CC BY
44
Экспериментальные исследования
ВЛИЯНИЕ НАТЯЖЕНИЯ НА УМЕНЬШЕНИЕ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКЕ
Л.С. КОХАН, д-р техн. наук, профессор Б.Ф. БЕЛЕЛЮБСКИЙ, канд. техн. наук, доцент М. И. ЛАПТЕВА, аспирант
Московский Государственный Вечерний Металлургический институт 111250, Москва, Лефортовский вал, т. 361-14-80, факс 361-16-19, nis_mgvmi@mail. т
В работе исследуется распределение затрачиваемой мощности привода на прокатку при деформационном процессе без натяжения и с натяжением.
Ключевые слова: горячая прокатка, межклетьевое натяжение, энергозатраты.
Многочисленные исследования показывают, что при горячей прокатке полос и листов применения натяжения значительно снижает нагрузку на валки до 25-30%. Натяжение также уменьшает энергозатраты на деформационный процесс прокатки, но требует дополнительных мощностей на реализацию натяжения. Проанализируем влияние натяжения на энергозатраты. При прокатке полос без натяжения = ^ =1) требуются мощности на продольную силу ДГцр = ах • кх 'В - ^ и трение :\'тр = Г ■ I • В • где продольное напряжение
аг: = р — ат. высота полосы после выхода из валков = Ао(1 — В - шири.. Ур-Ер Уд V* , . на полосы, скорость после валков (г = —— = -— или 77 = (Д —с), я- обжатие,
'.' = - среднее касательное напряжение. Тогда общая мощность на про-
цесс
N = ^ у1 =
= (^-^1 + ^ср / О ■ Б (1)
Применение заднего и переднего с:натяжений уменьшает нормальное, продольное и касательное напряжения при прокатке. Однако вызывает дополнительное суммарное повышение мощностей на их осуществление:
■ ^. В ■ У0 + 01 ■ Лх ■ В ■ = [¿г0 ■ V <7г - Лй(1 - г)] ■ В ■ (2)
где и ¿г, - напряжения натяжения полосы на входе и выходе из валков.
С целью уточнения расхода мощностей ниже проведены исследования отдельных видов прокатки. При тонколистовой горячей прокатке стальной полосы 3x400 мм с обжатием 30% при натяжении ^ = 0,8, .г. = 0,7 на валках диаметром 300 мм последовательно определяется коэффициент нейтрального сече-
ния: 2 —
7Т-Т^ТГПТ*^' , -----
1-Й'
,
где с углом захвата ее = ■ ^ = 4,43 8й, основной параметр прокатки равен
\ "
и о ~
$= — =-= 9,019 и к - средний коэффициент упрочнения металла
ца 0^0711
= — = .1. -- С ^ = J. .. Далее проверяем напряжения в нейтральном сечении = —^—[6,065 ■ Б,37Б5 + 1.151 = 3.742 и
1 Г /з 1
: ; ■ : . Отличие напряжений ме-
1,619мм,
нее 1%, поэтому определяем передний угол у — arceos .
длину зоны опережения = R- sin)*' = 7,642мм, длину захвата / середину зоны отставания ^ от = 9.63мм, высоту зт = 2.719мм, напряжение ir,epo- = 1,76 и среднее относительное давление в зоне
- И>«р ¡í.-l-íj; л тт
. . Для зоны опережения по средней координате
4
Xj^ujj, — ~ — 3,821, Н^оп = 2Д97 мм и соответственно давления = 1Д16
и ^гр.пп — 1<S13. При 1:1 = 0,658 среднее давление = 1,90.
При прокатке той же полосы без натяжения = = 1) коэффициент нейтральной поверхности z — 1,209. Проверяем напряжения на нейтрале: = ^í7-869 ■ 5-5386 + 1,15] = 4,96 и = ^"J10'169" " U5] = 4,951.
Их отличие менее 1%, поэтому определяем угол у = 2,09®, хн = 7,56мм, / = 11,619 мм, = 9,509 мм, = 2,714 мм, ffetp.9T = 2,204, ffep.eT = 2,632, ^сер.ог = 370 мм, = 2,195 мм, oCÉ(, оп = 1,555 и ffcpnn = 2,34. При
— = 0,651 относительное среднее давление üCY = 2,442 - отличие по напряжению составляет 22,2%.
Проверяем баланс мощностей на прокатку полосы. При прокатке без натяжения ¿Vd6 = [1,442 ■ 2,1 + 2,442 - 0,35 ■ 11,619] В ■ \\ = 12,959 ■ ^ ■ В. При прокатке с натяжением
Ñrf = [0,9 ■ 2,1 + 1,9 ■ 0,35 ■ 11,619 + (1 - 0,8) ■ 3 ■ (1 - 0,3) + (1 - 0.7) ■ 2,1] ■ В ■ Ц = 10,667 ■ Vi . Б
С учетом перераспределения усилий общая мощность на прокатку уменьшается на- -= 17,7еТаким образом, дополнительно к повышению
качественных показателей, натяжение уменьшает расход потребляемой энергии.
Проверяем данный вывод для среднелистовой прокатки полосы 8^400. При горячей прокатке с натяжением = 0,8, ^ =0,7 и обжатием 30% на стане с валками 400 мм по приближенной формуле
z = (l,736 — 0,410 ^J * s + 0,95 = 1,331 определяем Нн = 6,01 мм и, далее,
*
Hi = 5,6 мм, у = 2,596е, а = 6,277е основные параметры úq = ^ д-р = 4,511 и
(Nrí
/ ~П-42
- —у — 15,447, коэффициент упрочнения к1 =-^-= 1,124,
"87 " 2
= ki +- = 1,2^4. Проверяем нейтральные напряжения: 5OTiH = 2,25 и ^эгтн = 2,248. Отличие напряжений менее 1%, поэтому >:н = 9,0586 мм, / = 21,909мм, х«^ = 15,484 мм, tfctl(.,T - 6,8 мм, ocipcT = 1,396 и äipeT = 1,51, При х^^ = ^=4,529 мм, Hctp,n = 5,7026мм, ä^,,, = 0,953 и äipen = 1,364. При ^ = 0,4135^ = 1,45.
При прокатке без натяжения: = & = 1) z = 1,335, Нн = 5,9925 мм, Y = 2,538', а = 6,277', = 4,540, = 15,8, fet = 1,125 и к2 = 1,275. Проверяем напряжения на нейтрали: н = 3,04 и 5па.К = 3,07. Тогда = 0,856 мм, /=21,909мм, -\серпт = 15,383мм, Hcepaz = 6,785мм, = 1,837 и = 1,9285.
При Хс^п = 4,425 мм, Н^.^ = 6,705 мм, ^„^п = 1,341 и а^п = 1,763.
Тогда при ^ = 0,404о:„р = 1,862. Таким образом, натяжение уменьшает давление на 22%.
Далее анализируем баланс мощностей. При прокатке без натяжения: = [0,862 ■ 5,6 + 1,862 ■ 0,35 ■ 21,909] ВЦ = 19,105 -У1-В. При прокатке с натяжением «,6 = [0,45 - 5,6 + 1,45 • 0,35 ■ 21,909 + 0,2 - В - 0,7 + 0,3 - 5,6] ■ Б - Ц = 16,4388 ■ ■ В
Таким образом общая мощность уменьшается на
.
15
Для сравнения исследуем толстолистовую прокатку полосы 20^500 мм с обжатием 30% в валках диаметром 500 мм. При прокатке без натяжения принимаем г = 1,35, соответственно, Н„ = 14,815 мм, Н1 = 14 мм, у = 3,271е, а = 3,877", = 3,239 и ^ = 12,258, ^ = 1,13, к2 = 1,28 Проверяем напряжения в нейтральном сечении: 5ПТК = 2,105 и д.~.па = 2,104. Их отличие менее 1%, по-
этому определяем
^сер.с1
, = 1,505
и
'гр ПУ '
?.о.т 2 п = 26,497 мм, Ясч?ат= 16,816мм,
= 1,528. В зоне опережения х^рс,. = 7Д32 мм, Нецюг = 14,203 мм, ^ареп = 1,214 и аер,п = 1,458. При у = 0,368 относительное среднее давление = 1,502, При прокатке с натяжением = 0,8,^! = 0,7 принимаем г = 1,345, тогда Нн = 14,87 мм, у = 3,38°, $0 = 3,26, 51 = 11,862, Аг± = 1н128 и к2 = 1,278 Проверяем напряжения: сг=т ._. = 1,539 и ¿т=Г1К = 1,544. Их отличие менее 1%, поэтому
'ОП1
14,739+33.73 ,,, ^сер.пу =--:-- = ¿Ъ, /
ММ, Нсе.£ат= 16,867 ММ, Ссер.от = 1,111 И = ПРИ ^«реп = мм, Неч>вп = 14,217 мм, аМр.0П = 0,862 и
= 1.142. При — = 0,38^ = 1.172 - или натяжение уменьшает давление на 22%.
Составляем баланс мощностей. При прокатке без натяжения Ке* = [0,502 -14 + 1,502 ■ 38,73 ■ 0,35] ■ В - У± = 27,388 ■ Уг ■ Б. При прокатке с натяжением
/7о6 = [0,172 14 + 1,172 ■ 0,35 - 38,73 + 0,2 ■ 20 ■ 0,7 + 0,3 ■ 1+Ь В ■ Ц = 25,295 'Уь'Б
Затраты мощности на деформационный процесс уменьшились на 7,65%. Ниже на рис.1 приведена величина уменьшения энергозатрат Д11Т в процентах от толщины полосы.
Ип
Рис.1. Уменьшение энергозатрат при прокатке с натяжением в зависимости от толщины полосы Иа
Проверим полученную линейность энергозатрат для полосы 30^400 при натяжении <f0 = ОД = 0,7, f = 0,3 и D = 700 мм.
Определяем j = 1,347, Н„ = 22,272 мм. Hi = 21 мм, у = 3,454', а = 9,193', = 3,159 и = 11,608, кг = 1,129, к2 = 1,279.
Проверяем
о„м = ¿;[1398 ■ 2,5625 4 1,129] = 1,491
и
_ ц.^оз 1,979 1,279] — 1,493.
Отличие менее 1%, поэтому _\~н = 21,086 мм, /=56,125мм, х:Ер=т = 38,605 мм> = 25,271 мм, „ = 1,1 IS и аер„т = 1,182,
При л;ег ап = 10543мм, НСЕр ап = 21,318мм, = 0,854 и = 1Д25.
При J = 0,3765^ = 1,16.
Для прокатки без натяжения и обжатия 30% принимаем z = 1,35. Тогда Нн = 22,222 мм, у = 3,386°, 30 = 3,177, <5г = 11,842, кг = 1,13 и к2= 1,28. Проверяем выбор г:
5отн = [2,047 - 2,595 + 1,13] = 2,037
и^п.н = —— [13,122 ■ 1,953 - 1,28] = 2,056 и Д<1% 11, мг
Со ответе геенн о при x^j^ = -067**56tl3& _ зд^мм высота = 25,226 мм, с^иЕргт = 1.473 и ¿7ср ст = 1,496. При xcej:nn = 10,336 мм высота На^п = 21,305 мм, = 1,2065 и = 1,442.
Окончательно при
.
Определяем баланс мощностей. При прокатке без натяжения:
No6 = [0,476 < 21 + 1,476 ■ 0,35 - 56,125] ■ В ^ = 38,99 В.
При прокатке с натяжением:
No6 = [0,16 - 21 + 1,16 - 0,35 56,125 + 0,2 - 30 - 0,7 + 0,3 • 21] - В - \\ =
= 36,647 ■ \\ ■ В
Отличие мощностей составит ¿v = эвм? _ jqq = ^г,^ По линейной
1 3S-S5
зависимости отличие AN составляет около 4%. Таким образом, натяжение при тонколистовой и среднелистовой прокатке уменьшает электрозатраты до 2025%. При толстолистовой прокатке значительно уменьшается влияние натяжения на энергозатраты при деформационных процессах. Л и т е р а т у р а
1. Кохан Л.С., Роберов И.Г., Алдунин А.А., Гостев К.А. Листовая прокатка металлов и заготовок из металлических порошков. - М.: МГВМИ, 2008. - 224 с.
EFFECT OF TENSION ON THE REDUCE POWER CONSUMPTION DURING HOT ROLLING
Kohan L.S., Belelyubsky B.F., Lapteva M.I.
This paper investigates the distribution of drive power consumed in the deformation process during rolling without tension and with tension. KEY WORDS: hot rolling, tension of rolled sheet metal between rolling mills, energy costs.
