Содержание к диссертации
Введение
1. Разработка методики и комплексной экономико-математической модели для исследования и оптимизации процессов горячей прокатки полос 16
1.1. Разновидности исследовательских и оптимизационных задач 16
1.2. Виды и целесообразная сложность и точность математических моделей . 20
1.3. Общее описание алгоритма экономико-математической модели. 25
1.4. Подробное описание алгоритма экономико-математической модели 30
1.5. Описание алгоритма для расчета напряжения течения металла 42
1.6. Алгоритм для расчета формирования микроструктуры металла 46
1.7. Порядок использования моделей и программы 51
1.8. Заключение 52
1.9. Основные результаты и выводы по главе 1 53
2. Исследование и анализ процессов горячей прокатки полос 55
2.1. Описание исследованных станов горячей прокатки полос 55
2.2. Анализ технологических процессов горячей листовой прокатки на основе пассивных экспериментов и расчетов 58
2.2.1. Особености горячей прокатки тонких полос 60
2.2.2. Особености горячей прокатки толстых полос 79
2.3. Исследования возможностей управления температурой конца прокатки на ШПСГП 84
2.4. Исследование динамики образования продольной разнотолщинности и методов повышения точности прокатки 95
2.5. Теоретические и экспериметнальные исследования формирования структуры металла 103
2.6. Исследование технологических режимов прокатки полос в черновых группах клетей 111
2.7. Анализ технологической эффективности применения экранирования металла на ШПСГП . 116
2.8. Системный анализ взаимозависимостей между технологическими решениями, сортаментом и конструкцией ШПСГП 122
2.9. Основные результаты и выводы по главе 2 128
3. Оптимальные решения для повышения эффективности горячей листовой прокатки 133
3.1. Оптимальные решения для переднего конца полосы 133
3.1.1. Разработка алгоритма для отыскания оптимальной начальной настройки (Set-up) комплекса МНЛЗ-ШПСГП 133
3.1.2. Оптимальные технологические решения для комплекса "МНЛЗ-ШПСГП 2000" НЛМК 146
3.1.3. Оптимальные технологические решения для комплекса "Слябинг-ШПСГП 1700" КМК 175
3.1.4. Оптимизационные исследования для стана-2400 Nippon Kokan 188
3.1.5. Оптимизация температурно-деформационно-скоростных режимов прокатки комплекса "печи-толстолистовой стан 2300" 193
3.2. Разработка оптимальных режимов прокатки по длине полосы 202
3.3. Разработка методики планирования перевалок рабочих валков при горячей прокатке полос 215
3.4. Анализ некоторых характеристик ШПСГП 228
3.5. Основные результаты и выводы по главе 3 254
Основные выводы 257
Список использованных источников 263
Приложение
- Виды и целесообразная сложность и точность математических моделей
- Анализ технологических процессов горячей листовой прокатки на основе пассивных экспериментов и расчетов
- Анализ технологической эффективности применения экранирования металла на ШПСГП
- Разработка оптимальных режимов прокатки по длине полосы
Введение к работе
Процессы горячей прокатки стальных полос являются одними из основных в черной металлургии, Эти процессы и технологические решения влияют на физико-механические свойства, на состояние поверхности и на; другие показатели качества около 60-70% продукции отрасли. В то же время в значительной степени определяют технико-экономические показатели и эффективность работы листовых комплексов. Все это обуславливает актуальность и важность вопросов, направленных на повышение эффективности горячей листовой прокатки. Проблемма эффективности включает в себя ряд важных задач: экономия энергии, металла и материалов; увеличение производительности, отдельных агрегатов, участков, звеньев, потоков; улучшение качества полос по физико-механическим показателям, по состоянии поверхности, формы и профиля; по автоматизации и* управлению процессами. Этим вопросам посвящено множество монографий, статьей, докладов, авторских свидетельств, диссертации и др, крупных советских, российских и зарубежных ученых и специалистов.
Ученые А.И.Целиков, А.П.Чекмарев, П.И.Полухин, Н.Н.Дружинин, А.Б.Челюсткин, В.П.Полухин, Ю.Д.Железнов, М.М.Софьян посвещают свои труды фундаментальным теоретическим вопросам и эффективным решениям [1-11]. Множество работ ученых С.Е.Рокегян, О.Н.Сосковец, Ю.Ф.Шевакин, Г.В.Ашихмин, Г.Г.Григорян, Р.Л,Шаталов, Ю.А.Мухин, Ю.В.Коновалов и др. рассматривают вопросы теории и технологии прокатки [12-33].
Развитие теории прокатки, усовершенствование технологических режимов, разработка основ, систем регулирования, автоматизации и управления процессами, повышение эффективности работы листовых потоков невозможно без разработки методик расчета технологических параметров и математических моделей различных: процессов листовой прокатки. Из-за важности этой области научных разработок и благодаря очень быстрому развитию ЭВМ и персональных компютров в последние
десятилетия большая доля работ посвящена моделированию [7,34-63]. Первые разработки комплексной экономико-математической модели горячей листовой прокатки были реализованы в Институте проблем управления АН СССР, МИСиС, ЛПИ А.Б.Челюсткиным, Ю.Д.Железновым, Г.Г.Григоряном, Я.С.Масальским, РЛ.Шаталовым и автором настоящей диссертации. Располагая теоретическими разработками, технологическими решениями, все более мощными ЭВМ и моделями процессов ударение научных и практических работ было поставлено на развитие датчиков, создании алгоритмов, автоматизированных систем для регулирования, управления и оптимизации листовых потоков [5,6,11,64-88].
Важное место в научных исследованиях занимают вопросы качества горячекатаной полосы по структуре [89-103], профилю, форме и поверхности [104-124]. Для обеспечения требуемого качества полос по геометрии и поверхности необходим анализ нагрузок клетей [125-128]: и профиля и> качества валков [129-142]. Ряд публикаций посвящен вопросам повышения производительности агрегатов и станов [143-150]. Решение вопросов технологии и оптимизации процессов листовой прокатки связано со схемой расположения оборудования станов и с развитием отдельных агрегатов и-всего комплекса [151-169]. В опубликованных работах российских и зарубежных авторов в области горячей прокатки полос специальное внимание уделяется сохранении тепла металлом по линии стана, экономии энергии и возможностям подогрева раската или только его кромок [170-184], Много творческих усилии ученых и специалистов направлены на решение проблем, связанных с горячим посадом слябов в методические печи, с совмещением процессов литья и-прокатки, с возможностью реализации прямой прокатки (без нагрева слябов) и др. [185-198].
При выполнении настоящей диссертационной работы автор опирался, учитывал и использовал тот огромный: объем знаний, накопленных в вопросах теории, моделирования, технологии, промышленных и конструкторских решениях по листовой прокатке. Это позволило в работе
уточнить некаторые методы повышения эффективности горячей прокатки полос и разработать новые методики и решения. Теоретические, технологические и научно-приложные работы, включенное в диссертацию, выполнены автором на протяжении более 30 лет, начиная; с дипломного проекта (МИСиС 1972 г.) и кандидатской диссертации (МИСиС 1975 г.).
При проведении многолетних исследований автор придерживался следующей схемы работ:
1. Анализ существующих технологических решений на действующих листовых потоках;
2,Разработка методики и модели в качестве инструмента для исследования и оптимизации процессов горячей прокатки полос;
3.Теоретический анализ различных технологических решений и взаимозависимостей параметров прокатки;
4.Разработка оптимальных технологий и рациональных-конструктивных решений;
5.Внедрение разработанных решений на действующих листовых потоках.
Многие из идей и технологических решений, полученных в процессе исследовательской работы будучи оригинальными и считаясь не очень, приемлимыми на момент их публикации, в течении: времени становились логичными и. развивались в работах ряда других ученых и специалистов[44Ь].
Виды и целесообразная сложность и точность математических моделей
Существуют, три типа математических моделей исследуемого (управляемого) объекта [7, 39,159]: а) модели, составленные на основе некоторых общих предположенийотносительно характера протекания исследуемого процесса сиспользованием минимально необходимого объема экспериментальныхданных;б) статистические модели, составленные на основеэкспериментальных данных протекания процесса и устанавливающиекорреляционные связи между его параметрами;в) модели, составленные самим комплексом, который управляетпроцессом на основе наблюдений в рамках определенного периодавремени (время для обучения управляющего комплекса).
Модели первого типа эффективны, когда, зависимости между параметрами моделированного явления поддаются достаточно полному анализу, а вычислительные возможности ЭВМ позволяют имитировать процесс. Эти модели достаточно универсальны, так как с их помощью с одинаковой точностью можно моделировать .несколько процессов, описываемых одними и теми же уравнениями в большом диапазоне изменения их параметров.. Их основной: недостаток состоит либо в исключительной сложности математического описания, либо в недостаточной точности при относительной простате описания.
Модели второго типа, и аналогичные им по структуре модели третьего типа обычно используются в тех случаях, когда моделируемый процесс сложен и недостаточно изучен на уровне математического описания. Тогда возникает альтернатива: проводить продолжительные и дорогие исследования чтобы создать универсальную модель первого типа или; после исследования процесса составить систему экспериментальных зависимостей «вход-выход», которые хотя и справедливы только в узком диапазоне, исследованном при эксперименте, получаются сравнительно быстро и вычисления с их помощью дают достаточно хорошее совпадение с измеренными характеристиками и параметрами процесса. Существенным недостатком этого типа моделей, кроме очевидно узкой области применения является и то, что они могут быть созданы только для реально существующего процесса, доступного для экспериментального изучения, например, процесс прокатки полосы на стане с измерительной и регистрирующей аппаратурой. Для впервые разрабатываемых технологий, схем конструкции агрегатов и станов этот метод составления непригоден.
При исследовании процессов горячей прокатки стальной полосы и разработке, алгоритмов управления станами применяются модели трех типов, так как эти процессы достаточно хорошо изучены теоретически, а многолетняя практика прокатки полос позволяет создать различные корреляции на основе наличного экспериментального материала.
При выборе модели для исследования процессов прокатки и управления станами необходимо определить требования, на которые они должны отвечать. Некоторые из основных требований к моделям являются:1. Достаточная точность предсказания. Для моделей, использованных в алгоритмах управления не требуется максимальная точность, [6, 7, 11]. При разработке технологий и их управления нет необходимости в том, чтобы модели имели меньшую погрешность, чем неконтролируемое рассеивание исходных данных (переменных процесса). Для этой цели нужен аппарат, позволяющий оценить, сделать вывод о степени точности модели;2. Быстродействия алгоритма, реализующего модель. Время реализации вычислений целесообразно ограничивать только сверху, т.е. ЭВМ должна успевать обрабатывать информацию до момента ее использования при управлении процессом. С развитием ЭВМ объем обрабатываемой информации многократно возрастает, но с нарастанием требований к системе управления и углубления их области применения сужается допустимое время на обработку этой информации;3. Максимальная простата. Даже при различной точности двух моделей, особенно при управлении агрегатами и процессами, который предпочтительнее тот, -уте проще. ЭВМ на много легче справляется с логически простыми циклическими процедурами. Такой вариант более желателен даже если упрощение логики требует значительного увеличения итераций и алгоритмических операций. При создании математической модели, прежде всего, необходимо определить какие параметры процесса прокатки она должна моделировать. При разработке оптимальных режимов прокатки и эффективного использования каналов управления необходимо вычислять энерго — силовые параметры прокатки, так как от них зависят: максимальная производительность, температурный режим прокатки, расход энергии и валков, допустимые размеры полосы и сляба т.д. Определение энерго -силовых параметров прокатки базируется на расчете изменения температуры металла на каждом участке рольганга ив каждой клети. Следовательно, при решении задач выбора оптимального режима прокатки необходимы и достаточны: 1. математическая модель изменения: температуры металла в линии стана; 2. модель расчета-сопротивления металла деформации; 3. имея. модели 1 и 2 можно определять силу, момент, мощность и энергию прокатки в каждой клети и в любой точке по длине раската. В большинстве случаев, когда решаются задачи в рамках листового потока, достаточно очаг деформации рассматривать как точку; Для вычисления изменения толщины, разнотолщинности и плоскостности полосы необходимо оценивать также эластическую деформацию валковой системы и клети. При разработке и при использовании уже созданных моделей необходимо учитывать для каких целей они: предназначены. Хотя все модели служат для предсказания значений параметров процесса, процесса прокатки, то очень важно это предсказание используется для создания систем регулирования и управления процессами в реальном масштабе времени (on-line) или для разработки режимов начальной настройки стана (set-up). При оценке результатов применения моделей необходимо иметь в виду, что значительная часть исходных данных известна только приблизительно, что приборы, измеряющие технологические параметры реального процесса имеют свою погрешность — например не менее 1 % для
Анализ технологических процессов горячей листовой прокатки на основе пассивных экспериментов и расчетов
В процессе горячей прокатки на современных непрерывных широкополосных станах НШПЄ решаются две основные проблемы - получение качественной готовой продукции и: повышение эффективности производства. [8,16,24,27,91,96,104,105,108,231-249]
Качество полосового горячекатаного металла определяется такими характеристиками, как физико-механические свойства и геометрия полосы. Физико-механические свойства определяются структурой- прокатываемого, металла, которая формируется в процессе прокатки и определяет свойства металла: не только после горячей, но и холодной деформации. Структура горячекатанной продукции.определяет также возможность ее непосредственного использования для глубокой вытяжки.
Под геометрическими характеристиками качества понимаются: состояние поверхности, геометрия продольного и поперечного профилей, а также форма полосы (или, как принято говорить, ее непланшетность).
Задача повышения эффективности работы современных ШПСГП горячей прокатки не случайно является; острой. Технический прогресс в прокатном производстве связан с укрупнением участков ШПСГП, их удорожанием, увеличением мощности станов горячей прокатки. В этих условиях согласованность работы отдельных звеньев оказывает значительное влияние на эффективность производства в целом.
Решение рассматриваемых проблем в значительной степени усложняется тем, что они взаимно противоречивы, улучшение работы ШПСГП по одному откритериев приводит, как-правило, к ухудшению ряда других показателей. В качестве примера уместно рассмотреть следующие ситуации:
Известно, что умеренные темпы ускорения (0,005-0,08м/с2) непрерывной группы клетей НШПС стабилизируют температуру конца прокатки Ткп по длине полос, что является одним из основных технологических требований, стабилизируют усилия прокатки в клетях по длине раскатов, облегчая процесс прокатки и обеспечивая требуемый профиль полос. Но при таких скоростных режимах значительно не дои спользуются скоростные возможности стана - для тонких полос 1,2-3,0мм примерно на 30-40%, для более толстых - на 40-80%. Значительные ускорения непрерывной группы стана с металлом в валках приводят к увеличению производительности, однако, в результате этого, резко повышается температура конца прокатки задних участков полосы, что приводит к неравномерности микроструктуры, а значит, и физико-механических свойств по длине полосы.
По причинам, обусловленным конструктивными особенностями оборудования по линии стана и условиями прокатки, головая часть полосы прокатывается на пониженной скорости. В результате этого, при прокатке тонких полос температура конца прокатки (Ткп) головного участка полос оказывается ниже нормы. Для увеличения температуры конца прокатки головной части полосы предлагается; увеличить температуру металла на выходе из черновой группы клетей стана. Действительно, увеличение температуры полосы в черновой группе приведет к увеличению Ткп головного участка: полосы на выходе из чистовой группы стана. Однако, увеличивается и Ткп задних участков и, как-показали результаты моделирования, это увеличение. будет сопровождаться уменьшением ускорения полос после захвата металла моталкой, в результате чего производительность непрерывной группы стана падает.
Для уменьшения продольной разнотолщинности полос, прокатываемых на непрерывных широкополосных станах горячей прокатки, используются регуляторы толщины, установленные на отдельных клетях непрерывной группы стана. При наличии возмущений (например, при изменении температуры раската) изменяется давление металла на валки клети, нажимные устройства, перемещая прокатные валки в вертикальной плоскости, компенсируют приращение толщины. При этом меняется давление металла на валковую систему, в результате чего,последняя прогибается и возрастает поперечная разнотолщинность полосы. Таким образом, в результате компенсации системой автоматического регулирования продольной разнотолщинности формируется поперечная разнотолщинность.
Следствием этого является неравномерность вытяжки по длине бочки валка, которая может привести к потере плапшетности полосы в междуклетевых промеждутках и на выходе из непрерывной группы стана.
Учитывая вышесказанное, при анализе режимов работы: НШПС и возможных путей их совершенствования, необходим комплексный подход к проблеме обеспечения качества горячекатаной полосы и повышения эффективности их производства.
Значительное уменьшение прокатываемой толщины на совремнных непрерывных широкополосных станах горячей прокатки вызывает трудности, связанные с необходимостью соблюдения температурного режима прокатки полос различной толщины. Температурные условия прокатки определяют энергосиловые параметры работы электрооборудования, окалинообразование и состояние поверхности готовых полос, качество профиля и формы листов, расход валков и т.д. Уровень температуры металла при прокатке в непрерывной группе и особенно температура конца прокатки являются одними из основных факторов, определяющих структуру горячекатаного металла.
Известно, что.для получения качественной структуры металла прокатку надо заканчивать при температуре, соответсвующей, аустенитной области [8,89]. Считается, что температура конца прокатки должна быть на 15 град выше границы т «-превращения, т.е. с точки зрения получения горячекатаных полос с хорошими физико-механическими свойствами необходимо строгое соблюдение температурного режима прокатки.
Температурный режим прокатки на непрерывных широкополосных станах определяется рядом факторов: нагревом слябов в.печах, скоростями прокатки и транспортировки раската, распределением обжатий по клетям, работой установок гидросбива окалины и огневой зачистки, толщиной сляба и готовой полосы, конструкцией стана. Такие параметры, как скорость прокатки, режим обжатий, температура металла на различных участках стана, в значительной степениопределяются в зависимости от нагрузки прокатных клетей и электродвигателей, поэтому при изучении температурного режима прокатки на непрерывных широкополосных станах без учета всего комплекса факторов,, которыми он определяется и от которых зависит, нельзя получить правильную картину существующих проблем и резервов их решения при прокатке различного сортамента.Для изучения работы ШПСГП 2000 НЛМЗ и 1700 КМК провели исследование режимов прокатки и нагрева металла в методических печах (Рис.2.3).
Анализ технологической эффективности применения экранирования металла на ШПСГП
В работах [65, 172, 174, 260, 295] показана возможность реализации экранирования раската, на рольгангах непрерывных широкополосных станов горячей прокатки и его техническая эффективность. В диссертации рассматривается технологическая. целесообразность применения экранирования и его зависимость от характера скоростного режима деформации и прокатываемого сортамента.
Экранирование горячего металла предназначено для уменьшения потерь тепла лучеиспусканием и улучшения температурного режима деформации полос. Последний в свою очередь, как известно, является функцией также скоростного режима прокатки, толщины полосы, температуры сляба и т.д. Поэтому для определения влияния экранирования на технико-экономическиехарактеристики работы непрерывных широкополосных станов необходимо совместное исследование указанных факторов.
Современные ШПСГП располагают отражательными экранами на промежуточном рольганге и на всей черновой линии [65, 230, 298-301]. В некоторых случаях экранирование сочетается с индукционным подогревом раската или только его кромок [228,230, 298].
В связи с этим, учитывая сложность, противоречивость, спорность ив некоторых случаях даже взаимонедопустимость различных технологических решений, необходимо проанализировать влияние экранирования на технологические режимы прокатки полос и возможности его использования для повышения ее эффективности.
Известно всем технологическое требование:а) обеспечить необходимую температуру, конца прокатки Ткп переднегоконца полосы на выходе из чистовой группы клетей стана;б) поддерживать постоянство Тк„ по длине полосы в рамках отклоненийДТкп В сумме нестабильность Ткп и ЛТкп в рамках одной марки стали определенного предназначения не должна превышать приблизительно 30 С.
Однако, выполнение вышеуказанных технологических требований еще не означает эффективное ведение процесса прокатки. Один и тот же температурный режим прокатки можно обеспечить различными технологическими решениями и управляющими воздействиями. Т.е. здесь есть условия и необходимость решать оптимизационные задачи.
В разделе 2.2 были проанализированы возможные режимы прокатки полос: без ускорения в непрерывной группе клетей; ускорение с темпом, компенсирующим падение температуры конца прокатки Ткп по длине полосы, и доведение скорости прокатки до номинальной с помощью максимальных темпов ускорения (0,3-1,0 м/с2).
Применение экранирования при прокатке тонких полос по первому скоростному режиму (без ускорения) позволяет повысить Гкл, что положительноказывается на структуре металла, уменьшить нагрузки клетей непрерывной группы, сэкономить электроэнергию, расход валков.
Увеличение температуры подката на входе в непрерывную группу Тп происходит главным образом, за счет снижения теплопотерь на промежуточном рольганге. Поскольку передний конец подката проходит промежуточный рольганг примерно за 40 с, а задний конец.— за значительно большее время г, определяемое по формуле:jug и Dj - суммарная вытяжка в непрерывной группе и заправочная скорость прокатки в ней соответственно, то в результате экранирования в большей степени понижаются потери тепла задним концом подката, т.е. происходит уменьшение перепада, температуры по длине подката. Благодаря этому уменьшается величина «наследственной» разнотолщинности, являющейся основной-составляющей продольной разнотолщинности при прокатке тонких полос (см, рис. 2.4), увеличивается устойчивость прокатки и уменьшается перепад температуры конца прокатки по длине полосы ЛТК„, что уменьшает неравномерность физико-механических свойств по длине полос. Как известно, величина ЛТкп и устойчивость прокатки являются одними из основных факторов, определяющих максимально, допустимый вес погонного метра ширины полос для станов, работающих без ускорения, и наличие экранирования позволило бы его увеличить.
Экранирование влияет на температуру металла на входе в непрерывную группу Т„ на выходе из нее Тк„, на перепад температуры конца прокатки по длине полосы АТкп и на уменьшение моментов прокатки переднего конца в VI (ДМ ) и в VII (ДМ) клетях (полоса 1,2x1250 мм длиной 1050 м; заправочная/ скорость 10 м/с; толщина подката 26 мм) следующим образом:
Применение экранирования при прокатке с умеренными темпами ускорения вызывает,, однако, и отрицательное последствие. Из-за уменьшения перепада температуры по длине полосы ЛТкп снижается величина необходимого темпа ускорения для компенсаций АТкп что приводит к снижению производительности стана. Так, например, при прокатке полосы толщиной 1,5 мм, длиной 1700 м при заправочной скорости 10 м/с экранирование приведет к снижению производительности непрерывной группы примерно на 2 % (время пауз между пропусками 15 с).
При прокатке полос с большими темпами ускорения возникает необходимость в стабилизации Ткп по длине полос. Возможность использования больших темпов и скоростей прокатки (17-30 м/с) связана с необходимостью применения межклетевого охлаждения задних участков полос и его практическими возможностями [145].
Как известно [145], максимальный коэффициент теплоотдачи при применении межклетевого охлаждения составляет 2500 ккал/(м2.ч.С) и из-за относительно высокой температуры заднего участка подката снижаются предельные скорости прокатки.
В этом случае целесообразно использовать экранирование для уменьшения теплопотерь металла объемом,. равным объему участка полосы, прокатанного до ее захвата моталкой. Уменьшение потерь тепла металлом задних участков полосы не только не улучшает, но и осложняет работу непрерывной группы или является причиной снижения скоростей прокатки. При таком скоростном режиме экранирование подката по всей его длине может оказаться целесообразным в некоторых частных случаях. Например, когда максимальные скорости прокатки не очень велики, а есть избыточная мощностьу системы межклетевого охлаждения, то уменьшение потерь тепла задним участком подката облегчит его прокатку в первых клетях непрерывной группы.
Особый интерес представляет изучение целесообразности применения экранирования при прокатке толстых полос на современных непрерывных широкополосных станах. Процесс их деформации по существующей технологии характеризуется: двумя особенностями: значительным недоиспользованием прочностных возможностей оборудования стана; применением с целью получения требуемой Ткп заправочных скоростей на много ниже допустимых, что приводит к уменьшению производительности всего стана. Любое уменьшение теплопотерь металла по линии стана приведет к необходимости еще большего снижения заправочных скоростей и производительности, чтобы соблюсти основное технологическое требование — получение требуемой Ткп. При этом экономия электроэнергии и уменьшение расхода валков вследствие повышения температуры металла на порядок меньше (в стоимостном выражении) увеличения доли условно постоянных затрат при снижении производительности.
Зависимость между изменением температуры подката и заправочной скорости наиболее полно характеризуется относительным температурно-скоростным коэффициентом нпрерывной группы К , определяемым - по формуле (см. 2,8)где Кт -коэффициент сглаживания температурных возмущений в непрерывной группе, равный отношению изменения Т„ (ЛТп) к соответствующему изменению кп \Al ictljiКи - температурно-скоростной. коэффициент непрерывной группы, равный отношению ЛТМ к изменению заправочной скорости о, (Аи3). Коэффициент К
Разработка оптимальных режимов прокатки по длине полосы
В разделе 3.1 диссертации были анализированы методы и стратегия определения оптимальных значений параметров Т, Н и V для переднего конца ПК рулона и их изменения по линии стана. Разграничение проблем, связанных с прокаткой ПК раската и по его длине не изучено достаточно в теории и практике и не используются возможности повышения эффективности процесса прокатки полосы по ее длине. Какие особености существующих технологий прокатки полос по их длине?
Деформационный режим прокатки постоянен по всей длине раскатов. Температура слябов Tra и подката Тп при прокатке в черновых группах клетей ив реверсивных клетях не управляются по длине металла. При прокатке раската в чистовых непрерывных группах клетей НГК применяются два режима:1.На ШПСГП без системы управления скоростным режимом (СУСР) скорость прокатки неизменна по всей длине полосы. Все меньше становятся станы, не располагающие СУСР. Недостатки этой,технологии хорошо известны. Производительность чистовой группы мала. Имеется существенное падение температуры по длине подката на входе в НГК. Оно составляет 2,4-г2,8С/м длины подката. Этот перепад температуры на входе НГК является причиной образования больших температурно-скоростных и наследственных компонентов продольной разнотолщинности раската (см. подробнее раздел 2.4). В результате большие значения имеет и суммарная разнотолщинность полосы. По длине готовой; полосы наблюдается перепад температуры с градиентом 0,07 -f 0,35С/м длины полосы (первая цифра соответствует толщине полосы 2мм, а вторая -Нл=10мм). Градиент перепада температуры конца прокатки по длине полосы меньше для более тонких полос из-за больших выравнивающих возможностей НГК (см. подробнее раздел 2.3). Значения перепада температуры конца прокатки и продольной разнотолщинности определяют в этом случае максимальный вес сляба (а, следовательно, и длины подката и полосы), так, чтобы колебанияпараметров не выводили качество полосы за допуски по стандартам. Приблизительно вес слябов при таких режимах не превышает 10т/м ширины сляба.2.На станах с СУСР прокатка осуществляется с так названным "сглаживающим" темпом ускорения НГК с металлом в валках. Цель этой технологии обеспечить постоянство температуры конца прокатки Ткл по всей длине полосы на выходе из НТК. Эта технология имеет ряд преимуществ по сравнению с первой. Они заключаются в следующем: а) благодаря устранению перепада Т по длине полосы улучшаются физико-механические свойства металла полосы и снижается продольная разнотолщинность; б) при уровнях сглаживающего ускорения в диапазоне 0,02 -i- GJIM/C (меньшая цифра для самой тонкой полосы) производительность НГК повышается на 5-10%; в) с точки зрения неравномерности температуры и толщины по длине полосы есть возможность в несколько раз увеличить вес погонного метра сляба.
Технология со сглаживщим темпом ускорения (о ) является общепринятой. Она, однака, имеет ряд недостатков:-при прокатке тонких полос (см. раздел 2.2.1) а, обеспечивает постоянство Ткп по длине полосы, но уровень Тки не отвечает необходимому, т.е. получается стабилизация неудовлетворительных физико-механических свойств металла по всей длине полосы;-не используются скоростные возможности НГК. Максимально возможные скорости прокатки на современных ШПСГП Vmax достигают 25-35м/с. Т.е. получается замораживание значительных капитальных затрат;-сглаживщий темп ускорения НГК стабилизирует температуру металла, но только на выходе стана. Перепад температуры по длине раската остается во всех остальных клетях чистовой группы, хотя он и меньше, чем при прокатке без ускорения. Следовательно, особено при весе сляба более 15т/м, неравномерность структуры металла (см. раздел 2.5) и продольной разнотолщинности (см. раздел 2.4) по длине полосы выводят ее показатели качества за допустимые границы постандартам. Продольную разнотолщинность можно компенсировать системой автоматического регулирования толщины САРТ. Однако работа САРТ приводит к возрастанию поперечной разнотолщинности, каторая тоже является важным показателем качества полосы [9,19,27,89]. В этих условиях необходимо использовать систему противоизгиба валков [55,62,115] или другие решения [84,111,123,231-г 234] и т.д. Приходится применять и другие решения как экранирование металла на промежуточном рольганге, систему "Coil-box" и т.д. Все эти решения требуют значительных капиталовложений. Кроме того, система регулирования геометрии полосы, например, требует вести процесс прокатки при нагрузках оборудования на 10-20% меньше допустимых (этот ресурс нужен для работы САР). Несмотря на разработку и внедрение ряда САР, колебания в продольной и поперечной разнотолщинности полосы остаются одной из проблем прокатки полос. Однако, устранение ДТП (например нагревом) приводит к уменьшению производительности НГ из-за отпадания необходимости в сглаживающем темпе ускорения.
Эти противоречия устраняет разработанный метод прокатки, защищенный авторским свидетельством, сущность которого состоит в следующем. Снижение Т по длине подката Тп компенсируется уменьшением деформации по длине металла в клетях НГ, что достигается переменной по длине раската деформацией. Передний конец ПК прокатывают с большей деформацией, а к заднему концу ЗК деформация падает. Чтобы это имело место в НГ, в черновых проходах, когда металл еще толстый, дается большая деформация к ЗК и подкат входит в НГ с переменной по длине толщиной - меньшей к ЗК.
Изменение толщины подката на входе в последнюю клеть чистовой группы определялось из условия постоянства усилия прокатки в ней по длине полосы.
Горячая прокатка полос из раската переменного сечения с утолщением к переднему концу приводит к увеличению перепада температуры по его длине. При равномерном увеличении толщины переднего конца раската на входах всех клетей чистовой группы, регулируя раствор между валками по длине раската спомощью нажимных устройств, увеличение температурного перепада по длине раската приводит к еще большему увеличению сопротивления металла деформации к заднему концу раската, но так как величина обжатий по клетям чистовой группы уменяшается к заднему концу раската, то при правильном выборе величины утолщения переднего конца раската на входах в клети чистовой группы можно добиться стабилизации усилий прокатки в них на длине раската, т.е. получить полосу, качественную по профилю,Прирост толщины раската на входе в последнюю клеть чистовой группы (ДНп) определяется по формуле:
