Анализ современных направлений повышения эффективности процесса непрерывной разливки стали

Введение

Важнейшей проблемой, стоящей перед отечественной металлургией, является повышение эффективности производства и коренное улучшение качества выпускаемой металлопродукции. В области непрерывной разливки стали это, прежде всего, создание современных конкурентоспособных МНЛЗ, расширение типоразмерного и марочного сортамента непрерывнолитой заготовки, по форме и профилю близкой к конечной продукции и обеспечение гарантированного качества металла при наименьших затратах по переделу. Разработка комплекса мер по реализации поставленной задачи требует решения широкого спектра вопросов, включающих в себя исследование роли и регламентацию характеристик процесса во всем значимом диапазоне изменения конструктивных и технологических параметров МНЛЗ. На базе всестороннего исследования влияния технологических и конструктивных параметров процесса на его эффективность необходимо разработать комплексный базовый регламент производства бездефектной непрерывнолитой заготовки, обеспечивающий воспроизводимость достигаемых результатов в условиях различных комбинаций параметров. Системная регламентация конструктивных и технологических факторов процесса, исследование их взаимосвязи и ранжирование допустимых диапазонов изменения позволит создавать конкурентоспособные МНЛЗ на базе обоснованных технологических заданий (ТЛЗ) на их проектирование и строительство, а также разработать типовую технологическую инструкцию на промышленную реализацию технологии получения непрерывнолитой заготовки заданного качества.
Процесс создания современных конкурентоспособных МНЛЗ требует постоянного совершенствования методов прогноза получаемых результатов и теоретического анализа эффективности принимаемых технологических и технических решений. Прорыв в области разработки передовых технологий и конструктивных решений в непрерывной разливке невозможен без математического моделирования процесса на базе современных средств вычислительной техники.
За последние годы на ряде отечественных и зарубежных УНРС введен контроль качества литых заготовок, позволяющий в ряде случаев приблизиться к
созданию систем управления качеством. Как правило, автоматизированный контроль направлен на своевременное выявление дефектов поверхности и реже на определение дефектов макроструктуры. Поверхностные и внутренние-дефекты возникают в непрерывнолитых слитках по целому ряду причин, которые нередко комбинируются и усиливают взаимодействие друг друга. Часть таких причин связана с недостатками в работе УНРС: износ и механическая несоосность оборудования, неадекватная конусность кристаллизатора и т.д. В то время как другие причины связаны с особенностями химического состава разливаемых сталей, их прочностныими и пластическими характеристиками или теплофизическими условиями затвердевания слитков. Для исключения возможности образования дефектов, обусловленных характером работы УНРС, требуется анализ влияния металлургических факторов на качество непрерывнолитых слитков. Последнее не может быть реализовано без существенного совершенствования методов и средств, позволяющих в автоматическом режиме получать, накапливать и обрабатывать информацию о влиянии технологических параметров процесса непрерывной разливки стали на качество непрерывнолитых заготовок и готовой продукции.
Одним из важнейших современных направлений развития и совершенствования непрерывной разливки стали является установление непосредственной связи между УНРС и станами горячей прокатки путем «горячего посада» или «прямой прокатки», что позволяет существенно сократить расход энергии, а длительность цикла производства при «горячем посаде» сократить ~ в 3 раза, а при «прямой прокатке» ~ в 10 раз. Однако на настоящее время не существует такой технологии, которая гарантировала бы получение достаточно высококачественных заготовок. Практическая реализация «горячего посада» или «прямой прокатки» возможна только при условии оснащения УНРС автоматизированной системой контроля качества непрерывнолитых заготовок, способной в режиме реального времени без дополнительной проверки и обработки определять в горячем слитке наличие дефектов, недопустимых для дальнейшей прокатки.
Существует два основных подхода к созданию автоматизированной системы контроля качества заготовок. Первый подход связан с созданием аппаратурных дефектоскопов, способных определять наличие дефектов в заготовке при
температурах поверхности порядка 800-1000°С, а второй базируется на использовании математических моделей, устанавливающих взаимосвязи между параметрами процесса разливки, характеризующими условия формирования заготовки и бальными оценками дефектов. Эти подходы не исключают друг друга, совместное их использование в практике непрерывной разливки значительно повысит ее эффективность. Особое внимание уделено второму подходу, ввиду появления в последние годы совершенно новых методов решения многофакторных задач, называемых системами искусственного интеллекта или нейронными сетями. Они находят успешное применение в самых различных областях - бизнесе, медицине, технике, геологии, физике и т.д. Нейронные сети вошли в практику везде, где нужно решать задачи прогнозирования, классификации или управления. Нейронные сети применимы практически в любом многофакторном процессе, когда существует причинно-следственная связь между переменными-предикторами (входами) и прогнозируемыми переменными (выходами), даже если эта связь имеет очень сложную природу, которую обычно трудно выразить в терминах корреляций и разли