автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка энергосберегающих технологических процессов производства холоднокатаных труб на основе математического моделирования

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

На правах рукописи

УДК. 621.774.35.016.001.573

ТИТЦЕ Луц

РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНЫХ ТРУБ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность: 05.16.05 — «Обработка металлов давлением»

Автореферат диссертации, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1990

Работа выполнена на кафедре обработки металлов давлением Московского ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени института стали и сплавов.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент ШЕЙХ-АЛИ А. Д.

Научный консультант: кандидат технических наук БАРАНОВ А. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ПОПОВ М. В., кандидат технических наук СУХАРЕВ А. И.

Ведущее предприятие: Нижнеднепровский трубопрокатный завод им. К. Либкнехта

Защита состоится « » марта 1990 г. в 9 час. 30 мин. на заседании специализированного совета К 053.08.02 в Московском институте стали и сплавов но адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, дом 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского института стали и сплавов.

Автореферат разослан « 41 » февраля 1990 г.

Справки по телефону: 237-84-45

Ученый секретарь специализированного совета

ЧИЧЕНЕВ Н. А.

| ВВЕДЕНИЕ

Ускорение научно-технического прогресса в значительной мере определяется энерговооруженность различных отраслей промышленности. Принимая во внимание ограниченность природных ресурсов, а также экологические проблемы,основные усилия необходимо направить на разработку новых энергосберегающих технологических.процессов.'

Актуальность проблемы. Прокатное производство представляет собой достаточно крупный потребитель электроэнергии. Интенсивное же развитие машиностроительного комплекса требует значительного увеличения выпуска и улучшения качества холоднокатанных труб из различных материалов, что связано с дополнительными расходами электроэнергии. Поэтому разработка энергосберегающих технологических процессов производства холоднокатаных труб является актуальной задачей.

Диссертационная работа внполнена в рамках Межвузовской научно-технической программы "Металл", утвержденной приказом Гос-образоБания СССР от 18.08.86 № 599 и является составной частью комплекса исследований, проводимых на кафедре ОВД Московского института стали и сплавов и направленных на разработку технологии и конструкции станов ХПТС.

Цель работы. Целью работы является разработка энергосберега-пцих процессов производства холоднокатаных труб на основе математического моделирования,.позволяющих снизить эяергоемкость продукции, уровень динамических нагрузок и увеличить долговечность оборудования.

В работе поставлены следующие задачи: • ■

- разработать методику исследования энергетических затрат станов холодной периодической прокатки труб, классифицировать

статьи расхода энергии и выбрать параметры для оценки энергозатрат;

! - оценять статьи расхода энергии процесса прокатки труб на станах различной конструкции;

- разработать математическую модель процесса прокатки труб на станах ХПГС;

- исследовать закономерности формоизменения металла в мгновенном очаге деформации, оценить энергозатраты, обусловленные пластической деформацией и трением на контактной поверхности с рабочим инструментом;

- разработать инкенернуэ методику для оптимизации технологического процесса прокатки труб на станах ХИТ и ХЛТО с целью снижения энергоемкости продукции;

- определить пути снижения энергозатрат при холодной периодической прокатке труб, разработать энергосберегащие техно логические процессы.

Научная новизна. Разработана методика для исследования энергозатрат процесса холодной периодической прокатки, предяоке-ны параметры главного привода: потребляемая мощность, энергия, удельная энергия, коэффициенты амплитуды и эффективности для оценки статей расхода энергии и прогнозирования состояния технологического процесса. С использованием методов планирования эксперимента проведены комплексные исследования энергозатрат процесса прокатки труб на стане 2ХПТС 8-40, получены зависимости характеристик главного привода от технологических параметров,показано, что с ростом подачи и общей вытяжки наблюдается снижение удельного расхода энергии. По результатам промышленных экспериментов показана эффективность конструкций станов КР^ 25 УНЯ и 2ХЛТС &-25, при этом установлено, что увеличение быстроходности

на станах типа ХПТС достигается при меньшей скорости нарастания мощности. Разработан пакет программ на алгоритмическом языке ' PL-I(0) для ЕС-1061 математической модели процесса прокатки труб на стане ХПТС, включающий блок по формированию геометрии рабочего чонуса, триангуляцию трехмерного объема мгновенного очага деформации, построение кинематически возможного поля скоростей точек деформируемой среды, определение тензоров скоростей деформаций и напряжений для упрочняющейся среда, а также энергетических, характеристик процесса. Проведены теоретические и экспериментальные исследования характеристик мгновенного "очага деформации, получены теоретические зависимости энергетических характеристик процесса дефоржрования труб на станах ХртС от технологических параметров, показан экстремальный характер зависимости мощности трения от настроечных параметров.

Практическая ценность. Разработан пакет програ'.ы для автоматизированной обработки результатов экспериментов. Получены регрессионные уравнения величин площади контактной поверхности от технологических и настроечных параметров процесса прокатки труб на станах ХПТС. Разработана инженерная методика и пакет программ для проектирования энергосберегающих технологических процессов. Разработана методика и проведена оценка запаса мощности главного привода станов ХПТ-ЭОТ, Х1ГГ-55, ХПГ-32, КРУ25Ш., 2ХПГС 8-25 и 2ХПТС 8-40. Выданы рекомендации по совершенствованию оборудования ' и определена оптимальные режимы прокатки труб на станах ХПГ и 1ПТС, позволяющие сэкономить электроэнергию до 0,5 кВтч на каждом метре трубы.

Публикация и апробация работы. Материалы диссертации опубликованы в 4 работах, в том числе в I статье и доложены на 1У Все-

союзной научно-технической конференции, г.Днепропетровск, 1988г., н^ 10-ом ¡¿ездународцом совещании "Производство стальных труб", ГДР, г.Риза, 1989 г., на 43 научной конференции студентов и молодых ученых института, ШСиС, 1989 г., на научном семинаре кафедры ОЦД Московского института стали и сплавов, 1989 г.

Шъеы работы. Диссертация изложена на 162 листах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав и основных выводов, содержит 62 рисунка, 16 таблиц, библиографический список из 70 наименований.

! ' '

Исследование энергетических затрат процесса производства труб на станах холодной периодической прокатки

Основным энергоносителем, обеспечитещим протекание процесса холодной периодической прокатки труб, является электроэнергия, причем 'большая часть ее расходуется на осуществление технологический операций. Б работе исследованы энергозатраты процесса прокат-~ки, обусловленные .движением исполнительных механизмов привода стана и деформированием трубной заготовки, включающие затраты на пластическую деформацию и трение между прокатываемым металлом и рабочим инструментом.

Методика исследований основана на анализе характеристик по- . требляеыой мощности электродвигателем главного привода. Для этого _ регистрируются значения потребляемой главным приводом из электрической сети мощности при-различных режимах работы стана, по которым определяются средние (активные) значения мощности, расход . энергии за один цикл прокатки и расход энергии на одна метр готовой трубы, при этом несоответствие величин, определенных в режиме прокатки и холостого хода, характеризует расход энергии на деформирование трубной заготовки. Колебания в потреблении электроэнер-

гии в течение цикла прокатки характеризуются коэффициентом амплитуды, представляющим состой отношение максимального значения мгновенной мощности к ее средней величине. Эффективность конструкций исполнительных механизмов.можно оценить по соотношению потребля- . емой мощности на деформирование трубной заготовки с общими затратами.

Экспериментальные измерения электрических величин главного привода осуществляются типовой аппаратурой, а для статистической обработки результатов разработан автоматизированный комплекс,основанный на ЭВМ.

Исследования влияния динамики на расход энергии проведены в производственных условиях на станах ХПТ-32-3-5, ХПГ-55-3-5, ХПТ-90-4-5Т, КР1/25УМЯ и 2ХДТС 8-25, комплексные же исследования энергозатрат процесса прокатки выполнены на опытно-промышленном стане 2ХПТС 8-40 с использованием равномерного симметричного плана главных эффектов 41х35х2^//32. Прп этом изучено изменение поверхности отклика (параметров оценки расхода энергии) в области факторного пространства эксперимента. Факторы и пределы их варьирования -выбраны на основе конструктивных возможностей стана л из „ словия осуществимости процесса прокатки. В эксперименте варьировали 13 независимых факторов: быстроходность, подачу, предварительное напряжение рабочей клети, размеры заготовки и трубы, материал, параметры калибровки рабочего инструмента и настройки стана. По результатам эксперимента на основе ортогональной матрицы планирования оценены коэффициенты и построены адекватные модулирующие уравнения вида: •

У - 80 + £ В,- Хг + £ Вд X,2 + 8,« К , где У - исследуемый параметр оценки расхода энергии;

. В - коэффициенты модели;

- уроши исследуемых факторов.

Исследование энергозатрат, связанных с приведением в двиае-

ние механизмов станов холодной периодической прокатки труб, выполнено по результатам экспериментов .для режима холостого хода. Установлено, что изменение мгновенного значения модности, потребляемой главным приводом, и момента сопротивления механизмов, обеспечивающих возвратно-поступательное движение, имеют аналогичные зависимости в течение одного цикла работы стана. Следовательно, неравномерность динамических нагрузок в системе привода мож-fto оценить при помощи функции мгновенного значения мощности от времени, при 8той количественным выражением переменного характера зависимости является коэффициент амплитуда, который в основном зависит от режима работы и типа стала. Таи, для станов типа ШГ, KPW и ХПТС получены следующие .диапазоны изменения коэффициента амплитуда: 1,73...4,33; 1,30...1,52 и 1,17...2,24, причем нижние пределы соответствуют большей быстроходности.

Для прогнозирования расхода энергии при большом быстродействии станоЬ результаты эксперимента апроксимированы квадратичными функциями; при этом выявлено, что скорость нарастания мощности при больыой быстроходности (200 дв.ход/мин и более) у станов типа УЛГС значительно меньше по сравнению со станами с подвижной клетью. Так, отмечено резкое повышение расхода энергии, связанное с приведением в движение механизмов стана KPW25VMR , при быстроходности более 170 дв.ход/мин.

На основе анализа моделирующих уравнений параметров оценки энергозатрат исследовано влияние отдельных технологических параметров на расход энергии при прокатке труб на стане 2ХПГС 8-40. Общий расход энергии эа один цикл- прокат:ш при варьировании параметров в рамках факторного пространства изменялся в пределах

30 процентов, причем наибольшее влияние за энергетические затраты оказывают поцача, быстроходность, вытяжка и параметры настройки стана. Увеличение подачи и вытяжки приводит к интенсивному росту расхода энергии. Некоторое повышение энергозатрат наблюдается при прокатке по мере износа рабочего инструмента. В то же время предварительное напряжение рабочей клети на уровень общих энергозатрат влияния не оказывает.

Важным показателем является расход энергии на прокатку одного метра трубы (удельный расход энергии). В рамках комплексного эксперимента на стане 2ХПТС 8-40 отмеченЬ снижение удельного расхода энергии при повшении подачи до 7,5 мм. "Показан экстремальный характер зависимости удельного расхода энергии от бмстроход-ности, который особенно выражен у станов ХЛТ большого типоразмера. Так, быстроходность, обеспечивающая эффективную работу станов, соответственно равна для ХПТ-55-3-5 35...45 дв .ход/мин п для ХПТ-90-4-5Т 25...35 дв.ход/мин, причем прп увеличении быстроходности наблюдается значительный рост удельных энергозатрат. Менее выраженный экстремальный характер имеет зависимость на стане■ Ш25УИЙ , а на стаке 2ХПГС 8-25 удельный расход энергии от быстроходности практически не зависит.

■ В рамках комплексного эксперимента на стане 2ХПТС 8-40 проведена оценка расхода энергии, обусловленного деформированием заготовки при холодной прокатке труб. Установлено, что энергетические затраты в основном определяются подачей. В то не время технологические параметры, связанные с режимами деформирования и условиями трения на коттактной поверхности, з значительной степени определяют уровень расхода энергии. Необходимо также' о'тметить, что пропорциональнее соотношение обжатий по диаметру и толщине стенки в мгновенном очаге деформации способствует снижению рас- -

хода энергии на деформирование.

Коэффициент эффективности ( ), определяющий соотношение технологических и общих энергозатрат, позволяет оценить экономичность процесса протатки, причем увеличение доли технологических энергозатрат наблюдается при интенсификации режимов деформирования. В то же время значение уменьшается с повышением быстро/ ходности стана, что связано с ростом общих энергозатрат по отно-шенйи к расходу энергична деформирование. При анализе коэффициента ёффективности необходимо, помнить, что не все технологические энергозатраты достаточно оправданы (например, энергозатраты, связанные с трением на контактной поверхности).

Математическое моделирование процесса прокатки труб на станах ХПТС

, Математическая модель имеет модульное строение (риг ), позволяющее исследовать различные состояния процесса прокатки в зависимости от технологических и конструктивных параметров, и включает: опречеление размеров мгновенного очага деформации, поля скоростей и тензора скоростей деформаций точек деформируемой среды, тензора напряжений и энергетических характеристик процесса дефорттарования.

Математическое моделирование основано на геометрическом фор- ' мировании размеров мгновенного очэга деформации, учитывагацем основные технологические параметры и жесткую кинематическую связь механизмов привода валка и заготовки. Алгоритм построен на известных правилах определения частных деформационных характеристик и включает определение местоположений рассматриваемого сече- ' ния пильгерголовки при каждом цикле прокатки до размеров исходной

Структурная схема математической модели процесса прокатки труб на станах ХГГГС

Ри .

заготовки и последущее сопоставление формы сечения с деформирующими поверхностями рабочего инструмента.

г Для определения компонент вектора скорости точек деформируемого материала использованы ограничения: условие несжимаемости, гипотеза плоских сечений, линейность радиальной компоненты скорости деформации от радиуса при соблюдении условия непроницаемости деформируемого материала в рабочий инструмент. При этом полученная система дифференциальных уравнений в. частных производных решена конечно-разностным методом при разбиении объема деформируемого материала на восьмиугольные комплекс-элементы. Тензор скоростей деформаций полученного поля скоростей точек деформируемого материала определен по известным зависимостям механики сплошных сред. Напряженное состояние рассчитано на основе теории пластического течения с учетом деформационного упрочнения и уравнения СенгВенана-Леви-Мизеса.

,Для оценки энергозатрат процесса деформирования использованы мощность пластической деформации:

V

где б" - контрвариантные компоненты тензора напряжений;

- ковариантные компоненты тензора скоростей деформаций;

V - деформируемый объем материала, и мощность трения между прокатываемым материалом и рабочим инструментом:

\ 2

где Тт - элементарный вектор сил трения, определяемый по закону Аыонтона-Кулона;

- относительный вектор скорости;

Е - контактная поверхность.

Математическая модель реализована на алгоритмическом языке РЬ—1(0) для ЭВМ ЕС-1061 в виде научного пакета программ. Проверка адекватности математической модели показала хорошую сходимость результатов при определении, геометрии мгновенного очага деформации и оценке энергетических характеристик.

Особо важную роль при определении энергосиловых параметров процесса деформирования трубной заготовка имеет площадь контактной поверхности. В работе на основе вычислительного эксперимента получены выражения для расчета полной площади контактной поверхности и ее проекций, который реализован по неравномерному несимметричному нлану главных эффектов 22х312х41//4Э, позволяющему построить регрессионные моделирующие уравнения вица:

1»$

где У - функция отклика (площадь контактной поверхности и ее проекций для 16 фиксированных сечений);

8 - коэффициенты регрессионной модели;

X; - уровни 15 независимых факторов, обусловливавших геометрию очага деформации.

Анализ характера зависимости величины контактной поверхности ( 5 ) по длине рабочего участка показывает резкое увеличение 5 в начале и постепенное снижение площади примерно к середине обжимного участка. Вырождение контактной поверхности происходит только на калибрующем участке. Следует также отметить.рост площади контактной поверхности при переходе от зоны свободного редуцирования к облзпдной зоне. Характерно, что горизонтальная проекция контактной поверхности составляет примерно 0,75 5 .

Обращает на себя внимание доминирующее влияние величины подачи (гп ) на площадь контактной поверхности, причем о ростом т эта площадь увеличивается по всей .длине рабочего участка. Следует также отметать влияние на 5 размеров заготовки и трубы, вытяжки по диаметру ( /1р ) и толщине стенки ( /<3 ), причем если увеличение у<ъ обусловливает рост площади контактной поверхности в начале рабочего участка, то увеличение /<$ приводит к росту ' 5 в его конце. Йаметное влияние на площадь контактной поверхности оказывает форма выпусков калибра. Установлено, что при прокатке в калибрах с выпусками по касательной площадь контактной поверхности больше, а при ¿.рокатке в овальних калибрах меньше по сравнению с другими типами выпусков. Площадь контактной поверхности зависит и от условий согласования линейных скоростей движений заготовки и рабочих валков. В работе показано, что минимальное значение 5 соответствует оптимальной настройке стала.

4 С использованием множественного регрессионного и корреляционного анализа проверены а оценены различные эмпирические зависимости для огределения площади контактной поверхности, учитывающие геометрически возможные конфигурации мгновенного очага деформации и результаты вычислительного эксперимента. Лучшие результаты достигаются при использовании регрессионного уравнения вида:

+ (0,950^5-5,2 60 ) ,

где - радаре бочки калибра, им;

Р2 - радиус сеченин рабочего конуса, мм;

- коэффициент частной вытяжки по наружному диаметру; ц, - коэффициент формы выпусков калибра, принимающий значения 1,8 - для калибров с выпусками по касательной,

1,4 - для калибров с выпусками по дуге, 1,0 - дая оеэльных калибров и 1,1 - для калибров в виде эллипса;

(3 -овальность калибра (отношение ширины к диаметру калибра);

8 -угол поворота заготовки, град.

В работе исследованы зависимости мгновенного значения мощности на пластическую деформацию ( р5«Р ) и внешнее трение (ргр ) от технологических параметров, при этом моделировалась прокатка труб размером 13x1,5 мм на стане 2ХПГС 8-25.

Отмечено, что мощность на пластическую деформацию растет при интенсификации режимов деформирования, причем увеличение подачи пригонит к пропорциональному увеличению по всей длине об-

яишзого участка. С увеличением вытяжки наблюдается рост р^ в начале обжишого участка при преимущественной деформации по диаметру п, соответственно, в конце обзишого участка при преимущественной деформации по толщине стенки, что коррелирует с аналогичными зависимостями для площади контактной поверхности. Интересно отметить, что равномерное распределение р5е<р достигается для средних-.значений вытянки (= 4...5) и отношения обнатий по диаметру и толщине стенки, близкого к единице. Можно такяе констатировать, что благоприятное распределение мощности на пластическую деформацию достигается при увеличении толстостеннос\и заготовки. При этом увеличение обжатий по 1, аметру, особенно при прокатке труб с общей вытягаой, близкой к 10, энергетически неэффективно. Следует отметить экстремальный характер зависимости рз«ч> от параметров кинематического согласования линейных скоростей перемещения заготовки и вращения рабочих валков. При оптимальной настройке стана достигается более равномерное распределение кгно-

венной мощности на пластическую деформацию по длине обжимного участка.

Математическая модель позволяет оценить мощность на трение между материалом и оправкой ( pi7 ) и материалом и калибром ( pip0" ). Характерно, что мощность, расходуемая на трение, составляет примерно 4 % от мощности, необходимой для осуществления пластической деформации. Если уровень р°тг определяется режимами деформирования, то характер распределения рт?Л по длине рабочего участка в значительной степени зависит от настройки стана. В работе показано, что минимальное значение pip* соответствует оптимальному согласованию линейных скоростей перемещения заготовки и вращения рабочих валков. Таким образом, минимум pipA можно использовать в качестве универсального критерия оптимизации при определении рациональной настройки стана.

\ Параметры расхода энергии на деформирование трубной заготовь исследованы по среднеивтегральным характеристикам процесса за.один цикл прокатка. В работе приведены общие закономерности расхода энергии в зависимости от технологических параметров. Установлено, что расход энергии на деформацию не зависит от быстроходности и увеличивается пропорционально росту подачи. Справедливо также, что чем больше коэффициент общей вытяжки, тем больше и затраты энергии. В то же время следует учитывать соотношение обжатий по диаметру и стенке.

На основе анализа удельных энергозатрат в работе сформулированы общие рекомендации по экономии электроэнергии при прокатке труб на станах ХПТС, а именно: интенсифицировать режимы деформирования следует прежде всего за счет увеличения подачи; малые вытяжки в сочетании с большой подачей и большие вытяжки в с<

четашш с малой подачей позволяют достигнуть минимальных энергозатрат; следует также учитывать, что при соотношении обжатий по диметру и тощине стенки, близком к единице, наблюдается снижение затрат энергии.

Разработка энергосберегающих технологических процессов прокатки труб и рекомендации по совершенствованию прокатного оборудования

В работе предложена инженерная методика определения энергосберегающих режимов прокатки, которая основана на результатах экспериментальных и теоретических исследований расхода энергии при холодной периодической прокатке труб на станах ХПГ и ХЕГГС и предназначена для расчета оптимальных значений быстроходности и подачи.

Методика предусматривает: I) определение расхода энергии, обусловленного приведением в движение механизмов стана, по экспериментальной зависимости потребляемой мощности электродвигателем главного привода от быстроходности ( п ) стана в режиме холостого хода, 2) расчет по математической модели расхода энергии, обусловленного деформированием заготовки при заданных режимах прокатки в зависимости от величины подачи ( m ), 3) решение оптимизационной задачи с целью минимизации удельного расхода энергии ( Е* ) для заданной производительности процесса ( П ), т.е.

min , П «f(m,n,/<0s) .

С использованием разработанной инженерной методики выполнен анализ структуры энергозатрат при производства труб на станах

2ХПГС 8-25 и KP»/ 25 VMR . Оценивали затраты энергии при прокатке труб размером 13,62x1,465 ш и 13,0x1,5 мм из заготовок размером 21,0x3,0 мм, 29,07x3,35 мм и 34,4x3,97 мм.

Следует обратить внимание на интенсивный рост удельного расхода энергии при снижении величины подачи для равной производительности процесса. При атом можно выделить область, где незначительное увеличение подачи приводит к существенной экономии энергии, что тшдаз вашо и с точки зрения качества труб, усилия прокатки и т.п. Выраженный возрастающий характер энергозатрат при небольших подачах проявляется в большей степени при эксплуатации стана КРи/ 25 VWfl .

Определены критические значения быстроходности и величины подачи, соответствующие энергссберегавдим режимам прокатки, в зависимости от производительности станов 2ХПГС 8-25 и KPW 25 VK" Можно констатировать, что увеличение производительности стана 2ШГС 8-25 достигается в основном за счет прироста быстроходности, в то время как критическая величина подачи в исследуемом диапазоне значений Д изменялась примерно на I мм. Напротив, при прокатке труб на стане Ш»' 25 VW? рост производительности достигается за счет увеличения подачи, хотя критические значения быстроходности возрастают от 70 до 160 да.ход/мин (по технической характеристике максимальная быстроходность стана составляет 240 дв.ход/лин).

Сравнительные результаты расхода энергии при прокатке 1000м труб представлены в табл. Очевидно, что рекомендуемые технологические решили позволяют в несколько раз сэкономить электроэнергию как при прокатке на стане 2ХЛТС 8-25, так и на стане KPW 25 Vi-.it .

Таблица

Потребление электроэнергии для производства 1000 и труб в зависимости от режимов прокатки

Ппокатний Машотт Производи- Еыстроход- Величина Расход прокатный маршрут, теЛгность, ность, подачи, энеогии на

стан

ш

у/ч

дв.х/мин

т

1000м трубы, кВтч

21x3 — 13,62x1,465

ШВ 8-25

34,4x4,0-13,0x1,5

КР W25VMR

50

150

150

300

21x3 — 13,62x1,465

50

100

50

29,1x3,4— ' 13,0x1,5

100

37,1 45,8 68,7 137,4

91,6 103,0 137,4

68,2 88,7 177,3

126,6 147,8 177,3

94,8 137,4 211,4

134,0 183,2 219,8

91,4 117,5

164.5

109,7

131.6 164,6 219,3

3.7 3,0 2,0 1.0

4,5

4,0 3,0

2,б" 2,0 1,0

2.8 2,4 2,0

2,9 2,0 1,3

4,1

3,0 2,5

1,8

1.4 1,0

3,0.

2.5 2,0 1,5

168 190 361 654

149 163 233

141 172 352

140 158 206

88 169 653

81 171 611

92 122 269

71 92 124 194

Выполненные в работе исследования расхода энергии при холодной периодической прокатке труб позволили сформулировать рекомендации по совершенствованию прокатного оборудования, которые отчасти подтвервдавт общеизвестные в мировой практике тенденции.

Одной из наиболее важных задач является снижение динамических нагрузок в приводных механизмах за счет снижения или уравновешивания возвратно-поступательно движущихся масс.

Существенным резервом повышения эффективности электрооборудования является снижение переменной составляющей в нагрузке механизмов, характеризуемой коэффициентом амплитуды мгновенной мощности прокатки. Удаяным решением указанной проблемы можно считать грузовое уравновешивание на стане КРУ 25 УИН . Однако более совершенное решение найдено на станах холодной прокатки со стационарной клетью, на которых увеличение быстроходности достйгается при небольшом приросте расхода энергии.

Поскольку интенсивные режимы деформирования способствуют снижению энергозатрат, то целесообразно повышать нагрузочную способность и жесткость рабочей клети. В этой сеязи также необходимо отметить преимущества станов ХПТС по сравнению со станами ХНГ.

Определенный резерв экономии электроэнергии связан с повышением уровня согласования линейных скоростей перемещения заготовки и вращения рабочих валков, что способствует снижению доли энергозатрат, обусловленных трением на контактной поверхности между деформируемым материалом и калибром. Так, в работе показано, что большой расход энергии на трение наблюдается при прокатке на стане ХПГ-90-4-5Т, отличительной особенностью кото-

poro является деформирование трубной заготовки двумя последовательно расположенными параш калибров.

Эффективная работа электродвигателя достигается при номинальных режимах эксплуатации. В работе показано, что электродвигатель главного привода стана 2ХПТС 8-25 выбрал с большим запасом по мощности и, следовательно, работает с низким к.п.д., поэтому для повышения эффективности процесса целесообразно уменьшить мощность электродвигателя главного привода до 60 кВт.

Основные выводы

1. Проведена классификация энергозатрат процессов прокатки труб на станах 1ПТ и ХПТС, выполнен анализ методик и обосновав выбор таких параметров главного привода, как потребляемая мощность и энергия, удельная энергия, коэффициенты амплитуды и эффективности для оценки статей расхода энергии и прогнозирования состояния технологического процесса.

2. Разработана методика, основанная на измерении токовых характеристик главного привода э режима?: холостого хода и деформирования, и проведены комплексные исследования энергозатрат процесса прокатки труб на стане 2ХПТС 8-40. При этом получены зависимости характеристик главного привода от технологических параметров, показано определяющее влияние подачи металла, общей вытяжки и быстроходности стана, причем с ростом подачи и общей вытяжки наблсдается снижение удельного расхода энергии, а зависимость уделышх энергозатрат от быстроходности имеет экстремальный характер.

3. В промышленных условиях проведены сравнительные иссдэдо-

вания энергозатрат процессов прокатки труб на станах 2Х1ГГС 8-25, 2ХПГС 8-40, КР^ 25 УМЙ , ХПТ-32-3-5, ХПТ-55-3-5 и ХПТ-90-4-5Т, показана эффективвость конструкций станов 2ХПТС 8-25 и КРУ25]/МЯ На основе регрессионных уравнений прогнозированы преимущества станов типа ХПТС при больших значениях быстроходности, обеспечивающих меньшую скорость нарастания мощности.

4. Разработана методика для определения запаса мощности главного привода и выполнена оценка работы главного привода для различных конструкций станов холодной прокатки. Показало, что мощность электродвигателя главного привода ХПТ-55-3-5 недостаточна для реализации паспортной технической характеристики става, а мощность электродвигателя на стане 2Х1ГГС 8-25 рекомендовано снизить до 60 кВт.

5. Разработана математическая модель процесса прокатки труб на станах ЗЗГО5, которая включает расчет размеров мгновенного очага деформации, кинематических, динамических и энергетических характеристик процесса формоизменения, и реализована в виде научного пакета программ на алгоритмическом языке Р1 -1(0) для ЕС-1061.

6. Выполнены экспериментальные и теоретические исследования характеристик мгновенного очага деформации при прокатке труб на станах 2ПГС, получены регрессионные уравнения величин площади контактной поверхности от технологических и настроечных параметров процесса.

7. Получены теоретические зависимости энергетических характеристик процесса прокатки труб на саанах ХПТС от подачи, вы- . тяжки, быстроходности, свойств материала и соотношения деформаций по стенке и диаметру трубы; показав экстремальный характер

зависимости мощности трения от настроечных параметров.

8. Разработана инженерная методика для проектирования энергосберегающих технологических процессов, основанная на регрессионных уравнениях потребляемой приводными механизмами мощности и математической модели процесса проката труб на станах ХИГС, предложены рациональные режимы деформирования на станах 2ХПТС 8-25 и KPW 25 VHR , позволяющие сэкономить на каждом метре трубы до 0,5 кВтч энергоэнергии.

Основное содержание диссертации опубликовало в работах:

1. Математическое моделирование процесса холодной периодической прокатки труб на. станах ХПТС/А. Д. Шейх-Али, А.А.Барапов, Л.Титце/Аеоретические проблемы прокатного производства. 17 Всесоюзная научно-техническая конференция. TesacH докладов, ч.П, -Днепропетровск, 1988, - С. 184.

2. Наследование энергозатрат станов холодной цериодичасксЗ прокатка ?5уб/А.Д.Шейх-Али,И.Н.Потапов, А.А.Баранов, Ü.füTne// Изв.вузсв. Черная металлургия. - 1989, - Ä5. -С. 86-89.

3. Dos Arbeltsprinzip und konstruktive Besonderheiten vcn КШ-pilgerwafewerken mit feststehendem Watigerüst jI. N. Potapov,

A.D. Scheikh-Ali, M.N. Sknpolenko, A.A. Вага по v, L.T,etze//Ю. Fachtagung "Stahlrohrhers{eilung", 7.-9. Mov.,-i989, ttesa-DDR, Vorhat) Nr. 20.

4. Grundlagen zur Automatisierung der ft-ojektierung und Herstellung von Koltpilgerwerkzeugen/A.A. Baranov, 1. N. Potopov, A.D. Scheikh-AU, L.Tietze//40. Fachtagung "Stahtrohrhersfeäung", 7.-9.Nov.,<4983, Riesa-DDR, Vortrag Afr. 2Z.

Московский институт стали и сплавов Ленинский проспект, 4 Заказ <¿/3 Объем I п.л. Тираж 100 вкз. Типография 303 ШСиС, ул.Орджоникидзе, 8/9 >