автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Ограничение растягивающих напряжений в слитке электроприводом тянущих роликов криволинейного участка машины непрерывного литья

КОНТРОЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР

На правах рукописи

СИНЦОВ Евгений Павлович

ОГРАНИЧЕНИЕ РАСТЯГИВАЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ В СЛИТКЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ТЯНУЩИХ РОЛИКОВ КРИВОЛИНЕЙНОГО УЧАСТКА МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ

Специальность 05 09 03 — Электротехнические комплексы и'системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск 2005

Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им Г И. Носова

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор

ЛУКЬЯНОВ С.И.

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор

УСЫНИН Ю С

— кандидат технически наук

ПОГОРЕПОВ И.Л.

Ведущее предприятие — ОАО «Магнитогорский металлургический

комбинат»

Защита диссертации состоится 17 июня 2005 г в 16 час 00 мин. на заседании диссертационного совета К212.111 02 в Магнитогорском государственном техническом университете им Г И. Носова по адресу. 455000, Челябинская обл., г. Магнитогорск, пр. Ленина, д 38, аудитория 227.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу 455000, Челябинская обл, г Магнитогорск, пр. Ленина, д 38, диссертационный совет К212.111 02.

Автореферат разослан « /У » 2005 г

Ученый секретарь диссертационного совета канд техн наук, доцент

тъ

3

ХППРМГ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основным и безальтернативным способом получения заготовок для листового и сортового проката в последние десятилетия является способ разливки стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) Применение непрерывной разливки стали на МНЛЗ позволило за счет сокращения металлургического цикла получения проката снизить себестоимость продукции, расход электрической энергии и топливно-энергетические затраты и повысить выход годного металла из жидкой стали.

Конструкция машин постоянно совершенствуется в направлении повышения их производительности и качества непрерывнолитых заготовок. Однако из-за характерных особенностей технологии непрерывной разливки стали на МНЛЗ в теле заготовки образуются специфические дефекты макроструктуры Причем с увеличением скорости разливки количество и степень развития дефектов увеличиваются, что является причиной ограничения скорости литья заготовки и производительности МНЛЗ.

Одной из основных причин появления трещин в непрерывнолитых заготовках являются продольные растягивающие напряжения, возникающие в кристаллизующемся слитке в результате его разгиба на криволинейном участке зоны вторичного охлаждения (ЗВО). Единственным возможным средством воздействия на технологию непрерывной разливки является электропривод тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, способный за счет создания в слитке продольных усилий, противоположных по знаку усилиям от разгиба заготовки, ограничить указанные напряжения.

В научных публикациях приведены результаты многочисленных исследований влияния в отдельности схемы разгиба заготовки и схемы приложения тянущего усилия, формируемой в слитке электроприводом тянуще-правильного устройства (ТПУ), на качество непрерывнолитых заготовок. В настоящее время наименее рассмотренным является вопрос влияния именно электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО на процесс образования трещин в зоне разгиба заготовки. Практически отсутствуют исследования возможности ограничения растягивающих напряжений, возникающих в слитке в результате его разгиба, средствами электропривода тянущих роликов.

Создание эффективной системы управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО позволит улучшить качество макроструктуры заготовок и, следовательно, повысить производительность МНЛЗ.

Цель работы. Разработка электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО МНЛЗ, обеспечивающего улучшение качества макроструктуры непрерывнолитых заготовок за счет ограничения на требуемом по технологии уровне растягивающих напряжений в теле кристаллизующейся заготовки в зоне ее разгиба.

Достижение поставленной цели потребовало решения в диссертационной работе следующих основных задач:

- анализа технологических требований к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО с позиций ограничения продольных усилий в слитке и возможности их реализации существующими системами электроприводов;

- оценки влияния электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО на качество макроструктуры непрерывн

- создания методики расчета требуемого по технологии распределения моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов криволинейного участка ЗВО;

- коррекции технологических требований к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО с позиций ограничения растягивающих напряжений в кристаллизующемся слитке в зоне его разгиба;

- разработки технических средств и алгоритмов управления автоматизированным электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, обеспечивающих за счет целесообразного распределения статических моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов ограничение на требуемом по технологии уровне растягивающих напряжений в кристаллизующемся слитке.

Методы исследований. Теоретические исследования проводились с использованием аналитических и численных методов решения алгебраических уравнений и систем, методов структурного моделирования Результаты работы базировались на большом объеме экспериментальных исследований, статистической обработке расчетных и экспериментальных материалов, полученных при исследовании электропривода тянущих роликов МНЛЗ №1-4 ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" (ОАО "ММК") и данных макротемплетной лаборатории по основным видам внутренних дефектов макроструктуры непрерывнолитых заготовок.

Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается конкретностью исходных положений и сопоставлением теоретических результатов с результатами экспериментальных исследований на действующих МНЛЗ ОАО "ММК".

К защите представляются следующие основные положения:

1 Результаты влияния продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов криволинейного участка МНЛЗ, на качество макроструктуры непрерывнолитых заготовок.

2. Методика расчета требуемого по технологии распределения статических моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов криволинейного участка ЗВО на примере МНЛЗ ОАО "ММК".

3 Технологические требования к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, реализация которых обеспечивает улучшение качества макроструктуры непрерывнолитых заготовок за счет ограничения на требуемом по технологии уровне растягивающих напряжений в слитке в зоне его разгиба.

4 Технические решения и алгоритмы управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, обеспечивающие целесообразное распределение моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов

5. Результаты экспериментальной оценки эффективности предлагаемых методов и технических решений на действующем электроприводе тянущих роликов

Научная новизна:

1. Разработаны технологические требования к автоматизированному электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО и его системе управления с позиции улучшения качества непрерывнолитых заготовок за счет ограничения на требуемом по технологии уровне растягивающих напряжений в слитке в зоне его разгиба.

2 Предложена методика оценки и определения негативного влияния растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ на криволинейном участке 'ЗВО,' йа качество макроструктуры непрерывнолитых заготовок. .

3. Разработана методика расчета требуемого по технологии распределения моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов криволинейного участка ЗВО с учетом продольных усилий, возникающих в слитке в результате его разгиба.

4 Алгоритмы управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, реализующие технологические требования по ограничению растягивающих продольных напряжений в теле заготовки Практическая ценность и реализация работы.

Разработана функциональная схема электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО с позиции ограничения растягивающих напряжений в кристаллизующемся слитке за счет целесообразного распределения моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов Даны рекомендации по проектированию автоматизированного электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, включающие методику расчета требуемых по технологии значений статических моментов нагрузки на электродвигателях тянущих роликов и алгоритмы управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО

Результаты диссертационной работы переданы ОАО "ММК" в виде технических заданий и использованы при выполнении хоздоговорных научно-исследовательских работ по темам' "Внедрение автоматизированной системы распределения токов нагрузки электродвигателей тянущих роликов МНЛЗ №2"

Результаты математического моделирования и экспериментальных исследований используются при проектировании автоматизированных электроприводов тянущих роликов МНЛЗ криволинейного типа

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу "Автоматизированный электропривод в XXI веке пути развития" (г Магнитогорск, 2004 г); II Всероссийской научно-практической конференции "Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях" (г. Новокузнецк, 2004 г); 63-й научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 2003-2004 гг (г Магнитогорск, 2004 г).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 11 печатных трудах, в том числе 10 статьях и материалах конференций и одном патенте РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 79 наименований и 3 приложений объемом 14 страниц Работа изложена на 151 странице, содержит 37 рисунков и 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи работы, кратко изложено содержание диссертации

В первой главе выполнен анализ технологических особенностей машин непрерывного литья заготовок и, в частности, криволинейного участка зоны вторичного охлаждения МНЛЗ Проанализированы технологические требования к электроприводу тянущих роликов МНЛЗ и их реализация известными техническими решениями Выполнены аналитический обзор дефектов макроструктуры, образующихся на криволинейном участке ЗВО, и анализ причин их образования.

Для производства слябовых заготовок в настоящее время преимущественно используются МНЛЗ криволинейного типа (рис 1)

Промежуточный ковш

Ось механизма качания кристаллизатора

Радиальный участок

® Приводные ролики О Не приводные ролики

Секция 4

- Горизонтальный участок-

Рис. 1

Жидкий металл от конвертера через промежуточный ковш (рис. 1) непрерывно поступает в кристаллизатор, который представляет собой интенсивно охлаждаемую форму прямоугольного сечения (первичное охлаждение) На выходе из кристаллизатора слиток представляет собой оболочку, внутри которой по мере прохождения зоны вторичного охлаждения при непосредственном орошении заготовки охладителем в направлении от стенок к центру продолжается его кристаллизация Окончательная по сечению кристаллизация слитка происходит на горизонтальном участке ЗВО.

Вытягивание слитка из кристаллизатора и ЗВО осуществляется тянущими роликами, которые распределены вдоль всего технологического канала роликовой проводки ЗВО.

Типовые технические решения электропривода тянущих роликов и конструкции роликовой проводки ЗВО рассмотрены на примере МНЛЗ №1-4 ОАО "ММК" (рис 1). Это однотипные слябовые МНЛЗ, позволяющие производить отливку слябов сечением 250х750 — 2350 мм со скоростью 0,2 — 1,5 м/мин

Конструктивно зона вторичного охлаждения МНЛЗ криволинейного типа (рис. 1) состоит из 13 секций и 3 гладко состыкованных участков' радиального, выполненного по дуге окружности с базовым радиусом машины R; криволинейного, построенного по специальной кривой с постоянно увеличивающимся радиусом кривизны от базового до бесконечности, обеспечивающего разгиб заготовки из дуги в прямой слиток; горизонтального участка

Разгиб заготовки происходит в 7-8 секциях по специальной кривой — "урал-машсоиде" В зоне разгиба заготовки на криволинейном участке ЗВО происходит ее деформация, причем в верхней части заготовки (по малому радиусу г) происходит растяжение, а в нижней (по большому радиусу) — сжатие затвердевшей части слитка

В роликовой проводке ЗВО каждого ручья установлено по 98 пар роликов в верхнем и нижнем рядах Все ролики верхнего ряда выполнены не приводными В нижнем ряду располагаются как приводные, так и не приводные ролики Усилие вытягивания слитка при разливке слябов шириной 1150 — 2350 мм формируется 70 приводными роликами Распределение тянущих роликов вдоль технологического канала ЗВО приведено на рис 1 Все нижние ролики криволинейного участка ЗВО выполнены приводными

Одним из основных технологических требований к электроприводу тянущих роликов МНЛЗ, в том числе и к электроприводу криволинейного участка ЗВО, является сведение к минимуму растягивающих продольных усилий, формируемых в слитке электроприводом ТПУ в процессе его вытягивания, за счет рассредоточения большого числа приводных роликов вдоль технологического канала ЗВО и равномерного либо целесообразного распределения нагрузок между электродвигателями тянущих роликов

На большинстве отечественных и зарубежных МНЛЗ применяется электропривод постоянного тока с групповой схемой силового питания электродвигателей тянущих роликов от одного до четырех тиристорных преобразователей (рис 2) Известно техническое решение, в котором при силовом питании всех электродвигателей тянущих роликов ЗВО от одного тиристорного преобразователя в якорные цепи каждого электродвигателя включены регуляторы нагрузки, позволяющие за счет изменения напряжения на якоре электродвигателей перераспределять общий ток нагрузки электропривода ТПУ между группами приводов участков ЗВО и между двигателями тянущих роликов внутри групп приводов (рис 2) Системы

Яв1 ОВ1 Ивп ОВп

-

Рис. 2

и алгоритмы управления в подобных схемах электропривода ТПУ реализуют ограничение продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ в процессе его вытягивания Общим для всех приведенных схем автоматизированного электропривода ТПУ является то, что в них не учитываются специфические особенности вытягивания слитка и работы электропривода тянущих роликов ЗВО в условиях деформации заготовки вследствие ее разгиба на криволинейном участке.

Анализ дефектов макроструктуры непрерывнолитых заготовок и причин их образования показал' гнездообразные и перпендикулярные трещины являются характерными и одними из самых распространенных и опасных видов дефектов заготовок, зарождение трещин происходит в теле слитка вблизи фронта кристаллизации, где сталь обладает наименьшей прочностью; среди всего многообразия факторов, определяющих качество непрерывнолитых заготовок, на криволинейном участке ЗВО основными причинами образования трещин являются разгиб заготовки, создающий в теле слитка по его малому радиусу значительные растягивающие напряжения, и растягивающие продольные усилия, формируемые в слитке электроприводом ТПУ; традиционными направлениями в поиске решений снижения трещинообразования в слитке на криволинейном участке ЗВО являются не связанные между собой разработки по совершенствованию кривой разгиба заготовки и электропривода ТПУ, хотя отмечается, что каждый из указанных факторов может оказать решающее влияние на качество заготовки, и совместное действие факторов может создавать в слитке на фронте его кристаллизации суммарное растягивающее напряжение, превышающее предел прочности стали и вызывающее образование трещин; указано, что тянущие усилия, формируемые в слитке электроприводом ТПУ на криволинейном участке ЗВО, являются причиной образования трещин, однако конкретные экспериментальные исследования степени влияния электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО на качество заготовок отсутствуют

О важности решения проблемы улучшения качества макроструктуры непрерывнолитых заготовок по виду дефекта "трещины" свидетельствует тот факт, что до 5% отливаемых на МНЛЗ ОАО "ММК" заготовок получают снижение сортности.

Вторая глава диссертационной работы посвящена экспериментальному исследованию влияния электропривода тянущих роликов криволинейного участка МНЛЗ на качество макроструктуры непрерывнолитых заготовок

На основании данных, представленных макротемплетной лабораторией ОАО "ММК", выполнен анализ распределения внутренних гнездообразных и перпендикулярных трещин по месту их образования на различных ручьях МНЛЗ №1-4. Для обеспечения идентичных технологических условий металлургического, теплотехнического и механического характера исследования проводились за длительный период времени (более 3 месяцев) в периодах времени между капитальными ремонтами каждой МНЛЗ Общий объем выборки составил 623 пробы металла

Для семи ручьев МНЛЗ №1-4 были построены гистограммы относительной частоты ^-появления трещин в секциях 1-10 ЗВО отдельно по внешнему Л и внутреннему г радиусам заготовки (рис 3)

V. %

участок участок участок

номер ролика

йПо виутренему радиусу г ИПо внешнему радиусу К

Рис 3

В результате анализа гистограмм распределения относительной частоты к появления трещин в секциях ЗВО и сравнительного анализа гистограмм, построенных для различных ручьев, установлено' на криволинейном участке ЗВО в секциях 7-8 числовые показатели относительной частоты у значительно больше, чем в остальных приводных секциях (3-6, 9, 10); на различных ручьях МНЛЗ №1-4 значения относительной частоты появления трещин в секциях 7-8 существенно различаются между собой Предложено в качестве показателей качества непрерывнолитых заготовок по дефекту "трещины" на криволинейном участке использовать относительную частоту у их появления в 7 и 8 секциях ЗВО.

На основании известных методик расчета продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ, и усилий сопротивления вытягиванию слитка из кристаллизатора и роликовой проводки ЗВО для технологических условий и параметров МНЛЗ ОАО "ММК" разработана математическая модель расчета распределения вдоль ЗВО растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов

Продольные усилия, создаваемые в слитке электроприводом тянущих роликов, определяются по выражениям'

= Ррп ~ Р~Мп | Рц-г,П-\ =^л-1,и +(Ррп-1 <

^-1,= Е^-о+^л-^,). с")

./»я-1 3

где — продольное усилие в слитке в пространстве между (;-1) и 1-ым при*

водными роликами, — реальное усилие вытягивания слитка, развиваемое 7-ым роликом; Ри, — усилие вытягивания слитка, необходимое и достаточное для транспортировки слитка в соответствующем ((/' - 1),г) -ом межроликовом пространстве

Реальное усилие вытягивания слитка Я},,, развиваемое /-ым тянущим роликом ТПУ, определяется по выражению

Рр1=Ь<сФн),-{1,-1ХХ1)1Я,, (2)

где г, — передаточное число редуктора; (сФн), — произведение конструктивной постоянной электродвигателя на его магнитный поток, I, — ток якоря 1-го электродвигателя тянущего ролика; — ток холостого хода г-го электродвигателя тянущего ролика

Усилие сопротивления вытягиванию заготовки в одном межроликовом пространстве ЗВО для МНЛЗ криволинейного типа определяется из выражения'

(3)

где Г/д, — усилие вытягивания слитка из кристаллизатора, / — эквивалентный коэффициент трения, обусловленный трением качения ролика по слитку и трением в подшипниках опор роликов, Рф, — усилие ферростатического давления на ролики, йд, — нормальная составляющая силы тяжести части слитка в межроликовом пространстве Ос,; Ст, — тангенциальная или продольная составляющая силы тяжести слитка Ос,, Ор> — сила тяжести 1-ого ролика; РПР1 — усилие давления на ролик, обусловленное правкой слитка на криволинейном участке ЗВО; Рш — усилие давления на ролики от температурных поводок непрерывнолитой заготовки, РВЬП]1 — усилие сопротивления вытягиванию выпученной корки заготовки из 1-ой пары роликов

В результате сравнительного анализа распределений продольных усилий, создаваемых в слитке на криволинейном участке ЗВО электроприводами тянущих роликов на различных ручьях МНЛЗ №1-4 в исследуемый период времени, установлено (рис 4); вид изменения и величины продольных усилий в 7 и 8 секциях криволинейного участка ЗВО на различных ручьях МНЛЗ №1-4 существенно отличаются между собой; в качестве показателей настройки электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО предложено использовать максимальные значения продольных усилий соответственно в 7 и 8 секциях

кН

участок

Рис 4

Установлена тесная корреляционная связь между показателем относительной частоты V появления трещин в слитке по внутреннему радиусу в 8 секции ЗЕЮ и показателем продольных усилий К„|Ь (коэффициент парной корреляции Я составил 0,72) Таким образом, наряду с факторами металлургического, технологического и механического характера фактор "продольные усилия", создаваемые в слитке электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, оказывает существенное влияние на процесс формирования макроструктуры непрерывнолитой заготовки Причем, чем выше показатели растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов на криволинейном участке ЗВО, тем выше относительная частота возникновения гнездообразных и перпендикулярных трещин по внутреннему радиусу заготовки в 8-й секции криволинейного участка ЗВО.

В третьей главе на основании анализа известных методик расчета растягивающих напряжений, возникающих в слитке в результате его разгиба на криволинейном участке ЗВО, механических напряжений в слитке от действия продольных усилий, создаваемых электроприводом ТПУ, и математической модели расчета усилий сопротивления вытягиванию слитка из кристаллизатора и роликовой проводки ЗВО исходя из условия ограничения средствами электропривода тянущих роликов суммарных растягивающих напряжений на фронте кристаллизации слитка на уровне предела прочности стали, для технологических условий и параметров МНЛЗ ОАО "ММК" разработана методика расчета требуемых по технологии значений статических моментов нагрузки на электродвигателях тянущих роликов криволинейного участка ЗВО; выполнено исследование влияния различных технологических факторов на требуемое по технологии распределение статических моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов; определены технологические требования к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО.

В общем случае требуемое по технологии значение статического момента М„ развиваемое электроприводом ¡'-ого тянущего ролика, определяется по выражению:

М, +МС, + | (4)

h

где Мхх, — момент холостого хода /-ого электродвигателя, Fion(,.ii„ Fdont,(^n — соответственно допустимые значения продольных усилий в слитке в предыдущем ((¡1),/) и последующем (¡,(¡+1)) межроликовых пространствах; R, — радиус г-ого тяну-F • R

щего ролика, Мс, =——- — момент сопротивления вытягиванию слитка из г-ой 1,

роликовой пары, приведенный к валу электродвигателя, Fc, — тянущее усилие, создаваемое электродвигателем i-oro тянущего ролика, необходимое для преодоления усилий сопротивления вытягиванию слитка из ¡-ой,роликовой пары

При расчете момента М, приняты следующие допущения: выставка роликовой проводки криволинейного участка соответствует паспортной; в каждом межроликовом пространстве ЗВО часть слитка, расположенная между (М)-ым и ¡'-ым роликами, имеет постоянную толщину корки <5, в поперечном сечении; в каждом межроликовом пространстве поверхность заготовки имеет постоянную температуру поверхности Тп

Допустимые значения продольных усилий, создаваемые в слитке электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, определяются из выражения.

g

^Wiy (5)

где а, — предел прочности стали в зоне высокотемпературной хрупкости;

— напряжение в рассматриваемом слое слитка от его разгиба в г-ом межроликовом пространстве криволинейного участка ЗВО, s, — площадь поперечного сечения затвердевшей части заготовки в i-ом межроликовом пространстве; Е — модуль упругости рассматриваемого слоя слитка; Ем — эквивалентный модуль упругости стали в ¡-ом межроликовом пространстве

Величина напряжения ар, от разгиба заготовки определяется по выражению

а„=е,-Е, (6)

(

(7)

J___1_

Д-. я,.

где е, — деформация в рассматриваемом слое слитка, вызванная разгибом заготовки в 1-ом межроликовом пространстве криволинейного участка ЗВО; V — расстояние от оси слитка до рассматриваемого слоя; Я„ — радиус профиля криволинейного участка на ¡-ом и (/ - 1)-ом роликах

На основании анализа распределения вдоль криволинейного участка ЗВО допустимых значений продольных усилий (рис 5), создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов, сделаны выводы величины допустимых продольных усилий (рис. 5) соизмеримы с величинами реальных продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов МНЛЗ ОАО "ММК" (рис. 4), что свидетельствует о наличии возможности средствами применяемого электропривода тянущих роликов реализовать требуемое по технологии распределение допустимых продольных усилий в слитке, в 7-й секции криволинейного участка ЗВО с позиции ограничения суммарных напряжений на уровне предела прочности

Рдоп, КН

Рис 5

стали электроприводом тянущих роликов допустимо формирование в слитке растягивающих продольных усилий (натяжения), напротив, в 8-й секции электропривод тянущих роликов должен создавать в слитке сжимающие продольные усилия (подпор). Следовательно, общее технологическое требование сведения к минимуму растягивающих продольных усилий в слитке, предъявляемое к электроприводу ТПУ, должно быть дополнено и уточнено требованием к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО ограничения в 8-й и при необходимости 7-й секциях на требуемом по технологии уровне сжимающих продольных усилий.

В результате исследования на разработанной математической модели влияния таких технологических факторов как предел прочности стали а, в зоне высокотемпературной хрупкости, ширина отливаемого слитка В и ширина зоны высокотемпературной хрупкости стали ЛТлр на распределение допустимых значений продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, и требуемое по технологии распределение статических моментов нагрузки между электродвигателями тянущих роликов криволинейного участка установлено, что изменение указанных факторов в различной степени вызывает существенное изменение распределений допустимых продольных усилий и требуемых значений моментов нагрузки электродвигателей тянущих роликов криволинейного участка ЗВО.

Анализ требуемого по технологии распределения статических моментов (токов) нагрузки по электродвигателям тянущих роликов криволинейного участка ЗВО показал при определенном сочетании технологических факторов и коэффициентов на некоторых электродвигателях (на 30-м, рис 6) требуемое значение момента нагрузки может превышать его номинальную величину; посредством коррекции в сторону увеличения требуемых значений моментов нагрузки на предшествующих 30-му (рис 6) электродвигателях тянущих роликов за счет создания в слитке предварительного подпора, что не противоречит общему требованию к электроприводу ТПУ ограничения растягивающих продольных усилий в слитке, можно уменьшить требуемую величину момента нагрузки на 30-м электродвигателе до уровня его номинального значения, требуемое распределение моментов нагрузки, обеспечивающее ограничение продольных усилий в слитке на уровне

М,Нм

29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

Номер ролика криволинейного участка ЗВО Рис. 6

допустимых по технологии значений во всем диапазоне изменения указанных технологических параметров и коэффициентов, вполне реализуемо средствами электропривода тянущих роликов, применяемого в настоящее время на МНЛЗ криволинейного типа.

Определены конкретные технологические требования к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО с позиций ограничения на уровне предела прочности растягивающих напряжений в слитке по его внутреннему радиусу

1) в системе управления электроприводом тянущих роликов должна быть предусмотрена возможность расчета по разработанной методике требуемых значений статических моментов нагрузки на электродвигателях тянущих роликов криволинейного участка ЗВО с учетом следующих текущих значений параметров отливаемого слитка, ширина заготовки, марка разливаемой стали;

2) электропривод тянущих роликов криволинейного участка ЗВО должен иметь возможность индивидуального регулирования моментов нагрузки электродвигателей в соответствии с рассчитанными требуемыми по технологии значениями

В четвертой главе разработаны функциональная схема и алгоритмы управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка МНЛЗ, реализующие непосредственно в ходе разливки технологическое требование ограничения растягивающих напряжений в слитке за счет целесообразного распределения моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов

В соответствии с разработанными технологическими требованиями обоснован выбор и предложены три варианта реализации силовой части электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО с целью ограничения растягивающих напряжений в слитке по внутреннему его радиусу на уровне предела прочности стали вблизи фронта кристаллизации'

1) индивидуальный электропривод тянущих роликов,

2) групповой электропривод тянущих роликов соответственно радиального, криволинейного и горизонтального участков ЗВО от трех отдельных тиристорных преобразователей с включением активных регуляторов момента'

а) в якорные цепи всех электродвигателей криволинейного участка ЗВО; ■ б) в цепи возбуждения каждого электродвигателя криволинейного участка ЗВО

В результате анализа достоинств и недостатков каждого из вариантов исполнения электропривода предпочтение отдано второму варианту (рис. 7), где ТП Р, ТП К, ТП Г — тиристорные преобразователи, осуществляющие силовое питание групп электродвигателей соответственно радиального, криволинейного и горизонтального участков ЗВО; ДТ Р, ДТ К, ДТ Г — датчики тока указанных ТП; ДТ|, РМ| — индивидуальные датчики тока и регуляторы момента электродвигателей тянущих роликов криволинейного участка ЗВО; ВУ1, ВУ2 — вычислительные устройства. Регуляторы момента предложено выполнить по принципу широтно-импульсной модуляции.

Главным достоинством исполнения электропривода тянущих роликов согласно рис. 7 является то, что приведенные в данной работе разработки и решения по приводу криволинейного участка ЗВО органически вписываются в известные решения по электроприводу ТПУ и не требуют изменения алгоритмов системы его управления, построенной на вычислительном устройстве ВУ1, при регулировании распределения общего момента нагрузки электропривода ТПУ по группам приводов. Кроме этого, использование второго вычислительного устройства позволяет совместить во времени выполнение операций по регулированию соотношения между токами нагрузки на участках ЗВО (ВУ1) и регулирование по разработанному алгоритму целесообразного распределения моментов нагрузки электродвигателей тянущих роликов криволинейного участка ЗВО (ВУ2).

Разработка предлагаемого технического решения электропривода криволинейного участка ЗВО выполнена в рамках программы реконструкции действующих МНЛЗ №2, 3 ОАО "ММК' с целью улучшения качества макроструктуры непрерыв-нолитых заготовок

Для технологических условий разливки стали на МНЛЗ ОАО "ММК" разработан алгоритм управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО с учетом логики смены режимов работы МНЛЗ, особенностей работы электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО в процессе регулирования моментов нагрузки, а именно, необходимости ограничения моментов (токов) электродвигателей на уровне их номинальных значений и обеспечения на неизменном заданном ВУ1 уровне суммарного момента (тока) электропривода криволинейного участка ЗВО в процессе распределения моментов по электродвигателям в соответствии с требуемым по технологии распределением

Алгоритм обеспечивает непосредственно в ходе разливки ограничение растягивающих напряжений на уровне предела прочности стали вблизи фронта кристаллизации слитка по внутреннему радиусу заготовки.

С целью оценки значимости влияния продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов, на качество непрерывнолитых заготовок на ручье МНЛЗ №4 ОАО "ММК" был проведен промышленный эксперимент. В ходе эксперимента во время капитального ремонта в якорные цепи электродвигателей тянущих роликов горизонтального участка были установлены транзисторные регуляторы нагрузки, позволяющие в ручном режиме за счет уменьшения жесткости механических характеристик электродвигателей указанной группы выполнить перераспределение общего тока электропривода ТПУ между группами приводов радиального, криволинейного и горизонтального участков ЗВО В результате уменьшения тока нагрузки электропривода тянущих роликов горизонтального участка ЗВО с 49,4% до 45,2% относительно общего тока электропривода ТПУ произошло увеличение токов нагрузки на криволинейном и радиальном участках соответственно с 36,4% и 14,2% до 39,0% и 15,8%

Рис 7

На основании данных распределения токов нагрузки электродвигателей до эксперимента и после их регулировки были рассчитаны графики распределения вдоль ЗВО продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ (рис 8) В результате перераспределения общего тока электропривода ТПУ по электродвигателям участков ЗВО на криволинейном участке произошло уменьшение наибольших значений растягивающих продольных усилий в слитке почти в 2 раза — с 164,4 кН до 86,1 кН.

F. кН 300 250 200 150 100 50 0

11 15 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 54 59 64 69 74 79 84 89 92 95 98

радиальный Номер тянуи криволинейный его ро/ика горизонтальный

участок участок участок

Рис. 8

По данным макротемплетной лаборатории ОАО "ММК" для двух периодов времени, до и после регулирования, были построены гистограммы относительной частоты появления трещин в слитке у по месту их образования в секциях ЗВО. Кроме этого, отдельно по гнездообразным и перпендикулярным трещинам для двух выборок были рассчитаны средний балл дефекта и относительная частота появления дефектов с баллами 2 и более (табл. 1).

Таблица 1.

Числовые характеристики показателей качества макроструктуры непрерывнолитых заготовок

Объем выборки N ГТ ПТ

средний балл частота появления дефекта с баллом 2 и более, % средний балл частота появления дефекта с баллом 2 и более, %

До регулирования 44 0,51 9,3 1,35 31,5

После регулирования 32 0,15 2,1 1,22 15,7

В результате уменьшения растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов, произошло уменьшение относительной частоты появления трещин в 7 и 8 секциях соответственно с 57% и 66% до 41% и 63% и улучшение качества непрерывнолитых заготовок (табл. 1)

. до регулирования

F4- 164.4

после регулиро-,.м СТУ,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Применяемые в настоящее время схемы силового питания и алгоритмы управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО построены без учета технологических особенностей вытягивания слитка в зоне разгиба заготовки В этих схемах системы электропривода ТПУ не позволяют ограничивать на требуемых по технологии уровнях растягивающие напряжения на фронте кристаллизации заготовки

2 Анализ влияния электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО МНЛЗ на показатели качества макроструктуры непрерывнолитых заготовок показал, что одной из причин снижения качества и ограничения производительности машин является наличие растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов на криволинейном участке ЗВО Их наличие вызывает ухудшение качества заготовок по таким видам дефектов как гнез-дообразные и перпендикулярные трещины (значение коэффициента парной корреляции Я между величинами продольных усилий в слитке и частотой появления трещин составило 0,72)

3 Разработана инженерная методика расчета требуемых по технологии значений статических моментов нагрузки на электродвигателях тянущих роликов криволинейного участка ЗВО Методика базируется на математических моделях расчета моментов сопротивления вытягиванию слитка из роликовой проводки ЗВО, растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ, и растягивающих продольных усилий, возникающих в слитке по малому радиусу от разгиба заготовки на криволинейном участке ЗВО

4 Анализ изменения растягивающих напряжений, вызванного изменением таких технологических факторов как ширина слитка В и марка разливаемой стали, определяющая такие свойства стали как ширина зоны высокотемпературной хрупкости ЛТХр стали и предел прочности стали в этой зоне <тв, показал, что все они в различной степени существенно влияют на изменение требуемого по технологии распределения статических моментов нагрузки между электродвигателями тянущих роликов криволинейного участка

5 Разработаны технологические требования к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО и его системе управления с позиции ограничения на требуемых по технологии уровнях растягивающих напряжений по внутреннему радиусу отливаемой заготовки

1) в системе управления электроприводом ТПУ должна быть предусмотрена возможность расчета по разработанной методике требуемых по технологии значений статических моментов (токов) нагрузки на электродвигателях тянущих роликов криволинейного участка ЗВО,

2) электропривод тянущих роликов криволинейного участка должен иметь возможность индивидуального регулирования моментов нагрузки электродвигателей в соответствии с рассчитанными требуемыми по технологии значениями

6 Обоснован выбор силовой части электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО исходя из требования индивидуального регулирования моментов нагрузки электродвигателей в соответствии с требуемыми по технологии значениями с целью ограничения растягивающих напряжений на фронте кристаллизации слитка. Предложено при сохранении групповой схемы силового питания электродвигателей тянущих роликов на действующих МНЛЗ включить в якорные цепи всех электродвигателей криволинейного участка ЗВО активные регуляторы момента

7 Разработаны структурная схема электропривода и функциональная схема системы управления автоматизированным электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, обеспечивающие непосредственно в ходе разливки стали на рабочей скорости поддержание моментов нагрузки электродвигателей в соответствии с требуемыми по технологии значениями с учетом изменения в реальных промышленных условиях МНЛЗ технологических условий разливки стали.

8 Разработан подробный алгоритм управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка с учетом логики смены режимов работы МНЛЗ и технологических особенностей работы электропривода ТПУ при реализации известного общего требования ограничения продольных усилий на участках ЗВО Отличительной особенностью алгоритма является то, что в начальной стадии разливки металла регулирование моментов нагрузки выполняется в два этапа' на первом — регулирование моментов нагрузки групп приводов радиального и криволинейного участков; на втором — распределение моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов криволинейного участка ЗВО в соответствии с рассчитанными в устройстве управления электроприводом значениями.

9. Результаты работы апробированы на действующем электроприводе МНЛЗ №4 ОАО "ММК". За счет перераспределения токов нагрузки между электроприводами участков ЗВО получено снижение максимальных значений растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ на криволинейном участке ЗВО, почти в 2 раза При этом произошло улучшение качества непрерывнолитых заготовок по гнездообразным трещинам на 7,3%, а по перпендикулярным трещинам — на 15,8%.

10. Результаты диссертационной работы переданы ОАО "ММК" в виде технических заданий на реконструкцию электропривода ТПУ и его системы управления и приняты к внедрению на действующих МНЛЗ №1-4.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ограничение продольных усилий в заготовке электроприводом тянущих роликов машины непрерывного литья / С.И Лукьянов, А.Е. Васильев, Е.П. Синцов и др. // Электромеханика. — 2004. — № 2. — С. 58 — 64.

2 Автоматизированный электропривод тянуще-правильного устройства машины непрерывного литья / С.И. Лукьянов, АЕ. Васильев, Е.П. Синцов и др. // Тр IV Междунар (XV Всерос.) конф по автоматизированному электроприводу "Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития". — Магнитогорск, 2004. — С. 5 — 8.

3. Система управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка МНЛЗ / С.И. Лукьянов, Е П. Синцов, В.П. Лукьянов и др. // Тр. IV Междунар (XV Всерос) конф по автоматизированному электроприводу "Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития". — Магнитогорск, 2004 — С. 66 — 69.

4 Лукьянов С И , Синцов Е П Ограничение механических напряжений в слитке на криволинейном участке МНЛЗ средствами электропривода тянущих роликов // Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях: Тр II Всерос науч.-практ. конф. — Новокузнецк: Сиб-ГИУ, 2004 — С. 75 — 77

5 Синцов Е П Разработка и исследование электропривода тянущих роликов криволинейного участка машины непрерывного литья // Конкурс грантов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Челябинской области: Сб рефератов

науч-исслед работ аспирантов — Челябинск' Изд-во ЮУрГУ, 2004. — С. 155 — 156.

6 Синцов Е П. К вопросу о напряженно-деформированном состоянии непрерывного сляба // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз сб науч тр. — Магнитогорск, 2002 — Вып. 7. — С. 80 — 82.

7 Исследование электропривода тянущих роликов криволинейного участка МНЛЗ / С И Лукьянов, К Н Вдовин, Е П Синцов и др // Электротехнические системы и комплексы Межвуз сб науч тр — Магнитогорск, 2004 — Вып. 8 — С 28 — 37

8 Синцов Е П Анализ требуемого распределения продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов криволинейного участка МНЛЗ // Электротехнические системы и комплексы Межвуз. сб науч. тр — Магнитогорск, 2004 — Вып 9 — С. 97— 102.

9 Синцов Е.П , Лукьянов С.И Технологические требования к электроприводу тянуще-правильного устройства криволинейного участка МНЛЗ // Материалы 63-й науч -техн конф. по итогам науч -исслед работ за 2003-2004 гг ■ Сб докл — Магнитогорск' МГТУ, 2004. — Т 2. — С. 145 — 149.

10 Синцов Е П., Лукьянов С И Влияние технологических факторов на требуемое распределение усилий вытягивания слитка по электроприводам тянущих роликов криволинейного участка МНЛЗ // Оптимизация режимов работы электротехнических систем Межвуз сб науч тр — Красноярск, 2004 — С 80 — 86

11 Патент РФ на полезную модель № 37954 МКИ7 В 22 D 11/16 Устройство автоматического управления электроприводом тянуще-правильного устройства машины непрерывного литья заготовок / А А Морозов, С И Лукьянов, Е П Синцов и др Заявл 29 01 2004, № 2004102451 Опубл. в Б И П.М №14, 2004.

Подписано в печать 13.05.2005. Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№ 1. Плоская печать. Усл.печл. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ 384.

455000, Магнитогорск, пр.Ленина, 38 Полиграфический участок МГТУ

1

I f

%

(í

! i i

í )

i

I

I

I

I

!

s

! À

«10653

РНБ Русский фонд

2006-4 8283

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ ТЯНУЩИХ РОЛИКОВ КРИВОЛИНЕЙНОГО УЧАСТКА МНЛЗ.

1.1. Технологические характеристики машины непрерывного литья заготовок криволинейного типа.

1.2. Технологические особенности роликовой проводки зоны вторичного охлаждения МНЛЗ.

1.3. Анализ технологических требований к электроприводу тянущих роликов МНЛЗ криволинейного типа.

1.4. Техническая характеристика типового электропривода тянущих роликов

1.5. Анализ дефектов непрерывнолитых заготовок, образующихся на криволинейном участке МНЛЗ.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ТЯНУЩИХ РОЛИКОВ КРИВОЛИНЕЙНОГО УЧАСТКА МНЛЗ НА КАЧЕСТВО ЗАГОТОВКИ.

2.1. Исследование качества непрерывнолитых заготовок.

2.2. Исследование растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов на криволинейном участке МНЛЗ.

2.3. Статистический анализ влияния электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО на качество внутренней структуры непрерывнолитых заготовок.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

МОМЕНТОВ НАГРУЗКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ТЯНУЩИХ РОЛИКОВ НА КРИВОЛИНЕЙНОМ УЧАСТКЕ ЗВО.

3.1. Математическая модель расчета растягивающих напряжений в слитке от разгиба заготовки на криволинейном участке ЗВО.

3.2. Расчет распределения допустимых продольных усилий создаваемых в слитке электроприводом ТПУ на криволинейном участке ЗВО.

3.2.1. Исследование влияния технологических факторов на распределение допустимых продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов криволинейного участка.

3.3. Методика расчета требуемого по технологии распределения моментов между электродвигателями тянущих роликов криволинейного участка ЗВО.

3.4. Анализ требуемого по технологии распределения моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ТЯНУЩИХ РОЛИКОВ КРИВОЛИНЕЙНОГО УЧАСТКА ЗВО МНЛЗ.

4.1. Обоснование выбора силовой части электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО.

4.2. Разработка функциональной схемы автоматизированного электропривода тянущих роликов криволинейного участка зоны вторичного охлаждения МНЛЗ.

4.3. Алгоритм управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО.

4.4. Требуемое распределение токов нагрузки и продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов криволинейного участка, при использовании разработанной системы управления электроприводом.

4.5. Экспериментальная оценка влияния продольных усилий, создаваемых в слитке на криволинейном участке ЗВО электроприводом ТПУ, на качество заготовок.

ВЫВОДЫ.

Основным и безальтернативным способом поучения заготовок для листового и сортового проката в последние десятилетия является способ разливки л стали на машинах непрерывного литья заготовок (MHJI3). Применение непрерывной разливки стали на MHJI3 позволило организовать высокопроизводительный процесс получения заготовок, пригодных для их непосредственного использования на листовых и сортовых прокатных станах. При этом за счет сокращения металлургического цикла получения проката снижаются себестоимость продукции, расход электрической энергии и топливно-энергетические затраты и повышается выход годного металла из жидкой стали [1,2].

С каждым годом в черной металлургии растет количество МНЛЗ. В настоящее время в мире насчитывается немногим более 500 слябовых МНЛЗ, на долю которых приходится около 60% отливаемых заготовок [3]. В промышлен-но-развитых странах, таких как Япония, США, Италия и Германия доля стали, разливаемой методом непрерывной разливки уже превышает 90%. В России доля заготовок, получаемых на МНЛЗ, в 2000 г. составила 56,3% и по прогнозу к 2005 г. достигнет 75% в общем объеме производства стали [2, 4, 5].

Конструкция машин непрерывно совершенствуется в направлении повышения качества заготовок и их производительности. Однако из-за характерных особенностей технологии непрерывной разливки стали на МНЛЗ, таких как высокая интенсивность охлаждения слитка, его деформации от разгиба на криволинейном участке зоны вторичного охлаждения (ЗВО) и кристаллизации в процессе движения заготовки, в теле последней образуются специфические дефекты макроструктуры. Причем, с увеличением скорости разливки количество и степень развития дефектов увеличиваются, что является причиной ограничения скорости литья заготовки и производительности МНЛЗ [1, 2].

Среди всего многообразия технологических, конструктивных, термических и электротехнических факторов, определяющих качество непрерывнолитой заготовки, выделяют механическую схему разгиба заготовки на криволинейном участке ЗВО и схему приложения к слитку тянущего усилия, формируемую электроприводом тянуще-правильного устройства MHJI3. В технической литературе приведены результаты многочисленных исследований влияния в отдельности указанных факторов на качество литой заготовки, разработаны конл кретные рекомендации по ограничению растягивающих продольных усилий от разгиба заготовки (многоточечная схема разгиба по специальной кривой) и продольных усилий, формируемых в слитке электроприводом тянуще-правильного устройства (ТПУ) в процессе его вытягивания из ЗВО (целесообразное распределение общего момента (тока) нагрузки электропривода ТПУ по электродвигателям тянущих роликов) [6, 7]. Вопросы же влияния именно электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО на качество непре-рывнолитых заготовок, тем более при совместном действии указанных факторов, рассмотрены весьма недостаточно. Отсутствуют методика оценки растягивающих продольных усилий, возникающих в слитке в результате разгиба заготовки, анализ их изменения вдоль криволинейного участка ЗВО и исследования возможности компенсации этих усилий (напряжений) средствами электропривода тянущих роликов. Кроме того, отсутствует конкретная информация об уровне ограничения продольных усилий, формируемых в слитке электроприводом ТПУ, и его изменения вдоль криволинейного участка ЗВО с позиций ограничения растягивающих напряжений на фронте кристаллизации слитка.

Создание эффективной системы управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО позволит улучшить качество макроструктуры заготовок и, следовательно, повысит производительность МНЛЗ.

В связи с изложенным, целью настоящей работы является разработка электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО МНЛЗ, обеспечивающего улучшение качества макроструктуры непрерывнолитых заготовок за счет ограничения на требуемом по технологии уровне растягивающих напряжений в теле кристаллизующейся заготовки при ее разгибе.

Достижение поставленной цели потребовало решения в диссертационной работе следующих основных задач:

- анализа технологических требований к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО с позиций ограничения продольных усилий в слитке и возможности их реализации существующими системами электроприводов; а

- оценки влияния электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО на качество макроструктуры непрерывно литого слитка;

- создания методики расчета требуемого по технологии распределения моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов криволинейного участка ЗВО;

- коррекции технологических требований к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО с позиций ограничения растягивающих напряжений в кристаллизующемся слитке в зоне его разгиба;

- разработки технических средств и алгоритмов управления автоматизированным электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, обеспечивающих за счет целесообразного распределения моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов ограничение на требуемом по технологии уровне растягивающих напряжений в кристаллизующемся слитке.

Научная новизна проведенных исследований заключается в разработке и технической реализации требований к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка MHJI3 с позиции ограничения на требуемом по технологии уровне растягивающих напряжений в слитке в зоне его разгиба.

В первой главе диссертации проанализированы технологические особенности MHJI3 криволинейного типа. Выполнен анализ технологических требований к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО и способов их реализации в существующих схемах силового питания электропривода ТПУ. Анализ показал, что ни в одной из существующих систем управления электроприводом ТПУ не учитываются специфические особенности вытягивания слитка на криволинейном участке ЗВО, обусловленные наличием в теле заготовки по малому радиусу дополнительных растягивающих продольных напряжений от ее разгиба, которые приводят к образованию в теле слитка дополнительных дефектов макроструктуры.

Выполнено исследование дефектов непрерывнолитых заготовок, образующихся на криволинейном участке МНЛЗ. Показано, что совместное воздействие на слиток напряжений от разгиба заготовок на криволинейном участке ЗВО и продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ, являются причиной образования в теле слитка перпендикулярных и гнездообразных трещин. Причем, частота снижения сортности заготовок, вызванная наличием гнездообразных и перпендикулярных трещин, значительна (около 2%). Поэтому необходимо провести анализ влияния распределения усилия вытягивания между тянущими роликами электропривода ТПУ на частоту возникновения перпендикулярных и гнездообразных трещин на криволинейном участке ЗВО.

Во второй главе для МНЛЗ №1-4 ОАО "ММК" проведен статистический анализ влияния продольных усилий, создаваемых электроприводом тянущих роликов ТПУ на криволинейном участке ЗВО, на качество получаемых непрерывнолитых заготовок. Установлено, что между величиной продольных усилий, создаваемых электроприводом ТПУ на криволинейном участке ЗВО, и частотой возникновения на криволинейном участке гнездообразных и перпендикулярных трещин существует тесная корреляционная связь. Причем, чем больше величина растягивающих продольных усилий, создаваемых электроприводом ТПУ на криволинейном участке, тем выше частота образования гнездообразных и перпендикулярных трещин на этом участке. Из сказанного сделан вывод о необходимости разработки методики расчета требуемого по технологии распределения продольных усилий, создаваемых электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, обеспечивающего снижение частоты образования гнездообразных и перпендикулярных трещин в теле слитка за счет ограничения суммарных растягивающих напряжений в теле слитка на уровне, не превышающем предел прочности стали.

В третьей главе составлена математическая модель расчета растягивающих напряжений в слитке от разгиба заготовки на криволинейном участке ЗВО для технологических условий и параметров МНЛЗ ОАО "ММК". Разработана методика расчета распределений продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, и моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов криволинейного участка, обеспечивающих ограничение суммарных растягивающих напряжений от разгиба i заготовки и действия электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО на допустимом по технологии уровне. Выполнен анализ влияния технологических факторов на требуемые по технологии распределения продольных усилий от действия электропривода тянущих роликов и моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов криволинейного участка ЗВО. Определены конкретные технологические требования к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка.

В четвертой главе с целью реализации сформулированных дополнительных технологических требований к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО разработан вариант реализации электропривода тянущих роликов криволинейного участка и алгоритм управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка, реализующие технологические требования по ограничению растягивающих продольных напряжений в теле заготовки.

Результаты диссертационной работы переданы ОАО "ММК" в виде технических заданий и использовались при выполнении хоздоговорных научно-исследовательских работ. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 11 печатных трудах, в том числе 10 статьях и материалах конференций и одном патенте РФ на полезную модель.

9. Результаты работы апробированы на действующем электроприводе МНЛЗ №4 ОАО "ММК". За счет перераспределения токов нагрузки между электроприводами участков ЗВО получено снижение максимальных значений растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ на криволинейном участке ЗВО, почти в 2 раза. При этом произошло улучшение качества непрерывнолитых заготовок по гнездообразным трещинам на 7,3%, а по перпендикулярным трещинам на 15,8%.

10. Результаты диссертационной работы переданы ОАО "ММК" в виде технических заданий на реконструкцию электропривода ТПУ и его системы управления на МНЛЗ №1-4.

129

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Применяемые в настоящее время схемы силового питания и алгоритмы управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО построены без учета технологических особенностей вытягивания слитка в зоне разгиба заготовки. В этих схемах системы электропривода ТПУ не позволяют ограничивать на требуемых по технологии уровнях растягивающие напряжения на фронте кристаллизации заготовки.

2. Анализ влияния электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО МНЛЗ на показатели качества макроструктуры непрерывнолитых заготовок показал, что одной из причин снижения качества и ограничения производительности машин является наличие растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов на криволинейном участке ЗВО. Их наличие вызывает ухудшение качества заготовок по таким видам дефектов, как гнездообразные и перпендикулярные трещины (значение коэффициента парной корреляции R между величинами продольных усилий в слитке и частотой появления трещин составило 0,72).

3. Разработана инженерная методика расчета требуемых по технологии значений статических моментов нагрузки на электродвигателях тянущих роликов криволинейного участка ЗВО. Методика базируется на математических моделях расчета моментов сопротивления вытягиванию слитка из роликовой проводки ЗВО, растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ, и растягивающих продольных усилий, возникающих в слитке по малому радиусу от разгиба заготовки на криволинейном участке ЗВО.

4. Анализ изменения растягивающих напряжений, вызванного изменением таких технологических факторов, как ширина слитка В и марка разливаемой стали, определяющая такие свойства стали, как ширина зоны высокотемпературной хрупкости АТхр стали и предел прочности стали в этой зоне ав, показал, что все они в различной степени значительно влияют на изменение требуемого по технологии распределения статических моментов нагрузки между электродвигателями тянущих роликов криволинейного участка.

5. Разработаны технологические требования к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО и его системе управления с позиции ограничения на требуемых по технологии уровнях растягивающих напряжений по внутреннему радиусу отливаемой заготовки:

1) в системе управления электроприводом ТПУ должна быть предусмотрена возможность расчета по разработанной методике требуемых по технологии значений моментов (токов) нагрузки на электродвигателях тянущих роликов криволинейного участка ЗВО;

2) электропривод тянущих роликов криволинейного участка должен иметь возможность индивидуального регулирования моментов нагрузки электродвигателей в соответствии с рассчитанными требуемыми по технологии значениями.

6. Обоснован выбор силовой части электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, исходя из требования индивидуального регулирования моментов нагрузки электродвигателей в соответствии с требуемыми по технологии значениями, с целью ограничения растягивающих напряжений на фронте кристаллизации слитка. Предложено при сохранении групповой схемы силового питания электродвигателей тянущих роликов на действующих МНЛЗ включить в якорные цепи всех электродвигателей криволинейного участка ЗВО активные регуляторы момента.

7. Разработаны структурная схема электропривода и функциональная схема системы управления автоматизированным электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, обеспечивающие непосредственно в ходе разливки стали на рабочей скорости поддержание моментов нагрузки электродвигателей в соответствии с требуемыми по технологии значениями с учетом изменения в реальных промышленных условиях МНЛЗ технологических условий разливки стали.

8. Разработан подробный алгоритм управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка с учетом логики смены режимов работы МНЛЗ и технологических особенностей работы электропривода ТПУ при реализации известного общего требования ограничения продольных усилий на участках ЗВО. Отличительной особенностью алгоритма является то, что в начальной стадии разливки металла регулирование моментов нагрузки выполняется в два этапа: на первом - регулирование моментов нагрузки групп приводов радиального и криволинейного участков; на втором — распределения моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, в соответствии с рассчитанными в устройстве управления электроприводом значениями.

1. Нисковских В.М., Карлинский С.Е., Беренов А.Д. Машины непрерывного литья слябовых заготовок. М.: Металлургия, 1991. - 272 с.it

2. Сталь на рубеже столетий.: Учебн. пособие для вузов / Под научн. ред. Карабасова Ю.С. М.: МИСИС, 2001. - 664 с.

3. Процессы непрерывной разливки: Монография / А.П. Смирнов, В.Л. Пилюшенко, А.А. Минаев и др. Донецк: ДонНТУ, 2002. - 536 с.

4. Мировое производство стали в 1998 г // БИКИ. 1999. - №12. - С. 14.

5. Юзов О. В. Тенденции развития мирового рынка стали // Сталь. — 1998. -№12.-С. 55-61

6. Машины непрерывного литья заготовок. Теория и расчет. Л.В. Буланов, Л.Г. Корзунин, Е.П. Парфенов и др. Под общ. ред. Г. А. Шалаева. Екатеринбург: Уральский центр ПР и рекламы, 2003. 302 с.

7. Лукьянов С. И., Васильев А. Е., Лукьянов Д. С. Автоматизированный электропривод тянуще-правильного устройства МНЛЗ: Монография. — Магнитогорск: МГТУ, 2004. 179 с.

8. Сладкошеев В.Т., Ахтырский В.И., Потанин Р.В. Качество стали при непрерывной разливке. -М.: Металлургия, 1963. 174 с.

9. Евтеев Д.П., Колыбалов И.Н. Непрерывное литье стали. М.: Металлургия, 1984.-200 с.

10. Ю.Я. Скок. Разрушение стали при температуре вблизи солидуса // Сталь. 1994. - № 3. - С. 27-30.

11. Современное состояние и прогноз развития технологии непрерывной разливки // Новости черной металлургии за рубежом. — 1995. № 1. - С. 69-71.

12. Марголин Ш.М. Электропривод машин непрерывного литья заготовок. М.: Металлургия, 1987.-279 с.

13. Данилов В.Л., Шифрин И.Н. Расчет напряженного состояния непрерыв-нолитого слитка // Создание и исследование машин непрерывного литья заготовок высокой производительности: Сб. науч. тр. ВНИИметмаш. — М.: ВНИИметмаш, 1981. С. 6 - 12.

14. Исследование ползучести кристаллизующегося непрерывнолитого слитка / Ю.В. Денисов, Ю.С. Комратов, А.Я. Кузовков и др. // Сталь. -1998.-№6.-С. 19-22.

15. Buxton S. // Electronics and Power. 1975. - v. 21. - № 20. - P. 1131 -1134.

16. Lemnitz H. // Siemens Zeitschrift. - 1973. - Bd. 47, Beiheft. - S. 47 - 53. 22.Schmitz H., Gfoller W. // BBC - Nachrichten. - 1971. - № 5 - 6. - S. 178186.

17. Kutzsche W., Rhein D. // BBC Nachrichten. - 1976. - № 10 - 11. - S. 455 -460.

18. Fukui Y., Shimada M., Moriwaki К. Кавасаки Сейтэцу гихо, Kawasaki Steel Giho. - 1982. - № 2. - P. 199 - 208.

19. Massot I.N., Stasi I.P., Mikol D. Technique moderne. - 1980. -№3-4.-P. 55 -58.A

20. Автоматизированный электропривод в промышленности / Г.А. Артю-шенко, В.И. Калабин, A.M. Корпляков и др. М.: Энергия, 1974. — С. 233-237.

21. Электропривод и автоматизация МНЛЗ зарубежных и отечественных конструкций: Обзор, информ. Сер 1. Металлургическое оборудование. — М.: ЦНИИтяжмаш. 1988. Вып. 5. - 36 с.

22. Приводы машин непрерывного литья заготовок фирмы "АЭГ-Телефункен", ФРГ Antribstechnik bei StranggieBanlagen - ВЦП. - № Ц-97836.-20 с.

23. Погорелов И.Л. Разработка электропривода зоны вторичного охлаждения машины непрерывного литья заготовок: Дис. . канд. техн. наук. — М., 2000. 146 с.

24. Разливка стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) кислородно-конвертерного цеха №1. Технологическая инструкция ТИ-101 -СТ-ККЦ-10-89, 1992. - 86 с.

25. Лукьянов С.И., Швидченко Д.В., Белый А.В. Стабилизация технологических параметров вытягивания непрерывнолитого слитка электроприводом тянущих роликов: Монография. Магнитогорск: МГТУ, 2004. -141 с.

26. Разработка критериев для оценки допустимых параметров дефектов на поверхности непрерынолитых заготовок / B.C. Коваленко, Г.И. Левицкая, С.Р. Луцкая, Л.П. Захарова // Бюл. НТИ. Черная металлургия. -1986.-№14.-С. 39.

27. Улучшение поверхности непрерывнолитого слитка путем оптимизации свойств шлакообразующей смеси / В.М. Паршин, И.И. Шейнфельд, В.М. Кукарцев и др. // Сталь. 1986. - № 7. - С. 22 - 24.

28. Уменыиение поверхностных дефектов непрерывнолитых слябов при использовании погружного стакана новой конструкции // Новости черной металлургии за рубежом. 1997. - № 3. - С. 3.

29. Тюрин В.А. Улучшение качества непрерывнолитой заготовки // Сталь. — 2000. -№ 12. С. 13-15.

30. Дюдкин Д.А. Качество непрерывно-литой заготовки. Киев.: Техника, 1988.-261 с.

31. Вдовин К.Н., Горосткин С.В., Киселев В.Д. Влияние вторичной зоны охлаждения машины непрерывного литья заготовок на качество слябов // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. 1996. - № 12. - С. 40 - 42.

32. Дефекты стали: Справочник / Под ред. С.М. Новокшеновой и М.Н. Виноград. М.: Металлургия, 1984. - 200 с.

33. Разработка системы контроля технологической оси и раствора роликов вертикальной МНЛЗ // Тр. 1-й Междунар. конф. "Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства" — Череповец, 1998.-С. 46-48.

34. Дюдкин Д.А., КоваленкоВ.С., Шукстульский И.Б. Улучшение качества литых слябов путем совершенствования технологии непрерывной разливки стали // Бюл. НТИ. Черная металлургия. -1982.-№18.-С.51.

35. Причины образования осевых трещин в слябах, отлитых на криволинейных МНЛЗ / Я.Н. Малиночка, B.C. Есаулов, О.В. Носоченко и др. // Сталь. 1984. - № 1. - С. 32 - 33.

36. Вюнненберг К. Внутренняя структура непрерывнолитых заготовок // Черные металлы 1981 -№14 - С.ЗО.

37. Исследование распределения внутренних дефектов в зоне вторичного охлаждения для условий МНЛЗ ККЦ ОАО "ММК" / К.Н. Вдовин, И.А. Селиванов, С.И. Лукьянов и др. М., 1998. - 18 с. - Деп. в ВИНИТИ 05.05.98. № 1365-В98.1

38. Внедрение локальной системы регулирования усилий вытягивания слитка МНЛЗ ККЦ: Отчет по НИР (заюноч.) / МГТУ им. Г.И. Носова; рук С.И. Лукьянов. № ГР 01200001605; Инв. № 03200002025. - Магнитогорск, 2000. - 59 с.

39. Лукьянов С.И. Электропривод тянуще-правильного устройства МНЛЗ: Монография. Магнитогорск: МГТУ, 2002. - 100 с.

40. Васильев А.Е. Реализация электроприводом тянущих роликов горизонтального участка машины непрерывного литья заготовок технологических требований к качеству литой заготовки: Дис. . канд. техн. наук. -М., 2002.-235 с.

41. Селиванов И.А., Лукьянов С.И., Васильев А.Е. Моделирование напряженного состояния слитка в машине непрерывного литья заготовок // Математические методы в технике и технологиях: Тез. докл. XIII Меж-дунар. науч. конф. СПб., 2000. - С. 117 - 118.

42. Машины и агрегаты металлургических заводов: Учебник для вузов. В 3 т. / А.И. Целиков, П.И. Полухин, В.М. Гребенник и др. 2-е изд., пере-раб. и доп. — М.: Металлургия, 1988. — Т. 2. Машины и агрегаты сталеплавильных цехов. - 432 с.

43. Баранов Г.Л., Гостев А.А., Денисов Ю.В. Расчет и исследование роликового аппарата зоны вторичного охлаждения. — Магнитогорск, 1993. — 110 с.

44. Исследование усилия вытягивания сляба на МНЛЗ / С.А. Филатов, А.А. Целиков, O.K. Храпченков и др. // Сталь. 1985. - № 10. - С. 22 - 25.

45. Исследование усилий на поддерживающие устройства зоны вторичного охлаждения / Д.А. Дюкин, A.M. Кондратюк, Д.П. Евтеев и др. // Непрерывное литье стали, сб. № 3. М.: Металлургия. - 1976. - С. 91.

46. Попандопуло И.К., Михневич Ю.Ф. Непрерывная разливка стали. М.: Металлургия, 1990. - 247 с.

47. Венцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятности и её инженерное приложение. Учебн. пособие для втузов. 2-е изд., стер - М.: Высш. шк., 2000.-480 с.

48. Свойства оболочки формирующейся непрерывнолитой заготовки // Черные металлы. 1978. - № 21. - С. 28-34. .

49. Синцов Е.П. Анализ требуемого распределения продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов криволинейного участка МНЛЗ / Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск, 2004. - Вып. 9. - С. 97 - 102.

50. Безухов Н. И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. — М.: "Высшая школа", 1968. 505 с.

51. Пюрингер О.М. Формирование непрерывнолитой заготовки на МНЛЗ // Черные металлы. 1976. - № 6. - С. 3 - 6.

52. Р. Флендер, К. Вюнненберг. Образование внутренних трещин в непре-рывнолитых заготовках // Черные металлы. 1982. - № 23. - С. 24-32.

53. Ограничение продольных усилий в заготовке электроприводом тянущих роликов машины непрерывного литья / С.И. Лукьянов, А.Е. В асильев, Е.П. Синцов и др. // Электромеханика. 2004. - № 2. - С. 58 -64

54. Швидченко Д.В. Ограничение продольных усилий в заготовке электроприводами тянущих роликов машины непрерывного литья: Дис. . канд. техн. наук. -М., 2003. 171 с.

55. Усовершенствованные концепции модернизации слябовых МНЛЗ / X. Хёдль, А. Айхингер, К. Мёрвальд, К. Фюрст // Сталь. 1999. - № 9. - С. 10-16.

56. Ильинский Н.Ф. Электроприводы постоянного тока с управляемым моментом. М.: Энергоиздат, 1981. - 144 с.

57. Электропривод тянущих роликов МНЛЗ / И.А. Селиванов, С.И. Лукьянов, Н.В. Фомин, А.Е. Васильев //Привод и управление. 2001. — №1. -С. 10-12.

58. Лукьянов С.И. Электропривод тянуще-правильного устройства МНЛЗ сiминимизацией продольных усилий в отливаемой заготовке // Тр. Моск. энерг. ин-та. 2002. Вып. 678 . - С. 81 - 89.

59. Разработка автоматизированного электропривода регулирования усилий вытягивания слитка МНЛЗ / И.А. Селиванов, С.И. Лукьянов, Н.В. Фомин и др. // Оптимизация режимов работы систем электроприводов: Межвуз. сб. ст. Красноярск, 2000. С. 27 - 33.

60. Устройство автоматического управления электроприводом зоны вторичного охлаждения машины непрерывного литья: Патент № 2133651 (Россия), В 22 D 11/16 / Бодяев Ю. А., Вдовин К. Н., Погорелов И. JI. и др.-Заявл. 24.06.98.А

61. Устройство управления электроприводом тянущих роликов МНЛЗ / С.И. Лукьянов, А.Е. Васильев, Н.В. Фомин и др. // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. трудов. Магнитогорск: МГТУ, 2001. - Вып. 6. - С. 32-35.