Пример практического использования ПАВТП

До настоящего времени режимы холодной прокатки на многих станах, как правило, устанавливаются и регламентируются исходя из опыта технологического персонала и затем оптимизируются экспериментально по результатам прокатки каждого типоразмера из всего сортамента.

Разнообразие подходов к практическому решению задачи оптимизации технологии прокатки [89-93] подтверждает ее актуальность. При всех видимых достоинствах эти решения имеют и существенные недостатки: во-первых, процессы, протекающие на стане, рассматриваются как детерминированные, что не соответствует реальности, и описываются соответствующими зависимостями с принятием зачастую необоснованных упрощений, допущений и ограничений; во-вторых, решение многокритериальной оптимизационной задачи сводится к однокритериальной, хотя и с обобщенным критерием оптимизации.

Получаемые при этом результаты часто не отвечают ожиданиям, т.е. не дают оптимальные значения критериев.

При определении и выборе наилучших технологических режимов прокатки повысить точность, надежность и достоверность решения, избегая при этом перечисленных выше недостатков, можно на основе комбинирования существующих и описанных в литературе подходов с анализом фактических реализаций технологических режимов и результатов прокатки каждого типоразмера и выбора из множества альтернативных наилучшего варианта в функции заданного вектора локальных критериев, что мы и пытались сделать с помощью подсистемы (ПАВТП) на четырехклетьевом непрерывном стане холодной прокатки.

Разработанная для данного стана подсистема включает перечисленные в разделе 1 модули.

К особенностям разработанной ПАВТП стана 1400 можно отнести следующее:

• ?Используемые для расчетов данные проходят предварительную обработку: отсев грубых погрешностей и удаление нулевых значений. Информация обновляется по мере поступления данных о прокатке новой группы металла.
• ?Для определения параметров начальной настройки стана холодной прокатки поступают данные цехов горячей и холодной прокатки и главного поста управления (ГПУ) многоклетьевым станом. Рассчитанные уставки отображаются на автоматизированном рабочем месте (АРМ) оператора ГПУ и после подтверждения (корректировки) направляются к исполнению.
• ?С учетом параметров начальной настройки стана рассчитывают уставки системы автоматического регулирования плоскостности (САРП).
• ?Уставки начальной настройки стана и САРП, заданные оператором, сохраняются в базе данных для последующего анализа.

?Данные для анализа передаются из сервера базы данных цеха холодной прокатки и после обработки сохраняются в базе данных для последующего использования при расчете начальной настройки стана и уставок САРП.

Ниже приведен пример практического использования подсистемы, в частности МННС, с помощью которого рассчитан и реализован режим холодной прокатки полос изотропной электротехнической стали (ЭИС) четвертой группы легирования (типоразмер 2,0—>0,5x1065 мм) на четырехклетьевом стане 1400. Данная сталь с высоким содержанием кремния (порядка 3%) отличается повышенной твердостью и хрупкостью, что оказывает негативное влияние на стабильность процесса прокатки, которое заключается в частых обрывах полосы и преждевременном выходе из строя рабочих валков.

При формировании исходной базы данных использовали информацию о горячекатаных рулонах с подобным уровнем механических свойств и геометрических параметров, данные о режимах прокатки только для установившегося процесса, при незначительном отклонении значений уставок СРП от среднего значения.

Проведен выбор наилучшего режима прокатки. В качестве технологических параметров обработки металла на стане холодной прокатки использовали режим обжатий (ei, е₂, Ез, ?4,) и режим натяжений (о_Р, оь₂, а₂-з, сз-4, ом), а в качестве критериев оптимизации выбрали скорость прокатки и удельный расход энергии. Определение границ поддиапазонов производили с помощью кластерного анализа данных.

Кластерный анализ проводили только для режима обжатий (ei, е₂, ?3, ?4,), режим натяжений (о_Р, О|_₂, о₂.з, озл, Ом) в анализе не участвовал, ввиду недостаточной степени изменчивости. В результате кластерного анализа данных выявлено 4 кластера режимов обжатий (рис. 3, табл. 3.1).

Кластеры режимов обжатий динамной стали

Выбор наилучшего кластера режима прокатки производили с точки зрения минимального образования основных видов дефектов валков.

Результаты расчета приведены ниже:

Кластер № 1 Кластер № 2 Кластер № 3 Кластер № 4

Pi 0,128446 0,027817 0,030600 0,086947,

где р, - показатель дефектности, который определяется по формуле (18). Относительная частота образования дефектов определяется по формуле (19).

Относительная частота реализации режима прокатки определяется по формуле (120).

Наилучшим кластером режима прокатки является тот, для которого значение показателя дефектности минимально, в данном случае это кластер № 2, однако значения показателя дефектности для кластеров № 2 и 3 отличаются незначительно, поэтому возможно объединение данных кластеров в один с целью расширения границ диапазона.

Производим разбиение диапазонов критериев оптимизации на поддиапазоны (см. табл. 3.2).

Поддиапазоны критериев оптимизации

Производим кодирование поддиапазонов критериев оптимизации. Приоритетными кодировками являются 5 и 1, что соответствует максимальной скорости прокатки и минимальному расходу энергии.

Частное обжатие, % Частное обжатие, % Частное обжатие, % Частное обжатие, %

№ клети

среднее значение верхняя и нижняя границы

Рис. 3. Кластеры обжатий ЭИС 4-й группы легирования: а - кластер № 1; б - кластер № 2; в - кластер № 3; г - кластер № 4

Поддиапазоны изменения технологических факторов приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Поддиапазоны изменения технологических факторов

Наилучшей технологической ситуации соответствует кодировка 232122321, значение наибольшей условной относительной частоты появления данной технологической ситуации Р_т^н = 0,0068.

В результате решения многокритериальной задачи оптимизации подсистемой начальной настройки стана получен режим холодной прокатки ЭИС 4-й группы легирования (типоразмер 2,0—>0,5x1065 мм), который приведен в табл. 3.4.

Режимы прокатки ЭИС 2,0—>0,5x1065 мм

Для проверки были проведены экспериментальные исследования. Сорок полос ЭИС 4-й группы легирования (типоразмер 2,0—>0,5x1065 мм) были обработаны на четырехклетьевом стане холодной прокатки 1400: 20 - по существующему и 20 - по скорректированному режимам. Результаты показали, что режим прокатки, определенный с помощью предложенной методики, обеспечивает снижение расхода удельной энергии на прокатку более чем на 10% и повышение производительности стана холодной прокатки за счет увеличения скорости прокатки приблизительно на 15% по сравнению с режимом прокатки, выбранным оператором.

Модули анализа технологии прокатки и расчета плоскостности полос, реализованные в ПАВТП стана 1400, решают практически все функциональные задачи, перечисленные в разделе 1.

Правильность решений подтверждается результатами всех видов испытаний и поверок подсистемы [15].

Не будем приводить все результаты, а остановимся на основных выводах. Так, максимальное относительное отклонение прогнозируемых величин от измеренных (МАТП) не превышает: 11% - 1-я клеть; 12% - 2-я клеть; 12% - 3-я клеть; 12% - 4-я клеть, при значении среднего относительного отклонения:

~ 4,5% (1-я клеть); ~ 5% (2-я клеть); ~ 5% (3-я клеть); ~ 5,2% (4-я клеть).

Максимальное среднее относительное отклонение прогнозируемых характеристик неплоскостности от измеренных (МРПП) не превышает 30% (18%).

Как показал опыт практического использования этих моделей, такие величины ошибок приемлемы и дают существенно лучшие результаты при расчете энергосиловых параметров и уставок средств регулирования плоскостности [см. формулы (9) - (14) и (27) - (35)], чем при интуитивно выбираемых оператором или вальцовщиком.

Эффективность работы модуля коррекции режима прокатки (МКРП) проверили следующим образом.

При холодной прокатке металла динамной стали 2-й группы легирования с толщины 2,2 мм на 0,5 мм заданную эпюру удельных натяжений изменяли в зависимости от скорости по формуле, полученной из (39) для данного типоразмера и группы легирования:

? (1 + 0,08 ? ДУ(0)

AV=V(r)-V(f-0,5)

На рис. 4-18 приведены графики, отражающие эпюру удельных натяжений, измеренную на стадии разгона, торможения стана и на стационарной стадии в различные моменты времени, прокатанные в соответствии с предложенным способом (рис. 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16) и по существующей технологии (рис. 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17). Оценки сравнения результатов прокатки представлены в табл. 3.5.

¹¹ Измеренное —— — Заданное значение

Рис. 4. Эпюра удельных натяжений в холоднокатаной полосе, прокатанной в соответствии с предлагаемым способом при скорости 10 м /мин

на участке разгона

О 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Ширина, мм

Измеренное —? —Заданное значение эпюры

Рис. 5. Эпюра удельных натяжений в холоднокатаной полосе, прокатанной по существующей технологии при скорости 10 м /мин на участке разгона 57

Рис. 6. Эпюра удельных натяжений в холоднокатаной полосе, прокатанной в соответствии с предлагаемым способом при скорости 150 м /мин

на участке разгона

Измеренное “ “Уставка

Рис. 7. Эпюра удельных натяжений в холоднокатаной полосе, прокатанной по существующей технологии при скорости 150 м /мин

на участке разгона

30

Рис. 8. Эпюра удельных натяжений в холоднокатаной полосе, прокатанной в соответствии с предлагаемым способом при скорости 450 м /мин

на участке разгона

Удельное натяжение, МПа

Измеренное — “Уставка

Рис. 9. Эпюра удельных натяжений в холоднокатаной полосе, прокатанной по существующей технологии при скорости 450 м /мин

на участке разгона

Рис. 10. Эпюра удельных натяжений в холоднокатаной полосе, прокатанной в соответствии с предлагаемым способом при скорости 450 м /мин на стабильном участке

Измеренное — “Уставка

Рис. 11. Эпюра удельных натяжений в холоднокатаной полосе, прокатанной по существующей технологии при скорости 450 м /мин на стабильном участке

Рис. 12. Эпюра удельных натяжений в холоднокатаной полосе, прокатанной в соответствии с предлагаемым способом при скорости 450 м /мин

на участке торможения

Рис. 13. Эпюра удельных натяжений в холоднокатаной полосе, прокатанной по существующей технологии при скорости 450 м /мин на участке торможения

30

Рис. 14. Эпюра удельных натяжений в холоднокатаной полосе, прокатанной в соответствии с предлагаемым способом при скорости 150 м /мин

на участке торможения

Удельное натяжение. МПа

Измеренное ““ “Уставка

Рис. 15. Эпюра удельных натяжений в холоднокатаной полосе, прокатанной по существующей технологии при скорости 150 м /мин на участке торможения

Измеренное — — Уставка

Рис. 16. Эпюра удельных натяжений в холоднокатаной полосе, прокатанной в соответствии с предлагаемым способом при скорости 10 м /мин на участке торможения

Удельное натяжение. МПа

Ширина, мм

Измеренное — “Уставка

Рис. 17. Эпюра удельных натяжений в холоднокатаной полосе, прокатанной по существующей технологии при скорости 10 м /мин на участке торможения

Таблица 3.5

Оценки сравнения результатов, полученных при прокатке по расчетам и существующей технологии

Примечания:

• - в числителе приведены минимальные, в знаменателе - максимальные значения оценок дисперсий характеристик эпюр удельных натяжений в холоднокатаных полосах;
• - выход полос 1-го класса неплоскостности, прокатанных в соответствии с предложенным способом, составил 100%, а полос, прокатанных по существующей технологии - 30% - 1-го класса неплоскостности и 70% - 2-го класса неплоскостности.

Таким образом, как показал приведенный пример, практическое использование ПАВТП на многоклетьевых (реверсивных) станах холодной прокатки позволит повысить их производительность, улучшить качество готовой продукции, снизить время незапланированных простоев, расход энергии, металла и др. ресурсов.