книги из ГПНТБ / Баимов, Н. И. Оптимизация процессов прокатки на блюминге

Г л а в а III

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ БЛЮМИНГА

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Основными параметрами блюмингов являются: размеры рабочих валков (диаметр); технические данные прокатных двигателей; быстродействие вспомогательных механизмов (нажим­ ных механизмов, рабочих рольгангов, манипуляторов, канто­ вателей); размеры и масса прокатываемых слитков; размеры го­ тового проката.

Главным параметром является размер (диаметр) рабочих вал­ ков, по которому устанавливается размер стана, например блю­ минги 800, 900, 950, 1000, 1150, 1300, 1500. Очевидно, что для каждого размера блюминга можно подобрать те или иные указан­ ные выше параметры стана. При этом для блюмингов одного и того же размера сочетание указанных выше параметров может ока­ заться самым различным.

Изучая действующие блюминги у нас и за рубежом, можно заметить, что одинаковые по размеру станы имеют самые различ­ ные параметры и мощности прокатных двигателей, быстродей­ ствие вспомогательных механизмов. На этих же станах катают слитки различных размеров и массы, получают различные раз­ меры проката. Вместе с тем существуют одинаковые по размеру станы, на которых обрабатываются одинаковые по размерам слитки, хотя станы резко отличаются друг от друга параметрами и мощностью прокатных двигателей, быстродействием вспомога­ тельных механизмов и т. д. (табл. 32).

Разнообразие основных параметров блюмингов можно объяс­ нить не только разнообразием условий производства, но еще и тем, что существующие рекомендации по выбору основных параметров являются весьма разнообразными и широкими, не всегда доста­ точно обоснованными, а методы расчета этих параметров в связи со сложностью условий и режимов работы блюмингов являются приближенными. Кроме того, по многим вопросам, связанным с расчетом и выбором основных параметров, до настоящего вре­ мени существуют различные взгляды и рекомендации, а некоторые вопросы до сих пор не достаточно решены. Все это способствует широкому проявлению субъективизма в решении задач, связан­ ных с проектированием новых и реконструкцией действующих блюмингов:

Таким образом, в настоящее время актуальной задачей является разработка более совершенных методов и рекомендаций по расчету и выбору наиболее выгодных, взаимосвязанных, позво­ ляющих получить на стане максимальную относительную произ­ водительность основных параметров блюмингов. Предметом на-

155

П р и м е ч а н и е . После реконструкции на ЧМЗ прокатывают слитки из стали более 200 марок; применяют более 450 схем прокатки.

стоящей главы и является рассмотрение и решение поставленной задачи. В частности, рассматриваются методы расчета и выбора оптимальных параметров и мощности прокатных двигателей, оптимального быстродействия и рациональных параметров нажим­ ных механизмов. Оптимизация этих параметров позволит значи­ тельно улучшить технико-экономические показатели работы рас­ сматриваемых станов.

2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ИМОЩНОСТИ ПРОКАТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ БЛЮМИНГОВ

Основные требования, предъявляемые к электроприводу блюмингов

Основное требование, которому должен удовлетворять рацио­ нально построенный электропривод, можно сформулировать так: электропривод должен обеспечивать заданную производитель­ ность стана при минимальной потребной мощности, т. е. должен обеспечивать максимальную относительную производительность стана.

Мощность двигателя блюминга должна быть определена как можно точнее, так как завышенные по мощности двигатели обла­ дают излишним маховым моментом и худшим коэффициентом полезного действия (к. п. д.), который значительно снижается при недогрузке двигателя.

Максимальный крутящий момент двигателя должен быть до­ статочным для обеспечения требуемых ускорений и замедлений валков, а также для преодоления толчков нагрузки при захвате слитка валками в процессе их разгона. Номинальный момент двигателя должен обеспечивать длительную надежную работу стана по найденному оптимальному режиму прокатки без пере­ грева, т. е. должен соответствовать среднеквадратичному моменту за цикл прокатки с учетом коэффициента запаса.

Максимальная и номинальная скорости двигателя должны обеспечивать стану найденный оптимальный режим скоростей и соответствующие ему пределы регулирования скорости рабочих валков.

Двигатели тяжелых блюмингов не серийные, их изготавливают специально. При конструировании их следует обращать особое внимание на получение возможно более высокого значения к. п. д. с целью улучшения экономичности привода.

к. п. д. изменяется в зависимости от степени загрузки двигателя, скорости вращения, условий питания двигателя напряжением. В каталогах на электродвигатели указываются к. п. д. при полной

158

нагрузке и при частичных нагрузках, составляющих 0,25; 0,50; 0,75; 1,25 от номинальной. К. п. д. двигателя изменяется по неко­ торой кривой, ординаты которой растут от нулевого значения при холостом ходе до максимума, имеющего место при номинальной или близкой к ней нагрузке. Отсюда следует, что с точки зрения к. п. д. двигателя, т. е. его экономичности, распределение нагру­ зок по пропускам должно быть таким, чтобы во всех пропусках нагрузка была близка к номинальной, т. е. равномерная.

Это еще раз подтверждает правильность вывода о равномерном распределении обжатий по пропускам в этапах прокатки и о та­ ком распределении суммарных обжатий между этапами прокатки, чтобы моменты прокатки в различных этапах были по возмож­ ности одинаковыми (см. с. 104).

Существующие методы определения параметров, мощности прокатных двигателей и их оценка

При расчете электропривода для проектируемого или рекон­ струируемого блюминга или другого реверсивного обжимного стана обычно используются следующие методы определения пара­ метров и мощности прокатного двигателя (85, 88—94]:

1) выбор параметров и мощности двигателя по аналогии с уже работающими электроприводами такого же назначения и типораз­ мера;

2) выбор параметров и мощности двигателя по удельным пока­ зателям, например по кривым, определяющим удельный расход энергии в кВт*ч на 1 т проката для различных профилей стали в зависимости от удлинения металла. Такие кривые, собранные за большой период эксплуатации, имеются и для реверсивных обжимных и других прокатных станов, блюмингов, слябингов, толстолистовых и др.;

3)выбор мощности двигателя по эксплуатационным показате­ лям — коэффициентам использования стана по времени и по мощности;

4)выбор мощности двигателя по методу.средних потерь. Указанные методы носят ориентировочный характер и при­

меняются обычно для предварительного определения параметров и мощности двигателя, особенно в случаях, когда проектируются новые типоразмеры станов с электроприводами, для которых нет еще аналогии, нет кривых удельного расхода энергии и других данных.

Мощность двигателя указанными методами выбирают зачастую весьма грубо, не точно и с запасом. Поэтому во многих установках принимаемые двигатели способны выдерживать более тяжелый режим работы, чем тот, которому они подвергаются в действитель­ ности. Такое положение часто возникает из-за неуверенности в величине действительно потребной мощности и из-за неудовлетво­

159

рительности метода определения необходимой мощности, экви­ валентной заданному переменному графику нагрузки и обеспечи­ вающей заданную производительность стана. В результате полу­ чается завышенная потребная мощность двигателя, увеличиваются капитальные затраты и расход по эксплуатации двигателя, сни­ жается к. п. д. Но все это ни в какой степени не компенсируется повышением надежности двигателя ввиду его неполного исполь­ зования.

Значительным недостатком указанных методов является то, что эти методы не только не решают, но и не ставят вопрос о рас­ чете и выборе наивыгоднейших, т. е. оптимальных параметров

имощности двигателя;

5)выбор мощности двигателя по тепловому режиму, т. е.

нагреву.

Последний метод является более точным. Он предусматривает, что рассчитываемый двигатель должен удовлетворять двум основ­ ным условиям при обеспечении заданной производительности — не должен перегреваться выше температуры, установленной ГОСТом на электрические машины, и развивать требуемый момент при определенной (также требуемой) скорости вращения. Обычно решающим является первое тепловое условие, так как даже при своей номинальной нагрузке (мощности) двигатель может дости­ гать предельного нагрева, в то время как по моменту у двигателя останется запас в виде максимального момента. Однако при по­ вторно-кратковременном режиме работы двигателей реверсивных обжимных станов очень часто решающим может оказаться и вто­ рое условие, так как требуемые частые пуски и реверсы двигателя

свысокими ускорениями возможны при соответственно высоких моментах двигателя. Поэтому выбранный в результате теплового расчета двигатель должен проверяться по максимальному мо­ менту (по перегрузке), а при необходимости могут быть скорректи­ рованы его параметры и мощность.

Определение потребной мощности двигателя по тепловому режиму, т. е. по нагреву, представляет собой довольно сложную задачу. В настоящее время эта задача допускает лишь прибли­ женное, принципиальное решение [88 с. 531 ]. При этом, как из­ вестно, мощность двигателя определяется по среднеквадратичным величинам. Для двигателя постоянного тока независимого воз­

буждения при независимой вентиляции, обычно принимаемого в качестве привода валков реверсивных обжимных станов (безредукторный привод), мощность может быть определена по фор­ муле

160

Т — время цикла прокатки, с.

Чтобы рассчитать среднеквадратичный момент за цикл про­ катки, а затем и потребную мощность двигателя, надо иметь за­ данными: режим обжатий, графики скоростей по всем пропускам, т. е. режим скоростей, и соответствующий им график нагрузок. Иначе говоря, надо иметь заданный режим прокатки и соответ­ ствующий ему график нагрузок.

Однако, как было показано в гл. II, выбор режима скоростей зависит как от режима обжатий, так и от параметров прокатного двигателя, а оптимальный режим скоростей при данном режиме обжатий может быть найден лишь в том случае, когда известны параметры прокатного двигателя. Отсюда следует, что при отсут­ ствии двигателя задать оптимальный режим скоростей при задан­ ном режиме обжатий невозможно.

График нагрузок включает в себя статические и динамические нагрузки. График статических нагрузок при данных режимах обжатий и скоростей может быть рассчитан без параметров про­ катного двигателя, т. е. этот график не зависит от параметров выбираемого двигателя. График же динамических нагрузок зави­ сит как от махового момента рабочей линии стана, так и главным образом от махового момента якоря двигателя. Этот график может быть рассчитан лишь в том случае, когда известны параметры прокатного двигателя. Отсюда следует что при отсутствии двига­ теля, несмотря на наличие режимов обжатий и скоростей, т. е. режима прокатки в целом, задать график нагрузок также не представляется возможным.

Таким образом, вытекает необходимое условие, при котором может быть использован рассматриваемый метод, состоящее в том, что параметры двигателя должны быть известны. Поэтому рас­ сматриваемый метод применяется лишь для проверки уже приня­ тых двигателей на перегрузку, нагрев и развиваемую мощность.

С помощью этого метода можно проводить не только проверку, но и сравнение вариантов двигателей, предложенных для данных условий, выбирать из них наиболее подходящий двигатель или давать рекомендации по корректировке параметров этих двигате­ лей с целью сделать их более подходящими для данных усло­

вий.

Но и в этом случае метод может быть применен лишь при усло­ вии, когда есть "уже готовые варианты двигателей, и может дать лишь такие результаты, которые диктуются параметрами готовых вариантов двигателей, а не условиями задачи. Значит, и этот

ИН . И . Банмов

метод не ставит и не решает вопрос о расчете и выборе оптималь­ ных потребных параметров и мощности двигателя.

В настоящее время в связи с проектированием и строительством новых, реконструкцией действующих реверсивных обжимных

идругих станов, изучением и использованием резервов повышения производительности этих станов, а также изучением перспектив развития их возникает необходимость в разработке метода пря­ мого определения и выбора оптимальных потребных параметров

имощности двигателя, обеспечивающих заданную производитель­ ность наивыгоднейшим образом, т. е. обеспечивающих максималь­ ную относительную производительность стана. Такой метод рас­

сматривается ниже.

Предлагаемый метод определения оптимальных параметров и мощности прокатных двигателей блюмингов

Сущность метода

В гл. II было показано, что оптимальный режим прокатки, представляющий оптимальное сочетание режимов обжатий и ско­ ростей, может быть определен лишь в том случае, если задан прокатный двигатель с известными параметрами, так как послед­ ние в значительной степени определяют искомый оптимальный режим прокатки, т. е. без двигателя нельзя найти оптимальный режим прокатки.

Однако оптимальные параметры и мощность двигателя можно найти лишь в том случае, если заданы оптимальный режим про­ катки и соответствующий график нагрузок, так как последние определяют искомые параметры и мощность двигателя, т. е. без оптимального режима прокатки и соответствующего графика нагрузок нельзя найти оптимальный вариант двигателя.

Таким образом, оптимальный режим прокатки с соответству­ ющим графиком нагрузки и оптимальные параметры двигателя оказывают взаимное влияние друг на друга, взаимно определяют друг друга и не могут быть определены независимо-друг без друга. Поэтому нельзя определить оптимальный режим прокатки и гра­ фик нагрузок без двигателя и независимо от него так же, как нельзя определить оптимальные параметры и мощность двигателя без режима прокатки и графика нагрузок и независимо от них. Любое отступление от этого приведет к упрощению задачи но и не позволит получить оптимального решения.

Поэтому предлагаемый метод определения оптимальных пара­ метров и мощности прокатных двигателей предусматривает одно­ временное определение оптимального режима прокатки и соответ­ ствующего оптимального варианта двигателя, обеспечивающего этот режим, т. е. оптимального сочетания режима прокатки и соот­

162

ветствующего варианта двигателя. В связи с этим метод состоит из следующих этапов расчета:

1)составление и расчет множества возможных вариантов ре­ жимов прокатки;

2)определение для каждого варианта режима прокатки мини­

мально необходимых, т. е. оптимальных потребных параметров

имощности прокатного двигателя, получение таким образом мно­ жества возможных сочетаний вариантов режимов прокатки с соот­ ветствующими оптимальными вариантами двигателей;

3)выбор из полученного множества сочетаний таких сочета­ ний, которые удовлетворяют условию задачи — заданной произ­ водительности стана, т. е. Т = Т3\

4)сравнение последних вариантов сочетаний по параметрам

имощности соответствующих им оптимальных двигателей, выбор оптимального сочетания из условия получения минимальной потребной мощности двигателя, т. е. максимальной относительной производительности стана. Оптимальное сочетание сразу опреде­ ляет оптимальный вариант режима прокатки и соответствующий ему оптимальный вариант прокатного двигателя.

Запроектированный по полученным параметрам прокатный двигатель при работе по полученному при этом оптимальному режиму прокатки будет обеспечивать заданную производитель­ ность стана при максимальной относительной производительности, т. е. будет являться оптимальным для данных условий задачи.

Исходные данные

Для решения задачи по определению оптимальных параметров и мощности прокатного двигателя блюминга необходимы следу­ ющие исходные данные (см. основные условные обозначения).

(Но X Во/Но X Во) L q, H z X Bz X Lz-

По производительности стана: Т3.

Этапы расчета

Составление и расчет возможных вариантов режимов прокатки.

Составление вариантов режимов прокатки осуществляется варьи­ рованием режимами обжатий и режимами скоростей.

В гл. II было показано, что для одного и того же слитка при прокатке его на заданный полупродукт можно составить в прин­ ципе множество возможных режимов обжатий, отличающихся

между собой схемой прокатки, числом пропусков, распределением обжатий между пропусками в этапах прокатки и распределением суммарных обжатий между этапами прокатки. Было доказано также, что рациональным является равномерное распределение обжатий между пропусками в этапах прокатки и такое распреде­ ление суммарных обжатий между этапами прокатки, при котором моменты прокатки во всех пропусках (за исключением послед­ него чистового пропуска) были бы по возможности одинаковыми. Соблюдение этих требований резко снижает число возможных вариантов режимов обжатий.

Однако и при этом для одного и того же слитка и заданного полупродукта молено составить, по крайней мере, несколько вариантов режимов обжатий, отличающихся схемами прокатки и числом пропусков.

Варианты режимов обжатий для заданных исходных условий задачи рассчитываются по рассмотренной в гл. II методике (с. 37), учитывающей рациональное распределение обжатий. Варианты режимов обжатий рассчитывают в порядке увеличения числа про­ пусков, т. е. снижения интенсивности обжатий. В результате та­

составляются различные варианты режимов скоростей варьиро­ ванием следующими независимыми переменными параметрами:

прокатного двигателя пп в пределах от /гп/=i = пп тах до лп/=у = = ппmin с шагом А/гп.

Остальные зависимые переменные параметры режима скоро­ стей при каждом сочетании bi и nnj определяются в процессе расчета режима по соответствующим оптимальным зависимостям, приведенным в табл. 8, а или 11, а (гл. II), с учетом принятого условия определения скорости выброса пв.

При принятом варьировании параметрами режима скоростей число вариантов режимов скоростей для каждого данного варианта режима обжатий (данного г) будет равно произведению Л , а об­ ласть возможных режимов скоростей может быть представлена в виде сетки, показанной в табл. 33.

Счет вариантов режимов скоростей ведется, начиная с самого интенсивного варианта, т. е. с варианта, образованного сочета­ нием максимальных значений параметров Ь1 и пп1. Сначала при первом значении Ьх рассматриваются варианты, полученные уменьшением скорости пп от пп1 до nnJ. Затем при втором зна-

1 6 4