Теплосохраняющие установки на промежуточном рольганге

 Установили, что при прохождении первого  подката (например, 35х1500х71500 мм) под  исходными "холодными" панелями ТАЭ экономия тепла достигает 60% и температура его хвостовой части повышается на 50°С по сравнению с охлаждением на воздухе при наличии окалины на рольганге (рис. 10). На пятом подкате экономия тепла достигает 80% и температура хвостовой части дополнительно повышается на 20°С. На секциях 1-8 без снижения эффекта экранирования панели ТАЭ могут быть заменены на ТОЭ. При использовании экранирующей установки увеличение скорости транспортирования подкатов по промежуточному рольгангу практически не влияет на их охлаждение, но повышается вероятность ударов подкатов по панелям экранов. Протяженность экранирующей установки должна быть равна наибольшей длине подкатов, характерной для стана, и ее необходимо максимально приближать (из конструктивных соображений) к летучим ножницам. 

Рис. 10. Изменение температуры (t) хвостовой части подката (штриховые линии) и мембран (сплошные линии) и экономии тепла () подката (пунктирные линии):

1-5 — номера  последовательно прошедших подкатов; стрелкой отмечена секция, до которой панели ТАЭ могут быть заменены  панелями ТОЭ; N — номера секций экранов.

   На  основе выполненных исследований разработали  промышленную теплосохраняющую установку для промежуточного рольганга ШПС 2000 НЛМК. В конструкции установки предусмотрели: применение панелей ТАЭ, набранных из труб, имеющих вывод перфорации их боковых стенок к мембране; расстояние между мембраной и уровнем рольганга 250 мм с возможностью его изменения до 350 мм при замене панелей ТАЭ на ТОЭ; протяженность экранирующей установки, равную длине наибольшего подката, с максимальным приближением к летучим ножницам и переходом в районе действия подвижных линеек на ТОЭ; исполнение межроликовых плит с емкостями для воздушной окалины внутреннее охлаждение роликов рольганга в районе действия ТАЭ; применение ТОЭ для изоляции боковых зазоров; наличие отбойников на панелях ТАЭ и межроликовых плитах, а также входного отгибателя переднего конца подката на выходе из последней черновой клети; секционное исполнение экранирующей установки с возможностью придания каждой секции рабочего, промежуточного и нерабочего положений; упрощенную операцию замены панелей.

   Таким образом, разработали технологию изготовления панелей ТАЭ с выводом перфорации боковых стенок их труб к мембране.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Математическая  модель технологических операций широкополосного стана горячей прокатки

Технологический процесс широкополосной горячей прокатки включает нагрев (подогрев) металла, его деформацию в последовательно расположенных клетях с естественным или принудительным охлаждением при транспортировке металла между клетями и на отводящем рольганге и охлаждение на воздухе в плотносмотанном рулоне. Составными частями технологического процесса являются операции экранирования или промежуточной смотки-размотки металла и принудительного его охлаждения в плотносмотанном рулоне.

 Энергосиловые параметры прокатки, получаемые структура, механические свойства и геометрия готовой продукции в ходе этого сложного технологического процесса в определяющей степени зависят от температурных условий составляющих его технологических операций, от умения прогнозировать и обеспечивать необходимый их уровень. Все это предопределило необходимость разработки математических моделей температурных условий отдельных операций и всего технологического процесса широкополосной горячей прокатки. Модели были успешно опробованы на ряде станов горячей прокатки.

 Математическая  модель технологического процесса широкополосной горячей прокатки состоит из трех основных математических моделей: 1 — очага деформации и межклетьевого промежутка, 2 — экранирования металла, 3 —- смотки в рулон (плотно или неплотно), нахождения в рулоне и размотки. Указанные модели были разработаны в единой постановке и предусмотрено их применение порознь и вместе.

Основу  математической модели очага деформации и межклетьевого промежутка составляет совместное численное решение дифференциальных уравнений прокатки и теплопроводности с переменными коэффициентами для системы прокатываемый металл — окалина — валок (контактная задача), источниками энергии которой являются работа пластического формоизменения металла (внутренние источники) и трение о рабочие валки, с учетом изменения предела текучести материала полосы от температуры, скорости и степени деформации; для рольгангов и межклетьевых промежутков — численное решение нестационарного уравнения теплопроводности с нелинейными коэффициентами. Использовали одномерное уравнение теплопроводности, отражающее переток тепла только по толщине раската. 

Эффект  экранирования подката на промежуточном рольганге состоит в отражении от экранов части лучистой энергии подката и возвращении ее на металл (отражательные экраны) или в разогреве экранов вследствие поглощенной лучистой энергии подката и уменьшения из-за этого лучистого потока между металлом и разогретым экраном (тепловые экраны). При экранировании нижней поверхности подката целесообразно использовать слой воздушной окалины определенной толщины в соответствующих емкостях, выполненных на межроликовых плитах, которая в этом случае служит тепловыми экранами.

 Математическая  модель экранирования подката является развитием уже рассмотренной модели и его описание сведено к определению в уравнении (1). 

                                                            (1) 

 Для численного решения уравнение очаг деформации разбивали по длине на М равных сечений и каждое сечение разбивали по высоте на и частей по толщине металла и окалины. Известно, что задача о лучистом теплообмене в случае замкнутой системы (М и N поверхностей) сводится к решению следующего уравнения:

         (2)

При этом для  замкнутой системы эти уравнения  должны удовлетворять условию:      (3).

  Использовали  зональный метод, предполагающий равенство температур по всей элементарной площадке, и решение задачи свели к решению системы линейных алгебраических уравнений, в которых неизвестным являются результирующие лучистые потоки:

                                    (4)

где М) — тепловой поток с поверхности М; i — рассматриваемая элементарная площадка поверхности раската; j= 1-n—число элементарных площадок экранов, образующих с площадкой i замкнутую систему;— степени черноты и площади элементарных площадок i и j; = ; =— плотность излучения элементарных площадок i и j, имеющих абсолютную температуру и ;—площади взаимных поверхностей излучения тел, участвующих в лучистом теплообмене. 

При реализации методики на ЭВМ сделали следующие  допущения: для решения уравнения  теплопроводности раскат разбили на 1200, а рольганг на 90 узлов; замкнутую систему экраны — раскат — рольганг разделили на подсистемы: верхняя поверхность раската — экраны — часть рольганга, свободная от раската (при этом верхнюю поверхность раската разбили на 10 зон, а экраны — на 30 зон); нижняя поверхность раската — рольганг, находящийся непосредственно под раскатом; боковые поверхности раската — ограничительные линейки. Время расчета на ЭВМ при этом существенно сократилось благодаря использованию аналитических выражений для конечных площадок, расположенных произвольно в параллельных и перпендикулярных поверхностях.

 Кроме того, при анализе эффективности  тепловых экранов для каждой зоны по толщине мембран и изоляции определяли температуру с помощью решения уравнения теплопроводности. Распределение температуры в окалине находили путем представления окалины в виде системы параллельных экранов. В течение времени пауз при прокатке полос учитывали лучистый и конвективный теплообмен в системах экран — рольганг и экран — воздух. . Эффект экранирования подката в виде уменьшения температурного клина на входе в первую чистовую клеть существенно зависит от времени нахождения подката на участках рольганга (скорости движения подката по рольгангу и соотношения протяженности экранов и длины подката).

 При установке  экранов со стороны чистовых  клетей и условии  и (рис. 11) имеем:

            (5)

где и -средние скорости охлаждения без и с экранированием; и -скорости прокатки в последней R_n черновой и первой чистовой клетях; — скорость транспортировки подката по промежуточному рольгангу.

Рис. 11. Схема экранирования промежуточного рольганга широкополосного стана, стрелкой указано направление движения раската. 

Для и получим: - )+            (6)

Для и получим : +     (7)

Для и получим (+      (8)

При отсутствии экранирования формулы (5)-(8) принимают  вид  

В случае экранирования  всего промежуточного рольганга  в этом уравнении необходимо принять  .

Из уравнений (5)-(8) следует, что если принять условие сохранения температурного клина на входе в первую клеть чистовой группы, то применение экранирования подката на промежуточном рольганге позволяет (без изменения условий прокатки в чистовых клетях) увеличить длину подката L_RF (массу используемых слябов) на величину:

/                       (9)

   Применение  промежуточной перемотки подката с получением неплотносмотанного рулона стало составной частью технологического процесса на многих ШПС горячей прокатки. Сматывание горячекатаной полосы в рулон плотно является необходимой операцией. 
 
 
 
 
 

Список литературы.

1.Коновалов Ю.В. Справочник прокатчика. Книга 1. 2008 год.

2.Патент номер 2122475. Авторы Хлопонин В.Н.; Тищенко А.Д.; Корышев А.Н.

3.Журнал Сталь  1997 год, №2, с.51-55.

4.Журнал Сталь  1994 год,№5, с.52-55.

5.Журанл Сталь  1990 год, №10, с. 46-50.