Введение к работе
Актуальность работы. С развитием современной промышленности появилась необходимость в производстве марок стали с высокими классами прочности, способных выдерживать высокие нагрузки и работу в суровых условиях. При производстве такого рода продукции производственное оборудование (в частности станы горячей прокатки) испытывает высокие нагрузки, близкие к критическим. Поэтому, перед выпуском данной продукции, с учетом технических возможностей оборудования, необходимо рассмотреть вопросы, связанные с разработкой и применением методов, направленных на снижение энергозатрат при прокатке.
Для снижения энергозатрат при горячей прокатке известно применение смазочного материала (далее по тексту СМ). Изучение данного вопроса широко представлено в работах: Белосевича В.К., Вейлера С.Я., Горенштейна М.М., Зильберга Ю.В., Тилика В.Т., где рассматривался опыт применения, способы и схемы подачи различного СМ, а также Адамского С.Д., Грудева А.П., Килиевича А.Ф Кокрофта М.Г. и др. где разработаны общие теоретические подходы и математические модели для оценки эффективности его применения.
В настоящее время на непрерывном широкополосовом стане горячей прокатки (далее по тексту НШСГП) 2000 ОАО «ММК», на первых трех клетях чистовой группы, используется система подачи технологической смазки (далее по тексту СТС), подающая жидкий, минерального происхождения СМ на поверхность опорного валка со стороны выхода металла из клети.
Одним из существенных недостатков в работе СТС является отсутствие взаимосвязи между количеством подаваемого СМ и свойствами прокатываемого материала. Вследствие чего, СТС эксплуатируется в ограниченном режиме, а снижение энергозатрат не существенно и составляет 3....6 %.
Анализ вышеперечисленных работ показал, что для схемы применения СТС в условиях НШСГП 2000 ОАО «ММК» отсутствуют методики, позволяющие оценить влияние СМ на снижение энергозатрат в системе «полоса-валок-клеть кварто»; отсутствуют математические подходы для определения расхода СМ с учетом специфики производства и свойств прокатываемого материала.
Поэтому исследования, направленные на разработку математических моделей, описывающих взаимодействие в системе «полоса-валок-клеть кварто», с учетом особенностей существующей СТС для поиска рекомендаций и определения расхода СМ, с целью снижения энергозатрат при прокатке, являются актуальными.
Цель исследования. Снижение энергозатрат при широкополосной горячей прокатке, на основе математического моделирования энергосиловых параметров клети кварто и выбора эффективных режимов подачи смазочного
4 материала. Для реализации указанной цели в работе последовательно решаются следующие задачи:
Определить влияние СМ на энергосиловые параметры процесса горячей прокатки путем экспериментальных исследований.
Разработать математическую модель процесса горячей прокатки с учетом особенности схемы подачи СМ.
Разработать математическую модель по определению расхода СМ и провести теоретические исследования влияния расхода СМ на энергосиловые параметры при прокатке.
Разработать технологию и выбор эффективных режимов смазывания валков с целью снижения энергозатрат, провести оценку экономической эффективности предлагаемых решений.
Научные результаты, выносимые на защиту. Лично автором:
Предложена классификация сходного по свойствам прокатываемого сортамента на группы энергоэффективности, заключающаяся в объединении сходного по энергозатратам прокатываемого материала, с целью разработки технологии и рекомендации, повышающих энергоэффективность широкополосной горячей прокатки, путем выбора эффективных режимов подачи СМ.
Разработана и предложена методика расчета энергосиловых параметров процесса горячей прокатки с применением СМ, дополненная коэффициентом, позволяющим оценить влияние СМ на снижение энергозатрат при прокатке.
Разработана математическая модель, позволяющая определить расход СМ в зависимости от: технических особенностей СТС, технологических параметров процесса горячей прокатки и свойств прокатываемого материала.
Научная новизна результатов исследования заключается в следующем:
Для условий широкополосной горячей прокатки с применением СМ впервые предложена классификация прокатываемого металла по геометрическим и реологическим характеристикам, объединяющая сходный прокатываемый сортамент в группы энергоэффективности, позволяющая произвести оценку влияния данных свойств на потребление удельного расхода энергии.
Методика энергосилового расчета процесса горячей прокатки на НШСГП впервые дополнена коэффициентом влияния СМ (к'см). На основе регрессионного анализа установлены численные значения данного коэффициента в зависимости от групп энергоэффективности k'CM = 2,17 ... 2,52.
3. Для определения эффективных режимов смазывания валков при широко
полосной горячей прокатке на основании методик Адамского С.Д., Грудева
А.П., Килиевича А.Ф, произведено уточнение уравнения баланса расхода
СМ, отличающееся тем, что учитываются конструктивные особенности СТС
и свойства прокатываемого материала на основе предложенных групп энер
гоэффективности.
5 Практическая значимость работы заключается в следующем:
Определены эффективные режимы смазывания валков для каждой из предложенных групп энергоэффективности, в зависимости от технологических параметров горячей прокатки на широкополосном стане.
Разработан алгоритм, позволяющий произвести интеграцию СТС с АСУ ТП стана, для оперативной корректировки расхода СМ в зависимости от групп энергоэффективности.
Разработан ряд программных продуктов по определению количества СМ в зависимости от технологических параметров горячей прокатки на широкополосном стане и групп энергоэффективности. Программы для ЭВМ защищены свидетельствами о Государственной регистрации.
Предложенные мероприятия рекомендованы к использованию на НШСГП 2000 ОАО «ММК», на что получены соответствующие акты.
Совершенствование существующих математических моделей по определению расхода СМ при горячей прокатке позволит снизить токовые нагрузки на двигатель главного привода и уменьшить удельный расход энергии при прокатке в среднем на 5...9%.
Внедрение разработок на НШСГП 2000 в ЛПЦ №10 ОАО «ММК» позволит сэкономить порядка 1889 тыс. рублей в год.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
В диссертационной работе:
Произведено изучение связей в системе «полоса-валок-клеть «кварто» при продольной широкополосной прокатки с применением СМ, позволяющее снизить энергозатраты при работе прокатного стана, что соответствует формуле специальности 05.02.09. «Технология и машины обработки давлением».
Проведены исследования направленные на оценку напряженного состояния инструмента, рассмотрено влияние СМ на технологию широкополосной продольной прокатки заготовок, что соответствует п.5,7 области исследования.
Диссертационная работа соответствует паспорту специальности: 05.02.09. «Технология и машины обработки давлением». Технические науки.
Апробация работы. Основные положения работы представлены: на 67 -69 межрегиональных научно - технических конференциях «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» Магнитогорск, ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г.И.Носова» 2009 - 2011г., конференции молодых специалистов ОАО «ММК» 2009 - 2011г., VI-ой международной научно - практической конференции «Интеллект молодых - производству» Украина, Ново-краматорск 2010г., Четвертом международном промышленном форуме, Челябинск 2011, VHI-om международном конгрессе прокатчиков, Магнитогорск 2010г., XVII -ой Петербургской технической ярмарке «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции. HiTec 2012», Санкт-Петербург 2012г. (с присуждением серебряной медали и диплома за лучший исследовательский про-
ект), XV-ом Московском международном Салоне изобретений «Архимед», Москва 2012г.
Публикации. По теме работы опубликовано 12 печатных работ в научно - технических изданиях, 5 из которых рекомендованы ВАК, получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение, список литературы и приложения. Объем работы составляет 163 страницы машинописного текста, в том числе: 55 рисунков, 20 таблиц, 4 приложения. Объем библиографии составляет 119 наименований.
