Розробка наукових основ формування та оцінки механічних властивостей сортопрокатних чавунних валків для підвищення їх зносостійкості

Abstract

UK: В дисертаційній роботі вирішена важлива науково-практична проблема підвищення зносостійкості сортопрокатних валків шляхом розробки і впровадження математичної моделі, основаної на оцінці їх механічних властивостей в залежності від хімічного складу, параметрів структури та факторів експлуатації. Для оцінки механічних властивостей чавунних прокатних валків реалізовані наступні етапи роботи: 1. Визначення робочої області багатопараметричної технології. 2. Визначення раніше невідомої частини робочої області багатопараметричної технології, що включає виявлення керованих змінних і їх чисельних значень, при яких обрані критерії поліпшуються. 3. Виявлення в робочій області області компромісу критеріїв якості. 4. Оцінка можливості застосування теорії мультифракталів для прогнозу механічних властивостей валків. Розроблено математичну модель прогнозу зносостійкості робочої зони бочок матеріалу валків, що основана на оцінці їх механічних властивостей з урахуванням хімічного складу, параметрів структури та факторів експлуатації. Очікуваний щорічний економічний ефект від впровадження методики прогнозу зносостійкості складає 720 тис. грн., а від впровадження методики прогнозу механічних властивостей – 355,2 тис. грн. за оцінками обсягу продукції, що випускається на ПАТ ДЗПВ.

RU: В диссертации решена важная научно-практическая проблема повышения износостойкости сортопрокатных валков путем разработки и внедрения математической модели, основанной на оценке их механических свойств в зависимости от химического состава, параметров структуры и факторов эксплуатации. Решение проблемы оценки механических свойств чугунных прокатных валков для повышения их износостойкости стало возможным благодаря реализации следующих этапов работы: 1. Определение рабочей области многопараметрической технологии. 2. Определение ранее неизвестной зоны рабочей области многопараметрической технологии, включающей выявление управляемых переменных и их численных значений, при которых выбранные критерии улучшаются. 3. Обнаружение в рабочей области области компромисса критериев качества. 4. Оценка возможности применения теории мультифракталов для прогноза механических свойств валков. Первый этап работы реализован с применением пассивного эксперимента для определения рабочей области механических свойств чугунных валков. Пассивный эксперимент, как правило, основывается на репрезентативном объеме статистической информации о предыстории работы данной технологии на протяжении длительного времени ее эксплуатации. Это позволяет получать уравнения, ставящие в соответствие критерии, по которым определяется работоспособность и эффективность данной технологии, и ее управляемые переменные. Для реализации второго этапа работы была разработана модификация активного эксперимента, которая позволяет провести эксперимент на реальном объекте в промышленных условиях. Поэтому, на втором этапе предлагается экспертам по данной технологии назначить ту зону рабочей области, в которой показатели качества целевого продукта, по их мнению, могут принимать субоптимальные значения. При этом матрица планирования активного эксперимента, которая представляет собой своеобразную базу данных, реализующую заданную ограничениями область значений функции цели. Первая часть, это строки матрицы планирования, в которых допускается проведение прямых экспериментов на реальном объекте. Вторая часть матрицы планирования это та часть, в которой прямые эксперименты проводить невозможно. Реализация этой части матрицы базируется на данных, получаемых путем эвристических процедур, которые, в данном случае, заключаются в том, что ранее назначенные эксперты, в указанных строках матрицы планирования дают численные оценки показателям качества целевого продукта, которые инициированы строками этой матрицы. Для достоверности полученных от экспертов результатов используются данные пассивного эксперимента. Третья часть матрицы планирования включает строки, в которых эксперты (по каким-либо причинам) не смогут сделать достоверную оценку показателей качества целевого продукта. В этом случае предлагается, для прогноза результатов, которые продиктованы соответствующими строками матрицы планирования, использовать существующие теоретические предпосылки и представления об исследуемой технологии, которые позволяют сделать необходимый прогноз механических свойств прокатных валков, как это показано в работе. В результате реализации активного эксперимента полученные уравнения позволяют определять механические свойства валков со стабильными показателями. На третьем этапе определена область с наиболее эффективным сочетанием свойств σВ, σИЗГ, KC и НSD рабочей зоны бочек валков исполнений СПХН, СШХН по определённым границам содержания компонентов химического состава и параметров структуры (их пределу). Его реализация позволяет устанавливать приоритет со стороны заказчика на конкретное механическое свойство валка, прогнозировать изменения технологического процесса и автоматически определять химический состав валка. Для валков исполнения СПХН эта область (область компромисса) ограничена следующими пределами: σВ 220 380 МПа, σИЗГ 390 840 МПа, КС 8 25 кДж/м2, НSD 40 70; валков – СШХН: σВ 240 460 МПа, σИЗГ 330 940 МПа, КС 9 33 кДж/м2, HSD 40 60 с учетом всего диапазона применяемых условий охлаждения в металлической форме. Дана рекомендация в действующие ТУ по наиболее эффективному сочетанию свойств σв, σизг, KC и НSD по определённым границам содержания компонентов (их пределу). На четвертом этапе с применением теории мультифракталов определены размерностные характеристики элементов структуры, что позволило их использовать в уравнениях прогноза качества валкового чугуна. Разработана математическая модель прогноза износостойкости рабочей зоны бочек материала валков, основанная на оценке их механических свойств с учетом химического состава, параметров структуры и факторов эксплуатации. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения данной методики составляет 720 тыс. грн.; от внедрения методики прогноза механических свойств – 355,2 тыс. грн по оценкам объема выпускаемой продукции на ПАО ДЗПВ.

EN: In this dissertation solved an important scientific and practical problem of improving the wear resistance of section rolling rolls through the development and implementation of a mathematical model based on an assessment of their mechanical properties, depending on the chemical composition, structure parameters and factors operating. To evaluate the mechanical properties of cast iron mill rolls has the following stages of work: 1. Determination of a multiparameter workspace technology. 2. Determination of a previously unknown zone workspace multiparameter technology including identification of the controlled variables, and their numerical values at which the selected criteria are improved. 3. Detection in the workspace area compromise the quality criteria. 4. Evaluation of the possibility of using multifractal theory for the prediction of the mechanical properties of the rolls. A mathematical model for prediction of wear resistance of the working area of drums roll material, based on an assessment of their mechanical properties, taking into account the chemical composition, structure parameters and operation factors. Expected annual economic effect of the introduction of this technique is 720 thousand UAH; from the introduction of the mechanical properties of the forecast methodology – 355,2 thousand UAH estimated production volume for PAO DZPV.