Алгоритмы проектирования параметров и режимов работы оборудования листопрокатных цехов


В. С. Зайцев








АЛГОРИТМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ЛИСТОПРОКАТНЫХ ЦЕХОВ




3-е издание


Допущено учебно-методическим объединением по образованию в области металлургии в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений













Москва Вологда «Инфра-Инженерия»

2021

УДК 621.771.23
ББК 34.621
      3-17



Рецензенты:
кафедра пластической деформации специальных сплавов Московского института стали и сплавов (технологического университета), заведующий кафедрой д-р техн. наук, проф. А. В. Зиновьев;
д-р техн. наук, проф. Р. Л. Шаталов
(Московский государственный открытый университет)







      Зайцев, В. С.
3-17     Алгоритмы проектирования параметров и режимов работы обору      дования листопрокатных цехов : учебное пособие / В. С. Зайцев. -3-е изд. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 704 с. : ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-0555-3

      Предложены алгоритмы и даны примеры проектирования на заданную программу параметров станов и агрегатов листопрокатных цехов основных типов, а также режимов обработки металла на станах и агрегатах известных параметров. Изложены подходы к экономическому обоснованию проектных решений и эскизному проектированию оборудования главной линии листопрокатной клети.
      Для студентов, аспирантов и преподавателей металлургических и машиностроительных направлений подготовки, а также специалистов металлургических фирм.

УДК 621.771.23
ББК 34.621







ISBN 978-5-9729-0555-3

  © Зайцев В. С., 2021
  © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
                         © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список алгоритмов...................................................6

Предисловие.........................................................8

1. Прокатное производство как объект проектирования................11
    1.1  Общая характеристика прокатного производства..............11
        1.1.1. Технический уровень и качество продукции............11
        1.1.2. Листовой прокат.....................................13
        1.1.3. Прокатный цех как производственная система..........17
        1.1.4. Движение и потери металла в прокатном цехе..........21
        1.1.5. Время работы, производительность и пропускная способность оборудования .....................29
    1.2. Некоторые вопросы теории прокатки и теории машин..........34
        1.2.1. Температура металла при горячей прокатке............34
        1.2.2. Сопротивление металла деформации....................37
        1.2.3. Цикл работы и пропускная способность оборудования...39
        1.2.4. Возможности электродвигателей...........................43
         1.2.5. Изменение скорости, мощности и крутящего момента в кинематической линии машины.............................47
        1.2.6. Нагрузки в прокатных клетях и связанные с ними явления..53
         1.2.7. Тахограмма, нагрузочная диаграмма и их использование для расчёта пропускной способности машины.................61
        1.2.8. Допускаемые режимы прокатки и допускаемые нагрузки.....................................67
        1.2.9. Распределение обжатий при прокатке..................74
    1.3. Задачи проектирования прокатных цехов, прокатного оборудования и технологии прокатки.........................................82
        1.3.1. Сортамент, состав и загрузка оборудования цеха..........82
        1.3.2. Постановка задачи проектирования оборудования.
              Выбор параметров технического уровня и расчётных профилей.................................91
        1.3.3. Размеры валков......................................94
         1.3.4. Расчёт предельных свободных режимов и пропускной способности обрабатывающих машин.............97
         1.3.5. Совместное проектирование параметров главных приводов и свободных режимов работы машин.........................102
         1.3.6. Проектирование параметров машин, работающих в регламентированных либо связанных режимах .............109
        1.3.7. Картина скоростей в непрерывных станах и группах клетей.113
        1.3.8. Моталки и разматыватели............................116
        1.3.9. Склады металла.....................................122
        1.3.10. Замечания о планировке цеха при учебном проектировании.131

2.  Толстолистовые реверсивные станы..............................135
    2.1. Характеристика оборудования и технологии толстолистовой реверсивной прокатки.........................................135


3

         2.1.1. Область применения и параметры станов..............135
         2.1.2. Особенности технологии.............................140
     2.2. Одноклетевые станы.......................................148
         2.2.1. Проектирование параметров стана....................148
         2.2.2. Фабрикация слябов..................................167
         2.2.3. Расчёт режимов контролируемой и традиционной прокатки.173
         2.2.4. Параметры прокатки в клети с вертикальными валками....206
         2.2.5. Термическая обработка и отделка листа..............209
     2.3. Двухклетевые станы.......................................217
         2.3.1. Проектирование параметров..........................217
         2.3.2. Расчёт режимов прокатки............................222

3.  Широкополосные станы горячей прокатки..........................245
     3.1. Современное состояние....................................245
     3.2. Проектирование параметров оборудования...................254
         3.2.1. Чистовая группа....................................257
         3.2.2. Уборочная группа...................................273
         3.2.3. Черновая группа....................................282
     3.3. Расчёт режимов прокатки..................................298
         3.3.1. Чистовая группа....................................298
         3.3.2. Черновая группа....................................332

4.  Станы холодной прокатки........................................359
     4.1. Непрерывные станы........................................356
         4.1.1. Проектирование параметров стана....................359
         4.1.2. Расчёт режимов прокатки............................379
         4.1.3. Особенности расчётов для жестепрокатных станов.....410
     4.2. Реверсивные станы........................................435
         4.2.1. Проектирование параметров стана....................438
         4.2.2. Расчёт режимов прокатки ...........................447
        4.2.3. Особенности расчётов для двухклетевых реверсивных станов........................468
     4.3. Дрессировочные станы ....................................472

5.  Другие станы и агрегаты........................................487
     5.1. Станы Стеккеля...........................................487
         5.1.1. Черновая клеть.....................................488
         5.1.2. Чистовая клеть.....................................495
     5.2. Прокатные группы литейно-прокатных агрегатов.............520
         5.2.1. Расчёт параметров группы...........................522
         5.2.2. Расчёт режима прокатки.............................530
     5.3. Методические нагревательные печи ........................545
         5.3.1. Теория расчёта параметров печей и режимов нагрева..546
        5.3.2. Проектирование параметров печей для широкополосного стана..................................552
         5.3.3. Проектирование режимов нагрева слябов..............555
         5.3.4. Печи для толстолистовых станов.....................560
     5.4. Отделение отжига рулонов в колпаковых печах..............563


4

    5.5. Агрегаты непрерывной подготовки и отделки металла.......570
        5.5.1. Непрерывные травильные агрегаты...................570
        5.5.2. Агрегаты непрерывного отжига и нанесения постоянных покрытий...........................576
        5.5.3. Агрегаты продольной и поперечной резки............583

6.  Экономическая оценка проектных решений........................601
    6.1. Срок эксплуатации, продолжительность строительства, капитальные вложения и штаты персонала.......................601
    6.2. Затраты ресурсов и услуг и себестоимость продукции......603
        6.2.1. Калькуляция себестоимости проката.................603
        6.2.2. Сортовые калькуляции..............................610
    6.3. Экономическая эффективность проекта.....................611
        6.3.1. Окупаемость капитальных вложений в новый цех......611
        6.3.2. Эффективность модернизации действующего цеха......614
        6.3.3. Сравнительная эффективность капитальных вложений..616
    6.4. Алгоритмы экономической оценки учебных проектов.........618

ПРИЛОЖЕНИЕ А
Расчёт и конструирование главной линии прокатной кпети............634
    А1. Исходные данные...........................................635
        А1.1. Основные параметры и размеры........................635
         А1.2. Производственная программа и режимы работы клети Расчётные нагрузки..................................637
        А1.3. Картина частот вращения валов, крутящих моментов кинематической линии клети...............................640
    А2. Проектирование клети.....................................641
        А2.1. Узел валков........................................642
        А2.2. Устройства для установки валков....................653
        А2.3. Узел станин........................................660
        А2.4. Установка клети....................................664
        А2.5. Напряжения в деталях клети и их деформации.........664
        А2.6. Нагрузки, допускаемые клетью.......................669
    А3. Проектирование главного привода клети....................670
        А3.1. Шпиндельное соединение.............................670
        А3.2. Сдвоенный редуктор и шестерённая клеть.............675
        А3.3. Зубчатые муфты.....................................682
        А3.4. Главные двигатели..................................684
    А4. Установка линии..........................................685
        А4.1. Общая компоновка...................................685
        А4.2. Исследование динамических характеристик линии......689
    А5. Список обозначений, использованных в Приложении...........694

СПИСОК ЦИТИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ...................................696


5

      СПИСОК АЛГОРИТМОВ

      1. Загрузка оборудования цеха производственной программой......85
      2. Определение пропускной способности машины при свободных режимах работы...................................99
      3. Совместное проектирование параметров и свободных режимов работы машины.............................106
      4. Проектирование складов металла.............................126
      5. Проектирование одноклетевого толстолистового стана.........154
           Применение алгоритма 5 для проектирования параметров черновой клети стана Стеккеля............................488
      6. Фабрикация слябов для толстолистового стана................169
      7. Проектирование режима для одноклетевго стана на примере низкотемпературной контролируемой прокатки.........174
           Применение алгоритма 7 для проектирования режима традиционной прокатки на одноклетевом стане..............197
           Применение алгоритма 7 для проектирования режима прокатки в черновой клети стана Стеккеля..........................489
      8. Расчёт мощности двигателя и параметров прокатки в клети с вертикальными валками........................................207
      9. Проектирование параметров оборудования и режимов горячей правки, охлаждения и термической обработки толстого листа..............211
      10. Проектирование толстолистового двухклетевого стана........219
      11. Проектирование режима высокотемпературной контролируемой прокатки на двухклетевом стане.................222
      12. Проектирование параметров чистовой группы ШСГП............261
      13. Проектирование параметров отводящего рольганга и моталок...274
      14. Проектирование параметров черновой группы ШСГП............287
      15. Проектирование режимов прокатки в чистовой группе ШСГП.....305
      16. Проектирование режимов прокатки в черновой группе ШСГП.....334
      17. Проектирование параметров непрерывного стана холодной прокатки..............................................363
           Применение алгоритма 17 для проектирования жестепрокатного стана....................................413
      18. Проектирование режима для непрерывного стана холодной прокатки........................................385
           Применение алгоритма 18 для проектирования режима прокатки на жестепрокатном стане..................................425
      19. Проектирование параметров одноклетевого реверсивного стана холодной прокатки..............................................438
      20. Проектирование режима прокатки на одноклетевом реверсивном стане..............................447
           Применение алгоритма 20 для двухклетевого реверсивного стана.......................................468
      21. Проектирование дрессировочного стана......................473
      22. Проектирование режима дрессировки.........................479
      23. Проектирование параметров чистовой клети и моталок стана Стеккеля......................................496

6

     24.  Проектирование режима прокатки в чистовой клети стана Стеккеля................................502
     25.  Проектирование непрерывной группы клетей ЛПК..............522
     26.  Проектирование режима для прокатной группы ЛПК............530
     27.  Проектирование параметров нагревательных печей............552
     28.  Проектирование режимов нагрева слябов.....................555
     29.  Проектирование отделения колпаковых печей.................566
     30.  Проектирование непрерывного травильного агрегата..........572
     31.  Проектирование агрегата непрерывного отжига...............577
           Применение алгоритма 31 для проектирования агрегата непрерывного горячего цинкования.........................580
     32.  Проектирование агрегата продольной резки толстых полос....584
           Применение алгоритма 32 для проектирования агрегата продольной резки тонких полос ...........................593
     33.  Проектирование агрегата поперечной резки..................595
     34.  Экономическая оценка проекта нового цеха..................618
     35.  Экономическая оценка проектов модернизации цеха...........627

7

   ПРЕДИСЛОВИЕ


     Технический прогресс в прокатном производстве предполагает непрерывное освоение новых видов продукции, а при необходимости и создание новых производственных мощностей. Ведущая роль в этом процессе принадлежит инженерам-проектировщикам прокатных цехов, прокатного оборудования и технологии прокатки. Проектирование - это процесс, заключающийся в многократном преобразовании начального описания объекта, содержащегося в задании на проектирование, в конечное, достаточное для его реализации. Соответственно проект - это комплекс документов, фиксирующий принятые проектные решения на разных стадиях разработки. Только завершающая стадия проекта принимается к исполнению, более ранние стадии содержат идеи, предложения и их обоснование, и в этом от них не должен отличаться учебный проект. Проектирование - высокоинтеллектуальный и дорогостоящий процесс: затраты на проектирование и авторское сопровождение промышленного строительства в передовых индустриальных странах достигают 14 - 16 % от полных капитальных вложений.
     Технологическая часть проекта промышленного объекта определяет состав и параметры обрабатывающего оборудования, а проект технологии производства продукции - параметры режимов её обработки. Если состав оборудования прокатного цеха диктуется, главным образом, сортаментом, то параметры оборудования зависят от режимов обработки проката и поэтому достоверно могут быть определены только совместно с режимами. Выполнение технологической части проектов прокатных цехов, технологических заданий на разработку других частей проекта и прокатного оборудования, а также проектирование режимов прокатки как раз и составляет область собственно инженерной деятельности прокатчиков-технологов.
     Книга даёт возможность даже начинающему специалисту рассчитать режимы обработки продукции на станах и агрегатах листопрокатных цехов, а также оценить необходимые параметры оборудования при его проектировании или закупке. Эти режимы и параметры не только приемлемы, но во многих случаях и оптимальны по тем или иным критериям. Однако решение инженерных задач никогда не бывает единственным и, следовательно, с помощью предлагаемых или иных методов могут быть найдены другие режимы и параметры, удовлетворяющие и этим, и не рассмотренным здесь критериям, возможно, более важным в каких-то обстоятельствах.
     В книге, в общем, сохранены принципы, впервые сформулированные в учебнике [1], только в отличие от него большая часть результатов здесь достигается последовательными приближениями, что как раз отвечает содержащемуся в определении проектирования положению о многократном улучшении на каждом шаге ранее полученных решений.
     Книга содержит большое количество обширных примеров, названных алгоритмами, перечень которых дан после оглавления. В большинстве это алгоритмы проектирования параметров станов, агрегатов, участков прокатных цехов и алгоритмы проектирования режимов обработки металла. Алгоритмы

8

первого вида предусматривают выбор показателей технического уровня объекта проектирования по аналогии с хорошо работающими или перспективными образцами и расчёт их параметров назначения, исходя из заданной производственной программы. Алгоритмы второго вида предполагают все параметры оборудования известными и доказывают возможность обработки на нём расчётных профилей. Все алгоритмы построены с заранее оговоренными допущениями, которые при необходимости могут быть сняты или заменены новыми. Некоторые алгоритмы, к примеру, фабрикации слябов для толстолистового стана или проектирования параметров черновой группы клетей широкополосного стана в значительной мере универсальны и потому достаточно сложны, но отбросив ненужные для решаемой задачи условия, пользователь всегда сможет их упростить. В большинстве алгоритмов для станов и агрегатов с рулонным способом производства в качестве исходных приняты слябы и рулоны относительной массой 20 т/м, но при необходимости не следует упускать из виду, что на самом деле относительная масса рулона убывает от передела к переделу. Все расчёты сделаны для прокатных клетей и другого оборудования с приводом от двигателей постоянного тока с двухзонным регулированием скорости и приемлемы для машин с регулируемыми двигателями переменного тока лишь в меру соответствия условий их службы. В Приложении А дан алгоритм элементарного проектного расчёта и конструирования механического оборудования главной линии листопрокатной клети.
     Режимы прокатки на спроектированных станах иногда заметно отличаются от закладываемых в проектные алгоритмы, а иногда после проведения проверочных расчётов нуждаются в корректировке и предсказанные параметры станов. Это значит, что предлагаемые здесь алгоритмы проектирования могут и должны быть улучшены, и пользователь всегда может либо согласиться с ними, либо заменить другими, хотя магистральным путём для профессионалов может быть только полное совмещение проектирования параметров оборудования и режимов обработки. Тем не менее, некоторые совмещённые алгоритмы, опубликованные нами ранее, оказались неоправданно громоздкими и потому здесь не приводятся и не комментируются.
     Книга в большей мере претендует на демонстрацию подходов, методов расчёта, а не на их результаты. Точность получаемых результатов не обсуждается, по крайней мере, они достоверны лишь постольку, поскольку достоверны заложенные в расчёт модели. Они не могут быть также точнее использованных исходных данных, в частности, всегда надо считаться с тем, что сопротивление металла деформации или коэффициенты трения при горячей и холодной прокатке, как утверждают авторы [2, с. 159], не только установлены с некоторой погрешностью, но по своей природе являются неопределёнными. Никуда не уйти от тех реальностей, что сопротивление деформации (1 ± 0,1)о^ может быть равновероятным [2, с. 153], а условный предел текучести наклёпанной изотропной электротехнической стали разных плавок даже в пределах одной группы легирования может изменяться более чем на 230 МПа [3, с. 62]. На эти обстоятельства первостепенной важности для автоматизированного управления прокатными станами можно просто не обращать внимания при проектировании.

9

     Для стимулирования разработки и отладки пользователями собственных машинных программ все вычисления иллюстрируются подстановкой данных в расчётные формулы, которые, как правило, дублируются вместе с номерами, под которыми они были введены ранее. Результаты расчётов даны по машинным распечаткам и при ручной проверке из-за промежуточных округлений могут не выдерживаться во всех значащих цифрах, большое число которых сохранено для удобства отладки. Представляя расчёты в проектах, следует сохранять лишь такое количество значащих цифр, которое оправдано точностью использованных математических моделей и измерительных приборов. Там, где решения достигаются последовательными приближениями, подстановкой в расчётные формулы иллюстрируется одно из них, первое для одного из профилей или проходов и последнее во внутренних циклах итераций по сплющенной дуге контакта металла с валками. Для всех профилей и проходов результаты как первого, так и последнего приближений приводятся в выводах. Нетрудно убедиться, что удовлетворительные решения можно получать уже в первых приближениях, если в качестве исходных брать данные, близкие к получаемым здесь в последних.
     Все физические величины представлены в единицах системы СИ за исключением температуры, измеряемой в °С, и удельного расхода энергии, для которого принят кВт-ч/т. Коэффициент согласования единиц измерения физических величин с иногда включается в формулы явно, и это подчёркивает необходимость использования в расчётах по этим формулам только строго определённых единиц, но чаще его значения, особенно кратные 10, появляются только в подстановках. Целая часть аргумента х везде обозначена как Е(х), от фр. entier - целый.
     Основная цель книги - показать взаимосвязанные замкнутые подходы к разработке параметров оборудования и режимов обработки металла в листопрокатных цехах. Демонстрируя вычислительные процедуры, книга предполагает вдумчивое отношение пользователя к её материалам. Все расчётные формулы должны быть подвергнуты тщательному анализу: какие физические величины в них входят? в каких единицах они измеряются? каковы коэффициенты согласования единиц измерения? почему использована именно эта расчётная формула и нет ли ей альтернативных, более адекватно учитывающих взаимосвязь существенных факторов? все ли существенные факторы учтены и нет ли возможности заменить формулу более полной?
     В книге мало ссылок на публикации последних лет в общедоступных периодических изданиях. Список цитированных источников в основном состоит из книг, изданных 40 - 60 лет назад, многие из которых давно стали библиографической редкостью, и хотя бы часть этого наследия мы надеемся сохранить и передать новому поколению инженеров-прокатчиков.

10

1. ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО КАК ОБЪЕКТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ



    1.1. Общая характеристика прокатного производства


     1.1.1. Технический уровень и качество продукции [4]

     Многообразие продукции материального производства характеризует табл. 1, в отличие от первоисточника дополненная группой 6. Нетрудно видеть, что продукция каждой следующей группы создаётся на базе предыдущих.


Таблица 1. Классификация продукции материального производства

             Класс 1. Продукция,                             Класс 2. Продукция,               
         расходуемая при потреблении              расходующая при эксплуатации свой ресурс     
   Группа 1        Группа 2         Группа 3       Группа 4       Группа 5        Группа 6    
     Сырьё        Материалы,       Расходные     Неремонтируе-  Ремонтируемые      Объекты    
  и природные      продукты,        изделия       мые изделия      изделия      капитального  
    топлива         энергия                                                     строительства 
Руды металлов,   Прокат чёрных       Жидкое      Электроваку-   Промышленное    Гражданские и 
   нерудные      и цветных ме-      топливо      умные и полу-  оборудование,   промышленные  
  ископаемые,   таллов, химиче-    в бочках,     проводниковые  транспортные   здания с технотвёрдое, жидкое ские продукты,  газы в баллонах,   приборы,    средства, сред-   логическим   
и газообразное   искусственные      провода,       крепёжные   ства автомати-  оборудованием, 
    топливо      строительные    кабели, канаты    изделия,    зации и систем    сооружения,  
                  материалы,       в катушках     подшипники     управления     коммуникации  
                электроэнергия                      качения                                   

     Продукция каждого вида характеризуется множеством свойств, то есть объективных особенностей, проявляющаяся при её создании, потреблении или эксплуатации. Свойства, характеризующие продукцию при изготовлении, называются технологическими, а при использовании продукции первого или второго класса соответственно потребительскими или эксплуатационными. Количественную или качественную характеристику свойств объекта называют признаком, при этом количественные признаки называют параметрами. Значения параметров, установленные нормативно-технической документацией, называют номинальными.
     Совокупность свойств, обусловливающих пригодность продукции удовлетворять тем или иным потребностям в соответствии с её назначением, определяет качество продукции. Говорят, что качество продукции закладывается. при проектировании, воспроизводится при изготовлении, сохраняется при транспортировке и хранении и реализуется при потреблении или эксплуатации. Потеря качества при эксплуатации объектов 5 и 6 групп компенсируется его восстановлением при ремонтах.
     Уровень качества - это относительная характеристика объекта, основанная на сравнении показателей его качества с базовым образцом, представляющим собой некоторую специально подобранную совокупность показателей ка

11

чества. На стадии проектирования за базовые принимают реально достижимые перспективные требования к соответствующей продукции, на стадии изготовления - требования, содержащиеся в национальных стандартах, или показатели продукции, наиболее эффективной в применении. Базовый образец устанавливают по показателям группы продукции аналогичной по назначению и условиям использования, характеризуемой одинаковой с оцениваемой продукцией номенклатурой показателей качества, методами определения их значений и единицами измерения. Параметры правильно выбранного базового образца не должны отличаться от оцениваемого более чем на 10-20 %.
     Постановка продукции на производство всегда сопровождается технологической подготовкой, которая для продукции второго класса непременно предваряется проектно-конструкторской. Уровень качества, закладываемый при проектировании объекта, называют его техническим уровнем.

     Показатели качества и технического уровня, продукции
     Признаки продукции, относящиеся к свойствам, определяющим её качество, называются показателями качества. Если они относятся к одному из свойств, их называют единичными, в противном случае - комплексными. Номенклатура показателей качества продукции чрезвычайно обширна и подразделяется на такие группы, как показатели назначения, технического уровня и экономической эффективности.
     Показатели назначения характеризуют свойства, определяющие основные функции, для выполнения которых предназначена продукция и которые обусловливают область её применения. Для производственного оборудования это размеры инструмента, нагрузочная способность, мощность, скорость выполнения операций, для металлопроката - размеры, прочность, пластичность, свариваемость и др. Один-два количественных показателя этой группы, наиболее полно характеризующих служебное назначение объекта, определяют как основные параметры. Так, основными параметрами проката являются его номинальные размеры, листопрокатного стана - номинальная длина бочки валков, электродвигателя номинальные мощность и частота вращения.
     Показатели технического уровня (уровня качества) характеризуют степень совершенства объекта на всех стадиях его жизненного цикла. В эту наиболее представительную группу входят достигнутые и перспективные уровни показателей назначения, показатели использования сырья и энергии, а также показатели надёжности, безопасности, технологичности, стабильности, транспортабельности, эргономические, экологические и др.
     Среди показателей экономической эффективности назовём себестоимость и рентабельность продукции, а также её лимитную цену.
     Оценка уровня качества и технического уровня продукции
     Известны дифференциальный, комплексный и смешанный методы оценки уровня качества или технического уровня продукции.
     При дифференциальном методе находят относительные показатели качества оцениваемой продукции по k-тому признаку у,, k = 1, q, в сравнении с ба
12

зовым образцом. Поскольку с увеличением одних показателей (кпд) качество продукции растёт, а других (расход энергии) уменьшается, для установления относительных показателей используется та из двух формул, при расчёте по которой возросшему качеству отвечает их увеличение:

sk   Sk / S6k,   sk   S6k / Sk,

(1)

где Sk и S₆k - значения показателя качества оцениваемой продукции и базового образца. Если задан предел Sₙk, верхний для показателей, которые стремят

ся минимизировать, а нижний - максимизировать, относительный показатель

вычисляют по формуле

sk =

Sk S nk
S6k — S nk

(2)

Если все Sk > 1, уровень оцениваемой продукции не ниже базового, если все Sk < 1, - не выше. Если часть показателей превышает единицу, а другая не достигает её, то следует применить комплексный или смешанный метод.



Пример 1. Оценка уровня качества продукции
Пусть заданы два показателя качества оцениваемого и базового устройства. S и S₆

         k           S  S6  s   Sn  s 
1. Удельная мощность 10 8  1,25 6  2,0
2. Материалоёмкость  15 18 1,20 20 2,5

       Тогда относительные показатели качества оцениваемой продукции в сравнении с базовым образцом будут s 1 = 10 / 8 = 1,25, а s 2= 18 / 15 = 1,20 (1).
       Если кроме того заданы предельные значения удельной мощности и материалоёмко-10-6                     15-20
сти S„, то s 1 =-----2,0 и s2 =--------2,5 (2).
     п ¹       8 - 6        ² 18 - 20
       Уровень качества оцениваемого образца по обоим показателям выше базового, поскольку все относительные показатели качества (выделены) превышают единицу.

     Комплексный метод основан на применении обобщённых показателей качества, являющихся некоторой комбинацией единичных, таких, как главный, отражающий основное назначение продукции, интегральный или средний взвешенный. Для проката и прокатного оборудования такие показатели пока не определены. Смешанный метод используют при большом количестве единичных показателей, когда для оценки выбирают важнейшие из них в сочетании с одним из обобщённых.

     1.1.2. Листовой прокат

     Классификация и основные параметры
     Прокат чёрных металлов производится из сталей различных групп: углеродистых обыкновенного качества, качественных конструкционных, низколегиро

13

ванных, легированных. Он подразделяется на виды, отличающиеся технологическими и потребительскими свойствами, объёмом и содержанием обработки, состоянием поставки. Продукцией цехов с толстолистовыми станами 2800 - 5000 является лист в пачках. Цехи с широкополосными станами горячей и холодной прокатки 700 - 2500 кроме листа в пачках производят широкие рулоны с обрезанной или необрезанной кромкой и распущенные продольной резкой узкие рулоны в связках. На широкополосных станах горячей прокатки также получают подкат для холодной прокатки в рулонах с необрезанными кромками.
     Лист - это прокат толщиной 0,18 - 50 мм и более при ширине в 20 - 2000 превосходящей толщину. Лист толщиной до 4 мм называют тонким, свыше 4 мм - толстым. Листы толщиной более 50 мм называют также плитами. Если длина листа в 10 - 20 раз превышает ширину, его называют полосой, а узкую тонкую, главным образом, резаную полосу - лентой. Заготовкой для плит обычно являются слитки штучной разливки, для листов и полос - непрерывнолитые или катаные слябы.
     Часть готового горячекатаного проката поставляют в термически обработанном или травленом состоянии, а холоднокатаный - в отожжённом или нагартованном, с металлическими и (или) неметаллическими покрытиями. Из различных сталей и сплавов производят также многослойный лист.
     Параметрами листов, полос и слябов являются их номинальные размеры - толщина h, ширина b и длина l, - а также масса

G = h b lp = F lp = gbb,

(3)

где p и F - плотность и площадь сечения металла,
      gb = G / b - относительная масса сляба или рулона, т/м, при этом длина

сляба или полосы в рулоне

l = G- = g phb ph

(4)

      Плотность в холодном состоянии кипящей низкоуглеродистой стали в слитках штучной разливки 6,90, спокойной 7,30 [5, с. 49], в непрерывнолитых слябах 7,40 т/м³ [6, с. 260]. Плотность в холодном состоянии катаных слябов и готовой продукции из углеродистых и низколегированных сталей в расчётах будем считать равной 7,80 - 7,85 т/м³. Наибольшая плотность деформированного углеродистого металла непрерывной разливки достигается при 5 - 6-, а легированного при 8 - 10-кратной вытяжке [7].
      Что же происходит с размерами и плотностью металла при горячей прокатке? Коэффициент линейного расширения железа при нагреве составляет 13 -10“⁶ град⁻¹, значит «горячие» размеры металла при температуре, положим, 1000ОС в (1 + 13-10⁻⁶-1000) = 1,013 раза превышают «холодные». Объём металла при этом увеличивается в 1,013³ = 1,03 95 раза, а плотность уменьшается в той же пропорции. Поставить размеры и плотность металла в зависимость от температуры в каждом проходе горячей прокатки не представляет труда, но от этого расчёты, не приобретая итоговой точности, станут лишь более громоздкими. Поэтому в книге все расчёты горячей прокатки ведутся в номинальных

14

«холодных» размерах при «горячей» плотности металла 7,575 т/м³. Это значит, что при остывании проката все полученные расчётом размеры уменьшатся примерно в 1,013 раза. При этом толщина продукта никогда не выйдет за пределы минусового допуска по ГОСТ 19903 - 74, а чтобы этого не произошло также и с его шириной и длиной, предусмотрены повышенные нормы боковой и концевой обрези, оговоренные ниже в комментариях к формуле (27). Нетрудно показать, что при таком подходе действительные потери металла, характеризуемые расходным коэффициентом за вычетом единицы, по сравнению с расчётными уменьшаются на треть или около того.


     Многослойный прокат и прокат с постоянными покрытиями
     В многослойном прокате толщины hk и массы Gk слоёв соизмеримы, k — 1, q, и в сумме дают толщину hо и массу G0" продукта, так что

q
h о— E hk, k—1

q

q

Gо ⁻ hоblPo⁻ blEPkhk— EGk.

k-1

k-1

Тогда средняя плотность композита в объёме продукта будет 1 Л 1 Л
P0 —ТмЕ Gk —~tE Pkhk, h0 bl k—1      h0 k—1
а массовая доля каждого компонента композита

(5)

(6)

ek =

Gk _ Pkhk

G₀   р0 h 0

q
Eek — 1.
k—1

(7)

      Продукцию с постоянными металлическими или неметаллическими покрытиями поставляют по номинальной толщине металла-основы h, не принимая во внимание много меньшую толщину покрытий Sk, k — 1, q, исчисляемую в мкм. В то же время массу продукта определяют взвешиванием, учитывая таким образом и массу покрытия. Считая плотность стальной основы равной 7,80 - 7,85 т/м³, для материалов наиболее распространённых покрытий будем принимать, т/м³:

Al - 2,7, Pb -              11,3,    
Zn - 7,1, поливинилхлорид - 1,4,     
Cr - 7,2, полиэтилен -      1,0,     
Sn - 7,3, лаки, краски -    1,2 -1,6.

      Кроме толщины и объёмной плотности материала, покрытия характеризуют также поверхностной плотностью в г/м²,

mk — PkSk, при этом массовая доля покрытий может быть оценена по формулам ek — —P¹S’—, iek+eo ■ 1, cPoh+E PkSk k—¹ k—1
где h — номинальная толщина металла-основы и продукта, мм;
      с —10³ мкм/мм - коэффициент согласования единиц толщины;

(8)

(9)

15