CC BY
195С.Ю. Саранча, А.Б. Моллер
ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова»
Р.В. Новицкий
ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»
НЕМЕРНАЯ ДЛИНА В СОРТОПРОКАТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ И СПОСОБЫ ЕЕ УСТРАНЕНИЯ
Одним из главных вопросов металлургического производства является сокращение количества брака и увеличение выхода годного. В сортопрокатных цехах металлургического производства существует задача, связанная со сдачей проката по мерным длинам. В процессе производства продукции мерной длины по причине необходимости раскроя образуется также продукция немерной длины, которая не является товарной. Существуют различные методы для устранения немерной длины, которые будут рассмотрены в данной статье.
Ключевые слова: незаказная длина, немера, немерный остаток, мерная длина, раскрой.
Одним из главных вопросов металлургического производства является сокращение количества брака и увеличение выхода годного. Если же посмотреть на коэффициент выхода годного в сортопрокатном переделе, который равняется в среднем около 98-99%, то, на первый взгляд, вопрос выхода годного конкретно к сортопрокатном переделу не относится. Если же рассматривать этот вопрос более детально, то видно, что при пересчете в денежное выражение каждая десятая часть процента выливается в миллионы рублей в год. Приведем пример.
Возьмем крупно-средне-сортный стан с годовой производительностью 500 000 тонн [1]. При выходе годного в 99-99,4% [1] это дает 3000-5000 тонн
нетоварной продукции или 60-100 млн рублей (при стоимости одной тонны прутковой сортопрокатной продукции 20000 рублей) [2]. То есть каждая десятая часть процента несет в себе около 10 млн рублей в год. Таким образом, экономически целесообразно сокращение даже одной десятой процента.
Стоит заметить, что решаемая задача воспринимается двояко, так как затрагивает и выход годного, и количество брака. Здесь следует провести границу между понятиями: если расходы несет прокатный цех, то немерная длина в производстве - это снижение выхода годного, если же расходы ложатся на предприятие - это брак. В любом случае, вопрос немерной длины остается актуальным как для прокатного цеха, так и для предприятия в целом.
Углубляясь дальше в вопрос брака, а именно в процентное распределение видов брака, обнаруживаем, что более половины имеющегося брака образуется по причине неправильного раскроя. Если построить диаграмму Парето (рис. 1), то становится ясно, что решение вопроса правильного раскроя снизит количество брака почти на 50%, то есть большую часть причин, вызывающих брак.
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 о
раскрой прочие недокат геом. путанка дефекты
размеры поверхности
Рис. 1. Диаграмма Парето
Таким образом, при неправильном раскрое в сортовом производстве появляется продукция, не соответствующая требованиям заказа по длине. Такая
продукция является браком в производстве и называется «незаказная» или немерная длина.
Сокращение потерь металла в виде немерной длины в прокатном переделе, а значит, повышение коэффициента выхода годного является достойным способом повышения эффективности и рентабельности производства.
Данная задача раскроя имеет как минимум 6 способов решения:
- бесконечная прокатка: технология непрерывного литья заготовок [3];
- бесконечная прокатка: технология сварки заготовок [3-5];
- варьирование длины заготовки;
- варьирование длины технологической обрези в пределах допустимых значений;
- варьирование площади поперечного сечения заготовки;
- варьирование площади поперечного сечения готовой продукции [6] в пределах допустимых значений.
Бесконечная прокатка (технология непрерывного литья заготовок) - это устраняющее проблему решение вопроса правильного раскроя и немерной длины. Положительной стороной такого подхода является непрерывное производство продукции без дефекта «немерная длина». Отрицательная сторона - сложность реализации и дороговизна. В рамках опытно-промышленного производства данная технология используется [3].
Технология сварки заготовок при бесконечной прокатке - весьма распространенный способ производства. Положительной стороной данного подхода является возможность получения «бесконечной» заготовки. Отрицательной же стороной является дороговизна, необходимость закупки стыкосварочных агрегатов. Основной же проблемой технологии сварки является изменение свойств металла в зоне сварного шва, что ограничивает сортамент прокатного цеха, так как сварной шов в процессе прокатки раскатывается на большую длину и не обеспечивает равномерности ни химического состава, ни стабильности механических свойств. По факту, для установки стыкосварочного оборудования необ-
ходима практически полная реорганизация прокатного цеха, а это большие финансовые и временные затраты.
Варьирование длины заготовки не требует каких-либо кардинальных изменений технологии производства, но требует колоссальной реорганизации управления производством и стратегии предприятия в целом, так как при таком подходе производство непрерывнолитых заготовок должно исходить из имеющихся заказов с настройкой параметров литья под конкретный профиль. Выбор заготовки идет из расчета получения наименьшего немерного остатка. Таким образом, варьируя длину заготовки, можно сократить выход немерной продукции.
Метод варьирования длины технологической обрези в пределах допустимых значений интересен тем, что фактически не требует закупки нового оборудования. Для его реализации необходим лишь он-лайн контроль обрези. Но так как диапазон допустимых значений обрези невелик, то можно лишь незначительно сократить выход немерной продукции.
Метод варьирования площади поперечного сечения заготовки весьма интересен, но регулировать площадь поперечного сечения в МНЛЗ можно лишь сменой кристаллизатора, что, в свою очередь, и затратно, и трудоемко.
Технология варьирования площади поперечного сечения готовой продукции в пределах допустимых значений не требует какого-либо глубокого вмешательства в технологию производства. Варьирование площади идет в пределах допустимых значений. Тем самым, варьируя межвалковый зазор [7], а значит, и площадь поперечного сечения готовой продукции в большую или меньшую сторону, можно управлять длиной немерного остатка, сводя его к минимуму. Соответственно, увеличение площади поперечного сечения готовой продукции выгодно при отгрузке продукции по фактической массе, а уменьшение площади поперечного сечения позволит увеличить количество прутков, что выгодно при отгрузке по теоретическому весу и количеству прутков.
Наиболее подробно рассмотрим метод варьирования площади поперечного сечения готовой продукции в пределах допустимых значений (далее Метод),
так как это наиболее простой и недорогой способ, который не требует много времени и ресурсов на внедрение.
При ближайшем рассмотрении метода становится ясно, что плюсовые и минусовые допуски позволяют варьировать площадь поперечного сечения готовой продукции в достаточно широком диапазоне, при этом удовлетворяя требования заказчика (рис. 2).
Рис. 2. Варьирование площади поперечного сечения готовой продукции
на примере круглого профиля
С учетом металла, уходящего в угар, в обрезь после черновой и чистовой групп клетей, можно принять, что масса готовой продукции и масса заготовки равны, т.е. можно сказать, масса остается постоянной, следовательно, изменяя площадь поперечного сечения готовой продукции, будем изменять и общую длину раската.
Если известны геометрические размеры заготовки, масса заготовки, вид профиля, размеры готовой продукции, длина прутка, то через закон постоянства объемов нам известна и общая длина готовой продукции. А через общую длину продукции, зная заказную длину, известна кратность (количество прутков). Тем самым задача сводится к тому, чтобы найти такую площадь, при которой или количество прутков было бы максимальным и выражалось целым
числом, а продукция находилась в пределах допусков, или немерный остаток был сведен к минимуму при отгрузке продукции по фактической массе.
Исходя из этого, можно составить алгоритм, показанный на рис. 3.
Начало
I
Ввод данных: масса заготовки; параметры обрези; тип профиля; заказная длина
Поиск ГОСТ и БД, чтение параметров калибровки и чтение констант
- Расчет массы с учетом угара металла: ті = Шок (к- коэффициент угара).
- Расчет массы, уходящей в обрезь после черновой группы клетей: Ш = БІрК (Б - площадь поперечного
сечения после черновой группы; I -длина обрези; р - плотность стали; К
- коэффициент температурной усадки).
- Расчет массы, уходящей в обрезь после второй группы клетей: Ш = Б1рК
(Б - площадь поперечного сечения после второй группы).
- Расчет остаточной массы.
Расчет всех возможных площадей с шагом зазора 0,01 мм (нижнюю границу определяет минимальный зазор и минимальный допуск по ГОСТ, а верхнюю -максимальный допуск по ГОСТ)
Поиск оптимальной длины штанги
Расчет количества прутков для всех возможных площадей
Поиск такой площади поперечного сечения, при которой немерный остаток будет входить в настраиваемый диапазон допустимых значений. При этом искомая площадь должна находиться максимально близко к исходной (по умолчанию) площади
/Вывод результатов: исходный, оптимальный, адаптированный диаметр; заказная длина; площадь поперечного сечения (исходная, оптимальная, адаптированная); зазор (исх., опт., адапт.); количество целых штанг; длина последней штанги; количество прутков; немерный остаток
Рис. 3. Алгоритм варьирования площади поперечного сечения готовой продукции
Таким образом, на входе в алгоритм стоят следующие данные: масса или геометрические размеры заготовки, тип профиля, класс точности, размер профиля, длина профиля (заказная длина), а также опционально: длина обрези после холодильника, длина обрези после черновой группы клетей.
Выходные данные: общая длина готовой продукции, кратность раскроя по минимальным допускам, максимальным допускам и по умолчанию, длина профиля на холодильник, оптимальный размер профиля (диаметр, ширина полки, высота и так далее), масса годного, коэффициент выхода годного.
На основе представленного алгоритма было создано программное обеспечение "Раскрой продукции сортопрокатных станов", получившее свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ номер №2013619897, авторами которого являются Саранча С.Ю., Моллер А.Б., Кинзин Д.И. и Новицкий Р.В.
Метод варьирования площади поперечного сечения готовой продукции является одним из резервов повышения эффективности и рентабельности производства, при этом не требующий значительных вложений и времени.
Что касается применимости Метода, то в данный момент программное обеспечение поддерживает такие профили, как круг и арматура. Опытные испытания в сортопрокатном производстве показывают положительные результаты - а это значит, модель работает.
С экономической точки зрения сокращение немеры даже на 50% повлечет за собой экономию в размере 15-25 млн рублей в год на среднекруносортном стане с объемом выпуска 500 тыс. т в год. Авторы же считают, что Модель и соответственно программный продукт позволят сократить немеру на 80-90%, что обеспечит еще больший экономический эффект. Также стоит заметить, что внедрение Метода в производство не несет каких-либо больших материальных затрат.
Практическое применение данного подхода позволяет сделать вывод, что наиболее выгодно применять данный метод на фасонных профилях крупных размеров (например, равнополочный уголок 125х125 или швеллер 18У).
На данный момент ПО 'Таскрой продукции сортопрокатных станов" активно развивается и уже сменило несколько версий - поддержка фасонных профилей находится в процессе реализации со сроком выхода альфа-версии в 2014 году.
Библиографический список
1. Освоение производства проката на новом сортовом стане 370 ОАО «ММК» / А.В.Титов, В.Л.Носов, А.В.Гасилин и др. // Производство проката. 2007. №5. С. ЗЗ-З7.
2. http: //www.mmk.ru/for_buyers/marketplace/enter/.
3. Тенденции развития технологии и оборудования для реализации процесса бесконечной сортовой прокатки / С.М.Жучков, А.П.Лохматов, Л.В.Кулаков и др. // Сб. науч. тр. ИЧМ «ФППЧМ№. Вып. 6. К.: Наукова думка,
2003. С. 152-161.
4. Аустен T.X. EBROS - система бесконечной прокатки сортовых профилей // ОАО «Черметинформация»: Новости черной металлургии за рубежом,
2004. Вып. 2. С. 40-42.
5. Зиновьев А.В. Поточное соединение заготовок - главный технический прием при бесконечной горячей прокатке // ОАО «Черметинформация»: Новости черной металлургии за рубежом, 2003. Вып. 1. С. 52-5З.
6. Концепция построения современных моделей прокатки на сортовых станах / А.Б.Моллер, О.Н.Тулупов, А.С.Лимарев, И.В.Логинова // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им.Г.И. Носова. 2007. № 1. С. 64-67.
7. Моллер А.Б., Тулупов О.Н., Зайцев А.А. Модель настройки сортопрокатного стана при матричном описании формоизменения в калибрах простой формы // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 1999. №10. С. 15.
