Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ технологических требований к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка МНЛЗ 10
1.1. Технологические характеристики машины непрерывного литья заготовок криволинейного типа 11
1.2. Технологические особенности роликовой проводки зоны вторичного охлаждения МНЛЗ 15
1.3. Анализ технологических требований к электроприводу тянущих роликов МНЛЗ криволинейного типа 18
1.4. Техническая характеристика типового электропривода тянущих роликов 23
1.5. Анализ дефектов непрерывнолитых заготовок, образующихся на криволинейном участке МНЛЗ 30
Выводы 36
ГЛАВА 2. Влияние электропривода тянущих роликов криволинейного участка мнлз на качество заготовки 38
2.1. Исследование качества непрерывнолитых заготовок 39
2.2. Исследование растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов на криволинейном участке МНЛЗ 44
2.3. Статистический анализ влияния электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО на качество внутренней структуры непрерывнолитых заготовок 54
Выводы 57
ГЛАВА 3. Исследование целесообразного распределения моментов нагрузки электродвигателей тянущих роликов на криволинейном участке ЗВО 58
3.1. Математическая модель расчета растягивающих напряжений в слитке от разгиба заготовки на криволинейном участке ЗВО 60
3.2. Расчет распределения допустимых продольных усилий создаваемых в слитке электроприводом ТПУ на криволинейном участке ЗВО 65
3.2.1. Исследование влияния технологических факторов на распределение допустимых продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов криволинейного участка 71
3.3. Методика расчета требуемого по технологии распределения моментов между электродвигателями тянущих роликов криволинейного участка ЗВО 77
3.4. Анализ требуемого по технологии распределения моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов 81
Выводы 91
ГЛАВА 4. Разработка системы автоматического управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО МНЛЗ 93
4.1. Обоснование выбора силовой части электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО 94
4.2. Разработка функциональной схемы автоматизированного электропривода тянущих роликов криволинейного участка зоны вторичного охлаждения МНЛЗ 104
4.3. Алгоритм управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО 107
4.4. Требуемое распределение токов нагрузки и продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов криволинейного участка, при использовании разработанной системы управления электроприводом 116
4.5. Экспериментальная оценка влияния продольных усилий, создаваемых в слитке на криволинейном участке ЗВО электроприводом ТПУ, на качество заготовок 119
Выводы 124
Заключение 126
- Технологические особенности роликовой проводки зоны вторичного охлаждения МНЛЗ
- Исследование растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов на криволинейном участке МНЛЗ
- Расчет распределения допустимых продольных усилий создаваемых в слитке электроприводом ТПУ на криволинейном участке ЗВО
- Алгоритм управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО
Введение к работе
Основным и безальтернативным способом поучения заготовок для листового и сортового проката в последние десятилетия является способ разливки стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Применение непрерывной разливки стали на МНЛЗ позволило организовать высокопроизводительный процесс получения заготовок, пригодных для их непосредственного использования на листовых и сортовых прокатных станах. При этом за счет сокращения металлургического цикла получения проката снижаются себестоимость продукции, расход электрической энергии и топливно-энергетические затраты и повышается выход годного металла из жидкой стали [1,2].
С каждым годом в черной металлургии растет количество МНЛЗ. В настоящее время в мире насчитывается немногим более 500 слябовых МНЛЗ, на долю которых приходится около 60% отливаемых заготовок [3]. В промышлен-но-развитых странах, таких как Япония, США, Италия и Германия доля стали, разливаемой методом непрерывной разливки уже превышает 90%. В России доля заготовок, получаемых на МНЛЗ, в 2000 г. составила 56,3% и по прогнозу к 2005 г. достигнет 75% в общем объеме производства стали [2, 4, 5].
Конструкция машин непрерывно совершенствуется в направлении повышения качества заготовок и их производительности. Однако из-за характерных особенностей технологии непрерывной разливки стали на МНЛЗ, таких как высокая интенсивность охлаждения слитка, его деформации от разгиба на криволинейном участке зоны вторичного охлаждения (ЗВО) и кристаллизации в процессе движения заготовки, в теле последней образуются специфические дефекты макроструктуры. Причем, с увеличением скорости разливки количество и степень развития дефектов увеличиваются, что является причиной ограничения скорости литья заготовки и производительности МНЛЗ [1, 2].
Среди всего многообразия технологических, конструктивных, термических и электротехнических факторов, определяющих качество непрерывнолитой заготовки, выделяют механическую схему разгиба заготовки на криволинейном
участке ЗВО и схему приложения к слитку тянущего усилия, формируемую электроприводом тянуще-правильного устройства МНЛЗ. В технической литературе приведены результаты многочисленных исследований влияния в отдельности указанных факторов на качество литой заготовки, разработаны кон-кретные рекомендации по ограничению растягивающих продольных усилий от разгиба заготовки (многоточечная схема разгиба по специальной кривой) и продольных усилий, формируемых в слитке электроприводом тянуще-правильного устройства (ТПУ) в процессе его вытягивания из ЗВО (целесообразное распределение общего момента (тока) нагрузки электропривода ТПУ по электродвигателям тянущих роликов) [6, 7]. Вопросы же влияния именно электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО на качество непре-рывнолитых заготовок, тем более при совместном действии указанных факторов, рассмотрены весьма недостаточно. Отсутствуют методика оценки растягивающих продольных усилий, возникающих в слитке в результате разгиба заготовки, анализ их изменения вдоль криволинейного участка ЗВО и исследования возможности компенсации этих усилий (напряжений) средствами электропривода тянущих роликов. Кроме того, отсутствует конкретная информация об уровне ограничения продольных усилий, формируемых в слитке электроприводом ТПУ, и его изменения вдоль криволинейного участка ЗВО с позиций ограничения растягивающих напряжений на фронте кристаллизации слитка.
Создание эффективной системы управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО позволит улучшить качество макроструктуры заготовок и, следовательно, повысит производительность МНЛЗ.
В связи с изложенным, целью настоящей работы является разработка электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО МНЛЗ, обеспечивающего улучшение качества макроструктуры непрерывнолитых заготовок за счет ограничения на требуемом по технологии уровне растягивающих напряжений в теле кристаллизующейся заготовки при ее разгибе.
Достижение поставленной цели потребовало решения в диссертационной работе следующих основных задач:
анализа технологических требований к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО с позиций ограничения продольных усилий в слитке и возможности их реализации существующими системами электроприводов;
оценки влияния электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО на качество макроструктуры непрерывно литого слитка;
создания методики расчета требуемого по технологии распределения моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов криволинейного участка ЗВО;
коррекции технологических требований к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО с позиций ограничения растягивающих напряжений в кристаллизующемся слитке в зоне его разгиба;
разработки технических средств и алгоритмов управления автоматизированным электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, обеспечивающих за счет целесообразного распределения моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов ограничение на требуемом по технологии уровне растягивающих напряжений в кристаллизующемся слитке.
Научная новизна проведенных исследований заключается в разработке и технической реализации требований к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка МНЛЗ с позиции ограничения на требуемом по технологии уровне растягивающих напряжений в слитке в зоне его разгиба.
В первой главе диссертации проанализированы технологические особенности МНЛЗ криволинейного типа. Выполнен анализ технологических требований к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО и способов их реализации в существующих схемах силового питания электропривода ТПУ. Анализ показал, что ни в одной из существующих систем управления электроприводом ТПУ не учитываются специфические особенности вытягивания слитка на криволинейном участке ЗВО, обусловленные наличием в теле заготовки по малому радиусу дополнительных растягивающих продольных напряжений от ее разгиба, которые приводят к образованию в теле слитка допол-
8 нительных дефектов макроструктуры.
Выполнено исследование дефектов непрерывнолитых заготовок, образующихся на криволинейном участке МНЛЗ. Показано, что совместное воздействие на слиток напряжений от разгиба заготовок на криволинейном участке ЗВО и продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом ТПУ, являются причиной образования в теле слитка перпендикулярных и гнездообразных трещин. Причем, частота снижения сортности заготовок, вызванная наличием гнездообразных и перпендикулярных трещин, значительна (около 2%). Поэтому необходимо провести анализ влияния распределения усилия вытягивания между тянущими роликами электропривода ТПУ на частоту возникновения перпендикулярных и гнездообразных трещин на криволинейном участке ЗВО.
Во второй главе для МНЛЗ №1-4 ОАО "ММК" проведен статистический анализ влияния продольных усилий, создаваемых электроприводом тянущих роликов ТПУ на криволинейном участке ЗВО, на качество получаемых непрерывнолитых заготовок. Установлено, что между величиной продольных усилий, создаваемых электроприводом ТПУ на криволинейном участке ЗВО, и частотой возникновения на криволинейном участке гнездообразных и перпендикулярных трещин существует тесная корреляционная связь. Причем, чем больше величина растягивающих продольных усилий, создаваемых электроприводом ТПУ на криволинейном участке, тем выше частота образования гнездообразных и перпендикулярных трещин на этом участке. Из сказанного сделан вывод о необходимости разработки методики расчета требуемого по технологии распределения продольных усилий, создаваемых электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, обеспечивающего снижение частоты образования гнездообразных и перпендикулярных трещин в теле слитка за счет ограничения суммарных растягивающих напряжений в теле слитка на уровне, не превышающем предел прочности стали.
В третьей главе составлена математическая модель расчета растягивающих напряжений в слитке от разгиба заготовки на криволинейном участке ЗВО для технологических условий и параметров МНЛЗ ОАО "ММК". Разработана мето-
* 9
дика расчета распределений продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, и моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов криволинейного участка, обеспечивающих ограничение суммарных растягивающих напряжений от разгиба заготовки и действия электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО на допустимом по технологии уровне. Выполнен анализ влияния технологических факторов на требуемые по технологии распределения продольных усилий от действия электропривода тянущих роликов и моментов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов криволинейного участка ЗВО. Определены конкретные технологические требования к электроприводу тянущих роли-
«
ков криволинейного участка.
В четвертой главе с целью реализации сформулированных дополнительных технологических требований к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО разработан вариант реализации электропривода тянущих роликов криволинейного участка и алгоритм управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка, реализующие технологические требования по ограничению растягивающих продольных напряжений в теле заготовки.
Результаты диссертационной работы переданы ОАО "ММК" в виде техни-
ческих заданий и использовались при выполнении хоздоговорных научно-
исследовательских работ. Основное содержание диссертационной работы
опубликовано в 11 печатных трудах, в том числе 10 статьях и материалах конференций и одном патенте РФ на полезную модель.
*
* 10
Технологические особенности роликовой проводки зоны вторичного охлаждения МНЛЗ
Тянуще-правильное устройство МНЛЗ состоит из опорных элементов -роликовой проводки 4, которая в свою очередь состоит из приводных и не приводных роликов. Приводные ролики распределены по всей длине технологического канала ЗВО и приводятся во вращение электродвигателями 5. Роликовая проводка ТПУ состоит из двух рядов роликов, обеспечивающих сохранение формы поперечного сечения отливаемой заготовки и удержание ее оболочки от чрезмерного выпучивания в межроликовое пространство под действием ферростатического давления жидкой сердцевины на всем протяжении ЗВО. Электродвигатели 5 тянущих роликов ЗВО сообщают заготовке тянущее усилие, обеспечивающее преодоление сил трения слитка при его вытягивании из кристаллизатора, трения качения роликов по слитку и трения скольжения в подшипниках опорных роликов, а также сил сопротивления вытягиванию выпучиваемой под действием ферростатического давления оболочки заготовки и постепенному разгибу слитка на криволинейном участке ЗВО из дуги, получаемой на радиальном участке, до прямой [1].
Роликовая проводка ТПУ конструктивно разделена на секции, в каждой из которых расстояние между соседними роликами и их диаметр остаются постоянными. Это делается для удобства их изготовления и настройки [11].
На современных МНЛЗ криволинейного типа закрытие лунки жидкой фазы происходит на горизонтальном участке. Разгиб заготовки на криволинейном участке происходит при наличии в центральной части кристаллизующегося слитка жидкого металла. Такая конфигурация МНЛЗ позволяет увеличить скорость разливки, за счет более мягкого режима охлаждения снизить термические напряжения в слитке, снизить растягивающие усилия в слитке и повысить качество заготовки [11].
До точки закрытия лунки жидкой фазы непрерывнолитой слиток в ЗВО представляет собой короб прямоугольного сечения, внутри которого находится жидкий металл, далее слиток движется уже полностью затвердевшим. Соответственно, температура оболочки по толщине изменяется от температуры соли-дуса стали на фронте кристаллизации (в зависимости от марки стали она составляет 1470-1550 С) до температуры поверхности, которая изменяется вдоль технологической линии ЗВО от 1100 С под кристаллизатором до 800 С перед устройством разделения слитка на мерные длины [1].
В процессе кристаллизации слитка происходит его усадка. Она компенсируется установкой стенок кристаллизатора и опорных элементов роликовой проводки с определенным наклоном [11]. Из-за неравной усадки стали различных марок с целью сохранения надежного контакта тянущих роликов ТПУ с кристаллизующимся слитком режим охлаждения выбирается в зависимости от скорости разливки и марки стали таким образом, чтобы протяженность лунки жидкого металла оставалась неизменной.
При разгибе заготовки на криволинейном участке ЗВО происходит ее деформация, причем в верхней части заготовки происходит растяжение, а в нижней - сжатие затвердевшей части слитка (рис. 1.2). В следствии того, что разгиб заготовки производится до наступления полной по сечению слитка кристаллизации жидкого металла, то под действием растягивающих усилий от разгиба заготовки в верхней части слитка образуются внутренние трещины, особенно вблизи фронта кристаллизации стали, так как в этой области, называемой зоной высокотемпературной хрупкости, металл обладает наименьшей прочностью [1, 12, 13].
Все современные МНЛЗ, спроектированные и изготовленные на ОАО "Уралмаш", основным конструктором и изготовителем слябовых МНЛЗ в Рос-сийской Федерации, странах СНГ и до недавнего времени в Европе и Азии, аналогичны, однотипны и имеют общие принципы построения как роликовой проводки, так и электропривода тянущих роликов ЗВО. До настоящего времени ОАО "Уралмаш" изготовлено 70 МНЛЗ общей производительностью 44 млн.т. в год, в том числе 38 МНЛЗ поставлены за рубеж, в такие страны, как Япония, Чехословакия, Финляндия и другие. Из 42 МНЛЗ современного криволинейного типа, 24 машины установлены на территории Российской Федерации на таких крупных металлургических комбинатах, как Магнитогорский (ОАО "ММК"), Новолипецкий (АО "НЛМК"), Череповецкий (ОАО "Северсталь"), Нижнетагильский (АО "НИКОМ"), Челябинский (АО "Мечел") и других [1, 14]. Поэтому исследования и разработки, выполненные в данной работе на конкретных МНЛЗ ОАО "ММК", актуальны и для других отечественных и зарубежных МНЛЗ криволинейного типа.
Примером типовой конструкции роликовой проводки зоны вторичного охлаждения МНЛЗ криволинейного типа, являются слябовые МНЛЗ ОАО "ММК", спроектированные и изготовленные ОАО "Уралмаш" в 1990 г. (МНЛЗ №1-3) и в 1994 г. (МНЛЗ №4). МНЛЗ ОАО "ММК" представляют собой однотипные слябовые МНЛЗ, общей производительностью 5 млн. тонн стали в год, позволяющие производить отливку слябов сечением 250x750...2350 мм со скоростью 0,2... 1,5 м/мин. Конструктивно, ЗВО МНЛЗ ОАО "ММК" разделена на 13 секций (рис. 1.3). Базовый радиус, по которому описана ось радиального участка технологического канала машины, R = 8 м [1].
Исследование растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов на криволинейном участке МНЛЗ
Известные системы электропривода ТПУ обеспечивают обязательные для непрерывной разливки стали технологические требования, такие как под-держание стабильной скорости литья заготовки независимо от изменения сопротивления вытягиванию слитка, рассредоточение приводных роликов вдоль ЗВО, плавное регулирование скорости разливки и ограничение продольных усилий, формируемых в слитке электроприводом ТПУ, за счет равномерного либо целесообразного распределения токов нагрузки по электродвигателям тянущих роликов.
Применяемые в настоящее время схемы силового питания и алгоритмы управления электроприводами тянущих роликов криволинейного участка ЗВО не обеспечивают требуемые по технологии показатели качества непрерывноли-тых заготовок по таким видам дефектов как гнездообразные и перпендикулярные трещины, так как они настроены без учета технологической особенности разливки металла на МНЛЗ криволинейного типа, а именно, наличия растягивающих механических напряжений в теле заготовки от ее разгиба и вытягивания электроприводом ТПУ через роликовую проводку ЗВО. 3. Обзор дефектов непрерывнолитых заготовок и анализ причин их образования показали, что гнездообразные и перпендикулярные трещины являются характерными дефектами заготовок и одними из самых распространенных и весьма опасных, способными вызвать снижение сортности отливаемых слябов. 4. Электропривод тянущих роликов криволинейного участка МНЛЗ является единственным фактором, способным за счет создания в слитке сжимающих продольных усилий (подпора) ограничить либо полностью компенсировать растягивающие напряжения, возникающие в слитке в результате его деформации от разгиба заготовки. 5. Анализ существующих систем и технологических требований к электроприводу тянущих роликов МНЛЗ выявили наличие следующих проблем: а) отсутствуют исследования в условиях действующих МНЛЗ значимости влияния растягивающих продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов, на дефекты непрерывнолитых заготовок, образующиеся на криволинейном участке ЗВО; б) отсутствует методика целесообразного управления средствами электро привода тянущих роликов продольными усилиями в слитке на криволинейном участке ЗВО с позиции ограничения растягивающих напряжений в кристалли зующемся слитке в зоне его разгиба; в) отсутствуют конкретные технологические требования к электроприводу тянущих роликов криволинейного участка ЗВО, а также технические средства и алгоритмы их реализации, обеспечивающие улучшение качества макрострукту ры непрерывнолитых заготовок по таким характерным для технологии непре рывной разливки видам дефектов, как гнездообразные и перпендикулярные трещины. Из проведенного обзора основных дефектов макроструктуры непрерывно-литых заготовок и анализа причин их образования следует, что на криволинейном участке ЗВО образуются весьма опасные и характерные для технологии непрерывной разливки стали гнездообразные и перпендикулярные трещины. Основными причинами их образования являются механические напряжения, возникающие в слитке от разгиба заготовки, и электромеханические тянущие усилия, формируемые в слитке электроприводом ТПУ в результате вытягивания заготовки. В технической литературе лишь констатируется факт влияния тянущих усилий на качество непрерывнолитых заготовок. Однако информации о степени влияния и статистической значимости влияния этих усилий на гнездообразные и перпендикулярные трещины в условиях действующих МНЛЗ отсутствует. Поэтому задача определения степени влияния электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО на дефекты нерерывнолитых заготовок, образующиеся в этой зоне, представляет практический и научный интерес. Поставленная задача требует решения в данной главе следующих вопросов: - выбора показателей качества литой заготовки по гнездообразным и перпендикулярным трещинам; - выбора показателей настройки электропривода тянущих роликов криволинейного участка ЗВО; - установление корреляционной связи между показателями качества и показателями настройки электропривода.
На ОАО "ММК" выполнен анализ распределения внутренних гнездообраз-ных и перпендикулярных трещин по месту их возникновения на различных ручьях МНЛЗ № 1-4 на основании данных, представленных макротемплетной лабораторией. Исследование качества проводилось за длительный период времени (более 3 месяцев) эксплуатации МНЛЗ внутри периода времени между капитальными ремонтами каждой МНЛЗ с целью обеспечения идентичных технологических условий металлургического и теплотехнического характера на каждом ручье и неизменности показателей настройки электропривода ТПУ. Общий объем выборки составил 623 пробы металла. Сравнительный анализ проводился для слябов шириной 1150-2350 мм, наиболее часто отливаемых в исследуемый период времени [45]. При исследовании не учитывались данные, полученные со слябов, отливаемых на первом ручье МНЛЗ №1, так как в это время на нем проводилось освоение разливки новых марок стали, что определило отсутствие идентичности технологических условий разливки на данном ручье относительно остальных.
По представленным макротемплетной лабораторией данным для различных ручьев МНЛЗ №1-4 строились гистограммы относительной частоты v появления трещин в секциях 1-10 ЗВО (рис. 2.1-2.7) отдельно по внешнему R и внутреннему г радиусам заготовки [29, 46]. Величина относительной частоты v появления трещин в секциях рассчитывалась как отношение числа проб металла, в которых зарегистрировано появление трещин в слитке при его прохождении в данной секции, к объему выборки iV,- проб металла, снятых со слябов данного ручья. Величина Nt указана на рис. 2.1-2.7.
Расчет распределения допустимых продольных усилий создаваемых в слитке электроприводом ТПУ на криволинейном участке ЗВО
Требуемое по технологии распределение усилий вытягивания слитка по тянущим роликам с позиции улучшения качества непрерывнолитых заготовок обусловлено индивидуальными особенностями протягивания части застывающей заготовки через роликовую проводку в каждом межроликовом пространстве криволинейного участка, а также продольными усилиями, создаваемыми в слитке электроприводом криволинейного участка МНЛЗ, исходя из условия, что суммарные механические напряжения от разгиба заготовки в рассматриваемом межроликовом пространстве и продольных усилий, создаваемых электроприводом тянущих роликов ТПУ, не должны превышать предел прочности стали. Превышение суммарных продольных усилий над пределом прочности стали на криволинейном участке ЗВО приводит к тому, что возникает вероятность образования гнездообразных и перпендикулярных трещин в теле слитка на этом участке.
Величина допустимых продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов криволинейного участка МНЛЗ, рассчитывается исходя из условия, что суммарные напряжения от разгиба заготовки и продоль-ных усилий, создаваемых с слитке электроприводом ТПУ в конкретном межроликовом пространстве, не должны превышать предел прочности стали [63, 64]: где 7НІ - напряжение от продольных усилий, создаваемых в слитке электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО в /-ом межроликовом пространстве, Н/м ; ав - предел прочности стали, Н/м .
Напряжения, возникающие в слитке под действием продольных усилий, создаваемых электроприводом ТПУ, рассчитываются исходя из того, что деформация слитка определяется на основании эквивалентного модуля упругости затвердевшей части заготовки, то есть усредненного для всех слоев слитка модуля упругости, а напряжения, возникающие вследствие этой деформации в каждом конкретном слое слитка, определяются величиной модуля упругости этого слоя Е [60]: где F(j-.iy - продольные усилия, создаваемые электроприводом ТПУ, в ((/-1),/)-ом межроликовом пространстве, Н; я,- - площадь поперечного сечения затвердевшей части заготовки в /-ом межроликовом пространстве, м2; Езі — эквивалентный модуль упругости стали в /-ом межроликовом пространстве, Н/м2.
Образование внутренних трещин происходит вблизи фронта кристаллизации стали [1]. При этом наименьшей прочностью сталь обладает в зоне высокотемпературной хрупкости. Величина предела прочности стали в этой зоне со-ставляет 0,1-0,5 МН/м , ширина зоны высокотемпературной хрупкости изменяется в интервале 40-140 С, и они зависят от химического состава стали [13, 58, 62]. При дальнейшем снижении температуры происходит резкий рост предела прочности стали [12]. Пример изменения предела прочности стали тв, напряжения от разгиба заготовки в (45-46)-ом межроликовом пространстве ар, рассчитываемого по разработанной математической модели, напряжения от натяжения сгн, создаваемого электроприводом ТПУ в (45-46)-ом межроликовом пространстве F4s-46 — 200 кН, определяемого по выражению (3.5),„и суммарного напряжения от разгиба заготовки и натяжения {ар + сгн) в зависимости от изменения температуры в поперечном сечении слитка вблизи фронта кристаллизации приведен на рис. 3.4. Расчет производился для следующих значений переменных технологических факторов: предел прочности стали в зоне высокотемпера-турной хрупкости ав = 0,35 МН/м ; ширина зоны высокотемпературной хрупкости принята ЛТхр = 80С; ширина отливаемого слитка В = 1500 мм.
Согласно рис. 3.4 в данном межроликовом пространстве напряжение от разгиба заготовки на криволинейном участке ЗВО crp = 0,44 МН/м превышает предел прочности стали ав - 0,35 МН/м на нижней границе зоны высокотемпературной хрупкости Тхр = 1410С, а наличие напряжения от растягивающих продольных усилий ун — 0,102 МН/м , создаваемых электроприводом ТПУ, приводит к тому, что суммарное напряжение от разгиба заготовки и действия электропривода тянущих роликов ТПУ ( тр + сгн) = 0,546 МН/м оказывается значительно больше предела прочности стали (в 1,56 раза), что приводит к образованию в рассматриваемом межроликовом пространстве внутренних трещин.
Таким образом, исходя из условия (3.4) получаем, что продольные усилия, создаваемые в слитке электроприводом ТПУ на криволинейном участке ЗВО, не должны превышать допустимых значений продольных усилий, которые с учетом зависимостей (3.1), (3.2), (3.5) можно рассчитать по выражению:
Алгоритм управления электроприводом тянущих роликов криволинейного участка ЗВО
В соответствии с требованием к системе управления электроприводом тянущих роликов ЗВО не вмешательства в работу существующего электропривода ТПУ в подготовительных и аварийных режимах работы МНЛЗ, сформулированы дополнительные требования к системе регулирования распределения моментов нагрузки электродвигателей тянущих роликов криволинейного участа ЗВО: 1. Система регулирования должна быть отключена во всех аварийных режимах, режимах «Ввод затравки» и «0 - режим» (рис. 1.6); 2. В режиме «Ремонтные работы» все регуляторы моментов (токов) нагрузки должны быть зашунтированы, т. е. электродвигатели должны работать на естественной характеристике; 3. В режиме «Ремонтные работы» формируется база токов холостого хода групп электроприводов радиального и криволинейного участков и электродвигателей тянущих роликов криволинейного участка ЗВО; 4. Система регулирования моментов (токов) нагрузки должна вступать в работу только в режиме «Разливка», после отделения затравки. 5. Система осуществляет регулирование моментов нагрузки только на установившейся скорости разливки при V 0,4 м/с. 6. При включении системы регулирования токов (моментов) нагрузки на всех регуляторах предварительно устанавливается /л = 100%. Далее происходит расшунтирование регуляторов моментов. После этого одновременно выполни-ется плавное синхронное увеличение напряжения на выходе тиристорного преобразователя криволинейного участка ЗВО за счет увеличения напряжения задания и уменьшение коэффициента заполнения її регуляторов моментов при условии, что напряжение на зажимах якоря электродвигателя остается неизменным. Это выполняется для обеспечения возможности регулирования токов (моментов) нагрузки электродвигателей тянущих роликов криволинейного участка как в сторону уменьшения, так и увеличения за счет изменения /л. При этом происходит переключение контактов реле К защиты ШИМ-регулятора в режим «разливка», замыкается цепь диода VD2, параллельная якорю электродвигателя и размыкается цепь защиты ШИМ - регулятора (рис. 4.3). 7. При окончании разливки система регулирования выводится из работы и все регуляторы шунтируются контактами реле К (рис. 4.3). 8. В случае срабатывания защиты якорной цепи (тепловой или максимальной токовой) отдельного электродвигателя происходит установка /л =100% и отключение ШИМ - регулятора данного электродвигателя, при этом контактами реле К замыкается цепь защиты ШИМ - регулятора и размыкается цепь диода, параллельного якорю электродвигателя.
С учетом логики смены режимов работы электропривода ТПУ (рис. 1.6), разработанной функциональной схемы (рис. 4.2) и приведенных дополнительных требований к системе регулирования распределения моментов, разработан общий алгоритм работы системы регулирования распределения токов (моментов) нагрузки электродвигателей ЗВО [48, 71, 79], состоящий из алгоритма работы вычислительных устройств ВУ1 (рис. 4.4) и ВУ2 (рис. 4.5).
При включении вычислительное устройство ВУ1 системы управления электроприводом ТПУ выходит на начало программы СТАРТ и дает команду ВУ2 на шунтирование регуляторов моментов нагрузки (РМІ) электродвигателей тянущих роликов криволинейного участка ЗВО (блок 1) и установку массива значений коэффициентов заполнения регуляторов моментов (РМі) в //,- = 100% (блок 2), обеспечивая работу электродвигателей на исходной механической характеристике.
Далее в блоке 3 проверяется активен ли признак "Ремонтные работы". Если этот признак активен, то по сигналу Up3 с пульта оператора производится создание базы токов холостого хода групп электродвигателей радиального ІХХР и криволинейного Іххк участков, а также электродвигателей тянущих роликов криволинейного участка ІХХІ (блок 4).
В блоке 5 выполняется проверка признака "Разливка". Если признак не активен, то ВУ1 переходит в режим ожидания начала "разливки" (возврат к блоку 3). Если МНЛЗ находится в режиме "Разливка", то проверяется признак "Затравка отделена" (блок 6), если нет, то происходит возврат к блоку 3. Иначе система управления переходит в режим регулирования токов (моментов) нагрузки электродвигателей. Для этого вычислительным устройством ВУ2 производится расшунтирование регуляторов моментов нагрузки (РМі) (блок 7) и одновременно выполняется плавное синхронное увеличение напряжения UdK на выходе тиристорного преобразователя ТП К криволинейного участка ЗВО за счет увеличения напряжения задания l/зк и уменьшение коэффициента заполнения jUi регуляторов моментов до 85% (рис. 4.2) при условии, что напряжение на зажимах якоря электродвигателя остается неизменным (блок 8).
Затем производится проверка нахождения МНЛЗ в режиме "Разливка" на установившейся скорости более 0,4 м/мин (блоки 9-11). Если условие не выполняется, то вычислительное устройство ВУ1 переходит в режим ожидания "разливки" на установившейся рабочей скорости (возврат к 9 блоку). Иначе, ВУ1 первоначально производит регулирование распределения токов (моментов) нагрузки групп электроприводов радиального и криволинейного участков ЗВО по известной методике, описанной в [29, 48], с учетом значения требуемой величины суммарного тока криволинейного участка YITPI, полученного на основании разработанной методики расчета требуемой величины моментов нагрузки (токов) электродвигателей тянущих роликов криволинейного участка (блок 12). Далее проверяется соответствие токов нагрузки групп электроприводов IHArj требуемым значениям (блок 13). Если условие 1НАГ] = Impj не выполняется, то процесс регулирования повторяется.
Если распределение токов (моментов) нагрузки по группам электроприводов ТПУ соответствует требуемому, то вычислительным устройством ВУ1 дается команда на начало регулирования распределения токов (моментов) нагрузки по электродвигателям тянущих роликов криволинейного участка ЗВО вычислительным устройством ВУ2 по алгоритму рис. 4.5 независимо от ВУ1, которое в это время осуществляет поддержание на требуемом уровне токов групп электроприводов радиального и криволинейного участков (блоки 9-13).
В каждом цикле регулирования токов выполняется проверка условия работы электропривода ТПУ на установившейся скорости разливке более 0,4 м/мин (блоки 15, 16) и состояния признака "Разливка" (блок 17), а также состояние признака "Окончание разливки" (блок 18). Если разливка на установившейся скорости продолжается, то цикл регулирования распределения токов (моментов) групп электродвигателей ТПУ (блоки 9-13) повторяется. Если же признак "Окончание разливки" активен, то система регулирования возвращается в исходное состояние (переход к блоку 1).
Распределение токов нагрузки между электродвигателями тянущих роликов криволинейного участка ЗВО производится вычислительным устройством ВУ2 по следующему алгоритму (рис. 4.5).
Похожие диссертации на Ограничение растягивающих напряжений в слитке электроприводом тянущих роликов криволинейного участка машины непрерывного литья
