Снижение энергозатрат толстолистовых станов (стр. 2 из 7)

Асимметричная прокатка

Одним из наиболее перспективных методов воздействия на металл является асимметричная прокатка (АП). Лишь в последние 15-20 лет началось широкое исследование и применение АП сначала на станах холодной прокатки, а затем и на станах горячей прокатки. Толчком к этому явилось введение в эксплуатацию рабочих клетей с индивидуальным приводом валков. Практика исследования и применения процессов АП при горячей и холодной прокатке листов свидетельствует о возможности управления при этом практически всем спектром параметров прокатки и служебных свойств листов и полос. К их числу относятся: энергосиловые параметры; условия трения на контакте валок-полоса; геометрические параметры листов; шероховатость поверхности; механические свойства металла; физические свойства; текстура и структура металла.

Наиболее управляемый и эффективный параметр АП соотношение линейных скоростей ведущего V_Iи ведомого V₂валков, характеризуемое коэффициентом асимметрии а_V= V_I / V₂.

Скоростная асимметрия наряду с улучшением служебных свойств готового проката существенно изменяет степень загруженности трансмиссий ведущего (имеющего большую скорость) и ведомого валков. Нагрузка на трансмиссию и привод ведущего валка возрастает, а ведомый валок и его привод разгружаются вплоть до перехода в генераторный режим.

Исследования влияния основного параметра скоростной асимметрии на энергосиловые параметры прокатки проводились в лабораторных и промышленных условиях. На лабораторном стане 340 моделировали условия прокатки в последних пропусках чистовой клети стана 3000. Использовали свинцовые образцы. Эксперименты показали, что сила прокатки снижается при увеличении коэффициента асимметрии до 1,20. На рисунке 1а представлены опытные и расчетные кривые по формулам авторов работ [2,3]. Из рисунка следует, что опытные и расчетные данные уменьшения силы прокатки до а_v = 1.10 близки по значению. При а_v > 1.10 рассчитанная по [2] кривая 3 на рисунке значительно расходится с опытной кривой 1 и рассчитанной по [3] кривой 2. Это можно объяснить тем, что формула из работы [2] учитывает только коэффициент асимметрии а_у, в то время как формула авторов работы [3] учитывает целый комплекс параметров: частоту вращения валков, относительное обжатие, радиус рабочих валков, толщину подката, жесткость полосы и клети.

На рис. 1б представлена экспериментальная зависимость отношения крутящих моментов на ведущем и ведомом валках от величины коэффициента асимметрии. Кривая имеет гиперболический вид и пересекает ось абсцисс в точке, соответствующей а_v = 1.05 . Этот момент соответствует переходу ведомого валка в генераторный режим при отсутствии ещё полной пробуксовки ведущего валка по металлу.

Рис. 1. Энергосиловые параметры при АП свинцовых образцов на стане 340: δР - изменение силы прокатки; Р - сила прокатки; М₁и М₂- крутящие моменты на ведущем и ведомом валках.

Рисунок 2 – Результаты экспериментальных исследований на стане 3000 при обычной (а) и асимметричной (б) прокатке: 5 и 6 – номера пропусков.

Промышленные эксперименты были проведены в условиях чистовой клети толстолистового стана 3000 Мариупольского металлургического комбината им. Ильича. При контролируемой прокатке особое значение для формирования всего комплекса служебных свойств готовых листов имеют последние пропуски в чистовой клети. Для определения допустимого значения коэффициента асимметрии а_vпровели анализ загруженности чистовой клети стана 3000 по силе прокатки Р, крутящим моментам на ведущем и ведомом валках, суммарному крутящему моменту (М_∑) и среднеквадратичному току приводов. Чистовая клеть стана 3000 рассчитана на максимальную силу прокатки 68,7МН и крутящий момент 4,9 МН*м. Эксперименты показали, что загрузка клети при прокатке в симметричном режиме в двух последних пропусках не превышает 75 % по силе прокатки и 58 % по крутящему моменту (рис. 2а), что позволяет использовать в них режимы АП.

Рис. 3. Зависимость силы прокатки от коэффициента асимметрии, а_v, вычисленного по формуле (1)

В результате статистической обработки экспериментальных данных методом наименьших квадратов получено уравнение для силы прокатки:

Р = 62.72 - 21а_v(1)

По уравнению (1) построена зависимость силы прокатки от коэффициента асимметрии (рис.3). Анализ полученных результатов показал небольшое (до 10 %) снижение силы прокатки при увеличении коэффициента асимметрии до 1.10. Это объясняется большой жесткостью раската при контролируемой прокатке и следует из зависимостей, приведенных в работе [4], так как

δР_т/δР_р = 1 + С_п/С_к,,(2)

где δР_т и δР_р- теоретическое и регистрируемое месдозами изменение силы прокатки; С_пи С_к- жесткость полосы и клети.

При контролируемой прокатке С_п=20...32 МН/мм, С_к= 8 МН/мм, а δР_т/δР_р =3,5.. .5. Так как по расчетам для условий стана 3000 величина δР_т /Р составляет 5.. .10 %, то регистрируемая величина δР_т /Р находится в пределах ошибки измерения. Суммарный крутящий момент при значении а_vдо 1.10 увеличился на 5...10 %. Однако при АП существенно перераспределяются крутящие моменты на валках (рис.2б). При коэффициенте асимметрии а_vдо 1.10 крутящий момент на ведущем валке в последних пропусках не превышал 2 МН*м, а суммарный крутящий момент 2,4 МН*м и 2 МН*м соответственно в предпоследнем и последнем пропусках. Среднеквадратичный ток привода ведущего валка, определяющий его нагрев за цикл при контролируемой прокатке, по симметричному режиму и при реализации АП в одном и двух пропусках составил соответственно 70..80%, 80..90% и 83..97% от допустимого. Таким образом, работу в режиме АП по условиям нагружения клети и привода можно применять в последних двух пропусках. При этом загрузка привода по силе прокатки, крутящему моменту и среднеквадратичному току находится в допустимых пределах. Во избежание неравномерности загрузки трансмиссий валков по крутящим моментам в последних двух пропусках ведущий и ведомый валки следует менять местами, что обеспечит постоянство эквивалентной нагрузки, ответственной за усталостную прочность деталей главной линии стана. Режимы АП могут быть использованы на других предприятиях при реконструкции листовых станов в процессе перевода клетей на индивидуальный привод валков. Исходя из экспериментальных данных можно сделать выводы об эффективности ассиметричной прокатке в связи с уменьшением силы прокатки до 10% , а следовательно и снижение расхода электроэнергии, получение более точных размеров и хорошее качество поверхности металла.

Энергосберегающие технологии индукционного нагрева

Структурные изменения в металлургической промышленности привели к широкому использованию технологий индукционного нагрева металлов. В частности, индукционный нагрев слябов перед прокаткой позволяет существенно повысить качество проката и выход годного металла

Наиболее экономически выгодный подход, снижающий стоимость нагрева тонны металла при существенном уменьшении окалинообразования и обезуглероживания, заключается в нагреве металла после выхода из газовой печи (900-1150 °С) до температуры прокатки (1150-1250 °С).

Проблему нагрева-подогрева слябов можно разделить на две части: нагрев из холодного состояния (или подогрев "толстых" слябов толщиной 200-300 мм) и подогрев на участке промежуточного рольганга между черновыми и чистовыми клетями прокатного стана стойких слябов (полосы подката) толщиной 20-50 мм. После разработки установок непрерывной разливки стали с толщиной сляба 20-50 мм исчезла стадия предварительной прокатки, однако необходимость подогрева слябов осталась. В обоих случаях индукционный нагрев может использоваться для формирования требуемого температурного поля сляба перед чистовой прокаткой.

В промышленности для нагрева слябов используются разнообразные типы индукционных печей. Наибольшее распространение получили овальные индукторы с продольным магнитным полем.

В настоящее время реализованы три типа установок для нагрева толстых стальных слябов перед прокаткой. Наиболее распространены следующие установки:

- нагреватели периодического действия с вертикальным размещением овальных индукторов, которые охватывают сляб, стоящий на узкой грани. Очевидно, реализация такой схемы размещения индукторов возможна только для относительно толстых слябов. Индикаторы, охватывающие сляб по широкой грани, получили название индукторов Росса — по имени главного специалиста компании Николаса Росса . Они были внедрены на производстве McLouth Steel в г. Трентоне (США)

- нагреватели непрерывного действия, состоящие из линии горизонтально расположенных овальных индукторов. Слябы непрерывно перемещаются по роликам, расположенным между индукторами. Типичная установка реализована в Лулэо, (Швеция);

- нагреватели непрерывного действия, состоящие из линии горизонтально расположенных овальных индукторов с возвратно-поступательным движением слябов. Наиболее известная установка, состоящая из 7 индукторов общей мощностью 42 МВт, реализована на производстве Geneva Steel в США.

Каждая из конструкций нагревателя обладает своими достоинствами и недостатками, и в каждом конкретном случае выбор зависит от многих факторов. Целесообразно провести сравнительный анализ этих трех типов ИНУ (индукционная нагревательная установка) по различным критериям.