Главная страница ДонНТУ                 Страница магистров ДонНТУ

Биография     Автореферат    Электронная библиотека     Ссылки по теме     Отчет     Индивидуальное задание

ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

АНТЫКУЗА ОЛЕГА ВАСИЛЬЕВИЧА

ОБОСНОВАНИЕ УПРАВЛЯЮЩИХ ПАРАМЕТРОВ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ УДАЛЕНИЯ ОКАЛИНЫ

Руденко В.И., Суков Г.С., Руденко Р.В., Ошовская Е.В., Антыкуз О.В.

(ДонНТУ, г. Донецк, Украина, НКМЗ, г.Краматорск, Украина)

The results of mathematical planned experimental design are shown. Using the experiment it is established the influence of technological and design parameters of hydraulic descaling devices from a rolled surface on impact energy of descaling. By results of experiment the control algorithm of operation of the hydraulic device is designed and the numerical example of its usage is given.

Качество выпускаемого проката зависит от эффективности удаления окалины с его поверхности. Наиболее эффективным способом удаления окалины с поверхности слябов, блюмов, сортовых заготовок и листов является гидравлическая очистка [1]. При этом удаление окалины происходит за счет ее ударного разрушения, отделения, разламывания и смыва струями воды, подаваемой под высоким давлением на поверхность проката. Наибольшее распространение среди гидравлических устройств удаления окалины получили коллекторы с распылительными соплами, смонтированными с одинаковым шагом в один или несколько рядов [1–3]. Такие коллекторы могут быть оснащены механизмами вертикального перемещения и поворота [1] для регулирования силы удара струи.

Современным направлением проектирования гидравлических устройств является создание таких конструкций, которые обеспечивают для проката определенной марки необходимую удельную энергию удаления окалины при оптимальном использовании воды и при этом приспособлены к корректировке значений достигаемой энергии в процессе прокатки при изменении технологических параметров [4]. Согласно данным [4] для углеродистой стали удельная энергия удаления окалины составляет 17 кДж/м², для легированных марок стали – 42 кДж/м². Отечественные и зарубежные исследователи [1–4] отмечают, что удельная энергия удаления окалины, обеспечиваемая устройством, во многом обусловлена его конструктивными параметрами и технологическими условиями процесса прокатки. Однако, количественные данные о степени влияния указанных факторов отсутствуют, поэтому целью данной статьи является выявление параметров, влияющих на эффективность удаления окалины гидравлическими устройствами, оценка степени их влияния и разработка алгоритма управления работой гидравлического устройства удаления окалины в процессе прокатки.

Схема гидравлического устройства для удаления окалины, содержащего коллектор с соплами, представлена на рис.1. На рис.1 обозначено: А – шаг установки сопел; В и Т – ширина и глубина пятна контакта струи воды с поверхностью проката; О – перекрытие струй; Вз – ширина обрабатываемого проката.

Авторами установлено, что удельная энергия удаления окалины зависит от геометрических параметров струи, технологических параметров прокатки и может быть определена по формуле:

               (1)

где k_F – эмпирический коэффициент;
p – рабочее давление воды;
V – объемный расход воды;
H – высота установки сопла над поверхностью обрабатываемого проката;
v – скорость движения проката;
α – угол раскрытия струи воды в продольном направлении сечения струи;
β – угол раскрытия струи воды в поперечном направлении сечения струи;
γ – угол наклона струи воды к поверхности обрабатываемого проката;
θ – угол разворота сопла относительно продольной оси сечения сопла.

1 – балка-коллектор; 2 – форсунка; 3 – струя жидкости;
4 – прокат; 5 – пятно контакта на поверхности проката.

Рис.1. Схема гидравлического устройства для удаления окалины

Как видно из формулы, удельная энергия удаления окалины является сложной функцией и зависит от 8-ми переменных (факторов):

e = f (p, V, H, v, α, β, γ, θ).               (2)

С целью выявления значимых переменных и степени их влияния на переменную отклика – удельную энергию удаления окалины – был проведен планированный математический эксперимент по плану 2⁸ [5]. Уровни варьирования факторов функции (2) назначены с учетом существующих промышленных и опытных рекомендаций [1–3] и приведены в таблице.

В соответствии с методикой планирования эксперимента [5, 6] была составлена матрица планирования, по которой в прикладном пакете MathCad были выполнены 256 математических опыта по определению удельной энергии удаления окалины на основании формулы (1). Обработка полученных результатов также выполнялась в пакете MathCad, с помощью которого были рассчитаны значения коэффициентов регрессии и соответствующие им значения критерия Стьюдента t _р, характеризующего значимость каждого фактора. Табличное значение критерия Стьюдента t_т = 1,96. На рис.2 приведена диаграмма Паретто, иллюстрирующая значимость каждого из рассмотренных факторов.

Рис. 2. Диаграмма Паретто влияния факторов

Анализ уравнения (1) и значений критерия Стьюдента (рис.2) позволил выявить некоторые наиболее важные закономерности:

Таким образом, на этапе проектирования гидравлических устройств удаления окалины для получения оптимальной конструкции наиболее предпочтительными управляющими параметрами являются тип и характеристики применяемых сопел, высота их установки. В процессе же функционирования устройства, когда тип и характеристики сопел уже установлены и изменяться не могут, достижение необходимой удельной энергии удаления окалины следует выполнять за счет корректировки высоты установки форсунок, угла наклона форсунок к поверхности обрабатываемого проката и давления в системе. С учетом выше изложенного авторами был разработан алгоритм управления работой гидравлического устройства удаления окалины и создана имитационная модель.

Апробация модели выполнена для условий чистовой клети непрерывного широкополосного стана 1700 при ширине обрабатываемого проката 1550 мм. В качестве исходных данных для проектирования гидравлического устройства было принято: рабочее давление жидкости 30 МПа, тип сопла HiScaleJet [3] с объемным расходом 135,7 л/мин., максимальное значение необходимой энергии удаления окалины 20 кДж/м². В результате расчета определено, что необходимое число сопел, устанавливаемых на коллекторе, равно 11; шаг установки сопел – 151 мм; начальная высота установки коллектора над поверхностью обрабатываемого проката – 217 мм.

Далее на основании данных [4] была выполнена генерация значений удельной энергии удаления окалины (рис.3) по нормальному закону распределения. Для каждого текущего значения энергии рассчитана необходимая высота установки коллектора с соплами (рис.4), которая реализуется механизмом вертикального перемещения гидравлического устройства удаления окалины. Изменение угла наклона сопел к поверхности проката с помощью механизма поворота коллектора не требуется в связи с небольшим коэффициентом вариации удельной энергии. В случаях, когда при подъеме коллектора струя воды выходила за пределы ширины В_з обрабатываемого проката, подача воды на крайние сопла отключалась. На рис.5 представлен график, иллюстрирующий число задействованных сопел при изменении удельной энергии удаления окалины.

Рис. 3. Сгенерированные значения удельной энергии удаления окалины

Рис. 4. Высота установки коллектора

Рис. 5. Число задействованых сопел

Таким образом, проведенный планированный эксперимент позволил выявить параметры гидравлических устройств удаления окалины, влияющие на эффективность очистки проката, а также разработать алгоритм управления работой устройства, обеспечивающий необходимую удельную энергию удаления окалины с оптимальным расходом воды.

Список литературы

1. Михеев В.А., Павлов А.М. Гидросбив окалины в прокатных цехах. – М.: Металлургия, 1964. – 107 с.
2. Кунцман Г. Новый способ гидросбива окалины с горячекатаного металла // Сталь. – 2003. – № 8. С.17–19.
3. Фрик Ю. Оптимизация расположения форсунок в устройствах гидромеханического удаления окалины // Сталь. –2003. – № 11. – С. 69–73.
4. Silk N.J. The impact energy primary descaling // Steel Times.–1999. – № 5. – Р. 184–185.
5. Винарский М.С., Жадан В.Т., Кулак Ю.Е. Математическая статистика в черной металлургии. – К.: Техніка, 1973. – 220 с.
6. Формализация математического эксперимента при исследованиях технических систем / Нижник Н.В., Сидоров В.А., Нижник А.В. и др. // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Междунар. сб. научных трудов. – Вып. 10. – Донецк: ДонГТУ, 2001. Вып. 15. – С.218-224.

Руденко В.И., Суков Г.C., Руденко Р.В., Ошовская Е.В., Антыкуз О.В. Обоснование управляющих параметров гидравлических устройств удаления окалины // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Междунар. сб. науч. трудов. - Донецк: ДонНТУ, 2004. Вып. 27. - С. 186-190.

Биография     Автореферат    Электронная библиотека     Ссылки по теме     Отчет     Индивидуальное задание