ВходРегистрацияО проектеFAQКонтакты
  
Внедрение наукоёмкой модели экономики преследует цель увеличить до 70 процентов долю несырьевой продукции в казахстанском экспортном потенциале. Создание новых высокотехнологических отраслей экономики потребует роста финансирования науки до уровня не ниже 3 процентов от ВВП.
Доступ к мировым информационным ресурсам: Thomson Reuters, Science AAAS, Oxford University Press и др.
Стратегия "Казахстан-2050"
"Наша молодежь должна учиться, овладевать новыми знаниями, обретать новейшие навыки,
умело, и эффективно использовать знания и технологии в повседневной жизни"
Н.А. Назарбаев
УВАЖАЕМЫЕ ПОСЕТИТЕЛИ! В диссертационном зале
АО «НЦНТИ» открыт доступ к Электронной библиотеке
диссертаций Российской государственной библиотеки

(ЭБД РГБ).  Предоставляются услуги просмотра полного текста диссертации или автореферата и их распечатка.
Также предоставляется доступ к  зарубежным базам данных:
1.Web of knowledge (THOMSON REUTERS)
2.Science Direct
3.eLibrary.ru
Телефон для справок: 378-05-58
 
Видео заседаний и интервью председателей ННС
 
Карта науки Республики Казахстан
Интерактивная
Карта Казахстана
Бесплатный доступ к базам данных
Погода и курсы валют
Информационный сервер xFRK: валютные баннеры для Вашего сайта
Коллекция трудов казахстанских ученых
Квалиметрическая оценка качества холоднокатаной продукции
Тематика: 

УДК 621.771.23

КВАЛИМЕТРИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ ПРОДУКЦИИ

Найзабеков А.Б., Талмазан В.А., Евтушенко И.Ю.,

Мантуров К.В., Ержанов А.С.

г.Темиртау, РГП «Карагандинский Государственный Индустриальный Университет», АО «АрселорМиттал Темиртау»

Качество холоднокатаных листов определяют ряд показателей: геометрические параметры, комплекс механических свойств, состояние поверхности, химический состав и др. При этом различные показатели качества измеряются различными физическими величинами. Кроме того, многообразие требований, предъявляемых к качеству проката, диктует необходимость достижения оптимальных показателей путем управления процессом производства при использовании качества в виде критерия оптимизации. Следовательно, для управления качеством проката необходимы показатели, комплексно учитывающие изменение качества при управляющих воздействиях на параметры процесса производства.

Основные принципы количественной оценки качества позволяют определить комплексные критерии, которые обобщенно учитывают показатели качества, изложенные в стандартах, и необходимы для совершенствования технологических процессов прокатки.

Задача разработки комплексного критерия качества проката может быть решена на основе принципов квалиметрии, которые можно представить в следующем виде: 1) качество продукции есть иерархическая совокупность свойств, обусловленных потребителем, причем наиболее общие свойства располагаются на нижних уровнях по отношению к менее общим; 2) для каждого отдельного свойства и качества в целом по измеренным значениям вычисляются оценки качества; 3) свойства делятся на простые и комплексные; для каждого простого свойства по измеренным значениям путем сравнения с некоторыми эталонами вычисляются дифференциальная оценка; 4) дифференциальные оценки определяются таким образом, что разные по своей природе и измеренные разными физическими величинами свойства можно было сравнивать между собой, т.е. приводятся к одной шкале; 5) комплексная оценка вычисляется по дифференциальным с использованием определенных зависимостей и с учетом весомости (важности) свойств [1].

Применительно к металлопродукции для подавляющего большинства объектов квалиметрии дерево показателей свойств качества, как правило, располагаются на трех иерархических уровнях. На верхнем уровне (i=2) располагаются нормированные показатели Rij простых свойств rij, имеющие коэффициенты весомости aij, где i – номер уровня, j – номер свойства. При этом должны выполняться условия:

; , (1)

где lij – показатели ненормированных весомостей, устанавливаемых

экспертным способом для подмножества простых свойств rij.

Второй иерархический уровень свойств (i=1) отведен дифференциальным показателям сложных свойств kij=F(Rij) с коэффициентами весомостей . Для данного иерархического уровня должны выполняться условия:

; ; . (2)

Для показателей, расположенных на нулевом иерархическом уровне (i=0), комплексный показатель качества K0 определяется суммированием дифференциальных показателей:

. (3)

Процедуру нормирования откликов rij с целью установления соответствующих искомых дифференциальных оценок для параметра Rij(rij) можно выполнить, используя следующее соотношение:

, (4)

где rij – натуральное значение квалиметрической оценки, полученное

по данным измерений;

Rij – нормированное значение квалиметрической оценки;

Ak – эмпирические константы (k=1…6).

Константы А1А6 определяются по эмпирическим соотношениям:

(5)

где – среднее арифметическое значение показателя ri;

S – среднее квадратическое отклонение значения показателя ri;

a1 и a2 – эмпирические коэффициенты;

sN – эмпирическое среднее квадратичное отклонение;

N – количество экспериментальных значений.

Эмпирические коэффициенты a1 и a2, а также параметр sN определяются из соотношений:

(6)

(7)

Значения эмпирических коэффициентов a, b, c и d для разных объемов выборки представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Значения эмпирических коэффициентов

N

a

b

c

d

0<N£40

0,490

0,0144

0,725

0,1134

40<N£80

0,473

0,0192

0,862

0,0757

80<N£150

0,504

0,0121

0,923

0,0616

Для вычисления параметра Y при выполнении условия Ak>Ak+1, используются следующие соотношения:

(8)

Для случая Ak<Ak+1 необходимо использовать соотношения:

(9)

При этом для интервалов [A2, A3), [A3, A4], (A4, A5] для зависимостей (9) остаются справедливыми соотношения (8).

С использованием указанного подхода оценили качество холоднокатаного листа, производимого в ЛПЦ-2 АО «АрселорМиттал Темиртау».

В качестве функции отклика выбрали Y – количество металла, отсортированного по дефектам «наколы», % от заданного в производство металла.

В качестве единичных показателей, по которым определялся комплексный критерий качества, рассматривались:

Х1 = C – содержание углерода в стали, %;

Х2 = Si – содержание кремния в стали, %;

Х3 = Mn – содержание марганца в стали, %;

Х4 = S – содержание серы в стали, %;

Х5 = P – содержание фосфора в стали, %;

Х6 = Cr – содержание хрома в стали, %;

Х7 = Ni – содержание никеля в стали, %;

Х8 = Cu – содержание меди в стали, %;

Х9 = N – содержание азота в стали, %;

Х10 = Al – содержание алюминия в стали, %;

Х11 = σВ – предел прочности стали, МПа;

Х12 = δ – относительное удлинение стали, %;

Х13 = εΣ – суммарное относительное обжатие на стане 1700 холодной

прокатки, %;

Х14 = В – ширина листа, мм.

Проведена статистическая обработка данных по качеству листа. Использована выборка объемом 79 плавок.

После отсева грубых ошибок с использованием методик, изложенных в работе [2], при уровне значимости α=0,001, для каждого из параметров были определены математическое ожидание mX, дисперсия S2, среднее квадратическое отклонение S, ассиметрия A и эксцесс E распределений (таблица 2).

Таблица 2 – Параметры распределений признаков

Показатели

Параметры

mX

S2

S

А

Е

Y

0,882

0,797

0,893

1,313

0,399

Х1

0,594

5,7·10-5

0,008

0,288

-0,658

Х2

0,024

0,001

0,026

1,710

1,294

Х3

0,322

0,007

0,082

0,930

0,301

Х4

0,159

0,001

0,035

-0,0598

-0,719

Х5

0,168

0,003

0,054

0,590

-0,434

Х6

0,015

2,8·10-5

0,005

0,141

-1,395

Х7

0,029

2,5·10-5

0,005

-0,225

0,991

Х8

0,053

8,4·10-5

0,009

0,468

0,459

Х9

0,044

4,5·10-5

0,007

0,824

1,464

Х10

0,047

4,0·10-5

0,006

0,539

-0,177

Х11

335,329

213,429

14,609

-0,170

-0,873

Х12

37,671

7,275

2,697

0,541

-0,254

Х13

67,002

53,081

7,286

-0,737

-0,923

Х14

1129,190

16333,690

127,803

-0,005

-1,825

Выявлены законы распределений исследуемых признаков. Установлено, что распределение признаков Х6 = Cr; Х7 = Ni и Х14 = В согласуются с экспоненциальным законом, близким к нормальному закону. Остальные признаки подчиняются нормальному закону распределения, что установлено с помощью критерия Пирсона [3] при уровне значимости α=0,01 ( =21,7 > =17,3).

Рассчитали коэффициенты парной корреляции, которые приведены в таблице 3. Статистическую значимость коэффициентов определили с доверительной вероятностью 0,95 по критерию Стьюдента [4]. В таблице 3 статистически значимые коэффициенты выделены жирным шрифтом. Они показывают, что статистически значимое влияние на отсортировку холоднокатаного листа по дефекту «наколы» оказывают содержание в стали никеля, относительное удлинение и ширина листа.

Таблица 3 – Коэффициенты парной корреляции

Y

Х1

Х2

Х3

Х4

Х5

Х6

Х7

-0,159

0,036

-0,014

-0,102

-0,032

-0,085

-0,268

Y

Х8

Х9

Х10

Х11

Х12

Х13

Х14

-0,086

-0,103

0,030

-0,146

0,278

-0,106

0,379

Рис. 1. Гистограмма распределения относительного удлинения

В таблице 4 представлен фрагмент выборки.


Таблица 4 – Фрагмент выборки

№ плавки

Y

Х1

Х2

Х3

Х4

Х5

Х6

Х7

1

0,085

0,070

0,010

0,280

0,210

0,210

0,020

0,030

2

0,223

0,060

0,010

0,270

0,160

0,140

0,020

0,030

3

1,254

0,070

0,010

0,280

0,210

0,210

0,020

0,020

4

3,437

0,060

0,064

0,470

0,140

0,260

0,020

0,020

5

0,250

0,070

0,010

0,310

0,110

0,110

0,010

0,030

6

0,775

0,070

0,010

0,310

0,110

0,110

0,010

0,030

7

0,458

0,060

0,068

0,470

0,100

0,130

0,010

0,030

8

0,229

0,060

0,068

0,470

0,100

0,130

0,010

0,030

9

2,510

0,050

0,023

0,270

0,180

0,140

0,020

0,030

10

0,144

0,060

0,088

0,410

0,180

0,140

0,020

0,040

Продолжение таблицы 4

№ плавки

Х8

Х9

Х10

Х11

Х12

Х13

Х14

1

0,050

0,040

0,045

353,000

40,000

72,000

1000,000

2

0,060

0,060

0,038

326,000

36,000

55,560

1250,000

3

0,050

0,040

0,045

353,000

40,000

55,560

1250,000

4

0,050

0,040

0,050

325,000

37,000

73,330

1250,000

5

0,050

0,060

0,049

335,000

37,000

55,560

1000,000

6

0,050

0,060

0,049

335,000

37,000

55,560

1000,000

7

0,050

0,040

0,053

345,000

44,000

55,560

1250,000

8

0,050

0,040

0,053

345,000

44,000

55,560

1250,000

9

0,050

0,040

0,061

335,000

38,000

55,560

1250,000

10

0,060

0,050

0,052

355,000

33,000

71,430

1250,000

Согласно работе [2] определяем коэффициенты весомости (таблица 5). Т.к. значения признака Y отражают долю отсортировки, % от заданного в производство металла, следовательно, коэффициент весомости равен –0,01·Yi.

Таблица 5 – Коэффициенты весомости

α'

Х1

Х2

Х3

Х4

Х5

Х6

Х7

0,08

0,08

0,08

0,08

0,08

0,08

0,08

α'

Х8

Х9

Х10

Х11

Х12

Х13

Х14

0,08

0,08

0,08

0,05

0,05

0,05

0,05

Согласно формулам (5), (6) и (7) рассчитали промежуточные параметры показателей качества проката (таблицы 6 и 7).


Таблица 6 – Промежуточные коэффициенты

Коэффициенты

a

b

c

d

YN

σN

α1

α2

0,473

0,019

0,862

0,076

0,557

1,193

-3,428

-2,413

Таблица 7 – Значения коэффициентов А1-А6

Показатели

Параметры

А1

А2

А3

А4

А5

А6

Y

-1,684

-0,924

-0,903

2,667

2,687

3,447

Х1

0,038

0,044

0,044

0,075

0,075

0,081

Х2

-0,050

-0,028

-0,028

0,075

0,075

0,097

Х3

0,088

0,157

0,159

0,485

0,487

0,557

Х4

0,059

0,089

0,090

0,229

0,230

0,259

Х5

0,013

0,059

0,060

0,275

0,277

0,323

Х6

0,0002

0,005

0,005

0,026

0,026

0,031

Х7

0,015

0,019

0,019

0,039

0,039

0,043

Х8

0,026

0,034

0,034

0,071

0,071

0,079

Х9

0,025

0,030

0,031

0,057

0,057

0,063

Х10

0,028

0,034

0,034

0,059

0,059

0,065

Х11

293,339

305,773

306,111

364,548

364,885

377,320

Х12

29,918

32,214

32,277

43,065

43,128

45,423

Х13

46,061

52,262

52,430

81,573

81,741

87,942

Х14

761,851

870,629

873,583

1384,797

1387,751

1496,529

Согласно формулам (8) и (9) рассчитали нормированные показатели качества проката (таблица 8).

Таблица 8 – Значения параметра нормированных показателей качества

№ плавки

Y(Y)

Y(Х1)

Y(Х2)

Y(Х3)

Y(Х4)

Y(Х5)

Y(Х6)

Y(Х7)

1

0,974

1,392

1,039

1,042

1,402

1,279

1,298

1,173

2

1,002

1,151

1,039

1,020

1,140

1,043

1,298

1,173

3

1,212

1,392

1,039

1,042

1,402

1,279

1,298

0,806

4

4,569

1,151

1,424

1,466

1,035

1,448

1,298

0,806

5

1,007

1,392

1,039

1,109

0,878

0,941

0,953

1,173

6

1,114

1,392

1,039

1,109

0,878

0,941

0,953

1,173

7

1,050

1,151

1,453

1,466

0,826

1,009

0,953

1,173

8

1,003

1,151

1,453

1,466

0,826

1,009

0,953

1,173

9

1,468

0,911

1,132

1,020

1,245

1,043

1,298

1,173

10

0,986

1,151

3,633

1,332

1,245

1,043

1,298

2,794


Продолжение таблицы 8

№ плавки

Y(Х8)

Y(Х9)

Y(Х10)

Y(Х11)

Y(Х12)

Y(Х13)

Y(Х14)

1

1,083

1,029

1,094

1,356

1,293

1,261

0,952

2

1,282

3,306

0,893

1,020

1,023

0,850

1,308

3

1,083

1,029

1,094

1,356

1,293

0,850

1,308

4

1,083

1,029

1,237

1,007

1,091

1,294

1,308

5

1,083

3,306

1,209

1,132

1,091

0,850

0,952

6

1,083

3,306

1,209

1,132

1,091

0,850

0,952

7

1,083

1,029

1,324

1,257

3,143

0,850

1,308

8

1,083

1,029

1,324

1,257

3,143

0,850

1,308

9

1,083

1,029

2,996

1,132

1,158

0,850

1,308

10

1,282

1,302

1,295

1,381

0,821

1,247

1,308

Согласно формулам (3) и (4) рассчитали дифференциальные показатели качества проката (таблица 9).

Таблица 9 – Дифференциальные показатели качества

№ плавки

k(Y)

k(Х1)

k(Х2)

k(Х3)

k(Х4)

k(Х5)

k(Х6)

k(Х7)

1

0,685

0,780

0,702

0,703

0,782

0,757

0,761

0,734

2

0,693

0,729

0,702

0,697

0,726

0,703

0,761

0,734

3

0,743

0,780

0,702

0,703

0,782

0,757

0,761

0,640

4

0,990

0,729

0,786

0,794

0,701

0,791

0,761

0,640

5

0,694

0,780

0,702

0,719

0,660

0,677

0,680

0,734

6

0,720

0,780

0,702

0,719

0,660

0,677

0,680

0,734

7

0,705

0,729

0,791

0,794

0,645

0,695

0,680

0,734

8

0,693

0,729

0,791

0,794

0,645

0,695

0,680

0,734

9

0,794

0,669

0,724

0,697

0,750

0,703

0,761

0,734

10

0,689

0,729

0,974

0,768

0,750

0,703

0,761

0,941

Продолжение таблицы 9

№ плавки

k(Х8)

k(Х9)

k(Х10)

k(Х11)

k(Х12)

k(Х13)

k(Х14)

1

0,713

0,700

0,715

0,773

0,760

0,753

0,680

2

0,758

0,964

0,664

0,697

0,698

0,652

0,763

3

0,713

0,700

0,715

0,773

0,760

0,652

0,763

4

0,713

0,700

0,748

0,694

0,715

0,760

0,763

5

0,713

0,964

0,742

0,724

0,715

0,652

0,680

6

0,713

0,964

0,742

0,724

0,715

0,652

0,680

7

0,713

0,700

0,766

0,752

0,958

0,652

0,763

8

0,713

0,700

0,766

0,752

0,958

0,652

0,763

9

0,713

0,700

0,951

0,724

0,730

0,652

0,763

10

0,758

0,762

0,760

0,778

0,644

0,750

0,763

Рассчитали комплексные показатели качества металла K0, а также с учетом отсортированного металла по дефектам поверхности K*0 (таблица 10).

Таблица 10 – Комплексные показатели качества

№ плавки

K0

K*0

1

0,736

0,735

2

0,736

0,734

3

0,728

0,718

4

0,736

0,702

5

0,728

0,726

6

0,728

0,723

7

0,736

0,733

8

0,736

0,734

9

0,736

0,716

10

0,779

0,778

При анализе данных табл. 10 следует, что поверхностные дефекты в ухудшают качество металла.

При квалиметрических оценках эмпирические и числовые формы имеют соответствия, приведенные в таблице 11, известной как шкалы желательности [4].

Таблица 11 – Шкала желательности

Желательность

Отметки на шкале желательности

Примечание

Очень хорошо

1,00¸0,80

Гипотетический возможный уровень свойств листового проката

Хорошо

0,80¸0,63

Соответствие проката требованиям стандарта на продукцию первого сорта

Удовлетворительно

0,63¸0,37

Соответствие проката требованиям стандарта на продукцию второго сорта

Плохо

0,37¸0,20

Исправимый брак

Очень плохо

0,20¸0,00

Неисправимый брак

Результаты статистической обработки полученных результатов K0 и K*0 приведены в таблице 12 и на рис. 2 и 3.

Таблица 12 – Параметры распределений параметров K0 и K*0

Показатели

Параметры

mX

S2

S

А

Е

K0

0,727

0,5·10-3

0,022

0,420

0,239

K*0

0,720

0,6·10-3

0,025

0,491

0,136

Рис. 2. Гистограмма распределения параметра K0

Рис. 3. Гистограмма распределения параметра K*0

Согласно работе [3] для определения значимости различия между K0 и K*0 находят разность di=K0K*0, и di2, а также наблюдаемое значение критерия ТНАБЛ.

, (10)

где N – количество наблюдений.

Находят исправленное среднее квадратическое отклонение по формуле:

. (11)

По таблице критических точек распределения Стьюдента при уровне значимости α=0,05 сравнивали ТНАБЛ с критическим значением ТКРИТ = 1,98. Условие ТНАБЛ = 7,87 < ТКРИТ = 1,98 не выполняется, следовательно, средние значения нормальных совокупностей K0 и K*0 значительно различаются.

Среднее значение бездефектного металла K0 = 0,727, а для дефектного металла K*0 = 0,720. Среднее квадратическое отклонение (СКО) бездефектного металла K0 = 0,022, а для дефектного металла K*0 = 0,024. Анализ данных показал, что поверхностные дефекты в значительной степени ухудшают качество металлопродукции.

Квалиметрическими методами оценили качество холоднокатаного металла, производимого на непрерывном пятиклетевом стане холодной прокатки 1700. Качество прокатной продукции согласно шкале желательности соответствует требованиям стандартов на продукцию первого сорта (K0 = 0,727 > K*0 = 0,720 > 0,63). Установили различие в качестве отсортированного металла по дефектам поверхности и бездефектного металла. Наличие поверхностных дефектов на полосе увеличивает отсортировку металла в среднем на 3,4-0,04%.

ЛИТЕРАТУРА

1. Жадан В.Т., Маневич В.А. Совершенствование технологии прокатки на основе комплексных критериев качества. – М.: Металлургия, 1989. –96 с.

2. Найзабеков А.Б., Талмазан В.А., Шмидт Н.Ю. Квалиметрия в обработке металлов давлением. – Алматы: РИК по УиМЛ, 2002. – 142 с.

3. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. – М.: Высшая школа, 1977. – 479 с.

4. Мигачев Б.А., Найзабеков А.Б. Элементы квалиметрии в техническом приложении. – Алматы: РИК по УиМЛ, 2001. – 125 с.

Автор: Найзабеков А.Б., Талмазан В.А., Евтушенко И.Ю., Мантуров К.В., Ержанов А.С.
  2184
Для того, чтобы оставить комментарий, вам необходимо пройти авторизацию на сайте
050026, Алматы, ул. Богенбай батыра, 221
Тел: 8 (727) 378 0509
E-mail: dir@inti.kz
      Все права защищены
©ННП 2013