеииям

Проведенные расчеты с учетом обеих неравномерностей для различных блюмингов показали, что по максимальному моменту двигателя нижняя линия в периоды разгона и торможения со

оборот, больше нагружена верхняя линия. Максимальные моменты всегда получаются в периоды разгона со слитком (ty). В эти периоды всегда нижняя линия нагружена больше верхней, так как момент прокатки всегда превалирует над динамическим мо­ ментом. Поэтому допустимость режима прокатки с точки зрения перегрузки двигателя в периоды разгона со слитком (ty) целе­ сообразно проверять по нижней линии с учетом одной только не­ равномерности распределения /Сст. Это следует делать, несмотря на то, что принятая неравномерность /Сст, вызывающая перегрузку нижней линии, возникает не всегда и не в каждом пропуске, так как возможность такой неравномерности всегда существует.

Иначе обстоит дело с двигателем. Из-за постоянной /<дин < 1 и непостоянной неравномерности Кст> 1 среднеквадратичные моменты двигателей нижней и верхней линий становятся практи­ чески одинаковыми и приближаются к среднему моменту. Поэтому при расчете режимов прокатки вполне допустимо и целесооб­ разно вести расчет среднеквадратичного момента двигателя по средним значениям динамических моментов и моментов прокатки, т. е. вести расчет по суммарному (полному) динамическому мо­ менту всей рабочей линии стана (Мв, Мв) и по суммарному (пол­ ному) моменту прокатки (Мг), определяя суммарный (полный) среднеквадратичный момент двух двигателей (Мкв) и проверяя его по суммарному (полному) номинальному моменту этих двигателей (Ми.дв). Такой расчет М кв приводится на с. 69.

На стане с индивидуальным приводом валков указанные выше статическая и динамическая неравномерности, наоборот, не вырав­ нивают, а усиливают неравномерность загрузки нижней и верх­ ней линии по максимальному моменту и нагреву двигателя. Поэтому в этом случае допустимость режима прокатки по пере­ грузке и нагреву двигателя следует проверять по нижней линии.

ев

Среднеквадратичный момент двигателя

за цикл прокатки

Сначала определяется Е M 2t за каждый пропуск. При одно­ слитковой прокатке имеем

Рас. 18. К расчету дополнительного нагрева двигателя при ослаблении его поля

69