ПАТЕНТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОКАТКИ В ЧЕРНОВЫХ КЛЕТЯХ СТАНА 370 ОАО «ММК»

Энергоэффективность и энергосбережение входят в пятерку приоритетных направлений технологического развития, сформулированных президентом России в 2009 году. К 2020 году страна планирует сократить потребление первичной энергии на 40 % по сравнению с показателями 2007 года.

Производство сортового проката характеризуется большим количеством и разнообразием входящих в него профилей, сложной структурой сортамента. Расширение сортамента сортопрокатного производства позволяет более полно и рационально использовать все виды сырья, а также повысить степень экономической устойчивости производства проката. Повышение эффективности производства достигается комплексом мер, направленных на снижение издержек. Для снижения себестоимости продукции необходима разработка и реализация мероприятий, направленных на энергосбережение производства.

Существует несколько путей снижения энергоемкости производства при горячей сортовой прокатке: снижение рабочей температуры; оптимизация скоростных режимов и режимов деформации, направленная на уменьшение количества проходов. Для достижения этой цели уже на стадии проектирования технологического процесса при обновлении сортамента необходимо производить направленный поиск оптимальных калибровок профилей, проводить большое количество предварительных оценок и расчетов. Необходим сравнительный анализ для определения формоизменений  металла и размеров калибров при прокатке по различным схемам, для оценки системы калибров по вытяжной способности и затратам энергии на прокатку, для определения критериев оптимальности калибровки валков. При этом очень важным моментом является быстродействие используемых алгоритмов и методик, поскольку именно от быстродействия алгоритма напрямую зависит эффективность процесса поиска оптимального решения. С целью проведения подобного анализа и получения рекомендаций, позволяющих оценить оптимальность схем прокатки, режимов обжатий, калибровок, и принятия дальнейших управленческих решений целесообразно использование систем автоматизированного проектирования калибровок профилей для производства сортового проката [2].

В связи с этим для снижения энергозатрат сортопрокатного производства было уделено особое внимание разработке высокоточных методик вычисления формоизменения полосы при прокатке для расчета оптимальных калибровок валков, что может привести к увеличению значения коэффициента эффективности деформации в черновых клетях как минимум на 7 %.

Таким образом, для решения задачи оптимизации формы калибров подходит методика, основанная на принципе наименьшего сопротивления, разработанная на кафедре ОМД МГТУ им. Г.И. Носова [1; 6]. Данная методика дает хорошие результаты для большинства используемых калибров стана 370 (погрешность расчета уширения не превышает 3 %), за исключением узких и широких очагов деформации, для которых погрешность расчета уширения может составлять 5—7 %. При разработке алгоритма оптимизации формы калибров необходимо взять за основу данную методику расчета уширения с введением поправочного коэффициента для узких и широких очагов деформации [4].

На первом этапе исследований проводился анализ существующих режимов прокатки и калибровки стана 370 с целью выявления технологических резервов. Особое внимание было уделено определению патентной чистоты потенциальных разработок, для чего был проведён патентный поиск.

Основными задачами патентного поиска являлись:

• определение уровня техники для обзорного анализа способов производства сортового проката простой формы и установления необходимости защиты интеллектуальных прав на разработки;
•  поиск в перечне зарегистрированных программных продуктов (ПП) функциональных аналогов разрабатываемому программному обеспечению для определения необходимости в регистрации и получении охранного документа.

В соответствии с первым разделом календарного плана был произведен поиск патентной информации по теме: «Способ производства сортового проката простой формы» в период 29.04.2013—30.05.2013. Патентный поиск осуществлен на глубину 50 лет и поиск научно-технической информации — 15 лет. Патентный поиск по зарубежной информации выполнен не в полном объеме, так как в массиве информации имеются пробелы с 1992 по 2000 .

В процессе выполнения патентного поиска были найдены 32 патента РФ, 2 патента Японии, 5 патентов Кореи, 2 патента Китая.

Рассмотрена научно-техническая информация: Труды конгрессов прокатчиков; журналы: «Сталь», «Производство проката», «Черные металлы», «Черная металлургия»: Бюллетень научно-технической и экономической информации, «Вестник машиностроения», «Металлург». Реферативный журнал ВИНИТИ серии «Металлургия».

Результаты патентно-информационного исследования позволяют сделать вывод, что способы прокатки простых сортовых профилей проката являются общеизвестными [3]. Каких-либо существенных изменений технологии прокатки не предлагается, в связи с чем подача заявки на изобретение и (или) полезную модель не планируется.

Анализ перечня, содержащего описание программных продуктов, показал, что было зарегистрировано авторское свидетельство на программный продукт, разработанный сортопрокатной научной школой кафедры ОМД [5].

Для решения задачи оптимизации разработан программный продукт “Optim Pass 2013”. Составлен пакет документов, необходимых для регистрации ПП. В результате использования ПП были получены новые усовершенствованные калибровки прокатных валков.

В результате исследований были решены следующие задачи:

• проведена уточняющая корректировка методики расчета показателей формоизменения при прокатке в калибрах;
• выбраны и сформулированы критерии оптимизации, установлены параметры управления, определены ограничения;
• разработана методика оптимизации калибровок с целью снижения энергозатрат;
• создано программное обеспечение “OptimPass 2013” для реализации алгоритма поиска оптимальных форм калибров;
• замена калибра 1 клети является не целесообразной, т. к. спроектированная калибровка получилась практически идентичной существующей;
• решена задача оптимизации формы вытяжных калибров стана «370» ОАО «ММК» для клетей 3, 5, 7 и 9.
• разработаны чертежи вытяжных калибров стана «370» ОАО «ММК» для клетей 3, 5, 7, 9.

Список литературы:

1. Левандовский С.А., Моллер А.Б., Назаров Д.В., Зайцев А.А. Совершенствование существующих технологических схем прокатки на основе оптимизации форм калибров с целью повышения качества сортовой продукции // Моделирование и развитие процессов ОМД. 2006. № 1. — С. 129—137
2. Кинзин Д.И. Оптимизация формы вытяжных калибров // Калибровочное бюро [Электронный ресурс]: Электрон. науч. журн. 2013. Выпуск 1. C. 20—28. URL:http://www.passdesign.ru/numbers/ (дата обращения: 14.10.2013)
3. Кинзин Д.И., Левандовский С.А. Отчет по результатам НИР. Этап № 1, тема 2013—14 «Разработка энергосберегающей технологии прокатки в черновых клетях стана 370» Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2013. 36 с.
4. Кинзин Д.И., Калугина О.Б. Оценка влияния показателей формы очага деформации на уширение при сортовой прокатке.// Вестник МГТУ им. Г.И. Носова, 2011. № 4. — С. 21—23
5. Оптимизация калибровки валков сортопрокатного стана по критерию эффективности калибровки OptimPass. Кинзин Д.И, Калугина О.Б., Рычков С.С. / Свидетельство государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011618922, ОБПБТ 2012. № 1. — С. 301.
6. Тулупов О.Н., Кинзин Д.И. Калибровка простых сортовых профилей как решение задач оптимального управления. / Труды восьмого конгресса прокатчиков: — Магнитогорск 11—15 октября 2010 г. — Т. 1. — Магнитогорск: Магнитогорский дом печати, 2010. — С. 230—235.