CC BY
92
УДК 62-83:004
В.В. Галкин, нач. научно-технического центра, (3519) 29-84-34 [email protected] (Россия, Магнитогорск, ОАО "ММК"),
A.С. Карандаев, д-р техн. наук, проф., декан, зав. кафедрой, (3519) 29-84-34, [email protected] (Россия, Магнитогорск, МГТУ),
B.В. Головин, канд. техн. наук, заслуженный энергетик РФ, нач. центральной электротехнической лаборатории, (3519) 29-84-34, cetl [email protected]
(Россия, Магнитогорск, ОАО "ММК"),
A. А. Радионов, д-р техн. наук, зав. кафедрой, (3519) 29-84-34, [email protected] (Россия, Магнитогорск, МГТУ),
B.Р. Храмшин, канд. техн. наук, доц., зам. декана, (3519) 29-84-34, hvr [email protected] (Россия, Магнитогорск, МГТУ),
В.Р. Гасияров, асп., (3519) 29-84-34, [email protected] (Россия, Магнитогорск, МГТУ), О.А. Залогин, асп., (3519) 29-84-34, [email protected] (Россия, Магнитогорск, МГТУ)
АЛГОРИТМ РАСЧЁТА СКОРОСТНЫХ И НАГРУЗОЧНЫХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ КЛЕТЕЙ ПРОКАТНОГО СТАНА ПРИ ПРОКАТКЕ ТОЛСТЫХ ПОЛОС
Разработан алгоритм расчета энергосиловых параметров электроприводов клетей широкополосного стана 2000 и толстолистового стана 5000 горячей прокатки. В основу алгоритма положены полученные ранее зависимости для определения момента нагрузки главного электропривода клети, учитывающие особенности геометрии очага деформации при прокатке трубной заготовки, а также зависимости, позволяющие определить эквивалентный ток за цикл прокатки по технологическим параметрам без промежуточных расчетов нагрузочной диаграммы.
Ключевые слова: алгоритм расчета, эквивалентный ток, статический момент.
Ввод в эксплуатацию на промплощадке ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" нового толстолистового стана 5000 и освоение нового сортамента прокатки трубной заготовки на непрерывном широкополосном стане 2000 определяют необходимость теоретического анализа энергосиловых параметров процесса горячей прокатки толстых полос. Скоростные и нагрузочные диаграммы электроприводов клетей прокатного стана являются взаимозависимыми ограничивающими факторами, накладываемыми на технологический процесс в целом. Поэтому их анализ необходим для формирования новых и уточнения имеющихся технологических программ.
Прокатка толстой полосы на непрерывных станах горячей прокатки и на реверсивных станах имеет отличия. На непрерывных станах прокатка ведется при переменной скорости. Передний конец захватывается пооче-
12
редно всеми клетями и моталкой на пониженной заправочной скорости. Далее все клети, рольганг и моталка одновременно разгоняются до максимальной рабочей скорости. Торможение клетей осуществляется индивидуально после выхода заднего конца полосы из конкретной клети.
На реверсивном стане 5000 обжатие осуществляется одной горизонтальной клетью кварто и расположенной за ней эджерной клетью с двумя вертикальными валками. Группа клетей работает в реверсивном режиме -прокатка сляба осуществляется в несколько проходов. Перед группой клетей и после нее установлены поворотные столы с боковыми линейками, обеспечивающие в случае необходимости разворот сляба на 90 град. Ускорение и замедление электропривода реверсивного стана осуществляется с металлом в валках. Ускорение - сразу после захвата металла валками, а момент начала замедления определяется необходимой скоростью выброса конца слитка на отводящий рольганг.
Указанные особенности определяют алгоритмы расчета скоростных и нагрузочных режимов работы электроприводов клетей, в том числе необходимость учета их загрузки от динамических токов и степени изменения магнитного потока возбуждения двигателя при ускорениях и замедлениях (в случае реализации системы тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока).
На расчет статического момента - момента прокатки определяющее значение оказывает отношение высоты очага деформации к радиусу рабочих валков. Для невысоких очагов деформации, имеющих место при традиционной для непрерывных широкополосных станов прокатке тонких полос, в литературе имеются соответствующие выражения, дающие при расчетах достаточную точность. При прокатке толстых полос применение известных методик приводит к существенным погрешностям. Авторам доклада разработаны уточненные выражения для расчета статического момента при прокатке толстых листов [1], которые можно представить в виде
М пр = 2 • Р^ ■(( - И Ь-^0^, (1)
где у - коэффициент положения равнодействующей давления на валки; Рв - радиус рабочего валка; И0, И] - толщина листа (штрипса) до и после прокатки; Р - давление металла на валки, определяемое по зависимостям
J*2 *2 Р* + Ру ,
Р*=1 ° (( 1Ь ] +а 1 / • Р*=+ь1 а Р •
Рх =т—-1 х)'Т + —Г х'] ; Ру =—~—]Р® ;
2 ё• 11 X g•1l ' 2 0 у
8-Рв
Г И + 4-р
Рф = • tgф . , „ ч • агсЩ /, „ . , „ ч •
(И + 2 • Рв У И (И+4^ Рв) И (И + 4^ Рв)
ф 2
+
2 •
+
И + 2 • Яв
• 1п
tg(ф/2) +1
tg (ф/2)-1
+ к • 1п
+ Яв • (1 - ооб ф)
+ к •
1 - 1п
И
2
х, у - координаты расчетного сечения очага деформации на поверхности валка; ф - угол между касательной к дуге валка в точке расчета и горизонтальной плоскостью; 1х - удельная сила трения между прокатываемым металлом и поверхностью валков; Ь0, Ь1 - ширина листа (штрипса) до и после прокатки; I - длина пояса деформации; Иу - высота прокатываемой полосы в нейтральном сечении; О - вес полосы; 11 - длина всей прокатанной полосы после ее выхода из валков; х - вытяжка, полученная при пропуске полосы; 1х - длина участка полосы вышедшего из валков в данный момент; у - ускорение полосы при выходе из валков; g - ускорение свободного падения.
Авторами предлагаются аналитические зависимости для расчета эквивалентного тока электродвигателя клети толстолистового стана [2]. Предложенная методика представляет собой развитие работ проф. Тищен-ко Н.А. и Оганьяна Я.П. и заключается в замене при расчете эквивалентного тока суммы интегралов
1экв -Тц = I № ))2 ( = | (1(1 ))2 ( +
ц
2
Т1
0
на сумму выражений
Тк
+ I (1(1 ))2 ( 0
+... +
I №))2 ( (2)
1экв
.2
а • с + в • с1 + с1)+....+ (ап
п + Вп
1Сп + Сп,
Т
(3)
ц
где ¡С1, 1Сп - статический ток двигателя (в о.е.) в 1-м и п-м проходах, обусловленный моментом прокатки, а коэффициенты А1, В1, С1 и Ак, Вк, Ск, определяются технологическими параметрами: длиной прокатываемого участка, значениями установившихся скоростей, ускорений и замедлений по проходам.
В результате расчет эквивалентного тока значительно упрощается и напрямую связывается с технологическими параметрами, что позволяет при изменении программы прокатки вычислять его значение без промежуточных расчетов нагрузочной диаграммы.
В динамических режимах разгона и торможения полный ток двигателей представляется в виде суммы двух составляющих - статической и динамической: 1=1с+^дин. Так, для к-го прохода в режиме разгона
1к = С + Р к :
(4)
в режиме торможения
1к = 1Ск - 1Тк =
(5)
х
где iСк = 1Ск/1Н - статический ток якоря (о.е.), iРк = IРк^н = ак1аН ,
ijk = Ijk/IН = bk/aн - динамические токи в режимах разгона и торможения; ак , bk - ускорение и замедление в k-ом проходе; аН , ЬН - ускорение и замедление, соответствующие номинальному току двигателя
M Н • Яв
а Н
J
ПР • J Р
(6)
МН - номинальный момент двигателя; ЯВ - радиус рабочих валков клети; JПР - приведенный к валу двигателя момент инерции механизма; ]Р - передаточное число редуктора.
Зависимости для расчета эквивалентного тока двигателя постоянного тока, работающего без ослабления потока возбуждения, и двигателей переменного тока идентичны и выполняются по скоростным и нагрузочным диаграммам, представленным на рисунке. Длительность каждого прохода на рис. 1 разбита на три участка:
1. Разгон до установившейся скорости в течение времени Р;
2. Прокатка на установившейся скорости в течение времени
3. Торможение от установившейся скорости прокатки до нулевой в течение времени /-д..
.V
Ун
Vy,
¡С k+ ip k
с tyi; >
•C k
»C k" IT k
Скоростные и нагрузочные диаграммы главного электропривода в к-м проходе при постоянном потоке
В этом случае выражение (3) принимает вид
Тк 2 2
J (i(t))2 dt = АкСк + вкСк + Ск, (7)
в котором коэффициенты Ак, Вк, Ск определяются следующими соотношениями
Ак =тк = 1-0 —, Вк = 0, Ск = (ак + Ьк)• (8)
У0 п а2
где 10, - начальная длина сляба перед первым проходом; У0, Ук - установившиеся скорости перед первым и в к-м проходе соответственно; п - число проходов при прокатке; стк = п • тк / Тц - коэффициент длительности прохода.
Представленный подход был применен для расчета эквивалентного тока двигателей постоянного тока приводов клетей стана 2000 и электромагнитного момента синхронных двигателей клети стана 5000. В табл. 1, 2 приведены результаты расчета и экспериментальных исследований нагрузочных режимов электроприводов клетей указанных станов. Для стана 2000 показаны режимы прокатки трубной заготовки из стали марки 22ГЮ, 09Г2Д, 09Г2С, 09ГСФ и 13Г1С-У, а для на стана 5000 - режимы прокатки слябов из следующих марок сталей: 10ХСНД, К56, К60, К65 и СтЗсп. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований позволяет сделать вывод об адекватности теоретических расчетов - ошибка в расчетах не превышает 9.. .10 %.
Таблица 1
Результаты теоретических расчетов и экспериментальных исследований эквивалентного тока двигателей клетей стана 2000 горячей прокатки ОАО "ММК"при прокатке трубных марок стали
Вид работы Эквивалентный ток двигателей по клетям, А
№4 №5 №6 №7 №8 №9 №10 №11 №12
Марка стали 22ГЮ, размер сляба 5900х1250х250
Эксперимент 10624 9643 8564 7547 6421 8572 6058 6049 5552
Расчет 10321 8974 8573 7904 6989 8162 6511 6060 5023
Марка стали 09Г2Д ,, размер сляба 5550х1250х250
Эксперимент 11110 11231 12591 7808 6019 6750 5376 5691 7095
Расчет 11056 11929 13434 8450 5588 6116 5768 5607 7015
Марка стали 09Г2С, размер сляба 9700х1650х250
Рксперимент 17418 15777 16464 7864 7865 9695 7623 8009 7801
Расчет 17604 16770 16922 7547 7387 10458 7816 8342 8031
Марка стали 09ГСф Е>, размер сляба 9300х1730х250
Эксперимент 16676 14420 15617 13028 11066 13744 11015 10570 8610
Расчет 15096 13135 17144 12042 10488 12383 11838 9619 8987
Ма рка стали 13Г1С-У, размер сляба 6000х1730х250
Эксперимент 18356 16806 14947 11736 9685 12351 10490 11409 5736
Расчет 17071 17634 15987 12519 9700 12084 10748 11352 5383
Таблица 2
Результаты теоретических расчетов и экспериментальных исследований энергосиловых параметров процесса горячей прокатки
на стане 5000 ОАО "ММК"
Марка стали Размеры сляба, мм Обжатие, % Момент прокатки, кН
толщина ширина длина эксперимент расчет
10ХСНД 300 3040 2400 6,08 2984 3284
К56 300 3120 2050 11,28 4195 4700
К60 300 2600 2400 9,89 4124 4522
К65 300 2660 2400 11,89 5761 6242
Ст3сп 300 2900 2700 9,67 3084 3318
В целом, опыт расчетов эквивалентного тока (электромагнитного момента) показал, что предложенный алгоритм значительно упрощает расчеты и позволяет получать значения эквивалентного тока (электромагнитного момента) двигателя клети без промежуточных расчетов нагрузочной диаграммы.
Список литературы
1. Гасияров В.Р., Пузанкова Е.А., Радионов А.А. Методика расчета момента прокатки на толстолистовом стане 5000 // Электротехнические системы и комплексы: межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2009. Вып. 16. C. 100-109.
2. Карандаев А.С., Одинцов К.Э., Титов А.А. Аналитические зависимости для расчета эквивалентного тока электродвигателя клети толстолистового стана // Изв. вузов. Электромеханика. 2009. № 1. С. 84-87.
V. Galkin, A. Karandaev, V. Golovin, A. Rodionov, V. Xramshin, V. Gasiyarov, O. Zalogin Algorithm of calculation of high-speed and loading modes of electric drives of cages of the rolling mill at the rolling of thick strips
The algorithm of account of power parameters of electric drives of stands of the broad-strip mill 2000 and the plate mill 5000 hot rollings is developed. In algorithm the ground the cages considering features of geometry of the nucleation site for of deformation at rolling of a round billet, and also the dependence are assumed gained before dependence for definition of the moment of load of the main electric drive, allowing to define an equivalent current for a rolling cycle on technological parameters without intermediate accounts of the load chart.
Keywords: algorithm of the calculation, equivalent current, the static moment.
Получено 06.07.10
