Лабораторная работа №7 модель-тренажер оператора прокатного стана

Цель работы:

1. Освоить приемы настройки режима работы стана на модели-тренажере.

2. Оптимизировать настройки стана по критерию минимума энергоемкости процесса (программа TANDEM).

Теоретическая часть

Стальные листы производят, в основном, на 4 - 5 клетевых непрерывных станах, которые рассчитаны на прокатку полос толщиной h = 0.3...3.0 мм, шириной B = 600...2350 мм со скоростью прокатки до 25...30 м/с. Прокатные клети кватро имеют рабочие валки диаметром D_Р = 500...660 мм, опорные валки D_ОП = 1300...1600 мм, длина бочки валков L_Б = 1700...2500 мм. На рис. 7.1 приведена схема пятиклетевого непрерывного стана.

Рис. 7.1. Схема пятиклетевого непрерывного стана

Заготовка - травленая горячекатаная полоса толщиной H = 1.8...6.0 мм в рулонах массой до 45 т.

Суммарное относительное обжатие

Важное значение имеет распределение частных обжатий по клетям - оно влияет на точность прокатки, загрузку оборудования (усилие и момент прокатки), производительность стана. Обычно относительные обжатия в клетях уменьшаются по ходу прокатки.

Холодная прокатка всегда ведется с натяжением полосы порядка (0.2...0.5)s_т, где s_т - предел текучести металла с учетом наклепа, который увеличивает s_т на 30...40%. Удельное натяжение между последней клетью и моталкой менее 0.1s_т (для стали Ст3 s_т = 285 МПа = 28.5 кгс/мм²). Общий уровень и распределение натяжений по стану существенно влияет на точность прокатки и загрузку оборудования. При увеличении натяжений усилия прокатки уменьшаются.

Модель T A N D E M^*

Статическая модель непрерывной холодной прокатки содержит аналитические нелинейные зависимости нагрузок i-х клетей стана:

• P_i - усилия прокатки, М_i - моменты прокатки, N_i - мощности прокатки

• параметров полосы:

• h₀ - толщина подката,

• h₅ - толщина холоднокатаной полосы,

• В ‑ ширина полосы;

• марки стали и режимов прокатки:

• V₅ - скорость прокатки,

• Е_i% - обжатия i-ой клети,

• Т_i(s_i) - заднее натяжение i-ой клети;

• распределения нагрузок по клетям:

• параметров валков:

• диаметр рабочих валков,

• шероховатость поверхности рабочих валков;

• параметров стана:

• длина межклетевых промежутков,

• температура эмульсии, охлаждающей валки,

• коэффициент трения валков о полосу.

Модель «TANDEM» может быть использована для следующих целей:

• исследования зависимостей выходных параметров от вариаций входных;

• оптимизации режима прокатки автоматически или вручную;

• расчетов нагрузок по данным параметрам полосы и режимов прокатки;

• как модель-тренажер для обучения операторов стана или студентов;

• как встроенная в АСУ ТП статическая модель стана.

Порядок выполнения работы

1. Запустить программу tandem5.exe. Принять предложенный базовый вариант и ознакомиться с работой программы.

2. В меню выбрать пункт «полоса». Величину обжатия задавать в мм - толщина полосы на выходе из клети, а натяжения - в кгс/мм². Из табл. 7.1 выбрать и задать соответствующие варианту значения начальной толщины h₀, конечной толщины h₅ и ширины B полосы. Остальные значения принимаются по базовому режиму.

3. Оптимизировать режим обжатий по критерию минимума суммарной мощности прокатки. Для этого необходимо подобрать значения толщины полосы h_i на выходе каждой клети и натяжения между клетями s_i. Толщина на выходе последней клети должна соответствовать h₅ варианта задания, а точность ввода значений не более 0.01 мм. При этом должны соблюдаться следующие технологические требования и ограничения (записаны в соответствии с приоритетами):

Табл. 7.1

Вариант	h0, мм	h5, мм	B, мм	Вариант	h0, мм	h5, мм	B, мм
1	4.3	1.0	1000	9	2.0	0.3	1000
2	4.3	1.0	1100	10	2.0	0.3	1100
3	4.3	1.0	1200	11	2.0	0.3	1200
4	4.3	1.0	1400	12	2.0	0.3	1400
5	3.0	0.8	1000	13	2.0	0.5	1000
6	3.0	0.8	1100	14	2.0	0.5	1100
7	3.0	0.8	1200	15	2.0	0.5	1200
8	3.0	0.8	1400	16	2.0	0.5	1400

• относительные обжатия по клетям примерно одинаковые;

• мощности прокатки во всех клетях примерно одинаковы;

• моменты прокатки должны уменьшаться по ходу прокатки;

• усилия должны уменьшаться по ходу прокатки;

• межклетевые натяжения должны быть в пределах , кгс/мм²;

• натяжение перед моталкой , кгс/мм².

На мощность прокатки в каждой клети влияет :

• обжатие;

• скорость;

• заднее натяжение - прямо пропорционально;

• переднее натяжение - обратно пропорционально.

На суммарную мощность прокатки влияют распределения обжатий по клетям.

Процедуру оптимизации целесообразно проводить методом покоординатного спуска:

Этап 1. При заданных начальных значениях натяжений s_i последовательно (по ходу прокатки) подобрать обжатия в клетях.

Этап 2. Для полученных обжатий уточнить натяжения s_i .

Повторять этапы 1 и 2 до получения оптимальных значений обжатий и натяжений. Режимы работы и критерий оптимальности контролировать по графикам - пункт меню «ГРАФИКИ».

4. После получения оптимальной настройки стана зарисовать графики и записать таблицу значений - пункт меню «ТАБЛИЦА».

5. Проконтролировать качество настройки стана: в меню выбрать пункт «ОПТИМИЗАЦИЯ». Задать оптимизацию по мощности и принять коэффициенты загрузки клетей равными 1. Зарисовать полученные графики и записать таблицу.

6. Сделать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Как обжатие влияет на усилие и момент прокатки?

2. Чем определяется ограничение на величину натяжения между клетями и между клетью и моталкой?

3. Следует ли выравнивать нагрузки по клетям и почему?

4. Как натяжение влияет на усилие и момент прокатки в предыдущей и последующей клетях?

Литература

1. Грудев А.П., Машкин Л.Ф., Ханин М.И. Технология прокатного производства. - М.: Металлургия, 1994.

2. Скороходов А.Н. и др. Оптимизация прокатного производства. - М.: Металлургия, 1983.