ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР

Результаты экспериментальных и теоретических исследований работы электропривода тянущих роликов МНЛЗ 1-4 показали, что реальное распределение усилий вытягивания существенно отличается от требуемого по техно­логии. Такое несоответствие приводит к формированию в слитке значительных продольных усилий: подпора до 50 кН на радиальном участке и натяжения до 650 кН на горизонтальном участке в зоне закрытия лунки жидкой фазы. С помощью статистического анализа установлено, что чем больше неравномерность распределения нагрузок и значения продольных усилий, тем хуже качество макроструктуры слитка по осевым, перпендикулярным и гнездообразным трещинам и осевой рыхлости.

Существующая система группового питания электродвигателей ТПУ от единого тиристорного преобразователя не позволяет в ходе вытягивания заготовки выравнивать токи нагрузки, а тем более регулировать распределение тока для минимизации продольных усилий в слитке. Чтобы установить влияние распределения нагрузок вдоль зоны вторичного охлаждения на качество макроструктуры слитка, на ручьях 13-14 МНЛЗ 4 в якорную цепь каждого электродвигателя были включены транзисторные регуляторы нагрузки, выполняющие функции сопротивлений. Изменение жесткости механических характеристик позволило непосредственно в ходе литья регулировать выравнивание токов на электродвигателях на участках вторичного охлаждения (рисунок 1) и в два раза уменьшить максимальные значения продольных усилий в слитке (рисунок 2).

Рисунок 1 - Распределение токов (i) нагрузки по электродвигателям ручья 13-14 МНЛЗ 4 до (1) и после (2) регулировки

Рисунок 2 - Распределение продольных усилий (f) в слитке вдоль технологической линии зоны вторичного охлаждения ручья 13-14 МНЛЗ 4 до (1) и после (2) регулировки

По данным макротемплетной лаборатории было проанализировано распределение внутренних дефектов слитка (осевая рыхлость, гнездообразные, перпендикуляр­ные и осевые трещины) за два межремонтных периода до начала эксперимента по выравниванию нагрузок на электродвигателях тянущих роликов и за два периода во время эксперимента.

В результате анализа данных первой и второй выборок установили, что выравнивание нагрузок привело к улучшению качества макроструктуры литой заготовки по указанным дефектам в среднем на 10% при увеличении средней скорости разливки на 3,8%. Следует отметить, что в результате выравнивания нагрузок и снижения максимальных значений продольных усилий в слитке возникли предпосылки для увеличения средней скорости разливки без ухудшения качества макроструктуры сляба и увеличения риска прорыва корочки слитка.

На рисунке 3 показаны доверительные интервалы предсказания индивидуальной наблюдения по видам дефектов макроструктуры литой заготовки для выборок Л иn₂.

Рисунок 3 - Доверительные интервалы предсказанных значений индивидуальных наблюдений по видам дефектов для выборок Л (а) иn₂(б): 1,1' - осевая рыхлость для верхней и нижней границ, 2,2' - осевые трещины; 3,3' - перпендикулярные трещины; 4,4' - гнездообразные трещины

Физический смысл указанных доверительных интервалов состоит в том, что на фоне действия случайных факторов с вероятностью Р=0,95 на конкретном уровне скорости литья заготовки можно предсказать диапазон возникновения в слябе дефектов. Практический интерес представляет возможность возникновения в слябе дефектов балла 2 и больше, поэтому в дальнейшем рассматривали влияние скорости литья и схемы приложения тянущего усилия на верхних границах доверительных интервалов.

Уравнения верхней у ₁ и нижней у ₂ границ доверительных интервалов для выборок Л=155( у) иn₂=201( у') получили следующие:

для осевой рыхлости

у ₁=0,51х+1,81; у ₂=0,57Л+0,35;

у ₁=0,37Л+1,69; у ₂=0,37(n₂)+0,39;

для осевых трещин

у ₁=-0,26(n₂)+1,62; у ₂=-0,26(n₂)-0,48;

у ₁=0,96(n₂)+0,29; у ₂=0,96(n₂)-1,17;

для перпендикулярных трещин

у ₁=1,04(n₂)+1,7; у ₂=1,04(n₂)-0,44;

у ₁=0,41(n₂)+2,07; у ₂=0,41(n₂)+0,15;

для гнездообразных трещин

у ₁=3,04(n₂)-0,53; у ₂=3,04(n₂)-2,93;

у ₁=0,85(n₂)+0,27; у ₂=0,85(n₂)-1,09.

Из анализа рисунка 3а следует, что до внедрения системы выравнивания нагрузок электродвигателей тянущих роликов в указанном диапазоне скорости разливки существовала возможность появления перпендикулярных трещин и осевой рыхлости баллов 2,0-2,5. Причем при литье заготовки со скоростью более 0,77 м/мин было возможно образование перпендикулярных трещин балла более 2,5, что существенно повышало риск прорыва корочки слитка и аварии на МНЛЗ. Поэтому среднюю скорость разливки ограничили до 0,73 м/мин. Кроме того, до внедрения системы выравнивания нагрузок при литье со скоростью больше 0,83 м/мин появлялись гнездообразные трещины баллов более 2.

После внедрения указанной системы произошло снижение верхних границ доверительных интервалов для всех видов дефектов (рисунок 3б), особенно для гнездообразных трещин (с балла 2 до 1, рисунок 3, до 6 приv=0,83 м/мин). Осевая рыхлость балла 2 и более может образоваться при v>0,82 м/мин. Во всем исследуемом диапазоне изменения скорости разливки с вероятностью р=0,95 можно прогнозировать отсутствие перпендикулярных трещин балла 2,5 и более.

Однако применение ручной системы регулирования на базе аналоговых транзисторных регуляторов не позволяет оперативно перераспределять нагрузки при изменении технологических параметров заготовки. В этом случае практически невозможно учесть разброс значений токов холостого хода электродвигателей, составляющих до 60% тока нагрузки электропривода ТПУ. В итоге не проводится более точное регулирование токов нагрузки на электродвигателях, не полностью устраняется в слитке подпор на радиальном участке, и некардинально уменьшаются максимальные значения натяжений в зоне закрытия лунки жидкой фазы заготовки.

Идеальным вариантом для реализации указанных требований является система с индивидуальным электроприводом каждого тянущего ролика, когда каждый электродвигатель управляется от собственного тиристорного преобразователя. Однако с учетом количества электродвигателей, их стоимости и стоимости тиристорных преобразователей этот вариант весьма дорогостоящ. Кроме того, внедрение индивидуального электропривода приведет к полной реконструкции системы электропривода ТПУ, что связано со значительными затратами и большим временем простоя МНЛЗ. В связи с этим разработана система электропривода ТПУ, в которой сохраняется силовое питание всех электродвигателей от единого тиристорного преоб­разователя, но в их якорные цепи включены активные регуляторы нагрузки, которые в автоматическом режиме управляются от программируемого контроллера.