Разработка и внедрение оптимальных технологических режимов прокатки круглой стали на непрерывных мелкосортных станах с целью снижения материально-энергетических затрат тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат технических наук Коломников, Сергей Георгиевич

• Коломников, Сергей Георгиевич
• кандидат технических наук
• 1985

Оглавление диссертации кандидат технических наук Коломников, Сергей Георгиевич

ВВЕД ЕНЙ Е.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА

ПРОКАТА НА МЕЛКОСОРТНЫХ СТАНАХ

I.I. Техническая характеристика непрерывных мелкосортных станов.

1.2. Сортамент продукции и специализация мелкосортных станов

1.3. Анализ технологического процесса

Г.4. Методы расчета калибровок валков и технологических режимов прокатки

1.5. Цели и задачи исследования.

2. АНАЛИЗ НА ЭВМ КАЛИБРОВОК ВАЛКОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОКАТКИ МЕЛКОСОРТНОЙ СТАЛИ.

2.1. Анализ технологических режимов прокатки на типовых станах.

2.2. Определение оптимальных по вытяжной способности диаметров валков

2.3. Анализ возможности увеличения сечения исходной заготовки

2.4. Статистический анализ и разработка математической модели расхода валков.

2.-5. В ы в о д ы.

3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЕИМОВ СОРТОВОЙ ПРОКАТКИ

3.1. Постановка задачи проектирования оптимальных технологических режимов сортовой прокатки

3.2. Математическая модель технологического процесса прокатки

3.3. Критерии оптимизации технологических режимов прокатки

3.4. Анализ и выбор метода оптимизации

3.-5. Алгоритм расчета оптимальной калибровки: валков с применением прямых методов

3-6. Алгоритм оптимизации действующих технологических режимов прокатки

3.7. В ы в о д ы.

4. ОПТИМИЗАЦИЯ КАЛИБРОВОК ВАЛКОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

РЕЖИМОВ ПРОКАТКИ МЕЛКОСОРТНОЙ СТАЖ.

4.1. Программа анализа и оптимизации на ЭВМ действующих технологических режимов прокатки.

4.2. Оптимизация на ЭВМ температурных режимов прокатки.

4.3. Программа расчета оптимальных калибровок валков.

4.4. Применение программы "Калибр" для расчета оптимальных калибровок валков

4.5. В ы в о д ы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и внедрение оптимальных технологических режимов прокатки круглой стали на непрерывных мелкосортных станах с целью снижения материально-энергетических затрат»

В соответствии с решениями ХХУ1 съезда КПСС одной из ос« новных задач экономического и социального развития страны на период до 1990 года является повышение эффективности общественного производства на основе его всесторонней интенсификации, экономное расходование материальных и топливно-энергетических ресурсов во всех отраслях промышленности, в тон числе и в металлургии.

В решении этих задач большое внимание отводится автоматизированным методам проектирования и научных исследований с применением математических методов и ЭВМ. Благодаря таким методам оказывается возможным разрабатывать оптимальную энергосберегающую технологию, определять пути интенсификации производства, повышения производительности труда.

Оснащение металлургических заводов, проектных и научно-исследовательских институтов современной вычислительной техникой создало благоприятные условия для совершенствования дейст** вующих технологических режимов сортовой прокатки на основе при® менения ЭВМ» Однако в прокатном производстве ЭВМ используются еще недостаточно эффективно и применяются, главным образом, для снижения трудоемкости расчетов, анализа и моделирования технологических режимов прокатки или расчета рациональных калибровок валков. Работы по оптимизации технологических процессов с применением методов исследования операций носят в основном постановочный характер, а предложенные критерии оптимизации подчинены улучшению отдельных технологических параметров. До настоящего времени пока не создано комплексных критериев оптимизации, учитывающих экономное расходование материальных и топливно-энергетических ресурсов (например, валков, топлива для печей и электроэнергии для прокатки).

В связи с этим актуальным является проведение научных исследований, базирующихся на применении математических методов и ЭВМ и направленных на создание оптимальных технологических процессов сортовой прокатки по критериям материально-энергетических ресурсов.

Настоящая работа посвящена разработке и применению таких технологических режимов на современных мелкосортных непрерывных станах.

Диссертация состоит из 4-х глав. В 1-й главе выполнен анализ современного развития мелкосортных станов* способов прокатки мелкосортной стали и методов расчета калибровок валков и технологических параметров прокатки. Отмечено, что типовые мелкосортные станы- 250 при прокатке профилей одинакового сортамента имеют различные калибровки валков и технологические режимы деформирования, что свидетельствует о наличии резервов интенсификации производства. Для расчета на ЭВМ технологических параметров сортовой прокатки разработан ряд программ, среди которых достаточно полными и научно-обоснованными являются программы анализа ("Анализ") и проектирования ^'Проект"), созданные на кафедре ОМД Уральского политехнического института в результате теоретических и экспериментальных исследований процессов сортовой прокатки. Однако указанные программы позволяют моделировать технологический процесс прокатки на стане без учета режимов нагрева заготовок и отделки прокатанных профилей. Для комплексной оптимизации технологии производства мелкосортной стали необходимо математическое описание всех переделов технологического процесса.

На основании выполненного в 1-й главе анализа сформулированы цели и задачи диссертационной работы.

Во 2-й главе изложены результаты анализа на ЭВМ действующих технологических режимов прокатки мелкосортной стали на типовых непрерывных станах. По программе "Анализ" выполнено моделирование на ЭВМ калибровок валков и разработаны рекомендации по применению рациональных систем калибров, определены резервы интенсификации технологических режимов прокатки отдельных профилей, проработан вопрос о возможности увеличения сечения исходной заготовки* На основании анализа вытяжной способности различных калибров, определены оптимальные диаметры валков мелкосортных станов. С применением стандартной программы корреляционно-дисперсионного анализа выполнено статистическое исследование износостойкости валков и предложены формулы для определения расхода валков при прокатке по различным системам калибров.

Глава 3 посвящена разработке алгоритмов оптимизации технологических режимов прокатки мелкосортной стали. В ней показано, что наиболее эффективными для оптимизации технологических процессов сортовой прокатки являются прямые градиентные методы.

В качестве комплексного критерия оптимизации предложено использовать затраты на топливо, электроэнергию и валки при прокатке, являющиеся частью расходов по переделу в себестоимости прокатного цеха. Математическая модель технологического процесса производства мелкосортной стали построена на основе применения программ "Анализ" и "Проект" и известных из литературы методов теплотехнических расчетов режимов нагрева металла в методических печах.

В главе 4 приведено описание разработанных программ расчета на ЭВМ оптимальных технологических режимов прокатки и результатов применения их для оптимизации калибровок валков и технологии производства мелкосортной стали на станах 250*1 и 250-2 Западно-Си«* бирского металлургического комбината.

Выполненная диссертационная работа является составной частью научно-исследовательских работ кафедры ОМД Уральского политехнического института, проводимых в рамках целевой комплексной научно-технической программы 0Ц.О27 по Постановлению ГКНТ СССР, \ Госплана СССР и АН СССР от 12,12.1980 г. * 474/250/132 (задание 05.33).

Работа выполнена при научной консультации доцента В.А.Шилова. Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность за помощь в работе сотруднику кафедры обработки металлов давлением ст.н.сотр. Ю.В.Инатовичу и коллективу мелкосортного цеха Запад« но«Сибирского металлургического комбината.

I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОКАТА НА МЕЛКОСОРТНЫХ СТАНАХ

В настоящее время более 1% всея мелкосортной стали в СССР производится на непрерывных станах. Линейные станы используются в основном для прокатки малотоннажных партий легированных сталей при производстве мелкосортных профилей широкого сортамента и подлежат в будущем реконструкции с установкой непрерывных групп клетей.

1.1. Техническая характеристика непрерывных мелкосортных станов

Установленные в СССР непрерывные мелкосортные станы можно разделить на 4 типа (поколения) /1,2/. К первому типу относят однониточные 15-клетевые станы 350-2 Макеевского и 300-2 Челябинского металлургического комбинатов (рис. 1.1). Станы предназначены для производства круглой стали /й 14*»30 мм, арматурных профилей с эквивалентной площадью сечения готового профиля, аналогичных по размерам квадратов, полосовой стали (25-Ю0)х х(12«40) мм, уголков № 2-4,5 из исходной заготовки ф 100 мм длиной 7000-9000 м из низкоуглеродистых и легированных марок сталей.

Станы такого типа состоят (см.рис. 1.1) из черновой группы клетей с валками диаметром 410-460 мм и чистовой группы в составе 5-ти горизонтальных и 3-х вертикальных клетей с диаметром валков 350 мм. Мощность приводов клетей изменяется от 434 в черновой группе до 868 кВт в чистовой группе при суммарной мощности приводов 8204 кВт. Максимальная возможная скорость прокатки составляет 14 м/с, а фактически достигнутая наибольшая скорость не превышает 10 м/с. Максимально возможная производительность стана для профилей мелкого сечения (/$ 14-20 мм) огра 0 1

Рис. 1.1. Схема расположения оборудования непрерывных мелкосортных станов 1-го поколения: I - нагревательная печь; 2 - черновая группа клетей; 3 - чистовая группа клетей; Ч - горизонтальные рабочие клети; 5 - вертикальные рабочие клети; б - летучие ножницы; 7 - холодильник; 8 - пакетирующие рольганги; 9 - ножницы; 10 - сборные карманы ничивается рабочей скоростью подводящего рольганга холодильника и системы сбрасывающих клапанов, а для профилей круглого се» чения 22-30 мм) - производительностью печей и скоростью охлаждения металла на холодильнике. Максимально достигнутая производительность стана в горячий час не превышает 120 т/ч.

Ко второму типу (поколению) непрерывных мелкосортных станов относят двухниточные станы 250 Череповецкого и 250-1, 250*2., 250-3 Криворожского металлургических комбинатов. Станы предназначены для прокатки простых и фасонных профилей из углеродистых и низколегированных марок сталей. Исходной заготовкой является квадрат, ф 80 мм длиной от 10,8 до 11,5 м и массой до 0,575 т. Технологическая схема стана представлена на рис. 1,2. Стан состоит из черновой двухниточной группы и двух однониточных чистовых групп клетей.

Черновая группа включает 7 горизонтальных клетей с диаметром валков 400 мм. Каждая чистовая группа состоит из чередующихся 4-х вертикальных и 4-х горизонтальных рабочих клетей с диаметром валков 250-320 мм. Характеристика главных линий рабочих клетей приведена в табл. I.I. Между черновой и чистовыми группами расположены аварийные летучие ножницы. После прокатки полосы режутся на летучих ножницах и поступают на холодильник, оборудованный однониточной системой сбрасывающих клапанов. После охлаждения полосы разрезаются на мерные длины и пакетируются. Максимально достигнутая скорость прокатки на станах 2-го поколения составляет 15 м/с и ограничивает, главным образом, быстродействие системы сбрасывающих клапанов /3/.

Станы третьего поколения (рис. 1.3) состоят из 23-х клетей, расположенных в черновой (7 клетей), промежуточной (4 клети) и двух чистовых группах (по б', клетей). Таким образом, про

Рис. 1.2. Схема расположения оборудования непрерывных мелкосортных станов 250 2-го поколения: I - нагревательная печь; 2 - черновая группа клетей; 3 - чистовые группы клетей; 4 - летучие ножницы; 5 - вертикальные клети; б - горизонтальные клети; 7 - холодильник; 8 - пакетирующий рольганг; 9 - ножницы; 10 - сборочный карман

Техническая хараятеристика приводов клетей непрерывных мелкосортных станов

2-го поколения

Группы и номера Че рновая Чистовая клетей I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II 12 13 14 15

ХО § Номинальная мощность, кВт 75 430 560 680 680 870 870 2x200 430 2x200 580 2x200 580 2x200 580

Номинальный ток, а 500 1230 1580 1100

ГСа Напряжение, в 525 600 600

О-. в сь Номинальная частота вращения, об/мин 600 500 500

ГГэ Мин.«макс.частота вращения,об/мин - 300900 320900 320900 320900 320900 320» 900 320900 500* 1500 320 .900. 2,2 500 1500 320 900 3201500 500900 3201500 320« 900 передаточное число редуктора 27,0 21,5 15,5 11,0 7,5 6,0 4,5 5,0 3,33 1,75 2,3 1,0 1,6 0,77 • *

Максимальный момент на выходном валу, кН м 36 67,0 67,0 67,0 67,0 67,0 55,0 21,6 18,С 11,0 19,5 7,0 11,4 3,0 6,5

Максим.диаметр валков, мм 390 320

Миним.диаметр валков, мм 360 290

-о Р Длина бочки валков, мм 710 500 сх. Диаметр шейки валков, мм 240 Т90

Допустимое усилие прокатки,кН 1300 600

Рис. 1.3. Схема расположения оборудования типового непрерывного стана 3-го поколения:

I - нагревательная печь; 2 - черновая группа клетей; 3 - промежуточная группа клетей; 4 - чистовые группы клетей; 5 - летучие ножницы; б - горизонтальные рабочие клети ; 7''- вертикальные рабочие клети; 8 - холодильник; 9 - ножницы; 10 - сборочный карман;

II - бунтомоталка ; 12 - конвейер для охлаждения бунтов катка по каждой нитке производится за 17 проходов. К таким станам относятся станы 250-4, 250-5 Криворожского, 250 Челябинского, 250-1 и 250-2 Западно-Сибирского металлургических комбинатов.

Станы третьего поколения характеризуются большим удалением нагревательных печей от клетей черновой группы. Это связано с первоначальным намерением установить в указанном месте стыковочное оборудование для бесконечной прокатки, что не было реализовано из-за низкого качества сварного шва и недостаточной надежностью работы стыкосварочного оборудования. Удаление печей от участка стана приводит к необходимости повышения температуры нагрева металла для компенсации падения температуры при транспортировке заготовок к черновой группе.

Техническая характеристика станов приведена в табл. 1.2. Станы 3-го поколения имеют более широкий диапазон регулирования скоростей прокатки (по сравнению со станами 2-го поколения), снабжены более совершенными холодильниками с двухниточной системой сбрасывающих клапанов. Максимально достигнутая конечная скорость прокатки на этих станах составляет 17,5 м/с при допускаемой максимальной скорости вращения валков чистовой клети 25 м/с.

1а ряде станов 3-го поколения (например, на стане 250-2 ЗСМН) предусмотрена смотка круглой стали диаметром 18-25 мм в бунты. Для этого установлены моталки с подвижным бунтом (типа Гаррета) и крюковые конвейеры для охлаждения бунтов (см. рис. 1.3).

К станам четвертого поколения относят однониточный стан 250-6 Криворожского металлургического комбината /I/. Он предназначен для производства в бунтах круглой стали диаметром 14-22 мм, квадратной со стороной 14-36 мм и шестигранников с диаметром

Техническая характеристика приводов клетей непрерывных мелкосортных станов

3«го поколения

Группы и номера клетей Черновая Промежуточная ! Чу. стовая

I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II 12 13 14 15 16 17

Электродвигатель Номинальная мощность, кВт 240 680 870 680

Номинальный ток, а 500 1230 1580 1230

Напряжением 525 600 600 600

Номинальная частота вращения, об/мин 600 500 270 500

Минин.-максим, частота вращения, об/мин 100-600 130-600 180-900 130-660 180-900 200-810 250-1000

Передаточное число редуктора 11,4 11,4 10,9 5,8 5,8 4,5 3,53 2,55 1,88 1,37 1,18 1,47 1,25 1,0 0,76 0,75 0,6

Максим, момент на выходном валу,кН*м 36,0 86,6 86,0 74,0 5,48 55,0 55,0 65,0 65,0 21,6 18,0 11,0 19,5 7,0 3,0 6,5

Клеть Максим« диаметр валков, мм 400 380 320

Минин, диаметр валков, мм 360 345 290

Длина бочки валков, мм 710 630 500

Диаметр шейки валков, им 240 220 190

Допустимое усилие прокатки, 1300 700 600 вписанной окружности от 14 до 40 мм. Исходной заготовкой служит квадрат 150x150 мм длиной от 8 до 12 м и массой до 2,1 т. Схема расположения оборудования стана приведена на рис. 1.4.

Нагрев осуществляется в пятизонной методической печи с шагающим подом. После нагрева заготовки проходят через устройство гидросбива окалины, представляющем собой камеру, в которой установлены по периметру Г4 сопл. Сбив окалины осуществляется со всех четырех сторон водой давлением 12,7«14,6 МПа.

Стан состоит из 20«ти рабочих клетей (см. рис. Г*4), распо« ложенных в черновой, промежуточной и чистовой группах. Характер» ным является чередование вертикальных и горизонтальных клетей во всех группах стана. Это исключает необходимость кантовки металла и расширяет возможности применения систем калибров для прокатки.

Диаметр валков рабочих клетей черновой группы изменяется в пределах от 580 до 380 мм, в клетях промежуточной группы составляет 320-290 мм, а в чистовой группе клетей равен 320-245 мм. Мощность электродвигателей индивидуальных приводов клетей черно« вой группы составляет 630 кВт, а промежуточной и чистовой групп -800 кВт при суммарной мощности всех элек1родвигателей 14640 кВт /I/. Максимально возможная скорость прокатки составляет 25 м/с, а наибольшая реально достигнутая скорость ~ 18 м/с.

Между черновой, промежуточной и чистовой группами клетей расположены летучие ножницы, предназначенные для обрезки зад«-них концов полосы и для аварийной резки раскатов.

После прокатки предусмотрено ускоренное охлаждение раската щелевыми форсунками до температуры 500~700°С и смотка на одной из трех моталок. Смотанные бунты проходят дополнительное охлаждение и затем пакетируются.

Наиболее распространенными в СССР являются двухвиточные мелкосортные станы (см. рис. 1.2 и 1*3), поэтому основное внвма«» ние в настоящей работе уделено этим станам. о

6 7

14

12 V

00 I

Рис. 1.4. Схема расположения оборудования непрерывного мелкосортного стана 4-го поколения: I - нагревательная печь; 2,3 и 4 - черновая, промежуточная и чистовая группы клетей; 5 - горизонтальные клети; 6 - вертикальные клети; 7' ~ летучие ножницы; 8 - моталки; 9 - бунтовязальные машины; 10 - поперечный рольганг; II - шагающий транспортер; 12 - душирующее устройство; 13 - рольганг; 14 - пакетирующее устройство

Дальнейшее развитие таких мелкосортных станов в СССР и за рубежом идет в направлении увеличения числа клетей до 20«25 /4/', увеличения сечения исходной заготовки до квадрата со стороной 100*125 мм /5,6,7/, разработки рабочих клетей предварительно«нап~ ряженного типа /2,4/, применения блоков черновых и чистовых клетей /6,7/, применения специальных способов и устройств для торможения полос на холодильнике /8,9,10,11/, увеличения скорости прокатки до 20~25 м/с в прутках и до 30 м/с в бунтах /5,12/, создания промышленных агрегатов термической и термомеханической обработки проката /5,12/.

Заключение диссертации по теме «Обработка металлов давлением», Коломников, Сергей Георгиевич

4.5. Выводы

1. По разработанным в главе 3 алгоритмам (см. рис.3.4 и 3.5) созданы программы оптимизации действующих технологических режимов прокатки (программа "Анализ-оптимизация") и расчета новых оптимальных калибровок валков (программа "Калибр") с целью снижения материально-энергетических затрат на прокатку. Программы внедрены на Западно-Сибирском металлургическом комбинате и в Уральском политехническом институте.

2. В результате расчетов на ЭВМ по программе "Анализ-оптимизация" установлено, что оптимальные температуры нагрева заготовок при прокатке круглой стали составляют: П60°С для круглой стали диаметром 12,14 и 16 мм; П30°С - для стали диаметром 22 мм; П00°С - для стали диаметром 18 мм и 1070°С - для профилей диаметром 20,25 и 28 мм. Указанные температуры ниже максимально допустимых по технологической инструкции на 90~180°С и применение их позволяет снизить расходы по переделу на 0,14-0,24 руб/т за счет уменьшения суммарных затрат на топливо, электроэнергию и валки.

3. Применение оптимальных температурных режимов прокатки позволяет повысить производительность нагревательной печи от 135 до 145 т/ч, т.е. на 7,4$ и улучшить условиях их работы.

4. В результате моделирования на ЭВМ технологических режимов прокатки круглой стали диаметром 16, 25 и 28 мм при оптимальных температурах нагрева заготовок установлено, что скоростные и силовые характеристики стана позволяют увеличить конечную спорость прокатки на 5-17,8$. При этом рост производительности стана обеспечивается ростом производительности печей при работе на оптимальных температурных режимах нагрева заготовок.

5. Внедрение оптимальных технологических режимов прокатки отдельных профилей позволило снизить условно-постоянную часть рас« ходов по переделу на 0,05 руб/т, повысить производительность стана и получить экономический эффект в размере 63,7 тыс.руб. Ожидаемый экономический эффект от внедрения таких режимов при производстве круглых профилей всего сортамента стана составит 433 тыс.руб. в год.

6. Рассчитанная на ЭВМ по программе "Калибр" оптимальная калибровка валков позволяет по сравнению с действующей снизить расход электроэнергии на деформацию на 14$, валков - на 19$ и соответственно уменьшить затраты на прокатку на 14,7$.

7. Совершенствование технологических процессов производства мелкосортной стали на основе применения оптимальных режимов прокатки на гладкой бочке валков во всех клетях стана, кроме предчистовой и чистовой, позволяет получить экономию от снижения расхода валков и электроэнергии в сумме 0,07 цуб/т и по! лучить экономический эффект свыше 90 тыс. руб.

1. На типовых мелкосортных станах 250 при одинаковой схеме расположения оборудования и его технической характеристике применяют различные калибровки валков и технологические режимы прокатки профилей одного и того же сортамента. Типизация и оптимизация технологических режимов прокатки является одним из путей повышения эффективности производства мелкосортной стали на непрерывных станах.

2. В результате анализа на ЭВМ действующих технологических режимов прокатки круглой стали установлено, что рациональной с точки зрения вытяжной способности, расхода энергии и износостойкости валков является схема калибровки, включающая не более трех ящичных калибров в первых клетях стана и систему калибров овал-ребровой овал в остальных клетях, вплоть до чистовых. Показано также, что в первых трех клетях стана вместо ящичных калибров целесообразно применять гладкую бочку валков.

3. Установлено, что оптимальные по вытяжной способности диаметры валков типовых мелкосортных станов составляют 460-490 мм для черновых клетей, 350 мм для промежуточных клетей и 220-250 мм для клетей чистовой группы. Применение валков с такими диаметрами позволяет увеличить суммарный коэффициент вытяжки по стану в 1,58-1,63 раза. Разработанная методика определения оптимальных диаметров валков может быть применена для оптимизации диаметров валков прокатных станов другого назначения,

4. В результате моделирования на ЭВМ режимов прокатки мелкосортной стали из заготовки увеличенного сечения установлено, что применение заготовки сечением 100x100 мм возможно только при условии реконструкции станов с установкой одной дополнительной клети в головной части стана и заменой электродвигателя первой клети на более мощный. Определены параметры дополнительной клети и электродвигателей привода.

5. Статистическое исследование износостойкости валков типовых мелкосортных станов позволило получить формулы для расчета расхода валков в зависимости от формы калибров, параметров деформации металла, материала валков, температуры раската, марки прокатываемой стали и других параметров.

6. На основе результатов теоретического исследования процессов сортовой прокатки, выполненного ранее в Уральском политехническом институте, с учетом известных методов расчета нагрева металла и определения пропускной способности холодильника сформирована комплексная математическая модель технологического процесса прокатки мелкосортной стали, включающая:

- формулы для расчета характеристик формоизменения металла, энергосиловых и технологических параметров, расхода энергии и валков при прокатке по различным системам калибров;

- аналитические зависимости для теплотехнических расчетов нагрева заготовок и определения расхода топлива в печах мелкосортных станов;

- ограничения режимов прокатки на стане по условиям пропускной способности холодильника и участка отделки проката

Полученная модель необходима для оптимизации технологических процессов с применением математических методов и ЭВМ.

7. В качестве целевых функций при оптимизации технологических режимов прокатки на современных мелкосортных станах актуально применять критерии, связанные с экономией материально-энергетических ресурсов (топлива, электроэнергии и валков). Комплексным критерием, удовлетворяющим этим требованиям, являются затраты на валки, электроэнергию, топливо, представляющие часть расходов по переделу в себестоимости продукции прокатного цеха.

8. 5 результате анализа современных методов исследования операций установлено, что наиболее эффективными являются прямые методы (методы возможных направлений). На основе применения этих методов с использованием полученной математической модели и предложенных целевых функций разработаны алгоритмы и программы оптимизации на ЭВМ действующих технологических режимов прокатки и расчета оптимальных калибровок валков при производстве профилей на непрерывных мелкосортных станах. Программы внедрены на Западно-Сибирском металлургическом комбинате.

9. Решение задачи по оптимизации на ЭВМ действующих режимов про» катки круглой стали основного сортамента на мелкосортных станах 250-1 и 250-2 ЗСМК позволило установить, что оптимальные температуры нагрева заготовки ниже допустимых по технологической инструкции на 90-180°С. Нагрев заготовок до оптимальных температур позволяет снизить расход топлива на 11,8-22,3$ и уменьшить суммарные затраты на топливо, электроэнергию и валки на 0,14-0,24 руб/т, т.е. на 8,0-17,2$ . Установлена также возможность увеличения конечной скорости прокатки отдельных профилей на 5-17,8$.

10. Рассчитанная на ЭВМ оптимальная калибровка валков круглой стали с применением ящичных калибров в первых трех клетях и системы калибров овал-ребровой овал в последующих клетях позволяет снизить расход электроэнергии на 14$, валков - на 19$ и уменьшить затраты по переделу на 14,7$.

Оптимальная калибровка валков мелкосортного стана с применением режимов прокатки на гладкой бочке во всех клетях, кроме предчистовой и чистовой, обеспечивает снижение электроэнергии на 32,1$, валков на 38,4$ и экономию материально энергетических затрат на 33,5$.

II. Частичное внедрение рассчитанных на ЭВМ оптимальных технологических режимов прокатки при производстве отдельных профилей на мелкосортном стане 250-2 ЗСМК позволило получить экономический эффект в размере 63,7 тыс. руб. При внедрении оптимальных режимов прокатки круглой стали для всего сортамента экономический эффект составит 433 тыс. руб. в год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Коломников, Сергей Георгиевич, 1985 год

1. Левченко Л.Н., Гуров H.A., Машкин 1.?. Интенсификация производства мелкосортной стали на непрерывных станах. - Киев: Техника, 1980. - 272 с.

2. Прокатка на мелкосортных станах / Чекмарев А.П., Гречко В.П., Гетманец В.В., Ховрин Б.В. М.: Металлургия, 1967. - 363 с.

3. Возможность повышения скоростей прокатки на мелкосортных станах / Гетманец В.В., Романченко В.Л., Калинин В.П., Кузьмен-ко А.Г. В сб. "Металлургия и коксохимия", вып. 41. Обработка металлов давлением. - Киев: Техника, 1974, с. 15-19.

4. Целиков А.И., Зюзин В.И. Современное развитие прокатных станов. М.: Металлургия, 1972. - 399 с.

5. Uamamatsü Hisa^ashi ^orlMoio HiroyuKi ,KoyaKag*i Hiroki, Inaba Shm\tK\ , KawasU'ima Yashio^aKamur-a Keishi --Sumiiama MeWs ,\982,v.3A . WA,p. 676-6^.

6. Weickmaiui LuU. 45°-3)uo-Wafe\f/erk 'für- FewsiahP in. Kompatd&au Weise.-StaM uad Eisen., 1983 ,S.7<-72.

7. Morgan introduces sma^er compact mi^.-lroa and1. Steel! Ea<j.

8. A.c. 1076462 (СССР). Устройство для термического упрочнения сортового проката / Зат-Сиб. металл, комбинат, авторы изобр. Демченко Е.М., Клепиков А.Г., Соколов A.A., Табаков Е.В., Друзин В.И. Опубл. в Б.И., 1984, № 8. И, 1984, ft 9, с. 32.

9. A.c. 799851 (СССР). Способ торможения круглого проката / Днепропетр. мет. ин-т, авт. изобрет. Кузьменко А.Г. Опубл. в Б. И., 1981, № 3.

10. A.c. 910248 (СССР). Способ повышения скорости прокатки на мелкосортном прокатном стане и устройство для его осуществления / Челябинский мет. комбинат, авт. изобр. Олевский А.Б., Соломонович Б.Г., Барсуков Е.К. Опубл. в Б.И., 1976, № 34.

11. Кузьменко А.Г. Торможение сортового проката на реечных холодильниках. Днепропетровск» 1981. - 160 с. Рукопись представлена Днепропетр. металлург, ин-том. Деп. в УкрНИЙ НТИ9 авг. 1982 г.» № 3761-Д82.

12. Simon P\errG Ofccowomopovi£os Mario,№eess PauC.Thempcore A v\ew process foc the production of re'mforchirij Bars.-Iron and Sleee Etij. ,<9*4,61,N5,p. 53-57,

13. Пинес Л.А., Спивак Э.И. Развитие конструкций печей непрерывных мелкосортных и проволочных станов. Сталь, 1974, № 5, с. 446-448.

14. Григорьев В.К., Антипов В.Ф., Резвов B.C. Температурный режим прокатки легированных сталей на непрерывном мелкосортном стане 250. Сталь, 1979, № 4. с. 277-280.

15. Оптимальная температура нагрева заготовок перед прокаткой на непрерывных станах / Чекмарев А.П., Динник A.A., Палицкий В.ГГ. и др. В кн. : Обработка металлов давлением. - М,: Металлургия, I97T. - с. 69-74. - (Труды/ДМетРТ, 1971, т. 57).

16. Литовченко Н.В., Диомидов Б.Б., Еурдюмова B.A. Калибровка валков сортовых станов. М.: Металлургиздат, 1963. - 638 с.

17. Диомидов Б.Б., Литовченко Н.В. Калибровка прокатных валков. » М.: Металлургия, 1970. « 312 с.

18. Чекмарев А.П., Мутьев М.С., Машковцев P.A. Калибровка прокатных валков. М. : Металлургия, 1971. - 512 с.

19. Ващенко К. А., Бибик А. И., Ильин Л. П., Чередниченко В.Х Опыт применения калибровки овал-ребровой овал на непрерывном стане 250. Сталь, 1980, № II, с. 989-992.

20. Уткин Г.С. Рациональная система калибровки мелкосортных станов, Металлург, 1971, № 2, с. 26-29.

21. Уткин Г.С., Воробьев П.В-, Крайнов В.Н. Контроль моментов прокатки по кривым допустимых токов. Металлург, 1973, № 9,с. 30-31.

22. Кандауров Л.Е., Никифоров Б.А., Кабанова В. П. Калибровка для прокатки сортовых сталей из высоколегированных сталей и сплавов. Черная металлургия, 1979, № 18 (54), с. 40-42.

23. WqksqI Arno ? Киагшааа Erich. Atis^ewaMÜ-G 6eispie£e beim Wû^cn in $-treckka£i6erreiheri. -Heue Hütte, \9i8, 23 rN70 p. 245-251.

24. Смирнов B.K., Шилов B.A. , Литвинов К.Й. Деформации и усилия в калибрах простой формы. М.: Металлургия, 1982. - 144 с.

25. Сейер Р. и Моллер Р. Действительно ли необходимо использование калиброванных валков. Пер. с англ. Б-37100. Wirs» 2, 1978. с. 68-72.

26. Изменение размера заготовок для мелкосортного стана 250-5 / Сацкий В.А., Цыбанев Е.Г., Ховрин Б.В. и др. Металлург, 1974, № 2, с. 27-29.

27. Повышение производительности мелкосортных станов при прокатке термоупрочненного металла / Кузьменко А.Г., Калинин В.П., Макеев И.М. и др. Сталь, 1982, № 6, с. 50-52.

28. Термическое упрочнение проката / Стародубов К. Ф., Узлов И.Г., Савенков В.Я. и др. М.: Металлургия, 1970.

29. Пат. 160457 (ГДР) Уеф^геа zur ücrmomechanischeii fteíiand&jrij, voa Wafesíali?, /Veß s-iahe: und mdzwerk „WlMm Fforin"; Tamm Frau? , Koericke BeraKard,, ШЩг к"г+ • Заябл. 11.06.Mr, N2307440 Оау5л. Q3.0O3.

30. Бахтинов Б.П., Штернов М.М. Калибровка прокатных валков. -М.: Металлургиздат, 1953. 783 с.

31. Смирнов B.C., Богоявленский К.Н., Павлов М.Н. Калибровка прокатных валков. М.: Металлургиздат, 1953. - 330 с.

32. Смирнов B.C. Теория прокатки. М.: Металлургия, 1967. - 460 с.

33. Чуманов D.M. Методика расчетов калибров системы овал-ребровой овал. Изв. вузов. Черная металлургия, 1975, № 12, с.87«90.

34. Тарновский И.Я., Смирнов В.К., Коцарь С.Л. Продольная прокатка профилей переменного сечения. Свердловск: Металлургиздат, 1962. - 366 с.

35. Целиков А.И. Теория расчета усилий в прокатных станах. М.: Металлургиздат, 1962. - 494 с.

36. Зайков М.А. Режимы деформаций и усилия при горячей прокатке. -Свердловск: Металлургиздат, I960. 302 с.

37. Динник A.A. Инженерные методы расчета давлений металла на валки при прокатке в калибрах. Труды/ДМетй, 1965, вып. 19. Обработка металлов давлением. - М.: Металлургия, 1965. с-87-103.

38. Целиков А.И., Никитин Г.С., Рокотян С.Е. Теория продольной прокатки: Учебник для студентов машиностроительных to металлургических вузов: М.: Металлургия, 1980. - 320 с.

39. Чекмарев А.П., Нефедов A.A., Николаев А.П. Теория продольной прокатки. Харьков: Книжное изд-во, 1965. - 212 с.

40. Третьяков A.B., Зюзин В-И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением: Справочник. М.: Металлургия, 1973. - 224 с.

41. Полухин ГГ. И., Гун Г. Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: Справочник. М.: Металлургия, 1976. - 487 с.

42. Теория прокатки. Справочник / А.И.Целиков, А.Д.Томленов, В.И?.Зюзин и др. М.: Металлургия, 1982. - 335 с.

43. Полухин П.И., Берковский B.C. Характеристика формы простых калибров. Труды / МИСиС и МЭИ, 1965, сб. 3. Обработка металлов давлением. - М.: Издание МЭИ, 1965. - с. 135-138.

44. Математическая модель процесса формоизменения при прокатке сортовых профилей / В.Т.Жадан, В.С.Берковский, Б.Н.Брюхов и др. Изв. вузов. Черная металлургия, 1978, № II,, с.66-74.

45. Зайцев М.Л. Единая методика расчета параметров процесса прокатки сорта и реализация ее на ЭВМ. Сталь, 1982, № 4, с.62-63.

46. Черных В. М., Зайцев М.Л., Юдина Л. А. Алгоритм автоматизированных расчетов технологических режимов сортовой прокатки. -Сталь, 1983, № 3, с. 50-52.

47. Зайцев М.Л., Черных В.М., Юдина Л. А. Модели формоизменения металла при прокатке по схеме круг-овал-круг для настройки непрерывных мелкосортно-проволочных станов. Сталь, 1981» № II, с. 61-62.

48. Suppo Ii., lz20 /., Diana Р, Anwendung eines e&rfrom she ri Rechners für RundstaGkafißrierunjeaArch. EisenHutten wes, 1975,1^7,5.435-^40.

49. Suppo U.,Izzo /l.^iana P. /Inwendun^ des еШготЬеп. Rechners (а der Konstrufctton der Мбпегип^еп für- Hundsiaht

50. Kaßitaur , 1973 , 1Й9 , S. 3-46.

51. Кroce К F. Pouriii . Sarnocirmeho pociiace pro Katiêracnî vifpocty-Hulnik (íeskos£ Ш5 , г.15 ^g , s.3*f-3i5.

52. Karben. Thomas . Compuierized го ее pass design -for wire and bar mitts.-Iroa and SUd Eag., {915 , v.52 , /i/tf , p. 47.

53. ПГишко В. Б. Исследование эффективности калибровок валков сортовых станов при прокатке легированных сталей. Автореф. дисс. . канд. техн. наук. M. : 1979. - 23 с.

54. Метод оперативного расчета калибровок на ЭВМ с использованием дисплея "Интограф-2" / В.С.Медведев, Н.Ф.Грицук» Е.Л.Белкини др. * Сталь, 1977, № 2, с. 144-146.

55. Программа автоматизированного анализа калибровок валков непрерывных и последовательных сортопрокатных станов / В.К.Смирнов, В.А. Шилов, И.А.Колобков, Ю.В.Инатович Алгоритмы и программы: Бюл. ВНТИЦ, 1977, № 4 (18), с. 47.

56. Программа автоматизированного проектирования калибровок валков простых сортовых профилей на ЭВМ / В.К.Смирнов, В.А.Шилов, И.А.Колобков, В.С.Печерский Алгоритмы и программы: Информационный бюллетень. - М.: ВНТИЦ, 1980, № 2 (34), с.50.

57. Писаренко Ф.А., Долженков Ф.Е. Применение ЭВМ, оснащенных графическими дисплеями, для проектирования калибровок валков сложных фасонных профилей. Препринт доклада. Институт экономики промышленности, АН УССР. Донецк, 1978. - 44 с.

58. Илюкович Б.М., Меркурьев С.Е. К вопросу постановки задачи, оптимального управления при проектировании калибровок валков. -Изв. вузов. Черная металлургия, 1974, № 2, с. 91-94.

59. Раимбеков А.М., Лунев В.А. Оптимизация режимов обжатия на непрерывном стане. Изв. вузов. Черная металлургия, 1978, № 10, с. II5-II8.

60. Шилов В.А., Колобков И,А., Смирнов В.К. Система автоматизированных расчетов оптимальных калибровок простых сортовых профилей. Изв. вузов. Черная металлургия, 1982, сообщение I - № 4, с. 50-55, сообщение 2 - № 6, с. 65-69.

61. Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования. М.: Наука, 1965^ - 458 с.

62. Шилов В.А., Смирнов В.К., Йнатович Ю.В. Исследование условий захвата металла валками и устойчивости полос при прокатке в калибрах простой формы. Изв. вузов. Черная металлургия. Сообщение I, 1976, № 8, с. 65-70. Сообщение 2, 1976, № 10, „с. 92-94.

63. Оптимальные диаметры валков непрерывных мелкосортных станов / В.К.Смирнов, В.А.Шилов, С.Г.Коломников, А.В.Фомин. Изв. вузов. Черная металлургия. - 1982, № 6, с. 59-64.

64. Прокатка мелкосортных профилей из заготовки увеличенного се-*тчения на непрерывном стане 250 / А.П.Чекмарев, В.А.Сацкий, Л.Н. Левченко и др. Черная металлургия. Бюллетень института Черметинформация, 1972, № 23 (691), с. 34-37.

65. Прокатка мелкосортных профилей из заготовки увеличенного сечения на непрерывном мелкосортном стане / А.П.Чекмарев, Ь.АОоМг" кии, Б.В.Хо&рин и др. В кн.: Обработка металлов давлением, М.: Металлургия, 1972, с. 120-139. (Труды/ДметИ, т. 58).

66. Работа мелкосортного стана 250-5 на заготовке увеличенного сечения / В.А.Сацкий, Б.В.Ховрин, В.Г.Цыбанеев и др. Металлург, 1976, № 3, с. 33-34.

67. Статистическое исследование расхода валков непрерывных мелкосортных станов / С.Г.Коломников, В.А.Шилов, В.К.Смирнов, 'А.Г.Кузьменко. Изв. вузов. Черная металлургия, 1982, № 12, с. 49-54.

68. Голубев В.М., Зайков М.А. Коэффициенты трения при горячей прокатке. Сталь, 1950, № 3, с. 237-241.

69. ЭДлин A.M. Математическая статистика в технике. М.: Сов. наука, 1958. - 466 с.

70. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 197!. - 192 с.

71. Хартман К., Лецкий Э., Шефер Ф. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М.: Мир, 1977. -552 с.

72. Эксплуатация валков обжимных и сортовых станов / Н.М.Воронцов, В.ТДадан, Б.Я.Шнееров и др. М.: Металлургия, 1973. -288 с.

73. Рудницкий Л.С. Эксплуатационные свойства прокатных валков. -Сталь, 1978, № 5» с. 444-448.

74. Моисеев Н.Н. Численные методы в теории оптимальных систем. -М.: Наука, 1971. 424 с.

75. Пропои А.И. Элементы теории оптимальных дискретных процессов. М.: Наука, 1973. - 256 с.

76. Оптимизация прокатного производства / А.Н.Скороходов, П.И.Полухин, Б.М.Илюкович и др. М.: Металлургия, 1983. - 432 с,

77. Теплотехнические расчеты металлургических печей / Б.И.Кит&ев, Б.Ф.Зобнин, В. Ф. Ратников и др. М.: Металлургия, 1970. -. 528 с.

78. Тайц Н.Ю., Розенгард D.M. Методические нагревательные печи. « il.: Металлургия, 1964. 408 с.

79. Магазинер З.Г. Применение системного метода в управлении металлургическим производством. М.: Металлургия, 1975. - 128 с.

80. Оптнер С. Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем. М.: Советское радио, 1969. - 216 с.

81. Мете А.Ф., Бельгольский Б.П., Абакумова Н.В. Совершенствование,tfорганизации, планирования и управления в прокатном производстве. М.: Металлургия, 1979. - 232 с.

82. Экономика черной металлургии / Н.П.Банный, А.А.Федотов, П.А.Ширяев и др. М.: Металлургия, 1978. - 344 с.

83. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач. -М.: Наука, 1980. 520 с.

84. Геминтерн В.П., Каган. Б.М. Методы оптимального проектирования. М.: Энергия, 1980. - 160 с.

85. Тетерин Г.П., Полухин П.И. Основы оптимизации и автоматизации проектирования технологических процессов горячей объемной штамповки. М.: Машиностроение, 1979. - 284 с,

86. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Наука, 1980. - 208 с.

87. Колобков И.А. Анализ и проектирование калибровок валков с применением ЭВМ. Дисс. . канд. техн. наук. - Свердловск, 1979. - 212 л.

88. Васильев Ф.П. Лекции по методике решения экстремальных задач. М. : изд-во МГУ, 1974. - 373 с.

89. Ефимов Н.В., Розендорн Э.-Р. Линейная алгебра и многомерная геометрия. М.: Наука, 1970. - 528 с.

90. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Наука, 370 с.

91. Шун Т. Решение инженерных задач на ЭВМ: Практическое руководство. М.: Мир, 1982. - 238 с.

92. Шилов В.А., Коломников С.Г. Оптимизация калибровок валков1. V*'с применением прямых методов. Свердловск, 1984. - 13 с. -Рукопись представлена Уральским политехи, ин-том. Деп. в ин-те "Черметинформация" 12 июня 1984 г., № 2493.

93. Мастрюков B.C. Теория, конструкции: и расчеты металлургических печей. М.: Металлургия, 1978. - 272 с.

94. Блантер М.Е. Методика исследования металлов и обработки опытных данных. М.: Металлургиздат, 1952. - 442 с.

95. Оптимизация на ЭВМ технологических режимов прокатки сортовой ' стали: Отчет по теме №> Г.Р. 81006756 / УПЙ ЗСМК. Руковод.

96. Смирнов В.К. Свердловск - Новокузнецк, 1984. - 192 л.

97. Андреюк Л.В., ТЬленев Г.Г. Сопротивление деформации сталей и сплавов. В сб.: Теория и практика металлургии. - Челябинск: Южно-Уральское книжное изд«во, 1970, вып. II, c.I0I«I07#i1. P IIO I E H И Я