CC BY
106О.С. Каледина, А.С. Лимарев
ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова»
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАСКРОЯ ПРОКАТА НА СОРТОВЫХ СТАНАХ
В статье рассмотрены причины образования немерной продукции на сортовых станах. Проанализированы факторы, оказывающие влияние на длину готового проката. А также функционально выражена взаимосвязь этих параметров и длины конечной продукции.
Ключевые слова: сортопрокатное производство, немерная продукция, ресурсосберегающие технологии, резка металла.
Качество продукции - один из важнейших факторов обеспечивающих успешную конкуренцию металлургических предприятий как на отечественных, так и на зарубежных рынках металлопродукции. Интенсивное увеличение объемов строительства жилой и коммерческой недвижимости в последнее время поддерживает на высоком уровне внутреннее потребление сортового проката на отечественном рынке. Развитие строительства потребовало новых производственных мощностей, оснащенных современными оборудованием и технологиями, что повысило актуальность научного направления, решающего вопросы повышения качества, производительности и эффективности работы сортовых станов [1].
В настоящее время перспективным направлением улучшения техникоэкономических показателей сортовых станов является внедрение ресурсосберегающих технологий в производство, к которым можно отнести [2]:
- экономичную технологию раскроя;
- увеличение выхода годного мерного проката;
- снижение брака в результате уменьшения "бурежек" между группами клетей прокатных станов;
- уменьшение отходов благодаря обрезке минимальной длины захоло-женных концов раскатов;
- получение требуемого качества торцов проката при резке и расширение сортамента качественно разрезаемых профилей с помощью ножей совершенных конструкций;
- уменьшение потребления электроэнергии летучими ножницами и пилами за счет применения режима запуска на рез вместо режима непрерывного равномерного вращения и использования усовершенствованных типов ножниц с уменьшенными моментами инерции исполнительных механизмов.
Каждая из перечисленных составляющих вносит свой вклад в общую долю отходов при производстве проката. При этом следует также учитывать, что основные потребители сортовой стали требуют выполнения своих запросов по длине, поэтому наличие немерной продукции существенно снижает эффективность сортопрокатных станов. Сортовой прокат поставляется потребителю мерной (строго регламентированной) и немерной длины. Поскольку цена на немерный прокат значительно ниже, чем на мерный, это обуславливает снижение экономических показателей работы станов. Поэтому уменьшение выпуска немерного проката остро стоит при производстве сортовых профилей [3]. Среди факторов, оказывающих существенное влияние на образование немерной продукции, можно выделить следующие:
- неправильная настройка оборудования, участвующего в резке металла;
- нарушение технологического режима нагрева заготовки и прокатки металла;
- отсутствие на прокатном стане эффективных адаптивных автоматизированных систем управления процессом резки.
Неправильная установка упора, несвоевременное отключение рольганга, а также состояние всего оборудования резки приводят к образованию немерной
продукции. Также существенное влияние на качество продукции оказывают конструктивные и технические особенности оборудования, участвующего в резке, неудовлетворительное состояние которого может привести к образованию трещин на поверхности проката. Это приводит к необходимости обрезки дефектных концов, а соответственно, к снижению производительности и уменьшению выхода годного [4]. Поэтому необходим тщательный контроль всех технических параметров оборудования, задействованного в процессе холодной резки проката.
Нарушение технологического режима нагрева заготовки и прокатки металла приводит к существенному изменению параметров формоизменения, что сказывается на геометрических характеристиках проката, в том числе и на длине. Все это создает объективные условия для образования немерной продукции. Поэтому при производстве сортового проката необходимо соблюдение основных технологических параметров в допустимых диапазонах возможных отклонений [5]. В свою очередь, полное выполнение всех необходимых контрольных операций за состоянием оборудования, несмотря на высокий уровень автоматизации современных сортовых станов, все еще сильно зависит от квалификации рабочего персонала. Внедрение эффективных методик оценки, подбора и подготовки персонала на ответственных производственных участках позволит существенно снизить выпуск несоответствующей продукции и повысить эффективность производства [6].
Существующие системы управления процессом резки на сортовых станах не позволяют реализовать рациональный раскрой проката, исключающий немерную продукцию. Следует учитывать, что в прокатном цехе осуществляют раскрой на кратные мерные длины с немерными отрезками не менее одного метра и до 10% массы всей партии. Использование этого проката приводит к образованию отходов в большом количестве [7]. Причиной этому является отсутствие в алгоритмах резки металла моделей, учитывающих изменение технологических параметров при сортопрокатном производстве. Кроме того, геометрические параметры заготовок могут также варьироваться в заданных пределах.
Отсутствие возможности учета этих факторов на действующем производстве приводит к тому, что одни и те же технологические режимы резки используются для проката различной длины. Результатом этого является наличие непрогнозируемой немерной продукции на сортовых станах.
Разработка модели оптимизации раскроя проката с учетом изменяющихся технологических факторов и внедрение в автоматическую систему управления технологическим процессом резки обеспечат раскрой проката, который практически исключит обрезь, не предусмотренную технологической документацией. Среди факторов, влияющих на длину конечного проката, которая в итоге определяет характеристики раскроя, можно выделить следующие:
- геометрические параметры заготовки и готовой продукции;
- технологические режимы нагрева и прокатки металла;
- технические характеристики основного и вспомогательного оборудования;
- механические свойства стали.
При выборе параметров раскроя металла необходимо знать полную длину конечного проката. Это позволит правильно определить параметры раскроя на этапах предварительной резки, что в итоге обеспечит резку металла без остатков на окончательном этапе. В общем случае функциональную взаимосвязь этих параметров и длины конечного проката можно выразить следующей формулой:
ь = /(к, в, т, э, м),
где К - геометрические параметры заготовки;
в - геометрические параметры готовой продукции;
Т - параметры, характеризующие технологические режимы при произ-
водстве сортового проката;
Э - параметры, характеризующие технические характеристики оборудо-
вания;
м - параметры, характеризующие механические свойства и химический состав прокатываемой стали.
Основными геометрическими параметрами, определяющими длину конечной продукции, являются ширина, длина и высота заготовки. Поскольку параметры заготовок могут изменяться в заданных пределах, то знание этих параметров позволяет прогнозировать длину конечной продукции в широких пределах. Более точное определение этих параметров до начала прокатки существенно повысит точность прогнозируемой длины продукции на выходе из последней клети.
Знание геометрических параметров конечной продукции определяет необходимое количество резов на всех этапах резки. При необходимости небольшое изменение технологически параметров на предшествующих этапах дает возможность оптимизировать длину раскроя, что уменьшит вероятность возникновения немерного проката.
Влияние технологических факторов на длину проката неоднозначно, поскольку даже незначительные изменения температурно-скоростных режимов прокатки совместно с параметрами, характеризующими механические свойства стали, приводят к существенному изменению формоизменения. В связи с этим целесообразно при определении параметров раскроя использовать достаточно точную и быструю модель формоизменения. В некоторых случаях это представляется затруднительным, что может быть значительно упрощено за счет использования поправочных коэффициентов. Наряду с этим более важное значение имеет наличие технологической обрези между клетями. Использование этого ресурса обеспечивает возможность варьирования длины конечного проката в широком диапазоне, что, в свою очередь, позволяет более рационально определять параметры раскроя проката.
При определении параметров раскроя необходимо учитывать характеристики оборудования, которые могут стать ограничивающими факторами при выборе значений параметров раскроя. Это связано в первую очередь с ограниченной длиной и шириной холодильника, участка резки. Соответственно длина
проката после предварительной резки не должна превышать заданных пределов. Поскольку эти параметры являются неизменными, то они существенно ограничивают возможности по оптимизации технологических режимов раскроя металла после прокатки.
Таким образом, разработка математической модели оптимизации технологии резки сортового проката и внедрение ее в автоматизированную систему управления технологическим процессом раскроя металла на сортовых станах позволит существенно снизить количество немерной продукции, что приведет к повышению производительности и сокращению экономических потерь при производстве сортового проката.
Библиографический список
1. Концепция построения современных моделей прокатки на сортовых станах / А.Б.Моллер, О.Н.Тулупов, А.С.Лимарев, Д.В.Назаров // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2007. №1. С.64-67.
2. Сумский С.Н. Металлосберегающие технологии раскроя проката // Сталь. 2003. №6. С. 55-60.
3. Кузьменко А.Г. Создание новых технологических процессов и оборудования непрерывных мелкосортных станов, обеспечивающих повышение эффективности их работы: Дис. в виде науч. докл. ... д-ра техн. наук. Москва, 1997. 50 с.
4. Лимарев А.С., Шаймарданова Ю.А. Улучшение качества реза полосового проката для автомобильных рессор [электронное издание]. «Калибровочное бюро» Электронный научный журнал. Вып. 1. 2013. С. 50-55.
5. Разработка и применение баз данных технологических параметров с целью освоения и совершенствования сортопрокатных станов / С.А.Левандовский, Д.В.Назаров, А.С.Лимарев, А.Б.Моллер, О.Н.Тулупов //
Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2005. №4. С. 36-40.
6. Моллер А.Б., Лимарев А.С., Логинова И.В. Квалиметрическая оценка компетентности персонала металлургического предприятия // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2011. № 1. С. 55.
7. Производство проката из рессорно-пружинистой стали / В.Т.Жадан, Н.М.Воронцов, Ю.Е.Кулак и др. М.: Металлургия, 1984. 216 с.
