Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМА ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ ЛИСТОВОГО СТАНА

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к прокатному производству, и касается технологии охлаждения прокатных валков листовых станов горячей и холодной прокатки.

Известен способ оптимизации режима охлаждения прокатных валков листового стана, включающий охлаждение каждого валка путем подачи на его поверхность струй жидкого охладителя через форсунки, установленные в коллекторах рядами параллельно оси валка, управление расходом охладителя через каждый коллектор регулирующими клапанами, контроль расхода охладителя, проходящего через каждый коллектор, с помощью расходомеров (см., например, Гарбер Э.А., Гончарский А.А., Шаравин М.П. "Технический прогресс систем охлаждения прокатных станов", - М.: Металлургия, 1991, с. 193-197). Данный способ наиболее близок к изобретению по совокупности признаков и может быть принят за ближайший аналог.

Известный способ не предусматривает выбора таких режимов охлаждения валков, которые создавали бы наиболее эффективный теплообмен между валком и жидким охладителем. В результате валки при прокатке могут перегреваться, нарушается стабильность их теплового профиля, что приводит к ухудшению качества проката, снижается стойкость, а следовательно, срок службы валков, внеплановые перевалки отрицательно влияют на производительность стана.

Задачей изобретения является повышение эффективности теплообмена валков с жидким охладителем за счет оптимизации режимов подачи жидкого охладителя и тем самым повышение стойкости валков, стабилизация их теплового профиля, что в конечном счете ведет к улучшению качества проката и повышению производительности стана.

Указанная задача решается тем, что в способе оптимизации режима охлаждения прокатных валков листового стана, включающем охлаждение каждого валка путем подачи на его поверхность струй жидкого охладителя через форсунки, установленные в коллекторах рядами параллельно оси валка, управление расходом охладителя через каждый коллектор регулирующими клапанами, контроль расхода охладителя, проходящего через каждый коллектор, с помощью расходомеров, согласно изобретению устанавливают с помощью регулирующих клапанов максимально возможный суммарный расход охладителя, подаваемого на валки через все коллекторы, с помощью расходомеров определяют индивидуальный расход V [м³/ч] охладителя через каждый коллектор, определяют для каждого коллектора "плотность облива" как V₁₁=V/F [м³/ч•м²], где F [м²] - фактическая площадь поливаемой охладителем поверхности каждого валка, сравнивают плотность облива каждого валка с оптимальной, равной 180. . . 220 [м³/ч•м²] , там, где V₁₁ > 220 [м³/ч•м²], уменьшают расход до попадания в указанный оптимальный диапазон, а там, где V₁₁ < 180 [м³/ч•м²], увеличивают расход до попадания в указанный оптимальный диапазон, используя при этом высвободившиеся излишки расхода предыдущих коллекторов, если же этих излишков недостаточно для увеличения расхода до 180 [м³/ч•м²] хотя бы в одном из коллекторов, уменьшают расходы в коллекторах, где они близки к максимальной границе оптимального диапазона, не выходя за нижнюю границу этого диапазона, и дополнительно высвободившиеся излишки расходов используют для восполнения расхода в тех коллекторах, расход в которых ниже 180 [м³/ч•м²], до входа в оптимальный диапазон или максимального приближения к его нижней границе, далее определяют расход охладителя через каждую форсунку V_ф [м³/ч] как V_ф [м³/ч] = V/n, где n - количество форсунок в коллекторе, затем по известной расходной характеристике форсунки, содержащей зависимость давления форсунки от расхода р=f(V_ф), определяют искомые давления в форсунках для каждого коллектора и вводят эти давления в оптимальный диапазон 5 ати > р > 2 ати путем варьирования площади выходного отверстия форсунок, т.е. повышая ее при р > 5 ати и уменьшая ее при р < 2 ати.

Сущность способа заключается в следующем.

Проведенными исследованиями процесса теплообмена между бочкой валка и жидким охладителем (путем разработки математической модели процесса теплообмена и путем проведения соответствующих экспериментов, подтвердивших результаты расчетов по математической модели) установлено, что существуют оптимальный диапазон удельного (на единицу площади охлаждаемой поверхности) расхода охладителя (или "плотности облива") и оптимальный диапазон давления охладителя, выходящего из форсунки. При нахождении каждого из указанных параметров охладителя соответственно в этих диапазонах процесс теплообмена между валком и охладителем протекает наиболее эффективно. Найдены также конкретные числовые параметры, определяющие указанные диапазоны: для удельного - на единицу площади валка - расхода охладителя ("плотности облива") этот диапазон соответствует 180...220 [м³/ч•м²], а для давления охладителя он соответствует 5...2 ати. На основе полученных результатов исследований разработана технология настройки системы охлаждения валков стана, позволяющая ввести реальные параметры охладителя в указанные диапазоны без увеличения общего расхода охладителя и тем самым оптимизировать процесс охлаждения валков со всеми вытекающими отсюда положительными следствиями, указанными выше.

Особенность способа заключается еще и в том, что разработана именно такая последовательность операций, при которой оптимизация одного из параметров (давления) не влияет на уже проведенную ранее оптимизацию другого параметра ("плотности облива").

Способ поясняется графиками:
фиг.1 - расходная характеристика форсунки 8•16 [мм];
фиг.2 - расходная характеристика форсунки 4•14 [мм].

Ниже приводится конкретный пример реализации способа согласно изобретению применительно к работе системы охлаждения валков действующего шестиклетьевого стана 1700 листопрокатного цеха.

Обследование системы охлаждения валков стана показало, что как по критерию "плотность облива", так и по критерию "давление охладителя в коллекторах" система охлаждения валков стана 1700 нуждается в существенной реконструкции при условии сохранения (или по крайней мере при отсутствии увеличения) суммарного расхода охладителя.

Для оптимизации режима охлаждения прокатных валков шестиклетевого стана 1700 выполнены следующие операции:
1. При помощи регулирующих клапанов установили максимально возможный расход охладителя, подаваемого на валки через все коллекторы.

2. С помощью расходомеров определили фактические расходы охладителя через коллекторы (табл.1).

3. Далее по данным табл.1 определили "плотности облива" рабочих валков для каждого коллектора на основе выражения:
V_11i=V_i/F=V_i/(k•D_p•L), [м³/ч•м²],
где V_i - индивидуальный расход через коллектор, м³/ч;
D_p=0,670 м - номинальный диаметр бочки рабочего валка;
L=1,7 м - длина бочки валка;
k≈0,7 - коэффициент, учитывающий, что площадь конвективного теплообмена валка ограничена проводкой - отсекателем воды.

Результаты расчетов "плотностей облива" рабочих валков охладителем для коллекторов стана приведены в табл.2.

Из данных табл.2 следует, что суммарного расхода охладителя (3600 м³/ч), подаваемого на стан, достаточно для обеспечения минимально необходимой "плотности облива" поверхности бочки рабочих валков - 180 [м³/ч•м²], однако распределение расхода по клетям и по зонам охлаждения выполнено неравномерным, в результате чего фактическая "плотность облива" валков на входной стороне рабочих клетей 1, 4, 5 существенно меньше оптимальной величины: 117 [м³/ч•м²], тогда как на выходной стороне клетей 2, 3, 6 - напротив, существенно выше оптимальной величины 244...280 [м³/ч•м²].

4. Таким образом, для ввода критерия "плотность облива" в оптимальный диапазон (180...220 [м³/ч•м²]) перераспределили расход охладителя:
- перекрыли дополнительный коллектор верхнего опорного валка, так как он практически не оказывает влияния на тепловой режим верхнего опорного валка вследствие низкого расхода охладителя (12..21 [м³/ч]);
- уменьшили расход через коллекторы выходных сторон клетей 2, 3, 6 до 300 [м³/ч];
- высвободившиеся излишки расхода охладителя направили на коллекторы входных сторон клетей таким образом, чтобы обеспечить расход через эти коллекторы 300 [м³/ч] на клеть.

Полученные в результате перераспределения расходы охладителя и "плотности облива" рабочих валков приведены в табл.3.

5. Затем по данным расхода охладителя через коллекторы V_i (табл.3) и количеству в них форсунок:
- n_вх=40 - коллектор входной стороны клети;
- n_вых=78 - коллектор выходной стороны клети;
рассчитали фактические производительности форсунок по формуле:
V_фi=V_i/n_i, [м³/ч].

Исходя из расходной характеристики, применяемой на стане 1700 форсунки: 8•16 [мм] (фиг.1), а также расчетных фактических расходов форсунок, определили давления в форсунках для каждого коллектора. Результаты расчета производительности и определения давления охладителя в коллекторах приведены в табл.4.

Из табл. 4 видно, что в коллекторах выходных сторон клетей давление охладителя соответствует оптимальному диапазону 5 > р > 2 ати, однако в коллекторах выходных сторон оно недопустимо низкое: р=0,7 ати, что не создает даже минимальных условий для эффективного отвода тепла от валков.

6. Для ввода давления в форсунках коллекторов выходных сторон клетей стана произвели уменьшение площади выходного сечения форсунок с 8•16 [мм] до 4•14 [мм] . Расходная характеристика форсунки 4•14 [мм] приведена на фиг.2. Данная форсунка обеспечивает производительность: V_ф=3,85 [м³/ч] при давлении: р≈2,1 [ати], т.е. давление в коллекторах выходных сторон клетей вводится в оптимальный диапазон 5 > р > 2 ати.

В результате выполнения описанных выше операций обеспечена оптимизация режима охлаждения валков путем введения критериев "плотность облива" и давление в форсунках в оптимальные диапазоны:
V₁₁=180...220 [м³/ч•м²];
5 > р > 2 ати;
без увеличения общего расхода охладителя.

Таким образом, цель изобретения достигнута полностью.