Управление качеством геометрии сортопрокатной продукции Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 621.771

Каледина ОС., Лимарев А.С.

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ГЕОМЕТРИИ СОРТОПРОКАТНОЙ ПРОДУКЦИИ

Аннотация. В статье проанализированы причины образования немерной продукции и факторы, оказывающие влияние на длину готового проката. Рассмотрены методы раскроя материалов правильный выбор, которого определяет эффективность автоматизированной системы управления раскроем.

Ключевые слова: сортопрокатное производство, немерная продукция, качество сортового проката, резка металла.

Качество продукции один из важнейших факторов, обеспечивающих успешную конкуренцию металлургических предприятий, как на отечественных, так и на зарубежных рынках металлопродукции. [1].

В настоящее время перспективным направлением улучшения технико-экономических 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 захоложенных концов раскатов;

• получение требуемого качества торцов проката при резке и расширение сортамента качественно разрезаемых профилей с помощью ножей совершенных конструкций;

• уменьшение потребления электроэнергии 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 основ-

ные 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 является важной задачей при производстве сортовых профилей [3]. Для решения этой задачи необходимо знать методы раскроя, которые условно можно разделить на 3 группы [4]:

• нормативные;

• технологические;

• оптимизационные.

Нормативные методы основаны на

использовании нормативов отходов, которые в данной отрасли или на данном предприятии действуют. Специалист на основании своего опыта и умений выбирает (рассчитывает) раскрой и, если он укладывается в действующий норматив, отправляет в производство. Однако существует несколько недостатков этого метода:

• зависимость от специалиста, его настроения и здоровья;

• невысокая производительность.

Технологические методы основаны

на применении четко описанных технологий. Таким образом, получают рациональные решения по раскрою. Оптимальное решение при этом, как правило, не ищется.

В ситуациях, которые отличаются от стандартных, раскрой может получаться достаточно далеким от оптимального. Применение компьютера для реализации этих методов ускоряет работу, но не повышает значительно оптимальность получаемого решения.

Оптимизационные методы основаны на применении математических методов, реализованных на ЭВМ. Эти методы делятся на две группы - чисто оптимизационные и эвристические. Большинство из оптимизационных методов используют линейные модели и метод линейного программирования для их решения. Однако реальные задачи раскроя часто имеют нелинейные элементы, которые приводят к тому, что решение получается все-таки не оптимальным. Эвристические методы иногда приводят к очень неплохим результатам, если это укладывается в норматив отходов. Тем не менее, никогда не ясно, а можно ли найти решение еще лучше.

Выбор соответствующего метода может различаться для каждого производства и определяется, в первую очередь, причинами возникновения немерной продукции. Среди основных причин образования 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 обрези дефектных концов, а соответственно к снижению производи-

тельности и уменьшению выхода годного [5]. 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 [6]. В свою очередь полное выполнение всех необходимых контрольных операций за состоянием оборудованием, 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 количество несоответствующей продукции и повысить эффективность производства [7].

Существующие системы управления процессом резки на сортовых станах не позволяют выполнять рациональный раскрой проката, исключающий немерную продукцию. Раскрой проката такого типа является линейным: металл, считается одномерным, т.е. раскрой ведется по одной координате - длине. Следует учитывать, что в прокатном цехе осуществляют раскрой на кратные мерные длинны с немерными отрезками длиной не менее 1 м до 10% массы всей партии. Использование этого проката приводит к образованию большого количества отходов. [8] Причиной этого 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 обеспечит 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 оборудования 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 функционально взаимосвязь этих параметров и длины конечного проката можно выразить следующей формулой:

1 = Г (К,С, 0,5,М),

где К - параметры, характеризующие геометрические характеристики заготовки; G - параметры, характеризующие геометрические характеристики готовой продукции; Т - параметры, характеризующие технологические режимы при производстве сортового проката; 5 - параметры, характеризующие технические характеристики оборудования; М -параметры, ха-

рактеризующие 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 проката 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 темпе-ратурно-скоростных режимов совместно с параметрами, характеризующими механические свойства стали, прокатки 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 упрощено использованием 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. Учет вышеперечисленных параметров в единой математической модели и внедрение в автоматизированную систему управления технологическим процессом сортопрокатного стана позволяет управлять показателями качества геометрии сортового проката. Так, к примеру, автоматизированная система управления оборудования резки в комплексе с другими системами должна производить:

расчет параметров резки, обеспечивающих оптимальную длину проката на делительных ножницах;

повышение качества параметров раскроя и снижения вероятности возникновения технологических ошибок при резке проката;

снизить долю участия персонала в процессе резки металла.

Сложность решения задачи оптимального раскроя проката связано с тем, что на действующем стане точная длина проката неизвестна до конца прокатки. Решение этой задачи не представляется возможным без выполнения следующих этапов:

определения параметров раскроя при подаче заготовки для каждого типа продукции;

предварительный расчет длины проката на выходе из последней клети;

корректировка параметров раскроя в соответствии с полученной длиной металла; • осуществление резки металла;

контроль полученной длины проката на участке резки и оценка оставшейся немереной продукции.

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.

Список литературы

1. Концепция построения современных моделей прокатки на сортовых станах / Моллер А.Б., Тулупов О.Н., Лимарев А.С., Назаров Д.В. // 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. 5560.

3. Кузьменко А.Г. Создание новых технологических процессов и оборудования непрерывных мелкосортных станов, обеспечивающих повышение эффективности их работы: дисс. ... д-ра техн. наук. Москва, 1997. 50 с.

4. Бронфельд Г.Б. Решение задачи оптимального раскроя материалов // Сборник докладов «Первой всероссийской научно-практической конференции по вопросам решения оптимизационных задач в промышленности 0ПТИМ-2001». С.Петербург: ЦНИИ ТС, 2001. С. 9-12.

5. 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.

6. Разработка и применение баз данных технологических параметров с целью освоения и совершенствования сортопрокатных станов / Леван-довский С.А., Назаров Д.В., Лимарев А.С., Моллер А.Б., Тулупов О.Н. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2005. №4. С. 36-40.

7. 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.

8. Производство проката из рессорно-пружинистой стали / Жадан В.Т., Воронцов Н.М., Кулак Ю.Е. и др. М.: Металлургия, 1984. 216 с.

References

1. Moller A.B., Tulupov O.N., Limarev A.S., Nazarov D.V. The concept of construction of modern models of high-quality rolling mills. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2007, no.1, pp. 64 -67.

2. Sumskij S.N. Steelsaving technology cutting. Stal [Steel]. 2003, no. 6, pp. 55-60.

3. Kuzmenko A.G. Sozdanie novyh tehnologicheskih processov i oborudovanija nepreryvnyh melkosortnyh stanov, obespechivajushhih povyshenie jeffektivnosti ih raboty: diss. ... d-ra tehn. nauk [The creation of new technological procedures and light-section mills to provide the growth in production effectiveness: dis. ... d-r tekhn. nauk]. Moscow, 1997, 50 p.

4. Bronfeld G.B. The solution of the problems in material cutting. Sbornik dokladov «Pervoj vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii po voprosam reshenija optimizacionnyh zadach v promyshlennosti OPTIM-2001» [The Collection of reports "The first Russian scientific and practical conference in optimization problems solution in industry 0PTIM-2001"]. St. Petersburg, Central Research Institute of the TC, 2001, pp. 9- 12.

5. Limarev A.S., Shajmardanova Ju.A. The conditioning of strip bar for automobile shocks [elec-

tronic edition]. Kalibrovochnoe bjuro. Jelektronnyj nauchnyj zhurnal [Metering office. Electronic scientific magazine]. no.1, 2011, pp. 50-55.

6. Levandovskij S.A., Nazarov D.V., Limarev A.S., Moller A.B., Tulupov O.N. The development and application of data bases of process parameters with the purpose of modern section mills commission and updating. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University].2005, no. 4, pp. 36-40.

7. Moller A.B., Limarev A.S., Loginova I.V. Personnel competence qualimetry assessment at metal-lurgic enterprise. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2011, no.1, pp. 55-55.

8. Zhadan V.T., Voroncov N.M., Kulak Ju.E. i dr. Proizvodstvo prokata iz ressorno-pruzhinistoj stali. [Rolling production from sprung elestic steel]. Moscow: Metallurgy, 1984, 216 p.

МЕТОДИКИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ УГЛЕРОДИСТОЙ ПРОВОЛОКИ НА УДАРНЫЙ СРЕЗ И РАСТЯЖЕНИЕ ПРИ НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ*

Аннотация. В работе приведены результаты испытаний проволоки, проведен анализ влияния температуры испытания на прочность, сделан вывод о том, что в зависимости от степени деформации проволоки при холодном волочении величина работы разрушения при ударном срезе увеличилась в 1,5-2,8 раз с понижением температуры испытания с +20 до -800С.

Ключевые слова: испытания, проволока, пластическая деформация

Россия имеет в северных районах богатые месторождения нефти и газа. Для их разработок необходимы оборудование, машины, механизмы и метизы в северном исполнении.

Долговечность работы металлических изделий, предназначенных для эксплуатации при умеренных температурах,

заметно снижается в условиях Севера.

*

В работе принимали участие сотрудники НИИ-Метиза (г. Магнитогорск) Г.В. Баталов, В.Е. Гуленкин, В.М. Литвинова

Например, увеличивается на 25-30 % расход канатов в условиях работы Норильского горно-металлургического комбината [1].

Работоспособность канатов во многом зависит от свойств его основного элемента - проволоки.

Поэтому проводятся исследования для уточнения влияния состава стали, структуры, режимов термической обработки и деформирования на хладостойкость проволоки.

Пластическая деформация при холодном волочении является эффективным средством диспергирования перлитной