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. Задача изобретения - повышение стойкости валков, стабилизация теплового профиля. С помощью регулирующих клапанов устанавливают 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 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 форсуну V_ф [м³/ч] как V_ф [м³/ч] = V/n, где n - количество форсунок в коллекторе, затем по известной расходной характеристике форсунки, содержащей зависимости 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 > p > 2 ати, путем варьирования площади выходного отверстия форсунок, т.е. повышая ее при р > 5 ати и уменьшая ее при р < 2 ати. Изобретение обеспечивает оптимизацию режима охлаждения валков без увеличения общего расхода охладителя. 2 ил., 4 табл.

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.

Формула изобретения

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, отличающийся тем, что 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 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 форсуну V_ф[м³/ч] как V_ф[м³/ч] = V/n, где n - количество форсунок в коллекторе, затем по известной расходной характеристике форсунки, содержащей зависимости 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>p>2 ати, путем варьирования площади выходного отверстия форсунок, т.е. повышая ее при р>5 ати и уменьшая ее при р<2 ати.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6