Steel Times International Russian August 2018

Cover_STI_September_2018_v2_Layout 1 30.08.18 13:13 Page 4

КОНЦЕПЦИЯ «ИНДУСТРИЯ 4.0»

ПРОФИЛЬ КОМПАНИИ

НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА

ПЛАНИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ

Цифровая трансформация производства стали

Big River Steel – завод нового поколения в США

«Умная» непрерывная разливка стали

Планирование производства высокотехнологичной стали

На русском языке www.steeltimesint.com Сентябрь 2018 - Вып. №41

БРЯ 2018 13 – 16 НОЯ

Cover_STI_September_2018_v2_Layout 1 30.08.18 13:13 Page 2

97 лет в металлургии

ROSS

®

сварить

Наше оборудование для стыковки рулонов поможет Вам связать все свободные концы! Компания Guild International (США) может спроектировать и построить необходимые Вам

сварочные машины для поддержания на ваших технологических линиях гладкого процесса и непрерывной работы с ростом рентабельности. Наша компания является мировым лидером в области поставки оборудования для стыковки рулонов на технологических линиях для обработки стальных полос и производства сварных труб. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы Ваши линии работали непрерывно!

Полностью автоматизированная установка RCM ZipwelderTM является самым прогрессивным техническим решением для стыковой сварки прокатанных полос из всех доступных на рынке

www.guildint.com

Сварочные машины SeamweldersTM серии QM обеспечивают высококачественную сварку полос встык с превышением толщины сварного грата не более чем на 10% толщины основной полосы

Машина контактной электросварки NB Overlap Resistance ZipweldersTM обеспечивает быструю сварку с высокопрочными сварными швами

+1.440.232.5887 USA

СОДЕРЖАНИЕ

КОНЦЕПЦИЯ «ИНДУСТРИЯ 4.0»

ПРОФИЛЬ КОМПАНИИ

НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА

ПЛАНИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ

Цифровая трансформация производства стали

Big River Steel – завод нового поколения в США

«Умная» непрерывная разливка стали

Планирование производства высокотехнологичной стали

На русском языке www.steeltimesint.com Сентябрь 2018 - Вып. №41

СЕНТЯБРЬ 2018

2 Колонка редактора Метью Моггридж, редактор, Steel Times International

1

Специальный выпуск журнала STI на русском языке для бесплатного представления на международной специализированной выставке «Металл-Экспо 2018» в Москве и ведущих международных конференциях по черной металлургии в России в 2018 г. БЕСПЛАТНО

4 Новости отрасли и инновации Интересные факты, инновации, новые продукты и новости ведущих мировых компаний Фото на обложке: Компании Kocks (Германия) www.kocks.de

Концепция «Индустрия 4.0» 8 Нильс Науюк, Хольгер Штамм Цифровая трансформация производства стали

РЕДАКЦИЯ Главный редактор

9 Новый заказ на технологию автоматической ДСП Q-Melt Danieli

Matthew Moggridge Teл.: +44 (0) 1737 855 151 matthewmoggridge@quartzltd.com Редактор-консультант

12

Dr. Tim Smith PhD, CEng, MIM Русскоязычный редактор-консультант Александр Гуров Выпускающий редактор Annie Baker

10 Никлас Брундин, Вольф-Дитер Хоппе, Иоган Третигер и др. Роль электронного обучения в успешном развертывании промышленной концепции «Индустрия 4.0»

Производство рекламы Martin Lawrence

12 Профиль компании: Big River Steel Мэтью Моггридж «Умный» металлургический завод нового поколения с высочайшей производственной гибкостью

ОТДЕЛ РЕКЛАМЫ Международный менеджер Paul Rossage paulrossage@quartzltd.com Teл.: +44 (0) 1737 855 116 Директор по продажам рекламы Ken Clark kenclark@quartzltd.com Teл.: +44 (0) 1737 855 117 Управляющий директор Steve Diprose stevediprose@quartzltd.com Генеральный директор (CEO) Paul Michael ОТДЕЛ ПОДПИСКИ

22

Elizabeth Barford Teл.: +44 (0) 1737 855 028.

Непрерывная разливка 16 Иоганн Пенн, Поль Пеннесторфер, Андреас Юнгбауэр «Умная» непрерывная разливка стали 20 SMS Group реконструирует слябовую МНЛЗ в Липецке

Факс: +44 (0) 1737 855 034 Email: subscription@quartzltd.com Стоимость годовой подписки (8 англоязычных номеров) с почтовой доставкой в Россию £258.00.

22 Планирование и управление Вилфрид Рунде, Михаэль Брунс Планирование производства высокотехнологичной стали

E-mail: steel@quartzltd.com ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ Quartz Business Media ltd, Quartz House, 20 Clarendon Road, Redhill, Surrey, RH1 1QX, England Tel: +44 (0)1737 855000.

Fax: +44 (0)1737 855034

27

www.steeltimesint.com

©Quartz Business Media ltd 2018

ISSN 0143-7798

www.steeltimesint.com

27 Управление технологическими процессами Седрик Пероттет Управление с прогнозирующими моделями непрерывными линиями термической обработки стальных полос для повышения производительности и качества продукции Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

2

КОЛОНКА РЕДАКТОРА

Международная конференция Future Steel Forum в 2019 году: продолжение интеграции концепции «Industry 4.0» в металлургии Международная конференция «Future Steel Forum», посвященная обсуждению аспектов внедрения концепции «Индустрия 4.0» в черной металлургии, впервые проведенная журналом Steel Times International в 2017 году в Варшаве стала ежегодной и продолжит свою работу и в 2019 году.

Matthew Moggridge, главный редактор Steel Times International matthewmoggridge@quartzltd.com

Этот Форум о путях дальнейшего развития мировой черной металлургии стал весьма успешным вторжением журнала Steel Times International в мир концепции «Индустрия 4.0» для черной металлургии. Делегаты прошедших конференций высоко оценили профессиональный уровень обсуждения этой важнейшей сегодня темы. Ведущие металлургические компании мира (ArcelorMittal, Tata Steel, US Steel, ММК, НЛМК, Северсталь, POSCO, Voestalpine и др.), производители металлургического оборудования и систем автоматизации (Primetals Technologies, SMS, Danieli, Fives, Tenova), новаторские научно-исследовательские и академические организации представили свои разработки и видение дальнейших шагов по цифровизации металлургического производства. Большинство производителей стали в мире уже активно внедряют и развивают главные элементы этой новейшей концепции высокотехнологичного производства, учитывают ее в стратегических планах своего развития.

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

На базе признанного успеха обеих предыдущих конференций журнал Steel Times International продолжит работу форума Future Steel Forum и в 2019 году. Конференция – с еще более насыщенной и интересной программой, впечатляющим списком докладчиков, а также выставка в рамках этого Форума, будут полностью сосредоточены на практических аспектах внедрения принципов концепции «Индустрия 4.0» в производстве и обработке стали. Короче говоря, двухдневный международный Future Steel Forum 2019 года в Варшаве станет наиболее значимым и уникальным событием для мировой металлургической промышленности, и было бы безрассудно пропустить его. Для получения дополнительной информации об этом важном для металлургов всего мира мероприятии и условиях участия в нем, включая выступление с докладом или презентацией, пожалуйста, свяжитесь со мной или посетите наш сайт: www.futuresteelforum.com

www.steeltimesint.com

НОВОСТИ ОТРАСЛИ И ИННОВАЦИИ

3

Механические сухие вакуумные насосы компании Edwards для процессов вакуумирования жидкой стали Технологии вакуумной дегазации (VD) и вакуум-кислородного обезуглероживания (VOD) часто используются при производстве специальных сталей и сплавов. Они применяются в процессе внепечной обработки жидкой стали для снижения уровней содержания водорода и углерода, удаления других примесей. Компания Edwards – глобальный лидер в поставках механических сухих вакуумных насосов для установок вакуумной обработки жидкой стали. Традиционно для дегазации жидкой стали применяли крупные многоступенчатые пароэжекторные вакуумные станции, поддерживаемые жидкостно-кольцевыми насосами. Но такие системы отличаются высоким энергопотреблением и трудно удаляемыми отложениями пыли, а для обеспечения их стабильной работы требуется высокое качество пара. Дегазация стали в вакуум-камерах или в ковше включает в себя два основных процесса: вакуумную дегазацию (VD) и вакуум-кислородное обезуглероживание (VOD). Распространенным способом обработки жидкой стали в вакууме отдельными порциями является также процесс циркуляционного вакуумирования RH (получивший свое название по начальным буквам фирм-разработчиков «Ruhrstahl» и «Heraeus» из ФРГ). Вакуумирование жидкой стали можно также проводить в вакуумной камере с продувкой кислородом (процессы VD OB и RH OB).

Для процессов ваккумирования жидкой стали в мировой черной металлургии в течение последних 25 лет применяли два типа вакуумной насосной системы: 1. Систему пароэжектора с использованием многоступенчатой пароэжекции высокого давления, обычно поддерживаемую жидкостными кольцевыми насосами типа Liquid Ring.

2. Альтернативную механическую многоступенчатую систему с использованием механических сухих вакуумных насосов и насосов Рутса. Инновационная технология вакууматоров на базе полностью «сухих» механических вакуумных насосов, обеспечивающих надежный и стабильный уровень технологически требуемого вакуума, оказалась более эффективной и менее энергозатратной, расходы на электроэнергию сократились более чем на 90 %.

Эта инновационная технология также обеспечивает существенные металлургические преимущества процессов вакуумирования жидкой стали за счет устранения обратного потока паров воды, что в сочетании с лучшим предельным уровнем вакуума приводит к существенному снижению остаточного водорода в металле. Более быстрая откачка воздуха и гибкие эксплуатационные характеристики вакуумной системы агрегата вакуумирования стали позволяют более точно контролировать химию жидкой стали, получать более последовательный химический состав и повышенные уровни качества выпускаемой стали. Все затраты на техническое обслуживание установки дегазации жидкой стали существенно снижаются, включая затраты на очистку насосов и трубопроводов, утилизацию отходов и переработку сухой пыли, обработку сточных вод. n www.edwardsvacuum.com/steel

edwardsvacuum.com/steel ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ СПЕЦИАЛЬНО ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ СТАЛИ Компания Edwards – это разумный выбор, если вы ищете полный модуль вакуумной системы с проверенными показателями или решили заменить какой-либо механический вакуумный бустер. Новый механический вакуумный бустер Edwards GMB40K возглавляет пакет в классе больших бустеров благодаря: – чрезвычайно компактному дизайну; – непревзойденной производительности, которая приводит к более быстрой откачке; – малому углеродному следу за счет низкого потребления энергии; – беспроблемному обслуживанию с запасными частями, которые легко доступны.

www.steeltimesint.com

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

4

НОВОСТИ ОТРАСЛИ И ИННОВАЦИИ

Новый цех покрытий металла №3 пущен на Череповецком металлургическом комбинате «Северстали» ПАО «Северсталь», одна из ведущих в мире вертикально-интегрированных сталелитейных и горнодобывающих компаний, в конце прошлого года официально запустила на Череповецком металлургическом комбинате высокопроизводительную линию по производству проката с полимерным покрытием (АППМ) – ключевого оборудования для производства стальной полосы с покрытием в новом цехе покрытий металла № 3 (ЦПМ-3). Основное технологическое оборудование линии было спроектировано, поставлено и установлено компанией CMI Industry, подразделением бельгийского концерна CMI Group (Cockerill Maintenance & Ingenierie S.A.). Подкат для агрегата полимерных покрытий будет поступать с нового непрерывного агрегата горячего цинкования (АНГЦ). Это уже четвертая линия горячего цинкования полос, поставленная компанией CMI Industry Metals «Северстали» за последнее десятилетие. В состав нового цеха покрытий группы «Северсталь» входят агрегат полимерных покрытий металла (АППМ) и новая линия непрерывного горячего цинкования (АНГЦ). Производительность этих линий составляет 200 тыс. тонн в год и 400 тыс. тонн в год соответственно. Линии предназначены для работы на скорости полосы 120 м/мин и 180 м/мин соответственно. В новом цехе создано 200 новых рабочих мест. По информации компании CMI обе технологические линии спроектированы с учетом обеспечения высокоэффективной и экологически чистой работы. Они также оснащены полным спектром современных технологических процессов компании CMI: многоступенчатыми секциями обезжиривания/очистки полосы и печами с ультранизким уровнем выбросов. Линия непрерывного горячего цинкования (CGL) также оснащена запатентованной CMI системой струйного охлаждения с системой рекуперации энергии, воздушными ножами с замкнутым контуром управления Air-Knife и системой охлаждения APC Blowstab с низким уровнем вибрации, а также дрессировочным станом в линии и изгибо-растяжной машиной правки натяжением, последующими валковыми машинами для химического нанесения покрытий и вращающимися ножницами на выходе. Другими важными компонентами линии нанесения покрытий (CCL) являются четыре системы нанесения покрытия: химического, грунтовки и двух финишных покрытий, а также петленакопители полос последнего поколения, которые гарантируют стабильное и плавное движение стальных полос. По мнению компании CMI, этот новый комплекс покрытий металла обеспечит компании «Северсталь» серьезное конкурентное лидерство на рынке. На агрегате полимерных покрытий № 3 уже освоено производство окрашенных полос 22 различных оттенков. Кроме того на линии также будут производиться полосы с бесхроматным покрытием, широко используемые производителями бытовой

техники. Планируется также освоение нанесения горячего ламинирования и декоративной пленки. С началом работы двух новых линий ЦПМ-3 «Северсталь» освоит новый для себя рынок оцинкованной полосовой стали толщиной до 3 мм, которая идет на дальнейшую переработку производителями легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК), что станет дополнительным стимулом для развития этой технологии в России. Как считает генеральный директор АО «Северсталь Менеджмент» Александр Шевелев, ввод новых производственных мощностей будет способствовать расширению линейки продуктов с высокой добавленной стоимостью, импортозамещению и развитию отечественного строительного сектора экономики. После выхода ЦПМ-3 на проектную мощность три крупнейших российских металлургических комбината фактически полностью закроют потребности российского рынка в прокате с полимерным покрытием и вытеснят импортные поставки. Основными потребителями проката с покрытием станут предприятия-переработчики в Северо-Западном, Центральном, Приволжском и Южном федеральных округах, а также на экспортных рынках. Ключевой рынок сбыта — строительная отрасль. Как отметил председатель совета директоров компании «Северсталь» Алексей Мордашов, пуск новой линии позво-

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

лит расширить линейку выпускаемых продуктов: «Мы сталкиваемся с растущими потребностями клиентов, растущей конкуренцией. В этих условиях нам необходимо совершенствовать свое производство. Рассчитываем, что эта линия позволит нам упрочить свое положение в определенных секторах рынка черных металлов — прежде всего, в строительном сегменте, а также в так называемой «белой линии» товаров для дома — холодильники, микроволновые печи и другие товары. Такие агрегаты позволяют нам производить более экологически чистую продукцию с лучшими свойствами. Наш фокус был и остается на производстве продуктов с высокой добавленной стоимостью, более сложных продуктов, в наилучшей степени удовлетворяющих потребности клиентов». В рамках международной выставки «Металл-Экспо’2017» были подведены итоги конкурса «Главное событие 2017 года в металлургии России», призванного поддерживать и максимально популяризировать инновационные проекты в металлургической отрасли. Проект строительства цеха покрытий №3 на Череповецком металлургическом комбинате «Северстали» заслуженно стал Лауреатом этого национального конкурса. n www.cmigroupe.com www.severstal.com www.steeltimesint.com

НОВОСТИ ОТРАСЛИ И ИННОВАЦИИ

5

Новое антикоррозийное покрытие компании Cortec КОМПАНИЯ Cortec утверждает, что выпустила готовую к применению защиту металлов от ржавчины в виде сухой пленки VpCI-277. Согласно Cortec, продукт VpCI обеспечивает защиту стальных деталей во время временного хранения и морских перевозок. Эта пленка решает проблему, с которой сталкиваются основные мировые производители автомобилей Автопроизводителям требовалась защита от ржавчины с использованием сухой пленки и низким содержанием летучих органических соединений, которая также отвечали бы требованиям к растворителям. Им повезло. Компания Cortec разработала VpCI277 – антикоррозионное покрытие с антикоррозийным ингибитором на основе невоспламеняющегося носителя с низким содержанием летучих органических соединений. Утверждается, что продукт объединяет пленкообразующие добавки с парообразными ингибиторами коррозии, чтобы обеспечить «отличную защиту металлов от коррозии». Продукт формирует на металлической поверхности сухую, нелипкую, практически незаметную пленку, которая обладает

КОМПАНИЯ Honeywell представила две новых марки защитных рабочих ботинок – Energic и Synergic. Эти ботинки обеспечивают работникам наилучшую защиту ног в суровых условиях металлургического производства, правильный баланс между современным дизайном, долговечностью при работе в экстремальных условиях, противоскользящими характеристиками на любых поверхностях и отличным комфортом на весь рабочий день, считает компания Honeywell. Аурелиа Зукко (Aurélie Zucco), старший менеджер по продуктам компании Honeywell Industrial Safety EMEA, говорит, что эта

www.steeltimesint.com

многими преимуществами, в том числе идеально подходит для роботизированной сборки прецизионных компонентов, требующих жестких допусков. Пленка также помогает поддерживать чистый процесс консервации, поскольку не требует удаления маслянистого остатка. Наконец, продукт не содержит антиокислителей ржавчины, соединений олова, хроматов или нитритов.

Продукт соответствует следующим стандартным методам испытаний: ASTM D1748 (влажность), ASTM D1735 (водяной туман), MIL-C83993 (удаление воды), NACE RPO487-2000 (выбор методов защиты от ржавчины). n Для получения дополнительной информации посетите сайт: www.cortecvci.com

Новые рабочие ботинки компании Honeywell рабочая обувь была разработана в ответ на растущий спрос промышленности на стильную, удобную и эффективную обувь. «Включение инновационных особенностей в эту обувь обеспечило тех, кто работает в тяжелых условиях на открытом воздухе, комфортом, долговечностью и защитой, в которой они нуждаются, будь то работа на морской платформе, на строительной площадке или в коммунальной сфере», - сказала г-жа Зукко. Новые защитные рабочие ботинки включают верх из водостойкой полнозернистой кожи для обеспечения влагоустойчивости ботинок при работе во влажных и грязных местах. Трехслойная антибактериальная дышащая подкладка 3D Poromax гарантирует терморегуляцию, поглощение пота и сухие ноги, в то время как защитный подносок с покрытием из термопластичного полиуретана устойчив к истиранию. Обувь была специально разработана для облегчения отвода жидкости и усилена прошивкой на четверти и в верхней области для обеспечения долговечности. Защитный удлиненный язык обеспечивает улучшенную защиту от попадания жидкостей, а эргономичный и мягкий язычок обеспечивает оптимальный комфорт в любом положении. Характери-

стики ботинок соответствуют стандарту EN ISO 20345: 2011 для защитной рабочей обуви. Ботинки имеет отражающие элементы на пятке или боковой стороне. Ботинки Energic имеют переднюю шнуровку и боковую молнию, которая позволяет рабочим расстегнуть молнию и быстро одеть или снять ботинок. Это также помогает им плотно застегивать обувь, обеспечивая при этом необходимую поддержку лодыжки. Неметаллические защитные компоненты Energic включают защиту мыска и антипрокольную стельку подошвы, которые были разработаны для обеспечения легкости и теплоизоляции, обеспечения улучшенного комфорта. Ботинки Energic и Synergic с удлиненным голеностопом изготовлены литьевым методом формования Honeywell, который, как утверждает компания, создает гибкий и легкий продукт. Отлитая подошва из полиуретана с двойной плотностью (PU2D) обеспечивают свободу движения и прочное сцепление с любой поверхностью, а также хорошую амортизацию, необходимые при работе в тяжелых условиях. n Для получения дополнительной информации зайдите на сайт: www.honeywell.com

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

6

НОВОСТИ ОТРАСЛИ И ИННОВАЦИИ

Симулятор формирования микроструктуры при прокатке KOCKS Ясное понимание температурно-деформационного поведения материалов при горячей прокатке, их структурного состояния и механических свойств является неоценимым преимуществом для операторов прокатных станов. Опыт и ноу-хау, приобретенные компанией FRIEDRICH KOCKS GMBH & CO KG (Германия) за более 70 лет работы в секторе производства длинномерных прокатанных продуктов, легли в основу инновационной разработки KOCKS Microstructure Simulator (KMS) – симулятора микроструктуры в процессегорячей прокатки компании KOCKS. Симулятор микроструктуры KMS является полуэмпирической моделью для расчета температуры и микроструктурной эволюции материала в процессе горячей прокатки. Разработанная модель может использоваться как отдельный технический инструмент для моделирования процессов сортовой горячей прокатки (например, для развития новых стратегий прокатки без значительных затрат на промышленные тесты) и как инновационное приложение к прокатному оборудованию для реализации процесса термомеханической (контролируемой) прокатки на станах для производства сортового проката и катанки, а также на трубопрокатных станах. Симулятор включает в себя математическую модель, полученную с использованием метода конечных элементов, для расчета распределения температуры раската вдоль линии прокатного стана, а также конкретную модель для определения структурного состояния, получаемых размеров зерен и механических свойств. Моделирующее устройство состоит из симуляционной модели и редактора технологий, а также информационной системы материалов и базы данных Material Information Link and Database Service (MatILDa®). По утверждению компании KOCKS, это моделирующее устройство включает «уникальные деформационные характеристики 3-х валковой технологии прокатки фирмы KOCKS». Оно позволяет операторам прокатного стана управлять регламентированным температурным ре-

жимом процесса горячей прокатки и оптимизировать температурные параметры прокатываемого материала, визуализировать фазы трансформации микроструктуры и предсказывать формирование структуры и размеров зерна, механические свойства материала по всему поперечному сечению длинномерного проката. В процессе вычисления входные данные из Редактора технологий дополняются необходимой информацией из Базы данных материалов и передаются в симулятор, который вычисляет распределение температуры и параметры процесса горячей прокатки вдоль линии стана, а также моделирует развитие фазовых трансформаций, доли микроструктуры и размеров зерна, основных механических свойств (твердость, прочность на разрыв и предел

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

текучести) во время и после окончания процесса горячей прокатки. Открытая и ориентированная на конкретного производителя База данных материалов означает, что производитель может быстро и гибко реагировать на изменения рынка и специфические требования каждого клиента. Опытные прокатки и тестирование параметров прокатки для оптимизации регламентированных режимов контролируемой горячей прокатки могут быть существенно сокращены. Важной особенностью базы данных материалов MatILDa® является то, что ее широкий базовый набор информации может быть в любое время расширен пользовательскими данными путем добавления характеристик специфических материалов производителя и индивидуальной конфигурации производственной установки. Это обеспечивает наилучшее соответствие результатов моделирования реальным условиям производства без необходимости предоставления конфиденциальных производственных данных поставщикам программного обеспечения. Симулятор микроструктуры KMS стал еще одним ключевым элементом философии компании KOCKS, который «обеспечивает клиентам компании эффективное производство за счет создания наиболее совершенного прокатного оборудования и технологических процессов, доступных сегодня в промышленности». n www.kocks.de

www.steeltimesint.com

НОВОСТИ ОТРАСЛИ И ИННОВАЦИИ

7

Новый настольный рентгеновский энергодисперсионный спектрометр компании ThermoFisher Scientific Компания ThermoFisher Scientific («Термо Фишер Сайентифик») недавно представила новый настольный спектрометр, предназначенный для руководителей лабораторий, специалистов по контролю качества и ученых, проводящих рутинные анализы химического состава или аналитические исследования элементного состава широкого спектра материалов с различными объемами выборки в науке и производстве. Рентгенофлуоресцентный энергодисперсионный спектрометр ARL QUANT'X EDXRF (Energy-Disperive X-ray Flourescence) новейшего поколения обеспечивает прекрасную чувствительность (он стал в четыре раза более чувствительным, чем предыдущая версия спектрометра компании Thermo) и, как утверждается, охватывает все элементы Периодической системы химических элементов. Новый анализатор химического состава включает в себя рентгеновскую трубку с жестким рентгеновским излучением мощностью 50 Вт и эксклюзивный высокочувствительный полупроводниковый кремниевый дрейфовый детектор (SDD) последнего поколения, позволяющий разлагать в спектр и анализировать флуоресцентное излучение атомов. Спектрометр позволяет проводить «мульти» XRF анализ мелких пятен (регулируемый диаметр рентгеновского

пучка составляет от 1 до 10 мм). Программа бесстандартного анализа UniQuant поставляется предварительно откалиброванной и полностью готовой к анализу. Спектрометр компактен и требует меньше лабораторного пространства, чем его предшественники. Его камера для образцов вмещает пробы типовых размеров, используемых для XRF анализа, а также образцы большой и неправильной формы. Дидье Бонвин (Didier Bonvin), менеджер по продуктам XRF компании Thermo Fisher, считает, что ученые и специалисты по контролю качества нуждаются в проведении экспресс-анализа концентрации элементов, который обеспечивает полную идентификацию материалов во многих типах и формах образцов. Г-н Бонвин добавил, что этот энергодисперсионный спектрометр ARL QUANT'X был полностью обновлен компанией для повышения эффек-

тивности работы и экспрессного элементного анализа, облегчения работы и снижения стоимости эксплуатации, обеспечения простоты в установке и обслуживании. Он также описал этот новейший спектрометр как «надежный инструмент для решения самых сложных аналитических задач». Металлы – это всего лишь одна область, где спектрометр эффективно оценивает характеристики материалов. Другие области использования включают горнодобывающую, цементную и нефтехимическую отрасли. n Для получения дополнительной информации посетите сайт: www.thermofisher.com/XRF

Устранение У странение проблемы проблемы включений вк лючений в стали стали Комплексное Комплексное ре решение: шение: A ARL RL iiSpark Spark OES OES с п программным рограммным комплексом комплексом SSpark-DAT park-DAT

ДДля ля ообеспечения беспечения нормального нормального хода хода производственного производственного процесса процесса многих многих марок марок стали стали необходим необходим контроль контроль неметаллических неметаллических ввключений, ключений, что что гарантирует гарантирует сохранение сохранение ззаданных аданных свойств свойств стали. стали. OES OES анализатор анализатор металлов металлов «Thermo «Thermo Scientific Scientific™ ARL ARL iSpark iSpark™» ввыполняет ыполняет анализ анализ включений включений одновременно одновременно с элементным элементным анализом анализом в реальном реальном времени, времени, производя производя до до сотни сотни ппроб роб еежедневно. жедневно. Комплект Комплект программного программного обеспечения обеспечения Spark-DAT Spark-DAT включает включает в себя себя как как on-line on-line так так и off-line off-line модули модули программного программного ообеспечения, беспечения, что что необходимо необходимо для для анализа анализа включений, включений, разработки разработки и настройки настройки аналитических аналитических методов, методов, а так так же же углубленного углубленного иисследования, сследования, кконтроля онтроля и оотчетности тчетности о ввключениях. ключениях. Прибор Прибор ARL ARL iSpark iSpark с ппрограммным рограммным комплексом комплексом Spark-DAT Spark-DAT является является ссовершенным овершенным решением, решением, ппозволяющим озволяющим предотвратить предотвратить проблемы проблемы несоответствия несоответствия нормам нормам или или стандартам стандартам качества, качества, ввызванные ызванные включениями. включениями.

iinfo@thermotechno.ru nfo@thermotechno.ru - ттел ел + +7 7 ((495) 495) 540 540 4 47 76 62 2

www.steeltimesint.com

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

8

КОНЦЕПЦИЯ «ИНДУСТРИЯ 4.0»

Цифровая трансформация производства стали Цифролизация производственной цепочки создания добавленной стоимости стальной продукции может привести к революционному росту производительности в черной металлургии, утверждают Нильс Науюк и Хольгер Штамм* Черная металлургия мира является важнейшим элементом индустриально-производственной цепочки создания добавленной стоимости. В качестве поставщика основного базового материала для наиболее значимых отраслей промышленности, таких как автомобилестроение и аэрокосмическая индустрия, черная металлургия является центром инноваций и экономического роста. При этом, несмотря на важность стали для современной промышленности, неопределенность в отрасли, кажется, стала единственным определенным фактором. С большим трудом сектор восстановился после спада последнего десятилетия, когда число проектов нового строительства во всем мире значительно сократилось, инвестиции в инфраструктуру и промышленное оборудование также резко упали. Кроме того, при управлении бизнесом в условиях нестабильного рыночного спроса металлургические компании также должны были противостоять все более жестким природоохранным нормам, росту волатильности цен на сырье и стальную продукцию, возрастающей конкуренции со стороны производителей таких быстро развивающихся экономик, как Китай. И если бы существовали только эти понятные вызовы, то черная металлургия мира успешно справилась бы с ними, но из-за резкого усиления протекционизма в США и ввода повышенных тарифов на импорт стали, мировой рынок стали приблизился к краю пропасти для бизнеса. Помимо макроэкономического давления черная металлургия сталкивается с Сырьевые материалы Рециклинг

множеством внешних проблем. Компании вынуждены развивать и трансформировать свои производственные операции, чтобы удовлетворить призывы своих клиентов производить все более прочную и долговечную сталь, более диверсифицированный и специализированный портфель стальных продуктов и марок стали. Это требует от компаний реализации более коротких инновационных циклов, которые гарантируют им повышенную гибкость производства и обеспечивают приоритетность доставки и надежного обслуживания партнеров по дальнейшей переработке продуктов или конечных потребителей. Эти современные вызовы приводят к ускоренному развитию цифровой революции в черной металлургии, которая в последние годы успешно реализовала первые цифровые решения и уже широко использует такие подходы, как аналитика больших данных, для управления электросталеплавильными печами или реализации решений прогностического технического обслуживания прокатных станов и нагревательных печей. Сегодня стоит задача дальнейшего развития цифровой стратегии и внедрения уже известных примеров цифровых бизнес-моделей. Результаты нашего опроса генеральных директоров металлургических компаний, проведенного в 2017 году, указывают на то, что большинство руководителей ожидают увидеть от такой стратегии существенный рост: по их оценкам, цифровые бизнесмодели могут привести к росту прибыли на 2,9 % в год, обеспечить значительный потенциал в снижении производственных

Выплавка стали

Использование автономных грузовиков и дронов для внутризаводской транспортировки грузов (грузоподъемность дронов уже сегодня достигает 1 т)

Изготовление компонентов

Обработка стали

Доступ к данным в режиме реального времени и обеспечение цифровой совместимости рабочих с аппаратным и программным обеспечением с добавленной реальностью

Отслеживание, мониторинг и управление материальными потоками отдельных стальных заготовок или рулонов с помощью RFID

затрат и повышении производительности на уровне 3,6 % в год. Объединяя уже существующие в промышленности варианты, цифровизация цепочки добавленной стоимости в производстве стали может привести к революционному повышению производительности. Производительность может быть повышена в результате реализации сквозного подхода от поставщика к заказчику с использованием интеграции данных, мониторинга и отслеживания решений, датчиков управления выплавкой стали и разливкой, гибкости в процессах обработки стали и аддитивного производства. Интегрированная цепочка создания стоимости стали обеспечивает значительный рост производительности и снижение затрат, является необходимым условием для цифровых бизнес-моделей. Все цифровые бизнес-модели можно разделить по уровню ассортимента цифровых продуктов, цифровых услуг и цифрового выхода на рынок. Цифровой портфель продуктов – это результат цифровизации «физического» продукта с добавленной стоимостью благодаря новым и улучшенным характеристикам продукта (например, детальной информации о качестве прокатанной полосы в рулоне). Это дает новые возможности производителю стали во взаимодействии с клиентами вокруг физического продукта. Для развития цифровых услуг металлургические компании должны расширить свой существующий портфель продуктов новыми цифровыми услугами, такими как разработка и дизайн продуктов, управле-

Сбор данных для дистанционного управления критическими процессами и кибербезопасностью

Сырье

Конечный потребитель Процесс E2E и интеграция данных до заказчика и конечного продукта клиента, а также многофакторное управление процессом, последовательностью и планированием

Ковка ККЦ

МНЛЗ

Горячая или холодная прокатка

Улучшение поверхности

Прессование

Металлолом ЭДП Интегрированное управление температурой во всему производственному процессу с помощью датчиков

Децентрализованное планирование производства на базе программного обеспечения

Гибкая настройка производства, основанная на получении данных в режиме реального времени

3D-печать и аддитивное производство для быстрого прототипирования и изготовления компонентов, инструментов, форм

Удовлетворение требований клиентов путем сокращения переработки продукции за счет динамических настроек стальных продуктов на основе фактических данных

Логистика и транспорт Планирование и техническое обслуживание

*Nils Naujok – партнер в компании PwC Strategy&Deutschland (Германия); Holger Stamm – директор компании PwC Strategy&Deutschland (Германия) Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

www.steeltimesint.com

КОНЦЕПЦИЯ «ИНДУСТРИЯ 4.0»

ние их качеством. Цифровой подход к рынку стали преобразует клиентский интерфейс и работу с клиентами, что может обеспечить резкий рост производительности за счет более высокой интеграции с клиентом и расширения контактов для удовлетворения пожеланий каждого клиента к условиям продаж. В будущем эти новые стальные бизнесмодели окажут значительное влияние на интегрированную цепочку создания добавленной стоимости стали и приведут к развитию виртуальных и гибких производственных сетей от поставщика до клиента. Металлургические компании – как ключевые движущие силы этих сетей, будут играть решающую роль в создании цифровых экосистем. Комплексная интеграция обеспечивает прозрачность по всей сети на основе обмена данными со всеми партнерами в режиме реального времени. Дальнейшее развитие цифровых продуктов, услуг и нового опыта работы с клиентами на таких цифровых платформах приведет к созданию новой экосистемы в черной металлургии. Заглядывая в 2025 год, можно представить интегрированную цепочку создания стоимости стали и оценить роль черной металлургии тремя моделями: 1.Поставщик в цифровой экосистеме: применение бизнес-модели крупных интернет-платформ, таких как Amazon, в черной металлургии, создаст экосистему, которая объединит и централизует все продажи, дистрибуцию и планирование различных производителей.

2.Поставщик цифровых систем: применение бизнес-модели новых интегрированных компаний в черной металлургии повысит интеграцию с клиентской отраслью через цифровые каналы, поддержит заказчика в сферах проектирования, разработки, планирования и производства компонентов.

3.Поставщик цифровой сети: применение бизнес-модели интернет-платформ в черной металлургии создаст виртуальную и цифровую сеть партнерских отношений в области производства, разработки и продаж. Металлургическая компания сможет комбинировать элементы этих трех моделей в зависимости от вида выпускаемой продукции и сегментов клиентов. Например, производитель высококачественных сталей для автомобилестроения сможет выступать в качестве поставщика цифровой системы. У компании будет тесная интеграция по созданию добавленной стоимости своих клиентов, обеспечивающая платформу для производителей инструментов, производителей стали и автомобилестроительных компаний. Эти платформы обеспечат интегрированной части и процессу проектирования полную прозрачность цепочки создания стоимости. В результате металлургическая компания сможет расширить интеграцию до производства готовых деталей. Для производителя оборудования (OEM) это даст значительные преимущества: сокращение

9

отходов (рост производства деталей), затрат на поддержание качество и сокращение цикла выполнения заказов. Черная металлургия должна управлять цифровыми преобразованиями и цифровизацией интегрированной цепочки создания стоимости. Руководящим принципом этой трансформации становится то, что каждая металлургическая компания должна начать с оценки большой картины и своей роли в цепочке создания стоимости и соответствующих цифровых бизнесмоделей для своих сегментов. Чтобы определить наилучшую бизнес-модель, черная металлургия должна учитывать перспективы своих клиентов и быть готова к неудаче – но выигрывать за счет накопленного опыта. Лучший способ создавать и разрабатывать новые бизнес-модели – это тесное сотрудничество со всеми партнерами (например, клиентами, другими поставщиками и технологическими компаниями). Наконец, само понятие «цифровая» может выглядеть на данный момент просто модным словом или шумихой, тем не менее, оно должно быть закреплено в ДНК черной металлургии, а также в области управления и культуры каждой металлургической компании. Черная металлургия приступает к долгому цифровому путешествию, поэтому металлургические компании уже сегодня должны потратить несколько минут, чтобы подумать о правильном маршруте, необходимом багаже и надежных попутчиках. n

Новый заказ на технологию автоматической ДСП Q-Melt Danieli Компания SeAH Besteel (Южная Корея) – крупнейший производитель специальной стали в стране, с общей производительностью 3,1 млн т/год, планирует модернизировать одну из четырех электродуговых печей. ДСП № 3 будет оснащена инновационной технологией автоматической печи Q-Melt® компании Danieli (Италия). Система Q-Melt компании Danieli – это последняя эволюция концепции автоматического управления процессом плавки на ДСП с возможностью интегрирования автоматической ДСП Q-Melt в сценарий совместимости с концепцией «Индустрия 4.0».

В комплект поставки системы автоматизированного управления технологическим процессом Q-Melt входят: ● динамический регулятор перемещения электродов Q-Reg Plus с контролем поwww.steeltimesint.com

крытия электрической дуги и детектором вспенивания шлака; ● анализатор газа Lindarc in-situ с лазерным абсорбционным спектрометром TDLAS для определения в режиме реального времени химического состава отходящих газов в потоке; ● контролер и оптимизатор полного процесса электродуговой плавки. Ядром инновационной системы является модель процесса электродуговой плавки, которая автоматически определяет отклонения в управляемых процессом переменных и корректирует их в соответствии с наилучшей практикой, чтобы избежать потерь железа или доступных источников энергии, а также повысить безопасность труда и снизить производственные издержки.

Это будет первая система автоматизированного управления ДСП Q-Melt Danieli в Южной Корее. Установка промышленной системы ожидается в сентябре 2018 года. У компаний Danieli и SeAH Besteel сложились хорошие долгосрочные отношения на протяжении более 30 лет успешной реализации совместных проектов. n www.danieli.com

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

10 КОНЦЕПЦИЯ «ИНДУСТРИЯ 4.0»

Роль электронного обучения в успешном развертывании промышленной концепции «Индустрия 4.0» Электронное обучение (e-Leaning) и внедрение «Умного» производства или в более далекой перспективе – концепции четвертой промышленной революции «Индустрия 4.0» тесно взаимосвязаны. Никлас Брундин, Вольф-Дитер Хоппе, Иоган Третигер, Карл Рейман, Кэролайн Дедеринг* E-LEARNING – дистанционное обучение с помощью интернета и мультимедиа, является необходимым условием для эффективного развертывания приемлемых решений и получения соответствующих преимуществ. Например, глобальная производственная сеть по обработке стали (промышленный интернет вещей) вводит централизованную функцию поддержки технического обслуживания, параллельно предоставляя инженерным работникам по всему миру возможность выполнять требуемые задачи, находясь вне их традиционных рабочих мест, что значительно снижает необходимость командировок обслуживающих специалистов и увеличивает длительность периодов бесперебойной работы оборудования. Для эффективной поддержки масштабного развертывания таких решений, глобальная подготовка новых кадров должна быть быстрой и эффективной, а также постоянно обновляемой. Здесь электронное обучение становится базой, обеспечивающей наибольший глобальный масштаб развития «умных» производственных решений. По-

этому консалтинговая компания Артур Д. Литтл, как правило, рекомендует при планировании инициатив по цифровой трансформации и переходу к умному производству внедрять современные решения электронного обучения. Повышение мотивации Электронное обучение использует слайдшоу, видео, игрофикацию (или геймификацию – применение для прикладного программного обеспечения и веб-сайтов подходов, характерных для компьютерных игр), симуляцию для формирования интерактивных дискуссий и обмена знаниями в цифровом формате. Это быстрый и гибкий путь обучения большого числа сотрудников независимо от их физического местоположения и времени, создающий привлекательные возможности для эффективного внедрения изменений в организации. Используя интерактивные викторины и методы отслеживания, было показано, что электронное обучение повышает мотивацию и способность к обучению при подготовке кадров, позволяя оценивать результаты сотрудни-

ков и обеспечивать каждому из них возможность завершить свой учебный модуль и приобрести необходимые знания. Кроме того, с помощью цифрового формата материала проще поддерживать и вносить существенные изменения в учебный материал по сравнению с традиционными нецифровыми форматами, постоянно обновлять его во времени. Одной из форм дистанционного образования являются массовые открытые онлайн курсы (massive open online courses – MOOC), которые представляют собой онлайн-курсы с неограниченным числом пользователей и открытым доступом через Интернет. Участники могут быть как внутри организации, так и за ее пределами. В дополнение к традиционным материалам курса, таким как снятые на видео лекции, чтения и наборы задач, многие курсы MOOC предоставляют интерактивные форумы пользователей с поддержкой взаимодействия между учениками и преподавателями. Курсы MOOC продемонстрировали положительные результаты, о чем свидетельствует исследование, проведенное компа-

Обучение с физическим присутствием

Высокая

Развитие курсов электронного обучения

Согласование с существующими системами тренинга

Критичность

Информация и последующий контроль

Облегчение доступа к информации

Информирование

Дружественные интерфейсы пользователей

Низкая Низкая

Ясная стратегия

Сложность

Высокая

Рис. 1. Матрица, показывающая наилучшие области применения электронного обучения

Стимулирование использования и последующий контроль

Рис. 2. Четыре ключевых фактора успеха при внедрении электронного обучения кадров

*Niklas Brundin, Wolf-Dieter Hoppe, Johan Treutiger, Carl Reiman, Caroline Dedering – компания Arthur D. Little Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

www.steeltimesint.com

КОНЦЕПЦИЯ «ИНДУСТРИЯ 4.0» 11

Познавательный

Контактный

Виртуальный

Человеческий

Добавленная стоимость

Большие массивы данных/продвинутая аналитика

Связь в Интернете вещей

Дополненная реальность

Коллективный интеллект/ краудсорсинг 1

Блокчейн технология

Познавательные, самообучающиеся системы/боты

Разработка умных машин и роботов

Киберфизические системы/виртуальные сети

Виртуальные рабочие места/ на базе Индустрия 4.0

Аддитивное производство/ 3D печать

Автономные транспортные системы

Умные энергосистемы

Виртуальное моделирование/ симуляция

Электронное обучение/MOOC

Интегрированные экосистемы/Децентрализованная добавленная стоимость

Рис. 3. Технологические строительные блоки подхода компании Артур Д. Литтл

нией Harvard Business Review: по результатам участия в MOOC 72 % респондентов сообщили о полученных успехах в карьере, а 61 % сообщили о преимуществах образования. Как передавать информацию Ключевым вопросом при наличии информации для ее передачи является то, какой метод передачи является наиболее подходящим. Поскольку методы имеют разные преимущества и недостатки, выбор наиболее эффективного варианта четко зависит от ситуации и, в частности, от вида информации. Компания Артур Д. Литтл разработала структуру с двумя ключевыми параметрами, которые позволяют сделать выбор наиболее подходящего метода для передачи информации: – критичность, означающую как важность информации, так и количество вовлеченных людей; – сложность, то есть, как сложно эту информацию «уяснить» и понять. Для информации с низкими уровнями критичности и сложности, затрагиваемые стороны могут быть просто проинформированы (например, по электронной почте). Если информация имеет низкую критичность, но высокую сложность, целесообразно сделать эту информацию легко доступной, например, предоставив ее во внутренней сети компании. Информацию с низкой сложностью и высокой критичностью нужно активно передавать в контакте с целевой аудиторией и www.steeltimesint.com

сочетать с последующей деятельностью. Информацию с высокой критичностью и высокой сложностью необходимо передавать обучением целевой группы, чтобы обеспечить ее полное уяснение и понимание. Электронное обучение – отличная замена физическим методам подготовки, какая бы ни была информация: как с очень высокой критичностью, так и очень высокой сложности. В этой ситуации физическая подготовка является идеальной, поскольку физическое присутствие позволяет обеспечить полную персонификацию клиента, что необходимо для передачи такого типа информации. Внедрение электронного обучения Компания Артур Д. Литтл определила четыре ключевых фактора успеха при внедрении электронного обучения. ● Разработка четкой стратегии, определяющей, когда и для каких типов информации должно быть использовано электронное обучение. Как часть процесса разработки стратегии крайне важно исследовать проблемы, с которыми организация может столкнуться при использовании современных практик такого обучения. ● Обеспечение удобных для пользователей и администраторов усовершенствованных интерфейсов для того, чтобы упростить использование и постоянное обновление учебного материала. ● Применение стимулов пользования и систем оценочного контроля, чтобы обеспечить приоритет электронного об-

1) Краудсорсинг

от англ. Crowdsourcing (crowd – «толпа» и sourcing – «использование ресурсов») – использование потенциала огромного количества людей без трудового договора для решения различных задач, которые возникают при ведении бизнеса.

учения среди сотрудников. Это включает мощности для разработки курсов для определенных ролей, а также для внедрения сертификатов. ● Совмещение с существующими обучающими мероприятиями и системами управления знаниями. Начните со списка приоритетных областей электронного обучения, сосредоточившись на функциях «must-have» («должен иметь»), а не на функции «nice-to-have» («хорошо бы иметь»). Улучшение эффективности затрат Компания Артур Д. Литтл видит, что использование электронного обучения будет непрерывно расширяться. Оно будет продолжать заменять физическую подготовку, а также другие методы обучения за счет эффективности в снижении затрат и повышения гибкости. Лидеры промышленности уже внедряют различные инициативы в области глобальной трансформации, основанной на оцифровке. Электронное обучение является одним из ключевых элементов, когда дело доходит до ускоренного расширения этих инициатив, оно позволяет быстро и эффективно наращивать профессиональный потенциал работников и тем самым обеспечивает быструю окупаемость корпоративных инвестиций. n

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

12 ПРОФИЛЬ КОМПАНИИ: BIG RIVER STEEL

«Умный» металлургический завод нового поколения с высочайшей производственной гибкостью Металлургический завод нового поколения Big River Steel в США, поставленный концерном SMS group из Германии на базе новейшей концепции высокой производственной гибкости Flex Mill™ – стал первым в США мини-заводом с широким варьируемым сортаментом стальных прокатанных полос, который утверждает новые стандарты для черной металлургии завтрашнего дня. Сегодня этот «выскочка» на рынке стали, введенный в промышленную эксплуатацию в конце 2016 года, успешно доказал, что мини-заводы с ЭДП могут производить любые виды высокотехнологичной стали, которые до него считались исключительно прерогативой металлургических комбинатов с полным циклом. Начальные инвестиции в размере 1,6 млрд долл. США, самые крупные частные инвестиции в шт. Арканзас, были увеличены в 2017 году еще на 1,2 млрд долл. США для реализации второго этапа дальнейшего развития производства. Это подтверждает мнение генерального директора компании Big River Steel Дэвида Стиклера, что сегодня разумные деньги не верят в такие комментарии: «…в мире слишком много мощностей для производства стали, и сегодня вы не можете успешно инвестировать деньги в черную металлургию». Редактор журнала Steel Times International Мэтью Моггридж посетил г. Осеола (шт. Арканзас, США), чтобы встретиться с Дэвидом Стиклером – человеком, стоящим у руля первого в мире «интеллектуального» и самообучающегося металлургического комплекса. ПРИЛЕТЕВ в Мемфис, вы через час езды на автомобиле сначала по шоссе Interstate 40, а после пересечения реки Миссисипи по мосту «Hernando de Soto Bridge», по легендарному шоссе Highway 61, которому Боб Дилан в 1965 посвятил свой шестой блюзовый альбом «Highway 61 Revisited», окажетесь в небольшом городке Осеола (с населением всего около 5 тысяч жителей) штата Арканзас в дельте реки Миссисипи, одном из сельскохозяйственных и наиболее бедных штатов США. Строительство здесь на площади 5,25 км2 новейшего комплекса по производству плоского проката компании Big River Steel, названным так потому, что он расположен на берегу великой реки Миссисипи, существенно изменило состояние этого региона. В городе открываются новые рестораны, ведется новое жилищное строительство. Компания выбрала шт. Арканзас для строительства нового металлургического производства из-за его обширной транспортной сети, жизненно необходимой для перемещения огромных заводских грузопотоков, которая охватывает водный путь, железную дорогу и автостраду, а также с учетом чрезвычайно выгодного долгосрочного контракта на поставку электроэнергии. На первом этапе завод будет производить 1,5 млн т/год высокотехнологичной горячекатаной и холоднокатаной стальной полосы. «Новичок» и «выскочка» на рынке стали США Компания Big River Steel – новичок на американском рынке стали, но он произвел большую рябь на поверхности рынка стального проката, главным образом потому, что этот мини-завод – производитель электростали на базе металлолома – нацелен даже еще дальше, чем ставшие уже привычными мини-заводы, посягает на территорию, которую традиционно зарезервировали для сбыта своей стальной продукции металлургические комбинаты с полным циклом.

Генеральный директор компании Big River Steel в США Дэвид Стиклер (Dave Stickler)

«Если вы оглянетесь назад в историю, то 30 лет назад все 100 % плоского стального проката в мире производило сообщество интегрированных заводов с полным металлургическим циклом», – рассказывает Дейв Стиклер, генеральный директор компании Big River Steel. «После выхода из слябовой МНЛЗ, непрерывнолитые слябы толщиной от 8 до 12 дюймов обычно сначала охлаждали, а затем снова нагревали и после обжатия на полосовом стане горячей прокатки до заданной толщины, направляли прокатанные рулоны опять на охлаждение. Но в конце 1980-х годов небольшая сталелитейная компания Nucor Corp. объявила миру, что работая вместе с корпорацией SMS Group из Германии, она собирается производить тонколистовой прокат из металлолома вместо традиционного

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

маршрута комбината с полным циклом на базе первородной железной руды и коксующегося угля, а вместо выходящего из МНЛЗ сляба толщиной восемь дюймов, собирается разливать на тонкослябовой МНЛЗ слябы толщиной всего два дюйма», - говорит он. Крупные комбинаты с полным циклом того времени (многие из которых сегодня уже закрыты), отказывались верить, что из электростали, выплавленной из металлолома, можно изготовить что-то лучшее, чем листы для изготовления мусорных баков. Но вскоре они получили доказательства отличной работоспособности этой новой технологии. Стиклер продолжил: «Не так давно такие объединенные комплексы с литейнопрокатными агрегатами CSP® начали выпускать высокопрочные автостали для изготовления деталей и кузовов автомобилей и продолжают продвигаться вверх по цепочке улучшения качества стали. Когда 20 лет назад я занимался компанией Steel Dynamics, то уже тогда наша компания продавала высококачественную сталь для глубокой вытяжки автопроизводителю Крайслер». По словам Стиклера, за последние 30 лет мини-заводы полностью опровергли мнение интегрированных производителей стальных полос, что по параметрам качества и маркам стали мини-заводы никогда не смогут производить такие же полосы. Мини-заводы продолжают посягать на территорию интегрированных комбинатов полного цикла, так что сегодня уже 67 % выплавляемой стали в США проходит через электродуговую печь, а процесс ЭДП считается самым безопасным, наиболее эффективным и устойчивым способом выплавки стали. «Но и процесс электросталеплавильного производства не стоит на месте. Технология завода Big River Steel демонстрирует последнюю эволюцию этого процесса, взявшего все лучшее из технологий мини-заводов с ЭДП и интегрированных www.steeltimesint.com

ПРОФИЛЬ КОМПАНИИ: BIG RIVER STEEL 13

заводов полного цикла. Структура производственных затрат компании «верна» структуре заводов с электродуговыми печами, у нас тоже около 70 % всех расходов можно отнести к металлолому, электричеству и рабочей силе. Пока вы покупаете лом на условиях текущего рынка, и не переплачиваете, ваши производственные расходы будут абсолютно такими же, как и у ваших конкурентов, других минизаводов», – говорит он. Для покупки металлолома компания Big River Steel ежемесячно выходит на рынок, как и все остальные мини-заводы. Касаясь поставки электроэнергии, Стиклер утверждает, что этот самый современный завод сегодня имеет наилучший тариф на электричество и наименьший показатель потребления электроэнергии на тонну произведенной стали. «И для этого есть несколько причин. Когда вы размещаете такой завод, то возникает очень конкурентный процесс выбора места его строительства, и у вас появляется один возможный выбор, играющий против другого, множество претендентов, соперничающих за ваш бизнес, поэтому в течение первого периода действия контракта вы будете иметь тариф, который, вероятно, будет наилучшим в отрасли, потому что он был предметом ярых конкурентных переговоров», – поясняет он. «После этого первого периода действия контракта вы теряете свое переговорное плечо, и можете получить прирост тарифа. Компания Big River Steel подписала первоначальный контракт на 11 лет, но при этом нужно взглянуть на то, что с течением времени промышленность Америки стала намного более энергоэффективной. Прекрасным примером являются наши двигатели и приводы. Когда вы тянете вверх на знак остановки на своем автомобиле, то мотор останавливается; наши двигатели и приводы не останавливаются, но они могут простаивать. Некоторым из мини-заводов, с которыми мы конкурируем, уже 20–30 лет. Эти приводы

вращаются постоянно в режиме 24/7, и единственный раз, когда они останавливаются, это когда они не работают», – говорит он. Компания Big River Steel существенно снизила издержки на рабочую силу за счет использования новейшей технологии. Стиклер надеется, что эффективность труда в его компании «вероятно, немного выше, чем у ее конкурентов». «На стороне возможностей высокой производственной гибкости для выпуска широкого сортамента продукции, я могу подчеркнуть тот факт, что металлургический завод Big River Steel был спроектирован с чистого листа специально для производства востребованного высокотехнологичного стального плоского проката, который до этого никогда не производили по технологии мини-заводов, а преимущественно на комбинатах полного цикла. Наша технология позволяет выпускать полосовой прокат из марок стали, полностью подходящих для применения в автомобильной индустрии, включая автосталь для глубокой вытяжки, очень и очень эффективно», – считает Стиклер. И это ставит завод Big River Steel в уникальное положение. «Полупродукт толщиной в 1” (25,4 мм) и шириной до 1930 мм позволит нам, после некоторых будущих инвестиций, войти в сектор комплексного производства полностью обработанных, ориентированных на зерно кремнистых (электротехнических) сталей. У нас есть полные гарантии получения необходимого качества такого продукта от наших поставщиков оборудования, которые обеспечены компенсационными аккредитивами и облигациями возврата, поэтому люди и вкладывают сюда свои деньги», – сказал он. Самое главное, что на работу в компанию Big River удалось привлечь профессиональный состав талантливой команды. Многие из них оставили свою долгую карьеру на некоторых интегрированных заводах мира по выпуску высококаче-

Общий вид комплекса мини-завода Big River Steel в США, производственная мощность которого после завершения второго этапа составит 3,2 млн т/год

www.steeltimesint.com

ственных сталей, чтобы присоединиться к новейшему металлургическому производству в компании Big River Steel, которую, по признанию самого Стиклера, многие считают «выскочкой» на рынке стали. «Что действительно говорит мне, что мы все делаем правильно, так это то, что люди голосуют ногами», - сказал Стиклер, имея в виду тех, кто прыгнул с больших кораблей интегрированных заводов на площадку нового «умного» мини-завод. Трамп, торговля и тарифы Стиклер постоянно думает о том, как ему справиться наилучшим образом с его работой и возникающими проблемами, поэтому, когда дело доходит до таких вопросов, как торговля и тарифы, он хочет чтобы решения принимались без глупостей и без колебаний. По его мнению, не так давно некоторые из отечественных конкурентов были на страницах газет каждую неделю, говоря: «Мы собираемся выйти из бизнеса и можем обанкротиться, если китайцы не сократят у себя производство стали». Стиклер построил дом в Китае и утверждает, что в этой стране возникнут социальные беспорядки, если Китай будет вынужден закрыть половину своих сталелитейных заводов. Он говорит: «Что вы собираетесь делать со всеми этими рабочими? Нельзя забывать, что на китайском металлургическом заводе работает не как у нас, всего 450 рабочих, а на некоторых из них занято около 100 тысяч человек. Ведь нельзя выбросить всех этих людей на улицу». Компания Big River Steel верит в справедливую торговлю сталью. «Мы должны твердо встать на свои собственные ноги, будут введены в действие тарифы и квоты или нет. Если они действуют, то мы выигрываем в конкуренции, а если их нет, мы должны быть в состоянии конкурировать, вот так мы изначально и увеличили наше исходное финансирование до 1,6 млрд. долл. США», – сказал он. Отношение Стиклера к вводу мер против импорта стали на основании «Section 232» торгового законодательства США простое: «Независимо от того, что администрация США собирается делать, все, что я прошу, это то, чтобы они поторопились и сделали это. После принятия решения все станут жить с таким решением, каким бы оно ни было», – считает он. «У нас есть работа, которая должна стабильно продолжаться, создавая хорошие, высокооплачиваемые рабочие места в местном сообществе, мы будем производить сталь, которую наши клиенты заинтересованы покупать у нас, и всем это будет выгодно, это наша работа», – утверждает Стиклер. По его мнению, у компании Big River Steel есть надежный инновационный инструмент, который позволяет ей успешно конкурировать независимо от динамики рынка стали.

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

14 ПРОФИЛЬ КОМПАНИИ: BIG RIVER STEEL

Процесс завалки шихты в электродуговую печь завода Big River Steel

Внедрение концепции «Flex Mill» Данным инструментом является концепция Flex Mill™ высокой производственной гибкости металлургического комплекса, разработанная совместно с SMS group, и, фактически, ставшей новейшей эволюцией электросталеплавильного производства. Это означает, по мнению Стиклера, что со структурой производственных затрат и размером мини-завода, но с производственными возможностями интегрированного металлургического комбината, у комплекса есть «достаточная прочность, чтобы выдержать любые рыночные условия». «Мы можем работать гибко и, надеюсь, в состоянии конкурировать с минизаводами по всем продуктам, которые они исторически производили, но другим «гибким» путем, и конкурируя, безусловно, с более низкой структурой производственных затрат, но с тем же качеством выпускаемой продукции, которую производят на металлургических комбинатах полного цикла», - уверен Стиклер. Без сомнения, термин «гибкий завод» – это не просто бренд, а новый процесс электросталеплавильного производства, еще одна ступенька на эволюционной лестнице металлургического процесса. Компания Big River Steel имеет свой товарный знак «Flex Mill», и Стиклер утверждает, что у компании есть возможность гибкого перехода от рынка к рынку в зависимости от рыночных условий. «Если автомобильная отрасль упадет с производства

17 млн автомобилей в год до 14 млн, это не будет иметь драматического влияния на нас, в отличие от некоторых из наших интегрированных конкурентов с полным циклом, которые очень сильно ориентированы на автомобильную промышленность. Мы сможем быстро повернуться лицом к рынкам энергетического, трубного или строительного секторов», – сказал Дэйв. «Наша компания с некоторыми дальнейшими инвестициями имеет хорошие возможности для обслуживания рынка электромобилей, и не только самих автомобилей, но и зарядных станций. Подумайте об этом: чтобы построить целую сеть, не бензоколонок или газовых станций, а станций зарядки, потребуются электрические зарядные устройства, которые в зависимости от их конструкции, требуют довольно много стали», – считает он. Улучшенные высокопрочные стали Разумеется, большой приз – это стать полноценным поставщиком высокопрочной стали (AHSS) для автомобильной промышленности. Компания Big River Steel продает сталь автомобилестроителям, но не напрямую. «Сталь производится прямо здесь, в городе Осеола штата Арканзас, и некоторые первые объемы нашего производства стали уже находятся в автомобилях, которые сегодня курсируют на дорогах США», – рассказал он, ссылаясь на автогигантов Ford, Toyota и Chrysler. «Справедливости ради отметим, что это не вы-

Тонкослябовая МНЛЗ завода Big River Steel в действии

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

сокопрочные стали, где вам нужно пройти процесс сертификации, они предназначены для менее важных компонентов, но опять же, я очень горжусь тем, что всего через год наши стали уже широко ездят по США». Стиклер рассказал, что технологический процесс завода Big River Steel был разработан для производства улучшенных высокопрочных сталей AHSS и уже имеет необходимый опыт их выпуска. Покупатели полос из стали AHSS уже продемонстрировали готовность работать с Big River Steel, которая является единственным производителем стали, который стал членом Центра безопасности и анализа столкновений (CCSA) в Университете им. Георгия Мейсона, финансируемой правительством организации, расположенной вблизи Вашингтона, где автомобили могут быть подвергнуты краш-тесту с использованием передовой технологии компьютерного моделирования. «Мы являемся членом этой организации, и главная причина этого – допуски. Стальная продукция каждого конкретного металлургического завода имеет диапазон допусков от X до Y, а автопроизводители должны при проектировании использовать продукты с самым низким общим знаменателем. Если вы уменьшите этот диапазон допуска, то автопроизводители получат более легкую стальную полосу, а если диапазон допуска будет широк, то у них будет преобладать более тяжелая сталь», – объяснил Стиклер, и добавил, что завод Big River Steel находится в очень хорошем положении, чтобы иметь возможность ужесточать эти допуски и, следовательно, снижать вес производимого автомобиля. Было множество причин, по которым Big River Steel присоединилась к CCSA, одна из которых связана с машинным обучением и использованием искусственного интеллекта, а другая – с его готовностью оспаривать отраслевые нормы. Кроме этого, было найдено взаимопонимание между техническим мозгом завода и CCSA в отношении ужесточения вышеупомянутых допусков.

Нагретая заготовка поступает в линию стана горячей прокатки

www.steeltimesint.com

ПРОФИЛЬ КОМПАНИИ: BIG RIVER STEEL 15

Диспетчерский пульт шестиклетевого стана горячей прокатки в линии агрегата CSP

Роль новейшей технологии Технология сыграла важнейшую роль в разработке проекта завода Big River Steel. Стиклер метко сказал, что, когда он впервые начал работать в черной металлургии, это было около 80 % мускулов и 20 % мозгов, тогда как сегодня в условиях завода Big River Steel – это 90 % мозгов и 10 % мускулатуры. Он также ранее сказал (на конференции AISTech), что «… статускво черной металлургии не блещет инновациями». Стиклер считает, что черная металлургия не часто получает признание за высокие технологические достижения. Вот, что он говорит по этому поводу: «Если вы заходите в университет на защиту студенческого диплома или диссертации в области черной металлургии, разговариваете с инженерными работниками или простыми людьми о передовых технологиях, первая мысль у них – «ну нет, только не в черной металлургии». Мы пытаемся изменить это мнение и продемонстрировать, что существуют огромные возможности для развития технологических процессов в черной металлургии». Это хорошо согласуется с другой хорошо известной цитатой Дейва Стиклера: «Мы – технологическая компания, которая просто счастлива производить сталь». Завод Big River Steel был спроектирован и построен совместно со специалистами SMS group из Германии. «Мы пришли в компанию SMS group и сказали, что мы заинтересованы в производстве таких конкретных продуктов, и мы спросили их: у вас есть технологические возможности производить их? Ответ был «на две трети, да», а оставшаяся треть была «давайте работать вместе и посмотрим, сможем ли мы это успешно реализовать». Что касается машинного обучения и искусственного интеллекта, мы знали, что эволюция технологии значительно продвинулась вперед, поэтому мы действительно прилагали согласованные усилия, чтобы быть уверенными, что на этом новейшем заводе у нас будет возможность от A до Я собирать и обрабатывать большие данные», – объяснил Стиклер. www.steeltimesint.com

Стиклер и его команда уверены в аналитике больших данных: «У нас есть талант, у нас есть интерес, и у нас есть стремление значительно лучше анализировать получаемые данные. Старая проблема непрерывной разливки слябов – продольные трещины на поверхности слябов, возникающие на выходе из МНЛЗ – все еще проблема и для нас, но при большем объеме данных, поступающих через систему управления и используемых для анализа, можно будет дополнительно снизить появление продольных трещин». Важность концепции «Индустрия 4.0» Стиклер твердо придерживается мнения, что концепция «Индустрия 4.0» – или «Умное производство» – важна для всей металлургической промышленности. «Моя цель – помочь людям понять, что черная металлургия в США находится на переднем крае следующего поколения промышленного мира. У нас есть роскошь в виде старта с чистого листа», – сказал он. По его мнению, потенциальные возможности компании Big River Steel в отношении машинного обучения высоки из-за огромного объема данных, которые компания может накопить в процессе работы. «Более масштабно, чем, вероятно, любая другая сталелитейная компания в мире», – добавил он. «Я говорю нашей команде, что мы должны знать как можно больше о работе нашего металлургического завода, так же как компании General Electric или Rolls Royce знают все о тех двигателях, которые летают в небе», – сказал он, подчеркнув необходимость «мониторинга, мониторинга, мониторинга» и важность прогностического техобслуживания. «Мы называем себя «обучающимся производством» – чем дальше мы бежим, тем больше наш завод будет учиться, также как и автономные транспортные средства. На днях я узнал, что за первый год мы уже собрали и проанализировали более 100 миллионов данных – о температуре, вибрации, давлении. Мы ищем

корреляции во всем, что мы делаем», – сказал Стиклер. «Мы хотим найти шаблоны, определить тенденции и прогнозы, которые говорят производству «хорошо» – сейчас вы переходите от нулевой вероятности к 40 % вероятности появления прорыва стали, к 70 % вероятности прорыва, а потом до «привет оператор, вероятность прорыва достигла уже 90 %, вам лучше что-то быстро предпринять», – говорит он. После этого добавив, что в конечном счете, самому оператору не придется ничего делать, поскольку завод сам проведет необходимую коррекцию на базе системы самоуправления. «Мы находимся еще не на таком высоком уровне, но у нас есть необходимая инфраструктура и все инструменты, мы знаем путь к достижению этого. Это будет нелегко, это будет сложно, но мы готовы решить эту задачу», – считает Стиклер. Конец интегрированным заводам? «Все это ставит вопрос: есть ли у интегрированных металлургических заводов США будущее? Сегодня металлургические комбинаты полного цикла в США производят менее 45 % всего объема плоского проката, а через 10 лет эта доля, вероятно, составит менее 35 %, – считает Стиклер. – Если вы проанализируете историческую тенденцию, то возникает вопрос о живучести производителей стали с полным металлургическим циклом в США. Я не достаточно смел, чтобы сегодня сказать, что они уйдут в небытие полностью, но за последние 30 лет они потеряли значительную долю рынка, и большая часть этого падения пришлась на последние 10–15 лет». Стиклер и его команда занимаются дальнейшим развитием производства. После первого года работы клиентская база достигла 120 потребителей в месяц. «Я всегда смотрю на число повторных заказчиков нашей продукции, потому что, если люди многократно заказывают и покупают у вас, то вы должны все делать правильно. Если бы у нас был низкий коэффициент удержания заказов, я бы очень нервничал, но, к счастью, это не так», – подытожил он. «Наш стратегический план состоит в том, чтобы на втором этапе расширения удвоить производственную мощность завода с текущих 1,45 млн т/год до 3,2 млн т/год стальных полос толщиной 0,28–1,4 мм и шириной до 1880 мм, увеличив численность рабочей силы на 200 человек, доведя общее число рабочих на заводе до 600. Компания уже получила все необходимые экологические разрешения на такое удвоение производственной мощности, и мы уже потратили деньги на фундаменты, строительство трубопроводов и воздуховодов», – завершил встречу Стиклер. n www.bigriversteel.com

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

16 НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА

«Умная» непрерывная разливка стали Меняющиеся рыночные условия требуют устойчивого использования новых доступных технологий для поддержки производителей стали конфигурациями завода и инструментами, обеспечивающими исключительную производственную гибкость в отношении выпускаемой продукции. Инвестиции направляются на оптимизацию производственных издержек и качества продукции. Одной из важных недавних разработок стала интеграция параметров технологического процесса по всей производственной линии, начиная с производства чугуна и заканчивая процессами отделки. В этой статье дан обзор новейших разработок компании Primetals Technologies в области непрерывной разливки стали, включая влияние концепции «Индустрия 4.0» на моделирование процесса непрерывной разливки стали. Иоганн Пенн, Поль Пеннесторфер, Андреас Юнгбауэр* АНАЛИЗИРУЯ факторы успеха компаний, можно выявить много различий, но увидеть и некоторые сходства. Однако во всех случаях отмечается один общий знаменатель – акцент на инновациях в продуктах и процессах. В большинстве случаев ключевым фактором успеха являлись не революционные изменения, а внедрение хорошо проверенной стратегии и ее последовательная реализация. На открытом глобальном рынке ни одна компания мира не может позволить себе отставание от своих конкурентов. Это явление называют «инновационной спиралью», и оно характеризуется все более короткими жизненными циклами продукта. В этих условиях ответственный менеджмент должен знать технологические тенденции и постоянно внедрять появляющиеся инновации в свои бизнес-сектора. При более коротком жизненном цикле реализация несоответствующей конфигурации завода приведет к критическим ситуациям для производственной компании, что ясно указывает на то, что инновации должны внедряться не только значительно быстрее, но и могут сопровождаться гораздо большими рисками. Зная эти реалии, компания Primetals Technologies решила предоставить производителям стали специализированную поддержку с самых ранних этапов инвестиционного/инновационного планирования до конца жизненного цикла производства в виде консультирования в области технологии разливки – Casting Technology Consulting (CTC). Цель такого консультирования состоит в обеспечении успеха каждой инвестиции в новую технологию разливки, модернизацию или оптимизацию процесса разливки. Главной целью Primetals Technologies является разработка долгосрочных стратегий, которые поддерживают клиентов, чтобы они оставались конкурентоспособными и успешными. Комплексный портфель технологических пакетов компании охватывает весь жизненный цикл машин непрерывной разливки стали. МНЛЗ – концепция «Индустрия 4.0» Компания Primetals Technologies является пионером многих перспективно-ориенти-

Слябовая МНЛЗ компании Primetals Technologies

рованных разработок и инноваций в области непрерывной разливки стали, помогающих производителям оставаться конкурентоспособными. За последние 20 лет в конфигурацию МНЛЗ было включено применение технологических и мехатронных пакетов в модульном исполнении, что явилось отличной исходной точкой для дальнейшего успешного перехода к цифровому интеллек-

туальному производству, также известному как концепция «Индустрия 4.0» (или «Умное производство»). За последние три года компанией был успешно разработан всесторонне проверенный технологический пакет процесса непрерывной разливки стали, полностью готовый к текущим и предстоящим потребностям цифрового преобразования производства.

*Johann Penn, Paul Pennestorfer, Andreas Jungbauer – компания Primetals Technologies GmbH, 4031 Linz (Австрия); www.primetals.com Email: johann.penn@primetals.com Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

www.steeltimesint.com

НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА 17

Высокопроизводительная слябовая МНЛЗ Сегодня непрерывная разливки считается зрелым процессом и развитой технологией. Но все возрастающие требования к качеству и постоянное расширение новых марок стали означают, что и в будущем продолжится рост показателей качества на каждом этапе процесса разливки. Поэтому необходимо сфокусироваться на инновационном планировании, оптимизации параметров для настройки моделей процессов и модификации конструкции и конфигурации МНЛЗ с новыми функциями. Такие модели были успешно разработаны для слябовых МНЛЗ, но в последние годы они также широко применяются для блюмовых и сортовых МНЛЗ. МНЛЗ как киберфизическая система Автоматизированное управление процессом на основе модели означает связь реальной установки с ее виртуальным (цифровым) двойником в так называемой «киберфизической системе». Это достигается путем моделирования и симуляции процесса непрерывной разливки. Модели не только используются онлайн для оптимизации процесса разливки, но и в автономном моделировании для разработки новых стратегий, а также для проектирования новых МНЛЗ. Разработан пакет моделей, учитывающих все аспекты процесса затвердевания слитка, все они были объединены в комплект моделей непрерывной разливки – Continuous Casting Model Suite (рис. 1). Новый комплект моделей имеет точность и возможности управления, позволяющие реализовать совершенно новые концепции вторичного охлаждения и мягкого обжатия.

DynaPhase – расчет свойств материала Математическая модель DynaPhase вычисляет все термофизические данные, используемые системой Dynacs 3D. Она доступна в режиме онлайн-инструмента для определения свойств материала для текущего анализа марки стали. Эта уникальная особенность, которая отличает ее от конкурентов. Совместное автономное исполь-

КОМПЛЕКТ МОДЕЛЕЙ Continuous Casting Model Suite DynaPhase Расчет температурно-зависимых свойств материала Dynacs 3D Динамическая система вторичного охлаждения с трехмерным расчетом температурного профиля DynaGap Soft Reduction 3D Быстрое мягкое обжатие по толщине сляба для улучшения качества

Рис. 1. Комплект моделей непрерывной разливки: технологические пакеты DynaPhase, Dynacs 3D и DynaGap Soft Reduction

зование моделей DynaPhase и Dynacs 3D позволяет проводить металлургическую разработку новых марок стали.

Dynacs 3D – система вторичного охлаждения Система Dynacs 3D точно оценивает теплопередачу от поверхности сляба в результате излучения, передачи тепла в ролики, естественной конвекции и охлаждения струями воды. Она может быть применена для оценки охлаждения как распыленными струями воды, так и водо-воздушной смесью (воздушным туманом). Модель учитывает структуру распределения водоохлаждающих сопел и температуру подаваемой воды, чтобы обеспечить точное прогнозирование теплопередачи при водяном распылении. Это обеспечивает еще более точное определение температурного профиля поверхности ручья и окончательной точки затвердевания ручья (рис. 2). На основе точных температурных расчетов модель Dynacs 3D может указывать желаемую температуру поверхности не только по длине ручья, но также и по ширине ручья. Возможно даже индивидуаль-

Рис. 2. Визуализация температурного профиля в центральной зоне сляба с жидкой сердцевиной

www.steeltimesint.com

ное управление расходом воды и позицией каждого водоохлаждающего сопла. Алгоритмы управления Dynacs 3D вычисляют настроечные значения расхода воды для достижения целевых значений температуры поверхности ручья. Модель Dynacs 3D позволяет разрабатывать совершенно новые концепции методов охлаждения для предстоящих вызовов непрерывной разливки. Сочетание подвижных водораспылительных сопел (3D Sprays), форсунок DynaJet Flex новейшего поколения и пакета вторичного охлаждения DynaTac обеспечивает выход продукции с беспрецедентными результатами качества. Результаты модели Dynacs 3D являются необходимым вкладом в работу системы мягкого обжатия DynaGap Soft Reduction, которая оптимизирует качество внутренней структуры ручья. Система мягкого обжатия DynaGap Soft Reduction Пакет DynaGap Soft Reduction основан на комбинации «Умных» сегментов (Smart Segments) и модуля теплового отслеживания Dynacs 3D. Он динамически регулирует профиль зазора между тянущими роликами даже в условиях переходных режимов разливки. Гибкость процесса «мягкого» обжатия Двадцать лет назад бывшая компания Voest Alpine Industrieanlagenbau представила систему ASTC, ставшую наилучшим доступным эталоном в технологии динамического мягкого обжатия. С этого момента динамическое мягкое обжатие (в жидко-твердом состоянии) рассматривается как фундаментальный метод улучшения внутреннего качества непрерывнолитых слябов, в частности, снижения до ми-

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

18 НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА

2 3

1

1

Блок индивидуальных тянущих роликов

2

Рама для крепления

3

Поддерживающие колонны

4

Проверенная конструкция внешней рамы изгиба

5

Тянущий ролик

6

Стандартное крепление сегмента и автоматическое подключение воды

5

4

во время разгиба заготовки в зоне выпрямления поддерживать температуру поверхности заготовки выше точки пластичности при изгибе (рис. 4). Чтобы подготовиться к этому предстоящему требованию, был создан технологический пакет, который может быть установлен как на новых МНЛЗ, так и при модернизации существующих машин для высокотемпературной разливки. Этот пакет охватывает все, начиная с моделирования металлургического процесса и заканчивая термостойкой и надежной структурой направляющих ручьев.

6

Рис. 3. Single Roll DynaGap – сегмент модуля мягкого обжатия с индивидуальными тянущими валками направляющего ручья

нимума осевой ликвации и центральной пористости. Благодаря технологии DynaGap Soft Reduction, усовершенствованной модели вторичного охлаждения Dynacs 3D и проверенной конструкции блока тянущих роликов Smart Segment в направляющих ручьях, производители стали на протяжении многих лет оставались на переднем крае технологии непрерывной разливки. Несмотря на то, что в последние годы модели процесса были значительно улучшены, эффективность динамического мягкого обжатия всегда была ограничена ошибкой «дискретности», которая возникает, если сегментные ролики не могут быть индивидуально позиционированы (по расстоянию между ними). Ошибка дискретности повышается при сокращении длины мягкой зоны и при невыгодном расположении точки окончательного затвердевания ручья прямо в середине одного сегмента.

Недавно разработанный сегмент Smart Single Roll DynaGap (SRD) позволяет обеспечивать полное динамическое выравнивание размещения отдельных тянущих валков и, следовательно, оптимально выравнивать зазоры между ними в зоне мягкого обжатия, избегая любых дискретных отклонений от оптимального зазора (рис. 3). Пакет расчета температурного профиля Высокотемпературная разливка (или так называемая «сухая разливка») будет использоваться в гораздо большей степени в новейших МНЛЗ для производства марок стали, чувствительных к поверхностному трещинообразованию, таких как микролегированные и улучшенные высокопрочные стали. Для достижения этой цели МНЛЗ должна работать с минимальным внешним охлаждением водо-воздушным распылением или даже без него в зоне изгиба и области выпрямления отлитой заготовки. Задача заключается в том, чтобы

Управляемая подача сжатого воздуха

Подача воды

1080 1060 1040 1020

DynaTac

1000 980 960 Форсунки

Температура поверхности сляба, °C

1100

Форсунки охлаждения DynaJet Flex Сегодня система вторичного охлаждения МНЛЗ обычно включает в себя водо-воздушные сопла с широким диапазоном коэффициента равномерной работы (обычно 1:9), который отражает отношение самого высокого и самого низкого потоков воды без риска нарушения равномерности распыления. Для предотвращения образования угловых трещин зоны охлаждения дополнительно разделяются на центральные и краевые участки поперек направления разливки.

DynaJet Flex – это новая система охлаждения, которая поднимает дискретизацию зон охлаждения МНЛЗ на следующий уровень. При использовании только водяных сопел, которые управляются с помощью пульсирующего сигнала с широтно-импульсной модуляцией, становится возможным повышение диапазона коэффициента «включения/выключения» сопел от предела водо-воздушного тумана в 1:9 до 1:15 и выше. Это позволяет снизить эксплуатационные расходы на 70 % за счет снижения расхода сжатого воздуха. Система может быть установлена на сегменте МНЛЗ в процессе запланированного цикла технического обслуживания. После установки новая система DynaJet Flex немедленно активируется. С этого момента сегмент полностью готов к работе и обеспечивает радикально улучшенное управление охлаждением для получения оптимального температурного профиля

940 Охлаждение обычным способом (очень мягкое)

920 900

0

5

10

15 20 25 30 35 Длина направляющего ручья, м

40

45

Рис. 4. Система DynaTac повышает температуру ручья в зоне выпрямления сляба минимизируя поверхностное трещинообразование

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

пр

На

(a)

ой

вн

ры

ре еп е н ки ни злив е авл ра

(б)

Рис. 5. Функциональная схема системы DynaJet Flex (а) и пример (б) форсунки водо-воздушного охлаждения

www.steeltimesint.com

НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА 19

отливаемого сляба в ручье, как вдоль, так и поперек сляба. Сопло DynaJet Flex имеет надежный стандартный фланец, который можно зафиксировать на существующей системе трубопроводов (рис. 5). На головке сопла может быть установлен любой доступный вид форсунки, позволяющий обеспечить требуемую структуру водо-воздушного распыления. Высокоскоростная длительная разливка продукта При разливке заготовок трубный кристаллизатор DiaMold также имеет коническую форму, которая обеспечивает компенсацию усадки заготовки во время охлаждения и предотвращает переохлаждение по углам кристаллизатора. На МНЛЗ металлургического завода EGE Celik в Турции при непрерывной разливке сортовых заготовок сечением 130х130 мм была достигнута скорость разливки 6,2 м/мин. Разумеется, что высокоскоростная разливка возможна только в том случае, если параметры качания кристаллизатора, отвода тепла от кристаллизатора, вторичного охлаждения, а также работа интегрированной системы автоматизации и мониторинга процесса будут полностью согласованы для обеспечения безопасных и длительных процессов высокоскоростной разливки. Учитывая этот опыт, компания разработала процесс WinLink – как решение для 1, 2 и 3-ручьевой МНЛЗ. В недавно реализованном проекте новой трехручьевой МНЛЗ WinLink один ручей был напрямую соединен с прокатным станом для его питания в бесконечном режиме (рис. 6). В полубесконечной конфигурации два ручья этой 3-ручьевой МНЛЗ WinLink питают прокатный стан мерными разрезанными заготовками. Также возможна традиционная работа МНЛЗ, когда все три ручья производят литые заготовки, которые должны затем охлаждаться на охлаждающем рольганге. Длительная разливка продукта высокого качества Крупные блюмовые секции требуются для выпуска конечной стальной продукции с наивысшей чистотой и внутренним качеством, в частности деталей для автомобилестроения из высокопрочных сталей, устойчивых к трещинообразованию. Новая блюмовая МНЛЗ, установленная на заводе Hyundai Steel, оснащена самыми современными функциями, необходимыми для достижения превосходного качества отливаемого продукта. Основные функции включают: динамическое мягкое обжатие (DynaGap 3D), динамическую систему вторичного охлаждения с трехмерным расчетом температурного профиля (Dynacs 3D), онлайн модель DynaPhase, водо-воздушное распылительное охлаждение, высокотемпературную непрерывную разливку (DynaTac), систему обнаружения прорывов Mold Expert, элекwww.steeltimesint.com

Рис. 6. Проект высокоскоростной машины непрерывной разливки сортовых заготовок WinLink

тромагнитное перемешивание EMS металла в кристаллизаторе, систему динамического завершающего перемешивания EMS на участке затвердевания и другие. Все эти функции необходимы для производства высокопрочного металла, предназначенного для изготовления приводных и коленчатых валов, подшипников. На уже существующих МНЛЗ также требуется повышение производительности и дальнейшее улучшение внутреннего и поверхностного качества сортовых заготовок и блюмов. Проверенным решением для проекта модернизации является установка новой головной части МНЛЗ с кристаллизатором, включая трубный кристаллизатор DiaMold и выдвижную гидравлическую систему качания кристаллизатора DynaFlex с встроенной регулировкой несинусоидального и обратного качания кристаллизатора, а также недавно разработанную систему вторичного охлаждения. Эта модульная система позволяет заменить кристаллизатор на ручье без прерывания процесса непрерывной разливки, повышая производительность и гибкость работы МНЛЗ. Такое обновление технологии компания реализует в течение короткого времени простоя, всего в один месяц.

Рис. 7. Двухручьевая вертикальная МНЛЗ для разливки блюмов круглого сечения на заводе Zhongyuan Specialty Steel, Китай

Разливка специальных марок сталей Здесь будут вводиться новые поколения МНЛЗ с исключительной гибкостью в отношении требований к выпускаемой продукции, способных эффективно разливать широкий диапазон различных сортовых изделий из новых марок стали. К ним относятся изготовленные по индивидуальному заказу МНЛЗ для разливки тяжелых блюмов/заготовок, вертикальные МНЛЗ и высокоэкономичные МНЛЗ, которые будут лучше удовлетворять высокие требования к производимым изделиям для применения в критических условиях. Такие МНЛЗ позволят удовлетворять спрос нишевых рынков и рынков с небольшими объемами производства и спроса. Вертикальные блюмовые МНЛЗ для производства тяжелых блюмов круглого сечения Вертикальные слябовые и блюмовые МНЛЗ со специально разработанными многороликовыми тянущими машинами позволяют проводить непрерывную разливку широкого диапазона высококритичных марок стали, которые невозможно было бы разлить на обычных радиальных МНЛЗ. Это решение обеспечивает производителям доступ к специализированным нишам рынка с очень привлекательной прибылью. Примером может служить разработка нового поколения вертикальной МНЛЗ для разливки тяжелых блюмов круглого сечения для завода Zhongyuan Specialty Steel в Китае, которая заменила разливку слитков в изложницы (рис. 7). Производственная мощность этой МНЛЗ составляет 370 тыс. т/год, металлургическая длина – 23 м, максимальная скорость разливки заготовок круглого сечения (Ø400, Ø600, Ø800 мм) достигает 0,55 м/мин. Разливаемые марки стали: инструментальные и штамповочные; конструкционные; нержавеющие; жаропрочные; подшипниковые; сверхпрочные. Ключевым элементом этого типа МНЛЗ является многороликовая тянущая машина с раздельным приводом роликов, которая обеспечивает превосходное внутреннее качество структуры блюма и низкие напряжения растяжения по всему поперечному сечению заготовки. В дополнение к более низким капитальным затратам – благодаря уменьшенной высоте МНЛЗ в результате внедрения запатенто-

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

20 НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА

ванных многороликовых тянущих машин – также ожидается значительное снижение операционных затрат по сравнению с текущим производством слитков в изложницы. Полунепрерывная разливка стали Новая технология полунепрерывной разливки стали может рассматриваться как комбинация разливки слитков и традиционной непрерывной разливки стали для производства одиночных блюмов/заготовок ограниченной длины. Процесс полунепрерывной разливки стали разбивается на два этапа: ● Шаг 1 – Разливка. Быстрая разливка как и на МНЛЗ с образованием твердой оболочки на ручье. Скорость разливки определяется (и ограничивается) достижением самонесущего твердого каркаса ручья, позволяющего выдерживать внутреннее ферростатическое давление. ● Шаг 2 – Окончательное охлаждение. Медленное затвердевание внутреннего ручья за счет управляемого охлаждения. Это удерживает внутреннюю жидкую сердцевину ручья в течение более длительного времени и позволяет получить внутреннюю структуру, подобную структуре слитка. Процесс может быть реализован на специальной машине полунепрерывной разливки стали (МПНРС), способной производить единичные заготовки ограниченной длины, в частности, слитки круглого сечения диаметром 300–1500 мм при длине до 12 м. Инвестиции в такую установку находятся в диапазоне между уровнем капитальных затрат на технологию разливки слитков в изложницы и непрерывную разливку стали. Закрытая разливка может быть выполнена через промежуточный ковш или непосредственно из ковша в кристаллизатор через приемные воронки (на одноручьевой МПНРС). Машина состоит из обычного напольного оборудования для непрерывной разливки, головной части машины с медным кристаллизатором, системы гидравлического качания и короткой зоной вторичного охлаждения. Кристаллизатор и система направляющих ручьев с перемешиванием металла обеспечивают получение гомогенной структуры затвердевания. Специальный отводящий блок с зубчатой рейкой или шпиндельным приводом (в зависимости от величины хода и размера блюма) перемещает ручей вниз в зону третичного охлаждения, где происходит полное затвердевание слитка. На продолжительность окончательного затвердевания можно влиять (и удлинять его) за счет применения статических или динамических теплозащитных экранов, позволяющих управлять процессом теплоизлучения. Доступен весь спектр средств автоматизации, особенно тех, которые определяют качество продукта, например, онлайн-модель DynaPhase и управление вторичным охлаждением Dynacs 3D – как

ного литейного оборудования, проект головной части МНЛЗ с кристаллизатором, механизма качания (осцилляции) кристаллизатора и системы вторичного охлаждения может быть выполнен на базе передвижной или стационарной концепции (рис. 8).

Рис. 8. Проект специальной машины полунепрерывной разливки стали (МПНРС) для разливки единичных слитков круглого сечения

доказанной технологии непрерывной разливки. Концепция машины довольно гибкая. В зависимости от объемов производимой продукции, размеров блюмов и марок разливаемой стали, установленных на заводе технологических агрегатов и наполь-

Заключение В последнее время в черной металлургии мира наблюдается интересное состояние. Годы впечатляющего роста в некоторых регионах мира привели сегодня к перенасыщению производственных мощностей, если не к их частичному параличу. По всему миру производители рассматривают потенциальные возможности модернизации своих производственных объектов. В нынешних условиях одним из немногих рецептов, способствующих успеху, является нацеленность на выпуск высококачественных марок стали путем модернизации производства и выход на выгодные рыночные ниши для сбыта. Компания Primetals Technologies четко ориентирована на поддержку производителей стали за счет дальнейшего развития их технологии непрерывной разливки на базе перспективных процессов и систем комплексной автоматизации, некоторые из которых описаны в этой статье. n Список литературы 1. J. Penn, D. Aschauer. What’s next for continuous casting? Proceedings, European Continuous Casting Conference, Graz (Austria), 2014.

SMS Group реконструирует слябовую МНЛЗ в Липецке Группа НЛМК начала проект реконструкции машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ-9) на Липецкой производственной площадке. Модернизация позволит на 80 % повысить производительность агрегата (до 1,8 млн т/год) и освоить выпуск «тяжелых» слябов толщиной до 400 мм и шириной до 2800 мм. Такие крупноформатные слябы предназначены для выпуска толстолистового проката, который используется в производстве труб большого диаметра, оборудования объектов ветроэнергетики, морских судов и нефтяных буровых платформ. «Реконструкция МНЛЗ-9 — это один из ключевых проектов нового этапа стратегического развития Группы НЛМК. Его задача — укрепление долгосрочных конкурентных преимуществ на мировом рынке. В совокупности с другими проектами модернизации сталеплавильного производства, эта установка позволит увеличить мощности по производству слябов в Липецке на 1 млн т в год и предложить рынку линейку новых продуктов», – прокомментировал вице-президент Группы НЛМК по инвестиционным проектам Константин Лагутин. В проекте новой МНЛЗ-9 предусмотрены современные технические решения, которые повысят производительность агрегата при производстве слябов боль-

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

шого сечения. Применение современной обучаемой математической модели управления, инновационных решений в области управления режимами охлаждения слитка дадут возможность выпускать высокопрочные и чувствительные к трещинообразованию в процессе разливки марки стали без образования трещин. Такие марки используют для производства деталей, подверженных сложным внешним условиям, – платформ нефтяных вышек, мостов, автокранов, кузовов самосвалов, ветрогенераторов. В качестве поставщика инжиниринга и основного технологического оборудования проекта выбрана компания SMS Group (Германия). Строительно-монтажные работы начнутся в четвертом квартале 2018 года. Во втором квартале 2019 года агрегат будет остановлен для реконструкции до декабря 2019 года. www.steeltimesint.com

ОБЪЕДИНЯЕМ ЧЕРНУЮ МЕТАЛЛУРГИЮ ВСЕГО МИРА! ЖУРНАЛ

FORUM STEEL FUTURE try – 2018 steel indus and the 4.0 Industry 50 now! go to page

ORT ENCE REP CONFER

scope the micro n under rence Digitalisatio Innovaction confe li’s at Danie

AND WIRE ROD TUBE, tube, PIPE ts in the developmen markets The latest pipe and steel wire rod

CTIVES PERSPE etalte r of LTI-M Edgar Rayne questions our answers

ch

КАТАЛОГ

www.steelti

mesint.com

mesint.com www.steelti - Vol.42 No2 March 2018

March 2018

17 ORY 20

– Vol.42 No.2

T L DIREC

IONAL –

RY INDUST @STEEL

ATIONA

INTERNAT

CS 4.0 S ETHI BUSINES

Международный справочник Steel Times International является основным руководством для металлургов, производителей, поставщиков оборудования и услуг для металлургической промышленности. БЕСПЛАТНО для подписчиков.

TERN IMES IN STEEL T

STEEL TIMES

Журнал Steel Times International – ключевой информационный ресурс для профессионалов рынка стали, который широко охватывает вопросы производства чугуна и стали во всех уголках земного шара.

06/09/20

UIDE indd

1

ВЕБ-САЙТ

ЕЖЕНЕДЕЛЬНЫЙ БЮЛЛЕТЕНЬ

Упакованный отраслевой информацией и постоянно обновляемый новостями для профессионалов черной металлургии, наш веб-сайт Steeltimesint.com также содержит технические статьи и интервью с ведущими представителями отрасли.

Наша новостная лента также рассылается каждую неделю более чем 11 тысячам профессионалов отрасли. Вы можете зарегистрироваться онлайн, чтобы бесплатно получать на свой Е-mail еженедельный бюллетень и следить за последними новостями черной металлургии мира.

@SteelTimesInt

www.steeltimesint.com/e-newsletter

WWW.STEELTIMESINT.COM

17 14:15:13

22 ПЛАНИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ

Планирование производства высокотехнологичной стали Концерн SMS group рассматривает системы MES как одну из наиболее привлекательных областей эффективного применения в металлургии с огромным потенциалом дальнейшего развития за счет внедрения цифровых технологий. Вилфрид Рунде, Михаэль Брунс* ЦИФРОВАЯ трансформация делает все быстрее, более персонализировано и более эффективно. SMS group – глобальный ведущий партнер для металлургической промышленности, считает системы MES одной из наиболее привлекательных областей применения с высоким потенциалом улучшения за счет полной цифровизации всей работы предприятия. Возможности оптимизации производства попрежнему позволяют вносить улучшения. В частности, бесшовные вертикальные и горизонтальные сетевые связи, алгоритмы оптимизации и модели, основанные на больших данных, приобретают решающее значение для обеспечения большей гибкости планирования производства без негативного воздействия на производительность и стабильность работы. Тем не менее технологические ноу-хау в металлургии по-прежнему остаются незаменимыми, и сегодня становится даже более важным, чем когда-либо, чтобы такие знания легко и интуитивно были интегрированы в динамично расширяющиеся функциональные возможности систем MES. В конце концов, динамичные изменения требований рынка, вызванные развитием Интернета вещей (IoT), требуют значительно более коротких циклов модернизации систем автоматизации в условиях активного продвижения в направлении реализации концепции «Индустрия 4.0». Нарастающий объем данных и возрастающие возможности обмена информацией приводят к более тесному сотрудничеству между поставщиками оборудования и систем автоматизации, такими как SMS group, и руководителями металлургических предприятий. Настоящая статья демонстрирует успешные примеры применения цифровизации в новых проектах «гринфилд» – и еще более сложно – в проектах «браунфилд» реконструкции или перепрофилирования действующих производств на основе новой системы планирования и управления производством XPact® MES 4.0 концерна SMS group. Новые вызовы в производстве стали В процессе производства стали необходимо успешно преодолевать многие проблемы. Должна быть достигнута гибкая настройка индивидуальных продуктов при обеспечении неизменно высокого уровня качества продукции. Время выполнения каждого заказа должно быть сведено к

минимуму и заказ должен быть доставлен клиенту точно в срок. В то же время, должны быть оптимально использованы ресурсы при поддержании их низких объемов запаса, а для обеспечения прибыльности необходимо обеспечить максимальный выход годного. Кроме того, повышаются требования конечных потребителей на специальные свойства материалов и «индивидуально изготовленные изделия», а объемы заказов становятся все меньше и меньше. Во время производственного процесса для оптимизации продукта создается большое число настроечных значений для различных этапов технологического процесса. В дополнение к этим значениям параметров в процессе производства существует множество данных различных измерений и информационных сигналов. На современном заводе с литейнопрокатным агрегатом CSP для производства стальных полос доступно около 15 тысяч различных сигналов. При анализе этой информации с данными и сигналами легко сбиться с толку, особенно если принять во внимание, что от выплавки стали, разливки и прокатки, вплоть до охлаждения готовых полос необходимо проанализировать около 500 или более значений температуры (измеренных и расчетных, на поверхности и усредненных). Понимание фактических сигналов и путей их формирования имеет жизненно важное значение в процессе анализа и, следовательно, является решающим фактором в долгосрочной оптимизации производства.

Система управления производством X-Pact® MES 4.0 – это новая полностью интегрированная, модульная автоматизированная система планирования производства и управления производственными агрегатами (MES) концерна SMS group, которая подходит для всех типов производственных установок в черной металлургии. Предоставляя чрезвычайно широкую гамму индивидуально настраиваемых функциональных возможностей для всех этих установок, система управления производством (АСУТП) с X-Pact портфолио систем электрооборудования и автоматизации играет весьма важную роль в управлении производственными установками. Пакет X-Pact® MES 4.0 может использоваться в сталеплавильных цехах, литейных цехах, цехах с полосовыми и сортовыми прокатными станами, на трубопрокатных станах, технологических линиях обработки и отделки стальных полос. На фоне продвинутой цифровизации во всех областях металлургических заводов наша четко структурированная и перспективно направленная система X-Pact® MES 4.0 дает заводским операторам экономическое преимущество с точки зрения производительности. Современная архитектура программного обеспечения и модульный расширяемый дизайн пакета X–Pact® MES 4.0 позволяют заводским операторам с самого начала направить процессы цифровизации в металлургии на правильный путь концепции «Industry 4.0». Как отраслевой партнер, концерн

*Wilfried Runde - Production planning systems, SMS group (Германия); Michael Bruns - EA direct business and EA services, SMS group (Германия).

E-mail: wilfried.runde@sms-group.com www.sms-group.com Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

www.steeltimesint.com

ПЛАНИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ 23

Данные, собираемые со всех датчиков: ~ 3 терабайта в месяц

Объем производства: ~ 1,5 млн т/год

Количество сигналов датчиков на CSP®: ~ 15 тысяч Количество используемых таблиц для автоматизации L2: ~ 350

Заказы клиентов: ~ 10 тыс. в год

X-pact® MES 4.0 - Уровень 3

♦ Число пользователей: 150 ♦ Различные роли использования: 20 ♦ Пульты управления/HMIs: 12 ♦ Системные диалоги: ~ 100 X-pact® Warehouse Manager

♦ Число пользователей: 110 ♦ Склад рулонов: 6 зон, 11 секций ♦ Уровень запасов на складе: ~ 3700 рулонов ♦ 5 планшетов, 10 карманных компьютеров, офисные 3D-HMI

X-pact® Business Intelligence

Обработанные материалы: ~ 70 тыс. рулонов в год

Средний размер заказа: ~ 70 тонн/заказ

♦ Число пользователей: 21 ♦ Число отчетов: 18 ♦ Загрузка данных: ~ 7 ГБ, точки данных: ~ 3500 ♦ Планировщик: 40 сессий в месяц (~ 80 часов)

Рис. 1. Основные показатели завода Big River Steel (Оцеола, шт. Арканзас, США)

SMS group предлагает решения насущных проблем металлургов и отвечает на следующие вопросы: ● Как можно повысить индивидуализацию свойств продукции, обеспечивая при этом неизменно высокое качество? ● Как можно оптимально сократить сроки производства, гарантируя своевременную отправку и доставку продукции? ● Каким образом могут быть использованы наиболее эффективно ресурсы при сокращении их запасов? Все большее число заводских операторов осознает необходимость проведения изменений в направлении среды «Industry 4.0», и здесь пакет X-Pact® MES 4.0 играет жизненно важную роль. Функциональные модули системы X–Pact® MES 4.0 четко разделены на следующие категории: ● Планирование; ● Поддержка и оптимизация; ● Снабжение и отправка; ● Создание отчетов; ● База. Планирование Модули планирования составляют центральную часть пакета X-Pact® MES 4.0. Они автоматически генерируют технические задания на основе заказов клиентов и формируют оптимизированные планы загрузки производственных мощностей, временные графики и последовательности производства. Изюминкой системы является возможность ее динамической реструктуризации, которая означает, что интеллектуальная система автоматически реагирует и принимает меры в случае появления любых сбоев в процессе производства, которые могут повлиять на плаwww.steeltimesint.com

нирование. Таким образом, система освобождает операторов в диспетчерской от этой критической задачи краткосрочного перепланирования. На категорию модуля планирования будут в значительной степени влиять новые модели на базе текущих данных развития производства. Поддержка и оптимизация Эти модули объединяют дополнительные факторы, которые жизненно важны для эффективного процесса планирования, например, мониторинг состояния установки, качества продукции и эффективного энергопотребления. Целью является достижение такой ситуации, при которой все производственные агрегаты и установки по всей технологической цепочке вертикально объединены в сеть наиболее эффективным способом. Кроме того, эти модули предоставляют решения для централизованного администрирования, управления и обслуживания основных данных и технологических инструкций. Модуль управления складом отслеживает запасы и хранимые продукты по всей производственной линии. Благодаря встроенной функции сканирования штрих-кодов качество хранимых элементов можно быстро и эффективно документировать на смартфоне. Снабжение и отправка Эти модули обеспечивают базу для горизонтального объединения в сети технологических сред в соответствии с концепцией «Индустрия 4.0» путем интеграции как поставщиков, так и клиентов по всему производственному процессу. Это ускоряет поставки материалов и выполнение запросов на загрузку оборудования при более коротких уведомлениях, ускоряет отправку продуктов и обеспечивает значи-

тельную экономию затрат от этих эффектов. Клиенты могут получить конкретную информацию о ходе выполнения своих производственных заказов. Создание отчетов Здесь заканчивается производственный цикл. Для создания отчетов и сокращения времени принятия решений предоставляется серия интеллектуальных модулей бизнес-аналитики: с отображением веботчетов через Интернет (на планшете, смартфоне или в специальных приложениях) и использованием новейших сред. Широкий спектр предоставления отчетности включает все: от обычных отчетов до отображения ключевых производственных параметров на смартфонах по результатам интерактивного анализа производственных данных. Таким образом, данные становятся очень ценной информацией, которая может быть использована для выявления возможных потенциальных улучшений и дальнейшего повышения эффективности планирования и производственных процессов. Это решение SMS group называется X–Pact Business Intelligence. В дополнение к созданию обычных веб-отчетов оно также обеспечивает исследование связей между данными. Интерактивная оценка данных производства является ключом к бизнесэкспертизе и быстрому принятию решений на предприятии, а результирующие бизнес-процессы быстро способствуют устойчивому сокращению производственных затрат. База Базовые модули SMS group обеспечивают общий обзор всех процессов на производственных мощностях, при этом все компоненты программного обеспечения

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

24 ПЛАНИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ

гарантируют максимальную безопасность и защищенность данных. Данные могут быть доступны из различных мест в сети компании через выделенную корпоративную облачную среду. X-Pact MES 4.0 постоянно сопровождает заводских операторов от момента поступления заказа от клиента до отправки ему готовой продукции.

Заказ 1 (сляб/рулон)

Заказ 2

Заказ 3

Заказ 4

Заказ 5

Заказ 6

Cmax Ctarget Cmax

Плавка 1 Ctarget

X-Pact® MES 4.0 на заводе Big River Steel – интеллектуальное металлургическое производство SMS group в качестве системного поставщика осуществила поставку всего заводского оборудования и технологических ноу-хау для новейшего металлургического комплекса по производству плоского проката компании Big River Steel в США, а также оказала помощь при вводе его в промышленную эксплуатацию. Мини-завод Big River Steel – самый современный производитель стального плоского проката в США (рис. 1). На первом этапе строительства завод имеет проектную мощность 1,6 млн т/год. Решение систем электрооборудования и автоматизации на базе пакета X-Pact было внедрено на всех этапах производственного процесса: от сталеплавильного производства до завершающей обработки прокатанных полос. Пущенный в соответствии с графиком в декабре 2016 года этот «умный» мини-завод быстро по крутой кривой нарастил объем производства горячекатаной полосовой стали до рекордного уровня. На заводе Big River Steel внедрен пакет X-Pact® MES 4.0, который сразу же взял на себя планирование производства и управление всеми производственными агрегатами на заводе. На базе подхода SMS group к цифровизации и «умному» металлургическому комплексу при поддержке такой настройки управления компания Big River Steel успешно осваивает гибкое планирование производства в условиях выполнения разнообразных и небольших по размерам заказов, четно придерживаясь требуемых сроков поставки. Пакет обеспечивает интеллектуальное, в основном автономное производство стали. Это предполагает взаимосвязь и взаимодействие людей и машин по всей цепочке создания добавочной стоимости в динамических производственных процессах, которые автоматически управляются с оптимально настраиваемыми параметрами в реальном режиме времени. Цифровизация – это не самоцель, скорее это средство для дальнейшего повышения производительности и, следовательно, рентабельности производства, а также для повышения гибкости и устойчивости установленной заводской цепи создания стоимости. Обратите внимание: PQA® (анализатор качества продукции) Чтобы обеспечить высокое качество на заводе Big River Steel используют систему

Cm[n Cm[n C представляет собой химический элемент анализа плавки

Отображают максимальные, минимальные и целевые показатели анализа заказа

Рис. 2. Гибкий целевой химический анализ, пример 1

Заказ 1

Заказ 2

Заказ 3

Заказ 4

Заказ 5

Заказ 6

Cmax Ctarget Cmax

Ctarget

Плавка 2

Плавка 1 Cm[n

Ctarget Cm[n

Рис. 3. Гибкий целевой химический анализ, пример 2

PQA компании SMS group. Система PQA собирает и оценивает данные о качестве всех продуктов на всех этапах производства, а также относящиеся к качеству параметры процесса по всей производственной цепочке: от выплавки стали до отправки готового продукта. Здесь технологические параметры могут содержать не только данные измерений и результаты, но также и сложные комплексные критерии, применяемые для анализа качества. Начиная с оформления заказа качества, когда требования клиентов переводятся в детализированные цели по обеспечению качества продукта (включая значения допусков), система X-Pact MES 4.0 также определяет процесс отбора образцов для анализа, обеспечивающий минимальные потери по выходу годного. Таким образом, на заводе с высокой степенью поддерживается философия «производства на заказ» с учетом фактических возможностей завода. Одним из примеров такого подхода является разработка так называемого гибкого целевого химического анализа плавок марок стали. Обратите внимание: Гибкий химический целевой анализ Функция гибкого химического целевого анализа используется на заводе Big River Steel для минимизации объема заготовок, производимых в переходных режимах на МНЛЗ. Эта минимизация переходных заготовок дает огромное преимущество с

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

точки зрения выхода годного и, следовательно, увеличения объемов производства. В первом примере (рис. 2) показано шесть заказов (тонкие слябы/рулоны), которые относятся к одной плавке. Таким образом, содержание химических элементов в стали (в допускаемом диапазоне «min» и «max») должно соответствовать всем заказам. Целевой анализ плавки рассчитывается с учетом всех отдельных целей и действующих ограничений. Следующий пример (рис. 3) демонстрирует другую идею. Здесь значения «мин», «макс» и «цель» плавок рассчитывается для каждой плавки. Проблема заключается в том, что первая цель находится выше второго максимума текущей плавки. Решение этой проблемы заключается в следующем: для первой плавки принимается ближайший предел второй плавки. Это всего лишь два примера возможных решений, реализуемых заводом и SMS group. Функция «гибкого химического целевого анализа» реализована в системе планирования производства SMS group вместе с математическими моделями EAF, LMF, RH-дегазаторов и процесса непрерывной разливки. Эта функция позволила сократить количество разливаемых «переходных» слябов с 5 до 2 %. Согласно данным Big River Steel, это обеспечило заводу ежегодную экономию в несколько миллионов долл. США. www.steeltimesint.com

ПЛАНИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ 25

X-Pact MES 4.0 на заводе Hadeed Saudi Iron&Steel – усовершенствованная система автоматизации уровня 3 В рамках проекта модернизации на условиях «под ключ» на заводе Hadeed Saudi Iron and Steel была полностью заменена и подготовлена для концепции «Индустрия 4.0» система производственного планирования уровня 3 на базе пакета X-Pact MES 4.0. Система охватила три электродуговых печи, две установки «ковш-печь» и две из трех существующих МНЛЗ, а также отдел технического обслуживания с системой управления оборудованием (рис. 4). Реализованное решение является масштабируемым, поэтому позднее могут быть внедрены дополнительные прогрессивные цифровые усовершенствования. Ключевой вопрос по проекту модернизации завода Hadeed Saudi Iron and Steel заключался в том, как подготовить металлургический завод с унаследованным из прошлого оборудованием (большинство из которого относится к 1990-м годам) к концепции «Индустрия 4.0», сведя время простоя до абсолютного минимума. За короткий период SMS group уже внедрила современную инфраструктуру автоматизации. Новые инструменты интеллектуального анализа добавляют новые рычаги влияния к опыту Hadeed в управлении производством, контроле качества и бизнес-аналитике, включая идеальную интеграцию уже существующих данных в новую отказоустойчивую базу данных. Благодаря сотрудничеству между металлургами завода Hadeed и SMS group имеющийся богатый эмпирический опыт был дополнен новыми моделями самообучения. Это позволило значительно улучшить оптимизацию производственных затрат. Чтобы гарантировать заводу в перспективе надежную и постоянную отдачу от инвестиций, SMS group поставила технологии виртуализации, чтобы обеспечить независимость Hadeed от специфических компонентов оборудования, а также предоставить большую гибкость в поиске запасных

Склад лома

Установка DRI

Подача и загрузка материалов

Расчет смеси шихты завалки, требования к материалам, основанные на доступности и качестве EAF 1

EAF 2

EAF 3

Запрос мощности/материала на основе анализа и производственных данных Fluxes/Alloys

LF1

CCM1

CCM2

LF2

CCM3

Запрос мощности/материала на основе анализа и производственных данных

Запрос на мерную резку заготовки и прогнозирование качества на основе производственных данных

Рис. 4. Пакет 4. X-Pact® MES 4.0 на заводе HADEED SAUDI IRON & STEEL

частей. В результате этой модернизации была достигнута оптимизация жизненного цикла активов с привлекательным показателем срока окупаемости ROI. Обратите внимание: Система X-Pact® Business Intelligence К основным элементам X-Pact® MES 4.0 также относятся система бизнес-аналитики (BI) с интерактивными вариантами анализа и обширная современная система веб-отчетности, которая обеспечивает четко структурированную и всестороннюю визуализацию на интуитивно понятной панели полных данных производственных процессов – в любом месте и в любое время (рис. 5). Огромное количество подробных данных поступает в соответствующие информационные пакеты в одном централизованном пункте для проведения интуитивного анализа и разработки стратегии, а использование связанных ресурсов в дополнение к обработке информации обеспечивает получение желаемого уровня детализации в зависимости от квалификации и желания пользователя.

Рис. 5. Интеллектуальная отчетность с использованием пакета X-Pact® Business Intelligence

www.steeltimesint.com

Передовые центральные средства управления позволяют специалистам завода Hadeed централизованно разрабатывать свои металлургические стратегии и применять их к различным электродуговым печам. Модернизация позволила не только заменить на заводе устаревшее аппаратное и системное программное обеспечение на новые технологии, но и получить устойчивую платформу, которая становится подходящей для интеграции с инновационными модулями концепции «Индустрия 4.0». Такие модули можно легко добавлять, а с каждым новым модулем производственные показатели всей системы будут существенно повышаться. Стратегические ключевые индикаторы производительности KPI теперь могут быть развернуты для всех команд операторов, а панели баз данных обеспечат тщательный мониторинг и отслеживание целей. Обратите внимание: Регулирование темпа работы сталеплавильного цеха и динамическое перепланирование процесса непрерывной разливки (MSP) Основная функция регулирования темпа работы сталеплавильного цеха и системы динамического перепланирования заключается в сохранении как можно дольше первоначальной запланированной последовательности непрерывной разливки, даже если в процессе производства возникают некоторые отклонения или непредвиденные изменения. Система используется операторами МНЛЗ и/или диспетчерами на пультах для первоначального выбора и разработки графика использования оборудования сталеплавильного цеха на основе запланированных последовательностей разливки. Она позволяет оптимизировать маршруты плавок и определять планируемое время обработки, осуществлять постоянный мониторинг фактического и запланированного времени обработки, а также перенаправлять плавки

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

26 ПЛАНИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ

при появлении значительных задержек или непредвиденных остановок оборудования. Существуют также незапланированные производственные мероприятия, которые могут потребовать изменений в графике производства. Динамическое перепланирование и доступность списка заказов означают, что оператор может: ● увеличить производство по заказу (сократив производство на склад); ● увеличить производство по качеству (оператор может изменить заказы на заготовки если требуемая марка стали не была достигнута при выплавке данной плавки); ● повысить эффективность сталеплавильного производства. Выбор оборудования и точное календарное планирование для всех агрегатов в сталеплавильном цехе производится автоматически с регулированием темпа работы цеха и используется для поддержки решений заводского диспетчера. Система проверяет наличие свободных производственных агрегатов и формирует график выполнения технологических операций сталеплавильного цеха (EAF, LF, CCM). При перепланировании диспетчер имеет возможность вручную перемещать обработку плавок на другую установку (например, с LF1 на LF2). Кроме того, диспетчер может изменить время начала и продолжительность обработки. Диаграмма Ганта (Gantt chart) автоматически обновляется через регулярные интервалы на всех пультах управления, принимая во внимание последние изменения, внесенные диспетчером в график загрузки. Для расчета времени начала проведения и окончания технологических операций по обработке плавки заказов для различных установок на технологическом маршруте, а также для расчета альтернативных маршрутов обработки в сталеплавильном цехе используются математические методы. И последнее, но не менее важное: можно управлять графиком плановых операций по техническому обслуживанию, указав приблизительное время начала операции технического обслуживания. Алгоритмы оптимизации учитывают эту гибкость в своих расчетах и определяют запланированное (уже фиксированное) время начала этих технологических операций. Планирование производства в режиме реального времени Сегодняшнее централизованное и жесткое среднесрочное и долгосрочное планирование производства будет в будущем переведено на интеллектуальном сталеплавильном заводе в режим реального времени с самооптимизацией производственного планирования. На заводе компании Big River Steel система X-Pact® MES 4.0 пересматривает текущее планирование всякий раз, когда происходят изменения (новый заказ, измененный план тех-

Методы машинного обучения с искусственным интеллектом

Оптимизация производства

Оптимизация процессов

Оптимизация процессов

Оптимизация производства

Оптимизация производства

Оптимизация производства

Оптимизация процессов

Оптимизация процессов

Оптимизация процессов

Сляб

Горячекатаные рулоны

Холоднокатаные рулоны

Обработка рулонов

Рис. 6. Самообучение процесса производственного планирования

обслуживания, отклонение качества). Она делает это в режиме реального времени и применяет четко определенные ключевые показатели эффективности при поиске наилучшего результата планирования. Это предполагает учет данных в реальном времени и, следовательно, основанные на фактах оценки качества продукции и состояния завода, а также структурированную модель планирования производства. Короче говоря, X-Pact® MES 4.0 динамически оптимизирует производственное планирование в отношении четырех основных ключевых индикаторов показателей: объема производства, условий поставки, объема хранения на складе и экономической эффективности. В рамках своего видения цифровизации SMS group начала в сотрудничестве с Университетом Джейкобса (Бремен, Германия) проект исследований и разработок в области интеллектуального планирования производства. Проект будет охватывать такие аспекты, как динамические реакции на конкретные производственные ситуации, использование искусственного интеллекта и автономное обучение систем автоматизации. Динамические процессы планирования и оптимизации, которые будут разработаны в ходе этого проекта, будут интегрированы в среду автоматизации завода Big River Steel. Улучшенное соблюдения графиков производства и повышение выхода годного за счет уменьшения потерь из-за снижения сортности продукции и лома будет иметь положительное влияние на экономическую эффективность производственных мощностей заказчика. Для прогнозирования своевременности выполнения заказов должны быть введены методы машинного обучения и распознавания образов. Еще одной целью проекта является разработка модуля планирования на основе искусственного интеллекта X-Pact® MES

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

4.0 с показом результатов, достигаемых за счет анализа. Этот модуль будет использоваться для определения взаимосвязи между параметрами производства и показателями эффективности на основе исторических данных о производстве (рис. 6). Эти возможности предназначены для использования, например, при выполнении масштабируемых анализов порядка самообучения и создания планов, учитывающих графики выполнения заказов. Заключение Концерн SMS group занимается цифровизацией не только в области технологических аспектов, но и в области влияния на интегральные процессы в компании и фундаментального влияния на существующие технологические процессы и бизнесмодели. Для SMS group это скорее эволюция, чем революция. Согласно SMS group цифровизация будет предлагать совершенно новые возможности как для производителей стали, так и для изготовителей стальных продуктов. Ключевым фактором в этой области является внедрение пакета X-Pact® MES 4.0. В условиях очень легкого и быстрого обмена важной информацией может быть создана коммерческая добавленная стоимость продукта. Возможно гораздо более интенсивное сотрудничество между поставщиками оборудования и их клиентами, и поэтому внедрение цифровых решений является коммерчески выгодным для обеих сторон. В целом, четко структурированный и перспективный пакет X-Pact® MES 4.0 дает заводским операторам экономическое преимущество с точки зрения повышения производительности. Система MES связана с системами автоматизации всех заводских агрегатов и постоянно получает текущую информацию об их состоянии, а также данные о производстве и технологическом процессе. n www.steeltimesint.com

УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 27

Диспетчерский пульт ЧМИ АСУТП-Уров. 2 линии горячего цинкования CAL1 фирмы Fives на заводе Baosteel Zhangjiang в Китае

Управление с прогнозирующими моделями непрерывными линиями термической обработки стальных полос для повышения производительности и качества продукции На непрерывных технологических линиях с термической обработкой стальных полос производители сталкиваются с проблемой регулирования температуры отжига стали для достижения правильного качества готовой продукции. Метод упреждающего управления с прогнозирующей моделью позволяет повысить производительность процесса, в частности, на переходных этапах производства. Седрик Пероттет* В НАСТОЯЩЕЕ время большинство печей термической обработки управляются PDIрегуляторами. Поскольку печь является высоко нелинейной системой с запаздыванием, то прагматизм операторов по автоматизации процессов часто заставляет их изобретать более сложные методы регулирования – с предварительным управлением, с множественными условиями регулирования, PDI-цепями и др. Но метод управления, используемый на одной конкретной печи, зависит от ее размера и условий использования и, следовательно, не очень хорошо воспроизводится на других печах. Некоторые производители стали хорошо знают свои печи, и поэтому управление на базе PDI-регулятора для них вполне приемлемо. Но это не очень надежный метод, и он далек от получения оптимизированного решения управления. Метод упреждающего управления с прогнозирующей моделью MPC (Model predictive control) использует всеобъемлющую модель, которая позволяет реализовать более продвинутое и активное управляющее воздействие, чем реакция на основе хороших знаний применяемого метода управления.

Методы оптимизированного управления В ответ на растущий спрос на максимальное повышение эффективности производственного процесса компания Fives разработала температурное решение Virtuo® для системы автоматизации печи (АСУТП уровня 2), основанное на физических моделях и сложных стратегиях управления. Система Virtuo® оптимизирует процесс с учетом производственной мощности печи, основываясь на требованиях термического цикла обработки полосы и допустимого диапазона отклонения металлургических свойств. Последняя версия системы Virtuo® направлена на повышение надежности управления во время переходных периодов. Действительно, температура в секции термической обработки (отжига) стальной полосы сильно зависит от состояния печи (излучения радиантных труб, температуры стенок и роликов, скорости обработки полосы). Для регулирования процесса требуется усовершенствованная система управления во время переходных (нестационарных) периодов с изменением скорости процесса и/или

типа обрабатываемого продукта (изменение формата полосы, марки стали или целевой температуры отжига). Эволюция вычислительных мощностей расширила горизонт применяемых на производстве оптимизированных методов управления. Среди них MPC-метод управления с прогнозирующей моделью, который хорошо подходит для управления нелинейными системами с запаздыванием. Он предполагает при принятии решения учитывать результаты прогнозирования и диагностирования состояния элементов системы. Метод управления с прогнозирующей моделью (далее УПМ) опирается на три основных этапа: 1. Создание комплексной, зависящей от времени (прогнозирующей) физической модели печи.

2. Разработка наблюдателя состояния системы, который будет в режиме онлайн пошагово перестраивать фактическое состояние печи на базе ряда полученных в прошлом измерений.

3. Генерирование последовательности команд для осуществления оптимального управления на некотором горизонте

*Cedric Perottet – инженер-технолог, специалист по газогидродинамике, компания Fives Stein (Fives Group).

Email: steel@fivesgroup.com www.fivesgroup.com www.steeltimesint.com

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

28 УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Рис . 1. Исследование конвергенции сетки конечных элементов

прогноза (временном интервале в будущем). Для двух последних шагов требуются методы оптимизации, а соответствующие алгоритмы расчета управляющих воздействий должны быть достаточно эффективными и быстрыми, чтобы обеспечивать реализацию решения в режиме онлайн. В соответствии с ожидаемыми результатами МPC-регулятор может повысить производительность за счет более быстрой и плавной реакции печи управляющие воздействия, в частности во время переходных периодов. Расчет в реальном режиме времени, базирующийся на инерционной модели печи, идет намного дальше, чем любая статическая модель. Регулирование необходимо для минимизации отклонений усредненного температурного состояния полосы в рамках кампании и исключения получения несоответствующих заданным требованиям материалов из-за нарушения термического цикла. Последующий процесс измерения фактического состояния печи будет обеспечивать более точное определение потребления энергии и прироста производительности. Ожидается, что MPC-регулятор благодаря надежному контролю не использует больший расход топлива, чем необходимо. В этой статье представлены основные элементы прогнозирующей модели, разработанной и основанной на опыте компании Fives в области линий непрерывного отжига стальных полос. Также подробно описываются метод и результаты применения наблюдателя для диагностирования состояния и модель прогнозирующего управления для применения на линиях непрерывного отжига. Модель печи отжига с радиантными трубами Для реализации управления с прогнозирующей моделью первым шагом является разработка надежной динамической мо-

дели печи с радиантными трубами. Ниже перечислены основные элементы температурной модели нестационарной стальной полосы (USTM), разработанной компанией Fives. После тщательного изучения процесса были приняты следующие предположения: ● Тип теплопередачи: конвекция весьма незначительна по сравнению с нагревом излучением. ● Отсутствие диффузии в любом другом направлении, кроме как по ширине полосы. ● Диффузия распространяется мгновенно по ширине полосы (число Био – по имени J.B. Biot –критерий подобия стационарного теплообмена между нагретым телом и окружающей средой, меньше 1). ● Применим метод падающего потока излучения.

бран достаточно мелким для того, чтобы обеспечить желаемую точность, но при этом все же грубым, насколько это возможно, чтобы ограничить вычислительную нагрузку. Это делается с помощью исследования конвергенции шага сетки: используя очень тонкую сетку в качестве эталона для сравнения, мы вычисляем решения с более крупными элементами сетки и сохраняем размер ячеек сетки, который обеспечивает желаемую точность (рис. 1). Зона расчета нагрева излучением Ранее было описано как изменяется температура полосы в печи. В этом разделе представлен способ расчета температурного состояния полосы с покрытием поверхности различными флюсами. Зона расчета (рис. 2) разделена на несколько элементов, которые принимаются однородными поверхностями (по температуре и флюсам). Для каждой конфигурации и ширины полосы видимые факторы вычисляются с использованием метода Монте-Карло (основанного на повторяемой генерации случайных чисел). Температура полосы берется из значений на сетке полосы и, поскольку радиационные теплообмены зависят от εT4, то усредняется следующим образом:

Тепловой баланс на бесконечно малом элементе полосы Для численного решения этого дифференциального уравнения с частными производными (PDE) нужно провести его дискретизацию. Для дискретизации применяется численная конечно-разностная схема Лакса-Вендроффа (Lax-Wendroff), позволяющая снизить численную диффузию:

После того, как уравнения реализованы, важно, чтобы шаг дискретизации при получении цифровой модели был вы-

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

Рис. 2. Расчетная зона радиационного нагрева стальной полосы в печи

www.steeltimesint.com

УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 29

Температура трубы подается с исправленным значением в соответствии с параграфом «Коррекция температуры трубы». Температура стенки поступает из предыдущего состояния стены. Когда матрица радиации решена, мы получаем поток излучения (положительный или отрицательный), который применяется к каждому конечному элементу. Эти потоки будут использованы для вычисления эволюции температуры этих элементов. Проводимость тепла через стены решается во времени при следующих граничных условиях: ● На внутреннюю сторону стены накладывается отраженный поток излучения от матрицы излучения. ● Воздействующий на внешнюю сторону стены поток излучения рассчитывается с учетом значения наружной температуры, температуры поверхности стены и принудительной конвекции с заданной скоростью или естественной конвекции. Ролики принимаются в состоянии 0D по температуре. Рассматриваемая масса представляет собой полый цилиндр, контактирующий с полосой, поэтому расчет зависит от ширины полосы. Они обмениваются теплом с полосой посредством контактной проводимости, а тепловое сопротивление Rc оценивается по известному контактному давлению:

При выключении колонны эта коррекция экспоненциально падает с постоянной времени, основанной на измерениях. Идентификация параметров Как только система Virtuo® сконфигурирована, и настроены основные параметры, необходимо провести идентификацию параметров для получения точных измерений. Для этого надо получить данные одного полного дня производства, включая значительные колебания температуры полосы, ширины полосы и скорости обработки. Учитываются следующие параметры: теплопроводность стен, плотность материала стен, отражательная способность стен (по внутренней стороне), контактное тепловое сопротивление роликов; плотность роликов; корректировка температуры радиантной трубы; отражательная способность поверхности полосы при низкой и высокой температурах. Наблюдатель состояния Предварительным требованием к MPCуправлению является использование наблюдателя состояния. Его роль заключается в обеспечении петли обратной связи для использования MPC-управлении. Вместо того, чтобы воздействовать непосред-

820

50

Разность температур (Тмакс – Тср), °C

930

Температура трубы, °C

Управление с прогнозирующими моделями Метод управления технологическим процессом с прогнозирующей моделью развития ситуации позволяет оптимизировать процесс в режиме реального времени. Можно выделить три основных этапа такого управления: 1. Определение целевой функции – долговременное поддержание в технологической линии с термической обработкой полосы заданного температурного профиля полосы. Возможна адаптация процесса для удовлетворения конкретных требований, таких как приоритет продукта или минимизация изменения установочных настроек.

2. Нахождение соответствующей оптимальной последовательности управления печью с использованием модели. Следует учитывать ответ радиантных

Температура трубы 15/04/2016

Температура трубы 15/04/2016

940

ственно на уровни регулирования управляющего воздействия, как это сделал бы PDI-контроллер, наблюдатель состояния настраивает параметры модели для соответствия этой требуемой меры управления. Это предотвращает непредсказуемые возмущения и исправляет ошибки модели. В качестве стартовой точки горизонта прогноза должно быть известно состояние печи. Состояние системы частично измеряется, но многие переменные состояния отсутствуют. Наблюдатель состояния – это алгоритм, который воссоздает состояние всей системы по доступным измерениям (в нашем случае, главным образом, это температура отжига). Это включает минимизацию отклонений выходных данных модели и измеренных переменных. Одна из основных трудностей заключается в том, что этот наблюдатель состояния должен использоваться онлайн и, следовательно, должен быть оптимизирован для минимизации времени вычисления. На рис. 6a и 6б показана оценка состояния с использованием и без использования наблюдателя состояния.

920

910

900

890

810

45

800 40 790 35

780

30

770 760

25 750 20

740

880

870

15 820 0

1000

2000

3000

4000 5000 6000 Длина трубы, мм

7000

Рис. 4. Изменение температуры по длине радиантной трубы

www.steeltimesint.com

8000

9000

Температура трубы на выходе из печи, °C

Рис. 3. 3D-вид радиантной трубы

Коррекция температуры радиантной трубы Температура радиатной трубы измеряется в самом горячем месте излучающей трубы. По этой причине измеренная температура плохо отражает реальный теплообмен между радиантными трубами и окружающей средой. Радиантная труба с управляющим элементом (рис. 3) позволяет корректировать эту температуру и формировать закон усредненной температуры. Было получено, что в основном закон зависит от измеренной температуры трубы и температуры вокруг полосы (рис. 4, 5). Эмпирическая корреляция позволяет найти среднюю температуру трубы:

730 860

900 Длина трубы, мм

940

980

Рис. 5. Связь между максимальной температурой и разностью между максимальной и средней температурой (Тмакс - Тср) в трубе

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

30 УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

труб в секции нагрева на управляющее воздействие.

3. Применение первой настроечной точки в последовательности управления и повторение этого процесса для следующего шага. Для учета времени запаздывания параметры настройки не нацелены на изменение температуры через 10 секунд, а только через несколько минут в будущем. Это оставляет время для эффективного реагирования горелок на управляющее воздействие. УПМ для линий горячего цинкования вертикального типа Компания Fives успешно применила этот эффективный метод управления на непрерывных линиях горячего цинкования (CGL) башенного типа, разработанных и поставленных компанией. Представленный здесь метод управления предполагает, что скорость процесса обработки полосы не регулируется, при этом возможно управляемое воздействие только на мощность излучения радиантных труб. Изменение скорости полосы для управления секцией термической обработки рассматривается при применении данного метода на печи прямого газового нагрева (DFF) или печи безокислительного отжига (NOF) в защитной атмосфере, поскольку на текущем этапе промышленной эксплуатации линии горячего цинкования CGL нет возможности регулировать скорость процесса. Регулирование температуры: модель использует только измеренные значения температуры трубы для расчета тепло-

Непрерывная линия горячего цинкования CGL, установленная фирмой Fives

обмена между трубой и окружающей средой. Горение, теплообмен между газами и трубой, диффузия тепла по толщине радиантной трубы не рассматриваются. Первая причина этого заключается в том, что мощность излучения радиантной трубы во внешнюю среду равна теплообмену между сжиганием газового топлива и трубой только в случае, если температура

а)

б)

Рис. 6а. Температура отжига полосы на протяжении 24 часов. Синий = измеренная температура отжига; черный = диапазон неопределенности измерения; красный = температура отжига, смоделированная без наблюдателя состояния; зеленый = температура отжига, смоделированная с помощью наблюдателя. Рис. 6б. Изменение толщины полосы и скорости обработки полосы в линии на протяжении 24-часового периода. Синий = линейная скорость полосы; зеленый = толщина полосы.

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

трубы постоянна, что теоретически верно после бесконечного периода времени, но не в переходные периоды – когда управление должно активно реагировать на текущие изменения. Вторая причина заключается в том, что в условиях промышленной эксплуатации многие факторы, использованные в расчетах энергообменов внутри радиантной трубы при теоретических условиях, могут измениться. Например, точный состав горючего газа часто неизвестен, настройки горелок могут варьироваться, эффективность рекуператора и степень рециркуляции весьма неопределенны, особенно в нестационарных условиях. Регулирование температуры трубы с помощью подачи энергии скрывает ошибки функции теплопередачи в разомкнутом контуре, здесь шаг горения! Мощность башни является следствием влияния ПИД-регулятора на температуру трубы. Если температура трубы вышла за заданные пределы, то контроллер полностью открывает мощность, которая выше требуемой целевой мощности для теплообмена (управляющее воздействие с перерегулированием), поскольку энергия от сгорания топлива идет на нагрев радиантной трубы. Когда достигается равновесие между внутренним сгоранием и внешним излучением, то температура трубы стабилизируется. Для получения надежного прогноза значением стартовой температуры трубы является измеренное значение температуры трубы на каждом временном шаге в пределах регулируемого горизонта прогноза. Если необходимо повысить температуру трубы для достижения желаемого теплообмена, то применяется максимальная скорость нагрева трубы, определяемая www.steeltimesint.com

а)

Температура, °C

УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 31

Прогнозируемая температура отжига Целевая температура отжига

б) Горизонт регулирования, сек

в) Рис. 7а. Диаграммы изменения температуры отжига во времени: измеренного значения, заданного настройкой значения, расчетного значения по модели и прогнозируемого значения температуры на 2, 4, 6 и 8 минутах при оптимальном управлении. Рис. 7б. Линейная скорость полосы в линии (см. падение скорости в 15:40). Рис. 7в. График общей потребности мощности нагревательной печи.

по результатам измерения на месте. При таком ограничении управление оптимистично (принимается гипотеза о том, что радиантная труба отвечает на управляющее воздействие мгновенно и достигает максимальной степени нагрева по измерениям состояния процесса), но это ограничение делает прогноз температуры отжига реалистичным. Например, когда оператор внезапно повышает скорость обработки, то прогнозируемое падение температуры на управляемом горизонте будет несколько ниже расчетного, потому что температура трубы, используемая на этом горизонте регулирования не будет достигнута так быстро, как могло бы быть на управляемом горизонте. Управление по-прежнему остается корректным, поскольку заданный настройкой уровень мощности радиантной нагретой трубы будет составлять 100 %, а замедленный ответ трубы учитывается с течением времени. Резкое снижение скорости процесса Аналогичное поведение наблюдается при необходимости охлаждения труб, за исключением того, что в этом случае моделируется падение температуры трубы. Это демонстрируют рис. 7 и 8. На рис. 7а приведены диаграммы изменения температуры отжига во времени: измеренного значения, заданного настройкой значения, расчетного значения по модели и прогнозируемого значения температуры на 2, 4, 6 и 8 минутах, при предположении оптимального хода управления. На рис. 7б показана скорость полосы в линии. Событие, которое нас интересует, – это значительное падение скорости, которое произошло около 15:40, и реакция системы управления с прогнозирующей моделью на запрос энергии. На рис. 7в www.steeltimesint.com

дан график общей потребности мощности нагревательной печи. На рис. 8 показана прогнозируемая температура отжига в пределах горизонта регулирования сразу после падения скорости полосы в 15:40. Зеленый крест показывает связь между рис. 7a и 8. В этот момент, сразу после падения скорости, по прогнозу ожидается, что температура повысится до 770 °C. В действительности падение температуры нагретой трубы происходит медленнее, чем падение температуры, используемое на регулируемом горизонте, и температура фактически поднимается до 780 °C. Управление учитывает фактическую эволюцию температуры трубы за счет периодического перерасчета температуры отжига в контролируемом горизонте с пошаговым использованием температуры трубы, измеренной в качестве начальной точки. Прогноз температуры отжига становится ближе к реальности, когда настройки заданной температуры трубы близки к измеренному значению температуры (и, следовательно, температура трубы в управляемом горизонте будет близка к той, которая применяется фактически). Таким образом, благодаря применению модели Virtuo система может точно предсказывать изменение температуры полосы при отжиге и безопасно применять мощные (агрессивные) управляющие воздействия. Управление с прогнозирующей моделью печами с прямым газовым нагревом или печами безокислительного отжига Тот же принцип был применен на печи непрерывного отжига с прямым газовым нагревом при реконструкции действующего

Рис. 8. Прогнозируемая температура отжига в пределах горизонта регулирования сразу после падения скорости в 15:40 (см. рис. 7б). Зеленый крест показывает связь между рис. 7 и 8.

агрегата непрерывного горячего цинкования (CGL). У клиента возникли проблемы с правильным управлением в переходные периоды и встал вопрос о применении повышенной скорости и регулировании расхода газового топлива для эффективного реагирования на существенные изменения отражательной способности поверхности обрабатываемой полосы при изменении сортамента и марки стали. Метод управления с прогнозирующей моделью сделал это возможным, и количество некондиционных стальных полос с выходом за предельные значения допусков было снижено приблизительно вдвое. Скорость обработки полосы использовали в качестве управляющего воздействия для реакции на непредсказуемое возмущение, такое как сильное изменение отражательной способности поверхности полосы. Управление в переходные периоды стало осуществляться более плавно, чем с вторичным PDI-регулятором. Прогнозирующая модель обеспечивает точную и оптимальную настройку управления каждой линией непрерывного отжига. Относительная важность продукта может быть учтена для обеспечения его приоритета над другими видами продуктов, так что производители смогут сосредоточиться на конце рулона или на начале следующего рулона полосы, или на компромиссе между ними. На рис. 9 в качестве примеров управления показаны графики (сверху вниз): температуры отжига/ширины и толщины полосы в рулоне/общего расхода газа/ скорости полосы. Могут быть предприняты (рис. 9а) следующие шаги: 1) сокращение расхода газа при ожидании снижения скорости полосы для исключения перегрева полосы; 2) изменение скорости полосы во время переходного периода; 3) ускорение линии до оптимальной скорости обработки для конкретного вида продукта (рассчитанной или предоставленной клиентом). Комбинированное управление расходом газа/скоростью полосы позволяет при этом предотвратить падение температуры.

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

32 УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

а)

б)

в)

Рис. 9. Примеры производственных графиков (сверху вниз): температуры отжига/ширины и толщины полосы обрабатываемого рулона/общего расхода газа/линейной скорости обработки полосы

Графики на рис. 9б демонстрируют процесс перехода к другому формату полосы в дополнение к изменению цикла отжига. Те же, описанные выше шаги, могут быть применены. Графики на рис. 9в показывают, как изменение скорости полосы было использовано для коррекции неожиданного падения отражательной способности поверхности полосовой стали между двумя последующими рулонами. Размерный формат обоих рулонов одинаковый, а падение отражательной способности поверхности стали привело к падению температуры отжига. В дополнение к изменению расхода газового топлива в качестве управляющего воздействия для быстрого исправления этого падения температуры используется снижение скорости полосы. Затем скорость опять поднимается до ее оптимального значения. Повышение производительности В дополнение к снижению доли полос, выходящих за пределы допусков, управление с прогнозирующей моделью позволяет существенно повысить производительность линии при быстром подъеме скорости полосы. Действительно, PDI-регуляторы с реактивным управлением повышают или снижают скорость полосы очень медленно, чтобы печь могла наращивать мощность для реагирования на изменение температуры отжига. Регулирование методом УПМ зная последствия изменения скорости, может соответствующим образом регулировать мощность печи, позволяя использовать более мощные режимы подъема скорости.

Достижение наивысших показателей производительности Метод управления с прогнозирующей моделью продемонстрировал свой высокий потенциал в улучшении процесса управления линиями непрерывного отжига. Для внедрения метода УПМ на печи отжига были реализованы следующие шаги: 1. Разработка надежной модели. Оптимальное управление подразумевает оптимальную модель, чем точнее математическая модель, тем лучше управление. Модели печей непрерывного отжига (с прямым газовым нагревом RTF и безокислительного нагрева NOF) оказались весьма надежными.

2. Петля обратной связи. Цикл обратной связи, используемый в УПМ, более сложный, чем простая петля обратной связи, используемая в PDI-регуляторах. Он охватывает неизмеряемые возмущения и несовершенства модели. Наблюдатель состояния работает в режиме онлайн и использует коэффициент излучения в качестве параметра адаптации для перестройки состояния печи.

3. «Параметризация» управления. Когда кто-то захочет применить метод УПМ, то невозможно действовать со слишком большим количеством степеней свободы. «Параметризация» для условий управления печами отжига ограничивается двумя регулируемыми переменными.

4. Нахождение функционала стоимости прогнозирующего управления, соответствующей потребностям производителя. Метод УПМ основан на оптимизации управления на некотором времен-

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2018

ном интервале, и в зависимости от определения функции для минимизации фактические затраты на прогнозирующее управление будут отличаться. То, что важно для производителя, может быть интегрировано в этот функционал стоимости УПМ: приоритет продукта, различные ограничения процесса (температура нагрева огнеупоров, расход газа и др.)

5. Онлайн-оптимизация. Решение проблемы оптимального управления в режиме реального времени требует использования эффективного алгоритма и «параллелизации» вычислений. Интеллектуальный завод Применение метода управления с прогнозирующими моделями на промышленной печи требует специфического отражения на всех уровнях. Найденные решения были включены и протестированы в системе Virtuo Уровень 2. Метод, примененный на линиях непрерывного отжига (с прямым газовым нагревом RTF и безокислительного нагрева NOF), является очень многообещающим и обеспечивает ощутимые улучшения. Это инновационное решение управления представляет собой шаг вперед к интеллектуальному или «умному» заводу. Оно может учитывать многочисленные требования к технологическому процессу, минимизировать уровень отклонения качества продукции изза выхода температуры за пределы диапазона ограничений и повысить производительность технологической линии непрерывного отжига стальных полос. n www.fivesgroup.com www.steeltimesint.com

Cover_STI_September_2018_v2_Layout 1 30.08.18 13:13 Page 2

97 лет в металлургии

ROSS

®

сварить

Наше оборудование для стыковки рулонов поможет Вам связать все свободные концы! Компания Guild International (США) может спроектировать и построить необходимые Вам

сварочные машины для поддержания на ваших технологических линиях гладкого процесса и непрерывной работы с ростом рентабельности. Наша компания является мировым лидером в области поставки оборудования для стыковки рулонов на технологических линиях для обработки стальных полос и производства сварных труб. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы Ваши линии работали непрерывно!

Полностью автоматизированная установка RCM ZipwelderTM является самым прогрессивным техническим решением для стыковой сварки прокатанных полос из всех доступных на рынке

www.guildint.com

Сварочные машины SeamweldersTM серии QM обеспечивают высококачественную сварку полос встык с превышением толщины сварного грата не более чем на 10% толщины основной полосы

Машина контактной электросварки NB Overlap Resistance ZipweldersTM обеспечивает быструю сварку с высокопрочными сварными швами

+1.440.232.5887 USA

Cover_STI_September_2018_v2_Layout 1 30.08.18 13:13 Page 4

КОНЦЕПЦИЯ «ИНДУСТРИЯ 4.0»

ПРОФИЛЬ КОМПАНИИ

НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА

ПЛАНИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ

Цифровая трансформация производства стали

Big River Steel – завод нового поколения в США

«Умная» непрерывная разливка стали

Планирование производства высокотехнологичной стали

На русском языке www.steeltimesint.com Сентябрь 2018 - Вып. №41

БРЯ 2018 13 – 16 НОЯ