автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка и исследование энерго- и ресурсосберегающих технологий широкополосовой прокатки

! Л

ЛИПЕЦКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ТРЕТЬЯКОВА НАТАЛИЯ ЗИНОВЬЕВНА

УДК 621. 771. 23

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГО-И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ШИРОКОПОЛОСОВОЙ ПРОКАТКИ

Специальность 05. 16. 05 — «Обработка металлов давлением»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Липецк — 1991

Работа выполнена в Липецком политехническом институте Научный руководитель - доктор технических наук, профессор С. Л. Ноцарь.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Е И Полухин,

кандидат технических наук, доцент В. А. Пименов

Ведущее предприятие - Череповецкий металлургический комбинат

Зашита состоится 30 января 1992 г. на заседании специали-вированного совета К 064.22. 01 в Липецком политехническом институте ( 398662. г. Липецк, ул. Зегеля. 1). А-зал, 10м.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Липецкого политехнического института

Автореферат разослан 30 декабря 1991 г.

Ученый секретарь

специализированного совета

Зайцев

' - 3 -

| 1. ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. ДальнеПсее развитие металлургии гто пути интенсификации предполагает бережное и рациональное 'использование энергетических ресурсов, в первую очередь топлива, тепловой и. электрической энергии, повышение качества металлопродукции, снитекие расходных коэффициентов. Осуществление мер. направленных на повь:;е-ние эффективности использования :! экономию топливно-энергетических ресурсов. т^-Оу^т технического переЕоору.чения и рекоьструкции предприятий и энергетического оборудования, развития энергосберегак-ллч технология, Солее полного вовлечения вторичных энергоресурсов к эилення их параметров. разработки систем автоматизации учета расхода з не р гс ресурсов.

Современное прокатное производство одно из самых снергоемких, гозтому разработка и исследование технологий, позволяют« снизить энергозатраты на прокатку, актуальны.

ШУЗ'—К1®®™^ Теоретические и экспериментальные исследования состазллютах энергозатрат при шрокополосозоЯ прокатке и разраСопл на их основе знергосСерегахкмх технологий производства листового-проката.

Научная 1ювиз;га. йяюлнена количественная оценка влияния характера изменения теплосодержания раската в линии кирокополоеногс стана на суммарные энергозатраты при прокатке. Определены ограничения уровня температуры нагрева сляба при низкотемпературной прокатке, обеспечизаххдие допустимые нагрузки на оборудование, заданную температуру конца прокатки и поперечную разнотолшданость прокатьшаемых полос.

Разработана методика расчета деформационных•режимов в вертикальных Балках с использованием гидронажимных устройств при совке-ИяУМ процесса прск&гки я редуцирования. Выполнена оценка энергозатрат кз прокатку с редут::'ро?'-::игя к расхода металла в -кояаег.:'-.

обрезь при максимально возможном уменьшении ширины сляба.

Теоретически показана и экспериментально подтверждена возможность снижения расхода электроэнергии за cist перераспределения обжат»: л в чистовой группе широкополосного стана горячей про,-катки и более полного протекания процессов разупрочнения металла при деформации и в мевдеформационных паузах.

Разработана модель прогноза структуры и свойств низколегированных сталей с карбонитридным упрочнением, использованная для определения параметров ресурсосберегающей технологии производства высокопрочного проката.

Предложены алгоритмы автоматизированного учета и нормирования энергозатрат при прокатке на широкополосном стаче для заданного сортамента прокатываемых полос.

Установлена возможность экономии суммарных энергозатрат при прокатке с натяжением за счет минимизации расходуемой мощности сил трения скольжения в очаге пластической деформации.

Практическая ценность. 11а широкополосном- стане 2000 ШШ внедрен способ низкотемпературной горячей прокатки, позволяющий снизить расход условного топлива и повысить качество прокатываемых полос за счет уменьшения поперечной разнотодщшности.

НПО "Пр'омавтоматика" (г. Кдав) принято к внедрению в состат ве интегрированной АСУ технологическим процессом проецируемого стана 2500 1ШК математическое обеспечение автоматизированной подсистема учета и нормирования энергозатрат на прокатку.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Всесоюзной научно-технической конференции "Задачи технического перевооружения листопрокатного производства" (Днепропетровск,188?г.), на Республиканской научно-технической конференции "ЗнергосСерегавддя технология производства проката" (Донецк,1935т.), на vi всесоюзной научно-технической конференции "Опьггсоэдания специального програы-

- 5 -

много обеспечения АСУ!Л" (Черновцы, 1988г.).

Ш теме диссертационной работы опубликовано б статей и тезисов докладов, получено 2 авторских свидетельства на изобретения.

Обь см работы. Диссертация состоит из введения, б разделов,, списка литературы, приложения, изложена на 131 странице машинописного текста, содержит 43 рисунка, 50 таблиц, список литературы включает 127 наименований.

2. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. Одним из основных вопросов экономии энергоресурсов на широкополосных станах горячей прокатки является выбор соотношения мезду затратам! на нагрев и прокатку при варьировании температуры сляба. Возможное снижение температуры нагрева сляба зависит от величины теплопотерь в линии стана и ограничено необходимостью обеспечения технологически заданных температурно-скоростных параметров прокатки и охлаждения, определяющих качество металла, а такте допустимых нагрузок на оборудование стана Для эффективной реализации технологии низкотемпературной прокатки необходимо определить комплекс ограничений уровня минимально допустимой температуры нагрева.сляба.

Экономически целесообразным в высокопроизводительных комплексах ШИЗ - широкополосный стан является применение технологии редуцирования слябов по ширине, которая, наряду со снижением расходов по переделу и увеличением производительности непрерывной разливки, позволяет значительно расширить объемы внедрения горячего посада и прямой прокатки слябов на широкополосном стане, снизить рас-' ходы топлива и металла в окалину. Эффективность определяется возможностями редуцирующих агрегатов стана по уменьшению иирины и снике-

: I

нием расхода металла в концевую обрезь.

Комплексный подход в разработке знерго-ресурсосберегающих технологий

I

прокатки в чистовой группе требует целенаправленного формирования структуры и свойств металла, что становится возможным лишь на базе

моделирования физических процессов рекристаллизации и фазовых

превращений в сталях определенного класса. »

Решение эадач экономии знергоресурсов в прокатном производстве невозможно без автоматизации сбора и обработки информации по энергозатратам на прокатку с целью дальнейшей оптимизации технологического процесса. Многообразие средств и технологических приемов снижения энергоемкости при прокатке, а также различный состав оборудования и структура энергозатрат на широкополосных станах требует выделения задач учета и оценки их величины в отдельную подсистему АСУТП и разработки алгоритмов ее функционирования.

• При холодной прокатке с натяжением существуют области энергосиловых параметров, обеспечивающие ведение процесса прокатки с минимальным расходом энергии. Определение и реализация таких деформационных режимов повысит эффективность процесса холодной прокатки в целом и позволит снизить установленную мощность приводов стана

Исходя из изложенного, для достижения поставленной цели, в работе ставились следующие задачи:

- выполнить оценку эффективности низкотемпературной прокатки с учетом реализации современных технологий производства качественного листового проката; .

- определить энерго-ресурсозатраты технологии редуцирования слябов по ширине в черновой группе ШЗГП;

- разработать энерго-ресурсосберегающие технологии прокатки в чистовой группе клетей ШЗГП;

- разработать алгоритмы автоматизированного учета и нормирования энергозатрат при горячей прокатке на широкополосном стане;

- определить деформационные режимы холодной прокатки с натяжением. минимизирующие расход электроэнергии.

3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЩЯ ТЕХНОЛОГИЙ

ГОРЯЧЕЙ ШКРОКОПОЛОСОВОЯ ПРОКАТКИ Для условийй нас 2000 ШШ выполнили оценку эффективности низкотемпературной прокатки с целью определения ограничений допустимой температуры нагрева сляба Моделировали прокатку полос из стали Ст Зсп типоразмеров 2,4,10 х 1250 мм из сляба толщиной 250 х 1290 мм с температур нагрева 1250, 1150 и 1100 °С, температурой конца прокатки 800 - 860 °0, с различной толщиной подката в чистовую группу при относительно равномерной загрузке электроприводов черновых клетей по мощности, чистовых клетей - по току якоря двигателя.

Расчет удельного расхода электроэнергии на npoitaTKy осуществляли по

п

зависимости: ^Г д/.

F = 2137—---, кВт. ч/т (1)

Bihif

где N- J^HL^i/^i - «РИ ^ <

'"12ücUHi . при lTib<IHL

_J hiiTi - для черновых клэтей; [ hntfi ~ чистовых клетей;

i - номер клети, i-1,2.....12; Ni - потребляемая мощность двигателя

при прокатке в i-ой клети: ^ - ток якоря двигателя и скорость - валков i-ой клети (кА, м/мин); ,"tfo - номинальные значения напря-' кения двигателя и скорости валков ( В,м/мин); , 3/ - толщина и ширина полосы за l-oil клетью (мм).

Ка рис. 1 представлена сравнительная эффективность низкотемпературной. прокатки для следующих условий: расход условного топлива на тонну проката - 0.0914 т, стоимость 1 тонны условного топлива - 23.65 руб., стоимость 1 кВт. ч злектроэнергии-0.0151 руб. В качестве показателя эффективности Еыбрано отношение суммарных затрат на топливо и электроэнергию при прокатке с температуры нагрева 1250 °С к суммарный затратам при прокатка с поникенной температуры нагрева сляба.

Приведенные стоимостные оценки показывают, что минимум суммарных ' затрат на нагрев и прокатку соответствует минимально допустимой температуре нагрева сляба, исходя из обеспечения заданной те*, пературы конца прокатки и допустимых нагрузок на оборудование стана При уменьшении конечной толщины с 10 до 2 мм эффективность низкотемпературной прокатки снижается в 2 раза с 0.08 руб/т до С. 04 руС/т проката.

Для определения ограничений, накладываемых на температуру нагрева сляба, рассчитали области допустимых значений толщины подката в черновой и чистовой группах клетей при номинальной загрузке приводов по мощности (черновые) к по току якоря (чистовые) в зависимости от толщины и ширины прокатываемых полос, температур нагрева сляба и конца прокатки (рис. 2). Пересечения линий уровня максимальной толщины подката в чистовой группе для заданной тем-пёратуры конца прокатки и толщины готовой полосы с линиями уровня минимальной толщины подката в черновой группе образуют точки максимально возможной ширины прокатываемых полос, а области, лежащие между линиями уровней толщины подката для одинаковой температуры нагрева сляба, являются областями прокатки на стане с соблюдением технологических и силовых ограничений (заштриховано на рис.2). Кроме того, соответствующие линии'уровней (области) толщин -подката являются линиях« (областями) равных значений удельного расхода электроэнергии при прокатке, что повволяет определить ограничения, накладываемые на температуру нагрева сляба. На рис.3 линии максимальной ширины прокатываемых полос нанесены на кривые относительных суммарных энергозатрат, их пересечения определяют величину минимальной температуры нагрева сляба для прокатываемого типоразмера.

Для условий 1-ой очереди стана £500 КОД проведена оценка вли-2ння редуцирования ширины раскатов в черновой группе клетей на

- 16 -

4. РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИ! ГОРЯЧЕЙ

ПРОКАТКИ ВЫСОКОПРОЧНОЙ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ Для разработки оптимальных ресурсосберегающие технологий необходимо целенаправленное управление формированием структуры и механических, свойств горячекатаного металла на основе закономерностей структурооСразования на всех этапах горячей прокатки ( нагрев, черновая и чистовая прокатки, охлаждение на промежуточном и отводя-цем рольгангах, в рулоне). На базе количественного описания кинетики структурных превращений и прогноза состояния стали 09Г2ФБ выполнены исследования режимов нагрева, горячей деформации и охлаждения для установления ебщих закономерностей растворения и выделения кар-бонитридных фаз при контролируемой прокатке, а также описание процессов рекристаллизации в виде, пригодном для использования в УВМ. '

■Слохные процессы растворения л выделения карбонитридных фаз сказываются на процессах разупрочнения стали. Для оценки структурного состояния стали 09Г£ФВ на всех этапах контролируемой прокатки рассчитана обобщенная диаграмма рекристаллизации аустенига. Уравнения гиперплоскостей, разделяющее структурные состояния, пакле- • па, начала (А) и конца (В) первичной рекристаллизации имеют вид: А: юУТ- .1.37 - 5.79 £ -10.32 - 0 (6-0.02)

В: Ю4/Т- 0.55 1вГ -3.13 1г£ - 8.27 -0(6-0.02) (4) , где Т - температура деформации, К; Т - последеформационная пауза,с; £ - степень деформации.

Для описания кинетики сфероидизавди и количественной оценки структурных изменений в процессе охлаждения рулона рассчитали уравнения контуров равной степени сфероидизации пластинчатого цементита в глобулярный в [виде (для температуры конца прокатки 800 ОС): Ю/'Г- 1.46 1вГ - 0.91 -10.72 -0 (б-о!об)

¡юУТ- 1.18 1гГ - 0.01 ^ - 9.97 - 0 (6-0.05) (5) где Г - температура смотки, К; Г- время охлаждения, час;

> *) Научный консультант д. т. н., профессор* Лизунов а Л

. - 16 -

IV - скорость охлаждения. К/с.

С использованием приведенных уравнений разработана модель прогноза структуры и механических свойств при контролируемой прокатке низколегированных сталей с карбонитридным упрочнением. Выполненный по модели прогноз прк прокатке на стане »2000 ШМК плавки

(36 слябов) из стали 08ГБЮТ типоразмера 6.5x1500 мм показал его

• ■

высокую точность: по структуре - в пределах 0.5 балла по размеру верна; по механическим свойствам - 15-20 МН/м2 по пределу прочности и текучести.

Разработанная модель использована для оптимизации технологического процесса прокатки и охлаждения полос, с целью повышения конструктивной прочности готового проката.

5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УЧЕТА ЭНЕРГОЗАТРАТ НА ПРОКАТКУ ПОЛОС . •

Подсистема автоматизированного учета энергозатрат на прокагку реализует следующие функции: сбор и статистическую обработку информации по энергозатратам на технологических участках черновой и чистовой групп ШСГП; оперативный учет, планирование и нормирование энергозатрат; оптимизацию технологических параметров, режимов настройки и прокатки £ целях снижения суммарных энергозатрат; коррекцию моделей начальной настройки стана при освоении новых маро* сталей и технологии прокатки. Структура и целевые'функции'подсистемы подчинены иерархической структуре АСУ ТП иирокополосного стана и программно реализуются в УВЫ технологического участка, а также в.УВЫ верхнего уровня, содержащей автоматизированный банк данных энергозатрат на прокатку: расходы топлива в нагревательных печах, электроэнергии в черновой и чистовой группах, расходы воды в установках ускоренного охлаждения раската на промежуточном и отводящем рольгангах. Указанная, информация формируется по прокатываемой полосе, а затем усредняется в пределах типоразмера. По мере наполне-

• ~ 13 "

т - показатель степени, характеризующий влияние химического состава стала (О.5<Л í 1.0); С -коэффициент влияния суммарного обжатия по ширине и толщине раската на снижение температуры нагрева сляба ( 1 < С < 3 ).

С использованием зависимости (3) разработан способ низкотемпературной прокатки на широкополосном отане ( А. С. 1458036 ).

' . Для условий стана 2000 НЛМК определены условия применения разработанного способа. Его опробование в сопоставлении с существующей технологией показало высокую эффективность в снижении разно-толиинности готовых полос'- от 0.08 мм до 0.03 им при суммарном обжатии по ширине до 100 мм, повысило стабильность и точность поперечного профиля полос. Способ внедрен на стане 2000 НЛМК.

Выполнена оценка влияния числа реверсивных проходов.в черновой группе проектируемого стана 2500 HJBÍK на удельный расход электро -энергии. Провели анализ йрокатга с реверсом для пяти различных ютм-поновок черновой группы стана! Моделировали прокатк? раскатов из стали СтЗсп, сляба 250 х 1850 х 10000 мм с температурой нагрева 1250 и 1100 °0 на одинаковую толщину подката в чистовую группу 40 мм. На рис. 4 приведены энергозатраты на прокатку для компоновки черновой группы 1-ой очереди стана в составе 3-х клетей с установленной мощностью 62 Шг, производительностью 6.3 млн. тонн в год и для 'полного развития стана - в составе 6-ти клетей с установленной мощность» приводов ÍOQ МВт, производительностью 8 млн. тонн в год.

На основе проведенного анализа установлено, что для одинаковой компоновки черновой группы стана увеличение общего числа проходов (за счет реверсивных) снижает расход злектроэнергии в среднем на 0.46 кВт. ч/т (1.66 ЫДх/'т) аа каждый дополнительный проход.

Разработан способ непрерывной . горячей прокатки в чистовой группе широкополосного стана, включайаий начальную нгютройку рабочих клетей и последующую прокатку с заданной суммарной степенью

деформации, при котором, с целью снижения энергозатрат на прокатку, после начальной настройки дополнительно производят перераспределение обжатий между проходами в зависимости от соотношения времени пак и и времени рекристаллизации металла ( A.c. 1431880 ). Способ опробован в условиях стана 2000 НШ В результате экспериментальных исследований установлено, что дополнительное перераспределение обжатий в чистовой группе снижает удельный расход электроэнергия в среднем на 4 % ( на примере прокатки стали 17Г1С 9 х 1600 мм - с 15.2 до 14.5 кВт. ч/т) за счет более полного протекания процессов разупрочнения при деформации и в мевдеформацпонной паузе.

Суммарный удельный расход электроэнергии (кВт. ч/т)

Ff-F?

12 11 10 9

8 7 6

Схеш прокатки R1R2 /?5 R4-R6

300 400 SQO Расстояние ,м

3t>.ö

' >

га ¿6

--03

>.сП ид I

TT), 7 вЖО

165.Ъ

1 г з

Схемы прокатки

□ "Передний

юнец раската taw -эасйшй конец раската при температура сля&а 125о н 7ЮО "С

Рис. С

янке несимметричной формы концов на массу концевых накатов.

При прокатке с профилированием боковых граней задачу рационального управления ГНУ вертикальных валков реиали, исходя из следующих положений:

1. Вэличнна обжатий на переднем конце раската должна обеспечивать устойчивый захват с последующим увеличением обжатия на основной части длины расгата до максимально возможного по техническим и технологическим ограничениям в установившемся процессе прокатки.

2. Разность обжатий на концах относительно средней части раската в вертикальных клетях с ГНУ устанавливается из условия минимума площади искаженных концов на подкате в чистовую группу клетей.

Для проектного сортамента стана 2500 рассчитали режимы деформации в черновых клетях при максимально возможном уменьшении ширины сляба (таблица 1). Анализ полученных результатов показал, что использование только рациональной (по расходу металла в обреаь)

Таблица 1

Возможное уменьшение ширины слябов в черновой группе стана 2500 и прогнозируемый расход металла в концевую обрезь

Группа марок стали, ширина сляба (мм), толщина подката (мм), температура сляба(°С) Уменьшение сирины слябов( т)/расход металла в концевую обрезь (кг/т)

Пусковая очередь Полное развитие

без работы при работе ГНУ ГНУ без работы при работе ГНУ ГНУ

Углероднстые( СтЗсп) Вс-1370-1850 (2350); Н„-55-59; Тн-1240 Низколегированные (09Г2С. 1ЛЧСУ, 22ГО, 08Г2БТ) Вс-1370-1850; 11.-50-59; Тн-1100-1240 100-150 170-175 305-325 _ .325-345. ЗТБ^?" БГРГГ 9.9-10.3 9.6-9.9 95-125 120-135 220-265 220-265 4.4-5.6 4.4-5ГЗ 7.2-8.2" 6.1-7.Й

.настройки вертикальных валков (беа управления формой концов) ограничивает возшжности по использовании предельно допустимых обжатий в вертикальных валках. Управление формой концевых участков при помощи ГНУ позволяет существенно увеличить возможности стана .по редуцированию ширины слябов углеродистых марок стали для пусковой очереди до 170-175 мм. Для слябов -низколегированных марок стали, особенно при низкотемпературном нагреве, ГЙУ не увеличивает диапазона редуцирования (100-135 мм), «то связано с ограничением, допустимых обжатий, но снижает расход металла в концевую обрезь*. Дня полного развития стана в сравнении с пусковой очередью диапазон редуцирования увеличивается в 1.9 раза"для углеродистых сталей, достигая 325-345 ш, и в 1.7-2.0 раза для низколегированных марок стали - 220-265 ш. Относительные цифры по расходу металла на миллиметр уменьшения ширины 0.0564 кг/т. мм и 0.0414 кг/т. мм соответственно беэ и с управлением ГНУ, т. е. эффективность применения ГНУ для- снижения расхода металла составляет 25 X.

Нз допустимую температуру нагрева сляба при низкотемпературной Прокатке с редуцированном накладывается ограничение по поперечной разнотолшннодти полос из-за образования участков утолщения по краям • раската. При прокатке с редуцированием необходимо регулирование температуры нагрева слябов в зависимости от 'суммарного обжатия до ширине с учетом толщины полосы, количества проходов в черновой группе стана, исходной тодцины сляба,* а также допустимого диапазона температуры нагрева металла: Г- '

где Ьтзх, - максимальная и минимальная температуры нагрева сляба (°С) для данной марки стали; Ь^т ' ~ максимальная ширина прокатываемых полос и ширина сляба (мм); О. - коэффициент, зависящий от количества проходов в черновой группе (0.5 < О ' < 0.7 ); о/ - коэффициент. зависящий от,тошикы прокатываемых полос ( 0.25 < с/ < 1.о ); .' « .

c¿ pyS

рпча' ptjfr- 7.00

0.98 -0.96 -0.94 ■ ' 0.92

0.90 Температура 6.6 Нагребо сляба

ю4/г, к

-д -

I

о4

I

о а

»1

Рис.1

1250

Cz PBS

1:00

Толщина полосы, мм

Температуру

сляба, "С 1100 1150 1200 1250 .

■ 1500 , МО !8S0

Ширигю полосы, мм

Рис. 2

Минимальная температуре* ttatpefa слядо ' ( i

Ширина . полосы t мм

147а . 1SDO 1530 1560 1590 г 1620

7.0 73

Температура naipe So сляба, К Рис.3 .

соотношение суммарных энергозатрат на топливо и электроэнергию при низкотемпературной прокатке.

Применение технологии редуцирования раскатов приводит к увеличению суммарного удельного расхода электроэнергии эа счет повышенных обжатия в вертикальных валках, а также за счет дополнительного расхода электроэнергии при прокатке в горизонтальных валках из-за образования локальных утолщений на широких гранях по краям раската Удельный расход электроэнергии при прокатке в вертикальных валках составляет 5-20 7. от суммарного расхода электроэнергии в горизонтальных валках при уменьшении ширины раската до 200 мм в черновой группе. Суммарные энергозатраты возрастают в среднем от 0.02 руб. на тонну проката при температуре нагрева сляба 1250 °С до О. 03 руб. на тонну при температуре 1100 °С. При редуцировании удельный расход электроэнергии увеличивается в среднем на 0.5 ВДж/т на каждые 10 мм уменьшения шзрины и на 2 МДж/т на кавдые 50 °С снижения температуры нагрева сляба в почи.

Применение интенсивных обжатий в вертикальных валках требует разработки технологии, обеспечивающей наряду с максимальным использованием обжимной способности вертикальных клетей минимальный расход металла в концевую обрезь. Поставленную задачу решали применительно к проектном-' составу оборудования и техническим возможностям черновых клетей стана 2500 НЛМК за счет разработки деформационных режимов при управлении формой концевых участков в плане с помощью ГНУ вертикальных валков.

Расход металла в концевую обрезь оценивали по зависимостей - КиГГ>к *тн

г" а . (2)

- масса концевых накатов на подкате в чистовую группу и масса концевых участков,определяемая точностью реза на ножницах (кг); 0. - масса сляСа (т): А* - коэффициент, учитывающий в ли-

ния базы информацией и ее количественной обработки формируются нормы расхода основных энергоресурсов, затрачиваемых на производство одной тонны проката. Два основных режима работы с базой данных предусматривает: накопление информации с учетом динамического характера базы данных; выдачу по позиции сменного графика прокатки общей нормы и фактического расхода энергоресурсов за смену, за день, за' декаду, месяц или квартал.

Б рамках разработки подсистемы выполнено исследование структуры энергопотребления стана 2000 ШШК. Проведен анализ фактического расхода электроэнергии в смену го показаниям счетчиков вводов секций подстанции 30 кВ, запитываквдх механизмы станового пролета, а также по отдельным ячейкам секций, питающих рабочие клети. Одновременно фиксировали энергосиловые параметры прокатанных за смену полос. Фактические данные по сортаменту стана 2000 представили в виде кривых удельного расхода электроэнергии, а тагане их аппроксимацией по стану в целом в зависимости от логарифма вытяжки, в чистовой группе - от логарифма вытяжки с толщины подката до конечной толщины, температур начала и конца прокатки.

Показано, что удельный расход электроэнергии зависит от средней толщины прокатанных за смену полос. Расход электроэнергии на работу вспомогательных механизмов стана изменяется пропорционально расходу 'электроэнергии непосредственно на прокатку и составляет 65-70% от него

Предложена инженерная методика равномерного распределения суммарной нагрузки по линии стана при прокатке полос, основанная на линейной аппроксимации кривой удельного расхода электроэнергии в черновой и чистовой группах клетей.

б. РАЗРАБОТКА II ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ

ходдаж ПРОКАТКИ О НАТЯЖЕНИЕМ При холодной прокатка с натяжением уменьшения суммарных энергозатрат можно добиться ыингашируя мощность, расходуемую «а прео-

доление сил трения скольжения, путем изменения положения нейтрального сечения в очаге деформации за счет разности прикладываемых натяжений.

Баланс мощностей (энергии) при прокатке имеет вид:

Кь+Лнот +//<« . . (6)

где А^ъ - мощность главного привода клети; Л/нот- мощность натяжения;

А/а - модность деформации; Л/^ - мощность сил трения.

С учетом смены знака касательных напряжений в очаге деформации

и общепринятых в теории прокатки допущений (•<£= + )

Л* ^

мощность скольжения для условий симметричной прокатки равна

где /? - радиус валков; касательное напряжение; с,Хн - длина и координата нейтрального сечения очага деформации; ^и-толщина и скорость полосы на выходе и в произвольном сечении очага деформации.

Экстремальные значения функционал (7) принимает при Хн-1/2 и Хн-О. Минимум функционала находится в точке Хн-1/2 и определяется

величиной

где лЛ - абсолютное обжатие.

_ ^ аИ Хн*1/2~ Щ

(8)

В случае полного отставания на валках при прокатке

• I ' рлк. г«}

• —1-Хи-О -^ЗА, •

В случае полного опережения на валках мощность скольжения

1 с ■

максимальна д/

Хн-г (10)

Таким образом, для снижения расхода энергии в процессе прокатки необходимо, чтобы положение нейтрального сечения в очаге деформации соответствовало половине длины дуги аахвата. Пои атом мощность, затрачиваемая на прокатку главным приводом клети, обращается в нуль, так как момент прокатки от контактных сил трения, приложен-

ный к валкам в зоне отставания, компенсирует момент от сил трения в зоне опережения. Процесс прокатки молит осусеетвлиться только 8а счет мощности натяшшя. Привод прокатной клети работает в режиме холостого хода.

Величина переднего натяжения для осуществления экономичного

режима прокатки . , .

6, ЛЛ/ С к бо

где о1160 - переднее ч заднее натяжения; Zs - предел текучести; (и - коэффициент трения. Экспериментальную оценку снижения расхода электроэнергии при холодной прокатке выполнили на дрессировочном стане 2030 ЛПП НЛМК. При прокатке одного рулона с заданными деформационно-скоростными параметрами ( степень дрессиров!Ш. усилие и скорость прокатки ) увеличивали переднее натяжение тяну®,'»и Б-роликами и моталкой до обеспечения генераторного режима работы .двигателя стана, затем уменьшали переднее натяжение до обеспечения режима прокатки с током якоря двигателя равным нулю. Далее, увеличивая заднее натяжение за счет торможения Б-роликов и розматывателя, осуществляли прокатку, при положительной загрузке (по току якоря) двигателя стана без пробуксовки на заданной скорости прокатки. Экспериментальные исследования выполнили при прокатке стали 10сп полосы 1.8 х 1580 мм.

Установлено, что эффективность предлагаемого режима прокатки в сравнении с режимом при положительной загрузке двигателя (отставание) . составила 8.2 У, , а в сравнении с прокаткой в генераторном режиме * двигателя еггача - 24.2 % . : .

7. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Н ВЫВОДИ

I

1. Выполнена количественная оценка влияния характера изменения

1

теплосодержания'раската в линии широкополосного стана'на суммарные, энергозатраты при прокатке. Определен комплекс ограничений минимально допустимой температуры нагрева сляба при низкотемпературной про-

катке, обеспечивающих допустимые нагрузки на оборудование, заданную температуру конца прокатки и поперечную разнотолщннность прокатываемых пролос. Оценка эффективности низкотемпературной прокатки полос различной толщины для условий стана 2000 Ш пока• вала, что уменьшение конечной толщины с 10 до 2 мм снижает эффективность низкотемпературной прокатки (температура нагрева слябов 1200-1100 °С) в два раза с 0.08 руб/т до 0.04 руб/т проката.

2. Разработана методика определения рациональных режимов деформации в вертикальных валках с ГНУ черновых клетей при совмещении процессов прокатки и редуцирования слябов по ширине, позволяющая наряду с минимизацией концевой обрези максимально использовать обжимную способность для уменьшения ширина Для проектного состава оборудования стана 2500 НЛМК показана возможность уменьшения ширины слябов углеродистых сталей до 325-345 мм и низколегированных до 220265 мм с расходом металла в обрезь 6.1-9.9 кг/т. Удельный расход электроэнергии при редуцировании увеличивается в среднем на 0.5 МДж/т на каждые 10 мм уменьшения ширины и на 2 ЫДж/т на каждые 50 ^ снижения температуры нагрева сляба в методических печсх. Эффективность применения ГНУ для снижения расхода.металла в обрезь составляет 25%.

3. Выполнен анализ расхода энергии при прокатке с реверсом для различных компоновок черновой группы широкополосного стача. Установлено, что для заданной компоновки увеличение общего числа проходов (за счет реверсивных) снижает удельный расход электроэнергии в среднем на 0.46 кВт. ч/т (1.66 МДж/т) за каждый дополнительный проход.

4. Теоретически показана и экспериментально подтверждена возможность снижения расхода электроэнергии за счет перераспределения обжатий в чистовой группе широкополосного стана горячей прокатки и более полного протекания процессов разупрочнения металла при деформации и в междеформационных паузах. Экспериментальная оценка снижения расхода энергии при прокатке стали 17Г1С 9x1600 мм в

- 21 -

чистовой группе стана 2000 составляет 4.6 %.

5. ¡'количественно описана кинетика структурных превращений и роста зерна аустенита. растворения и выделения карбонитридны1' Фаз стали 09Г2ФЕ в процессах нагрева, горячей деформации и охлаждения при контролируемой прсглтке. Рассчитаны обобщенные диаграммы рекристаллизации аустенита при деформации и сфероидизации перлита при охлаждении смотанного рулона, на основе которых разработана модель прогноза структуры и механических свойств низколегированных сталей с карбонитридним упрочнением. Оценка точности модели: 0.5

о

балла по размеру зерна и (15-20) Ш1/м по пределу текучести. Модель использована для управления качеством и разработки ресурсосберегающей технологии контролируемой прокатки высокопрочной стали.

0. Разработана структура подсистемы автоматизированного уюта энергозатрат на прокатку, определено ее место в составе АСУТЛ широкополосного стана. Проведен анализ структуры энергопотребления в линии широкополосного стана ( на примере стана 2000 2Ш.СС). Показано, что переменной частью расхода является расход электроэнергии посредственно на прокатку, зависящий от средней толщины рокатывае-мых полос. Расход электроэнергии на работу вспомогательных механизмов стана изменяется ропоршюнально и составляет 65-70Х от расхода энергии на прокатку. Аппроксимированы зависимости удельного расхода 'электроэнергии от технологических параметров прокатки по марочному и размерному сортаменту стана.

7. Определена область эиергосиловых параметров симметричной прокатки с натяжением, обеспечивающая ведение процесса прокатки с минимальный расходои энергии. Минимизирована мощность сил трения скольжения в очаге пластической деформации. Показано, что минимум мошостн скольжении ( расхода энергии) соответствует положению нейтрального сечения, равному половике длины очага деформации при прокатке. Определена величина переднего натяжения для осуществления

экономичного режима прокатки. Экспериментальная оценка в условиях дрессировочного стана 2030 ШМК подтвердила эффективность разработанного режима в снижении расхода энергии по сравнению с режимом при положительной загрузке привода по моменту прокатки (отставание) на 8.2 % . а в сравнении с прокаткой в генераторном режиме двигателя клети (опережение) - на 24.2 7.; .

8. Разработан и на широкополосном стане 2000 HL7MK внедрен способ низкотемпературной прокатки, позволяющий снизить расход условного топлива и повысить качество прокатываемых полос за счет умещения поля их, разнотолнинности. Экономический эффект от внедрения способа составил 91 тыс. рублей ь год.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Распределение нагрузки по линии 1ШЕ горячей прокатки по критерию минимума энергозатрат/ С. Л Коцарь, Б. А. Поляков. В. М. Басуров, Н.Э. Третьякова// в кн.: Тезисы докладов Всесоюзной науч.-техн. конф. "Задачи - технического перевооружения листопрокатного производства". Днепропетровск, сентябрь. 1987г. -М.: ЩШИТЭИЧМ, 1987.-С. 5.

2. Д.с. 1431880 (СССР), МКИ В21В 1/26. Способ непрерывной горячей прокатки полос/ С. Л Коцарь. Б. А. Поляков. Е 3. Третьякова и др. Залвл. 23.03.87,- N4214632; опубл. 22.07.88. Бюл. Н 39.

3. Подсистема автоматизированного учета энергозатрат при прокатке на широкополосном стане горячей прокатки/ Б. А. Поляков, it 3. Третьякова. P.O. Перельман, ЕМ. Басуров// в кн.: Тезисы докладов VI Всесоюзной науч. -техн. конф. " Опыт создания специального программного обеспечения АСУТГГ. Черновцы, ноябрь. 1988г. -М.: ИНООРМПРИБОР. 1988.-Вып. 6-7. -С. 62-63.

4. А. с. 1458036 (СССР), МКИ В21В 1/22. Способ горячей прокатки на широкополосном стане/ С. А. Воробей. Л В. Тимошенко, ЕЗ. Третьякова и др. Заявл. 27.07.87. - N124383; опубл. Бюл. К 6,1989.

5. Коцарь С. Л. , Третьякова Е 3. Снижение энергозатрат на непрерывном широкополосном стане горячей прокатки// в кн.: Теория и практика тонколистовой прокатки. -Воронеж: ВорПИ, 1989. -С. 62-67.

6. Коцарь С. Л. , Третьякова Е 3. Снижение -энергозатрат при листовой прокатке с натяжением // в сб.: Теория и технология производства лг.стов ого проката. -U.: Металлургия, 1901. -С. 60-63.

7. Оценка эффективности совмещения процессов прокатки и редуцирования слябов на ШСГП 2500/ RE Оробцев, P.O. Перельман, О. Е. Таллер, ЕЗ. Третьякова, A.JL Остапенко, ЯЕ Коновалов// Сталь, 1991. -N' 10. -С. 36-40.