Повышение эффективности системы менеджмента качества применением карт бизнес-процессов в условиях реализации высоких технологий полосовой прокатки низколегированных сталей

Вид материала

Содержание

Общая характеристика работы
Цель и задачи исследования.
Научная новизна
Практическая значимость
Оао «ммк»
Реализация работы.
Апробация работы.
Структура и объем работы.
Содержание работы
В первой главе
Во второй главе
В третьей главе
В четвертой главе
Основное содержание работы опубликовано в работах
Гоу впо «мгту», 2009. с. 286–295.

Подобный материал:

На правах рукописи

Тимошенко Вадим Иванович

Повышение эффективности системы менеджмента качества
применением карт бизнес-процессов
в условиях реализации высоких технологий
полосовой прокатки низколегированных сталей

Специальность 05.02.23 – Стандартизация и управление
качеством продукции (металлургия)

Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Магнитогорск - 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор

Салганик Виктор Матвеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Чукин Михаил Витальевич

кандидат технических наук,

доцент

Корнилов Владимир Леонидович

Ведущая организация ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет», г. Челябинск

Защита состоится 30 июня 2009 г. в 15:00 на заседании диссертационного совета Д 212.111.05 при ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», 455000, г. Магнитогорск,
пр. Ленина, 38, МГТУ, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан 26 мая 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Полякова М.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Горячекатаные полосы из низколегированных сталей с размерами поперечного сечения (3 - 20) × (900 - 1830) мм, получаемые на широкополосных станах, в настоящее время являются наиболее перспективным видом продукции черной металлургии. Годовой объем их мирового производства составляет десятки миллионов тонн. Такой прокат широко используют в нефтегазовой отрасли для изготовления труб большого диаметра.

Эта продукция должна обладать особым качеством, то есть соответствовать сложному сочетанию потребительских свойств. Причем требования к ним постоянно повышаются как со стороны изготовителей, так и со стороны потребителей. Обобщенно можно указать, что металлопрокат для нефтегазовой отрасли должен обладать определенным комплексом прочностных, пластических и вязких свойств, не проявлять склонности к хрупкому и вязкому разрушению, а также иметь хорошую свариваемость, способность к гибке, правке и значительную коррозионную стойкость.

Применяемый для получения низколегированного проката с высокими потребительскими свойствами технологический процесс контролируемой горячей прокатки отличается сложностью и ключевым влиянием на достигаемые механические свойства готовой продукции, что предопределяет его отражение в системе менеджмента качества (СМК) металлургического предприятия.

Отсутствие в СМК достаточного информационного представления о технологии снижает ее результативность и информативность, что может отрицательно сказаться на качестве выпускаемой продукции. Таким образом, четко просматривается необходимость совершенствования СМК, применяемых на металлургических предприятиях, путем трансформации их структуры и ввода в явном виде в общие бизнес-процессы операции отслеживания технологической информации, ее оперативного анализа и коррекции.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является стабильное получение проката из низколегированных сталей высоких классов прочности для нефтегазовой отрасли на основе разработки и внедрения карт бизнес-процессов.

Указанная цель реализуется решением следующих задач:

построение нейросетевых моделей, описывающих взаимосвязь химического состава стали и технологических параметров контролируемой прокатки с показателями механических свойств готовой продукции;
моделирование влияния технологических параметров контролируемой прокатки на показатели качества проката из низколегированных сталей;
использование разработанных нейросетевых моделей для отыскания предпочтительных химической композиции низколегированной стали и технологии ее контролируемой горячей прокатки на широкополосном стане горячей прокатки (ШСГП) 2000 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»;
совершенствование структуры системы менеджмента качества металлургического предприятия применением карт бизнес-процессов.

Научная новизна заключается в следующем:

выработаны и адаптированы к условиям ШСГП 2000 ОАО «ММК» нейросетевые модели прогнозирования показателей качества (пределов текучести и прочности, относительного удлинения и ударной вязкости) проката из трубных марок стали, отличающиеся тем, что впервые подобные модели разработаны для получения широкополосного проката толщиной 14 – 16 мм;
разработан алгоритм оптимизации состава химической композиции трубной стали и температурных параметров процесса на основе нейросетевого моделирования, позволяющий максимизировать достигаемые механические свойства готовой продукции;
установлено влияние отклонения содержания в стали основных химических элементов на механические свойства готовой продукции, отличающееся сопоставлением и анализом этих отклонений с возможными компенсирующими воздействиями;
разработана классификация возможных отклонений основных элементов химического состава стали Х80 от требуемых диапазонов на компенсируемые, некомпенсируемые и частично компенсируемые, что предопределяет дальнейшие технологические воздействия.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

определены требуемые технологические параметры процесса прокатки трубной стали толщиной 14 – 16 мм, а также ее оптимальный химический состав;
разработана карта процесса контроля соблюдения технологии прокатки полос на ШСГП 2000 в ЛПЦ-10 ОАО «ММК»;
разработана карта бизнес-процесса получения низколегированного полосового проката на ШСГП 2000 горячей прокатки ЛПЦ-10
ОАО «ММК»;
разработана карта бизнес-процесса получения трубной заготовки категории прочности Х80 на ШСГП 2000 ОАО «ММК»;
разработана карта бизнес-процесса получения трубной заготовки категории прочности Х80, учитывающая корректирующие воздействия по возможным отклонениям химического состава трубной марки стали Х80 от заданных стандартами и техническими условиями диапазонов;
разработанные карты бизнес-процесса позволили повысить эффективность процесса производства трубной заготовки категории прочности Х80 за счет снижения уровня брака на 0,10% от годового производства ЛПЦ-10 ОАО «ММК» равного 5 млн. т металлопроката.

Реализация работы.

Карты бизнес-процесса получения горячекатаного металла на ШСГП 2000, обеспечивающие стабильное получение низколегированного проката, в частности, трубной заготовки категории прочности Х80, приняты к внедрению на ОАО «ММК».

Выполненные разработки позволили снизить на 0,10% случаи выпуска несоответствующей продукции вследствие нарушения технологии, что соответствует 5000 т металлопродукции в год.

Эффективность бизнес-процесса получения горячекатаного металла на ШСГП 2000 ОАО «ММК» повысилась на 0,10% за счет снижения уровня брака.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены и обсуждены на ряде научно-технических конференций, семинарах и симпозиумах различных уровней: ежегодных научно-технических конференциях ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» (2007, 2008 и 2009 гг.); международных научно-технических конференциях молодых специалистов ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (2008 и 2009 гг.); Втором международном промышленном форуме «Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении» (г. Челябинск, 2009 г.); Восьмой международной научно-технической конференции «Современные металлические материалы и технологии» (г. Санкт-Петербург, 2009 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ. Из них одна в рецензируемом научном журнале, определенном ВАК

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников и 6 приложений. Текст диссертации изложен на 126 страницах машинописного текста, иллюстрирован 41 рисунком, содержит 22 таблицы. Библиографический список включает 101 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, изложены цель и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе рассмотрен вопрос совершенствования структуры СМК металлургического предприятия путем включения в нее бизнес-процессов получения низколегированного полосового проката особого качества.

Низколегированный прокат особого качества можно разделить на две основные группы:

предназначенный для нефтегазовых трубных магистралей и характеризуемый следующим сочетанием диапазонов значений показателей механических свойств (первые два показателя – минимальные значения):
- предел текучести 410-510 Н/мм²;
- временное сопротивление разрыву 540-640 Н/мм²;
- относительное удлинение более 20-22 %;
- показатели ударной вязкости КСV^-20 ≥ 49-127 Дж/см²,
  КСU^-60 ≥ 49-69 Дж/см²;
- ИПГ^-20 (результаты испытания падающим грузом) ≥ 70-90;
предназначенный для автомобильной промышленности:
- стали пониженной прочности с временным сопротивлением разрыву менее 200 МПа и относительным удлинением 35-55%;
- высокопрочные стали с временным сопротивлением от 200 до 600 МПа и относительным удлинением 15-45%;
- ультравысокопрочные стали с временным сопротивлением разрыву от 600 до 1200 МПа и относительным удлинением 5-30%.

За последние 30-35 лет достигнут существенный прогресс в области совершенствования технологии получения низколегированного проката с требуемым сложным сочетанием механических свойств. Это обусловлено, во-первых, эффективной трансформацией получаемой микроструктуры металла путем постепенного снижения содержания углерода до 0,07%, микролегирования ниобием, титаном и молибденом. А, во-вторых, осуществлением контролируемой прокатки, которая фактически представляет собой совмещение во времени и пространстве пластического формоизменения полосы с ее термической обработкой. Важной особенностью такого способа обработки является строгая регламентация и соблюдение технологических режимов – деформационного, температурно-скоростного и режима охлаждения проката. В ОАО «ММК» такая прокатка может быть осуществлена, в частности, на ШСГП 2000.

Производство горячекатаных полос на этом стане согласно документации СМК ОАО «ММК», которая разработана, задокументирована, внедрена и поддерживается в рабочем состоянии в соответствии с требованиями ИСО 9001:2000 и ИСО/ТУ 16949:2002, является процессом второго уровня.

Было установлено, что идентификация и регламентация бизнес-процессов является неотъемлемой частью совершенствования СМК, которое проводится с целью повышения ее эффективности и делает возможным получение эксклюзивной металлопродукции, в частности трубной заготовки класса прочности Х80.

На основании проведенного анализа была сформулирована цель работы и поставлены конкретные задачи для ее достижения.

Во второй главе выполнено прогнозирование достигаемого уровня механических свойств проката толщиной 14,0 – 16,0 мм для условий
ШСГП 2000 ОАО «ММК» на основе нейросетевого моделирования (рис. 1).

Рис. 1. Система сбора и обработки данных на ШСГП 2000 ОАО «ММК»

Выбраны входные параметры для прогнозирования механических свойств сталей трубных марок с учетом особенностей ШСГП 2000. При создании информационного массива в выборку входили результаты разрушающих испытаний следующих трубных марок сталей, прокатанных на стане 2000: 05Г1Б, 10Г2ФБ, 12Г2СБ, 13Г1С-У, 17Г1С, 17Г1СА-У, 17Г1С-У, 20, A36-2, B-API 5L, S235JR, S235JR(M), S275JR, S355J2, S355J2G4, S355JR, S355JR(M), SAE 1008, St 37-2, St 44-2, St 52-3, X42(M), X52, X56, X65, X70. При этом представительность выборки обеспечивали за счет максимального охвата возможных диапазонов изменения технологических факторов. В состав выборки вошли 3538 плавок сталей трубных марок, прокатанных на стане горячей прокатки в период с 2000 по 2008 годы.

На основании проведенных исследований для прогнозирования механических свойств трубных марок сталей были выбраны пять нейронных сетей на основе многослойного персептрона и определены их структуры. Принятые входные и выходные параметры представлены в табл. 1.

Таблица 1

Параметры нейронной сети

Входной параметр	Выходной параметр
1. Конечная толщина проката h_к 2. Содержание химических элементов: C, Si, Mn, S, P, Cr, Ni, Cu, Al, Mo, Ti, V, Nb 3. Температура конца прокатки T_кп 4. Температура смотки T_см	1. Предел текучести 2. Временное сопротивление разрыву 3. Относительное удлинение 4. Ударная вязкость: а) при температуре минус 40°С б) при температуре 0°С

Диапазоны изменения входных параметров нейронной сети были следующими: конечная толщина проката h_к (14,0-16,0 мм), С (0,05-0,22%),
Si (0,01-0,57%), Mn (0,25-1,70%), S (0,002-0,025%), P (0,005-0,028%),
Cr (0,008-0,170%), Ni (0,01-0,23%), Cu (0,02-0,22%), Al (0,020-0,068%),
Ti (0,001-0,028%), Mo (0,002-0,205%), V (0,001-0,097%), Nb (0,001-0,095%), температура конца прокатки T_кп (730-880⁰С), температура смотки T_см (500-700⁰С).

Для обучения выбранных искусственных нейронных сетей был применен алгоритм обратного распространения. Это позволило выбрать нейронные сети с минимальными значениями ошибок. Структуры нейронных сетей содержат по 18 входных нейронов, от 6 до 24 – в скрытом слое и по 1 выходному нейрону.

Выполненное тестирование показало адекватность разработанных нейросетевых моделей исходным данным и их способность прогнозировать механические свойства проката. Тестовые значения коэффициента корреляции составили: для предела текучести – 0,962, для временного сопротивления разрыву – 0,968, для относительного удлинения – 0,896, для ударной вязкости KCU^-40 – 0,889, для ударной вязкости KCV⁰ – 0,819.

Таким образом, на первом этапе работы были построены искусственные нейронные сети, которые позволили по известным входным параметрам прогнозировать показатели механических свойств готовой металлопродукции, а также выполнена проверка адекватности этих моделей.

В третьей главе рассмотрен вопрос разработки химической композиции микролегированной трубной стали категории прочности Х80 по стандарту API 5L и технологии ее производства в условиях ШСГП 2000
ОАО «ММК». С этой целью была выполнена постановка задачи многокритериальной оптимизации технологии контролируемой прокатки и химических композиций трубных марок стали, а также разработана методика их поиска. Данная методика основана на применении искусственных разработанных нейронных сетей.

При постановке задачи многокритериальной оптимизации критериями оптимальности являлись показатели механических свойств проката: предел текучести _T, временное сопротивление разрыву _B, относительное удлинение ₅, ударная вязкость KCU^-40 и KCV⁰.

С использованием метода приближения к идеальному решению, основанному на сведении задачи многокритериальной оптимизации к задаче однокритериальной оптимизации, был получен критерий оптимальности механических свойств трубного проката в виде:

при следующих ограничениях:

,

где

– функции от содержания химических элементов в стали и технологических параметров процесса прокатки;

– максимальные значения показателей механических свойств (идеальные решения);

– минимальные значения показателей механических свойств;

– минимально допустимые значения механических свойств в соответствии с требованиями нормативной документации.

На рис.2 представлена блок-схема алгоритма расчета оптимального сочетания химического состава трубной стали и технологических параметров контролируемой прокатки.

Эта блок-схема включает следующие блоки: ввод исходных данных, построение матрицы планирования, применение нейронных сетей для расчета механических свойств проката, анализ и вывод результатов. В соответствии с алгоритмом расчет проводили в следующей последовательности:

1) задавали начальные диапазоны варьирования входных параметров (h_к, C; Si; Mn; S; P; Cr; Ni; Cu; Al; Mo; V; Ti; Nb; Т_кп; Т_см); под начальными диапазонами понимаются те диапазоны, на которых обучена нейронная сеть;

2) все выбранные диапазоны разбивали на равное число интервалов. Необходимым и достаточным является разбиение начальных диапазонов на 3 равных интервала. Задавали минимально допустимый шаг варьирования ∆_j;

Рис. 2. Блок-схема алгоритма поиска технологических режимов контролируемой прокатки и химических композиций трубных сталей
с экстремальными механическими свойствами

3) в соответствии со стандартом API 5L принимали следующие ограничения для механических свойств проката категории прочности Х80: минимальный предел текучести _Tmin = 552 МПа; минимальное временное сопротивление разрыву _В_min = 621 МПа; минимально допустимое относительное удлинение ₅ = 20%; ограничивали отношение предела текучести к временному сопротивлению разрыву: _T/_B ≤ 0,9; задавали ограничения по суммарному содержанию ниобия, ванадия и титана: Nb+V+Ti ≤ 0,15%; ограничивали углеродный эквивалент P_cm ≤ 0,25%;

4) составляли матрицу планирования в соответствии с полным факторным планом вида 4¹⁵;

5) на основе разработанных нейросетевых моделей для каждого возможного сочетания входных параметров (химического состава, температурных режимов) рассчитывали значения механических свойств проката;

6) если в варьируемых диапазонах входных параметров ограничения не выполнялись, то уменьшали эти диапазоны до тех пор, пока ограничения были бы выполнены. Если варьируемые диапазоны становились меньше минимально допустимых, то в указанных диапазонах решений нет. Под минимально допустимыми понимаются такие диапазоны, дальнейшее уменьшение которых не позволит получить их в реальных производственных условиях.

Таким образом, с использованием разработанного алгоритма был найден оптимальный химический состав трубной стали с композицией легирования С-Mn-Cr-Ni-Cu-V-Nb (табл. 2 – 3).

Таблица 2

Химический состав полученной стали категории прочности Х80

C	Si	Mn	Al	Cr	Ni	Cu	V	Nb	S	P	Mo	Ti
									Не более
0,06-0,08	0,10-0,20	1,6-1,7	0,02-0,04	0,10-0,17	0,15-0,22	0,02-0,10	0,07-0,08	0,06-0,07	0,005	0,015	0,002	0,005

Полученные значения показателей механических свойств позволяют отнести данную сталь к категории прочности Х80 по стандарту API 5L. При этом для найденной стали были получены температурные режимы. Для трубного проката толщиной 14 – 16 мм температуры конца прокатки и смотки должны составлять 750 – 790⁰С и 550 – 590⁰С соответственно.

Таблица 3

Получаемые показатели механических свойств

Предел текучести _т, МПа	Временное сопротивление разрыву _в, МПа	Относительное удлинение ₅, %	Ударная вязкость KCU^-40, Дж/см²	Ударная вязкость KCV⁰, Дж/см²
552-590	657-694	23,6-26,2	236-264	372-410

Возможности повышения качества проката во многом определяются наличием достоверной информации о степени влияния на него основных технологических факторов. Существующие в металлургических процессах возмущающие воздействия (колебания химического состава стали в пределах одной марки, колебания температурных режимов прокатки и др.) приводят к изменению механических свойств. В связи с этим представляет интерес исследование влияния на механические свойства готовой продукции возможных отклонений химического состава стали Х80 от заданных диапазонов. С этой целью был выполнен анализ возможных отклонений массовой доли основных химических элементов в стали Х80 от требуемых диапазонов (см. табл. 2).

В результате исследования было установлено, что отклонения содержаний основных химических элементов в стали Х80 от требуемых диапазонов в некоторых случаях можно компенсировать изменением температурных режимов прокатки, а в некоторых – нет. В связи с этим была предложена следующая классификация:

1) допустимые отклонения массовой доли химических элементов в стали, не требующие компенсации изменением температуры конца прокатки. К ним относятся содержание углерода, хрома, меди;

2) допустимые и компенсируемые отклонения (всегда частично): содержание кремния, серы, фосфора, никеля;

3) недопустимые и некомпенсируемые отклонения: содержание ванадия, ниобия.

Отклонения содержания в стали углерода в диапазоне (0,05 – 0,06%) и (0,08 – 0,095%), хрома (0,008 – 0,10%) и меди (0,10 – 0,20%) являются допустимыми, не требующими компенсации изменением температурных режимов; механические свойства при этом не выходят за допустимые пределы.

Отклонения содержания в стали кремния в диапазоне (0,20 – 0,25%), серы (0,005 – 0,010%), фосфора (0,015 – 0,020%), никеля (0,13 – 0,15%) являются допустимыми, но требующими компенсации снижением температуры конца прокатки до 730 – 750⁰С. Любые отклонения за пределами указанных диапазонов являются недопустимыми и некомпенсируемыми.

Любые отклонения содержания в стали ванадия и ниобия являются недопустимыми и некомпенсируемыми. При содержании в стали ванадия менее 0,07% и ниобия менее 0,06% механические свойства не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к стали категории прочности Х80 по стандарту API 5L.

Таким образом, была разработана методика поиска химических композиций трубных сталей с заданными механическими свойствами. На основе этой методики была найдена химическая композиция трубной стали категории прочности Х80 по стандарту API 5L, а также определены температурные параметры процесса прокатки этой стали.

В четвертой главе приводится описание разработанных карт бизнес-процесса получения горячекатаного проката на ШСГП 2000 ОАО «ММК».

Было установлено, что идентификация и применение бизнес-процессов различного уровня на металлургическом предприятии позволяет обеспечить точечное наблюдение и тщательный контроль качества технологического процесса на всех этапах его реализации, а, следовательно, и обеспечивает достижение необходимого качества готовой продукции.

Для этой цели на предприятиях с помощью специальных редакторов создаются карты бизнес-процессов (создание карт процессов является обязательным условием при построении СМК), которые описывают, каким образом должны быть обработаны те или иные данные, и какие контрольные параметры с точки зрения СМК можно извлекать на той или иной стадии производства. В виде карт представляются не все процессы, протекающие на предприятии, а только те, которые создают какой-либо готовый продукт, обладающий ценностью для потребителя. В данной работе рассматривалось производство трубной заготовки категории прочности Х80. Такой прокат обладает сочетанием следующих механических свойств: предел текучести σ_Т 552 – 590 МПа, временное сопротивление разрыву σ_В 657 – 694 МПа, относительное удлинение δ₅ 23,6 – 26,2 %, показатели ударной вязкости KCU^-40 236 – 264 Дж/см² и KCV⁰ 372 – 410 Дж/см².

Этот уровень свойств можно получить только путем безукоризненного соблюдения технологического процесса, чему способствует применение карты процесса контроля соблюдения технологии прокатки полос на ШСГП 2000 в ЛПЦ-10, представленной на рис. 3. Таким образом, карты становятся активным инструментом развития технологии и должны быть включены в документацию СМК металлургической компании, что позволит эффективно управлять ею и получать эксклюзивную продукцию.

Карта бизнес-процесса получения трубной заготовки категории прочности Х80, учитывающая корректирующие действия, приведена на рис. 4.

Чтобы оправдать материальные, трудовые и временные затраты на создание подобного рода документации необходимо доказать эффективность проделанной работы. К показателям эффективности совершенствования и документирования бизнес-процессов относятся:

сокращение времени на принятие управленческих решений;
сокращение сроков оборачиваемости оборотных средств;
сокращение стоимости бизнес-процесса;
улучшения качества продукции;
экономический эффект; рентабельность; снижение трудозатрат на осуществление бизнес-процесса и др.

Рис. 3 Карта процесса контроля соблюдения технологии прокатки полос
на ШСГП 2000 в ЛПЦ-10 ОАО «ММК»

Рис. 4 Карта бизнес-процесса получения трубной заготовки категории прочности Х80, учитывающая корректирующие действия

В результате проделанной работы было достигнуто существенное повышение эффективности действующего бизнес-процесса производства низколегированного горячекатаного проката высоких классов прочности. Так, за счет применения карт бизнес-процесса, которые наглядно и доступно отображают процесс производства, значения всех параметров, необходимых для соблюдения технологии, а также корректирующие воздействия, проводимые в случае возникновения отклонения от заявленных параметров производства, сокращается время на принятие управленческих решений.

Показатели качества продукции значительно улучшились, доказательством чего служит возможность получения на широкополосном стане горячей прокатки 2000 ОАО «ММК» трубной заготовки класса прочности Х80, отвечающей сложному сочетанию потребительских требований – высоких прочностных характеристик при хорошей пластичности металла.

Кроме того, разработанные карты бизнес-процесса позволяют получать стабильно качественную металлопродукцию для нефтегазовой отрасли путем осуществления контролируемой прокатки.

Таким образом, можно сделать вывод, что проделанная работа позволит повысить эффективность системы и обеспечит условия стабильного получения конкурентоспособной металлопродукции высокого качества.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Установлено, что для повышения эффективности СМК металлургических предприятий в нее необходимо включать в виде соответствующих карт информацию о режимах операций технологических процессов производства готовой продукции, характеризующиеся, масштабностью, сложностью управления, большой материало- и капиталоемкостью, сложностью сортамента и многостадийностью производства.
Выбраны и адаптированы к условиям ШСГП 2000 ОАО «ММК» нейросетевые модели прогнозирования механических свойств проката из трубных марок стали толщиной 14-16 мм. Для каждого из пяти выходных параметров – предела текучести, временного сопротивления разрыву, относительного удлинения и показателей ударной вязкости – построена собственная нейросетевая модель на основе многослойного персептрона.

Выполненное тестирование показало адекватность моделей исходным данным и их способность прогнозировать механические свойства проката. Тестовые значения коэффициента корреляции для предела текучести составил 0,962, для предела прочности – 0,968, для относительного удлинения – 0,896, для ударной вязкости KCU^-40 – 0,889, для ударной вязкости KCV⁰ – 0,819.

Разработан алгоритм оптимизации химической композиции трубной стали и температурных параметров процесса на основе нейросетевого моделирования, позволяющий максимизировать значения показателей качества готового металлопроката.

С использованием разработанного алгоритма найден оптимальный химический состав трубной стали, легированной Cr-Ni-Cu-V-Nb, а также найдены требуемые температурные параметры процесса прокатки. Для трубного проката толщиной 14–16 мм температуры конца прокатки и смотки должны составлять 750 – 790⁰С и 550 – 590⁰С, соответственно.

Показано, что производство на ШСГП 2000 трубной заготовки из стали найденной композиции по предложенным температурным режимам позволит получить следующие значения показателей качества: предел текучести – 552-590 МПа; временное сопротивление разрыву – 657-694 МПа; относительное удлинение – 23,6-26,2%; значения ударной вязкости KCU^-40 и KCV⁰ – 236-264 и 372-410 Дж/см² соответственно. Такие значения показателей механических свойств позволяют отнести данную сталь к категории прочности Х80 по стандарту API 5L.
Выполнен анализ возможных отклонений массовой доли основных химических элементов в стали Х80 от требуемых диапазонов:
C (0,06 – 0,08%), Si (0,10 – 0,20%), S (≤0,005%), P (≤0,015%), Cr (0,10 –0,17%), Ni (0,15 – 0,22%), Cu (0,02 – 0,10%), V (0,07 – 0,08%), Nb (0,06 –0,07%). При этом они классифицированы на:

допустимые, не требующие компенсации - отклонения содержания в стали углерода в диапазонах (0,05 – 0,06% и 0,08 – 0,095%), хрома (0,008 – 0,10%) и меди (0,10 – 0,20%); механические свойства при этом не выходят за допустимые пределы;
допустимые, компенсируемые путем снижения температуры конца прокатки до 730 – 750 ⁰С - отклонения содержания в стали кремния в диапазоне (0,20 – 0,25%), серы (0,005 – 0,010%), фосфора (0,015 – 0,020%), никеля (0,13 – 0,15%);
недопустимые, некомпенсируемые - любые отклонения содержания в стали ванадия и ниобия.

Разработан комплект карт бизнес-процесса производства полос на ШСГП 2000 ОАО «ММК», обеспечивающий стабильное получение низколегированного проката, в частности, трубной заготовки категории прочности Х80:

карта бизнес-процесса контроля соблюдения технологии прокатки полос на ШСГП 2000 в ЛПЦ-10 ОАО «ММК»;
карта бизнес-процесса получения низколегированного полосового проката на ШСГП 2000 ЛПЦ-10;
карта бизнес-процесса получения трубной заготовки категории прочности Х80;
карта бизнес-процесса получения трубной заготовки категории прочности Х80, учитывающая корректирующие действия.

Установлено, что внедрение разработанных карт бизнес-процесса получения горячекатаного металла позволило повысить его эффективность за счет снижения уровня брака на 0,10% от годового производства ЛПЦ-10 равного 5 млн. т металлопроката, а также получить на ШСГП 2000 ОАО «ММК» эксклюзивную продукцию – трубную заготовку класса прочности Х80.

Основное содержание работы опубликовано в работах:

Системы менеджмента качества в металлургии и необходимость их совершенствования / Тимошенко В.И., Салганик В.М., Песин А.М., Леднева Г.А. // Процессы и оборудование металлургического производства: межрегионал. сб. науч. тр. / ГОУ ВПО «МГТУ»; [под ред. С.И. Платова]. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. Вып. 8. С. 300–309.
Разработка эффективных режимов широкополосной горячей прокатки полос толщиной более 16 мм на стане 2000 ОАО «ММК» /
Салганик В.М., Песин А.М., Денисов С.В., Чикишев Д.Н.,
Пустовойтов Д.О., Тимошенко В.И. // Процессы и оборудование металлургического производства: межрегионал. сб. науч. тр. /
ГОУ ВПО «МГТУ»; [под ред. С.И. Платова]. Магнитогорск:
ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. Вып. 9. С. 105 – 113.
Разработка нейросетевой модели влияния химического состава стали и технологических параметров процесса широкополосной горячей прокатки на механические свойства трубной заготовки / Салганик В.М., Песин А.М., Курбан В.В., Чикишев Д.Н., Тимошенко В.И.,
Пустовойтов Д.О. // Процессы и оборудование металлургического производства: межрегионал. сб. науч. тр. / ГОУ ВПО «МГТУ»; [под ред. С.И. Платова]. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. Вып. 9.
С. 120 – 127.
Разработка композиций химического состава и технологии широкополосной прокатки микролегированных трубных сталей категории прочности Х80 / Салганик В.М., Песин А.М., Тимошенко В.И., Титов А.В., Денисов С.В. // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2009. №2. С. 59–64. (рецензируемое издание, рекомендованное ВАК)
Тимошенко В.И., Курбан В.В. Разработка методики поиска композиций химического состава микролегированных сталей с заданными механическими свойствами // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: межрегионал. сб. науч. тр. / ГОУ ВПО «МГТУ»; [под ред. В.М. Салганика]. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009.
С. 224–232.
Разработка композиций химического состава микролегированных сталей с механическими свойствами по API 5L / Салганик В.М.,
Песин А.М., Курбан В.В., Пустовойтов Д.О., Тимошенко В.И.,
Тарасов В.А. // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: межрегионал. сб. науч. тр. / ГОУ ВПО «МГТУ»; [под ред. В.М. Салганика]. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009.
С. 233–239.
Тимошенко В.И., Леднева Г.А. Повышение эффективности системы менеджмента качества с применением карт бизнес-процессов в условиях металлургической компании // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: межрегионал. сб. науч. тр. /
ГОУ ВПО «МГТУ»; [под ред. В.М. Салганика]. Магнитогорск:
ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. С. 286–295.
Повышение эффективности управления качеством в металлургии / Салганик В.М., Песин А.М., Тимошенко В.И., Леднева Г.А., Рязанова Е.А. // Современные металлические материалы и технологии: труды международ. научно-технической конференции. СПб.: СПбГПУ, 2009.
С. 243–247.
Разработка композиций химического состава и технологии широкополосной прокатки низколегированных трубных сталей новых марок для получения продукции с уникальным сочетанием потребительских свойств / Тимошенко В.И., Салганик В.М., Песин А.М., Денисов С.В., Курбан В.В., Чикишев Д.Н., Пустовойтов Д.О., Леднева Г.А., Виер И.И., Тарасов В.А. // Современные металлические материалы и технологии: труды международ. научно-технической конференции. СПб.: СПбГПУ, 2009. С. 248–252.

Blog

Содержание