УДК 621.771 =ЕВРАЗ ЕВРАЗ ЗСМК
50 лет
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА КРУГЛЫХ ПРОФИЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ ПРОКАТКИ
© Бринза Вячеслав Владимирович1, д-р техн. наук, e-mail: brinzavv@misis.ru; Кузнецов Иван Семенович2, канд. техн. наук, e-mail: ivan.kuznetsov2@evraz.com
1 Научно-исследовательский центр технологического прогнозирования (НИТУ «МИСиС»). Россия, Москва.
2 «ЕВРАЗ ЗСМК» Центральная заводская лаборатория. Россия, г. Новокузнецк. Статья поступила 21.04.2014 г.
Для выявления основных причин изменения выхода годной металлопродукции предложено использование результатов экспериментально-теоретического решения объемной задачи пластического течения металла, полученных на основе моделей качества. С использованием моделирования проанализирована технология прокатки круглых профилей широкого сортамента из конструкционных углеродистых сталей для холодного выдавливания и высадки на мелкосортном и проволочном станах ЕВРАЗ ЗСМК. Показано, что в заданных технологических условиях формирование интегрального показателя качества проката, фиксирующего уровень выхода годного металла за продолжительный период времени, реализуется, в основном, как следствие одновременно протекающих процессов выработки (или углубления) поверхностных дефектов, поверхностного морщинообразования раскатов, неравномерного износа ручьев калибров, исчерпания запаса пластичности металла в области контакта с ручьями калибров. Полученные результаты нашли применение при обосновании направленности корректирующих действий по отношению к многостадийному производству проката в рамках действующей на комбинате системы менеджмента качества.
Ключевые слова: выход годного металла; круглые профили; расчетные показатели; модели качества; моделирование; сортовая прокатка; корректирующие действия.
В практике менеджмента качества на металлургических предприятиях значительная роль отведена корректирующим действиям, которые предпринимают для предотвращения повторного возникновения нежелательных последствий [1]. Зачастую необходимость корректировки обусловлена выявлением несоответствия произведенной продукции заданным требованиям или обнаружением пораженности изделий дефектами. Разработка конкретных корректирующих действий сложного многостадийного производственного процесса, как правило, сопряженная с определением неизвестных (одного или нескольких) сочетаний причин, обусловивших нежелательные последствия, в большинстве случаев представляет достаточно сложную задачу [2-4 и др.]. Дополнительные затруднения могут быть связаны с нечеткой характеристикой выявленных несоответствий или дефектов. Такая ситуация возникает при попытках снизить трудозатраты на их идентификацию на этапах контроля качества продукции и сбора статистических данных об итогах производственной деятельности в течение отчетного периода.
В статье представлены разработки, результаты которых могут быть использованы для выявления причин различия значений интегрального
показателя качества прокатной продукции с использованием средств математического моделирования. Разработки выполнены специалистами ЕВРАЗ «Западно-Сибирский металлургический комбинат» в сотрудничестве с учеными Научно-исследовательского центра технологического прогнозирования НИТУ «МИСиС». Использование математических моделей для определения причин низкого качества металлопродукции может существенно сократить сроки разработки эффективных корректирующих действий и снизить трудозатраты на обоснование технологических нововведений.
Исследовали процесс производства круглого сортового проката из конструкционных углеродистых и легированных сталей для холодного выдавливания и высадки, соответствующих ГОСТ 10702. Результаты работы получены для условий прокатки круглых профилей с диаметрами поперечного сечения от 30 до 6,5 мм на мелкосортном стане 250-2 и проволочном стане 250-1 ЕВРАЗ ЗСМК. Вследствие жестких условий механических испытаний образцов готовой продукции указанного профильного и марочного сортамента (испытаний на осадку образцов до 1/3 их начальной высоты для группы «66») выход годного на прокатном переделе составляет в среднем от
70 до 80%, а для отдельных партий снижается до 50%. Низкий уровень выхода годного обусловлен, в основном, образованием дефектов на поверхности образцов в ходе механических испытаний.
Предварительная статистическая обработка технологической информации показала, что исчерпание запаса пластических свойств деформированного материала при последующей контрольной осадке образцов является следствием неблагоприятных сочетаний геометрических факторов процесса для ряда технологических маршрутов, реализуемых на станах. Однако мониторинг эффективности процесса производства сортового проката из конструкционных сталей, осуществляемый на комбинате, фиксирует только общий уровень выхода годной металлопродукции рассматриваемого сортамента в различные периоды времени, что не дает возможности установить отдельные составляющие общего де-фектообразования металла. Соответственно затрудняется возможность обоснованного выбора корректирующих технологических воздействий для устранения условий пониженного выхода годного. Между тем известно, что неэффективные геометрические условия прокатки могут вызывать нарушения формы готовых изделий, повышенную неравномерность распределения в объеме деформируемого металла локальных характеристик пластического течения, кинематических параметров, показателей напряженно-деформированного состояния металла и, в конечном счете, преждевременное исчерпание запаса его пластичности, что приводит к образованию в локальных зонах раскатов различного рода дефектов [5].
Информация о взаимосвязях геометрических факторов процесса сортовой прокатки с расчетными показателями, характеризующими различные составляющие качества деформируемого металла, может быть обобщена в составе математических моделей качества. К настоящему времени разработан, апробирован и используется в анализе закономерностей формирования качества металла, прокатываемого на сортовых станах, целый ряд подобных моделей. Важно отметить, что все эти модели разработаны на единой методической основе, базирующейся на результатах экспериментально-теоретического решения объемной задачи пластического течения в терминах механики деформируемых твердых тел [6]. С этих позиций при задании совокупности геометрических факторов, однозначно характеризующих очаг деформации при прокатке металла в вытяж-
ных калибрах, а для последних трех из нижеперечисленных показателей - при дополнительном условии задания температурно-скоростных параметров, и информации о характере изменения предельной пластичности прокатываемого металла возможно определение следующих расчетных показателей, характеризующих его качество:
Q1 - степень заполнения металлом калибра с учетом формообразования свободной от контакта с валками поверхности раската, оценка опасности переполнения калибра;
Q2 - показатель устойчивости раската (степень отклонения конфигурации его поперечного сечения от симметричной относительно вертикальной и горизонтальной осей координат);
Q3 - состояние поверхности металла и размеры поперечного сечения раската, обусловленные различным относительным износом ручьев калибров (отношение дисперсии распределения высотных деформаций по ширине деформируемого раската к их средней величине);
Q4 - состояние поверхности металла, обусловленное неравномерным износом ручьев калибров (дисперсия распределения высотных деформаций по ширине деформируемого раската);
Q5 - степень выработки (глубины) поверхностных дефектов (изменение толщины поверхностного слоя металла по периметру его поперечного сечения);
Q6 - степень морщинообразования поверхности раската (неравномерность изменения протяженности участков поверхности раската по периметру поперечного сечения очага деформации);
Q7 - вероятность образования поверхностных нарушений сплошности металла в области контакта раската с ручьями калибров (степень использования запаса пластичности металла в окрестности центра контактной поверхности раската);
Q8 - вероятность образования поверхностных нарушений сплошности металла в области, свободной от контакта с ручьями калибров (степень использования запаса пластичности металла в окрестности центра боковой поверхности раската);
Q9 - интенсивность проработки осевой зоны раската (отношение накопленной степени деформации сдвига металла для осевой линии тока к величине его вытяжки в данном проходе);
Q10 - вероятность образования внутренних нарушений сплошности (степень использования запаса пластичности металла в осевой зоне раската).
Рис. 1. Сопоставление основных составляющих качества сортового проката, регламентируемых стандартами, и расчетных показателей, определяемых с использованием моделей качества. Наименования расчетных показателей Q1-Q10 приведены в тексте статьи
Перечисленные показатели в значительной степени характеризуют различные составляющие интегрального качества сортопрокатной продукции (рис. 1). Авторы статьи реализовали в лабораторных и промышленных условиях экспериментальные исследования, результаты которых доказали наличие статистически значимых взаимосвязей вышеприведенных расчетных показателей с различного рода несоответствиями заданному стандартами уровню составляющих качества металлопродукции и интенсивностью пораженности прокатной продукции дефектами. Вместе с тем, отображая закономерности изменения состояния металла в течение одного прохода, значения этих расчетных показателей не могут прямым образом соответствовать интегральным величинам, характеризующим качество металлопродукции заданного сортамента в течение определенного временного периода для маршрута прокатки в целом. Устранение этого ограничения возможно путем использования множественного представления расчетных показателей Q1-Q10. Подобная процедура для процесса листовой прокатки была предложена в работе [7]. Согласно предложенной процедуре частные факторы рассматриваемого технологического процесса (в данном случае величины Q1-Q10) преобразуют одновременно в несколько заданных форм и видов.
При этом форм
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.