автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Распределение электроприводов тянущих роликов на машине непрерывного литья заготовок

КОНТРОЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР

На правах рукописи

ЛУКЬЯНОВ Дмитрий Сергеевич

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ТЯНУЩИХ РОЛИКОВ НА МАШИНЕ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК

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

СЕЛИВАНОВ И А

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

ОСИПОВ О.И.

- кандидат технических наук, доцент КОСМАТОВ В.И.

Ведущее предприятие - ОАО «Магнитогорский металлургический

комбинат»

Защита диссертации состоится 20 мая 2005 г. в 15 час. 00 мин. в аудитории 227 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.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доцент

К.Э. Одинцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Характерной особенностью в последние десятилетия развития черной металлургии в мире является внедрение в производство технологии непрерывной разливки стали с целью получения заготовок для листовых и сортовых прокатных станов.

Технология непрерывной разливки на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и конструкция машин постоянно совершенствуются в направлении повышения качества отливаемых заготовок и производительности агрегатов. Одним из резервов повышения производительности МНЛЗ и улучшения качества непрерывнолитых заготовок является совершенствование электропривода тянуще-правильного устройства (ТПУ) зоны вторичного охлаждения (ЗВО) МНЛЗ, реализующего технологию непрерывного вытягивания слитка из кристаллизатора и роликовой проводки ЗВО и формирующего в кристаллизующей -ся заготовке схему приложения к слитку тянущих усилий, в значительной мере определяющей качество литых заготовок.

Для обеспечения стабильной работы МНЛЗ и ограничения растягивающих продольных усилий, создаваемых в кристаллизующемся слитке электроприводом ТПУ, ОАО "Уралмаш", основной конструктор и изготовитель слябовых МНЛЗ современного криволинейного типа в Российской Федерации, странах СНГ и до недавнего времени в Европе и Азии, придерживается концепции, основанной ни мировом опыте непрерывной разливки и совершенствования МНЛЗ, рассредоточения вдоль ЗВО большого числа (до 70) электроприводов тянущих роликов. Последнее из-за высокой стоимости одного тиристорного преобразователя (ТП) является основной причиной применения на большинстве действующих МНЛЗ групповой схемы силового питания электродвигателей тянущих роликов от одного либо двух ТП.

Однако групповая схема питания электродвигателей тянущих роликов не позволяет точно реализовать технологические требования, предъявляемые к электроприводу ТПУ, и идеальным вариантом исполнения электропривода, обеспечивающим отливку заготовок высокого качества, является индивидуальная схема силового питания электродвигателей.

В настоящее время научно-обоснованная методика расчета числа приводных роликов и их рационального распределения вдоль технологического канала ЗВО отсутствует.

Создание такой методики позволит улучшить качество непрерывнолитых заготовок за счет более точного выполнения технологических требований, предъявляемых к электроприводу ТПУ, средствами индивидуального электропривода тянущих роликов при сокращении их числа за счет рационального распределения приводов вдоль ЗВО.

Цель работы. Диссертационная работа решает проблему рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль технологического канала ЗВО МНЛЗ и выбора минимального числа тянущих роликов на различных участках ЗВО и режимах работы МНЛЗ при повышении качества литых заготовок средствами индивидуального электропривода.

Достижение поставленной цели потребовало:

- анализа технологических требований, предъявляемых к электроприводу ТПУ, в различных режимах работы МНЛЗ с позиции обеспечения стабильной работы машины и отливки заготовок высокого качества;

- определения критериев, которым должно удовлетворять распределение приводов тянущих роликов вдоль ЗВО с указанных позиций;

- создания методик расчета требуемого по технологии распределения моментов нагрузки по тянущим роликам в различных режимах работы МНЛЗ и расчета растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ в процессе вытягивания кристаллизующейся заготовки;

- создания методик и алгоритмов расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО в следующих режимах работы электропривода ТПУ: удержание затравки в подготовительном к разливке режиме работы МНЛЗ; вытягивание затравки с головной частью слитка на начальной стадии разливки металла; вытягивание слитка в рабочем режиме разливки;

- ранжирования предложенных критериев по степени их влияния на число и распределение электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО;

- разработки общей методики и алгоритма рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО;

- сравнительного анализа реального распределения электроприводов тянущих роликов на действующей МНЛЗ с распределением, рассчитанным по предложенной методике, и технико-экономического анализа вариантов реализации технологических требований электроприводом ТПУ.

Методы исследований. Теоретические исследования проводились с использованием аналитических и численных методов решения алгебраических уравнений, методов структурного моделирования. Экспериментальные исследования проводились на действующих МНЛЗ ОАО "ММК" путем статистического анализа данных токов нагрузки электроприводов тянущих роликов.

Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается правомерностью принятых исходных положений и предпосылок, корректным применением методов математического моделирования и результатами сопоставления теоретических результатов с результатами экспериментальных исследований на действующих МНЛЗ ОАО "ММК".

К защите представляются следующие основные положения:

1. Результаты анализа технологических требований к электроприводу ТПУ в различных режимах работы МНЛЗ.

2. Критерии, которым должно удовлетворять распределение электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО с позиций обеспечения стабильной работы МНЛЗ и отливки заготовок высокого качества.

3. Математические модели распределения моментов нагрузки по тянущим роликам ЗВО с учетом усилий сопротивления вытягиванию затвердевшей заготовки на горизонтальном участке ЗВО и растягивающих продольных усилий в каждом межроликовом пространстве ЗВО, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ на примере технологических условий разливки стали на МНЛЗ ОАО "ММК".

4. Методики и алгоритмы расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по разработанным критериям.

5. Методика и алгоритм рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО, обеспечивающие стабильную работу МНЛЗ и высокое качество непрерывнолитых заготовок в рабочем режиме разливки стали.

6. Результаты сравнительного технического анализа реального и рассчитанного по предложенной методике распределений приводов тянущих роликов вдоль ЗВО и технико-экономического анализа вариантов реализации электропривода ТПУ.

Научная новизна.

1. Предложены математические модели расчета моментов нагрузки на тянущих роликах ЗВО и растягивающих продольных усилий, создаваемых в

слитке электроприводом ТПУ в межроликовых пространствах ЗВО, с учетом усилий сопротивления вытягиванию затвердевшей заготовки на горизонтальном участке ЗВО.

2. Разработаны научно-обоснованная методика и алгоритм расчета рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО, позволяющие за счет целесообразного распределения электроприводов вдоль ЗВО существенно сократить их общее количество.

3. Разработаны критерии, методики и алгоритмы расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль технологического канала ЗВО с позиций обеспечения электроприводом ТПУ стабильной работы МНЛЗ и отливки заготовок высокого качества в основных режимах работы электропривода:

- в подготовительном режиме работы МНЛЗ: надежное удержание затравки и жидкого металла в кристаллизаторе;

- в начальной стадии разливки металла: гарантированное перемещение затравки с головной частью слитка на заданной скорости от кристаллизатора до рольганга;

- в рабочем режиме разливки: гарантированное, на заданной скорости и в требуемом по технологии диапазоне скоростей, вытягивание заготовки из кристаллизатора и ЗВО независимо от изменения общего момента сопротивления вытягиванию слитка; сведение к минимуму растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ.

Практическая ценность и реализация работы.

1. Доказана возможность реального сокращения числа электроприводов тянущих роликов более чем в два раза без снижения надежности работы электропривода ТПУ в основных режимах работы МНЛЗ. Существенное снижение числа приводов позволяет применить индивидуальную схему силового питания электродвигателей тянущих роликов при улучшении качества макроструктуры непрерывнолитых заготовок за счет более точного выполнения технологических требований, предъявляемых к электроприводу ТПУ.

2. Результаты диссертационной работы переданы ОАО "ММК" и использованы при проектировании слябовой МНЛЗ №5 ОАО "ММК" криволинейного типа, предназначенной для отливки широких заготовок до 2,5м. По предложенной методике число электроприводов тянущих роликов на МНЛЗ №5 сокращено до 56 и к внедрению принята схема индивидуального электропривода переменного тока.

3. Результаты математического моделирования и экспериментальных исследований используются при проектировании электропривода ТПУ новых МНЛЗ криволинейного типа.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на III и IV Международных (XIV и X Всероссийских) научно-технических конференциях по автоматизированному электроприводу (г.Нижний Новгород, 2001г. и г.Магнитогорск, 2004г.); IV Международной конференции "Электротехника, электромеханика и электротехнологии" (МКЭЭ-2000, г. Клязьма, 2000 г.); Международной научно-технической конференции молодых специалистов, инженеров и техников ОАО "ММК" (г.Магнитогорск, 2003г.); Всероссийской научно-практической конференции "Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горнотопливной отраслях" (г.Новокузнецк, 2004г.); 62-й и 63-й Научно-технических конференциях по итогам научно-исследовательской работы (г.Магнитогорск, 2003г. и 2004г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 18 печатных трудах, в том числе монографии, 15 статьях и материалах конференций, одном свидетельстве и одном патенте РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 72 наименований и приложения объемом 7 страниц. Работа изложена на 161 странице, содержит 29 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 криволинейного типа и их роликовых проводок, технологических требований к электроприводу тянущих роликов и их реализация известными техническими решениями в основных режимах работы МНЛЗ. Определены главные технологические требования с позиций рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО. Разработаны критерии, которым должно удовлетворять распределение электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО в основных режимах работы МНЛЗ. Поставлена задача разработки научно-обоснованной методики рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль технологического канала ЗВО МНЛЗ криволинейного типа.

Технологическая схема непрерывной разливки рассмотрена на примере МНЛЗ №1,4 ОАО "ММК" (рис.1). Жидкую сталь от конвертера в ковшах 1 подают на сталеразливочный стенд 2 и, далее через промежуточный ковш 3 в кристаллизатор 4, в котором выполняется первичное охлаждение жидкой стали и формирование по периметру корочки затвердевшего металла. Далее заготовка проходит зону вторичного охлаждения в составе форсунок 5 распыления охладителя, осуществляющих полную по сечению кристаллизацию слитка, не приводных 6 и приводных 7 удерживающих роликов до приемного рольганга 8, на котором происходит отделение затравки от слитка, и, далее, поступает на устройство разделения слитка на мерные длины 9.

Технологический канал ЗВО МНЛЗ криволинейного типа разделен на три участка: радиальный участок, выполненный по дуге окружности с базовым радиусом криволинейный участок с постоянно увеличивающимся радиусом кривизны от до бесконечности, обеспечивающий разгиб заготовки; горизонтальный участок. Роликовая проводка ЗВО состоит из 98 пар роликов в верхнем и нижнем рядах. Все ролики в верхнем ряду выполнены не приводными, а в нижнем ряду установлены как приводные (тянущие) ролики, так и не приводные. Усилие вытягивания

слитка шириной 1150...2350 мм формируется 70 тянущими роликами.

Основными технологическими требованиями к электроприводу ТПУ, обеспечивающими стабильную работу МНЛЗ и отливку заготовок высокого качества, с позиций распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО являются; гарантированное удержание затравки в подготовительном режиме работы машины; надежное вытягивание затравки из кристаллизатора и её перемещение с головной частью слитка на заданной скорости до отводящего рольганга в начальной стадии разливки металла; гарантированное вытягивание заготовки из кристаллизатора и роликовой проводки ЗВО в рабочем режиме разливки стали; сведение к минимуму растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ, за счет равномерного рассредоточения приводных элементов вдоль технологической линии ЗВО и целесообразного распределения моментов вытягивания слитка между электродвигателями тянущих роликов.

На большинстве слябовых МНЛЗ криволинейного типа применяется групповой электропривод постоянного тока с силовым питанием большого числа (до 70) электродвигателей тянущих роликов от одного или двух ТП (рис. 2). Отмечено, что

ными электроприводами тянущих роликов, в которой каждый электродвигатель имеет силовое питание от отдельного источника питания. Однако, учитывая количество электроприводов и стоимость источников питания, этот вариант является дорогостоящим, что является основным сдерживающим фактором его применения на действующих МНЛЗ.

В известных публикациях по электроприводу ТПУ приведены общие методики расчета моментов нагрузки и мощности электропривода ТПУ с учетом особенностей вытягивания слитка на радиальном, криволинейном и горизонтальном участках ЗВО. При этом, распределение приводных элементов вдоль технологической линии ЗВО выполняется "на основе мирового опыта непрерывной разливки стали и опыта создания и совершенствования машин криволинейного типа". Научно-обоснованная методика расчета числа приводных роликов и их рационального, удовлетворяющего технологическим требованиям к электроприводу ТПУ, распределения вдоль ЗВО полностью отсутствует.

Согласно основным технологическим требованиям, предъявляемым к электроприводу ТПУ, разработаны критерии, которым должно удовлетворять распределение электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО:

1. В подготовительном к разливке стали режиме работы МНЛЗ электропривод тянущих роликов, имеющих контакт с затравкой, должен приложить к ней требуемое по технологии общее усилие стопорения Рст . При этом на контакте каждого тянущего ролика с затравкой величина индивидуального усилия

Рис. 2.

применение на действующих МНЛЗ подобных схем электропривода ТПУ приводит к снижению качества непре-рывнолитых заготовок и производительности МНЛЗ. Идеальным вариантом исполнения силовой части электропривода ТПУ, позволяющим обеспечить более жесткие требования, является система с индивидуаль-

стопорения РСТ; не должна превышать величины усилия сцепления Рщу между тянущим роликом и затравкой.

2. В начальной стадии разливки стали электропривод ТПУ в каждом положении головной части слитка в роликовой проводке ЗВО должен приложить к затравке и заготовке общее усилие вытягивания Рвыт , достаточное для надежного их перемещения на заданной скорости. При этом на контактах всех тянущих роликов с затравкой и слитком величина усилий вытягивания ¥ВЬщ и

не должна превышать значений усилий сцепления, соответственно, с затравкой и слитком

3. В рабочем режиме разливки стали электропривод ТПУ должен обеспечить вытягивание слитка с усилием Рвыт в диапазоне от низкой скорости при замене промежуточного ковша и погружного стакана до рабочей с учетом увеличения момента сопротивления вытягиванию слитка на низкой скорости в кс раз. При этом на контакте каждого тянущего ролика величина усилия вытягивания не должна превышать индивидуального значения усилия сцепления ГСЦ/ ролика со слитком.

4. На рабочей скорости разливки стали в каждом межроликовом пространстве ЗВО величина растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ, должна быть ограничена на минимально возможном уровне (в идеальном случае на уровне нуля).

Анализ существующих методик расчета энергосиловых параметров вытягивания слитка на МНЛЗ выявил следующие проблемы: отсутствует оценка усилий давления, вызванных протягиванием электроприводом ТПУ затвердевшей заготовки через роликовую проводку на горизонтальном участке ЗВО, и влияния этого усилия на величину момента сопротивления вытягиванию заготовки; отсутствуют значения реального коэффициента кс увеличения общего момента сопротивления вытягиванию заготовки из роликовой проводки ЗВО на МНЛЗ при технологических снижениях скорости разливки, связанных с заменой промежуточного ковша или погружного стакана; отсутствует методика оценки растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ, в каждом межроликовом пространстве ЗВО независимо от того, являются ли они приводными или нет.

На основании изложенного поставлена задача разработки научно-обоснованной методики рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО с учетом выявленных проблем.

Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке методик и алгоритмов расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО в подготовительном к разливке режиме работы МНЛЗ и в начальной стадии разливки жидкого металла. Выполнен расчет распределения электроприводов тянущих роликов по разработанным методикам для технологических условий и параметров роликовой проводки МНЛЗ №1,4 ОАО "ММК".

Разработана методика расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по критерию удержания затравки в подготовительном к разливке режиме работы МНЛЗ:

1. С учетом того, что первый тянущий ролик по техническим причинам не может быть расположен ближе 3,5 м к кристаллизатору рассчитываются номера я, и число М роликовых пар, имеющих контакт с затравкой:

где Пц, и,, пг - номера пар роликов, имеющих контакт с затравкой, соответственно ближайшей к кристаллизатору, расположенной от него на расстоянии 3,5м и дальней от кристаллизатора; - шаг установки роликов в ЗВО; 1'3 - расстояние от кристаллизатора до первой пары роликов переднего конца затравки; £3 - длина тела затравки.

2. По известным математическим соотношениям рассчитываются требуемая величина усилия стопорения Г^ и усилия сцепления /щ^. Расчет выполняется для самых неблагоприятных условий удержания затравки: минимальных значений сил, удерживающих затравку в роликовой проводке, и максимальных значений сил тяжести.

3. Выполняется расчет требуемого числа тпр приводных роликов:

Л/ ядо

:2>а/з, ■ (2)

РсЦЗ] < С,

И так

+ в3-СОЪССз-^Р^К ^Гсц3] .

1=1

где СМшх - сила тяжести жидкого металла в кристаллизаторе; - сила тяжести затравки; а3 - угол между вертикалью и касательной к телу затравки в центре её тяжести; М - число пар роликов, имеющих контакт с телом затравки; - усилие сопротивления протягиванию затравки через (-тую пару роликов. Для технологических условий и параметров МНЛЗ №1,4 ОАО "ММК" составлена математическая модель расчета распределения электроприводов тянущих роликов по радиальному участку ЗВО по критерию удержания затравки в роликовой проводке в подготовительном режиме работы МНЛЗ. В результате исследования на модели установлено, что в технологических условиях МНЛЗ №1,4 ОАО "ММК" удержание затравки в роликовой проводке ЗВО и жидкого металла в кристаллизаторе происходит естественным образом без участия электропривода ТПУ за счет сил трения от распорного давления камер затравки на неприводные ролики ЗВО: РСТ = -39,4 кН < 0.

На основании известных методик расчета усилий сопротивления вытягиванию слитка из кристаллизатора и роликовой проводки ЗВО и усилий сцепления между тянущими роликами и затравкой и тянущими роликами со слитком разработана методика распределения электроприводов тянущих

роликов вдоль технологического канала ЗВО в начальной стадии разливки:

1. Исходными условиями для расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО выбираются: ближайший к кристаллизатору тянущий ролик может быть установлен в позиции №«,; ролики имеют паспортные габариты, т.е. износ и остаточный прогиб их бочки отсутствуют; тянущий ролик

может занимать любую позицию в нижнем ряду роликовой проводки ЗВО, начиная с номера л, до номера последнего ролика в ЗВО.

2. Для каждого положения головной части слитка, начиная от кристаллизатора до последней пары роликов ЗВО по известным математическим соотношениям вычисляется массив значений усилий сцепления между роликами и затравкой Рсцз,, усилий давления слитка на ролики Р1, усилий сцепления между роликами и слитком Рсц, и усилий сопротивления вытягиванию слитка Ра

и затравки из каждой пары роликовой проводки ЗВО. Расчет выполняется для самых тяжелых условий вытягивания слитка и затравки: минимальных значений коэффициентов сцепления; максимальных значений коэффициентов трения в опорах роликов и на контактах роликов со слитком и затравкой; наибольших габаритов отливаемой заготовки.

3. На начальной стадии расчета при положении переднего конца заготовки в кристаллизаторе принимается решение: первый тянущий ролик занимает позицию в нижнем ряду с номером «, в общей нумерации роликовых пар.

4. Для этого положения слитка по данным массива п 2 выполняется проверка неравенства:

^СЦтт +^СЦЗтт > ^КРтк +^Стах + > (3)

где - число приводных роликов, имеющих контакт со слит-

ком; Рсцз = ; Рс = ; ^ = ; G - сумма силы тяжести метал-

ла в кристаллизаторе Ои и продольных составляющих сил тяжести слитка Сс в ЗВО и затравки С3

Если неравенство (3) не выполняется, то по выражению (4) рассчитывается требуемое число тянущих роликов тПР :

Далее осуществляется переход к следующему положению переднего конца слитка (в пространстве между первой роликовой парой).

5. В соответствии с технологическим требованием к электроприводу ТПУ эмпирическим путем равномерно распределяются тянущие ролики в роликовом пространстве между и, и п2 роликовыми парами. Позиции тянущих роликов фиксируются, и осуществляется переход к следующей позиции слитка.

6. Для нового положения затравки и слитка вновь выполняется расчет составляющих неравенства (3) и оно проверяется на соответствие. Если неравенство справедливо, то осуществляется переход к следующему положению слитка и затравки. В противном случае следующий тянущий ролик устанавливается в позиции роликовой пары, наиболее удаленной от кристаллизатора и имеющей контакт с затравкой. После этого вновь проверяется условие (3) и если оно справедливо, то осуществляется переход к следующей позиции головной части слитка.

Расчет продолжается до тех пор, пока головная часть слитка не выйдет из последней роликовой пары проводки ЗВО.

Для технологических условий и параметров МНЛЗ №1,4 ОАО "ММК" составлены математические модели расчета усилий сопротивления вытягиванию слитка из роликовых пар с учетом особенностей вытягивания заготовки на

радиальном, криволинейном и в двух группах горизонтального участков ЗВО и усилий сцепления тянущих роликов с телом затравки и со слитком.

В результате расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по разработанной методике для параметров МНЛЗ ОАО "ММК" установлено (рис. 3):

1. Общее число электроприводов тянущих роликов в начальной стадии разливки металла допустимо сократить более чем в три раза (с 70 до 21 тянущего ролика).

2. На радиальном участке число приводных роликов допустимо сократить более в

2 раза (с 16 до 7), на криволинейном - в 4 раза (с 20 до 5) и на горизонтальном более чем в 3 раза (с 34 до 9), причем в первой группе горизонтального участка с 10 до 3 и во второй группе с 24 до 5. Разработан общий алгоритм распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по критериям удержания затравки и жидкой стали в подготовительном режиме работы МНЛЗ и гарантированного вытягивания затравки с головной частью слитка в начальной стадии разливки металла. В алгоритме реализовано условие (3) расстановки вдоль ЗВО электроприводов тянущих роликов при последовательном рассмотрении положений в роликовой проводке затравки и слитка от положения его головной части в кристаллизаторе до расположения в последней роликовой паре проводки ЗВО. Предусмотрена возможность коррекции распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО.

В третьей главе разработаны методики и алгоритмы распределения электроприводов тянущих роликов по критериям надежного вытягивания слитка в рабочем режиме разливки и минимизации растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ. Выполнен расчет и анализ распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по указанным методикам на примере МНЛЗ №1,4 ОАО ММК".

С целью определения реального увеличения общего момента сопротивления вытягиванию слитка при разливке стали на низких скоростях во время замены промежуточного ковша или погружного стакана относительно величины момента МС1 при разливке стали на рабочей скорости на МНЛЗ ОАО "ММК" выполнен статистический анализ временных диаграмм изменения общего тока нагрузки электропривода ТПУ. В результате дисперсионного и регрессионного анализа изменения величины коэффициента кс=МС2/Ма (объем выборки N=1536 наблюдений) получено уравнение регрессии и рассчитан его доверительный интервал изменения коэффициента в функции временного интервала разливки стали на низкой скорости. Показано, что наибольшая величина коэффициента £с=1,62, что, следовательно, позволяет выполнить более точный расчет распределения приводных роликов вдоль ЗВО.

Разработана математическая модель расчета усилий сопротивления вытягиванию слитка с учетом усилия давления от протягивания затвердевшей заготовки через пары роликов горизонтального участка ЗВО. Дана методика расчета усилий давления и в промышленных условиях МНЛЗ ОАО "ММК" определены

значения этих усилий (объем выборки данных составил более 200 наблюдений) для двух фупп роликов горизонтального участка ЗВО: в группе роликов №65-88 Р3, =87,1 кН и в фуппе №89-98 - Р3, =119 кН. Сравнительный анализ расчетных значений моментов сопротивления вытягиванию слитка, полученных в ре-

зультате расчета по известной методике и предложенной с учетом усилий давления , с экспериментальными показал, что в случае расчета по предложенной

методике погрешность расчета снижается с 16% до 3,5%.

Предложена методика расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по критерию гарантированного вытягивания слитка из кристаллизатора и роликовой проводки ЗВО в рабочем режиме работы МН/13 с учетом увеличения общего момента сопротивления вытягиванию слитка в кс раз на низкой скорости разливки стали:

1. Исходные допущения в расчете: деформация (прогиб) и износ роликов ЗВО отсутствуют, выставка роликового полотна МНЛЗ и растворы роликовых пар соответствуют их паспортным параметрам; закрытие лунки жидкой фазы в слитке на рабочей скорости разливки происходит в районе 64 роликовой пары ЗВО; первый тянущий ролик установлен в нижнем ряду роликовой пары расположенной на расстоянии 3,5м от кристаллизатора; приводной ролик может быть установлен в нижнем ряду роликовой пары начиная с номера п, до номера последней роликовой пары.

2. Рассчитываются: массив усилий давления слитка на ролики Р1 и усилие

Гхр сопротивления вытягиванию слитка из кристаллизатора, рассчитанные для самых неблагоприятных условий вытягивания слитка из ЗВО на рабочей скорости разливки стали; принятая величина кратности увеличения момента сопротивления вытягиванию слитка при разливке на низкой скорости.

В соответствии с принятой кратностью кс увеличения момента сопротивления вытягиванию слитка по данным исходного массива выполняется расчет усилий давления на ролики при разливке стали на низкой скорости из соотношения:

При расчете усилий давления Р[ принято допущение, что из-за термического прогиба бочек роликов в ЗВО на низкой скорости разливки стали происходит равномерное пропорциональное кс увеличение усилий давления во всех роликовых парах ЗВО.

С учетом по разработанной математической модели выполняется расчет массивов усилий сопротивления вытягиванию слитка и усилий сцепления

3. С учетом того, что первый тянущий ролик установлен в нижнем ряду ро-

ликовой пары с номером и, выполняется расчет величины дисбаланса усилий АРвып между требуемой по технологии величиной усилия Рвытх вытягивания слитка из кристаллизатора и первых щ пар роликов и величиной реального усилия вытягивания Р'вып , которое по условию сцепления ролика со слитком способен приложить электродвигатель первого тянущего ролика к заготовке:

где - принятый в расчете запас усилий для

предотвращения срыва контакта между тянущим роликом и слитком.

4. Позиция пг второго тянущего ролика определяется из системы неравенств:

где - усилие сцепления второго тянущего ролика со слитком, при ус-

ловии что он занимает позицию в нижнем ряду роликовой пары с номером пг ;

- усилие сцепления второго тянущего ролика со слитком, при условии что он занимает позицию в нижнем ряду следующей роликовой пары с номером

5. Позиции следующих за вторым ]' -тых тянущих роликов в общей нумерации пар роликов определяется из последовательного для каждого тянущего ролика решения следующей системы неравенств:

где ^од^) - усилие сцепления между слитком иу'тым тянущим роликом при условии его расположения в позиции пары роликов; - усилие сце-

пления между слитком и -тым тянущим роликом при условии его расположения в позиции пары роликов.

На примере МНЛЗ ОАО "ММК", в соответствии с разработанной методикой, выполнен расчет распределения тянущих роликов по критерию надежного вытягивания слитка в рабочем режиме разливки с учетом коэффициента кс увеличения общего момента сопротивления вытягиванию слитка при разливке на низкой скорости и усилия давления на ролики от протягивания затвердевшей заготовки на горизонтальном участке ЗВО. Результаты расчета приведены на рис. 4.

Согласно рис. 4 в рабочем режиме разливки стали число электроприводов за счет их рационального распределения вдоль ЗВО допустимо сократить с 70 до 24.

Ь^ВЫП - Рвыт\ ~ Р'вып •

(9)

кН

В Непригодные рояикя ■ Тжнущне родикн

Разработана математическая модель (10) расчета продольных усилий, _4Й _7 создаваемых в слитке электроприводом ТПУ в процессе его вытягивания из кристаллизатора и роликовой проводки ЗВО. Предложенная модель отличается тем, что позволяет рассчитывать продольные усилия в слитке в каждом шаге роликовой проводки ЗВО и расчет усилий выполняется в направлении от кристаллизатора к рольгангу. Последнее существенно упрощает методику расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по критерию минимизации растягивающих продольных усилий

рис

4

Согласно технологическому требованию по сведению к минимуму растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ, во всех межроликовых пространствах ЗВО должно выполняться условие:

0. (11)

С учетом (11) минимизация продольных усилий реализуется лишь в случае, если в каждом межроликовом пространстве ЗВО величина усилий вытягивания, прикладываемая к слитку предыдущими электроприводами тянущих роликов будет превышать текущее значение усилий сопротивления Рс вытягиванию слитка При этом электродвигатели тянущих роликов в слитке должны формировать обратные по знаку растягивающим усилия подпора.

С учетом этого разработана следующая методика распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по критерию сведения к минимуму растягивающих продольных усилий в слитке в рабочем режиме разливки стали:

1. С учетом того, что первый тянущий ролик (У =1) занимает п о з и ц ию в общей нумерации I роликовых пар ЗВО по системе уравнений (10) для части роликовой проводки с номерами пар (<(п,+1) выполняется расчет распределения растягивающих продольных усилий в слитке. Усилие вытягивания Р'вып , прикладываемое к слитку электродвигателем первого тянущего ролика, определяется по выражению (7).

2. По выражению:

^>-1,//Нщ^-Ркр+^Ра-Рвып (12)

рассчитывается величина растягивающего продольного усилия, которое необходимо сформировать в слитке в пространстве между щ И (и, +1) роликовыми парами электроприводу второго тянущего ролика для компенсации дисбаланса усилий &Рвып (6).

Если в результате расчета по (10) 0 , т.е. выполняется общее

условие (11) к распределению тянущих роликов по критерию минимизации растягивающих продольных усилий в слитке, то выполняется переход к п.5 данной методики.

3. Если >0 , что противоречит условию (11), то принимается решение о необходимости установки в позиции («1+1) следом за первым тянущим роликом второго тянущего ролика.

Для позиции (И| + 1) второго тянущего ролика по выражению (7) выполняется расчет усилия вытягивания . С учетом этого для межроликового пространства между (В|+1) И (^+2) по (11) выполняется расчет составляющих и проверка на . Если неравенство справедливо, то осуществляется переход к п.5. В противном случае, принимается решение о необходимости установки в позиции (щ + 2) третьего тянущего ролика и расчет по п.4 повторяется до тех пор, пока не будет справедливо неравенство (11) после установки следующего подряд приводного ролика.

4. Выбор позиции следующего тянущего ролика включает в себя:

1) Расчет по уравнению

(13)

величины продольного усилия в пространстве между парой роликов с номером п) , в нижнем ряду которой установлен } -тый тянущий ролик, и следующей за

ней роликовой парой (иу +1).

2) Расчет числа 1 = 1...оэ неприводных пар роликов, через которые _/-тыЙ тянущий ролик может протолкнуть заготовку за счет подпора в слитке, величиной . Величина определяется из решения системы неравенств:

3) Определение позиции следующего 0' + 1) тянущего ролика по выраже-

(15)

5. Аналогично п.4 выполняется расчет позиций остальных тянущих роликов в направлении от кристаллизатора к рольгангу МНЛЗ.

Анализ результатов расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль технологического канала ЗВО, выполненный для технологических условий и параметров МНЛЗ ОАО "ММК" по критерию минимизации растягивающих продольных усилий в слитке, показал (рис. 5), что за счет целесообразного распределения вдоль ЗВО тянущих роликов и прикладываемых ими к слитку усилий вытягивания число электроприводов тянущих роликов допустимо снизить с 70 до 19.

Разработан алгоритм расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по критериям надежного вытягивания слитка из кристаллизатора и роликовой проводки ЗВО и сведения до минимума (ограничения на нулевом уровне) растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ, в рабочем режиме разливки Рис- 5 стали на МНЛЗ.

В четвертой главе выполнен сравнительный анализ результатов расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по разработанным методикам. Определен ранг разработанных методик с позиции необходимости установки наибольшего числа тянущих роликов. Разработаны обобщенная методика и алгоритм рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО. Для технологических условий и параметров МНЛЗ №1,4 ОАО "ММК" выполнен расчет рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО в соответствии с обобщенной методикой Проведен сравнительный технико-экономический анализ исполнения электропривода ТПУ.

Установлено, что на радиальном участке ЗВО наивысшим рангом обладает методика расчета распределения тянущих роликов по условию надежного вытягивания затравки с головной частью слитка (рис. 3-5), а на криволинейном и горизонтальном участках ЗВО - методика распределения тянущих роликов по условию вытягивания слитка в рабочем режиме разливки стали.

С целью оптимизации последовательности расчета по обобщенной методике и алгоритма распределения тянущих роликов вдоль ЗВО предложено первоначально выполнять расчет распределения электроприводов тянущих

нию:

роликов на участках ЗВО по указанным методикам, а по остальным методикам выполнять проверку на выполнение их условий с коррекцией позиций электроприводов.

Разработаны обобщенные методика и алгоритм рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО, в которых указана оптимальная последовательность расчета рационального распределения тянущих роликов вдоль ЗВО с учетом необходимости коррекции числа тянущих роликов и их позиций при проверке выполнения условий методик распределения электроприводов тянущих роликов с более низким рангом.

Для технологических условий и параметров МНЛЗ ОАО "ММК" выполнен расчет рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО. Доказано, что без нарушения технологических требований, предъявляемых к электроприводу ТПУ с позиций обеспечения им стабильной работы МНЛЗ и отливки заготовок высокого качества, число приводов тянущих роликов при их рациональном распределении вдоль ЗВО допустимо сократить более чем в 2 раза с 70 до 28. При этом в самых неблагоприятных условиях разливки стали на МНЛЗ запас усилий стопорения при удержании затравки в ЗВО составляет 117%, запас усилий сцепления при вытягивании затравки с головной частью слитка в зависимости от их положения в роликовой проводке ЗВО составляет 11,7 - 34,9%, а при вытягивании заготовки в рабочем режиме разливки 32%. При этом электроприводом ТПУ в пространстве между 14 и 98 парами роликов выполняется ограничение на нулевом уровне растягивающих продольных усилий в слитке.

Технико-экономический анализ вариантов исполнения электропривода ТПУ установил, что срок окупаемости при замене на новых МНЛЗ существующей схемы электропривода ТПУ с групповой схемой силового питания всех электродвигателей тянущих роликов от одного тиристорного преобразователя на индивидуальную схему силового питания электродвигателей тянущих роликов с рациональным их распределением вдоль ЗВО, рассчитанном по разработанной методике, составляет 2,8 - 3 года, а при использовании индивидуального электропривода с традиционной схемой распределения приводов - 5,8 - 7,8 лет.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ промышленных схем электроприводов ТПУ МНЛЗ показал, что общепринятой является групповая схема силового питания большого числа электроприводов тянущих роликов (до 70) от одного или двух источников питания. Ограничивающим фактором применения индивидуального электропривода тянущих роликов является его высокая стоимость из-за большого числа электроприводов. Отсюда необходимость и актуальность обоснования распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО, методика расчета которого отсутствует.

" 2. Разработаны математические модели расчета: усилий стопорения затравки с учетом силы тяжести жидкого металла в кристаллизаторе; усилий сопротивления вытягиванию слитка из ЗВО с учетом усилий давления на ролики от протягивания затвердевшей заготовки через роликовую проводку горизонтального участка ЗВО; коэффициента увеличения общего усилия сопротивления вытягиванию слитка при разливке стали на низкой скорости; растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ в процессе его вытягивания, отличающейся от известной возможностью определения продольных усилий в слитке в пространствах ЗВО между неприводными парами роликов.

3. На основании анализа основных технологических требований к электроприводу ТПУ с позиций обеспечения стабильности работы МНЛЗ и отливки заготовок высокого качества разработаны критерии, рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО:

1) в режиме удержания затравки электропривод ТПУ должен приложить к ней требуемое по технологии усилие стопорения. При этом на контакте каждого

тянущего ролика с затравкой величина индивидуального усилия стопорения не должна превышать величины усилия сцепления ролика с телом затравки;

2) в режиме вытягивания затравки с головной частью слитка электропривод ТПУ в каждом положении слитка в ЗВО должен обеспечить требуемое усилие их вытягивания. При этом на контактах тянущих роликов с затравкой и заготовкой величина усилия вытягивания не должна превышать индивидуальных значений усилий сцепления тянущих роликов с затравкой и слитком;

3) в рабочем режиме разливки стали электропривод ТПУ должен обеспечить требуемую по технологии величину усилия вытягивания с учетом увеличения общего момента сопротивления вытягиванию слитка в кс раз при разливке стали на низкой скорости. При этом на контакте каждого из тянущих роликов со слитком величина усилия вытягивания не должна превышать индивидуального значения усилия сцепления ролика со слитком;

4) при вытягивании заготовки значения растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ, должны быть ограничены на минимально возможном уровне.

4. Разработаны методики и алгоритмы расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль технологического канала ЗВО, обеспечивающие выполнение критериев за счет целесообразного позиционирования приводных роликов в ЗВО.

В результате расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО на МНЛЗ ОАО "ММК" показано, что за счет рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО их число допустимо уменьшить в 2-3 раза.

5. Разработана методика расчета усилий давления затвердевшей заготовки на ролики горизонтального участка и в промышленных условиях МНЛЗ ОАО "ММК" определены значения этих усилий, что позволило снизить погрешность расчета общего усилия сопротивления вытягиванию слитка из ЗВО с 16% до 3,5%.

В результате статистического анализа временных диаграмм изменения общего тока электропривода ТПУ МНЛЗ ОАО "ММК" получено уравнение регрессии и его доверительный интервал изменения коэффициента кс увеличения общего момента сопротивления вытягиванию слитка из ЗВО в функции временного интервала разливки стали на низкой скорости Определено наибольшее значение коэффициента £с=1,62.

6. Определен ранг разработанных методик с позиций необходимости установки наибольшего числа тянущих роликов. Установлено, что на радиальном участке ЗВО наибольшим рангом обладает методика надежного вытягивания затравки с головной частью слитка, а на криволинейном и горизонтальном участках ЗВО - методика вытягивания слитка в рабочем режиме разливки стали. Предложено выполнять расчет по методикам с наивысшим рангом, а затем по остальным в соответствии с их рангом с целью проверки выполнения условий распределения электроприводов и коррекции их позиций в роликовой проводке ЗВО.

7. Разработаны принципы расчета, обобщенная методика и алгоритм рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО с учетом ранга отдельных методик. В обобщенной методике и алгоритме указана оптимальная последовательность расчета рационального распределения тянущих роликов вдоль ЗВО с учетом необходимости коррекции числа тянущих роликов в ЗВО и их позиций при проверке выполнения условий методик расчета распределения электроприводов с более низким рангом.

8. Для технологических условий и параметров МНЛЗ ОАО "ММК" выполнен расчет рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО. Доказано, что без нарушения технологических требований, предъявляемых к электроприводу ТПУ с позиций обеспечения им стабильной рабо-

ты МНЛЗ и отливки заготовок высокого качества, число приводов тянущих роликов при их рациональном распределении вдоль ЗВО допустимо сократить более чем в 2 раза с 70 до 28.

9. Технико-экономический анализ вариантов исполнения электропривода ТПУ показал, что за счет значительного сокращения количества электроприводов тянущих роликов срок окупаемости замены на новых МНЛЗ групповой схемы силового питания электродвигателей на индивидуальную существенно уменьшается с 5,8-7,8 лет при традиционном распределении тянущих роликов вдоль ЗВО до 2,8-3 лет при их рациональном распределении, рассчитанном по разработанной методике.

10. Результаты диссертационной работы переданы ОАО "ММК" в виде технического задания на изготовление электропривода ТПУ новой МНЛЗ №5, предназначенной для отливки заготовок шириной до 2,5 м, и приняты фирмой "Уралмаш - металлургическое оборудование" к изготовлению и внедрению. На МНЛЗ №5 принята к внедрению индивидуальная схема электропривода переменного тока.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Лукьянов СИ. Васильев А.Е., Лукьянов Д.С. Автоматизированный электропривод тянуще-правильного устройства МНЛЗ: Монография. - Магнитогорск: МГТУ, 2004. -1 76 с.

2. Селиванов И.А., Лукьянов Д.С. Исследование моментов нагрузки электроприводов тянущих роликов горизонтального участка машин непрерывного литья заготовок // Электромеханика. - 2004. - № 2 . - С. 53 - 57.

3. Экспериментальное исследование влияния распределения нагрузок по приводным роликам МНЛЗ на качество макроструктуры слитка / И А. Селиванов, СИ. Лукьянов, Д С. Лукьянов и др. // Электротехника, электромеханика и электротехнологии: Тез. докл. IV Междунар. конф. - М., 2000. - С. 208-209.

4. Экспериментальное исследование связи ролик-слиток вдоль зоны вторичного охлаждения МНЛЗ/СИ. Лукьянов, А.Е. Васильев, СП. Буданов, Д С. Лукьянов // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз сб. науч. тр. -Магнитогорск: МГТУ, 2000. - Вып. 5. - С 163-167.

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

6. Лукьянов СИ., Лукьянов Д.С. Распределение электроприводов тянущих роликов вдоль зоны вторичного охлаждения // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2001. - Вып 6. - С. 92-96.

7. Лукьянов СИ., Лукьянов Д.С. Математическая модель распределения электроприводов тянущих роликов вдоль зоны вторичного охлаждения МНЛЗ // Автоматизированный электропривод - 2001: Тр. III Междунар. (XIV Всерос.) конф. по автоматизированному электроприводу - Нижний Новгород, 2001. - С. 71-72.

8. Лукьянов Д С К вопросу о распределении тянущих роликов вдоль зоны вторичного охлаждения // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2002. - Вып. 7. - С. 35-39.

9. Селиванов И.А., Лукьянов Д С. Автоматизированная система управления электроприводом тянуще-правильного устройства МНЛЗ // Тезисы докладов Междунар. науч.-техн. конф. молодых специалистов, инженеров и техников ОАО "ММК" - Магнитогорск: ОАО "ММК", 2003. - С 69-70.

Ю.Селиванов И.А., Лукьянов ДС. Оптимальное распределение электроприводов тянущих роликов вдоль зоны вторичного охлаждения МНЛЗ // Материалы 62-й науч.-техн. конф. по итогам науч.-исслед. работы за 2002-2003 гг. -Магнитогорск: 2003. - С.66-69.

11. Лукьянов Д.С, Селиванов И А Исследование усилия давления на ролики зоны вторичного охлаждения машины непрерывного литья. - М., 2003. -20 с. -Деп. в ВИНИТИ 10.12.03, № 2154- ВОЗ.

12. Селиванов ИА, Лукьянов Д.С. Общий алгоритм распределения тянущих роликов вдоль технологической линии ЗВО // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2004. - Вып. 8. - С. 4-9.

13. Лукьянов Д.С. Распределение приводных роликов на МНЛЗ по критерию надежности контакта между роликом и слитком // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2004. -Вып. 9. - С. 38-44.

14. Селиванов И А, Лукьянов Д.С. Математическая модель распределения электроприводов тянущих роликов на машине непрерывного литья // Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях: Тр. II Всерос. науч.-практ. конф. - Новокузнецк, 2004. - С. 77-79.

15. Селиванов И.А., Лукьянов Д.С, Лукьянов В.П. Методика распределения электроприводов тянущих роликов вдоль технологического канала МНЛЗ // Автоматизированный электропривод в 21 веке: пути развития: Тр. IV Между-нар. (XV Всерос.) конф. по автоматизированному электроприводу, Часть II -Магнитогорск, 2004. - С.56 - 60.

16. Лукьянов Д.С. Разработка критериев расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль технологического канала МНЛЗ // Оптимизация режимов работы электротехнических систем: Межвуз. сб. науч. тр. - Красноярск: КГТУ, 2004. - С. 87-91.

17. Свидетельство РФ на полезную модель № 15676 В 22 й 11/16. Устройство автоматического управления электроприводом зоны вторичного охлаждения машины непрерывного литья / СИ. Лукьянов, ИА Селиванов, Д.С Лукьянов и др. Заявл. 28.04.2000, № 2000110920. Опубл. в Б.И. № 31,2000.

18. Патент РФ на полезную модель № 33341 В 22 й 11/16. Тянуще-правильное устройство машин непрерывного литья заготовок / Р.С. Тахаутди-нов, И .А. Селиванов, Д.С. Лукьянов и др. Заявл. 07.07.2003, № 2003120637/20. Опубл. в Б.И. и П.М. № 29, 2003.

Подписано в печать 12.04.05. Формат 60x841/16. Бумага тип.№ 1. Плоская печать. Усл.печ.л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ 297.

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

Of. 09'Pf.-//

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ ТЯНУЩИХ РОЛИКОВ ЗОНЫ ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ МНЛЗ.

1.1. Технологическая характеристика машины непрерывного литья заготовок криволинейного типа.

1.2. Технологическая характеристика роликовой проводки зоны вторичного охлаждения МНЛЗ.

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

1.4. Характеристика типового электропривода тянущих роликов МНЛЗ

1.5. Разработка и анализ критериев распределения электроприводов тянущих роликов.

1.6. Выводы и постановка задачи.

ГЛАВА 2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ТЯНУЩИХ РОЛИКОВ В НАЧАЛЬНОЙ СТАДИИ РАЗЛИВКИ.

2.1. Расчет распределения электроприводов тянущих роликов радиального участка в подготовительном режиме работы МНЛЗ.

2.2. Расчет распределения электроприводов тянущих роликов в режиме начала разливки металла.

2.3. Расчет и анализ распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по критерию удержания затравки.

2.4. Расчет и анализ распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по критерию вытягивания затравки с головной частью слитка.

2.5. Разработка алгоритма распределения электроприводов тянущих роликов в начальной стадии разливки.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ТЯНУЩИХ

РОЛИКОВ В РАБОЧЕМ РЕЖИМЕ РАЗЛИВКИ СТАЛИ.

3.1. Расчет распределения вдоль ЗВО электроприводов тянущих роликов по критерию надежного вытягивания слитка.

3.1.1. Экспериментальное исследование коэффициента увеличения общего момента сопротивления вытягиванию слитка при разливке стали на низкой скорости.

3.1.2. Распределение электроприводов тянущих роликов по критерию вытягивания слитка.

3.2. Расчет и анализ распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по критерию надежного вытягивания слитка на примере МНЛЗ ОАО "ММК".

3.3. Определение и экспериментальное исследование усилий давления от протягивания затвердевшей заготовки.

3.4. Распределение электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по критерию минимизации продольных усилий в слитке.

3.5. Расчет и анализ распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по критерию минимизации продольных усилий в слитке на примере МНЛЗ ОАО "ММК".

3.6. Разработка алгоритма распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО в рабочем режиме разливки.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. РАЦИОНАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ

ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ТЯНУЩИХ РОЛИКОВ ВДОЛЬ ЗВО.

4.1. Сравнительный анализ результатов расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по разработанным методикам.

4.2. Разработка обобщенной методики и алгоритма рационального распределения электроприводов тянущих роликов.

4.3. Расчет распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по обобщенной методике для параметров MHJI3 ОАО "ММК".

4.4. Сравнительный технико-экономический анализ вариантов исполнения электропривода ТПУ.

ВЫВОДЫ.

Характерной особенностью развития в последние десятилетия черной металлургии в мире является внедрение в производство непрерывной разливки стали для получения заготовок для сортовых и листовых прокатных станов. Замена устаревшего способа получения заготовок, связанного с разливкой стали в изложницы с дальнейшей обработкой слитков на обжимных станах, на способ непрерывной отливки слитков на машинах непрерывного литья заготовок (MHJI3), пригодных по профилю и размерам для непосредственного их использования в прокатном производстве, позволила сократить металлургический цикл и капитальные затраты на производство проката. При этом на 20-30% снижается расход электрической энергии и топливно-энергетические затраты и, что особенно важно, на 10-15% увеличивается выход годного металла из жидкой стали [1,2]. В развитых индустриальных странах величина расходного коэффициента достигает уровня 1,04. 1,06 [3].

С каждым годом в черной металлургии растет количество установок непрерывной разливки стали. В 1998г. по сравнению с 1990г. доля разливаемой на MHJI3 стали от общего объема её производства возросла с 59,1% до 83,3%. В странах Европейского союза методом непрерывной разливки производится 95,8% заготовок, в Японии и США - соответственно 96,9% и 95,3%. В Российской Федерации доля непрерывной разливки стали в общем объеме её производства увеличилась в 2000г. по сравнению с 1990г. с 23% до 56,3% и по прогнозу к 2005 г. достигнет 75% [4,5].

Технология непрерывной разливки стали и конструкция MHJI3 постоянно совершенствуются в направлении повышения качества отливаемых заготовок и производительности каждой машины. Выполнен большой объем технологио г -<"■'/ ческих и конструктивных работ по совершенствованию как самой технологии разливки и МНЛЗ (электромагнитное перемешивание, модернизация участков зоны вторичного охлаждения (ЗВО), мягкое охлаждение металла в ЗВО и кристаллизаторе и т.д.) [3,6-14], так и систем автоматизированного электропривода отдельных агрегатов машины (системы стабилизации скорости вытягивания слитка, ограничение продольных усилий в кристаллизующемся слитке, диагностирование состояния и настройки электроприводов и т.д.) [12,15-17].

Следует отметить, что к электроприводам основных агрегатов MHJI3, а именно к электроприводам кристаллизатора и тянуще-правильных устройств (ТПУ), предъявляются более жесткие технологические требования, чем к электроприводам других металлургических агрегатов. Обусловлено это тем, что электроприводы MHJI3 не только реализуют задачи по перемещению материалов и оборудования как в доменном и конвертерном производствах или обеспечивают геометрические размеры продукта и качество поверхности, как, например, в прокатном производстве, но и определяют качество внутренней структуры заготовок. От надежности и точности работы систем автоматизированного электропривода MHJI3 прямо зависят устойчивость разливки стали, оптимальное протекание процесса кристаллизации жидкой стали, упрочнение оболочки слитка и отсутствие аварийных прорывов жидкого металла. Небольшая неисправность в электроприводе, которая может вызвать кратковременную остановку в работе прокатного стана и брак одного рулона, на MHJI3 может привести к длительной остановке машины на ликвидацию аварии после прорыва жидкого металла, потере всей плавки, весом около 500т., и нарушению ритмичности в работе цеха и предприятиях [1,3,12].

Для обеспечения надежной работы MHJ13 современного криволинейного типа при их проектировании и изготовлении ОАО "Уралмаш", основной конструктор и изготовитель слябовых MHJI3 в РФ, странах СНГ и до недавнего времени в Европе и Азии, придерживается концепции, основанной на мировом опыте непрерывной разливки стали и совершенствования машин, рассредоточения вдоль зоны вторичного охлаждения МНЛЗ большого числа (до 70) приводов тянущих роликов [3]. Необходимость использования большого числа приводных роликов в ЗВО является основной причиной применения в большинстве отечественных и зарубежных приводов ТПУ групповой схемы силового питания электродвигателей тянущих роликов от одного либо двух тиристорных преобразователей, что неминуемо приводит к снижению точности выполнения электроприводом предъявляемых к нему технологических требований и, как следствия, снижению качества непрерывнолитых заготовок и производительности MHJI3. Сдерживающим фактором применения индивидуальной схемы силового питания электродвигателей тянущих роликов от отдельных силовых преобразователей постоянного или переменного тока, позволяющей более точно реализовать технологические требования, предъявляемые к электроприводу ТПУ, является высокая стоимость одного силового преобразователя [3,12,18,19].

Анализ опубликованных материалов показал, что научно-обоснованная методика расчета числа приводных роликов и их рационального, обеспечивающего выполнение технологических требований к электроприводу ТПУ в различных режимах работы MHJT3, распределения вдоль технологического канала ЗВО отсутствует. Отсутствуют критерии, которым должно удовлетворять распределение тянущих роликов, а также методики и алгоритмы расчета числа и распределения приводов тянущих роликов по отдельным критериям, анализ их ранжирования по степени влияния на распределение приводов и общий алгоритм расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль технологического канала ЗВО.

В технической литературе приведены лишь общие методики расчета и распределения по тянущим роликам моментов сопротивления вытягиванию слитка из ЗВО и кристаллизатора, а также технологические требования и условия, которым с позиций обеспечения нормальной безаварийной разливки стали должен удовлетворять электропривод ТПУ в различных режимах работы МНЛЗ.

Диссертационная работа решает проблему рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль технологического канала ЗВО МНЛЗ и выбора минимального числа тянущих роликов на различных участках ЗВО и режимах работы МНЛЗ при повышении качества литых заготовок средствами индивидуального электропривода.

Достижение поставленной цели потребовало решения в диссертационной работе следующих задач:

- анализа технологических требований, предъявляемых к электроприводу ТПУ, в различных режимах работы МНЛЗ с позиции обеспечения стабильной работы машины и отливки заготовок высокого качества;

- определения критериев, которым должно удовлетворять распределение приводов тянущих роликов вдоль ЗВО с указанных позиций;

- создания методик расчета требуемого по технологии распределения моментов нагрузки по тянущим роликам в различных режимах работы МНЛЗ и расчета растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ в процессе вытягивания кристаллизующейся заготовки;

- создания методик и алгоритмов расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО в следующих режимах работы электропривода ТПУ: удержание затравки в подготовительном к разливке режиме работы МНЛЗ; вытягивание затравки с головной частью слитка на начальной стадии разливки металла; вытягивание слитка в рабочем режиме разливки;

- ранжирования предложенных критериев по степени их влияния на число и распределение электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО;

- разработки общей методики и алгоритма рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО;

- сравнительного анализа реального распределения электроприводов тянущих роликов на действующей МНЛЗ с распределением, рассчитанным по предложенной методике, и технико-экономического анализа вариантов реализации технологических требований электроприводом ТПУ.

К защите представляются следующие основные положения:

1. Результаты анализа технологических требований к электроприводу ТПУ в различных режимах работы МНЛЗ.

2. Критерии, которым должно удовлетворять распределение электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО с позиций обеспечения стабильной работы МНЛЗ и отливки заготовок высокого качества.

3. Математические модели распределения моментов нагрузки по тянущим роликам ЗВО с учетом усилий сопротивления вытягиванию затвердевшей заготовки на горизонтальном участке ЗВО и растягивающих продольных усилий в каждом межроликовом пространстве ЗВО, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ на примере технологических условий разливки стали на МНЛЗ ОАО "ММК".

4. Методики и алгоритмы расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по разработанным критериям.

5. Методика и алгоритм рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО, обеспечивающие стабильную работу МНЛЗ и высокое качество непрерывнолитых заготовок в рабочем режиме разливки стали.

6. Результаты сравнительного технического анализа реального и рассчитанного по предложенной методике распределений приводов тянущих роликов вдоль ЗВО и технико-экономического анализа вариантов реализации электропривода ТПУ.

В первой главе диссертации выполнен анализ технологических особенностей машин непрерывного литья заготовок криволинейного типа и их роликовых проводок. Проанализированы технологические требования к электроприводу тянущих роликов и их реализация известными техническими решениями в основных режимах работы МНЛЗ.

Типовые технические решения конструкции роликовой проводки МНЛЗ, условий её эксплуатации и электропривода тянущих роликов рассмотрены на примере МНЛЗ №1,4 ОАО "ММК".

Определены главные технологические требования к электроприводу ТПУ: гарантированное удержание затравки в подготовительном режиме работы машины; надежное вытягивание затравки из кристаллизатора и её перемещение с головной частью слитка на заданной скорости до отводящего рольганга в начальной стадии разливки металла; гарантированное вытягивание заготовки из кристаллизатора и роликовой проводки ЗВО в рабочем режиме разливки стали; сведение к минимуму растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ.

Согласно главным технологическим требованиям, предъявляемым к электроприводу ТПУ, разработаны критерии, которым должно удовлетворять распределение электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО.

Анализ существующих методик расчета энергосиловых параметров вытягивания слитка на МНЛЗ выявил наличие следующих проблем: отсутствует оценка значений усилия давления, вызванного протягиванием электроприводом ТПУ затвердевшей заготовки через роликовую проводку на горизонтальном участке ЗВО, и влияния этого усилия давления на величину момента сопротивления вытягиванию заготовки; отсутствуют исследования реального коэффициента увеличения общего момента сопротивления вытягиванию заготовки из роликовой проводки ЗВО на современных МНЛЗ при технологических снижениях скорости разливки, связанных с заменой промежуточного ковша или погружного стакана; отсутствует методика оценки растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ, в каждом межроликовом пространстве ЗВО независимо от того, являются ли они приводными или нет.

На основании изложенного поставлена задача разработки научно-обоснованной методики рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО с учетом выявленных проблем.

Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке методик и алгоритмов расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО в подготовительном к разливке режиме работы МНЛЗ и в начальной стадии разливки жидкого металла.

В результате расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по разработанным методикам для технологических условий и параметров МНЛЗ ОАО "ММК" установлено: удержание затравки в роликовой проводке ЗВО и жидкого металла в кристаллизаторе происходит естественным образом без участия электропривода ТПУ за счет сил трения от распорного давления камер затравки на неприводные ролики ЗВО; гарантированное вытягивание затравки с головной частью слитка в начальной стадии разливки металла обеспечивается при сокращении числа тянущих роликов с 70 до 21.

Разработан общий алгоритм распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по критериям удержания затравки и жидкой стали в подготовительном режиме работы МНЛЗ и гарантированного вытягивания затравки с головной частью слитка в начальной стадии разливки металла.

В третьей главе разработаны методики и алгоритмы распределения электроприводов тянущих роликов по критериям надежного вытягивания слитка в рабочем режиме разливки и минимизации растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ.

Определена наибольшая величина коэффициента увеличения общего момента сопротивления вытягиванию заготовки из роликовой проводки ЗВО при технологических снижениях скорости разливки.

Разработана методика и в промышленных условиях МНЛЗ ОАО "ММК" определены значения усилий давления от протягивания затвердевшей заготовки через пары роликов горизонтального участка ЗВО. Разработана математическая модель расчета усилий сопротивления вытягиванию слитка с учетом усилия давления.

На основе известной модели разработана математическая модель расчета продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ. Предложенная модель отличается тем, что она позволяет рассчитывать продольные усилия в слитке в каждом шаге роликовой проводки ЗВО и расчет усилий выполняется в направлении от кристаллизатора к рольгангу.

На примере МНЛЗ ОАО "ММК", в соответствии с разработанными методиками, выполнен расчет распределения тянущих роликов по критериям надежного вытягивания слитка в рабочем режиме разливки и минимизации растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ.

В результате расчета установлено: в рабочем режиме разливки стали число электроприводов за счет их целесообразного распределения вдоль ЗВО допустимо существенно сократить с 70 до 24; условие минимизации растягивающих продольных усилий в слитке выполняется при снижении числа электроприводов тянущих роликов с 70 до 19.

Разработан алгоритм расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по критериям надежного вытягивания слитка из кристаллизатора и роликовой проводки ЗВО и сведения до минимума (ограничения на нулевом уровне) растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ, в рабочем режиме разливки стали на МНЛЗ.

В четвертой главе выполнен сравнительный анализ результатов расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО по разработанным методикам. Определен ранг разработанных методик с позиции необходимости установки наибольшего числа тянущих роликов. Разработаны обобщенная методика и алгоритм рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО. Для технологических условий и параметров МНЛЗ №1,4 ОАО "ММК" выполнен расчет рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО в соответствии с обобщенной методикой. Проведен сравнительный технико-экономический анализ исполнения электропривода ТПУ.

Диссертационная работа выполнялась в рамках хоздоговорных НИР между Магнитогорским государственным техническим университетом и ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат". В 2002-2004г.г. выполнение исследований велось при поддержке фанта "По фундаментальным исследованиям в области технических наук", финансируемых Министерством образования Российской Федерации (центр МЭИ) по направлению "Электротехника". В 2004г. исследование велось при поддержке фанта для научно-исследовательской работы аспирантов вузов Федерального агентства по образованию (центр СПб) по направлению "Энергетика и электротехника".

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 18 печатных трудах, в том числе монографии, 15 статьях и материалах конференций, одном свидетельстве и одном патенте РФ на полезную модель.

141 ВЫВОДЫ

1. В результате сравнительного анализа распределений электроприводов тянущих роликов, рассчитанных по разработанным методикам, определен ранг каждой методики с позиций необходимости установки наибольшего числа тянущих роликов. Установлено, что на радиальном участке ЗВО наивысшим рангом обладает методика расчета распределения тянущих роликов по условию надежного вытягивания затравки с головной частью слитка, а на криволинейном и горизонтальном участках ЗВО - методика распределения тянущих роликов по условию вытягивания слитка в рабочем режиме разливки стали. С целью оптимизации последовательности расчета по обобщенной методике и алгоритма распределения тянущих роликов вдоль ЗВО предложено первоначально выполнить расчет распределения электроприводов тянущих роликов на участках ЗВО по указанным методикам, а по остальным методикам выполнить проверку на соответствие их условий с коррекцией позиций электроприводов.

2. Разработаны принципы расчета, обобщенная методика и алгоритм рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО с учетом ранга отдельных методик. В обобщенной методике и алгоритме указана оптимальная последовательность расчета рационального распределения тянущих роликов вдоль ЗВО с учетом необходимости коррекции числа тянущих роликов вдоль ЗВО и их позиций при проверке выполнения условий методик расчета распределения электроприводов с более низким рангом.

3. Для технологических условий и параметров МНЛЗ ОАО "ММК" выполнен расчет рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО. Доказано, что без нарушения технологических требований, предъявляемых к электроприводу ТПУ с позиций обеспечения им стабильной работы МНЛЗ и отливки заготовок высокого качества, число приводов тянущих роликов при их рациональном распределении вдоль ЗВО допустимо сократить более чем в 2 раза с 70 до 28. При этом в самых неблагоприятных условиях разливки стали на МНЛЗ запас усилий стопорения при удержании затравки в ЗВО составляет 117%, запас усилий сцепления при вытягивании затравки с головной частью слитка в зависимости от их положения в роликовой проводке ЗВО составляет 11,7 — 34,9%, а при вытягивании заготовки в рабочем режиме разливки 32%. При этом электроприводом ТПУ в пространстве между 14 и 98 парами роликов выполняется ограничение на нулевом уровне растягивающих продольных усилий в слитке.

4. В результате выполненного технико-экономического анализа вариантов исполнения электропривода ТПУ установлено, что срок окупаемости при замене на новых МНЛЗ существующей схемы электропривода ТПУ с групповой схемой силового питания всех электродвигателей тянущих роликов от одного тиристорного преобразователя на индивидуальную схему силового питания электродвигателей тянущих роликов с рациональным их распределением вдоль ЗВО, рассчитанном по разработанной методике, составляет 2,8 - 3 года, а при использовании индивидуального электропривода с традиционной схемой распределения приводов - 5,8 - 7,8 лет.

5. Результаты диссертационной работы переданы ОАО "ММК" в виде технического задания на изготовление электропривода ТПУ новой МНЛЗ №5, предназначенной для отливки заготовок шириной до 2,5 м, и приняты фирмой "Уралмаш - металлургическое оборудование" к изготовлению и внедрению. На МНЛЗ №5 принята к внедрению индивидуальная схема электропривода переменного тока 56 тянущих роликов.

143

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ промышленных схем электроприводов ТПУ МНЛЗ показал, что общепринятой является групповая схема силового питания большого числа электроприводов тянущих роликов (до 70) от одного или двух источников питания. Ограничивающим фактором применения индивидуального электропривода тянущих роликов является его высокая стоимость из-за большого числа электроприводов. Отсюда необходимость и актуальность обоснования распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО, методика расчета которого отсутствует.

2. Разработаны математические модели расчета: усилий стопорения затравки с учетом силы тяжести жидкого металла в кристаллизаторе; усилий сопротивления вытягиванию слитка из ЗВО с учетом усилий давления на ролики от протягивания затвердевшей заготовки через роликовую проводку горизонтального участка ЗВО; коэффициента увеличения общего усилия сопротивления вытягиванию слитка при разливке стали на низкой скорости; растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ в процессе его вытягивания, отличающейся от известной возможностью определения продольных усилий в слитке в пространствах ЗВО между неприводными парами роликов.

3. На основании анализа основных технологических требований к электроприводу ТПУ с позиций обеспечения стабильности работы МНЛЗ и отливки заготовок высокого качества разработаны критерии, рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО:

1) в режиме удержания затравки электропривод ТПУ должен приложить к ней требуемое по технологии усилие стопорения. При этом на контакте каждого тянущего ролика с затравкой величина индивидуального усилия стопорения не должна превышать величины усилия сцепления ролика с телом затравки;

2) в режиме вытягивания затравки с головной частью слитка электропривод ТПУ в каждом положении слитка в ЗВО должен обеспечить требуемое усилие их вытягивания. При этом на контактах тянущих роликов с затравкой и заготовкой величина усилия вытягивания не должна превышать индивидуальных значений усилий сцепления тянущих роликов с затравкой и слитком;

3) в рабочем режиме разливки стали электропривод ТПУ должен обеспечить требуемую по технологии величину усилия вытягивания с учетом увеличения общего момента сопротивления вытягиванию слитка в кс раз при разливке стали на низкой скорости. При этом на контакте каждого из тянущих роликов со слитком величина усилия вытягивания не должна превышать индивидуального значения усилия сцепления ролика со слитком;

4) при вытягивании заготовки значения растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ, должны быть ограничены на минимально возможном уровне.

4. Разработаны методики и алгоритмы расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль технологического канала ЗВО, обеспечивающие выполнение критериев за счет целесообразного позиционирования приводных роликов в ЗВО.

В результате расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО на МНЛЗ ОАО "ММК" показано, что за счет рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО их число допустимо уменьшить в 2-3 раза.

5. Разработана методика расчета усилий давления затвердевшей заготовки на ролики горизонтального участка и в промышленных условиях МНЛЗ ОАО "ММК" определены значения этих усилий, что позволило снизить погрешность расчета общего усилия сопротивления вытягиванию слитка из ЗВО с 16% до 3,5%.

В результате статистического анализа временных диаграмм изменения общего тока электропривода ТПУ МНЛЗ ОАО "ММК" получено уравнение регрессии и его доверительный интервал изменения коэффициента кс увеличения общего момента сопротивления вытягиванию слитка из ЗВО в функции временного интервала разливки стали на низкой скорости. Определено наибольшее значение коэффициента кс=1,62.

6. Определен ранг разработанных методик с позиций необходимости установки наибольшего числа тянущих роликов. Установлено, что на радиальном участке ЗВО наибольшим рангом обладает методика надежного вытягивания затравки с головной частью слитка, а на криволинейном и горизонтальном участках ЗВО - методика вытягивания слитка в рабочем режиме разливки стали. Предложено выполнять расчет по методикам с наивысшим рангом, а затем по остальным в соответствии с их рангом с целью проверки выполнения условий распределения электроприводов и коррекции их позиций в роликовой проводке ЗВО.

7. Разработаны принципы расчета, обобщенная методика и алгоритм рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО с учетом ранга отдельных методик. В обобщенной методике и алгоритме указана оптимальная последовательность расчета рационального распределения тянущих роликов вдоль ЗВО с учетом необходимости коррекции числа тянущих роликов в ЗВО и их позиций при проверке выполнения условий методик расчета распределения электроприводов с более низким рангом.

8. Для технологических условий и параметров МНЛЗ ОАО "ММК" выполнен расчет рационального распределения электроприводов тянущих роликов вдоль ЗВО. Доказано, что без нарушения технологических требований, предъявляемых к электроприводу ТПУ с позиций обеспечения им стабильной работы МНЛЗ и отливки заготовок высокого качества, число приводов тянущих роликов при их рациональном распределении вдоль ЗВО допустимо сократить более чем в 2 раза с 70 до 28.

9. Технико-экономический анализ вариантов исполнения электропривода ТПУ показал, что за счет значительного сокращения количества электроприводов тянущих роликов срок окупаемости замены на новых МНЛЗ групповой схемы силового питания электродвигателей на индивидуальную существенно уменьшается с 5,8-7,8 лет при традиционном распределении тянущих роликов вдоль ЗВО до 2,8-3 лет при их рациональном распределении, рассчитанном по разработанной методике.

10. Результаты диссертационной работы переданы ОАО "ММК" в виде технического задания на изготовление электропривода ТПУ новой МНЛЗ №5, предназначенной для отливки заготовок шириной до 2,5 м, и приняты фирмой "Уралмаш - металлургическое оборудование" к изготовлению и внедрению. На МНЛЗ №5. принята к внедрению индивидуальная схема электропривода переменного тока.

147

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

2. Мировые тенденции развития сталеплавильного производства в 21 в. // Тр. Междунар. конф. "Черная металлургия России и стран СНГ в 21 в." -Москва, 1994. М.: Металлургия. - 1994. Т. 2. - С. 160.

3. Нисковских В.М., Карлинский С.Е., Беренов А.Д. Машины непрерывного литья слябовых заготовок. М.: Металлургия, 1991. - 272 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. Евтеев Д.П., Колыбалов И.Н. Непрерывное литье стали. М.: Металлургия, 1984. - 200 с.

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

8. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. Общая металлургия. М.: Металлургия, 1998. - 620 с.

9. Новая концепция горизонтального непрерывного литья / Р. Винтер-хагер, П. Штадлер, Дж. фон Шнакенбург, Д. Цебровски // Тр. Междунар. конф. "Черная металлургия России и стран СНГ в 21 в." Москва, 1994. - М.: Металлургия. - 1994. Т. 3. - С. 134 - 139.

10. Конструктивные особенности криволинейных УНРС Магнитогорского металлургического комбината / А.А. Кривошейко, В.Д. Киселев, В.П. Гампер и др. // Тр. первого конгр. сталеплавильщиков. Москва, 1992. - М.: АО "Черметинформация". - 1993. - С. 265 - 267.

11. Система прогнозирования и управления качеством непрерывнолитой заготовки / В.И. Лебедев, B.C. Карцев, А.В. Кулик, А.Г. Капитульский // Тр. первого конгр. сталеплавильщиков. Москва, 1992. - М.: АО "Черметинформация". - 1993. - С. 287 - 289.

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

13. Логвин В.В. Электропривод кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок // Литейное производство. 1998. - № 5. — С. 28.

14. Нисковских В.М., Карлинский С.Е. Воздействие различных параметров на качество непрерывнолитого слитка // Сталь. 1983. - № 12. - С. 33 - 36.

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

16. Лукьянов С.И., Швидченко Д.В., Белый А.В. Стабилизация технологических параметров вытягивания непрерывнолитого слитка электроприводом тянущих роликов: Монография. Магнитогорск: МГТУ, 2004. - 179 с.

17. Суспицын Е.С. Диагностирование механической ^асти электропривода тянуще-правильного устройства машины непрерывного литья: Дис. . канд. техн. наук. М., 2003. - 143 с.

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

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

20. Роликовая проводка машин непрерывного литья заготовок криволинейного типа, конструирование и расчет: Учеб. пособие / Пиксаев В.А., Вдо-вин К.Н., Зубачев В.А. и др. Магнитогорск: МГМА, 1998. - 61 с.

21. Шалимов А.Г. Технология скоростной непрерывной разливки с использованием данных анализа и предотвращение внутренних трещин в слябах: Пер. с англ. // Новости черной металлургии за рубежом. 2000. - № 2(22). - С. 68 - 72.

22. Селиванов И.А., Лукьянов Д.С. Общий алгоритм распределения тянущих роликов вдоль технологической линии ЗВО // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2004. - Вып. 8. - С. 4-9.

23. Bijwaard G.B. // Iron and Stel Engineer. 1979. - № 1. - P. 35 - 45.

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

25. Lemnitz H. // Siemens Zeitschrift. - 1973. - Bd. 47, Beiheft. - S. 47 - 53.

26. Schmitz H., Gfoller W. // BBC Nachrichten. - 1971. - № 5 - 6. - S. 178- 186.

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

28. Ichikawa H., Kobayashi Т., Imasaki I. Continuous casting steel. Proceeding of International Conference, London - Biarritz. - 1976, London. -1977.-P. 304-308.

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

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

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

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

33. 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.

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

35. Лукьянов Д.С. Разработка критериев расчета распределения электроприводов тянущих роликов вдоль технологического канала МНЛЗ // Оптимизация режимов работы электротехнических систем: Межвуз. сб. науч. тр. Красноярск: ЮТУ, 2004. - С. 87-91.

36. Лукьянов С.И., Лукьянов Д.С. Распределение электроприводов тянущих роликов вдоль зоны вторичного охлаждения // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2001. - Вып. 6. -С. 92-96.

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

38. Лукьянов Д.С. К вопросу о распределении тянущих роликов вдоль зоны вторичного охлаждения // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2002. - Вып. 7. - С. 35-39.

39. Селиванов И.А., Лукьянов Д.С. Оптимальное распределение электроприводов тянущих роликов вдоль зоны вторичного охлаждения МНЛЗ // Материалы 62-й науч.-техн. конф. по итогам науч.-исслед. работы за 20022003 гг. Магнитогорск: 2003. - С.66-69.

40. Куприн М.И., Куприна М.С. Основы теории прокатки. М.: Металлургия, 1978.- 184 с.

41. И.И. Артоболевский Теория механизмов и машин. М: Наука, 1988. - 640с.

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

43. 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.

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

45. Целиков А.А., Сурин Е.В., Кривошейнин Ю.Ф. Исследование энергосиловых параметров установки непрерывной разливки стали // Сталь. — 1969.-№8.-С. 21-24.

46. 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.

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

48. Швидченко Д.В. Ограничение динамических нагрузок в слитке электроприводом тянущих роликов машины непрерывного литья: Дис. . канд. техн. наук. М., 2002. - 145 с.

49. Этьен А., Франссен Р., Пирле Р. Влияние вторичного охлаждения при непрерывном литье на выпучивание граней и макроструктуру слябов // Черные металлы. 1987.-№20.-С. 18-25.

50. Нисковских В.М., Денисов Ю.В., Карлинский С.Е. Влияние термоупругих колебаний роликов зоны вторичного охлаждения МНЛЗ на качество слитков // Сталь. 1981. - № 3. - С. 22 - 24.

51. Исследование эксплуатационных параметров роликовой проводки МНЛЗ на комбинате им. Ильича / А.В. Матюхин, А.В. Побегайло, Н.В. Са-банский и др. // Сталь. 1997. - № 2. - С. 19 - 21.

52. Исследование моментов нагрузки электропривода тянуще-правильного устройства МНЛЗ / И.А. Селиванов, Д.С. Лукьянов, Е.В. Астафьев, А.А. Юдина // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2005. - Вып 10. - С. 3 - 7.

53. Лукьянов С.И., Лукьянов Д.С. Математическая модель распределения электроприводов тянущих роликов вдоль зоны вторичного охлаждения МНЛЗ // Автоматизированный электропривод 2001: Тр. III Междунар. (XIV

54. Всерос.) конф. по автоматизированному электроприводу Нижний Новгород, 2001.-С. 71-72.

55. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. для вузов. 2-е изд. пере-раб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1998. - 704 с.

56. Селиванов И.А., Лукьянов Д.С. Исследование моментов нагрузки электроприводов тянущих роликов горизонтального участка машин непрерывного литья заготовок // Электромеханика. — 2004. № 2 . - С. 53 - 57.

57. Лукьянов Д.С, Селиванов И.А. Исследование усилия давления на ролики зоны вторичного охлаждения машины непрерывного литья. М., 2003.-20 с. - Деп. в ВИНИТИ 10.12.03, № 2154 - ВОЗ.

58. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. Учеб. пособие для втузов. 2-е изд. стер. - М.: Высш. шк., 2000. -480 с.

59. Ильинский Н.Ф. Элементы теории эксперимента. Учебн. пособие. -2-е изд., перераб. и доп. М.: МЭИ, 1983. - 92 с.

60. Лукьянов С.И., Панов А.Н., Васильев А.Е. Основы инженерного эксперимента. Учебн. пособие. Магнитогорск.: МГТУ, 2003. - 87 с.

61. Лукьянов Д.С. Распределение приводных роликов на МНЛЗ по критерию надежности контакта между роликом и слитком // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2004. -Вып. 9.-С. 38-44.

62. Патент РФ на полезную модель № 33341 В 22 D 11/16. Тянуще-правильное устройство машин непрерывного литья заготовок / Р.С. Тахаут-динов, И.А. Селиванов, Д.С. Лукьянов и др. Заявл. 07.07.2003, № 2003120637/20. Опубл. в Б.И. и П.М. № 29, 2003.

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