Разработка рекомендаций по повышению производительности толстолистового стана 5000 ОАО "Северсталь" на основе расчета энергосиловых параметров прокатки

• Автор: Шишов, Иван Александрович
• Шифр специальности: 05.16.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 191 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Математические модели прогнозирования энергосиловых параметров как важная часть системы автоматического управления станом 5000 ОАО “Северсталь”

1.1. Производство штрипса из трубных марок стали на стане 5

1.1.1. Основные технологии прокатки толстых листов из трубных марок стали на стане 5000

1.1.2. Система автоматизации, существующая на стане 5000: достоинства и недостатки

1.1.3. Необходимость создания нового математического обеспечения системы управления станом
1.2. Влияние напряженно-деформированного состояния металла в очаге деформации на усилие прокатки и качество готового листа
1.2.1. Методы исследования напряженно-деформированного состояния металла при прокатке
1.2.2. Особенности напряженно-деформированного состояния металла в условиях высоких и средних очагов деформации

1.3. Существующие методики расчета энергосиловых параметров прокатки

1.3.1. Методики расчета усилия прокатки
1.3.2. Взаимосвязь усилия прокатки и момента на валу электродвигателя
1.3.3. Взаимосвязь момента на валу и током в якоре электродвигателя
Глава 2. Экспериментальные исследования реологических и релаксационных свойств трубной стали категории прочности К
2.1. Описание методики экспериментальных исследований
2.2. Исследование реологических свойств стали К
2.3. Исследование кинетики роста зерна аустенита для стали К
2.4. Исследование релаксационных свойств стали К
2.5. Перспективы использования методики для расчета сопротивления деформации других марок сталей
2.6. Выводы по главе
Глава 3. Разработка методики расчета среднемассовой температуры раската по ходу прокатки на стане 5
3.1. Постановка и решение задачи об охлаждении сляба на участке предварительных операций в пакете Бе/огт-31)
3.2. Постановка и решение термодеформационной задачи горячей прокатки на стане 5
3.3. Проверка адекватности выполненных расчетов
3.4. Построение упрощенных зависимостей для оценки изменения среднемассовой температуры по ходу прокатки
3.4.1. Методы построения упрощенных зависимостей для оценки изменения среднемассовой температуры по ходу прокатки
3.4.2. Построение упрощенных зависимостей для оценки изменения среднемассовой температуры сляба на этапе предварительных операций

3.4.3. Построение упрощенных зависимостей для оценки изменения среднемассовой температуры
сляба на этапе прокатки
3.5. Выводы по главе
Глава 4. Разработка методики расчета формоизменения раската при прокатке на стане 5
4.1. Особенности постановки деформационной задачи прокатки толстого листа на стане 5000
4.2. Экспериментальное исследование уширения металла при горячей прокатке на стане 5000
4.3. Определение коэффициента термического расширения металла
4.4. Построение упрощенных математических моделей уширения и удлинения металла на основании решения деформационной задачи в Deform-3D
4.5. Выводы по главе
Глава 5. Корректировка методик расчета энергосиловых параметров применительно к условиям стана 5
5.1. Корректировка методик расчета усилия прокатки к условиям стана 5
5.1.1. Исследование влияния неравномерности температур по высоте раската на НДС металла в очаге деформации
5.1.2. Разработка технологических рекомендаций по совершенствованию технологии прокатки для улучшения структуры толстого листа
5.1.3. Учет влияния неравномерности температур по высоте раската на усилие прокатки в условиях высокого очага деформации
5.1.4. Корректировка методики расчета усилия прокатки в условиях средних очагов деформации
5.2. Адаптация методики расчета момента прокатки к условиям стана 5
5.3. Определение коэффициента взаимосвязи между моментом на валу и током в якоре электродвигателя
5.4. Результаты расчетов энергосиловых параметров прокатки с использованием комплекса разработанных моделей
5.5. Структура алгоритма расчета режимов прокатки с максимально
допустимыми по энергосиловыми параметрам обжатиями
5.6. Оценка возможности использования разработанных моделей для оптимизации технологий прокатки по производительности
5.7. Выводы по главе
Общие выводы
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение
В течение последних десятилетий Россия является крупнейшим поставщиком природного газа в страны Европы и Азии. В связи с этим производство труб большого диаметра из высокопрочных сталей для магистральных трубопроводов является важной государственной задачей. Производство толстого широкого листа из трубных сталей постоянно расширяется, а требования к штрипсу и трубам ужесточаются вследствие увеличения рабочего давления в трубопроводах и необходимости их эксплуатации в сейсмоопасных зонах и районах Крайнего Севера.
До последнего времени стан 5000 ОАО “Северсталь”, введенный в эксплуатацию в 1985 г., был единственным производителем толстого листа для труб большого диаметра в России. Но в 2009 и 2011 гг. были запущены более современные, мощные и высокопроизводительные станы на Магнитогорском и Выксунском металлургических комбинатах, в связи с чем из-за необходимости поддержания конкурентоспособности продукции стана 5000 перед ОАО “Северсталь” встали задачи обеспечения высокого качества производимого металла и одновременного снижения затрат на его производство.
Сокращение издержек при сохранении качества продукции может быть достигнуто путем обеспечения максимальной производительности за счет назначения режимов прокатки с максимально допустимыми энергосиловыми параметрами, исключения вынужденных простоев, связанных с поломками оборудования из-за перегрузки, сокращения времени технологических операций.
Для обеспечения оптимальной загрузки стана была внедрена система автоматического управления, разработанная компанией Siemens. В качестве математического обеспечения системы разработчиками предложена модель, аналогичная используемой в компании Voest Alpine Industrieanlagenbau (VAI). К сожалению, использование модели VAI при работе в автоматическом режиме в условиях стана 5000 приводит к его недогрузке - обжатия в проходах снижаются, а общее число проходов для достижения конечной толщины листа увеличивается на 20-30% по сравнению с возможностями оборудования. Известно, что прокатка толстого ли-

1.3.2. Взаимосвязь усилия прокатки и момента на валу электродвигателя
В литературе подробно изложены особенности расчета момента на валу двигателя реверсивного стана кварто [32,55].
При симметричном процессе прокатки (валки равного диаметра, одинаковое состояние поверхности валков, одинаковая частота вращения валков) без натяжения полосы можно принять, что равнодействующая усилия прокатки направлена нормально к оси прокатки [56]. Тогда момент прокатки можно вычислить как
Мг,Р=аРпр’ (1.19)
где а - плечо усилия прокатки Р.
Таким образом, для правильного прогнозирования моментов прокатки требуется достоверно определить значение усилия прокатки.
В случае приводных рабочих валков, потери на трение в их подшипниках можно не учитывать, поскольку диаметр цапфы рабочего валка мал. Однако нельзя пренебречь потерями на трение в опорных валках нельзя, так как их шейки характеризуются большим диаметром, поэтому при больших значениях усилия момент трения Мтр будет значительным [55].
Момент трения можно определить как [24]:

^тр РПр Мш. оп ^ш.оп Гу > (1.20)

где с1ии оп - диаметр шейки опорных валков (для стана 5000 можно принять равным 1600 мм), рш>оп- коэффициент трения в подшипниках опорных валков (зависит от типа подшипников, для подшипников жидкостного трения рш> оп = 0,004), £)р и До-диаметры рабочих и опорных валков. Момент трения для стана 5000 может быть определен однозначно.
Таким образом, общий момент, который требуется приложить к рабочим валкам, будет равным Мир + Мтр.
На стане 5000 при прокатке металла скорости вращения валков регулируется в течение каждого прохода: после захвата металла скорость валков увеличивается,