автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Методы совместного проектирования технологических режимов и параметров оборудования прокатных цехов

РГБ ОД

?! ЛЙ'пЁЩИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ЗАЙЦЕВ Вадим Семенович

МЕТОДЫ СОВМЕСТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ И ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ ПРОКАТНЫХ ЦЕХОВ

Специальность 05. 16- 05 «Обработка металлов давлением»

ДИССЕРТАЦИЯ * в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Липецк — 1994

Работа выполнена в Липецком политехническом институте.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Кузнецов Л. А. доктор технических наук, профессор Поляков М.Г. доктор технических наук, профессор Скороходов А.Н.

Ведущая организация АО Гипромез, г. Москва

Зааита состоится 23 июня 1994 года в ю часов но заседании ди ертацкосного сов- "а Д 064.22.02 в Липецком политехническом .институте, 3913Э55, г. Лииецк. ул. Московская. 30. ауд К 458.

С публшсаЦиямк. отражающими сущность научного доклада, можно ознакомиться п библиотеке института.

Диссертация разослана 1394 года. ;

' Председатель

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.Сложившаяся в нашей стране практика проектирования ' для черной металлургий долгие голы предполагала обоснование максимальных капитальных вложений. В результате у нас были построены крупнейшие в мире домны, ■ сталеплавильные агрегата, прокатные станы. Дефицитная экономика поглощала без остатка любые продукты их производства. Однако когда стало очевидным исчерпание резервов экстенсивного развития, создание методов проектирования оборудования на заданную производственную программу превратилось в важнейшую научно-техническую задачу. В современных условиях металлургические агрегаты должны иметь не максимально возможные, а минимально необходимые. но достаточные для выполнения заданной программы параметры. Их мокно получить в сочетании с предельными режимами. при которых скоростные и нагрузочные возможности оборудования используются наиболее полно. Эти решения особенно актуальны для ршочной экономики. . .

Целью диссертации является разработка методов совместного проектирования технологических режимов'и параметров оОорудовашш, минимально необходимых и достаточных цл? достижения производитель ности, обусловленной заданной гэдовой производственной программой, что ьедет к экономии ресурсов всех видон при проектировании.Еозве. дении и эксплуатации прокатных nsxot. С эюн целью ь раСоте

дано форматное описание прокатного производетьа для обссно-ьания программ и пропускной способности осрабатшзлюиу.х агрегатов;

разработаны теоретические основы совместного определения предельных технологических режимов, пропускной способности и минимальных параметров обрабатывающего оборудования, что использовано в математических моделях, алгоритмах и прикладных программах для расчета прокатных станов и других агрегатов прокатных цехсв:

рассмотрена задача структурной оптимизации прокатного производства по экономическому критерию.

Научная новизна. На защиту выносятся следующие основные положения, . обладающие научной новизной:

подход к Формированию программ и необходимой для их выполнения пропускной способности агрегатов, исходя из производственной программы цеха, с использованием матриц назначений и единообразного представления расхода и потерь металла и времени;

аналитическое описание скоростных и нагрузочкьч диаграмм обрабатывающих машин с электрическим приводом безразмерными функциями безразмерных параметров регулирования скорости и использования времени цикла;

. расчетные методы отыскания предельных режимов рбработки и отвечающей им пропускной сдобности оборудования прокатных цехов на базе его технических характеристик и своПств обрабатываемого металла как альтернатива полузмпирическим методам, основывающимся на хронометраже:

комплекс уравнения, связывающих номинальные параметры оборудования со свойствами й режимами обработки есех принятых в расчет профилей и их соотношением: •

гарантирующие безусловное выполнение производственной программы правила выбора расчетных профилей, представляющих при проектировании сортамент объекта; .

новые алгоритмы распределения обжатий между проходами при листовой прокатке с поддержанием на заданном уровне усилия, крутящих моментов или эквивалентных мощностей на базе одно- или лвухла-раметрических аппроксимаций кривых удельного расхода энергии на прокатку;

подход к интегрированию законов охлаждения проката с вынесением за знак интеграла в едкнои комплексе всех плохо определенных теплофизических параметров металла и аналитические зависимости для определения параметров прснлтки и охлаждения металла на иирокопо-лосоеых станах горячей прокатки, полученные с использованием этих экспериментально найденных комплексов;

методы совместного определения предельных режимов обработки и минимальной мощности непрерывных, последовательных, реверсивных и линейных станов гсрячер и холодной проката; с соблюдением необходимого регламента или без него;

дифференциальный метод учета затрат на производство с его новой нормативной базой как основа для структурной оптимизации прокатного цеха.

Все эти решения были бы невозможны без основополагающих результатов. полученных ранее И.А.Тиме, А.И.Целиковнм, И. М. Павловым, М Л. Зарошинсккм. в. л. Тягуновым, В. М. Чижиковым. II. к Бухвостовым. Е. С. Рокотяном, Г.Л.Хкмячем. А.В.Истоми»«, А.А.Королевым. И.Я.Федосовым и другими учены:«!.

Достоверность основных положений и- выводов диссертации определяется

использованием при их получении фундаментальных законов сохранения массы и энергий, современной теории прокатки и других процессов обработки металла в поокатных цехах р комплексе с методами

математического программирования и элементами теории массового обслуживания, теории расписаний, теории размерностей, теории надежности и др.;

применением адекватных вычислительных методов и средств: практической реализацией результатов в промышленности и в учебном процессе. ,

Практическая значимость и реализация раРРТЦ, Настоящая диссертация выполнена в рамках п. 3.1. Новые ресурсосберегающие металлургические технологии "Перечня межвузовских научно-технических и инновационных программ" и представляет собой научное обобщение результатов, полученных автором в 1969-1994 г.г. во время работы в ааводе-втУЗе при Карагандинском металлургическом комбинате и Липецком политехническом «шстатуте. Отдельные результаты диссертации использованы при разработке проектов расширения производства на •Ноьолипецком металлургическом комбинате и Липецком тракторном заводе. По ее материалам написан учебник для вузов "Основы технологического проектирования прЬкатиых цехов*, которил вышел в издательстве "Металлургия* в 1987 году в соответствии с приказом N 990/460 Минвуза СССР и Госкомиздата СССР от 4 сентября 1980 г. За годы, 'прошедшие с момента выхода учебника, он прошел алробациг в вузах России и СНГ. Кроме Липецкого политехнического института его испольэупт э Московском институте стали и сплавов, Уральском и Челябинском государственных технических- университетах, Магнитогорском горно-металлургическом, институте и да. на кафедрах технологии, оборудования, и автоматизации прокатного- производства.

Если предложенные в работа методы., математические модели, алгоритмы и прикладные программы положить в основу системы автоматизированного проектирования технологической части прокатных цехов.•

даже проектант с ограничении) опыте« при этом сможет получить технические решения не только приемлемые, но и гар чтирующие достиже ние всеобщей экономии за счет сокращения времени проектирования, затрат на изготовление и содержание оборудования.

Апробация работы. Материалы диссертации доложень. и обсуждены на всесоюзных научно-технических конференциях "Разработка и внедрение АСУ прокатными станами" (Киев, октябрь 1975 г.), "Прогрессивные процессы в производстве Холоднокатаного листа" (Липецк, мая 1985 г.). "Задачи технического перевооружения листопрокатного производства" .(Днепропетровск, сентябрь 1937 г.). на международной конференции "Современные достижения теории и практики тонколистовой прокатки" (Липецк, апрель 1930 г.);

»и научных семинарах специальных'кафедр Липецкого политехнического института, Московского института стали и сплавов' (1990 и 1994), Магнитогорского горно-металлургического института (1994), Уральского (1934 и 1994)' и Челябинского (1994) государственных технических униьерситеТов;

на науч.ю-техническом совете Новолипецкого металлургического комбината <1994), а также в прокатных отделах пшроиеза (1994), Ленгйпромеза :19й2) и Укргипромеза (1990). .

Публикации. Содержание научного доклада отражено написанных без соавторов учебнике и учебном пособии для иузов и более чем ь 40 публикациях в ньучно-технических журналах и сборниках, t-одиш часть которых также .написан i без coatrropop

ВВЕДЕНИЕ

. В условиях непрерывного наращивания производства параметры прокатного оборудования определяли у нас по заданной технологии, Мощность привода прокатного стана рассчитывали по самой тяжелой калибровке, а результат увеличивали на 10-2055. Для установления Пронускной способности оборудования использовали хронометра». В настоящей работе задача ставится так. чтобы из множества допускаемых по условиям качества продукции.и устойчивости процесса технологий найти такие, при которых достигалась бы пропускная способность оборудования, а его установленная мощность была бы минимальней, но достаточной для выполнения заданной производственной программы. Очевидно, что минимизация установленной мощности ведет к ресурсосбережении и сокращению капитальных и эксплуатационных зат-•■ рат. ...

Технологические режимы, характеризующееся наивысшей производительностью .и минимальной мощностью оборудования, названы предельными и разделены на свобздные, связанные и регламентированные. При свободных режима^ производительность ограничивают только скоростные и нагрузочные возможности оборудования, при связанных 'режимы снежных по неразрывному потоку металла агрегатов, при регламентированных - необходимость достижения при обработке дополнительных аффектов, требующих затрат времени больших, чем основной процесс. Свободные режимы в работе находятся по критерии максимальной производительности и соответствии!« минимальной уетаноь-ленйоа мощности о?срудоышия, 'реглаяс-итироаиьные безусловно соблюдается. а связанные устанавпинаются путем корректировки свободных г«о кригерло минимума.капитальных затрат.

ФОРМАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ОСНОВНОГО ПРОИЗВОДСТВА ПРОКАТНОГО ЦЕХА

Но уделяя внимания вспомогательным и побочным производствам, обычно представленным в прокатном цехе [25]*', его эсновное производство опишем как систему ш последовательных Фаз. J « öTm, в которых проходят обработку 1 видов продукции, X = 1Л, представленных п расчетными профилями, i • ТГп. Матрицы назначений и (Lu). элементами которых являются единицы. если К-тый вид продукции или i-тый профиль обрабатывается в j-той фазе и нули в противном случае, качественно характеризуют структуру потока металла в цехе.

Годовое производство каждой фазы Формируется как сумма производства расчетных профилей Ад} ^ Л,, в долях а, j А,, /Ад,, за рабочее время T0i i в долях b, 3 - Т, 4/T0J. при ятом средне-

часовая производительность находится по Формулам

О»} ' AojTOJ i'',?,-—- Qu- <*>

alJ

К сожалению, прокатное производство небедотходно и сопряжено с потерями металла и времени, которые учитывает расходным коэффициентом металла y^j *(?ia1 ]-vn > 1 и коэффициентом использования оборудования th j Ь, j ■ < !. Чтобы несмотря на потери получить заданную производительность, оборудование должно работать о несколько большей интенсивностью согласно уравченкю

Poi * Qoj Vp1/7(,( - | "ХЪхуеч+ч'Ы-

Р13

• ) Г. силки на ЧЯ(11- опиовнн У

1V1* «ИИИ.II.il. Я «»терм» CO«fp*HTi<

результатов. поясемеетпч олумгии.

большая

Предельная интенсивность работы оборудования f* « ш Р является его пропускной способностью. По формулам (2) можно получить отвечающую ей предельную производительность Q" [23, 33).

Формирование программ агрегатов и определение необходимой для выполнения программы цеха их пропускной способности ведется из' расчета баланса металла £16.21]. В расчете используется компактная матричная запись исходных данных и результатов, однако в нем нет матричных операций, в над элементами матриц'с одинаковыми индексами производятся лишь арифметические действия. Исходными для расчета являются матрица объемов производства (А**), назначений (1щ ). расходных коэффициентов (vtJ), рабочего времени (Toi) и коэффициентов использования оборудования (Jloj)- '

Загрузку оборудования Фаз для каждого вида продукции ведут против хода процесса домножением соответствующих объемов производства на расходные коэффициенты металла, если L, =1. si единицы в противном случае. Абсолютное количество отходов металла получают как разность .входов и выходов каждой фазы. .После умножения элементов матрицы загрузки на сходственные элементы матрицы назначений находят объемы производства по Фазам и видам продукции, суммирование которых по видам продукции и расчетным профилям дает матрицу объьмов производства в отдельных фазах tAuj). Теперь можно полечить расходные коэффициенты металла "по фазам (v0j) и сквозной расходный коуффициант v0. Суммарные объемы отходов в каждой фазе ис- ■ пользуют в заданиях «а проектирование соответствующих систем их ' удаления и утилизации.

Необходимую интенсивкос'ть работы какаэй фазы. приравниваемую ирэиульной i.nûcooHôCTii, получатг но формулам (1! и (2). îIjhi наличии' и программ:? ' цеха Продукции « покрытиями балансоьие расчеты ьедуг

по металлу-основе, заранее определив!потребность б материалах покрытий.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПРЕДЕЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ОБРАБОТНИ И МИНИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ

В зависимости от того, дня выполнения какэй части производственного процесса предназначены те или иные обрабатывающие устройства, их можно разделить на. простейшие, способные выполнять лишь отдельные технологические переходы, установки для выпо.ления операций и агрегаты для технологических процессов.

Расчетное время цикла простейшего устройства Ц состоит из Бремени обработки I и времени пауз, так что относительная продолжительность обработки г'}ЛаИ. Интенсивность работы такого устройства найдется по формулам

р - с гс / Ч„ - с г -е-* / % . о)

где с - коэффициент пропорциональности между единицами измерений физических ветчин, входящих е. формулу.

г - число одновременно обрабатываемых заготовок.

С - насса заготовки.

Из баланса мощности, потребляемой и отдаваемой обрабатывающим устройством, следуют фундаментальные уравнения связи между мощностью и интенсивностью работы. Для энергопотребляющих (какин. печей) и мэссообменных устройств при обработке 1-того профиля их записывают в вине

Н 1„, = Р, и, . М ен1 » Р, и, , (4)

Где в и И - томность соответствующего устройства. кВт или т/ч.

с, и £ц - степень использования мощности, и и в - расход энэрган (массы) на обработку металла, кВт■ч/т или т/т. При максимальной степени использования мощности и гЦ достигается пропускная способность Р'.

Пропускная способность обрабатывающих машин [15.23.26.35.361

Скорости, мощности и крутящие моменты в разных сечениях кинематической линии машины (на разных валах) в течение цикла обработки приобретают различные значения, скорость изменяется в связи о преобразованием в редукторах или регулированием. В машинах с электрическим приводом используют две основных зоны регулирования скорости: при постоянном моменте.вниз от номинальной (первая зона) и при постоянной мощности вверх (вторая), так что

ыд/ыд - " Ч^Ч» " " V* = у - !Ь)

где. ы н у - угловая и линейная скорости.

и - параметры регулирования - скорости относительно; Номинальной: обобщенный, в первой и второй зонах. Черта над параметром здесь и далее указывает на его номинальное значение, и индексы д. р. и относят его к валу двигателя, входу в рабочуи ишлщу или инструменту. При отсутствии индекса параметр, как правили, относится к полосе.'Скорость выхода полосы■ни -малины. ■

» - к, ^ у . (б)

где- к, - коэффициент запаса нт регулирование с-корисш в связл с н«|регоч::ой инотрумг-нта,* опережением или проскалььизаиием металла.

1Ыери мощности и передаче от двигателе к райо-к-С; машине н на •олуотой ход учтем единим к.п. ц. -;Гргаа крутило ¡.кы^нш е линии

машины будут изменяться в связи с преобразованием скорости и потерями мощности. Момент на входе в рабочую машину (рабочий) при обработке 1-того профиля определим по формуле

Ц,, « cpr-F, k^, (7)

где.р и F плотность и сечение обрабатываемой полосы.

В - радиус инструмента. Момент на валу двигателя при разгоне (максимальный за цикл, индекс в) и тсриожении

МЛВ - т1 (I + «-Ы. Кдт-~ (1 - ß'fej). (Öl

где 1 - передаточное отношение привода, о и ß - ускорение и замедление полосы, kj - параметр. учитывающий инерцию системы, лдельный расход энергии на обработку может быть получен из формулы (7) расчетом (24,£81 либс экспериментальным путем. Кривые удельного расхода энергии на прскатку плоских полос аппроксимируются одаопараметрическэй зависимость» tu. (H/h,)" - l

0, - -------. (9)

1 V (H/h)* - 1

где ß3- относительная загрузка стана за j проходов.

Н. й. Ь} - начальная, конечная и текущая толщины полосы в J-том проходе,

Wj , И - расход энергии га. j и m проходов, к -параметр кривой. Возможна аппроксимация при k), а также по отношениям площадей озчений полосы.

Для аналитического отыскания прелэльных значений параметров регулирования скорости машины графики изменения скорости и нагрузки во времени ( скоростную и нагрузочную диаграммы) описали .безразмерными Функциями х й 5. Функция т - ^'»t/L показывает, во

сколько раз время обработки при реальной тахограмме превышает время обработки с постоянной максимальной за цикл скоростью. При неизменной скорости (прямоугольная тахограмма) t»i. при треугольной тахогракш %~г - г го границы изменения фрикции. Тахограмма холодной прокатки, оостлягцая из участков прокатки на заправочной и мак-1 сикалыюй скорсстл. ускорения и замедления, описывается функцией '

I уг "•''■'■'

х ' (rf-0 —- (1|>Ч)г . (10)

I L * ^

где L и Ц - полная к заправочная длины полосы, t, » v3 'v - краткость заправочной скорости. К = Z - среднее ускорение.

При подстановке t(t) в выражение ;3) получим формулу для расчета интенсивности обработки машиной i-того профиля с учетом особенное- ' iVri тахо! сан1..ы:

Pt - c p-r fj V-ti itill)

Однако г.роиускнуи способность Р' по этой формуле можно определить.' лиаь зная предельные значения С", t'n z', которые могут быть получены только из расчета нагруаки двигателя.

Загруира двигателя приемлема, если одновременно соблюдаются условия, при которых не наступает его перегрев и перегрузка. Их Юрчулцруют з виде крзтностей эквивалентного Мд, и перегрузочного • моментов номинальному Йд: ' -

t ■ «А,/Йл it. iB - О,, .('.2)

где Мдв~ чзк.сикальмыЯ-га'цикл изменения нагрузки момент,

- коэфоицтк? допустимой перегрузки деигэтеля по мимеь'.-у.

Эке.шалентнып ном ант определится из иагругочно« диаграммы ка->гшы о у-!1То.>! попреки на непропорциональность гона, нагревавшего fii иглтлм.. v. «юиектг. сслч скорость регулируется во второй ¿сне.

Функция в, описывающая нагрузочную Дна 1 рампу, сводится тал; что

/ „х. •»*> ,—- .---

/ *-« * /г-л V* •

Ид . , —--- / / —

✓ Ц / I 1-Т( / т

При неизменной скорости 6=1. для случая гь. ногде фун.чцкя т определяется но формуле (10),

V2 „ 2-V2 г

6.1 + ----+-----(г+^-З^-и+а-М,).

1-м. з « ь

(14)

После подстановки в услсвля :1?) вьражешш '15). (Я). (7) ;.> (11), имзя в'виду, что Мд = Н/<ол. где Н - номинчлькан мощность д?н-гател , получим формулы дгя определения интеноишолп обработки машиной 1-того профиля из расчета, нагрузки:

НпЧп, /~г, п

Р( ---/--- р, --------, (15,

"1 V 'п Ч я, ■ (1-а, {с,!) т.

При сопоставлении с.условиями '4) теперь мохш получить Бура*еичд для степени использования'мощности из расчета эквивалеатчой и максимальной нагрузки

^»пл-е/г--' <» - тгтг;—• ,:б)

V 5 т

Заметим, что с - е„ при

т ; !-1а-к.

I ^«'«а Г

для прямоугольной тахограммы » 1А„г. При г>210 работает гн^р-вое из условий (12). ;15) и (16), иначе •• второе.

Приведенные выше формулы связывают параметры четырех типов: конструктивные параметры машины (И. «д. Йд. В. 1, ч. Х„)• сорта-ментные параметра обрабатываемого материала (р. al( Ft. м,), режимные параметры настройки мащины с,. Í,, г,) и комплексные параметры, зависящие от ранее упомянутых. Режимные параметры огра-. нкченч конструктивными особенностями машины; -так что £<1, t<r, КШе, а з режиме, когда мощность двигателя ограничивается нагревом zLP~zu<z<zt (индекс н относится к минимальному уровню).

Каковы же предельные значения . параметров .регулирования С. с". д' и г'? Судя по, формулам (Ш и (15), дли достижения про--пускной способности Р' всо они должны быть максимальными, однако это справедливо только для параметра Остальные образуют комплекс. названный кратностью действующего момента Х^ поскольку е. другой стороны он представляет собой отношение рабочего момента к номинальному с учетом особенностей тахограммы и нагрузочной ' диаграммы: ■ • ;

X, - б4/гу - tj/íf, /О . . . (18)

Мд'М '

При tj=1 предельные значения остальных режимных параметров зависят, от положения кратности действующего момента X, в диапазоне ее изменения относительно трех узловых точек , координаты которое зависят от параметров машины:

Х<" - í/(íB /Тв), Х,г» - \'\Гг6. Х<3' - , (19)

Если для профиля.. предельные режимы обработки которого мы хотим устгновить. окажется, что X,<Х'1'. профиль легок для .машины. Erj ЫПЖ.-Ю обработать при максимальной скорости (4/ *0В j и полном печильзорз!.!!.] ррененл ш;кла а мощность двигателя оста-

нется при этом недоиспользованной, поскольку

е,*> Л,^1».» < Vf

если Xй 1 iX, <Х<е). профиль наиболее приедем для- машины, и его можно обработать при полном использовании мощности и времени цикла Ui''l. Zi'"Za). а параметр регулирования скорости найдется из соотношения

V > х<2 ,/Л4 :

если 2*<Х,а(3>. профиль достаточно труден для машины, скорость его обработки не должна превышать номинальной (5t**l) при полном использовании мощности (t, '■>!) и недоиспользовании времени цикла:

zt' " 1/Хх* : •

если, наконец. Х(>Х(3>. обработка профиля на этой машине невозможна. так как'должна сработать :токоезя защита двигателя. Регулирование скорости в первой зоне Ui'<i) всегда ведет к недоиспользовании номинальной мощности.

Например,- для правильной машины с номинальными параметрами й=50кВт, Йр»в.37кНм, v»0.5м/с, пропускная способность яри обработке ш*ос толщиной 4, 5, 8 км при м," (3-ht<-5)/100 кВт-ч/т с ростом толщины падает (207, 201 и 81 т/ч'соответственно), а правка более толстых полдо оказывается невозможной.

СоЕместнсе определение предельно ре»имоЕ. обработки и номинальной мощности гри проектирований машин 29.33,

При подстаноеке в уравнение (2) каждого из выражений .для про -пускиой способности 11) и (15-1) оно разрешается отаоапельни номинальных мощности двигателя и скорости инструмента:

* »'-У' /Ъъ - 2г1 * 8 - К- «

Ро' в. Ро"

X*" -

Рп*

8У , (21)

(23)

Срл>„к,

где супин Ё>К и Б» названы рсишпо-сортаментны.-щ показателями мощности и скорости. Поделив (20) на (21), получим выражение для но-миналыюго момента не входе в рабочую машину

С'р к, Й Эн

• Мр^ . -н- . (22)

Ч Б»

а такие цепочку отношений

1 8,! Я, -Рр* Ян * Э," ~ Р,'

Номинальные значения N и м,, абсолютно минима. ны, но достаточны для выполнения заданной программы Ар за время Т0. если расчетные профйлк выбраны в соответствии со следующими правилами:

.11 'среда; расчетных Должны быть профили.'характеризующиеся минимальным и макешмышм моментами Кр,; ,

2) профили со средними значениями момента должны быть . представительными, то есть их собственная доля в сортаменте, машины не должна быть малой;

3) расчетам профилям присваивают не собственную долю в сортаменте, з долю представляемых ими групп;

• 4) для■оборудований, работающего Ъ потоке, принимают одни и то же рйпчетнне профили.

Важен вопроо о числе-расчетных профилей. Имея в виду, что суммы ¡»в и зависят от соотношения и характернг ик всех расчет ных профилей, можно заключить, что с увелич ием числа расчетных профилей достоверность решения должна возрастать, тем Солее что использование вычислительной техники снимает-трудности расчета. На самом деле попытка предугадать на этапе проектированы все особенности портфеля заказов будущего цеха бесперспективна и приводит только к возрастанию объема вычислений. Поэтому число расчетных профилей должно быть минимальным, важно лишь не упустить тенденции' в развитии спроса на продукцию: дрейфует ли сортамент в напревле нии облегчения загрузки машины или а противоположном.

Все расчетные профили доляни быть ранжированы в порядке возрастания рабочего момента Цмм»^. 1-ТТп. Для возможности расчета сумм 8Н и ¡5„. содержащих предельные значения режиинь. параметров. оценку номинального момента делают по наибольшему рабочему:

*Р - V /*ш ■ 424)

Теперь можно квалифицировать сортамент машкнц: он узок и наиболее приемлем если Х(,) ( Хх < Х(П И широк-в противном случае. Если при широком сортаменте режим работы машины длителыши. X, < к{г'. повторно-кратковременный. X) < Х<3). В первых двух случаях коми ■ нальный момент назначают на уровне (,"4). в последнем он мо*ег быть уменьшен и по условию минимума су».мы найдс-н из днапазсн д

/г, Йр < И,,, сг>)

При необходимости полученные значения номинальной мошюсги и отвечающей номиналы« й скорости инструмента часк/щ арацения двигателя должны быть взедоны ь параметрические ряды: Й„ М, 30 УМ1/(ХЙ> 4 Пд { 30-Вд-1-ч/и-»^).

Частоту вращения следует принимать блике к нижней .границе, если есть тенденция к утяжелени» сортамента, и наоборот.,

Для примера снова обратимся к правильной машине. Если в сортаменте полосы толщиной 2. 4. 8 и' 10 мм представлены в ревиых долях. то при Р* = 175 т/ч минимум SR « о,37 кВт достигается при Мр - 10,9 кНм, v - 0.446 м/с, ¡1 * 76.2 кВт и пд = 356 шн"'. Пропускная способность при обработке каждого из . расчетных профилей Р,' = ( 185 242 21.2 , 116) т/ч.

Мощность и пропускная способность тепло- и массообменных обрабатывающих устройств

Лля расчета пропускной способности нагревательных устройств прокатных цехов обычно испольгуат формулу (3). нриве энную к виду

«US,, <27)

где Sa и U - активная площадь и напряженность пода.

т - удельное время иагреза. Данные по г и U представлены е специальной. литературе для. разных условий нагрева.

Болоч гибким, однако, оказался подход, основывающийся На использовании формулы'(4-1). для которого мощность печи Н определяют из максимального часового расхода топлива известной теплотворной способности, а удельный расход энергии на нагрев W - по разнице теплосодержаний металла в начале и конце кагрева. Для степени использования установленной мощности предложена формула

»ix'(kj+k(!v/(li3+k*(l+lc5)-lc6), (26)

где tr - Показатель расхода топлива,

€,> - тепловой к.п.д. печи к : отношение полззной мощности к,

- а -

потребляемой.

к, - коэффициент использования топлива (к.и.т.) при сжигании холодного газа в холодном воздухе,

кг - прирост к. и. т. от подогрева воздуха. к3 - коэффициент прямых затрат энергии на нагрев металла, исчисляемый из теплосодержаний металла в начале и конце нагрева, к, - коэффициент потерь тепла через ограждении печи, к5 - коэффициент, учитывающий потери тепла в водосхлаждаемых элементах печи,

- коэффициент прихода тепла от отинообразования металла. Коэффициенты определяли по данным Стальпроекта, а также обобщая практические данные.Использование этого полхода дает интенсивность рабо\и печи з зависимости от широкого спектра изменяющихся условий, включая расход топлива.

основанное на. этом,. подходе, проектирование участка нагревательных печей для прокатного стана предполагает получение их сум- • марной мощности, исходя из необходимости обеспечения стака слябами при прокатке с наивысшей производительностью, и уменьшение расхода топлива при ее снижении. Так, участок печей дарекоиолосоваго стана горячей прокатки производи тельностыо б млн. т при максимальной пропускной способности 1630 т/ч и низкотемпературном нагреве (1100 °С) с холодного посада должен включать пять печей мощностью 150 МВт каждая со снижением расхода топлива до 40 - 45 55 от максимального при умены-нии производительности до 620-750 т/ч.

. На базе уравнения (27) решена задача о пропускной способности реечного холодильник для прутков. Из условия, что время охлаждения круглого прутка в мин. равно его диаметру в мм, напряженность

пода холодильника определена-величиной и • 0.36? т/(мг-ч). а для квадратного, который остывает быстрее, и « 0,468 т/(мг-Ч). Для мелкосортно-среднееортно.го стана, производящего прутки 10 - 40 ни в количестве 800 тыс. т в год. размеры двухсекционного холодильника составят 2 х 12 х 100 ы! Если прутки диаметром 10 мм. доля которых в сортаменте достигает 40 X, укладывать по два на одно'нес-то, то размеры холодильника могут.быть уменьшены до 2 х 12 х 70 и.

Из анализа размерностей-получены также выражения для компонентов Формулы (4-2) применительно к расчету травильного агрегата.. Если удельный расход ю. выражать в т травильного раствора на т год-, ного металла, то мощность установки М определяется в т/ч'травиль- . ного раствора. Удельный расход травильного раствора • ■

Ш - в, -»¿>8. (29)

где ш,*: тг-Юз Ч^ -вц +% - количество растворяемого железа в т на т годного металла, .

щ - количество окалины в т на т заготовки, .

Шз = V - расходный коэффициент, металла."'. т/т,-

=' 0.4 — доля растворяемой окалины в общем ее количестве. . - количество растворяемого железа в т на т окалины.

Ие' -' количество растворяемого здорового металла ь т н- т, год- ' ного металла.'

•т, - количество 100 % -ной кислоты в т на т расшоряемого же-

ЛгЗЗ. . ■ '■ ' ' .' ; '-.

% - величина, обратная концентрации раствора, ,'ь .т раствора на т 100 к. -ной ки;.".сти.

коаффищк'нт лсмль^зз.'шя мощности

' . «т " «1 »30) ;

где t, - к.п. д. установки, определяемой через конценг-чцию раствора на. ее входе и выходе, .

с2 < 1 - показатель расхода раствора.

t3 - показатель активности раствора, зависящий от его температуры и тра&имости окалины.

Проектные параметры установки длл соллнокислотг.ого травления 1,05 млн.т горячекатаных полос толщиной 2-5 мм со средней мро-пускноп способностью 175 т/ч таковы: мощность установки 4.1 т/ч при длине каскзда ванн 135 м; пропускная способность при травлении пслос разной толщины ?5о - 250 т/ч при скорости перемещения металла 2,1 - О.Э м/с.

НОЛЕЛИ И АЛГОРИТМЫ РАСЧЕТА ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ И МИНМАЛЬНСЙ МОЩНОСТИ ПРИЗМА ПРОКАТНЫХ СТАНОВ

Пропускная способность непрерывных прокатных станов

Для спред-втеш* пропускной спссоблости непрерывных листопрокатных станов в работе использованы оригинальные алгоритмы, основывающиеся на том или ином оаспредтяении между проходами удельного расхода энергии в аппроксимации c?t. лриводяшем к толщинам полосы

И

bj » —-——г---■ (31)

Распределений сбжатий может быть таким, что достигается желаемое соотношение между крутящими моментами на шейках валков {32}. усилиями прокатки [37] или эквивалентными мощностями [34.391.

Крутящий момент .' пропорционален заданному. . если для каждого

прохода (Wj - Wj-j)-hj - const. Например, реверсивная клеть 3/4-непрерывного полосового стана монет прокатывать полосу, характеризующуюся параметром кривой удельного расхода энергии к * 0.5 и . толщиной 214 им. в 3 прохода на толщины (Ь,) * ( 179 146 117) ми. При зтом распределение расхода энергии Между проходами («j) -(0.82 0,65 0,53) кВт-ч-'т, а момент на шейках Uj>, - 5136 кКм.

Келаемое соотношение усилий Yj между проходами можно получать, если относительную загрузку в проходе ßj находить из уравнения усилия прокатки в специально сконструированной форме, начиная с первого прохода. В первом приближении значение Y произвольно,а в последующих следует принимать ^, ßi/ß«. Так, подкат 2x1000 ми при к - 1.45 может быть прокатан на толаршы lh}) » ( 0,95 0,70 0.57 0.50) мм с удельным расходом энергии (Hj) - ( 13.0 13,9 9.8 9,1) кВт-ч/т при постоянной усилии * - 8.68 МН.

Распределение обжатий .при необходимом соотношении между эквивалентными мощностями тривиально, если регулирование скорости во всех клетях происходит во второй зоуе {тогда в этом соотношении попросту распределяется удельный расход энергии). Если 'хотя fei в ■ одной клети регулирование скорости переходит в первую зону, яелаа-мое распределение обжатий возможно только последовательными приближениями путем уточнения на каждом. шаге частной относ геданой. загрузки в каждой проходе

• h " , " {32>

где Xj - заданное соотношение эквивалентных мощностей.

S - сумма параметров регулирования скорости в первой

зоне, полученная на предыдущем i re. Например, при прокатке в не-прзрнвной.группе амрокополосоаого стана полосы толщиной 4 мц из

подката 40 мм при заданном распределении мощностей (х3) - (0.8 0.8 111 1 0.8*. номинальных скоростях клетей (Vj> = (2.09 2,09 4,19 4,19 6,70 в, 70 9,63) м/с и параметре к »■ 0,35 достигается распределение толщин (hj) - (28,9 19,0 13,9 9.3 6.9 5,0 4.0) мм. Скорость прокатки в последней клети 11,07 м/с; б клетях 1, 3 и 5 она регулируется в первой зоне, в остальных - во второй, так что (%) - (0.73 1.11 0.76 г, 13 0.95 1.32 1.15).

Если режим обжатий или вытяжки в клетях непрерывного стана заданы, пропускную способность определяют из условия соблюдения равенства а выражении (12-1) хотя би а одной клети. Специальный, алгоритм 1301 приводит к решению в 1-3 хода в зависимости от того, насколько труден для стана прокатываемый профиль. Результат представляется достаточно интересным. Так. • при прокатке по сотеме ромб-квадрат во второй группе клетей непрерывно-заготовочного стана квадрата низкоуглеродистой стали 80 мм из заготовки 150 мм расчетная пропускная способность достигает 924 т/ч, причем скорость всех клетей регулируется во второй зоне. Если попытаться этот же профиль прокатать в две нитки, то пропускная способность не только не возрастет, как можно' было бы ожидать, ио снизится до 788 т/ч. Из-за недостатка мощности- стана двухниточная прскзтка возможна только при снижении скорости в одной из клетей до номинальной и увеличении пауз. .. -

Ког,ца вытяжки заданы, при достиже} ии пропускной способности все клети, кроме одной, отзываются недогруженными, если распределение обжатий заранее не было проведено из услсбия помой загру чки по мощности (это возможно для полосовых станса). Специальный алго ритм 131] производит загрузку клетей, начиная с последней, с уче-тш существенно влняидего из перераспределение обжатая на?яхшщ

полосы. Пропускная способность стана максимальна, если удается полностью загрузить все клети при регулировании их скорости во второй зоне и уменьшается при недогрузке стана или увеличении пауз между полосами. Например, при холодной прокатке па станч 17.00 ЧерМК автолиста по схеме 3 -* 0,0 х 1520 мм достигается наивысшая, пропускная способность 563 т/ч при полной загрузке двигателей. Профиль шириной 1020 мм уже оказывается легким для стана, так что первая клеть не может быть загружена полностью, а пропускная спо-соб-.'ооть снижается до 475 т/ч, . несмотря на 30 Х-ное увеличение скорости прокатки. На стане можно прокатать полосу 0.9 х 1020 им и ).и удвоенном уделы..м расходе на прокатку, например, из нержавеющей стали, но при скорости, не превышающей номинальной в одной из клетей, увеличенной паузе и пропускной способности 245 т/ч.

Далее изложенные.выше идеи используются для сс устного определения параметров и режимов прокатки станов разль |ых типов-

Непрерывный стзд холодной прокатки

В программе сгзна ннзкоуглеролпетая сталь 0.4-2.0 у 1150-1850 мм с пределом текучести б» * 230 + 34ч°-в Н''мм*-. прокатцваемчя рулонов с относительной массой 25 т/м в количестве А<, '1350 тче.т за время Т0 » 7000 ч. Это обусловливает среднечасовую производя тельность Оо -278.6 т/ч. Полосы толщиной .1 мм и менее прокатывают ся в бесконечном режиме, остальные в порулонном. Р?.схо.утй коэФгк- ■ ииент металла на стане у0 - », «= 1,0073.

Характеристики расчетных профилей.и принятые натяжения нз мо-' талке и разматывателе. Н/мм*. приведены ниже:

1 а Ь,мм Ь.м II.мм г. ¡1 и.кВтч/т б0 б,

1 0.3 0.4 1.15 2.0 1.0 .0.75 70 20 30

2 0.6 0.8 .1,55 3.0 1.0 0.75 • 45 16.30

3 0.1 2.0 1.85 4.5 0,8 0.85 22 12 30

Среднее значение коэффициента использования стана в этом случае может быть найдеь'0 по Формуле

Ро

г

1»I

а, и, V,

,1 - 1. Ро " 0.7543. тогда'Р0' ■ Р„ » 372 т/ч.

(33)

При е, = ^

Н расчету принят чегырехклетевой стан (я - 4) с валками 600 / 1В00 х 2000 мм. Приняты также такие параметры технического уровня как к.п.д. передачи, ускорение и замедление, кратность регул: ова-ния скорости во второй зоне 0„ -2,5. а также соотношение между номинальными мощностями двигателей клетей (к;)»(0,5 1.0 1,0 1.0).

На первом этапе мощность стана находят при прокатке с посто -янной скоростью. В расчет принимают полный расход энергии, а номинальный момент-определяют по формуле (24). Режимы прокатки, суммы Бн и Яу и пропускная способность, найденный согласно условиям (20)-(23). характеризуются следующими данными.

1 М„.кНм

1. 27Р

2 465

3 '" 666'

X Х<" х<г»

0.45 0.40 1 0.78 0.40 .!

с I» г

■I г. 21 1 1 .1.28 ♦

1,12 0.4'; ' 1,12 1 1

20. 9 0,29 26.7 0.38

0.8 2.4 0.0ч

Р* ■. Т/Ч 2С7 418

778

оти регимы оОуслоглизавт в ' переем расчета йбиикальные моа роегь ДЕПгателя и скорость вэлкое;-и * 21580'кВт л 5* 9.57 и/с. -

Изменение скорости npii прокатке для заправки и пропуска сварных швов приводит к увеличению шиш при (x¡ )=(l.010 1,028 1.036) согласно формуле (10). а номинальные параметры увеличиваются до значений N - 22620 кВт и v„ - 9.69 м/с.

Приняв к установке 4-якорные двигатели для » 1. на каждый из 14 якорей получим 1615 кВт, а после введения в параметрический ряд 1500 кВт. . Тогда суммарная мощность двигателей стана составит 25200 кВт.

Бели номинальная частота вращения всех двигателей йд « 200 мин"1, по Формуле (26) можно оценить Пёредатоадое отношение в последней клети 0,582 ч 1а < 0,649. Крутизну конуса скоростей получим

по Формуле Н » у 2,• Н^ » 2.34. где S^ и V ~ отношения номинальных скоростей последней и первой клетей для профилей с наибольшей й наименьшей вытяжками (для сравнения на станах холодной прокатки 1700 ЧерМК и 2000 НЛМК крутизна конуса составляет 2.77 и 1.93). Тогда все профили смогут быть прокатанными во всех клетях лри регулировании скорости во второй зоне. Передаточные числа редукторов (мультипликаторов) в линиях клетей при этом могут составить (z¡>/z,) (48/31 41/38 35/44 31/48) при одинаковом межцентровом расстоятга. Дня оценки диаметра и длины якорей двигателей, м. и их монента инерции, тм*, использованы аппроксимации

( N 3* i И Io" . / Н 58

D,=0.80|~~J , Ц-0,Э2-|-—I . Jg'0.08|--J (34)

Также разработан подход и найдены параметры двигателей разматыза-теля и моталки, необходимые «.достаточные для обслуживания всего сортамента'

Режимы прокатки расчетных профилей при полной загрузке приво-.

дов всех клетей и допустимых уровнях усилий и моменте получены •совместно, с двухлараметрическим описанием кривой удельного расхода энергии вида к(¡5) согласно принятой кривой наклепа.

Спроектированный стан в сравнении с действующими характеризуется следующим образом:

1700 ЧерИК 2000 нлмк 1700 КарМК Проект

Объем производства Ло, млн. т 1.3С 2.00 1,30 1,95

Мощность приводов Я МВ'г зз. е 41,0 22,1 25.2

Отношение Ч/Л 25,8 20.. 5 17.0 12,9

(Н/Л)/(П/А) проект 2.0 ' 1,6 1.3 1.0

Реверсивный с гад холодной прокатки [43]

В программе стана полосы 0,22-1 х 1020 мм из низкоуглеродне-•той стали с показателем кривой удельного расхода энергии к •• 0,35, прокатываемые из рулонов массой в = 15 т в количестве Ас * 100 тыс: т за Т0 - ¿800 ч. при --»0,85, у0 1,05. Особеннеегыо реверсивного стана является то, что количество фактически прокатанного на нем металла кавдого вида в число раз, равное числу проходов и,.превышает программу, при этом действительный объем работ., долю в этом объеме каждого прохода я действующий коэффициент использования стана находят по Формулам

Ло'- ^'«к. а^-агАо/Ао'.. ^'-^-Ао^о-Ц/М:-^). <Я5) Где - время паузы в расчете на один рулон. В нашем случае Ао"*-440 тыс.т. Цц'' 0,75. Тогда ((, - 14.7 т'ч, Рр' =- 20,7 т/ч. Характеристики расчетных профилей и производительность при относитёль-

ной загрузив в каждом проходе Xj - Uut таковы:

1 .:. а lt. мм Н.мм W в а' Р*. Т/Ч Q. т/ч

1 0,2 0.22 2.2 77 ' s • 0.045 . 11.6 •8.7

2 0.5 0,50. 2.2 50 5 0,114 20.'7 14.7

3 0.3 1.0 2,5 25 3 0.068 42.8 26,9

Для выполнения программы достаточны расчетные параметры N «' 1270 кВт и v„ =2,1 и/с при Йр - 129 кИ-м. Эта мощность меньше ха-характерной для действующих реверзибных станов аналогичного сортамента втрое.

Широкополосовой стан горячей прокатки

Основной особенностью расчета ШСГП традиционного типа является .то, что в его едином потока объединены четыре группы оборудования - печная.• черновая, чистовая и уборочная, а для получения необходимого качества проката по крайней мере температуры конца про* катки Тк и смотки Тс должны быть регламентированы, температуры подката перед чистовой группой Т„ и особенно нагрева в печах Ти допускают вариации. ■

Рассмотрен стан для прокатки из* слябов толщиной 250 мм с относительной массой 20 т/м из углеродистых н низколегированных сталей, представленных аталями Ст.3 при 6S = 1350ч°-25г ua-143 exp (-0.QC25-T) И 06Г2СФБ При б, - &9S0 £°-803 и0-ехр(-0.Щ9-Т). Объем .производства А® - 6 «ли. т. Та> 700G ч. v0 - 1.008. ' '«. 0,9, что обусловливает средины пропускную способность Р0* - 965 т/ч.. Расчетные Продляй и прШШШ регламент температур. "С. хара^-

теризуются следующими данными:

1 й.мм Сталь а Б.м ь Те мм

1 2 Ст.3 0,15 1,20. 1.27 810 620 32

2 4 0.35 1,60 1.85 860 640 40

3 8 0,25 1,80 . 1.85 870 640 40

4 8 08Г2СФВ 0,15 1,80 1.35 300 600 . 40

5 16 0.10 1,80 1.85 800 580 48

Черновая группа клетей принята по типу ЧерНК: общеизвестно, что при традиционных скоростях прокатки такая компоновка обеспечивает превышение на 50-70 9 с температуры подката по сравнений • со схемами' ШШК и з/4-непрерывиого стана. Для получения Т„ » 1000 °с для всего сортамента такал схема допускает низкотемпературный нагрев Т„ - 1100-1150 °С, эффективность которого изучалась в работах [17.221. Только на разнице теплосодержаний метаила в 100 МДж/т даже при сохранении теплового к.п.д. печей (а он повышается) гарантируется экономия 10.-12 % топлива. При этом, прэвда, потребовалось увеличить мощность двигателей до 8 МВт на первой и 12 МВт на остальных четырех клетях.

Лля чистовой групш клетей принята следующая стратегия загрузки: ускорение начинается по достижении, а сброс скорости - после освобождения голосой последней клети. Из услсгмя поддержания заданного регламента температур на входе и выхода из группы на базе радиационного закона охлаждения поручили заправочную скорость-полосы:

V, - Со-1.в/(Г,-11). (36)

где С0 - 0,18-(1 - ехр(-Ь/1,8>)- пропорциональный постоянной лучеиспускания опытный коэффициент, .характеризующий условия

охлаждения прокатываемой полосы в чистовой группе клетей,

Ц - длина группы по осям окалиноломателя и последней

клети.

ft - разность кубов величин, обратных абсолютным темпера^ турам полосы на входе и выходе,

к„ - коэффициент, используемый в.Липецком политехническом" институте для учета теплофизических свойств стали. Если предположить, что с0 - const, придем к ускорению, которое должно возрастать по мере прокатки при общем крайне высоком уровне. В расчет принято постоянное ускорение . .

а - VU-V/iCo-VLi). (37)

уровень которого скорректирован уменьшением коэффициента • лучеиспускания подката до С„ = 0.035 при допущении о снижении теплоот-давщвй способности от начала к концу полосы, так что Ci < Со. Рассчитаны следующие значения заправочных, конечных скоростей и ускорений: . '

i

Vj . м/с V,, м/с

а. и/сг

1

10,54 15.42 0.048

2 8,31 10.79 ' 0,036

3

5.05 6.42 0.024-

4:

2,52 3,29 0. 007

5

1,27 1,60 О, ооз

Принят плавный (а не ступенчатый, как на ЧерМК и.НЛМК) конус скоростей, что при полной или частичной унификации двигателей возможно лиаь при редукгорном приводе. . Крутизна конуса определена по аналогии с известными решениями, а номина^ная скорость последней клети ( на уровне 8.76 м/с)' из условия достижения максимальной скорости для наиболее тонкой полосы при в„ * 2 и запасе на регули-

рование в связи с переточкой валков Ь, =\0,88. Для описания нагрузочной диаграммы получены выражения для функции б. отражающие положенную в основу расчета стратегию загрузкк группы. Учитывая возрастание сопротивления, деформации от переднего к. заднему концу по-лось. расчет загрузи клетей по эквивалентному моменту (формула (13) предполагает постоянство Ир) вела отдельно для переднего и заднего концов полосы, а результат усредняли. Допускаемые прочность» валков режимы прокатки всех профилей получены, как и для стана холодной прокатки, совместно.с двухпарамётричбским описанием кривой удельного расхода энергии.' Единичная мощность дзигателей клетей при (х, ) - (0.8 0,3 1,0 1,0 1,0 1.0 0,8) составила 10 КВт, что достаточно для достижения пропускной способности (Р,*> - (668 1248 1629 616 750) т/ч. а 8 среднем 965 Т/Ч. .:

Протяженность зон водяного и воздушного охлаждения на ошодя-щем рольганге определили на базе исследований 15-8. 11, 12. 14, 42]. Параметры участка печей приведены на с. 21.

В сравнении с действующими станами проектный (все. руссчитанк ■на годовое производство 6 млн.т) характеризуется .следующими мсщ ностями двигателей главных приводов, МВт:

2000 КЛКК 2000 ЧэрИН Проект Черновая группа 40,0 . 31,6 54.0

.. Чистовая группа 76,8 В4.0 64.0

Всего 116.8 И8.6 118. о

При одинаковой суммарной мсдности в спроектированном <;! существенно усилена черновая группа для обеспечения низкогбмшфггурной прокатки, мощность чистовой грулпы уменьшена ь сьязи с уменьшением номинальной скорости. .-'•■•'•■

г 31 -

Реверсивный г.вухклетевой голзтолистовой стад

Пропускная способность реверсивного лвухклетевого стана достигается при максимальном сближении длительностей циклов каждой из клетеЧ. Расчет (401 предполагает очисканиэ режима обжатий, при котором эхвигалентцыо моменты в кагдом проходе, кроме разбивки ширины и проглажкпенкл, достигают номинальных. Расчет черновой клети ведется по ходу, е. чистовой против хода прокатки, пока толщина под эта. полу<ш/ш по расчет:' второй клети яе превысит полученную пс расчету первой. Из диапазона перекрытия действительную толщину п.,дката выбирает так. чтобы она била ближе к верхней границе, если , расчетный цикл пересй клети превышает цп-п второй клети, и наобо-рсг. После ?того .производят хсррсктировку обжатий так, чтобы сум-марнне ойжетия б приходах яе преданапи полученных в :ервоя раоче-ге, тогда -чкгивалонтный момент ке превысит номина. ного . ни в одном проходе, йапр.шер поноса 1305 х £640 мм из сляба С, 16 х 1,6 х 2,0 у. удалькын расход энергаи на прокатку которой описан параметрами К - 17,05. кВт-ч/т л к ' 0.72, может, быть прокатана на стане'3600 комитата "Аг.овстапъ" с пропускной способнос1ьв 693 т/ч гри 7 ппукрда:: р первой клети, включая разбивку ширины, и 3 во второй (подкат 30 о. tpey.fi цикла первсй я второй клетей 36.8 и 27.0 с). • '

Для определение номинальной мощности нового стана предложен алгоритм, зак^ячавдлйся ь определении пропускной способности для рядъ номинальных мощностей и графическое отыскание той, которой отвечает за;'-икал поспускнаг способность. Так, сортаиент, представленный гирлами 7 х 2150. 4 х 2640 и 40 х 3350 ч<м в дслях (а, 1 -» (0,4 0 5 0.1) р яогачоство (Ао) - 1,5 2,0 2.5) млн.т. может быть.

прокатан без регламентации режимов при номинальной мощности кле-' тей, составляющей 10. 63, или 86 % от мощности глетей стана 3300 комбината "Азоясталь".. ,'

. обжимные и сортовые стана

Для обжимных станов предложен своеобразный полупрямой мзт"Д определения необходимой и достаточной для прокатки заданного сортамента мощности двигателя. .

По аналога! с дейстзующшии или перспективными образцами станов задаются такими исходными параметрами как номинальная скорость, ускорение и замедление, момент кнерцки линии, Знтем по. известным методикам рассчитывают режимы лрокатки всех профилей безотносительно к мощности двигатели. Для расчета тахограммы "чскат ки на слябинге, представляющем собой реверсивный стан.с'элементами непрерывной прокатки в каждом проходе, предложено использовать фиктивную длину полосы., большую дейстсителгной на величину менособого расстояния между горизонтальными (Г) v. гертикальнымн ;3) валками Ц, в проходах ГВ и величину X в проходах ВГ, где А - си-тяжка в горизонтальных валках {«}. '

Зная щклы ирокаткк, по формулам (3) и. '.'л. находят, нролуакнш.. способности при »иокаткв кавдого профиля Р,' и ь среднем Ри*. Гели Рр'< Р„'.то принятая в расчет номинальная скорость мгла и должно быть увеличена. Е.;лп Р0*> Р0*. то находят крутящие1 моменты, отрсят кагрузочныэ-¿догрэдми и опредеиш змададенише Я,,,*.

Они различны для розных профилей, а выравнивают их за сч-г увеличения пэузы тшу тпнелшл и обработке грхмпя/я при недсиспользовании мощнссти при прокатке легких. Иапрям'.-р. и:>СыТачпЦч ре*ти

прокатки на блюминге, характеризующиеся параметрами (»л') ■> (8,0 7,5 6,0) МВт и (Р,') » (600 720 800) т/ч, приводятся к достаточным При (N,i) - (6,8.6,8 6.0/ МВТ И (Pj) - (440 60О 800) т/Ч.

Из условия бесперебойной доставки слитков, к обжимному стану от самой дальней группы нагревательных колодцев получен критерий достаточности челночной слиткопедзчи, при несоблюдении которого необходимо переходить к кольцевой (91.

Для оценки номинальных мощности и скорости линейных сортовых ста..ов .предложен подход. основывающийся на представлении о предельной производателъиости линии [3). Так. линия трехвалковых клетей для прокатки ь 7 проходов угловой стали 45-вз мм в количестве ООО тыс. т за 6500 ч..долчяа иметь двигатель номинальной мощностью не менае 1785 кЭТ. обеспечивающий скорость прокатки 4,8 м/с при пропускной скорости 36-50 т/ч

Получены такжз решения для непрерывная сортовых станов (заготовочного, штрипсового, мелкосортно-проволочного). отличающиеся от решений для станов листовых учетом регламента по вытяжкам.

$ ЗАДАЧИ СТРУКТУРНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ

ПРОКАТНОГО ЦЕХА

Эффективность.ра&пичкых структур обрабатывающих агрегатов в работе проведали пс разным критериями.

Максимизируя вероятность пребывания системы в работоспособном состоянии установили. что при одинаковых показателях надежности агрегата мощностью Н к р параллельных' агрегатов мощность М/р •эффективность их одикакоьа. Эффект!. ..ность двухфазных комплексов с •

различным количествам агрегатов в каждой фазе возрастает с росл он их общего числа до некоторого предела, но не.моно-онно, а так что четное количество агрегатов оказывается предпс ителышм нечетному (13]. В то же время показано, что агрегаты большой единичной мощности имеют пока недостаточный уровень эксплуатационной надежности (10.27.41).

Оценка различных внутрицеховых структур прокатных цихив по глобальному критерию приведенных затрат возможна только тогда, когда известен вклад каждой фазы обработки. каждого агре гата б формирование стоимости продукции. С этой целью предложены диффн решшапьннй метод пофазового учета затрат на производство с явным выделением затрат, постоянных и переменных н расчете на весь сби.м производства, а также структура нормативной базы метода И'.)) , с его испольэоЕанием задачу об оптимальном состава прежаиш! и ;иьи лекса для производства части продукция повышенного качества реш^'и в двух аспектах - для проектирования нового а реконструкции дыи,-твующего nex;i Í1B, 20).

Для нового цеха обязательную для выполнения производственную, программу Ао представляли в виде суммы объемов произволе! ьа ка чествгнного годката проката обыкновенно! о качества а*. Д'.'ЬиД кой которого мскет быть по..учен качественный, и прочего ьрошпа а,. Рассмао-f иейли три варианта структуры 1) »очный стан е j.itjíü менпфованнлш режимами для производства качее n^iitiui продукции. 2) менее мовдкй стан с мощней термической пйЧ14)'дл | доилки кп чественной продукции в пот же. 3) стан í'o варили гу 2 с mc,¡éc мощной печью, отделанной от стана ьромеяуточнш складом. Оценку &ц,ц-антив по критерию приьеденш.х затрат производим! ни даты:.; ЛПЦ-З НЛМК. имеидеи в состгве ffiCI И ц термическую пгчь,. с принятом & цехе

распределением затрат- на постоянные и переменные:

На стой нормативной базе второй вариант всегда оказывается выгоднее третьего, . дополнительно требующего организации складирования полупродукта. Первый вариант предпочтительнее второго, если производительность стана при прокатке качественного проката в регламентированном режима отвечает неравенству

V«» ..Vе' т. \ п /

, « и и «■» • т \ , / 45 I \ V(*> a у<*>. Q- Т ) V

( i_ +, V" Тд \ 1 О,* V'*' в • Гг>- Q Т )'

(38)

где а - доля в сортаменте третьего вида продукции,

агг и Q - производительность при прокатке второго вида продукции по второму варианту, и среднечасовая, Т - годовое время работы,

V - приведенные затраты; индексы Ч' и (£) относятся к пере-мзнным и постоянным частям затрат, а индекс д - к пополнительному агрегату (печи). Например, при Q * 875 т/ч первый вариант предпочтительнее второго, . если доля а » 0.05-0.20 при Оз1 » 600:875 т/ч.

Б дейотгдаем цехе введение регламентированных режимов приводит к неизбежному снижению объемов производства, и если это недс пустимо. то область предпочтительности этого варианта перед вторым розчо сужается, то есть почти всегда выгоднее оказывается возведе нне дополнительного агрегата.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Предложено математическое описание дв..ления металла в мно • гофазовой системе обработки прокатного цеха. Его результатом стали машинные алгоритмы для расчета загрузки и производительности оборудования, достаточных для выполнения производственной программа цеха.

2. Создана теория расчета предельных режимов, пропусти.й способности и минимальной мощности обрабатывающих машин, тепло- и массообмеюшх устройств прокатных цехов на базе их характеристик и удельного расхода энергии (массы) на обработку взамен полуьмпщш ческих методов, ориентированных на хронометраж.

." ' 3. Разработаны математические модели, алгоритмы и прикладные программы для IBM-совместимых компьютеров, испольаованнць ь рас.« тах технологических режимов. пропускной способности и минималмю.) мощности прокатных станов различных типов и гарантирующие экономии материальных и энергетических ресурсов при их изготовлении и эксплуатации. В частности

для непрерывных.станов холодной прокатки, допускающих саоосл ные режимы для всзго сорт.Ыинта. теоретические вы'иодц нримьнени с учетом соотноиеная номинальных и максимальных сырое т-;й кж-те.) (конуса скоростей).. Мощность главных приводов стана, рассчитанного из программу стана. 2000 НЛМК. составила 25.2 МВт;

для реверсивных станов ' холодной прокатки прьдлолси npittj. когда, каэда'я полоса в каждом проходе рассматриьаь-те.ч как тдишьи расчетный профиль. Номинальная мощность двигателя -cii;H:i. предназначенною для . годового прс.ичйодс-тва 100- тыс. т малоуглеро^^той стали, оценена в t, 27 ИЬт;.

для широкополосовых станов горячей прокатки, характеризующихся регламентированными режимами в чистовой и связанными в других группах оборудования, для определения заправочной скорости и ускорения в чистовой группе клетей, протяженностей зон водяного и воздушного охлаждения на отводящем рольганге предложены простое аналитические зависимости, а также приемы согласования пропускной способности печной, черновой, чистовой и уборочной групп оборудования. Расчетная суммарная мощность главных приводов черновых й числовых клетей стана, спроектированного на сортамент и объем производства станов 2000 НЛНК и ЧерМК осталась нр уровне мощности этих станов (120 МВт) с перераспределением на черновую группу для о(5егпечения низкотемпературной прокатки;. . '

для деухклетевых толстолистовых станов даны решения, позволяющие при максимально возможной затрузке главных двигателей сблизить ци'сгсы работы клетей, а значит и достичь наибольшей производительности. При отсутствии регламентированных режимов стан с объемом производства стана ЗСОО комбината "Азовсталь" может иметь лишь половинную мощность гларннх приводов;

для РбЖимных.и сортовых станов также порчены некоторые новые результате,

4. Предложен основанный на Новой нормативной базе диЭДеренци* аяьный метод учета затрат на производство с нарэстзнием итога по |?азам обработки, использованный в задачах структурной оптимизации прокатного цеха.

отдельные результата работы внедрены в практику с под-Тнрржимшым документально экономическим эффектом и использованы в проектах расжрадт Новолипепк^го металлургического комбината и Липецкого тракторного завода.

6. Разработай комплекс методических положений, позволивших новые научные результаты и обобщенный опыт технологического проектирования прокатных цехов представить в вида первого отечественного учебника для вузов, за годы после его издания прошедшего апробацию в вузах России и СИГ.

Таким образом, в диссертации предложены научно обоснованные технические и технологические решения, направленные на достижение максимальной производительности и минимальной установленной мощности прокатного оборудования, экономию ресурсов всех видов при его изготовлении и эксплуатации. Внедрение этих решений вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в прокатном производстве.

Основные положения диссертации изложены в следующих раоотах:

1. зайцев B.C. Основы технологического проектирования прокатных цехов: Учебник для вузов.- И.: Металлургия.1987.-336 с; .

2. Зайцев.В.С. Основы проектирования прокатных цехов. Учейнои пособие для вузов: Воронеж: изд. Воронеже« .политехнич. ии-та. 1981.-78 с.

3. Зайцев B.C. Производительность и загрузка глаьных приводов прокатних -пиноь rpjij. -В кн. Иоталлургия черььх нетал лов.Вып.1.-Алма-Ата:изд. Казахск. голитехнич ин-та. 1973. С.120-123.

4. Зайцев ü.с.,Д?.зиль(5екоб Н.X.,Чуианй.-э K.M. Расчат яарамет-. рое скоростной диаграммы прокатки на сляоинге. -в кн.: Мс-таллуы ия

черных металлое. Вып. I. -алму-Ата: изд. Казака.. иилитехк,:ч. ин-ча. 1973. С. Н5-152.

5. Лелеэнов 1).Л-.Мухш» Ü. А.,Зайцев Б.С. Войрсв М А. Упреем-

ние структурой и .механическими свойстзачи. полос, прокатываемых на . непрерывных широкополосных станах. -В кн. : Разработка и внедрение. АСУ прокатными станами; Тез. докл. Всесовзк. НТК, Киев, окт. 1975.-М.: изд. ЦНИйТЭИ приборостроения. 1975. С.43.

6. Железнов й, Д., Мухин О. А., Бобров M А:, Зайцев В. С,. Щеголь ков. Ю. £1. .Грузнов А. К. Регулирование температуры смотки полосы на широкополосном стане.//Бюлл. ин-та ЧерметинФормация. 1975 N 13 (753). С. 42. •

7. Железнов В.Д..Федосов Н.М.,Мухин D.A.,Зайцев B.C..Бобров М. А. Об управлении качеством проката на непрерывных широкополосовых станах.//Изв. вуз. Черная металлургия. 1976. и 5. С. 113-115.

8. A.c. '598672 СССР.Способ охлаждения горячекатаных полос./ Франценюк И. В., Келезнов Ю. Д.. Мухин Ю. А.. Бобров ÜA. ; Зайцев B.c.. Карюков В.X.,Ракнтин А.3.//Открытия. Изобретения. 1978: H 11.С.26.

9. Зайцев B.C..Ковалев В„Т, Вьбор типа слиткоподачи при про-, вотировании и реконструкции обжимных станов. -В. кн. : Проектирование" предприятий черной металлургии: Тематич. сб. Вып. 13. М. : изд.- Гип-ромеза. 1977. С. 21-23. '■■'.'•'./

10. Железнов Ю.Д..Зайцев В. С. Современные сталеплавильно-прокатные комплексы с листовой специализацией. -В кн. : Тонколистовая прокатка: Иежвузовск. сб. - Воронеж: изд. Липецкого погиехнич. ин-та. 1979. с. 5-8. . ' . '

П. Зайцев B.C.,Мухин Ю.А. Методика расчета коэффициентов алгоритма коррекции управления душнрующей установкой на отводящем рольганге широкополосного стана.-В кн.: Тонколистовая прокатка: Мея-вузсвек. сб.' -Воронеж: и'зд Липецкого политехнич. ин-та. 1979. £.43-51.

12. A.c.-' 74193.? СССР. 'Устройство для ускоренного ох задания

горячекатаных полос, /йелезнов 10. Д.. Коцарь с. Л., Зайцег В. С., Мухин Ю. А. .Бобров М.А.//Открытия. Изобретения.. 1930. N 23.

13. Зайцев B.C.,Железное К.Д..Бреус В.А. Сравнение? эффективности производственных комплексов с агрегатами различной единичной мощности.-В кн.:Теория и практика организации подготовки производства машиностроительной продукции: Сб. научн. тр.-Воронеж: изд. Воронежск. политехнич. ин-та. 1979. С;53-59.

К. Зайцев В.С..Мухин в. А. ' Математическая модель ускоренном охлаждения горячекатаной полосы на отводящем рольганге непрерывного широкополосного стана. -В кн.: Технология прокатки и отделки широкополосной стали: Тематич. отраслевой сб. МЧМ CCCF.-M, Металлургия. 1981. С. 37-40.

15. Зайцев B.C. Расчет производительности непрерывного прокатного стана на отдельных профилях при заданной средней.-В кн.: Тонколистовая прокатка: Межвузовск. сб.-Воронеж: изд.. Воронежск. политехнич. ин-та. 1981. с.122-126.

16. Зайцев В:С. Расчет баланса металла б прокатном цехе.- В кн.: Тонколистовая прокатка: Нежвузовск. сб. -Воронеж: изд.Вороненок. политехнич. ин-та. 1931. С.122-126.

.17. Железное Ю.Я., Зайцев В. С.. Бреус В. А. Применение метода базовой точки для оптимизации темперагуры нагрева слябов под прокатку. ИнФ. N 241-81 НТД.-Липецк: Межотраслевой территориальный центр НТИ. 1981.

18. Железнс D.Д.. Зайцев B.C..Ереус В.А.Методы структурной оптимизации металогических комплексов, производящих продукцию широкого сортамента. Инф. N 250-01 НТД.-Липецк; Межотраслевой территориальный центр НТИ 1981.

19. Бреус В.А..Зайцев B.C. Критерий эффективности и система

учета затрат на производство металлургической продукции.-В кн.: Усиление воздействия хозяйственного механизма на ускорение научно-технического прогресса и машиностроении. Сб. научн. тр.-Воронеж: изд. Всронежск. пслитехнич. ин-та. 1901. С.131-141.

20. Зайцев В. С. .Железное D.H.. Бреус В. А. об оптимальном сос-. таве металлургических комплексов для получения части продукции повышенного качества.//Изв. вуз. Черная металлургия. 1982. К 9. С. 142-147.

21. Зайцев B.C. Баланс металла в прокатном цехе.//Изв. вуз. Чевдая металлургия. 1482. N 10. С.145-148.

22. Железное Ю.Д..Зайцев B.C..Бреус В. А.Оптимизация технологических параметров металлургических комплексов уетодом базовой точки.//Изв. вуз. Черная металлургия. 1982. N П. с. 143-US.

23. Зайцев B.C. Расчет ресурсосберегающих режимов прокатки при проектировании непрерывных станов.//Изв. вуз. Черная металлургия. Сообщение 1. 1983. И б.С.46-49: Сообщение 2. 1983. К 8. С. 15-19; Сообщение 3. 1983. N 10. С. 56-61.

. 24. Зайцев B.C. Расчет обжатий в непрерывных листопрокатных станах при Заданной загрузке глазных двигателей по мощности,- в кн.: Тонколистовая прокатка:'Межвузовск. сб. -Воронеж: изд. Воро нежск. политехнич. ин-та. 1903- С. 79-83.

25. Зайцев B.C. о структуре проектируемых производственных систем. //Изв. вуз. Черная металлургия. 1S85. »2. с. 138-141. .

йв. Зайцев B.C. Расчет пропускной способности машин прокатных цехов.//Изб. вуз. Черная металлургия. 1SB6. N С. с. 124-128.

27. Зайцев В. С.. Ожегов М. В., Панов В. М." Определение показателей надежности оборудования по отчетной информации предприятий.- В кн.: Прогрессивные технологические процессы в производстве холод-'

нокатаного листа: Тез. докл. Веесоюзн. НТК. Липецк, мил 1985.- М.: изд. нн-та ЧерметкнФормашы. 1Э05. с. 12.

28. Зайцев B.C. Расчет и аппроксимация кривых удельного расхода энергии на прокатку.//Изв. вуз. Черная металлургия. 138?. N 12. С. 51-51.

29. Зайцев B.C. Определение параметров оборудования при проектировании листопрокатных цехов. -В. кн.: Задачи техиичрсасого перевооружения листопрокатного производства: Тез.. докл. Всесоюзн. НТК. Днепропетровск, сент.. 1987. -м.: изд. ин-та Черметинформация. 1987. С.43-44.

30. Зайцев B.C. Расчет пропускной способности непрерывных прокатных станов при фиксированных вытяжках. //Изв. эуз. Черная металлургия. 1983. И 2. С. 53-62.

31. Зайцев B.C. Расчет пропускной способности непрерывных полосовых станов.//Изв. вуз. Черная металлургия. 1938. К 4. С. 26-30.

32. Зайцев B.C. Распределение обжатий по заданному соотношению рабочих моментов при листовой прокатке.//Изв. вуз. Черная металлургия. 1988.. Н 12. С. 133.

33. Зайцев B.C. Согласование производительности последовательных агрегатов при проектировании прокатных цехов. //Изв. вуз. Черная металлургия. 1989. К 6. С.41-44.

34. Зайцев В.С; Пропорциональная загрузка двигателей клетей непрерывного стана холодной прокатки.-В кн. ¡Теория и практика тонколистовой прокатки: Кежвузсвск. сб. научн. тр.-Воронеж.: изд.' боронежск. политехнич. ин-та и Липецкого политехнич. ин-та. 1983.. С.108-112.

35. Зайцев B.C. Проектирование предельных режимов и парамет-. ров обрабатывающих машин.-В кн. Современные достижения теории и

практики тонколистовой прокатки: Тез. докл. Международн. НТК.Липецк, апр. 1990.-Липецк:-изд. нлмк. 1S90. С.13-14.

33. Зайцев В. С. Расчет предельных режимов обработки и про-пусккной способности машин прокатных цехов. //Изв. вуз. Черная металлургия. 1990. М 4. С.50-51.

37. Зайцев B.C. Определение обжатий по заданному соотношению усилий при листовой прокатке.//Изв. вуз. Черная металлургия. 1990. Н 8. С. 42-43.

38. Зайцев В. С. Определение номинальных мощности и скорости машин при проектировании прокатных цехов.//Изв. вуз. Черная металлургия. 1991. N 2. С. 19-20.

39. Зайцев B.C. Распределение обжатий по заданному соотношению мощностей при листовой прокатке. //Изв. вуз. Черная металлургия.. 1991. N 10. С. 38-39.

40. Зайцев B.C. Расчет пропускной способности реверсивных толстолистовых етанов..// Изв. вуз. Черная металлургия. 1S92. N4. С.25-27. • '

41. Коновалов П.В.. Цупров А.Н,. Кандыбин В. П.. Зайцев В. С. Повышение надежности оборудования - резерв экономичной работы металлургических комплексов.// Сталь. 1992. N 6.' С,75-78.

42. Мухин OA.. Зайцев B.C.. Никитин В. Е.. Мельников .t. в,. Соловьев В. Н.. Определение параметров отводящего рольганга широгопо-лисиого стана горячей прокатки.// Изв. вуз. Черная металлургия. 1993. N 1. С.37-38.

43. Зайцев В.С. Определение минимал. ых значений параметров деятеля реверсивного стана колодной прокатки. МЬь. вуз. Черная металлург.««. 1993. N 2. С.23-25. ____ г-

L '