Способ изготовления партий горячекатаного листа

Способ изготовления партий горячекатаного листа

Реферат

Изобретение относится к прокатному производству и предназначено для оптимизации процесса горячей прокатки листов.

Проблема создания безотходных технологий или уменьшения расхода исходного материала при производстве готовых изделий является актуальной для многих отраслей промышленности.

Например, в легкой промышленности для уменьшения трудоемкости и расхода рулонного или листового материала используют способ подготовки к раскрою рулонных и листовых материалов (RU 2329750 [1]). Согласно этому способу представляют каждую деталь или группу предварительно состыкованных деталей кроя в виде прямоугольной детали, в качестве которой используют ориентированный относительно нити основы прямоугольник, средний между описанным и вписанным максимальной площади прямоугольниками по отношению к детали или группе деталей кроя. Формируют последовательность расположенных друг за другом в соответствии с уменьшением их длины прямоугольных деталей, выбранной в качестве определяющего параметра, и измеряют ее общую ширину. Определяют количество столбцов прямоугольных деталей, причем столбцом является совокупность расположенных в один ряд по всей ширине рамки раскладки прямоугольных деталей путем деления общей ширины этой последовательности на ширину рамки раскладки. Определяют ширину каждого столбца и оценивают длину раскраиваемого материала как сумму длин столбцов. Последовательно заполняют площадь раскраиваемого материала в столбцах прямоугольными деталями так, чтобы прямоугольная деталь с наименьшей длиной в конце одного столбца располагалась рядом с прямоугольной деталью наибольшей длины в начале смежного с ним столбца.

Однако данный способ невозможно применить в металлургическом производстве, в частности при изготовлении горячекатаного листа.

Известен способ раскроя и изготовления заготовок параболических зеркал для приема солнечной энергии из листовых материалов, который включает расчет и разметку круга концентрическими окружностями. Круг далее вырезают, а концентрические окружности надрезают в половину толщины листа. Из круга вырезают профильный сектор. Далее изгибают оставшуюся часть круга до соприкосновения сторон с получением параболоида вращения. Стороны сектора сваривают и зачищают швы (RU 2134174 [2]). Однако данный способ невозможно применить в металлургическом производстве для раскроя, в частности при изготовлении горячекатаного листа.

Известен способ оптимизации раскроя проката, который описан в патенте RU 2278768 [3] и реализуется с помощью соответствующего устройства. Устройство к ножницам прокатного стана для оптимального раскроя проката содержит измеритель длины раската перед чистовой группой клетей на базе датчиков непрерывного слежения за раскатом, датчики наличия раската по осям клетей чистовой группы, следящий приводной ролик, датчик схождения ножей летучих ножниц, следящий привод летучих ножниц и вычислительный блок. Устройство дополнительно содержит измеритель длины раската на выходе из черновой группы клетей на базе датчика наличия раската по оси последней клети, по крайней мере, один датчик положения раската, подающий сигнал о наличии раската в вычислительный блок, устройство замера отрезаемой заготовки после летучих ножниц, состоящее из блока обработки информации, измерительной камеры и, по крайней мере, одного датчика положения отрезанной заготовки, при этом выход датчика соединен с входом измерительной камеры, а выход измерительной камеры соединен со входом блока обработки информации, выход которого соединен с входом вычислительного блока, камеру перед чистовой группой клетей, посылающую сигнал о величине зачистки «головы» раската в блок обработки информации, при этом вычислительный блок выполнен на базе программируемого контроллера. Технический результат - увеличение выхода годного проката путем безотходного раскроя с первой заготовки.

Способ реализуется следующим образом. При помощи датчика положения раската определяется время прохождения раската через последнюю клеть черновой группы клетей. Камера, установленная перед чистовой группой клетей, посылает сигнал о величине зачистки "головы" раската в блок обработки информации, где рассчитывается длина раската на входе в чистовую группу клетей.

По мере прокатки раската в чистовой группе клетей, по данным с датчиков положения раската в вычислительном блоке рассчитываются коэффициенты вытяжки клетей чистовой группы.

На основе предварительного замера длины раската и коэффициентов вытяжки производится расчет длины раската в выходном сечении.

Длина раската используется для расчета раскройного плана до начала цикла порезки раската на летучих ножницах, в случае, если длина еще не рассчитана. Исходя из длины раската на выходе чистовой группы клетей, вычислительным блоком производится расчет раскройного плана порезки раската в заданном диапазоне длин на летучих ножницах.

На основе рассчитанного раскройного плана вычислительный блок формирует задание в привод летучих ножниц, причем для каждой новой заготовки отдельно.

Длина отрезаемой на летучих ножницах заготовки измеряется устройством замера отрезанной заготовки. Замер производится следующим образом. Измерительная камера принимает сигналы от датчиков и, если в момент срабатывания одного из них в поле зрения камеры находится хвостовая часть заготовки, происходит захват кадра, фиксирующий координату заднего конца заготовки. Таким образом, зная координату заднего конца заготовки и расстояние между датчиками и камерой, а также номер сработавшего датчика, в блоке обработки информации определяется фактическая длина заготовки. Эта информация поступает в вычислительный блок, где на основе разницы заданной и фактической длины рассчитывается коррекция в привод летучих ножниц для обеспечения оптимального раскроя проката.

Недостатком известного способа являются относительно высокие отходы на обрезь. Это связано с тем, что расчету раскроя и самому раскрою подвергается уже готовый раскат, когда уже невозможно внести какие-либо изменения в его размеры. Кроме того, возможно получение лишних листов, которые не предназначены на заказ.

Наиболее близким к заявляемому способу по своей технической сущности является способ порезки металлопроката, включающий прокатку заготовки на заготовочном стане на заданное сечение, после чего полученную заготовку режут на части (RU 2112611 [4]). Затем прокатывают их на сортопрокатном стане на следующее заданное сечение, полученный металлопрокат режут на изделия (прутки), охлаждают, пакетируют, затем пакеты прутков режут на конечные мерные длины.

Перед этим определяют объем изделия (прутка) конечной мерной длины и после прокатки заготовки на заготовочном стане измеряют ее линейные размеры и определяют ее объем. Заготовку режут на заготовочном стане на части, объемы которых кратны объему изделия (прутка) конечной мерной длины с учетом технологических отходов, затем прокатывают заготовку на сортопрокатном стане, измеряют линейные размеры полученного металлопроката и режут на части (прутки), размеры которых (длины) кратны конечной мерной длине с учетом технологических отходов при порезке.

Недостатком известного способа является то, что он применим к порезке только длинномерных прутков, т.е. учитывающих только два размерных параметра - диаметр поперечного сечения и длину. При этом при порезке не учитываются ограничения на вес партии данного типоразмера изделий (прутков), количество изделий в партии, отвечающее весу заказа. Кроме того, известный способ не предусматривает вариаций размеров исходных заготовок, которые потом режутся на заготовки для сортопрокатного стана. Известный способ не учитывает ограничений, которые накладываются используемым оборудованием.

При прокатке горячекатаных листов относительно большой толщины и площади возникает целый ряд проблем. Во-первых, заказы на листы размещаются партиями в указанных допусках на вес партии. Листы и заготовки, из которых они будут прокатаны (слябы) в разных партиях, имеют разные размеры и вес.

Если осуществлять прокатку листа под поступивший заказ с максимальной производительностью, которую допускает имеющееся оборудование, то в ряде случаев оказывается, что число прокатанных изделий (листов) и их суммарный вес оказываются больше необходимого заказчику. В результате этого на складе готовой продукции скапливаются изделия, имеющие большую металлоемкость и соответственно стоимость, которые если не находят своего потребителя, в конечном итоге направляются на передел, что влечет за собой значительные экономические издержки. Поэтому для снижения указанных издержек целесообразно изначально оценивать и выбирать количество листов в партии с учетом допуска на вес партии, а также выбирать заготовки (слябы) таких размеров и веса, чтобы число листов в партии было кратно числу листов, получаемых из одной заготовки, что, с одной стороны, обеспечит максимальную производительность прокатного стана, а, с другой стороны, не приведет к образованию «лишних» мерных листов.

Максимальная производительность достигается тогда, когда из одной заготовки (сляба) можно изготовить (в идеальном случае) всю партию необходимых заказчику листов (изделий). Однако, учитывая, что вес одного листа может составлять несколько тонн, их количество в партии несколько десятков, а вес партии - сотни тонн, то ограничивающим фактором достижения максимальной производительности становятся возможности технологического оборудования. Например, невозможно получить прокат шире, чем длина валков прокатного стана, невозможно получить раскат большей длины, чем длины подводящих и отводящих рольгангов (около 50 м). Невозможно изготовить заготовку весом более разрешенной грузоподъемности кранов (около 30 тонн). Кроме того, сама конструкция нагревательной печи не позволит разместить заготовку длиной более 4,8 м внутри нее.

В результате приходится решать достаточно сложную многокритериальную задачу оптимизации, которая состоит в том, что необходимо учитывать множество требований:

- обеспечить максимальную производительность стана, а для этого использовать по возможности заготовки наибольшего веса;

- обеспечить точное (по количеству листов) выполнение заказа или в случае невозможности этого в ущерб производительности - минимальное превышение количества мерных листов сверх требуемого в партии;

- учитывать технологические ограничения, накладываемые оборудованием и технологией прокатки на стане;

- но даже если толщина листов достаточно велика и из заготовки можно изготовить раскат, достаточный для порезки его на число листов в соответствии с заказом, то может оказаться, что кран не сможет переместить ее до нагревательной печи или печь не сможет принять такую заготовку.

При этом еще необходимо учитывать и то обстоятельство, что целесообразно сократить потери, связанные с отходами на технологическую обрезь, а для этого необходимо разливать такие заготовки (слябы), из которых можно получить целое число изделий (листов) с поправками на технологические потери. Все известные технические решения в области раскроя листового материала или порезки металлопроката этих ограничений не учитывают.

Заявляемый способ изготовления партий горячекатаного листа направлен на минимизацию отходов при изготовлении заданного числа листов в заказанной партии и снижение остатков беззаказной продукции на складах.

Указанный результат достигается тем, что способ изготовления партий горячекатаного листа включает получение слябов на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), их нагрев, прокатку и раскрой полученного раската на листы заданных размеров, при этом с учетом заданного веса партии в пределах допусков Р-ΔР₁…Р+ΔР₂, где ΔР₁ и ΔР₂ - отрицательный и положительный допуски на вес партии, предварительно определяют вес одного листа Р₁ и соответствующее ему возможное количество листов n в партии, равное n=(Р-ΔР₁)/Р₁…(Р+ΔР₂)/Р₁, затем для каждого целого n определяют кратность порезки K_i=K₁×K₂, где K_i - количество листов, получаемых порезкой раската, производимого из полученного на МНЛЗ сляба, с учетом типоразмеров слябов, К₁ - допустимое число листов при порезке раската в поперечном направлении, а К₂ - допустимое число листов при порезке раската в продольном направлении, для каждого из полученных значений K_i определяют, исходя из условия возможной грузоподъемности кранов, допустимый вес сляба Р_{сляба i}=k_pacx·K_i·P₁, где k_pacx=1,011…1,274 - расходный коэффициент, учитывающий технологические потери металла, затем, при соблюдении условия минимального значения расходного коэффициента и минимального превышения количества мерных листов сверх требуемого количества в партии, с учетом технологических ограничений оборудования, задают максимальную кратность порезки раската K_i=K_max и определяют удовлетворяющий этим условиям оптимальный вес сляба Р_{опт.сляба}=k_pacx·K_max·P₁, а слябы получают на МНЛЗ, которую оборудуют кристаллизатором, размеры поперечного сечения которого соответствуют условию получения слябов с оптимальным весом, равным Р_{опт.сляба}.

Расчет диапазона количества листов в партии с учетом допуска на вес партии необходим для того, чтобы при производстве не оставалось остатков в листах на складе готовой продукции, сверх требуемых листов по заказу. При этом согласно заказу могут быть заданы разные отрицательный и положительный допуски на вес партии или задан только один из них. Вариация количества листов в расчетном диапазоне позволяет выбрать такое число слябов (раскатов), при котором из каждого получается кратное количество листов или, в случае если это невозможно, обеспечить минимальное превышение мерных листов сверх требуемого количества в партии.

Использование для этого в качестве критерия возможности получения из каждого из слябов кратного числа листов с минимальными отходами на обрезь также позволяет оптимизировать раскрой раската, т.к. величина обрези зависит от размеров раската и соотношения обжатий в продольном и поперечном направлениях. Произведя расчет количества обрези для каждого из вариантов раскроя, выбирается оптимальный размер сляба с минимальным расходным коэффициентом на обрезь. Одновременно принимая во внимание условие минимального значения расходного коэффициента и минимального превышения количества мерных листов сверх требуемого количества в партии, с учетом технологических ограничений оборудования, возможно выбрать самый оптимальный вариант. Действительно, размеры торцевой и концевой обрези не слишком зависят от величины раската, поэтому для раската и соответственно заготовки большей массы, расходный коэффициент составит меньшую величину, чем для раската меньших геометрических размеров и веса. Поэтому в некоторых случаях целесообразно при большем увеличении числа мерных листов сверх требуемого количества в партии выбрать сляб большей массы, позволяющий произвести раскат больших размеров, снизив тем самым расходный коэффициент.

При этом при проведении расчета числа слябов и получении из них кратного числа листов необходимо учитывать технологические ограничения используемого оборудования, например рольганга. Действительно, если учитывать, что длина рольганга является фиксированной, то размер сляба нужно подбирать таким образом, чтобы полученный из него раскат не выходил за пределы рольганга. Особенно это обстоятельство необходимо учитывать при реверсивной прокатке, когда полученный из одного сляба раскат должен остывать на воздухе перед повторным проходом через клеть, а в это время осуществляют прокатку следующего сляба. Другим ограничивающим фактором является конструкция нагревательной печи. Она ограничивает допустимые минимальную и максимальную длины слябов, поскольку короткий сляб может упасть между балками нагревательной печи, а слишком длинный сляб в печь попросту не влезет. Размер бочки валков также ограничивает размеры сляба, поскольку при прокатке листов из узких слябов важным фактором является возможность его поворота на 90° для прокатки в поперечном направлении. Поэтому длина сляба не может превышать размер бочки валка прокатного стана. Максимально длинный и широкий сляб может превысить допустимую грузоподъемность кранов на участке склада слябов, что также необходимо учитывать. Кроме того, ширина сляба не может быть больше ширины раската, поскольку вследствие прокатки, при уменьшении толщины, ширина и длина раската могут только увеличиваться.

Немаловажным при подготовке расчета раскроя является учет расходного коэффициента, учитывающий технологические потери металла, поскольку от него будут зависеть размеры и вес сляба, а значит, и технологические ограничения используемого оборудования. В частности, допустимый вес сляба исходя из грузоподъемности крана Р_{сляба i}=k_pacx·K_i·P₁, где k_pacx=1,011…1,274 - расходный коэффициент, учитывающий технологические потери металла. Значения k_pacx=1,011…1,274 обусловлены спецификой производства толстолистового проката. Действительно, расходный коэффициент металла представляет собой отношение массы исходной заготовки (сляба) к массе годного металла G_г. Согласно литературным данным (Коновалов Ю.В., Остапенко А.Л., Пономарев В.И. Расчет параметров листовой прокатки. - М.: Металлургия, 1986. - 430 с. [5], Технология прокатного производства. В 3-х книгах. Кн.1. Справочник / Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. - М.: Металлургия, 1991. - 440 с. [6]) с учетом основных статей расхода металла при его обработке на толстолистовом стане расходный коэффициент может быть представлен следующим образом:

, где

k_ок=1,011…1,032 - коэффициент расхода металла в окалину;

k_тo=1,050…1,100 - коэффициент расхода металла на торцевую (концевую) обрезь;

k_бо=1,050…1,100 - коэффициент расхода металла на боковую обрезь;

k_пр=1,001…1,020 - коэффициент расхода металла на пробы для испытаний свойств металла.

Исходя из представленных данных, минимальным значением расходного коэффициента является 1,011, как минимальный показатель расхода металла в угар, если металл заказывается без обрезки кромок (распространенный случай в толстолистовом производстве).

Максимальным значением расходного коэффициента можно считать произведение наибольших значений, входящих в него величин: 1,032·1,1·1,1·1,02=1,274.

В случае отсутствия требуемых типоразмеров слябов, необходимых для получения заданной партии листов с минимальными отходами, целесообразно нарезать слябы требуемых размеров из имеющихся в наличии. При этом размер нарезаемого сляба следует выбирать так, чтобы из него можно было изготовить кратное число листов с минимальными отходами на обрезь и при этом одновременно исключить отходы слябов.

Сущность заявляемого способа поясняется примерами его реализации.

Пример 1. В самом общем случае способ реализуется следующим образом. Получив заказ на изготовление партии листов, сначала определяют их количество в партии. Для этого вес партии с учетом отрицательного и/или положительного допусков делят на предварительно определенный вес одного листа и получают количество листов, которые будут составлять партию.

Затем для каждого из возможных значений целого количества листов в партии определяют допустимую кратность порезки раската, которая является произведением числа листов, возможных к получению при порезке в поперечном направлении и числа листов, возможных к получению при порезке в продольном направлении. При этом учитывают технологические ограничения, связанные с оборудованием, такие как длина подводящего и отводящего рольгангов прокатного, длина бочки прокатных валков, и ограничения, связанные с конструкцией ножниц продольного и поперечного реза.

Далее для каждого из полученных значений допустимой кратности порезки рассчитывают допустимый вес сляба, который является произведением номинального расходного коэффициента, кратности порезки и массы одного листа. Расходный коэффициент находится в пределах от 1,011 до 1,274 и учитывает потери металла на технологическую обрезь, отбор проб и угар. Затем вес сляба проверяют на условие грузоподъемности крана и заведомо неподходящие варианты отсеивают. С учетом имеющихся сечений кристаллизаторов машины непрерывного литья заготовок определяют допустимые размеры сляба, удовлетворяющие ограничениям, связанным с конструкцией нагревательной печи и поворотных столов.

Затем из возможных кратностей выбирают максимальную, которая обеспечит минимальное значение реального расходного коэффициента и минимального количества образующихся мерных остатков сверх требуемого в партии. После этого окончательно выбирают соответствующие такому раскрою размеры и вес сляба. После того как соответствующие ограничения учтены и проведен расчет требуемого количества слябов и их размеров, подобранные или изготовленные (нарезанные) слябы размещают в нагревательной печи и нагревают до оптимальной температуры, необходимой для подачи сляба в клеть прокатного стана. Затем нагретый сляб перемещается на стан, где осуществляется его прокатка до получения раската заданной толщины. Готовый раскат разрезается известным способом и с помощью известного оборудования (исходя из имеющегося оборудования, возможен только один продольный рез). В результате получается партия листов с заданным их числом или с минимальным превышением над заданным и с минимальными отходами на обрезь.

Пример 2. Получив заказ на изготовление партии листов, сначала определяют их количество в партии. Поступил заказ на изготовление партии листов общим весом 100 т и размером листов 18×1750×12000 мм. Исходя из геометрических размеров и удельного веса металла, определяем массу одного листа, которая в данном случае будет составлять около 3 т. Учитывая допуск на величину заказа ±5%, вес готовой продукции может варьироваться от 95 до 105 т. Исходя из веса листов, вес партии с учетом необходимости получения только целого числа листов может составлять 96, 99, 102, 105 т. Соответственно, количество листов в партии может составлять 32, 33, 34 или 35 шт.

Исходя из имеющихся ограничений по массе сляба, которая для сляба минимального размера 190×1400×2500 мм составляет 5,2 т, а для сляба максимального размера 300×2700×4800 мм - 30,4 т, а с учетом ограничения грузоподъемности кранов 30 т количество целых листов, получаемых из одного сляба, может составлять от 2 (6 тонн) до 10 (30 тонн) листов.

При этом при выборе кратности листов - целого количества листов, которое возможно получить разделением одного раската (сляба), необходимо учесть технологическое ограничение на рольганге стана, согласно которому, длина раската не может превышать 52000 мм. Исходя из этого ограничения и длины заказанных листов, кратность по длине раската не может превышать 4(4×12000=48000<52000 мм).

При этом должна учитываться и возможность того, что в данном случае возможна порезка раската вдоль, поскольку ширина заказанного листа 1750 мм, а рабочая длина бочки валка составляет 4800 мм. То есть кратность по ширине может составлять 2.

Для партии, состоящей из 32 листов, возможной будет кратность 1×2, 2×1, 2×2, 4×1, 4×2, где первая цифра показывает возможное количество листов в раскате в продольном направлении, а вторая - в поперечном. Для партии, состоящей из 33 листов, возможной будет кратность 3×1. Для партии, состоящей из 34 листов, возможной будет кратность 2×1. Для партии, состоящей из 35 листов, невозможна ни одна кратность.

Для каждой из указанных кратностей определяется вес сляба при номинальном значении расходного коэффициента, равном 1,087. Полученные значения анализируются на условие допустимой грузоподъемности кранов (<30 т), а соответствующие этим значениям размеры слябов - на условия ограниченной конструкции нагревательной печи и поворотных столов длины (<4800 мм) с учетом имеющихся сечений кристаллизаторов машины непрерывного литья заготовок.

Кратность порезки 4×2 листов не дает превышения количества листов сверх требуемого в партии (32 листа = 4 раската, разрезанные на 4 листа вдоль и 2 листа поперек) и является максимально возможным при соблюдении всех указанных ограничений. Соответственно и отвечает условиям максимальной производительности процесса прокатки.

Для указанного случая оптимальная масса сляба составит 26,088 т.

Сечения кристаллизаторов машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) в данном конкретном случае составляют возможные комбинации толщин 190, 250, 300 мм и ширин 1400, 1560, 1650, 1730, 1850, 2030, 2300, 2700 мм. Поскольку длина сляба не должна быть менее 2500 и более 4800 мм (ограничение, накладываемое конструкцией печи), подбирается такое поперечное сечение, которое обеспечивает требуемую массу сляба при соблюдении условий по его длине. Расчет показывает, что это может быть только 300×2700 мм. При этом длина сляба составит 26.088/(0.3×2.7×7.82)=4120 мм.

Пример 3. Поступил заказ на изготовление партии листов общим весом 65 т и размером листов 20×1500×6000 мм. Исходя из геометрических размеров и удельного веса металла, определяем массу листа, которая в данном случае будет составлять 1,413 т. Учитывая допуск на величину заказа ±5%, вес готовой продукции может варьироваться от 61,75 до 68,25 т. Исходя из веса листов, вес партии с учетом необходимости получения только целого числа листов может составлять 62,172; 63,585; 64,998; 66,411 или 67,824 т. И соответственно, количество листов в партии будет составлять 44, 45, 46, 47 или 48 шт.

Исходя из имеющихся ограничений по массе сляба, которая для сляба минимального размера 190×1400×2500 мм составляет 5,2 т, а для сляба максимального размера 300×2700×4800 мм - 30,4 т, а с учетом ограничения грузоподъемности кранов 30 т количество целых листов, получаемых из одного сляба, может составлять от 4 до 21 листов.

При этом при выборе кратности листов - целого количества листов, которое возможно получить разделением одного раската (сляба), необходимо учесть технологическое ограничение на рольганге стана, согласно которому длина раската не может превышать 52000 мм. Исходя из этого ограничения и длины заказанных листов, кратность по длине раската не может превышать 8 (8×6000=48000<52000 мм).

При этом должна учитываться и возможность того, что в данном случае возможна порезка раската вдоль, поскольку ширина заказанного листа 1500 мм, а рабочая длина бочки валка составляет 4800 мм. То есть кратность по ширине может составлять 2.

Для партии, состоящей из 44 листов, возможной будет кратность 2×2, 4×1, где первая цифра показывает возможное количество листов в раскате в продольном направлении, а вторая - в поперечном. Для партии, состоящей из 45 листов, возможной будет кратность 5×1. Для партии, состоящей из 46 и 47 листов, невозможна ни одна кратность. Для партии, состоящей из 48 листов, возможной будет кратность 2×2, 3×2, 4×1, 4×2, 6×1, 6×2, 8×1, 8×2.

Для каждой из указанных кратностей определяется вес сляба при номинальном значении расходного коэффициента, равном 1,087. Полученные значения анализируются на условие допустимой грузоподъемности кранов (<30 т), а соответствующие этим значениям размеры слябов - на условия ограниченной конструкцией нагревательной печи и поворотных столов длины (<4800 мм) с учетом имеющихся сечений кристаллизаторов машины непрерывного литья заготовок.

Кратность порезки 8×2 листов не дает превышения количества листов сверх требуемого в партии (48 листов =3 раската, разрезанные на 8 листов вдоль и 2 листа поперек) и является максимально возможной при соблюдении всех указанных ограничений. Соответственно и отвечает условиям максимальной производительности процесса прокатки.

Для указанного случая оптимальная масса сляба составит 24,575 т.

Сечения кристаллизаторов машины непрерывного литья заготовок в данном конкретном случае составляют возможные комбинации толщин 190, 250, 300 мм и ширин 1400, 1560, 1650, 1730, 1850, 2030, 2300, 2520, 2700 мм. Поскольку длина сляба не должна быть менее 2500 и более 4800 мм (ограничение, накладываемое конструкцией печи), подбирается такое поперечное сечение, которое обеспечивает требуемую массу сляба при соблюдении условий по его длине. Расчет показывает, что это могут быть слябы с размерами 300×2700×3880, 300×2520×4120, 300×2300×4560 и 250×2700×4660 мм. Исходя из условий обеспечения максимальной производительности, минимизации обрези и, как следствие, реального расходного коэффициента, выбирается сляб наибольшего поперечного сечения (300×2700×3845 мм), если к моменту прокатки данной партии не установлен кристаллизатор какого-либо другого из перечисленных размеров. Так как его замена является трудо- и материально затратным процессом.

Пример 4. Поступил заказ на изготовление партии листов общим весом 50 т и размером листов 21×2000×12000 мм. Исходя из геометрических размеров и удельного веса металла, определяем массу листа, которая в данном случае будет составлять 3,956 т. Учитывая допуск на величину заказа ±5%, вес готовой продукции может варьироваться от 47,5 до 52,5 т. Исходя из веса листов, вес партии с учетом необходимости получения только целого числа листов может составлять только 51,428 т. И соответственно, количество листов в партии будет составлять 13 шт.

Исходя из имеющихся ограничений по массе сляба, которая для сляба минимального размера 190×1400×2500 мм составляет 5,2 т, а для сляба максимального размера 300×2700×4800 мм - 30,4 т, а с учетом ограничения грузоподъемности кранов 30 т количество целых листов, получаемых из одного сляба, может составлять от 2 до 7 листов.

При этом при выборе кратности листов - целого количества листов, которое возможно получить разделением одного раската (сляба), необходимо учесть технологическое ограничение на рольганге стана, согласно которому длина раската не может превышать 52000 мм. Исходя из этого ограничения и длины заказанных листов, кратность по длине раската не может превышать 4 (4×12000=48000<52000 мм).

При этом должна учитываться и возможность того, что в данном случае возможна порезка раската вдоль, поскольку ширина заказанного листа 2000 мм, а рабочая длина бочки валка составляет 4800 мм. То есть кратность по ширине может составлять 2.

Для партии, состоящей из 13 листов, невозможна ни одна кратность. Производить один лист из одного сляба не представляется возможным, так как вес одного листа (3,956 т) меньше минимально допустимого веса сляба (5,2 т). Соответственно не удастся выполнить заказ без превышения числа листов в партии указанного объема.

Для партии, состоящей из 14 листов, возможной будет кратность 1×2, 2×1, где первая цифра показывает возможное количество листов в раскате в продольном направлении, а вторая - в поперечном. Для партии, состоящей из 15 листов, возможной будет кратность 3×1. Для партии, состоящей из 16 листов, возможной будет кратность 1×2, 2×1, 2×2, 4×1.

Для каждой из указанных кратностей определяется вес сляба при номинальном значении расходного коэффициента, равном 1,087. Полученные значения анализируются на условие допустимой грузоподъемности кранов (<30 т), а соответствующие этим значениям размеры слябов - на условия ограниченной конструкцией нагревательной печи и поворотных столов длины (<4800 мм) с учетом имеющихся сечений кристаллизаторов машины непрерывного литья заготовок.

Если склад готовой продукции позволяет хранить некоторое количество мерной продукции сверх требуемого количества до момента ее реализации, то оптимальным будет выбрать кратность порезки 2×2 (16 листов =4 раската, разрезанные на 2 листа вдоль и 2 листа поперек) и является максимально возможным при соблюдении всех указанных ограничений и отвечает условиям максимальной производительности процесса прокатки и минимального расходного коэффициента, хотя на 3 листа дает превышение количества листов сверх требуемого в партии.

Для указанного случая оптимальная масса сляба составит 17,2 т.

Вариант с 15 листами в партии и превышением производства необходимого количества листов в партии на 2 листа указанного размера имеет единственно возможную кратность порезки 3×1 (15 листов = 5 раскатов, разрезанные на 3 листа вдоль). В этом случае масса сляба составит 12,9 т. Однако такой вариант не является оптимальным ни по значению расходного коэффициента, ни по производительности процесса, в связи с отсутствием продольного раскроя листа.

Если минимальное превышение количества мерной продукции сверх требуемого - приоритетная задача в ущерб производительности и минимизации расходного коэффициента, как, к примеру, в нашем случае, то для партии, состоящей из 14 листов, выбирается кратность порезки 1×2 листов, которая соответствует меньшему машинному времени прокатки в сравнении с кратностью 2×1. Поэтому и следует выбирать сляб с массой, позволяющей получить раскат, удовлетворяющий этому условию. При этом реальная масса сляба должна учитывать расходный коэффициент, включающий потери металла на технологическую обрезь, отбор проб и угар.

Для указанного случая оптимальная масса сляба составит 8,6 т.

Сечения кристаллизаторов машины непрерывного литья заготовок в данном конкретном случае составляют возможные комбинации толщин 190, 250, 300 мм и ширин 1400, 1560, 1650, 1730, 1850, 2030, 2300, 2520, 2700 мм. Поскольку длина сляба не должна быть менее 2500 и более 4800 мм (ограничение, накладываемое конструкцией печи), подбирается такое поперечное сечение, которое обеспечивает требуемую массу сляба при соблюдении условий по его длине. Расчет показывает, что это могут быть слябы множества типоразмеров. Исходя из условий обеспечения максимальной производительности, минимизации обрези и, как следствие, реального расходного коэффициента, в данном случае кратности выбирается сляб предпочтительно с большей шириной, например 250×1730×2540, 190×1850×3130 мм. В условиях реального производства выбран будет сляб имеющегося на складе типоразмера или типоразмера кристаллизатора, установленного к моменту прокатки данной партии.

Способ изготовления партий горячекатаных листов с минимальными отходами при порезке раската, включающий получение слябов на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), их нагрев, прокатку и раскрой полученного раската на листы заданных размеров, при этом с учетом заданного веса партии в пределах допусков P-ΔP₁…P+ΔP₂, где ΔP₁ и ΔР₂ - отрицательный и положительный допуски на вес партии, предварительно определяют вес одного листа P₁ и соответствующее ему возможное количество листов n в партии, равное n=(P-ΔP₁)/P₁…(P+ΔP₂)/P₁, затем для каждого целого n определяют кратность порезки K_i=K₁·K₂, где K_i - количество листов, получаемых порезкой раската, производимого из полученного на МНЛЗ сляба, с учетом типоразмеров слябов, K₁ - допустимое число листов при порезке раската в поперечном направлении, а K₂ - допустимое число листов при порезке раската в продольном направлении, для каждого из полученных значений K_i определяют, исходя из условия возможной грузоподъемности кранов, допустимый вес сляба Р_{сляба i}=k_pacx·K_i·Р₁, где k_pacх=1,011…1,274 - расходный коэффициент, учитывающий технологические потери металла, затем при соблюдении условия минимального значения расходного коэффициента и минимального превышения количества мерных листов сверх требуемого количества в партии, с учетом технологических ограничений оборудования задают максимальную кратность порезки раската K_i=K_max и определяют удовлетворяющий этим условиям оптимальный вес сляба Р_{опт.сляба}=k_pacx·K_max·P₁, а слябы получают на МНЛЗ, которую оборудуют кристаллизатором, размеры поперечного сечения которого соответствуют условию получения слябов с оптимальным весом, равным Р_{опт.сляба}.