автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка электропривода зоны вторичного охлаждения машины непрерывного литья заготовок

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЗОНЫ

ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ МНЛЗ.

1.1. МНЛЗ: характеристики, состав, технология разливки стали.

1.2. Характеристика роликовой проводки зоны вторичного охлаждения МНЛЗ ОАО «ММК».

1.3. Системы электропривода зоны вторичного охлаждения криволинейных МНЛЗ.

1.4. Характеристика электропривода зоны вторичного охлаждения

МНЛЗ ОАО «ММК».

1.5. Анализ распределения токов нагрузки электродвигателей приводных роликов зоны вторичного охлаждения МНЛЗ ОАО «ММК».

1.6. Исследование распределения внутренних дефектов в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ.

1.7. Методика сравнительного анализа распределения токов нагрузки электродвигателей и дефектов макроструктуры.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2. МОДЕЛЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТОВ

НАГРУЗКИ ПО ПРИВОДНЫМ РОЛИКАМ

ЗОНЫ ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ.

2.1. Методика расчета моментов на приводных роликах МНЛЗ.

2.2. Расчет моментов на приводных роликах зоны вторичного охлаждения для МНЛЗ ОАО «ММК».

2.3. Исследование влияния различных факторов на распределение моментов на приводных роликах вдоль зоны вторичного охлаждения МНЛЗ.

2.4. Адекватность модели распределения моментов нагрузки по приводным роликам зоны вторичного охлаждения объекту МНЛЗ ОАО «ММК».

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЙ В СЛИТКЕ ВДОЛЬ ЗОНЫ ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ МНЛЗ ОАО «ММК».

3.1. Сравнительный анализ распределения реальных моментов с рассчитанными на модели распределения моментов нагрузки по приводным роликам зоны вторичного охлаждения МНЛЗ.

3.2. Модель напряженного состояния слитка.

3.3. Исследование изменения распределения усилий, возникающих в слитке, вдоль зоны вторичного охлаждения в зависимости от скорости вытягивания, ширины слитка, времени и после капитального ремонта на примере

МНЛЗ №3 ручьи 3, 4 ОАО «ММК».

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ЗОНЫ ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ МНЛЗ.

4.1. Обоснование выбора силовой части электропривода зоны вторичного охлаждения МНЛЗ.

4.2. Разработка функциональной схемы автоматизированного электропривода зоны вторичного охлаждения.

4.3. Алгоритм работы системы управления автоматизированного электропривода зоны вторичного охлаждения МНЛЗ ОАО «ММК».

4.4. Распределение усилий вдоль зоны вторичного охлаждения при использовании системы управления автоматизированного электропривода зоны вторичного охлаждения МНЛЗ.

ВЫВОДЫ.

В последние десятилетия в связи с кардинальным пересмотром технологии выплавки и разливки стали интенсивно развиваются и внедряются процессы N непрерывной отливки стальных заготовок на предприятиях черной металлургии. Благодаря непрерывному литью стали появилась возможность организовать непрерывный, высокопроизводительный процесс производства литых заготовок по профилю и размерам пригодных для непосредственного использования их на сортовых и листовых прокатных станах. При этом экономится большое количество энергии, улучшается качество заготовок и, что особенно г важно, значительно повышается выход годного металла из жидкой стали [1-4].

С каждым годом в черной металлургии растет количество машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), технология непрерывного литья и конструкция машин совершенствуются в направлении повышения качества отливаемых слитков и производительности каждой машины.

В 1999 году мировое производство стали составило 770,66 млн. т, из них в России получено 49,8 млн. т. Методом непрерывного литья на машинах непрерывного литья заготовок кислородно-конвертерного цеха (ККЦ) Магнитогорского металлургического комбината (ОАО «ММК») было разлито 6,63 млн. т стали, что составляет 13,3% от производства стали в Росси и 0,86% от мирового производства стали, из чего следует, что ОАО «ММК» является крупнейшим предприятием черной металлургии и МНЛЗ ОАО «ММК» имеют большое народно-хозяйственное значение.

В Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова (МГТУ) совместно с ОАО «ММК» ведется работа по модернизации электропривода зоны вторичного охлаждения (ЗВО) МНЛЗ.

Электропривод ЗВО является ответственным звеном МНЛЗ, от которого зависит и качество поверхности, и структура получаемого слитка. Одним из требований, предъявляемых к электроприводу ЗВО МНЛЗ, является ограниче6 ние усилий, возникающих в слитке во время вытягивания, и целесообразное распределение нагрузок электропривода. В настоящее время существует серьезный пробел в освещении данного вопроса.

В связи с изложенным, целью настоящей работы является исследование распределения нагрузок электродвигателей приводных роликов ЗВО МНЛЗ ОАО «ММК», формирующих требования к электроприводу ЗВО МНЛЗ с позиций снижения усилий, возникающих в слитке во время вытягивания.

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

- разработки методики определения реального распределения нагрузок по приводным роликам ЗВО;

- создания модели распределения моментов нагрузки по приводным роликам ЗВО для условий литья заготовки на МНЛЗ ОАО «ММК»;

- разработки модели напряженного состояния слитка;

- обоснования требований к электроприводу ЗВО МНЛЗ;

- разработки системы электропривода ЗВО МНЛЗ, обеспечивающей уменьшение величины усилий, возникающих в слитке во время вытягивания.

Результаты диссертационной работы приняты при реконструкции машин непрерывного литья заготовок ОАО «ММК».

выводы

1. Обоснован выбор силовой части электропривода ЗВО МНЛЗ, исходя из требования к электроприводу тянущих роликов ЗВО, разделения силового питания электродвигателей с целью снижения максимальных значений натяжения и подпора в слитке. Предложено осуществлять силовое питание электродвигателей радиального, криволинейного и горизонтального участков от отдельных тиристорных преобразователей.

2. С учетом выбранной силовой части электропривода ЗВО МНЛЗ разработана функциональная схема системы управления автоматизированного электропривода ЗВО МНЛЗ, позволяющая поддерживать на заданном уровне токи нагрузки групп электродвигателей соответственно радиального и криволинейного участков с учетом реально изменяющихся в процессе эксплуатации МНЛЗ значений токов холостого хода в соответствии со значениями, рассчитанными для технологических параметров отливаемой заготовки.

3. Разработан алгоритм управления электроприводом тянущих роликов ЗВО для технологических условий литья заготовки МНЛЗ ОАО «ММК», обеспечивающий расчет и поддержание на расчетном уровне соотношения между суммарными моментами нагрузки на приводных роликах радиального, криволинейного и горизонтального участков с целью снижения максимальных значений натяжения и подпора в слитке посредством регулирования токов нагрузки групп электродвигателей тянущих роликов радиального и криволинейного участков с учетом изменения технологических параметров отливаемого слитка и изменения токов холостого хода электродвигателей тянущих роликов в процессе эксплуатации МНЛЗ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Дан анализ систем электропривода тянущих роликов ЗВО МНЛЗ. Общепринятое является использование электропривода с общим питанием всех электродвигателей от одного, либо двух тиристорных преобразователей не позволяет регулировать распределение нагрузок по электродвигателям тянущих роликов.

2. Анализ распределения токов нагрузки электродвигателей приводных роликов ЗВО МНЛЗ ОАО «ММК» показал, что распределение токов нагрузки между электродвигателями приводных роликов, секциями, участками носит случайный неравномерный характер. При этом на различных МНЛЗ неравномерность в распределении токов нагрузки различна и с ростом скорости неравномерность распределения токов нагрузки возрастает.

3. Предложена методика оценки неравномерности распределения токов нагрузки электродвигателей и дефектов макроструктуры непрерывнолитого слитка. Показано, что чем выше показатели неравномерности в распределении токов нагрузки электродвигателей на радиальном, криволинейном и горизонтальном участках, тем больше процент снижения сортности металла по различным видам дефектов (перпендикулярным, гнездообразным, осевым трещинам, осевой рыхлости).

4. На основании взятых из литературных источников общих математических соотношений для технологических условий и параметров МНЛЗ ОАО «ММК» составлена модель распределения моментов нагрузки по приводным роликам ЗВО.

5. Анализ реального распределения моментов нагрузки на приводных роликах по участкам ЗВО МНЛЗ с распределением моментов, рассчитанных на модели распределения моментов нагрузки по приводным роликам ЗВО, показал, что при равенстве суммарных моментов вытягивания слитка, в условиях литья заготовки на МНЛЗ ОАО «ММК» распределение реальных моментов нагрузки приводных роликов по участкам ЗВО значительно отличается от рассчитанных. В реальных условиях вытягивания слитка на МНЛЗ ОАО «ММК» значительно больше необходимого загружен горизонтальный участок и менее расчетных значений загружены радиальный и криволинейный участки.

6. На основании равенства реальных и расчетных значений суммарного момента вытягивания слитка, развиваемого всеми приводными роликами ЗВО, предложена модель напряженного состояния слитка, учитывающая образование дополнительных усилий (подпора, натяжения) в слитке при несоответствии реального и расчетного распределений моментов по приводным роликам ЗВО.

7. Определены требования к электроприводу ЗВО: 1) система электропривода тянущих роликов ЗВО должна иметь возможность индивидуального или раздельного по секциям регулирования токов нагрузки электродвигателей, что определяет требование разделения силового питания групп электродвигателей от отдельных источников; 2) система управления электроприводом тянущих роликов ЗВО должна учитывать изменения в процессе эксплуатации МНЛЗ величин токов холостого хода, что определяет требование регулирования токов электродвигателей с учетом токов холостого хода.

8. Обоснован выбор силовой части электропривода ЗВО МНЛЗ, исходя из требования к электроприводу тянущих роликов ЗВО, разделения силового питания электродвигателей с целью снижения максимальных значений натяжения и подпора в слитке. Предложено осуществлять силовое питание электродвигателей радиального, криволинейного и горизонтального участков от отдельных тиристорных преобразователей.

9. С учетом выбранной силовой части электропривода ЗВО МНЛЗ разработана функциональная схема системы управления автоматизированного электропривода ЗВО МНЛЗ, позволяющая поддерживать на заданном уровне токи нагрузки групп электродвигателей соответственно радиального и криволинейного участков с учетом реально изменяющихся в процессе эксплуатации

139

МНЛЗ значений токов холостого хода в соответствии со значениями, рас считанными для технологических параметров отливаемой заготовки.

1. Кан Ю.Е. Непрерывная разливка стали. Международная конференция «Черная металлургия России и СНГ в XX1.веке»//Сталь. 1994. № 12. С. 30-32.

2. Парпшн В.М. Основные направления развития непрерывной разливки стали/Сталь. 1989. № 2. С. 15-21.

3. Парпшн В.М. О роли непрерывной разливки стали в модернизации отечественной черной металлургии//Сталь. 1997. № 1. С. 13-14.

4. Достижения в области непрерывной разливки стали: Труды 4-ого международного конгресса/Перев. с англ. М.: Металлургия, 1987. - 224 с.

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

6. Бровман М.Я., Сурин Е.В., Грузин В.Г. Энергосиловые параметры установок непрерывной разливки стали. М.: Металлургия, 1969. - 282 с.

7. Марголин Ш.М., Карлик В.А. Электооборудование и автоматизация установок непрерывной разливки стали. М: Металлургия, 1969. 269 с.

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

9. Артюшенко Г.А., Калабин В.И. Корпляков A.M. Автоматизированный электропривод в промышленности. -М.: Энергия, 1974.

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

11. Bijwaard G.B. Iron and Steel Engeneer, 1979, № 1, p. 35-45.

12. Buxton S.-Electronics and Power, 1975, v. 21,№20,p. 1131-1134.

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

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

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

16. Ichikawa H., Kobayashi Т., Imasaki I. Continuous casting of steel. Proceedings of International Conference, London - Biarritz, 1976, London, 1977, p. 304-308.

17. Fukui Y., Shimada M., Moriwaki К. Kawasaki Steel Giho, 1982, № 2, p. 199208.

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

19. Филатов C.A., Целиков A.A., Храпченков O.K., Иванов A.A Исследование усилия вытягивания сляба на МНЛЗ//Сталь. 1985. - № 10. - С. 22-25.

20. Селиванов И.А., Лукьянов С.И., Сидельникова Е.И., Погорелов И.Л., Киселев В.Д. Исследование распределения усилий вытягивания слитка в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ № 1 4 ОАО ММК - ВИНИТИ 3.04.98, № 993 -В98.

21. Дефекты стали: Справочник/Под ред. Новокщеновой С.М. и Виноград М.Н. М.: Металлургия, 1984. 199 с.

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

23. Сладкопггеев В.Т., Ахтырский В.И., Потанин Р.В. Качество стали при непрерывной разливке. М.: Металлургия, 1963. 174 с.

24. Дж. Б. Лин. Исследование непрерывной разливки стали. Пер. с англ. Брюссель, 1977. М.: Металлургия, 1982. 200 с.

25. Фребер Ю. Свойства оболочки формирующейся непрерывнолитой заготовки/Мерные металлы. 1978. № 21. С. 28-34.

26. Саррак В.И. Поверхностные трещины непрерывнолитого слитка и пути предотвращения их образования: Обзорная информация/Ин-т Черметинформа-ция. Сер. 6. 1984. Вып. 1. 24 с.

27. Уманец В.И. и др. Влияние структурных превращений на образование поверхностных трещин в непрерывнолитых слябах//Сталь. 1982. № 5. С. 21-22.

28. Флендлер Р., Вюнненберг К. Образование внутренних трещин в непрерыв-нолитых заготовках//Черные металлы. 1982. № 3. С. 24-32.

29. Непрерывное литье стали: Материалы Международной конференции. Лондон, 1977. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1982,480 с.

30. Пюрингер О.М. Формирование непрерывнолитой заготовки на МШШЧерные металлы. 1976. № 6-7. С. 3-8.

31. Нисковских В.М., Карлинский С.Е. Воздействие различных параметров на качество непрерывнолитого слитка//Сталь. 1983. № 12. С. 33-35.

32. Химич Г.Л., Нисковских В.М., Гельфенбейн Е.Ю. и др. К определению основных параметров МНЛЗ криволинейного типа//Проблемы стального слитка: Науч. тр./ИПЛ АН УССР. М.: Металлургия, 1976. № 6. С. 415-419.

33. Нисковских В.М., Карлинский С.Е. Влияние конструктивных и технологических параметров МНЛЗ на качество слябов//Создание и исследование сталеплавильных агрегатов и МНЛЗ высокой производительности. -М. :ВНИИМЕТМАШ, 1981,125 с.

34. Пальмерс А., Этьен А., Миньон Ж. Расчет механических и термических напряжений в непрерывнолитой заготовке//Черные металлы. 1979. № 19. С. 311.

35. Яух Р. Качество непрерывнолитых заготовок//Черные металлы. 1978. № 6. С. 20-30.

36. Швертфегер К. Металлургические проблемы при непрерывном литье ста-ли//Черные металлы. 1980. № 3. С. 22-24.

37. Рутес B.C., Аскольдов В.И., Евтеев Д.П. и др. Теория непрерывной разливки. -М.Металлургия, 1971. 296 с.

38. Лапотышкин Н.М., Лейтес A.B. Трещины в стальных слитках. М.: Металлургия, 1969. 112 с.

39. Бекерс Т., Штюц К.Х. Повышение качества непрерывнолитых загото-вок//Черные металлы. 1984. № 22. С. 31-38.

40. Бойченко М.С., Рутес B.C., Фульмахт В.В. Непрерывная разливка стали. -М.: Металлургиздат, 1961. 302 с.

41. Малиночка Я.Н., Моисеева JI.A., Есаулова Т.В. Некоторые дефекты непре-рывнолитых слябов и улучшение качества металла//Сталь. 1987. № 10. С. 2730.

42. Паршин В.М., Казачков В.А., Карпенко А.И. и др. Особенности литой структуры непрерывнолитых слитков крупного поперечного сече-ния//Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1987. № 11. С.43-47.

43. Панченко И.Н., Сладкоштеев В.Т., Паршин В.М. и др. Качество слябов, получаемых на МНЛЗ//Создание и исследование машин непрерывного литья заготовок высокой производительности: Сб. науч. трудов ВНИИМЕТМАШ. -М.: ВНИИМЕТМАШ, 1981. С. 40-43.

44. Вдовин К.Н., Селиванов И.А., Лукьянов С.И., Суспицын В.Г., Сидельникова Е.И., Погорелов И.Л. Исследование распределения внутренних дефектов в зоне вторичного охлаждения для условий МНЛЗ ККЦ ОАО ММК ВИНИТИ 5.05.98 № 1365-В98.

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

46. Пиксаев В.А., Вдовин К.Н., Зубачев В.А., Пылаев А.И., Хребто В.Е. Роликовая проводка машин непрерывного литья заготовок криволинейного типа, конструирование и расчет: Учеб. Пособие. Магнитогорск: МГМА, 1998 61 с.

47. Машины и агрегаты металлургических заводов/Целиков A.A., Полухин П.И., Гребеник В.М. и др. Т. 2. Машины и агрегаты сталеплавильных цехов. -М.: Металлургия, 1988. 328 с.

48. Вдовин К.Н., Лукьянов С.И., Погорелов И.Л., Селиванов И.А. Исследование влияния различных факторов на распределение усилий вытягивания слитка в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ для условий ККЦ ОАО ММК ВИНИТИ 3.04.98 № 994-В98.

49. Устройство управления электрическими приводами роликов установки непрерывной разливки: ЕР №> 0463203, AI В 22 D 11/16, 1992.

50. АКТ ВНЕДРЕНИЯ результатов диссертационной работы Погорелова И.Л. представленной на соискание ученой степени кандидататехнических наук

51. Технико-экономический эффект работы заключается; в улучшении качества макроструктуры слитка за счет снижения амплитуды натяжения в слитке;уменьшение брака за счет снижения вероятности прорывов слитка.