автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Автоматизированное проектирование оптимальных калибровок валков черновых групп клетей сортовых станов с целью повышения эффективности производства

кэ- ^ -| ' > С -

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОБ

На правах рукописи

СТРКЖОВ СЕРГЕИ БОРИСОВИЧ

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ КАЛИБРОВОК ВАЛКОВ ЧЕРНОВЫХ ГРУПП КЛЕТЕЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.16.05 — Обработка металлов давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

> V ) / . Москва — 1991

Работа виполпсиа в Украинском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте металлов (г. Харьков).

Научный руководитель — кандидат технических наук, старший научный сотрудник

МЕДВЕДЕВ В. С.

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор ПОГОРЖЕЛЬСКИЙ В. И.

кандидат технических наук, доцент

ШАТАЛОВ Р. Л.

Ведущее предприятие , — металлургический комбинат «Азовсталь».

___ ^

Защита диссертации состоится « ¿?5~~» ^^¿ЗйОД? 1991 г. в 9 час. на заседании специализированного совета

К 053.08.02 в Московском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени институте стали и сплавов по адресу: 1179.16. Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 4.

яцд. Б Г16

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «/А? » ___1991 г.

Спраики по телефону: 236-99-50.

Ученый секретарь специализированного совета

ЧИЧЕНЕВ Н. А.

; ; ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

• • !

Актуальность работы. Интенсивное оснащение металлургических предприятий, научно-исследовательских, проектно-конструкторских институтов и вузов персональными компьютерами приводит к необходимости создания автоматизированной системы технологической подготовки производства сортового проката. В состав последней входит автоматизированная система проектирования калибровок валков сортовых станов (САПР "Сортовая прокатка"). Использование САПР позволяет сократить сроки разработки калибровок валков, улучшить юс качество, оптимизировать деформационно-скоростные режимы прокатки, уменьшить число опытных прокаток при получении профиля, что в конечном итоге приводит к повышению эффективности производства.

Анализ технологии производства сортовых профилей на металлургических предприятиях показывает, что действующие технологические процессы разработаны на основе практического опыта инженеров технологов без должных научно-обоснованных проработок. На большинстве сортовых станов отсутствует должная универсальность калибровок валков черновых групп клетей, а также имеется широкий ти-поразмерный ряд сечений исходных заготовок, используемых для прокатки профилей всего сортамента. Это снижает производительность стана, увеличивается время простоев при перевалках и переходах, повышается расход валков.

Вопросам автоматизированного проектирования оптимальных ка-тибровок валков посвящены работы ряда ведущих советских ученых. Зднако проведенные исследования в основном носят частный характер I направлены на решение отдельных задач по проектированию калибровок валков. Не рассмотрены вопросы применения элемента системного годхода и методов исследования операций к автоматизированному проектированию оптимальных сечений исходных заготовок и универсальных салибровок валков. Поэтому определение размеров сечений исходных

заготовок и разработка универсальных калибровок валков червовых клетей сортовых станов является актуальной задачей.

Паль работы. Математическое моделирование процесса проектирования оптимальных калибровок валков в черновых клетях сортовых станов, определение размеров сечений исходных заготовок для профилей всего сортамента.

Научная новизна. Применен элемент системного подхода и методы исследования операций к автоматизированному проектированию оптимальных калибровок валков черновых групп клетей сортовых станов.

Предложена постановка задачи комплексного автоматизированного проектирования оптимальных размеров сечений исходных заготовок и универсальных калибровок в черновых клетях сортовых станов.

Разработана математическая модель процесса проектирования оптимальных калибровок валков черновых клетей, формализован процесс построения универсального "дерева" калибровки с применением систем вытяжных ящичных калибров и определены оптимальные размеры сечений заготовок для сортамента одного или группы станов. Предложены критерии оптимальности разработки калибровок с учетом их унификации.

С использованием метода последовательного анализа и отсева вариантов решена задача определения оптимального типоразмерного ряда сечений исходных заготовок и проектирования унифицированных систем калибров, рациональных деформационно-скоростных режимов прокатки.

На уровне изобретений разработаны рациональная форма ящичных (а.с. 1489048) и система восьмигранных калибров (а.с. 1547162), направленные на улучшение технико-экономических показателей работы станов.

Практическая ценность и реализации работы. Разработанные математические модели, комплекс алгоритмов и программ использованы пр! проектировании оптимальных калибровок валков черновых клетей сор-

tqbhx станов металлургических предприятий.

Созданный программный комплекс реализован, на алгоритмическом языке Паскаль для персональных компьютеров, совместимых с IBM PC и использован при разработке калибровок валков станов 250 Нижнесер -Гинского металлургического завода (НСТ.13) и 600 Коммунарского металлургического комбината (КомМК).

АпрэСадая работы. Материалы диссертации доложены на Всесоюзных научно-технических конференциях "Проблемы повышения технического уровня производства черных металлов" (Донецк, 1987г.), "Теоретические проблемы прокатного производства" (Днепропетровск, 1988г.), "Новые технологические процессы прокатки как средство интенсификации производства и повышения качества продукции" (Челябинск, 1989г.) и "Производство сортового проката из непрерывнолитой заготовки" (Харьков, 1990г.), втором Всесоюзном совещании "Применение ВМ в научных исследованиях и разработках" (Днепропетровск, 1989г.), Отраслевой и ХУП-ХХ конференциях молодых ученых- металлургов УкрНИИмета (Харьков, 1987-1990 гг.), научном семинаре кафедры ПДСС (МИСиС).

Публикации. По материалам работы имеется 4 публикации и два авторских свидетельства на изобретение.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из III наименований, 50 приложений и содержит 115 страниц машинописного текста, 29 рисунков и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. ПРОБЛЕМА КОМПЛЕКСНОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ КАЛИБРОВОК БАЖОВ И ОПРВДЕЛШИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

Использование персональных компьютеров при проектировании

калибровок валков направлено на ускорение научно-технического прогресса в области сортопрокатного производства, повышение эффективности и качества проектных работ.

Разработка калибровок валков сортовых профилей как правило осуществляется "вручную" на основе опыта и интуиции калибровщиков без достаточного математического обоснования. Зачастую калибровка не меняется в течении многих лет и не является оптимальной. Кроме того при проработке вопросов реконструкции сортовых станов и в большинстве случаев переводе их на непрерывнолитута заготовку необходимо спроектировать новую оптимальную калибровку валков.

Исследованию вопросов автоматизированного проектирования оптимальных калибровок валков и технологии прокатки посвящены работы ведущих советских ученых Н.И.Баталова, В.С.Берковского, ^.Н.Выдрина, В.ТЧладана, Б.Ы.Илюковича, В.Л.Колмогорова, Ф.А.Писаренко, А.Н.Ско-роходова, В.К.Смирнова, В.А.Тягунова, В.А.Шилова и других авторов.

Математические модели, комплексы алгоритмов и программное обеспечение разработано в ШСиСе, УПИ им.Кирова, УкрНИИмете, ДонНИИЧерМете, ПО "Ижсталь", других организациях и за рубежом. Однако эти исследования направлены на решение ряда частных задач по оптимизации деформациойно-скоростных режимов прокатки, выбор рациональной схемы калибровки, автоматизации расчетов энергосиловых н температурно-скоростных параметров, определение геометрических параметров прокатки. Не рассмотрены вопросы применения элемента системного подхода и методов исследования операций к автоматизированному проектированию оптимальных сечений исходных заготовок и универсальных калибровок черновых клетей для профилей всего сортамента стана. Отсутствует последовательная увязка уже решенных задач в единую систему. Не отличаются стройной последовательностью этапы построения оптимизационных математических моделей автоматизированного проектирования. Не исследованы вопросы алгоритмизации мысли-

тельной деятельности калибровщика, направленные на разделение функций между человеком л компьютером и обеспечивающие их эффективное взаимодействие.

Поэтому проектирование калибровок валков сортовых станов целесообразно проводить на базе методов исследования операций, предполагающих комплексное использование математического моделирования, теории оптимизации, различных расчетных, экспериментальных данных, описывающих технологический процесс прокатки сортовых профилей. Это обуславливает актуальность создания модульной структуры интегрированной САПР "Сортовая прокатка". Важное место в данной САПР занимает разработка отдельной подсистемы, обеспечивающей комплексное проектирование универсальных калибровок валков черновых клетей сортовых станов.

В результате анализа литературы сформулированы следующие задачи диссертационной работы:

- применить элемент системного подхода и методы исследования операций к автоматизированному проектированию оптимальных калибровок валков черновых клетей, разработать структуру интегрированной САПР "Сортовая прокатка" и определить ее функции;

- сформулировать постановку Задачи комплексного автоматизированного проектирования оптимальных типоразмеров сечений исходных заготовок и универсальных калибровок валков в черновых клетях сортовых станов; .

- разработать математическую модель проектирования оптимальных калибровок валков в черновых клетях сортовых станов, формализовать процесс построения универсального "дерева" калибровки черновых клетей, определить оптимальные размеры сечений исходных заготовок для одного или группы станов;

- на базе метода последовательного анализа и отсева вариантов разработать рабочие алгоритш и программы проектирования оп-

тимальных- сечений исходных заготовок и рациональных деформационно-скоростных режимов прокатки в черновых клетях с учетом унификации калибровки;

- разработать рабочие алгоритмы и программы расчета геометрических размеров унифицированных систем вытяжных калибров;

- разработать новые системы вытяжных восьмигранных и рациональные формы ящичных калибров, направленные на улучшение качества готового проката и повышение производительности станов;

- с использованием созданного математического, алгоритмического и программного обеспечения для персональных компьютеров, совместимых с 1Ш РС, провести комплексные автоматизированные исследования и разработать оптимальные калибровки валков и режимы прокатки в черновых клетях действующих и реконструируемых сортовых станов.

2. ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТА СИСТЕМНОГО ПОДХОДА И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЕРАЦИЙ К АВТОМАТИЗИРОВАННОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОПТИМАЛЬНЫХ КАЛИБРОВОК ВАЛКОВ

Автоматизация проектирования оптимальных калибровок валков невозможна без разработки теоретических основ проектирования, базирующихся на методах исследования операций. Поэтому реализация САПР "Сортовая прокатка" и ее составных модулей должна осуществляется на следующих принципах:

1) системное единство, обеспечивающее непосредственную связь составных частей в единый комплекс;

2) возможность подключения новых модулей к разработанной САШ

3) информационное единство, требувдее использования определе! них способов представления информации, исключающих дублирование программных модулей;

4) инвариантность, обеспечивакщая универсальность разрабатываемой САПР;

5) возможность автономного функционирования программных модулей, входящих в состав системы.

В УкрНИИмете на базе ПЭВМ, совместимых с IBM PC, создается программное обеспечение такой САПР. Управление работой про1раммнн-ми модулями осуществляется программой - монитор и основывается на использовании меню, содержащим, названия технологических задач;

1) анализ действующей технологии;

2) разработка новой технологии.

Одной из составных частей интегрированной САПР "Сортовая прокатка", является подсистема "Черновая прокатка", предназначенная для реализации задач оптимального проектирования сечений исходных заготовок и универсальных калибровок валков черновых клетей сортовых станов.

Применение элемента системного подхода к процессу проектирования калибровок валков для прокатки сортовых профилей позволяет выделить три стадии. На первой стадии проектируется калибровка валков для схемы "готовый профиль - прямоугольный подкат". Прокатка на данной стадии реализуется в чистовых клетях сортовых станов. На второй стадии проектируется калибровка валков для схемы "прямоугольный подкат - исходная заготовка". Прокатка на этой стадии реализуется в черновых клетях сортовых станов.

Если сортовой прокат производится из слитков, то появляется третья стадия| на которой осуществляется проектирование калибровки валков для схемы "исходная заготовка - слиток", Прокатка на данной стадии осуществляется в двух- и трехвалковых клетях.

Эффективность работы сортовых станов во многом определяется типоразмерным рядом сечений исходных заготовок и универсальностью калибровок черновых клетей.

Общую схему калибровки валков сортового стана можно представить в виде "дерева", разветвляющегося к чистовым проходам. Представляется актуальным формулировка следующей оптимизационной задачи проектирования калибровок валков для прокатки сортовых профилей: для заданного сортамента профилей сортовых станов определить оптимальный типоразмернкй ряд сечений исходных заготовок и спроектировать унифицированные системы вытяжных калибров черновых клетей,

На стадии проектирования довольно трудно учесть все экономические составляющие, характеризующие реальный.технологический процесс прокатки. Практически невозможно выделить затраты по проходам при производстве сортамента, неопределенность в порядке прокатки профилей, сложности формализации перевалок и переходов, а также смены калибров по износу и другие не позволяют выделить единый экономический критерий оптимальности. Поэтому в качестве критерия, наиболее полно характеризующего эффективную работу сортового стана в черновоЛ группе клетей на стадии проектирования принята среднечасовая производительность при прокатке профилей всего сортамента.

Максимум рассматриваемого критерия достигается в трехэтапном решении задачи. На каждом этапе процесс проектирования характеризуется двумя векторами состояний -го прямоугольного подката

у^ Чщ, &у, щ, щ)т и =(н»у, , ,

соответственно при задаче в I -ю клеть и на выходе из I -ой клети $ -го сортового стана.

Н*у , В су - ПараЫ0ТрЫ ХараКТерИ~

зухщие высоту, ширину, температуру, скорость прокатки соответственн< при задаче в I -ю клеть и на выходе из I -ой клети £ -то сортовол стана.

Состояния и достигался выбором вектора управлена

Хзу а(Шу , л Йву / л Цц )

где Шу - компонента вектора управления, определяющая ориентацию

J -го подката в L -ой клети S -го сортового стана:

t Hsij - величина обжатия в l -ой клети при прокатке j -го подйата на S -ом стане;

A Uuj - изменение конечной скорости при прокатке j -го подката на S -ом стане.

Зная состояние Yst*ij и вектор управления Xsij можно получить состояния Ziij и Vtij

В общем виде уравнения состояния записываются следующим образом:

zsij - Pt (Yii'ij, ц i s • a l. iMsj-i ,j-ZWs L Y.ij -Й fKiHjfX»j), s-Ui-oj»,'-/.j- ifji|e (2,I)

Предполагается, что переход подката из состояния в состояние (от клети к клети) не обладает последействием.

На первом этапе определяется рациональный деформационно-скоростной режим прокатки и осуществляется выход на оптимальное сечение исходной заготовки при условии независимого рассмотрения подкатов, поступающих в первые фасонные калибры сортового стана (рисЛ). Математическая формулировка задач заключается в нахождении максимума мультипликативной функции: ifH

Ф«j = Fstj Uuj /f-A 5ij--- maX'S- Й- (2.2)

L"1 i = i.Ms

где FsKj , Usxj - соответственно конечная площадь поперечного сечения и конечная скорость -го подката при задаче его в первый фасонный калибр f/Msj, S -го сортового стана.

Область допустимых состояний и управлений для каждой задачи определяется системой технологических ограничений (2.3) - (2.10): - по углу захвата

1|

«оо

оо I

¿аятаха /реекЬ*4я!ы&

3,

□ а

а

2 5

яуЛда.^.-.,—... бл&Мфя&ЖМ яоииср

Рис.1 Проектирование деформационно-скоростного режима прокатки дай одного подката и определение оптимального сечения исходной заготовки (первый этап проектирования)

МыШ ¿егятоЬЬ

¿¡»¿¿и

/раев'тира/оМл

В

I

______ У

ПряммхинЖе /хыйю*. Ьсфящие 6 лрм рс&яЦ* хсимгрм/

Рис.2 Построение универсального "дерева"

калибровки для одного сортового стана и определение оптимальных сечений исходных заготовок (второй этап проектирования)

- по соотношению размеров сечения подкатов перед клетью

maxMii-ij/ßsi-ij.ßsi-ij/Hsi-i} < а, (2.4)

- по усилию прокатки

P*ij <[ PtiJm, (2.5)

- по моменту прокатки

АЦ*ГМя]д«1, (2.6)

- по частоте вращения валков

nüj <■ [Пй]л.вп , (2.7)

- по мощности прокатки

- по минимальной величине вытяжки в проходе

Jltm^Jiiij, (2-9)

- по конечной скорости прокатки

mi« max

Us*j < Uuj < \Ju\ (2-Ю)

На втором этапе осуществляется построение универсального

"дерева" калибровки черновых клетей при использовании систем

вытяжных ящичных калибров и определяется оптимальный типоразмерный

ряд сечений исходных заготовок для сортового стана (рис.2).

Целевая функция является аддитивной и представляет сумму

квадратов разностей: ширин калибров на каждом уровне технологи-

1еского процесса (в каждой клети), а также высот и ширин исходных

заготовок, используемых при прокатке профилей всего сортамента

S -го сортового стана:

(ßüj-ßsiох *

Ы (2.II)

Ms

+ 2 ^[(Нч-и^ЧВч-иН--™

Н US.

где Bsij , Bsi/ - соответственно ширина ящичного калибра при прокатке j. -то и I -го подкатов в I -ой клети S -го сортового стана;

Hsoj ,BsojBse£ ~ соотв05ственно высота, ширина исходной заготовки при прокатке j -го и I -го подкатов на S -ом сортовом стане.

Система технологических ограничений задач второго этапа наряду с соотношениями (2.3)-(2.10) характеризует процесс сравнения и объединения калибров близкой ширины на каждом уровне. Это отражает вектор эффективности объединения калибров -

г л р m 1/ м Ksijв (К »у, Ksij, Ksij, Ksij, Ksij, Kiij)

Компоненты последнего характеризуют отношение геометрических размеров текущего подката и ближайшего на I -ом уровне Ifsij , а также допустимую степень снижения - вытяжной способности калибра Ksij . загрузки L -ой клети S -го аортового стана по усилию Xsij . моменту Ksij , мощности Ksij , конечной скорости прокатки Ksij , в случае объединения текущих .размеров подката с ближайшим, Компоненты вектора эффективности Ksij задаются проектировщиком, знающим особенности сортового стана и условия прокатки профилей.

На третьем этапе осуществляется согласование работы ipymm сортовых станов, что достигается выбором оптимальных общих типоразмеров сечений исходных заготовок, используемых для прокатки профилей заданных сортаментов группы станов (рис.3). Формализованная постановка заключается в минимизации аддитивной целевой функции:

С Ms Мр

ф-22 zZfrn-i-H^fM^J-1"* (212)

i'l PeMs )* I Ы lilac с.Пг

рь - множество индексов р-х сортовых станов, Ni ={PI j

Система технологических ограничений включает соотношения (2.3)-(2.10).

Рис.3 Проектирование универсальных калибровок валков для групп сортовых станов и определение оптимального типоразмерного ряда сечений исходных заготовок (третий этап проектирования)

Предложенные на каждом этапе математические постановки задач проектирования оптимальных калибровок валков черновых клетей сортовых станов являются динамическими задачами дискретной оптимизации. Для их решения применен метод последовательного анализа и отсева вариантов, разработанный в институте кибернетики АН УССР академиком В.С.Михалевичем. Отсев бесперспективных вариантов осуществляется с учетом систолы технологических ограничений (по углу захвата, соотношению сторон подкатов, допустимым.энергосиловым и скоростным параметрам), а также при сравнении и объединении подкатов близких ширин калибров.

3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И ПР01РАШ АРОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ КАЛИБРОВОК В ЧЕРНОВЫХ КЛЕТЯХ СОРТОВЫХ СТАНОВ

Разработанные на базе методы последовательного анализа и отсева вариантов алгоритмы позволяют решать для каждого этапа проектирования следующие технологические задачи: расчет калибровки валков для прокатки одного подката: проектирование универсального "дерева" калибровки черновых клетей стана; определение оптимального типоразмерного ряда сечений заготовок для группы станов.

В основу алгоритмов положено уровневое проектирование, обеспечивающее минимизацию числа типоразмеров калибров в каждой клети сортового стана. Предусматривается одновременное рассмотрение и сравнение всех подкатов, находящихся на одном уровне с целью их объединения, т.е. нахождения общей ширины калибра. Проектирование "дерева" калибровки осуществляется с помощью пошаговых процедур, начиная с самого нижнего уровня.

Основные этапы алгоритма проектирования универсальных калибровок валков заключаются в следующем.

1. Выделение самого нижнего уровня по всем прямоугольным подкатам, используемым при прокатке сортамента стана и организация цикла по числу уровней от А/ до 0.

2. Выделение подкатов находящихся" на I -ом и (I -1)-ом уровнях.

3. Определение оптимальной ориентации подкатов на I -ом и (I -1)-ом уровнях и их упорядочение.

4. Осуществление перехода по подкатам о I -го на (I -1)-й уровень. Объединение подкатов с близкой шириной калибра. Величина обжатия л Ну первоначально определяется исходя из максимально-допустимого утла захвата. Затем проверяются ограничения (2.4)-(2.10). При не выполнении (2.4)-С.6) величина лН'^ уменьшается с малым шагом и повторяется проверка. При невыполнении ограничений (2.7)-(2.8) уменьшается конечная скорость прокатки по данному подкату и процесс проектирования начинается с самого, нижнего уровня.

Выбор оптимального варианта универсальной калибровки черновых клетей на втором и третьем этапах проектирования осуществляется варьированием величины первой компоненты вектора Кь^ эффективности объединения калибров. Для практических расчетов изменяется в пределах [1,1.5] , остальные компоненты полагаются равными доле профиля в сортаменте. Если положить Kй¿j = I , получается, решение задач первого этапа.

По оптимальным размерам прямоугольных подкатов рассчитываются геометрические размеры калибров (ящичных, восьмигранных, гладкая бочка - ящичный калибр).

Контур калибра задается расчетными координатами точек скелета и радиусами сопряжений в вершинах, каждая I -я базовая точка характеризуется тремя параметрами XI , Уь , , где Х^У! - абсцисса и ордината точки скелета калиора; - радиус сопряжения в вершине.

Определив параметры контуров калибров А ¡, , , исполь-

зуя разработанный в диссертации программный модуль автоматического построения произвольного, плоского контура, осуществляется вычерчивание калибра на экране монитора в системе АРГОСАД. Чертежи калибровок вычерчиваются на графопостроителе или принтере.

Разработанный программный комплекс реализован на алгоритмическом языке Паскаль для персональных компьютеров, совместимых с Ж РС .

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕЙСТВУЮЩ И РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНЫХ КАЛИБРОВОК ВАЛКОВ В ЧЕРНОВЫХ КЛЕТЯХ СОРТОВЫХ СТАНОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Проведено комплексное исследование загрузки черновой группы клетей стана 600 КомМК при производстве профилей действующего сортамента. Экспериментально определены токовые нагрузки, напряжения и частота вращения двигателей. Выполнены численные эксперименты по определению температурно-скоростных и энергосиловых параметров прокатки. Разработаны рекомендации по совершенствованию калибровок и режимов обжатий в черновой группе 'клетей при прокатке фланцевых профилей, рельсов,угловой и круглой стали. Установлено, что имеет место перегрузка двигателей по токовым нагрузкам и рабочих клетей по крутящелу моменту. При прокатке швеллера Л 20 и двутавра & 20 рекомендовано уменьшить обжатия в клетях 4, 6 и увеличить их в клетях I и 2. При прокатке угловой стали предложено разгрузить клети 3, 5, 6 за счет перераспределения обжатий на I, 4 и 7 клети. При прокатке круглой стали диаметром 120 мм рекомендуется уменьшить обжатия в клетях I и 2 увеличив их в клетях 5 и 6.

В результате проведения численных экспериментов построено оптимальное "дерево" калибровки черновых клетей стана 600 КомМК и определены размеры сечений непрерывнолитых заготовок. Рекомендовано

весь типоразмерный ряд прямоугольных подкатов прокатывать из единой заготовки сечением 450 х 300 мм. Ддя осуществления новой технологии в черновой группе между существующими клетями IT и 2Г необходимо установить две дополнительные клети IB и 2В с диаметром валков 800 мм. По результатам расчетов определены исходные данные для проектирования новых клетей IB и 2В (максимальные усилия и моменты -4000 кН и 500 кНм). Кроме того, как показали исследования, должен быть модернизирован привод клетей ЗВ и 5В.

Произведен расчет геометрических размеров ящичных калибров с учетом их унификаций. Анализ разработанной калибровки показал, что в клетях 1Г, 2В, ЗВ, 4Г при прокатке подкатов всех типоразмеров используются общие ящичные калибры, режимы обжатий в этих клетях при переходе с профиля на профиль не изменяются.

Новая технология использована Государственным научно-исследовательским и проектным институтом металлургической промышленности (г.Харьков) при разработке технического проекта реконструкции стана 600 КомМК.

Усовершенствована форма ящичных калибров и разработана новая система восьмигранник калибров. Данные системы калибров направлены на.повышение устойчивости подкатов в калибрах, увеличение производительности стана и улучшение качества готового проката. Предложенные технические решения защищены авторскими свидетельствами на изобретения а.с. 1489048 "Вытяжной ящичный калибр" и а.с. I547I62 "Система вытяжных калибров".

В результате математического моделирования процесса прокатки в трехвалковой клети стана 250 НСМЗ определены оптимальные обжатия по проходам при производстве подката 50 х 50 мм из заготовки 105 х 105 мм. В проходах I, 2, 3.увеличены обжатия,-что позволило разгрузить 4, 5 проходы. Новая технология внедрена в 1988 году. Фактический экономический эффект составил 75,5 тыс.руб. Разрабо-

таны новые деформационно-скоростные режимы прокатки в трехвалковой клети и в черновой группе при реконструкции стана. Часовая производительность стана повысится на 13$ с 43,8 до 49,3 т/ч.

ощие вывода

1. В диссертационной работе применен элемент системного подхода к автоматизированному проектированию оптимальной калибровки валков черновых клетей сортовых станов. На основе методов исследования операций предложена постановка задачи комплексного автоматизированного проектирования оптимальных сечений исходных заготовок и универсальных калибровок валков в черновых клетях сортовых станов.

2. Разработана оптимизационная математическая модбль процесса проектирования калибровок валков черновых клетей и определения размеров сечений исходных заготовок для одного или группы станов. Решение задачи включает три этапа.

На первом этапе определяется рациональный деформационно-скоростной режим прокатки и осуществляется выход на оптимальное сечение исходной заготовки для кавдого прямоугольного подката данного сортового стана. Выбранный критерий является мультипликативным и представляет произведение константы калибровки на общую вытяжку.

На втором этапе строится универсальное "дерево" калибровки черновых клетей и рассчитываются размеры сечений исходных заготовок для одного стана. Критерий оптимальности является аддитивным, представляет сумму квадратов разностей ширин ящичных калибров и размеров прямоугольных исходаых заготовок.

На третьем этапе определяется оптимальный типоразмерный ряд исходных заготовок для группы сортовых станов. Критерий является аддитивным и включает сушу квадратов разностей ширин и высот ис-

ходннх заготовок, поступающих на станы.

3. Для решения задач трех этапов обосновано применение метода последовательного анализа и отсева вариантов. На базе данного метода разработаны алгоритмы и программы построения "дерева" калибровки, определены оптимальные размеры сечений исходных заготовок. Процесс сравнения и объединения данной ширины калибра с ближайшей характеризует вектор эффективности объединения

Кэ^ = ( Квф Кл'/ )

Компоненты ¡(¡Ц отражают в случае объединения предельные значения отношений ширин калибров, степени уменьшения вытяжной способности калибра, загрузки клети по усилию, моменту, мощности и скорости прокатки. Варьирование осуществляется первой компонентой в пределах от

I до 1.5, остальные полагаются равными доле профиля в сортаменте, в

При К^- =1 у получается решение задач первого этапа, в этом случае универсальность черновых клетей минимальна, кавдый подкат выходит на свой типоразмер исходной заготовки.

4. Установлена закономерность изменения компонент вектора эффективности объединения К^ , заключающаяся в том, что при разработке калибровки черновых клетей, начиная с самого нижнего уровня, универсальность калибровки в целом возрастает в случае, если объединение подкатов происходит уже на более низких уровнях проектирования. Более высокая универсальность приводит в конечном итоге к минимальному количеству типоразмеров исходных заготовок.

5. Разработаны рабочие алгоритмы и программы расчета по оптимальным размерам прямоугольных подкатов - геометрических размеров калибров для различных систем: ящичных, гладкая бочка - ящичный калибр, восьмигранных. В результате расчетов определяются размеры необходимые дая построения: высота, ширина и глубина врезов ручья, зазор между валками, выпуск калибра, сопряжений и др.

6. Программная реализация разработанных алгоритмов построения

"дерева" калибровки, определения оптимальных размеров сечений исходных заготовок и расчета геометрических размеров калибров осуществлена на алгоритмическом языке Паскаль для ПЭВМ, совместимых с IBM PC.

7. Проведено комплексное численное и экспериментальное исследование загрузки черновой группы клетей стана 600 КомМК при производстве профилей действующего сортамента. Разработаны рекомендации по перераспределению нагрузок в черновых клетях при производстве фланцевых профилей,угловой и круглой стали. При разработке проекта реконструкции стана 600 КомМК построено универсальное "дерево" калибровки черновых клетей и определены размеры сечений исходной непре-рывнолитой заготовки - 450 х 300 мм. Предложены на уровне изобретений рациональные формы ящичных а.с. J6 1489048 и новые системы восьми-граяшх калибров а.с. № I547I62, направленные на повышение производительности стана, улучшение качества готового проката. Данные технические решения использованы при разработке калибровок валков стана 600 КомМК.

8. В результате математического моделирования калибровок валков в трехвалковой клети стана 250 НСМЗ перераспределены обжатия по проходам. Разработана новая калибровка валков, которая внедрена в 1988 году, что обеспечило повышение производительности стана на I,2%, сокращение текущих простоев и экономию металла. Разработаны оптимальные деформационно-скоростные режимы прокатки в трехвалковой клети и черновой группе с учетом реконструкции стана 250. Разработано технологическое задание на проектирование нового оборудования.

9. Годовой фактический экономический эффект от внедрения результатов работы на стане 250 НСМЗ составил 75,5 тыс.руб. за счет повышения производительности стана и сокращения текущих простоев.