Сборник научных трудов ДонНТУ - 2012. Серия: металлургия
  Публикация №16

Анализ и обобщение результатов исследований и разработок технологических режимов, обеспечивающих энергоэффективность прокатки в простых калибрах

А.А. МИНАЕВ (д-р техн.наук, проф.), Е.Н. СМИРНОВ (д-р техн.наук, проф.), В.М. КАШАЕВ (канд.техн.наук, доц.), В.В. КАШАЕВ (канд.техн.наук)
Донецкий национальный технический университет, Донецк

УДК 621.771.28

Представлены обобщения полученных результатов оценки эффективности формоизменения в системах вытяжных калибров проволочного стана с помощью разработанных критериев. Выполнена оценка КПД формоизменения для ряда вытяжных систем калибров, которая показала диапазон колебания их энергоэффективности от 55% до 80%.

Ключевые слова: энергоэффективность прокатки, формоизменение, вытяжные калибры

Постановка задачи

Калибровка валков является сложной системой, к которой предъявляются разносторонние требования, определяющие её рациональность или оптимальность.

Экономические реалии сегодняшнего времени постоянно меняют приоритеты, а достижения науки расширяют и изменяют систему ограничений при расчётах калибровок.

Так в зарубежной практике для снижения удельных затрат энергии на деформацию уменьшают сечение заготовки, сохраняя массу за счёт роста её длины. Однако, для уже действующих агрегатов, такой путь требует огромных капитальных затрат на строительство нагревательных устройств с шириной в два раза больше существующих. Далее нами будет выполнен энерго-экономический анализ целесообразности такого пути энергосбережения для Украины и предложен альтернативный вариант.

В условиях неполной загрузки прокатных агрегатов на Украине требование максимальной производительности при расчёте калибровок должно уступить приоритет качеству.

Анализ публикаций по теме исследования

Как отмечают авторы учебного пособия [1], ряд критериев рациональности калибровок валков пока не поддаётся математическому описанию. Аналитическим путём был получен один из критериев – коэффициент полезного действия (к.п.д.) работы деформации (формоизменения) [2] в виде:

Анализ, с помощью критерия, калибровок стана 150 ЗАО «ММЗ» впервые позволил установить распределение к.п.д. формоизменения по калибрам непрерывных групп клетей стана [3].

Формулировка целей статьи

Целью выполненных в настоящей работе, исследований является разработка и внедрение в расчёты калибровок ряда критериев. Они позволили повысить энергоэффективность и оптимальность деформационных и температурно-скоростных режимов прокатки катанки и мелкого сорта из высококачественных сталей.

Установлена высокая степень корреляции критерия эффективности формоизменения с вытяжкой, характерной для данного типа калибра.

Однако корреляция с вытяжкой в данном типе калибров вовсе не означает, как показали исследования, что, увеличив вытяжную способность данной системы калибров за счёт допустимого запаса, мы повысим и их эффективность. Анализ номограмм [1] и исследований других авторов свидетельствуют, что вытяжка не характеризует энергетическую эффективность деформации.

Основная часть

Определение критерия эффективности деформации в виде к.п.д. формоизменения (1) позволило преобразовать формулу С. Финка к тождественному виду, удобному для оперативного подсчёта и анализа затрат энергии на деформацию в калибрах простой формы:

Чем меньше значение этого критерия, тем уже температурный «коридор» и тем ближе фактический температурный профиль стана к желаемому.

Особенностью сортовой прокатки является использование одних и тех же калибров для получения определённого профилеразмера практически из всех марок сталей, входящих в марочный сортамент. Получены формулы для определения размеров калибров с учётом химического состава марок сталей. Разработана универсальная калибровка для 10-клетьевого блока стана 150 ЗАО «ММЗ» и рассчитаны энергосиловые параметры для трёх групп сталей с ограничениями по скорости прокатки.

Таким образом, введение дополнительно к традиционным критериям критерия энергоэффективности, ширины температурного «коридора» и регламентации температуры окончания деформации, позволило решать задачи выбора энергоэффективной последовательности калибров и температурно-скоростных режимов для широкого марочного сортамента.

Мощности, рассчитанные по предложенным формулам, были сопоставлены с расчётами мощности по моментам.

Из сравнения табличных данных следует, что результаты расчёта мощности по моментам и рассчитанными по формуле (2), отличаются в среднем на 2-8%, суммарная мощность отличается на 5%.

Мощность на валу электродвигателей чистового блока составит:

Точность предложенных в работе расчётных зависимостей достаточно высокая для оперативной оценки суммарных общих и удельных энергозатрат, как при проектировании новых систем калибров, так и совершенствовании существующих.

Представляет интерес проверить насколько подойдёт для Украины зарубежная практика увеличения массы бунта за счёт увеличения длины заготовки. Например, при реконструкции проволочного стана фирмы «Нейнкинхнер Айзенверк» (Германия) длина заготовки увеличена до 13 м, а стан фирмы АРБЕД (Люксембург) реконструирован под длину заготовки до 18 м. Фирма «Шлеман-Зимаг» разрабатывает стан под заготовку длиной 22 м. Известны случаи использования круглой заготовки диаметром 50 мм, свёрнутой в бунт, массой 5 т.

В настоящее время на стане 150 используются заготовки сечением 150х150 мм и 125х125 мм. Подсчитаем суммарный расход энергии на клеммах электродвигателей с учётом расходного коэффициента (выход годного), для прокатки катанки диаметром 5,5 мм из заготовки стали 45 сечением 150х150мм, длиной 10,5 м, массой 1,85 т.

Однако масса бунта теперь сократилась с 1,85 т до 1,28 т, что понизит существенно конкурентоспособность продукции.

Предположим, что мы при сечении заготовки 125х125 мм хотели бы сохранить массу на прежнем уровне 1,85 т, тогда длина заготовки должна быть равна 15 м и хотя удельные затраты энергии останутся близки к 135 кВт*ч/т, при этом потребуются большие капитальные затраты:

  • на реконструкцию нагревательной печи с увеличением ширины (в просвете) до 16 м;
  • расширение загрузочных решёток до соответствующего размера;
  • модернизация толкателей.

Предложенные в данной работе энергоэффективные мероприятия не требуют существенных затрат для реализации, что более приемлемо, для сегодняшнего выхода из энергетического кризиса, предприятиям чёрной металлургии.

Так замена систем вытяжных калибров овал – ребровой овал на плоский овал - круг, позволит увеличить к.п.д. деформации до 0,65, а в среднем по стану 150 до 0,58, вместо 0,52.

Если в промежуточных группах клетей и чистовых блоках применить более эффективные вытяжные системы калибров, с использованием плоских овалов, нетрудно подсчитать, что годовой эффект может составлять свыше десяти миллионов гривен.

Если использовать эту систему калибров, только в черновой группе клетей после ящичных калибров, как рекомендуют калибровщики [1], то и тогда эффект будет больше миллиона гривен.

При известных на сегодня тенденциях развития производства катанки на однониточных станах, нами предпринята попытка решения данной проблемы на двухниточном стане 150 ЗАО «ММЗ».

Выводы

  • Рекомендованная система плоских овалов, вместо однорадиусных, обеспечивает как выравнивание вытяжек, а, следовательно, и нагрузок между клетями, большую износостойкость калибров по сравнению с другими системами и большую энергоэффективность.
  • Показано, что повышение средней величины к.п.д. деформации по стану за счёт системы калибров с эффективностью , позволяет понизить удельный расход энергии с 143 кВт*ч/т до 128 кВт*ч/т и получить экономию 13,05 грн/т.
  • Сравнительный анализ результатов расчёта расхода энергии на прокатку, по усовершенствованной формуле (1), показал, что она позволяет, с отклонением 5 – 7% от показаний счётчиков электроэнергии, определить суммарную работу прокатки, по суммарной вытяжке, средней величине к.п.д. формоизменения и контактных сил.
  • Расчётами подтверждено, что повышение эффективности формоизменения в вытяжных калибрах, путём целенаправленного изменения их параметров, экономически более эффективно, чем уменьшение сечения заготовки и увеличение её длины. Увеличение длины заготовки потребует значительных капитальных затрат на реконструкцию нагревательных печей.
  • 1. Смирнов В.К. Калибровка прокатных валков: учеб. пособие для вузов / В.К. Смирнов, В.А. Шилов, Ю.В.Игнатович. – М.: Металлургия, 1987. – 368 с.
  • 2. Кашаев В.В.Аналитическое определение коэффициента формоизменения для систем вытяжных калибров и исследование взаимосвязи с энергетическими затратами / В.В.Кашаев, О.Л. Дронов // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Тематич. зб.наук.пр. – Краматорськ: ДДМА, 2003. – С. 598-603.
  • 3. Смирнов Е.Н. Аспекты совершенствования технологий производства мелкого сорта и катанки из непрерывнолитых заготовок высококачественной стали / Е.Н.Смирнов, В.В.Кашаев // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Тематич. зб.наук.пр. – Краматорськ: ДДМА, 2004. – С. 526-528.
  Публикация №16
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ