14
Рисунок 6 Влияние направлений сил трения на самоочищение очага деформации
Для проверки гипотезы был проведен регрессионный анализ факторов технологического процесса, оказывающих наибольшее влияние на загрязненность холоднокатаных полос, в результате получены регрессионные уравнения в виде зависимостей степени отражения светового потока (Сi) Чистоту поверхности полосы в процентах отражения светового потока определяют с помощью рефлектометра. Сущность метода состоит в следующем: скотч наклеивают на поверхность полосы, затем снимают и наклеивают на чистый белый лист бумаги, подносят рефлектометр и направляют на скотч световой поток, так как на скотч перешли загрязнения с поверхности полосы, то от него отражается только часть светового потока, которая улавливается прибором и высвечивается на цифровом табло в процентах (100 % - абсолютно чистая поверхность)., характеризующей чистоту поверхности полосы, от факторов технологического процесса.
Регрессионные зависимости от значимых факторов представлены в таблице 2.
Итоговое регрессионное уравнение для определения чистоты поверхности готовой полосы, объединяющее все 4 уравнения таблицы 2, имеет вид:
С4 = 3,4 + 3,5 + 10,8X2 + 9,1X3 + 19,8Х4.
Таблица 2
Степень отражения светового потока после каждой клети (Сi, %) в функции параметров процесса прокатки на 4-клетевом стане «1700»
|
Номер клети (i) |
Регрессионное уравнение |
Примечание |
|
|
1 |
С1 = 31,9 + 32,3 |
k - число омыления эмульсола; kб - базисное значение числа омыления эмульсола, kб = 95 мг КОН на 1 г; С - степень отражения светового потока на подкате; Сmax - максимальное значение степени отражения светового потока, Сmax = 100%; Xi - показатель, характеризующий положение нейтрального сечения. |
|
|
2 |
С2 = 35,3 + 34,9Х2 |
||
|
3 |
С3 = 64,8 + 19,6Х3 |
||
|
4 |
С4 = 46,7+ 19,8Х4 |
Разработка и внедрение в производство режимов прокатки, обеспечивающих повышение чистоты поверхности холоднокатаных полос
На основе результатов проведенных исследований были разработаны усовершенствованные режимы прокатки, в которых значения Хi максимально приближены к 1.
Эти режимы были успешно апробированы на действующих 4-клетевом и 5-клетевом станах «1700» ЧерМК ОАО «Северсталь». После апробации была проведена работа по внедрению новой технологии в производство.
Первоначально была выполнена корректировка промышленных режимов обжатий и натяжений для всего сортамента непрерывных станов «1700» по критерию Хi = max с использованием новой модели очага деформации и определение допустимых отклонений от оптимальных параметров прокатки, не приводящих к ухудшению чистоты поверхности полосы.
Прокатку по усовершенствованным режимам производили на 4-клетевом и 5-клетевом станах «1700». Контроль качества металла по чистоте поверхности полос осуществляли по данным отдела технического контроля (ОТК) ЧерМК ОАО «Северсталь».
Оценку эффективности выполняли путем сопоставления данных ОТК о загрязненности металла, прокатанного за одинаковые периоды времени до внедрения и после внедрения усовершенствованных режимов. Результаты этой оценки представлены в таблицах 3 и 4.
Из таблиц 3 и 4 видно, что усовершенствованные режимы прокатки, по сравнению с базовыми, обеспечивают значительное снижение среднего количества механических загрязнений на поверхности холоднокатаных полос и общее сокращение металла, оцененного по 4му баллу загрязненности.
Таблица 3
Среднее количество механических загрязнений на поверхности холоднокатаного отожженного металла, мг/м2
|
Показатель загрязненности |
Место контроля |
Базовый режим |
Усовершенст-вованный режим |
|
|
Среднее количество механических загрязнений, мг/м2 |
травленый подкат |
103 |
162 |
|
|
5-клетевой стан |
95 |
81 |
||
|
4-клетевой стан |
349 |
279 |
||
|
Разность количества загрязнений холоднокатаного и травленого металла, мг/м2 |
5-клетевой стан |
- 8 |
- 81 |
|
|
4-клетевой стан |
+ 246 |
+ 117 |
Таблица 4
Данные ОТК о распределении холоднокатаного отожженного металла по баллам загрязненности, %
|
Баллы загрязненности |
Место контроля |
Базовый режим |
Усовершенст-вованный режим |
Изменение количества металла, % |
|
|
1й-2й баллы С = 70-100% |
5-клетевой стан |
32,1 |
31,4 |
- 2,2 |
|
|
4-клетевой стан |
16,8 |
20,7 |
+ 23 |
||
|
3й балл С = 45-69% |
5-клетевой стан |
66,7 |
68,3 |
+ 2,4 |
|
|
4-клетевой стан |
63,5 |
76,8 |
+ 21 |
||
|
4й балл С < 45% |
5-клетевой стан |
1,2 |
0,3 |
- 75 |
|
|
4-клетевой стан |
19,7 |
2,5 |
- 87 |
Экономический эффект от внедрения мероприятий в производство холоднокатаного проката ЧерМК ОАО «Северсталь» составил 2 млн.руб./год.
На способ прокатки, положенный в основу усовершенствованных режимов, получен патент Российской Федерации № 2238809.
Разработка и промышленная апробация на 5-клетевом стане «1700» ЧерМК ОАО «Северсталь» режимов прокатки, обеспечивающих экономию энергии двигателей главного привода рабочих клетей
Из работ В.Н. Выдрина и др. известно, что в зоне опережения очага деформации валки не затрачивают энергию на пластическую деформацию полосы, напротив, полоса возвращает валкам часть энергии, полученной ею при прохождении зоны отставания, то есть расход энергии в рабочей клети зависит от соотношения длин зон отставания и опережения: чем длиннее последняя, тем меньше мощность прокатки и расход энергии. Эффективное воздействие на это соотношение можно оказать, изменяя частное обжатие, заднее и переднее натяжения полосы.
Учитывая эту особенность процесса холодной прокатки, был разработан и оформлен в виде заявки на патент Российской Федерации метод усовершенствования технологического режима непрерывного стана, сущность которого состоит в том, чтобы, целенаправленно изменяя распределение между клетями частных обжатий и межклетевых натяжений, уменьшить протяженность зон отставания в наиболее энергоемких рабочих клетях и тем самым обеспечивать экономию энергии при прокатке. Критерием усовершенствования является стремление значения Xi к Xmin = 0,55.
При разработке указанного метода учитывали, что другой критерий усовершенствования - повышение чистоты поверхности полос - требует противоположного воздействия, сдвига нейтрального сечения в сторону выхода полосы из валков.
В связи с этим было решено распределить между рабочими клетями непрерывного стана функции обеспечения чистоты поверхности полос и экономии энергии следующим образом. В последних клетях (для 5-клетевого стана - в клетях №№ 4 и 5), от которых в наибольшей степени зависит чистота поверхности, сдвигать нейтральное сечение к выходу из валков, максимально, с учетом технологических ограничений, приблизив показатель Xi к 1, тем самым повысить чистоту поверхности полос.
В первой и промежуточных клетях, обладающих максимальной энергоемкостью, следует сдвигать нейтральное сечение назад, уменьшая показатель Xi, и тем самым снижая суммарные затраты энергии на стане.
Некоторое ухудшение чистоты поверхности полос на выходе из промежуточных клетей, являющееся следствием такого воздействия, компенсируется и исправляется в последних клетях.
На основе этого метода были разработаны и успешно испытаны усовершенствованные режимы прокатки.
В таблице 5 приведены данные АСУ ТП 5-клетевого стана «1700» о затратах энергии при прокатке полос толщиной 0,48 мм и 0,9 мм по базовому и усовершенствованному режимам, из которых видно, что усовершенствование обеспечивает реальную экономию электроэнергии в диапазоне 4,1-8%.
Таблица 5
Фактический расход энергии на 5-клетевом стане «1700»
|
Профилеразмер |
Тип режима |
Ауд, кВтч/т |
Ауд, % |
|
|
2,10,48 |
Базовый |
59,5 |
4,1 |
|
|
Усовершенствованный |
57,06 |
|||
|
3,00,9 |
Базовый |
58,3 |
8,00 |
|
|
Усовершенствованный |
53,63 |
Примечание. Ауд - удельный расход энергии, кВтч/т; Ауд - изменение удельного расхода энергии, %
Планируемый экономический эффект от внедрения способа в производство холоднокатаного проката составляет более 100 млн.руб./год.
Моделирование и усовершенствование режимов прокатки на 4-клетевом стане «1700» «ММК им. Ильича»
Прокатка металла на 4-клетевом стане «1700» ОАО «ММК им. Ильича» (Украина, г. Мариуполь) по фактическим режимам, характеризующимся высоким уровнем межклетевых натяжений и частных относительных обжатий в последней клети, сопровождалась повышенной обрывностью полос, значительной отсортировкой металла по чистоте поверхности и высокими энергозатратами на процесс пластической деформации.
Для устранения этих негативных явлений были проведены следующие технологические мероприятия:
- относительное обжатие в 1й клети установлено, исходя из условия загрузки электродвигателей главного привода по мощности в диапазоне 80-95% от максимального паспортного значения мощности этих двигателей;
- относительное обжатие в 4й клети установлено в диапазоне 5-15%;
- оставшаяся часть суммарного обжатия распределена поровну между 2й и 3й клетями;
- удельные натяжения полосы на выходе из 1й клети установлены в диапазоне 18-20% от предела текучести в этой клети;
- удельные натяжения полосы на выходе из 2й и 3й клетей установлены в диапазоне 21-22% от предела текучести в этих клетях.
На основе изложенных рекомендаций были рассчитаны, а затем испытаны и внедрены в производство усовершенствованные режимы холодной прокатки.
Внедрение эффективной технологии холодной прокатки обеспечило снижение обрывности полос в 4 раза; уменьшение загрязненности поверхности на 15-19%; уменьшение расхода электроэнергии на процесс прокатки на 12-17%.
На способ прокатки, обеспечивающий повышение чистоты поверхности холоднокатаных полос и экономию энергии при прокатке на 4-клетевом стане, получены патент Российской Федерации № 2325241 и патент Украины № 20060869.
Разработка и промышленная апробация режимов прокатки, исключающих возникновение резонансных колебаний в рабочих клетях
Прокатка полос толщиной 0,25-0,5 мм со скоростью выше 15 м/с сопровождается повышением колебаний основных технологических параметров: межклетевых натяжений, усилий прокатки до 25%. Такая нестабильность технологического процесса приводит к перемещению рабочих валков с подушками в пределах зазоров в окнах станин и возникновению вибраций. Для их исключения необходимо, чтобы подушка валка была постоянно прижата к передним или задним вертикальным плоскостям окна станин, то есть направление горизонтальных сил, действующих на подушки рабочих валков, должно быть неизменным (рисунок 7).
14
Условие исключения вибраций, предложенное в данной работе на основе анализа устойчивости положения рабочих валков с подушками в пределах зазоров в окнах станин и учитывающее колебания основных технологических параметров, имеет вид:
,
где RрУmin - минимально возможная суммарная сила, действующая на подушки рабочего валка; д - погрешность расчета усилия прокатки; Ti-1, Ti - заднее и переднее полные натяжения полосы; kР, kT - коэффициенты нестабильности усилия прокатки и межклетевых натяжений; дFгор - максимальное приращение горизонтальной силы Fгор, действующей на валки в очаге деформации.
Для его использования в инженерной практике получено выражение горизонтальной силы, действующей на полосу в очаге деформации, путем суммирования горизонтальных проекций нормальных и касательных сил на каждом участке очага деформации, рассчитанных на основе упруго-пластической модели напряженно-деформированного состояния полосы в очаге деформации.
С помощью усовершенствованной модели процесса холодной прокатки и методики расчета горизонтальных сил в очаге деформации была разработана методология устранения резонансных вибраций, заключающаяся в том, чтобы в рабочей клети, наиболее склонной к вибрациям, были проведены следующие мероприятия: