Steel Times International Russian May 2018

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ

ИСПЫТАНИЯ И КОНТРОЛЬ

ПЛАНИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ

Визуальный контроль в линии стана

Инспекция валков прокатных станов

Повышение эффективности горячего посада слябов

Нанесение комбинированных покрытий на полосы

www.steeltimesint.com Май 2018 Вып. №40 На русском языке

Технология должна быть ...

• разработана в соответствии с потребностями • производства • разработана для надежной и стабильной работы • разработана просто, чтобы сделать жизнь легче

Лебединский ГОК, ЦГБЖ-3 г. Губкин, Россия Мощность: 1,8 млн т/год горячебрикетированного железа

Технология прямого восстановления железа разработана Midrex, чтобы работать для вас. Существует множество факторов, которые необходимо учитывать производителям стали, чтобы оставаться конкурентоспособными в условиях постоянно меняющегося рынка. От колебаний цен на энергоносители и сырьевые материалы до волатильности рынков – часто множество таких переменных практически невозможно контролировать. Технология прямого восстановления железа не должна быть одной из них.

Технология MIDREX® обеспечивает наивысшую гибкость среди всех доступных технологий прямого восстановления железа (DRI).

• Гибкость в подборе сырьевых материалов • Низкий уровень энергопотребления • Высокая эксплуатационная готовность, минимум простоев • Непревзойденный диапазон регулирования производительности

• Разнообразные варианты топлива/восстановителя • Независимая настройка степени металлизации/ содержания углерода • Простота и экологическая чистота • Одновременное производство разнообразных видов продукции

Технология помогает производителям приспособиться к меняющимся условиям рынка. Она обеспечивает вам контроль, но никогда не будет управлять вами.

Узнайте больше на

www.midrex.com www.midrex.com

© 2018 2© 018 018 801 Mi5dM M Mid reixdrTechnologies, TTe ec e oh logoilog es, Inc. Iinc n All AВсе rig htrrights sights rhts ese errrreserved. veser ed. ved.

2 2015 0Midrex Midrex eech x hTTe Technologies, ec eno ch chnologi hno ec. ss,, Inc. In nlcl .rights A All llh greserved. ese e права защищены.

Designed Designed for for Today, To oday, fo or T o omorrow™ Engineered Engineered for Tomorrow™

СОДЕРЖАНИЕ

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ

ИСПЫТАНИЯ И КОНТРОЛЬ

ПЛАНИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ

Визуальный контроль в линии стана

Инспекция валков прокатных станов

Повышение эффективности горячего посада слябов

Нанесение комбинированных покрытий на полосы

2 Колонка редактора

www.steeltimesint.com Май 2018 Вып. №40 На русском языке

Фото на обложке: Установка MIDREX HBI цеха горячебрикетированного железа №3 (ЦГБЖ-3) с производительностью 1,8 млн т/год в г. Губкин (Россия) на Лебединском горно-обогатительном комбинате, входящем в металлургический холдинг «Металлоинвест»

®

4

МАЙ 2018

1

Специальныи ̆ выпуск на русском языке для бесплатного распространения на международных выставках и конференциях по металлургии в России в 2018 году, включая Металлургия-Литмаш, Трубы России, Металлоконструкции '2018, Москва, ЦВК Экспоцентр, 29 мая–1июня 2018 г. БЕСПЛАТНО

ЖЕЛЕЗО ПРЯМОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ 4 Джейсон Рипке, Джон Копфли, Крис Равенскрофт Производство чугуна с водородным источником энергии

®

Технология MIDREX обеспечивает наивысшую гибкость среди всех доступных технологии ̆ прямого восстановления железа. www.midrex.com

НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ 8 Оливье Гросс, Сантьяго Джил Решения для нанесения покрытий на стальные полосы

8 РЕДАКЦИЯ Главный редактор Matthew Moggridge Teл.: +44 (0) 1737 855 151 matthewmoggridge@quartzltd.com Редактор-консультант Dr. Tim Smith PhD, CEng, MIM

МИКРОЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ

Русскоязычный редактор-консультант Александр Гуров Выпускающий редактор Annie Baker

14

Производство рекламы Martin Lawrence

14

11 Питер Моррис Как ниобий повышает сопротивление ползучести стали

ОТДЕЛ РЕКЛАМЫ Международный менеджер

ПЛАНИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ

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

17

Steve Diprose stevediprose@quartzltd.com

14 Маркус Малинен Передовые решения планирования и оптимизации повышают эффективность горячего посада слябов

ОТДЕЛ ПОДПИСКИ Elizabeth Barford Teл.: +44 (0) 1737 855 028. Факс: +44 (0) 1737 855 034

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Email: subscription@quartzltd.com Стоимость годовой подписки (8 англоязычных номеров) с почтовой доставкой в Россию £240.00.

E-mail: steel@quartzltd.com ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ Quartz Business Media ltd, Quartz House, 20 Clarendon Road,

22

Redhill, Surrey, RH1 1QX, England Tel: +44 (0)1737 855000. Fax: +44 (0)1737 855034 www.steeltimesint.com

©Quartz Business Media ltd 2018

ISSN 1475-455X

www.steeltimesint.com

17 М. Танк, В. Шлеч, Х. Хлобил, М. Курц Управление прокатываемой полосой в линии стана горячей прокатки на основе визуального контроля ИСПЫТАНИЯ И КОНТРОЛЬ 22 Франк Л. Вейнмейстер, Боря Г. Лопес Улучшенная система инспекции валков прокатных станов Steel Times International на русском языке – Май 2018

2

КОЛОНКА РЕДАКТОРА

Future Steel Forum в 2018 году – явка обязательна!

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

Международный форум о будущем развитии черной металлургии «Future Steel Forum», впервые организованный журналом Steel Times International в июне 2017 года в Варшаве (Польша), был посвящен обсуждению перспективной концепции

«Индустрия 4.0», которая постепенно обретает видимую форму и в черной металлургии. Этот первый Форум в варшавском отеле «Шератон» о путях развития черной металлургии стал весьма успешным вторжением журнала Steel Times International Times в мир концепции «Индустрия 4.0» для черной металлургии. Делегаты конференции высоко оценили высокий уровень обсуждения этой важной темы. Некоторые самые крупные и прогрессивные металлургические компании в мире, такие как Primetals Technologies, SMS, Danieli Automation, Fives уже активно внедряют элементы этой концепции высокотехнологичного производство стали и учитывают ее в стратегических планах своего развития. Да и в России есть хороший пример – компания Yandex Data Factory, которая в 2015 году начала работать с Магнитогорским металлургическим комбинатом, а сегодня успешно внедряет элементы новой промышленной революции в некоторые отрасли российской экономики. Очередной Future Steel Forum – главное технологическое событие журнала Steel Times International, состоится 6-7 июня 2018 года в Варшаве (Польша). Этот Форум будет полностью сосредоточен на применении принципов концепции «Ин-

дустрия 4.0» в производстве и обработке стали. В этом году Форум выглядит еще лучше с передовой и насыщенной программой конференции, в которой участвуют ведущие мировые производители стали, новаторские исследовательские и академические организации, поставщики перспективных технологий, многие интересные делегаты и экспоненты выставки, которые все вместе обсудят одну из самых горячих тем текущего момента – “Умное производство”. В прошлом году я, вероятно, немного грубовато сказал о нашем Форуме: «be there or be square», что на русском языке означает «Будь там, или много пропустите», а лучше – «Явка обязательна!». Короче говоря, Future Steel Forum – важное и уникальное событие 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, пожалуйста, свяжитесь со мной или посетите наш сайт: www.futuresteelforum.com Matthew Moggridge, Programme Director, Editor of Steel Times International E-mail: matthewmoggridge@quartzltd.com

4

ЖЕЛЕЗО ПРЯМОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ

Производство чугуна с водородным источником энергии В этой статье показано, как водородная экономика будет влиять на новое поколение производства чугуна и стали, в частности, на базе концепции MIDREX H2 с использованием проверенного процесса MIDREX с источником энергии H2. Джейсон Рипке, Джон Копфли, Крис Равенскрофт* В последние несколько десятилетий в черной металлургии растет интерес и число работ по исследованию и снижению выбросов CO2. Процесс прямого восстановления железа MIDREX® на природном газе, объединенный с электродуговой печью (ЭДП), обеспечивает самые низкие выбросы CO2 любого коммерчески обоснованного сталеплавильного маршрута. Тем не менее, существует еще много возможностей для снижения выбросов за счет использования водорода в качестве топлива и химического реагента. Наилучшей возможностью для радикального сокращения выбросов CO2 в черной металлургии является использование чистого водорода в качестве источника энергии и восстановительного газа для производства железа прямого восстановленного (ЖПВ или DRI) в шахтной печи MIDREX. Эта концепция с торговой маркой MIDREX H2 имеет большие перспективы для разработки и реализации на новых или существующих заводах DRI. Трудность получения чистого водорода без больших объемов CO2 является серьезным препятствием для внедрения водородного процесса производства ЖПВ. Тем не менее, эта идея может быть ближе к реализации, чем многие идеи развития «водородной экономики». От углеводородов до водородной экономики Большая часть энергии сегодня поступает из одного из трех источников ископаемых углеводородов: нефти, угля или природного газа. Это называется «углеводородной экономикой», когда речь идет об энергетике и ее связи с глобальными рынками. Водородная экономика предлагает систему подачи энергии с использованием водорода. Она обеспечивает решение некоторых негативных последствий использования углеводородных видов топлива, которые выделяют углерод в атмосферу в виде СО2, СО, несгоревших углеводородов и т.п. Сторонники мировой водородной экономики утверждают, что водород может быть экологически чистым источником энергии для конечных пользователей без выбросов загрязняющих веществ (твердых частиц или углекислого газа) в точке конечного использования. Тем не менее, существует много проблем для того, чтобы водород стал основным экономическим фактором. Например, водород обладает

высокой плотностью энергии по массе, но имеет низкую плотность энергии по объему, если он не сжат или не сжижен. Высокая стоимость водородного топливного элемента остается основным препятствием в этом развитии. Другие связанные с этим вопросы, такие как хранение, инфраструктура распределения и чистота водорода, а также вопросы безопасности, должны быть преодолены для взлета водородной экономики. Кроме того, существует классический синдром «курицы и яйца». Потенциальные производители с нетерпением ждут, когда потребители выйдут вперед, чтобы они могли продемонстрировать им использование водорода в промышленном масштабе, в то время как потребители буду готовы в условиях наличия достаточного количества водорода по конкурентоспособной цене. Полная реализация водородной экономики потребует сотрудничества промышленности, научных кругов, правительства и потребителей. Знакомство с водородом Сегодня существует два основных вида использования водорода. Около половины водорода используется для производства удобрений на базе аммиака (NH3). Другая половина используется для преобразования методом гидрокрекинга тяжелого нефтяного сырья в более легкие фракции, пригодные для использования в качестве топлива. Поскольку этот процесс эффективно улучшает бедные исходные материалы, такие как битуминозные пески и сланцы, гидрокрекинг считается зоной роста. В 2016 году 96 % мирового производства водорода базировалось на ископаемом топливе: 48 % – из природного газа, 30% – из нефти и 18 % – из угля. Электролиз воды занимал 4 %. Связь централизованного производства водорода с парком легковых автомобилей на водородных топливных элементах потребует размещения и строительства дорогостоящей распределительной инфраструктуры. Кроме того, необходимо устранить технологическую проблему обеспечения безопасного и энергоемкого хранения водорода на борту транспортного средства, чтобы обеспечить достаточный диапазон между заправками. Следовательно, из четырех способов получения водорода частичное сжигание природного газа в электростанциях с комбинированным циклом при-

родного газа (NGCC), по-видимому, обеспечивает наиболее эффективный химический путь и наибольшую отдачу полезной тепловой энергии. Большая часть водорода производится на установках для регенерации пара метана (SMR) с использованием природного газа в качестве исходного сырья. Эта технология аналогична реформеру MIDREX. Реформер производит газ, содержащий Н2 и СО, а СО затем удаляют. Хотя широкомасштабное производство водорода с использованием паровой конверсии природного газа сегодня является реальностью, оно не обеспечивает решения задачи сокращения выбросов CO2, поскольку водород производится из природного газа и SMR имеет значительные выбросы CO2. Другой технологией производства H2 является электролиз, который использует электричество для разделения воды на водород и кислород. Процесс работает сегодня, но есть две проблемы при его использовании в водородной экономике. Первая – в большинстве стран электричество генерируется в основном из ископаемых видов топлива, поэтому остается большой объем выбросов CO2. Вторая – стоимость водорода слишком высока для множества видов применения при существующих ценах на электроэнергию (стоимость водорода парового реформинга примерно в два раза выше). Сегодня есть электролизеры мощностью 1,0 МВт, но общая установленная мощность составляет всего около 50 МВт.

*Jayson Ripke, PhD - Менеджер по научно-исследовательским проектам компании Midrex Technologies Inc.; John Kopfle – Директор, корпоративное развитие, Midrex Technologies Inc.; Chris Ravenscroft - Менеджер, глобальный маркетинг и коммуникации, Midrex Technologies Inc. (США) Steel Times International на русском языке – Май 2018

www.steeltimesint.com

ЖЕЛЕЗО ПРЯМОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ

Использование водорода для производства чугуна Во всем мире велик интерес к сокращению выбросов CO2. Очень перспективным решением является использование водорода в качестве топлива и химического реагента (вместо ископаемого топлива). Черная металлургия отвечает за 5 % от общемирового объема выбросов парниковых газов (из-за значительного использования угля). Около 75 % мировой выплавки стали приходится на маршрут с использованием доменной печи (BF) и основного кислородного конвертера (BOF). Доменная печь использует кокс в качестве источника энергии и восстановителя, при этом маршруте генерируется около двух тонн CO2 для каждой тонны произведенной стали. Процесс MIDREX на основе природного газа, соединенный с электродуговой печью, имеет самые низкие выбросы CO2 по сравнению с любым коммерчески обоснованным сталеплавильным маршрутом. Это происходит потому, что природный газ содержит гораздо больше водорода, чем уголь. Технологический газ типичной установки MIDREX содержит около 55 % H2 и 36 % CO, тогда как доменный газ – это почти только CO. В результате комбинация MIDREX/EAF производит примерно половину выбросов CO2 на тонну стали в сравнении с заводом полного металлургического цикла. С добавлением CO2-скрубберов процесс Midrex может снизить выбросы CO2 еще больше за счет удаления CO2 из дымового газа. Выбросы могут быть уменьшены вдвое по сравнению с маршрутом BF/BOF, если CO2 можно использовать и/или секвестрировать. www.steeltimesint.com

Периодическая интеграция

Цена производства водорода, $/кг

В 2016 году Министерство энергетики США (DOE) определило H2@Scale в качестве недооцененной основной возможности, которую они назвали «большой идеей». DOE сосредоточило свое внимание на этом, сегодня в этом направлении работает 14 из их 17 национальных лабораторий. Вместо того, чтобы генерировать H2 электролизом с использованием электричества, производимого во время пикового спроса, предполагается использование электроэнергии с более низкой стоимостью при спаде мощности, хранение полученного H2 с последующей транспортировкой его пользователям при необходимости. На рис. 1 показано видение водородной экономики. При использовании тарифа электроэнергии в размере 0,01 долл. США/кВт • ч стоимость водорода станет примерно такой же, как и у парового реформера. Дальнейшие достижения в области НИОКР могут привести к еще более низкой стоимости электролитического водорода. Объемы, которые могут быть произведены по этой цене, обеспечат реальные возможности использования H2 для производства чугуна и стали.

5

Прочие затраты

Передовые НИОКР

Затраты на сырье Фиксированные (OGM) Капитальные затраты

Использование мощности Цена электроэнергии Капитальные затраты Эффективность (LHV)

Паровой реформинг метана (SMR) Электролизер

Рис. 1. Улучшение экономики возобновляемых источников H2; Министерство энергетики США – H2@scale FCTO webinar – 28 июля 2016 г.

Несмотря на преимущества производства стали на основе природного газа DR/EAF, остается интерес к еще большему снижению уровня выбросов CO2, позволяющий значительно снизить углеродный след в черной металлургии. Во всем мире реализуются крупные инициативы по использованию водорода для производства чугуна. Это не новая концепция. Компании Cleveland-Cliffs, Lurgi и LTV Steel построили в Тринидаде завод прямого восстановления железа по процессу Circored мощностью 400 тыс. т/год, который использует в качестве восстановительного газа и источника энергии чистый водород, для получения которого применяется паровая конверсия природного газа. Завод начал производство в 1999 году, но в реакторе с псевдоожиженным слоем возникли многочисленные проблемы, поэтому он выпустил всего 150 тыс. тонн ГЖ в брикетах и в 2001 году был закрыт. Успешное решение получения чугуна с низким содержанием CO2 может быть основано на получении чистого водорода с использованием источников энергии с низким содержанием углерода (таких как энергия солнца, ветра, гидро- или атомная Восстановление (удаление кислорода из железной руды) Эндотермическая Экзотермическая Науглероживание (добавление углерода в ЖПВ)

Реформинг (конверсия CH4 в CO и H2)

Рис. 2. Основные химические реакции при производстве чугуна

энергетика) и использовании этого водорода в шахтной печи для производства DRI. Midrex разрабатывает процесс MIDREX H2, позволяющий реализовать именно это. Основа для восстановления железа Прежде чем переходить к деталям производства чугуна с водородом, давайте рассмотрим некоторые основы. Пирометаллургическое (высокотемпературное) производство чугуна использует CO и H2 для восстановления, которые удаляют кислород из руды. Существует много реакций, протекающих в реакторе прямого восстановления или в доменной печи, но первичные показаны на рис. 2. Чугун представлен Fe и метаном CH4 (основным компонентом природного газа). В доменной печи почти весь процесс восстановления осуществляется с использованием CO (реакция 2), который образуется из кокса. При прямом восстановлении восстановление осуществляется с помощью CO и H2. В случае стандартного процесса MIDREX с использованием природного газа 60% (соотношение H2 к СО) восстановление осуществляется водородом. Поскольку восстановление в доменной печи происходит при температуре около 1300 °C и в печи DR при температуре около 900 °C, то очень важно регулирование температуры. Реакция 1 является эндотермической (требует тепла), в то время как реакция 2 является экзотермической (выделяет тепло). Процесс MIDREX, использующий типичное содержание газа 55% H2 и 36 % CO, легко контролировать, поскольку температура в печи остается относительно постоянной. Реакции науглероживания в доменной печи происходят автоматически из-за постоянного присутствия углерода. В процессе прямого восстановления они возникают, если восстановительный газ содержит CH4 и CO. Реакции реформинга происходят, когда метан присутствует либо в

Steel Times International на русском языке – Май 2018

6

ЖЕЛЕЗО ПРЯМОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ

Рис. 3. Процесс Мидрекс с добавлением водорода

ДП, либо в печи DR. На многих ДП теперь вводят метан (природный газ) для снижения потребления кокса. Использование водорода на установках Midrex Как отмечается в докладе компании Midrex и Primetals о будущем прямого восстановления в Европе «Future of Direct Reduction in Europe – Medium and Long-Term Perspectives», представленном на конференции ESTAD в июне 2017 года, водород может быть использован на установке DR двумя способами. Некоторое количество H2 может быть введено в установку на основе природного газа в качестве замены части природного газа или завод DR может быть основан на 100 % H2. В случае добавления H2 в установке MIDREX можно заменить треть необходимого природного газа. Например, 60 тыс. Нм3/час Н2 можно заменить приблизительно на 20 тыс. Нм3/час природного газа на установке мощностью 2,0 Мт/год, что составляет приблизительно 30 % от общего потребления природного газа. Схема такого подхода показана на рис. 3. Это можно реализовать на существующем или новом заводе.

MIDREX H2 использует 100 % водорода в качестве исходного газа. Midrex имеет огромный опыт использования водорода для производства губчатого железа в шахтной печи. С 1969 года установки MIDREX произвели более 955 млн т DRI с более чем 50 % водорода. В установках MIDREX используются три разных соотношения H2 и CO. Большинство используют природный газ и стандартный реформер MIDREX, который производит восстановительный газ с 55 % H2 и 36 % CO (H2/CO 1,5). Завод FMO MIDREX в Венесуэле использует реформер для пара, а соотношение H2/CO варьируется от 3,3 до 3,8. Существует шесть модулей MIDREX, которые используют газ, полученный из угля (при отношении водорода к СО от 0,37 до 0,56). Таким образом, процесс MIDREX успешно производит DRI при соотношении H2/CO от 0,37 до 3,8. Первоначальное моделирование и лабораторные эксперименты показали, что

Рис. 4. Процесс Midrex H2TM

для производства DRI в шахтной печи MIDREX можно использовать почти чистый водород. Технологическая схема показана на рис. 4. Она похожа на стандартный процесс MIDREX, за исключением того, что входной газ H2 генерируется вне процесса. Таким образом, отсутствует реформер, а для нагрева газа до требуемой температуры включен газовый нагреватель. На практике содержание восстановительного газа H2 составляет около 90 %, с балансом CO, CO2, H2O и CH4. Эти составляющие являются результатом добавления природного газа для регулирования температуры и добавления углерода. Поскольку H2 превращается в H2O и конденсируется сверху газового скруббера, система удаления CO2 не требуется. Потребление водорода составляет приблизительно 550 Нм3/т DRI. Кроме того, в качестве топлива для восстановительного газового нагревателя требуется до 250 Нм3/т DRI H2 или других экологически чистых источников тепла, таких как отработанное тепло, электричество и/или природный газ. С помощью этого процесса выбросы CO2 могут быть сокращены на 80% по сравнению со способом производства стали BF/BOF. Есть несколько соображений для процесса MIDREX H2, в первую очередь это температура. С таким количеством водорода DRI охлаждается, когда восстановительный газ поступает в шахтную печь изза реакции 1 производства железа (рис. 2). Таким образом, необходимо добавить природный газ для поддержания желаемой температуры восстановления. Согласно модели Midrex, добавление природного газа со скоростью 50 Нм3/т DRI должно выполнить это. Второй проблемой является содержание углерода в DRI. Большинство DRI используется в EAF. Сегодня практика электросталеплавильного производства использует добавление углерода либо в металлический шихте завалки (DRI, HBI и чугун) или как чистый углерод. Сжигание этого углерода с помощью впрыскиваемого кислорода создает значительную теплоту, что снижает потребление электроэнергии и ускоряет процесс плавки. По-

Steel Times International на русском языке – Май 2018

скольку доменный чугун в горячем состоянии насыщен углеродом, он содержит 4–4,5 % углерода. DRI может содержать 1–4,5 % углерода в зависимости от процесса, используемого восстановительного газа и работы установки DR. Большинство производителей стали предпочитают использовать DRI с 1,5–3 % углерода, но оптимальный уровень углерода определяется с учетом металлической завалки и производимой стали. При большом количестве водорода в восстановительном газе необходимо будет добавлять углеводороды в каком-либо месте процесса для достижения желаемого уровня углерода. Варианты науглероживания DRI включают добавление углерода в зону охлаждения или в нижний конус печи. Добавление 50 Нм3/т природного газа для контроля температуры приводит к тому, что содержание углерода в DRI составляет около 1,4 %. Следующей эволюцией в производстве стали будет расплавление железа без использования углерода, но это будет очень энергоемким процессом, поскольку температура плавления стали будет возрастать по мере снижения содержания углерода. Заключение Сегодня наилучшей возможностью для радикального сокращения выбросов CO2 в черной металлургии является использование чистого водорода в качестве источника энергии и восстановителя для железной руды. Для достижения этой цели предпринимаются многочисленные усилия. Использование водорода в шахтной печи MIDREX – процесс MIDREX H2, имеет большие перспективы в разработке и реализации на новых или существующих установках DRI. Основным препятствием для внедрения прямого водородного восстановления железа является трудность получения чистого водорода без образования большого количества CO2. Несмотря на это препятствие, правительства и промышленность рассматривают способы скорейшего развития водородной экономики, а вместе с ней и более чистого способа производства чугуна и стали. n www.steeltimesint.com

20 % СКИДКА ДЛЯ БРОНИРОВАНИЯ ГРУППЫ

«Индустрия 4.0» – 6–7 июня 2018 • Варшава • Польша

Международная конференция Future Steel Forum возвращается в отель Sheraton в Варшаву (Польша) с 6 по 7 июня 2018 года. Эта глобальная конференция по технологиям черной металлургии будет основана на непревзойденном опыте профессионалов в области сталелитейной промышленности, которые хотят разгадать тайны и справиться со сложностями концепции «Индустрия 4.0». Делегаты могут рассчитывать на новаторские документы по концепции «Индустрия 4.0» и связанные с ними «прорывные» технологии, которые влияют на промышленность в целом и производство стали в частности. Ожидается живой разговор, оживленные дискуссии и множество сетевых возможностей.

продолжение истории ПРИСОЕДИНЯЙТЕСЬ: Зарегистрируйтесь в Интернете, чтобы подписаться на пакет участия в Future Steel Forum, который будет включать подписку на Steel Times International, международный справочник журнала Steel Times, рассылку соответствующих новостей на вашу почту и участие в работе форума Future Steel, 6-7 июня 2018 года, Варшава, Польша. СТАНДАРТНАЯ СТОИМОСТЬ ПАКЕТА £990 ЗАРЕГИСТРИРУЙТЕСЬ И СВЯЖИТЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОПУСКА ДЕЛЕГАТА: www.FutureSteelForum.com/register

Для получения дополнительной информации о регистрации, пожалуйста, посетите веб-сайт или свяжитесь с Sophie Wright: sophiewright@quartzltd.com; тел.: +44 (0) 1737 855 022

БРОНИРОВАНИЕ ГРУППЫ УЧАСТНИКОВ: Мы также предлагаем скидку на групповое участие для пяти делегатов и более. При бронировании группы вы получите 20 % скидку на каждого участника. Пожалуйста, свяжитесь с Софи Райт, если вы решите воспользоваться этим предложением.

Официальный информационный партнер:

@Future_Steel

Join our Future Steel Forum Group

www.FutureSteelForum.com

Организаторы:

8

НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ

Решения для нанесения покрытий на стальные полосы Технология окрашивания проката «Coil coating» («Койл-коатинг») – поточный и высокоавтоматизированный промышленный процесс эффективного нанесения покрытий на металлический прокат рулонным способом. Поскольку процесс обработки поверхности рулонного металла проводится в начале технологического процесса перед нанесением слоя покрытия (до резки и формовки), то вся поверхность рулона хорошо очищается и обрабатывается, обеспечивая высокую адгезию слоя грунта и металлического основания. Такой рулонный металл с предварительно нанесенным покрытием (часто называемый пред-окрашенным металлом), считается более долговечным и коррозионно-стойким, чем большинство пост-окрашенных металлов. Решение по нанесению покрытия на полосу рулонным способом применимо ко многим типам металлов: углеродистой, кремнистой или нержавеющей стали, алюминию и цинку. Компания Fives, международная инженерно-промышленная группа, занимается разработкой технологий для линий нанесения монопокрытий или линий нанесения комбинированных покрытий (цинкование и окраска) на полосы с 1950-х годов. Первая промышленная линия нанесения комбинированных покрытий (цинкование и окраска) компании Fives была пущена в эксплуатацию в 1984 году. Оливье Гросс, Сантьяго Джил* БАЗОВАЯ концепция линии нанесения комбинированных покрытий заключается в объединении в единой технологической линии секций цинкования и окраски. Основными преимуществами такой комбинации являются снижение инвестиционных затрат и эксплуатационных расходов, улучшение качества продукции и повышение безопасности труда, исключение внутризаводской транспортировки рулонов и обработки рулонов между процессами цинкования и окраски, что существенно сокращает производственный цикл. Крупнейший в Европе металлургический завод заключил с компанией Fives контракт на разработку проекта и поставку двух линий нанесения комбинированных покрытий с годовым производством 400 тыс. т/год окрашенной рулонным способом стальной оцинкованной полосы. Это были первые в мире производственные мощности (рис. 1) для выпуска широкого сортамента высококачественных полос с цветным покрытием. Такие комбини-

рованные линии были оборудованы секциями окраски полосы в линии (с индукционным и газовым обогревом), разработанными компанией Fives. Для адаптации производства к меняющемуся рыночному спросу, одна из установленных линий была позже модернизирована и обновлена, чтобы увеличить производственную мощность и позволить производить 100 % окрашенных полос на основе оцинкованной стальной полосы, и тем самым улучшить общее качество выпускаемой продукции. Линии были переоборудованы с внедрением новых видов предварительной и последующей обработки (пред- и постобработки), новых секций нанесения грунтовочного покрытия (праймера) и окончательного окрасочного покрытия, индукторов и газовых печей, разработанных компанией Fives. Теперь клиент может непрерывно производить 100 % окрашенной продукции и обеспечивать чрезвычайно короткие сроки выполнения заказа для экспресс-доставки.

Печи для отверждения покрытия Назначение печей для отверждения нанесенного на полосу покрытия, которые устанавливают в секциях окраски и предварительной обработки в линии нанесения цветных покрытий, заключается в том, чтобы провести отверждение покрытия полосы при надлежащей температуре и с хорошей гомогенностью, чтобы обеспечить идеальное качество покрытия на готовой полосе. Компания Fives проектирует и поставляет печи для отверждения покрытия Stein Curing (рис. 2) и системы охлаждения для производства высококачественных полос с покрытиями для различных условий применения, таких как автомобилестроение, строительство, изготовление бытовой техники. Ассортимент продуктов Fives в этой области включает широкий выбор печей с различными видами нагревательных сред (газовые, индукционные, прямого и конвекционного нагрева) и адаптированных систем охлаждения (воздухом, водой или охлаждающими роликами).

Рис. 1. Непрерывная комбинированная линия цинкования и окраски стальной полосы

*Olivier Grosse – старший инженер по продажам компании Fives DMS (Франция), Email: olivier.grosse@fivesgroup.com; Santiago Gil – руководитель отдела продаж компании Fives Stein Bilbao (Испания), Email: santiago.gil@fivesgroup.com Steel Times International на русском языке – Май 2018

www.steeltimesint.com

НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ

Решения газоочистки обеспечивают очистку отходящих газов от химических загрязнений и летучих органических соединений, позволяют возвращать энергию через рекуперативные или регенеративные термические окислители с прямыми или косвенными системами рециркуляции воздуха. Технология компании Fives обеспечивает оптимальное соотношением цены и качества, учитывая первоначальные инвестиции, эксплуатационные и обслуживающие расходы, а также качество продукции. Эта технология обеспечивает: ● 100 % окрашенного продукта; ● высокие многосторонность и гибкость; ● возможность смены нескольких цветов покрытия на одном рулоне; ● стабильную работу технологической секции; ● сокращение капитальных затрат (CAPEX) и операционных расходов (OPEX). В 2016 году испанская компания Asturiana de Laminados S.A. – ведущий производитель оцинкованных полос и листов, заключила с компанией Fives контракт на поставку печей отверждения покрытий для своей новой линии нанесения цветных покрытий, установленной на заводе в Астурии (Испания). Компания Asturiana de Laminados предлагает широкий сортамент оцинкованных полос и листов с декоративным цветным покрытием под брендом elZinc, предназначенных для применения в классической и современной архитектуре. Новая линия нанесения цветного декоративного покрытия в Астурии – первая в мире линия нанесения рулонным способом цветных покрытий на стальные полосы с цинковым и алюминиевым покрытием, и вторая в мире – для производства оцинкованных цветных полос. Оцинкованная полоса – хрупкий и новый продукт, требующий применения высокотехнологичного оборудования и производственного процесса. Проект включает проектирование, строительство и поставку двух

Рис. 2. 3D-конфигурация печи Stein для отверждения покрытия

9

Рис. 3. Расположение индукционных печей для отверждения покрытия в вертикальном исполнении

Таблица 1. Потребление природного газа, Нм3/ч Рекуперативный термический окислитель

Регенеративный термический окислитель

В процессе эксплуатации

647

160

В процессе ожидания

162

40

Монослойное покрытие (24000 Нм3/ч)

160

4

Двухслойное покрытие (36000 Нм3/ч)

260

4

Отходящие газы + ЛОС

печей для отверждения покрытия Stein Curing, систем газоочистки и рекуперации энергии с использованием термического окислителя и оборудования для сушки распылением предварительно нагретого воздуха компании Stein в секции предварительной химической обработки. Печи Stein Curing специально разработаны для обеспечения легкого доступа внутрь и быстрого проведения технического обслуживания. Особое внимание было уделено на обеспечение гибкой смены характеристик стальных полос различных форматов и базовых материалов в процессе отвержде-

ния краски. С помощью новейшей разработки – независимо форсируемой конвекционной системы распыления нагретого воздуха для обдува и позиционного управления в каждой зоне печей отверждения праймера и финишного покрытия, это проблема была успешно решена. В отличие от печей флотационного типа, здесь для поддержания полосы не требуется никакой энергии. Кроме того, эта технология исключает риск возникновения вибрации обрабатываемой полосы. Печи для отверждения покрытия Stein Curing (как и все обогреваемые газом сушильные печи Stein) оснащены всем необходимым инструментарием, системами управления и защитно-предохранительными устройствами, полностью соответствующими действующим европейским нормам (EN 1539, EN 746/2). Они характеризуются низким энергопотреблением, легким прохождением полосы и простым техническим обслуживанием. В процессе установки у клиента новой печи может быть применена технология предварительной блочной сборки оборудования, чтобы сократить до минимума сроки строительства. Новые разработки В 2011 году компания Fives установила комплексную секцию нанесения цветного покрытия в уже существующую линию цинкования стальных полос в Испании. Комплексная секция состоит из первой секции предварительной обработки, которая позволяет проводить пред-обработку продуктов с цветным покрытием или пост-

www.steeltimesint.com

Steel Times International на русском языке – Май 2018

10 НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ

обработку оцинкованных продуктов, и двух секций для нанесения грунтовочного покрытия (праймера) и окончательного красочного покрытия. Особенностью этой линии является полный индукционный нагрев полосы в вертикальном положении (рис. 3). Такие индукторы также могут быть установлены и в горизонтальном исполнении с учетом пространственных ограничений на месте установки. Скорость процесса обработки в этих линиях может достигать 180 м/мин. Линия оснащена системой индукционного нагрева CELES, которая характеризуется следующими преимуществами: ● более короткий период отверждения покрытия, следовательно, повышенная рабочая скорость технологической линии; ● быстрый отклик, следовательно, максимальная гибкость; ● мгновенная настройка кинетики отверждения для соответствия каждому типу покрытия с обеспечением максимального выпуска продукции. Кроме того, это была первая в мире линия нанесения комбинированных покрытий на стальные полосы с установкой регенеративного термического окислителя (RTO) с целью сжигания испарившихся растворителей с высоким кпд, а также динамического уплотняющего устройства (рис. 4) для разделения атмосферы с помощью распыления/впрыска предварительно нагретого воздуха и байпасной системы. Оба этих инновационных устройства защищены патентами компании Fives, обеспечивают правильную в отношении экологии работу, устраняющую любые газовые выбросы и отложение растворителей внутри индукторов и воздуховодов.

Рис. 4. Имитационная модель устройства динамического уплотнения CFD

Преимуществом процесса RTO является снижение расхода топлива за счет новых технологий (например, аутотермического режим без внешней подачи энергии) и специальной конструкции установки (табл. 1). Индивидуально скроенное под клиента оборудование Уплотнительное устройство представляет собой индивидуально разработанное оборудование, адаптированное к требованиям каждого конкретного проекта. Основные особенности этого устройства включают: ● Сокращение входного потока паразитного воздуха (подсоса) в линию, непосредственно влияющего на расход топлива, особенно в проектах с установкой RTO. ● Исключение контакта между отходящими газами (содержащими ЛОС) и охлаждающей полосу водой, что уменьшает ее загрязнение.

Рис. 5. 3D-конфигурация сушильной печи Stein

Векторы скорости окраски полос в зависимости от магнитуд скорости (м/с)

Steel Times International на русском языке – Май 2018

ANSYS FLUENT

● Исключение выбросов летучих растворителей внутри производственного здания. Оборудование для пред- и пост-обработки Существуют различные технологии сушки металлической полосы (углеродистая, кремнистая, нержавеющая сталь, алюминий или цинк) и различных типов химической обработки покрытия (без пассивации хромом и фосфатирования в ваннах с фосфатом цинка, гидрофобных и олеофобных покрытий «анти-фингер принта», слоем смолы, неорганических и органических покрытий) с различными типами нагрева (газовым или индукционным, прямого или косвенного обогрева) и адаптированными системами охлаждения (воздухом, водой, охлаждающими роликами и др.). Непрерывная обработка полосы в горизонтальных или вертикальных печах покрывает широкий спектр решений для пред- и пост-обработки. Существуют также комбинированные гибкие решения, специально предназначенные для модернизации процессов предварительного нанесения металлического слоя и последующего нанесения покрытия и окраски для обеспечения окончательной защиты предварительно нанесенного металлического слоя и стали с финишным покрытием. Компания Fives предлагает (рис. 5) специальные сушильные печи Stein (с прямым или косвенным нагревом, вторичным использованием тепла горячих газов), охладители (воздухом или водой), узлы резиновых валиков (вертикальные или горизонтальные) и воздушные ножи (вертикальные или горизонтальные, холодного или горячего типа). Сегодня в мире успешно работают более 100 технологических линий, оборудованных печами для отверждения покрытия Stein Curing и системами предварительной или последующей обработки для высокопроизводительного и эффективного производства оцинкованной и/или окрашенной полосы. n www.steeltimesint.com

МИКРОЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ 11

Как ниобий повышает сопротивление ползучести стали The Charles Hatchett Award – премия имени Чарльза Хатчета, открывшего в 1801 году этот элемент – ежегодно вручается Институтом материалов, полезных ископаемых и горного дела (Institute of Materials Minerals and Mining, IOM3) и спонсируется компанией Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM), ведущим мировым поставщиком ниобия и технологий ниобия. Премия ежегодно присуждается группой ведущих международных экспертов авторам наилучшей опубликованной статьи о металлургии ниобия и сплавов, содержащих ниобий. Премия 2017 года была вручена японской группе исследователей под руководством д-ра Джана Такахаши (Dr. Jun Takahashi) за доклад под названием «Direct Observation of Niobium Segregation to Dislocations in Steel», посвященный прямому наблюдению сегрегации атомов ниобия в дислокациях в стали. Это исследование продемонстрировало ранее неизвестный механизм, благодаря которому ниобий повышает высокотемпературные свойства низколегированных сталей. Питер Моррис* НИОБИЙ широко используется в качестве микролегирующей добавки в стали для придания стали необходимых физико-механических свойств. Область его основного применения – высокопрочные низколегированные (HSLA) стали, где небольшие присадки ниобия замедляют процесс рекристаллизации аустенита во время горячей прокатки. При этом, благодаря тщательному регулированию графиков горячей прокатки обеспечивается более точное рафинирование размеров зерен феррита и существенно повышаются прочность и вязкость стали. Это связано с ролью ниобия в упрочнении стали путем дисперсионного твердения. Образующиеся по границам зерен аустенита специальные карбидные фазы внедрения (труднорастворимые в аустените), блокируют скольжение дислокаций, препятствуют их росту и закрепляют границы аустенитных зерен с формированием мелкозернистой структуры готовой стали. Ниобий предотвращает скольжение границ зерен как за счет замедления растворения (диффузии), так и торможения выделения вторичных фаз при дисперсионном твердении. Начиная с 1950 года использование контролируемой горячей прокатки полос и листов позволило повысить прочность трубных марок сталей для магистральных трубопроводов с класса прочности X42 до класса X80. Кроме этого, применение более прочных труб позволило снизить расход металла, уменьшить тоннаж массы трубопроводов, обеспечить транспортировку газа под более высоким давлением. Еще одним важным положительным эффектом микролегирования стали ниобием является повышение высокотемпературной прочности как аустенитных (типа 347), так и ферритных нержавеющих сталей. Это часто объясняется упрочнением

Образец иглообразной формы Радиус наконечника 20–100 нм Охлаждение до 20–100 К

Локальный электрод

Позиционно-чувствительный детектор

Efield ~ 10–50 В/нм

Поле испарившегося иона

HV dc (2–20 кВ)

HV импульс

Лазерное или импульсное напряжение для инициирования поля испарения с поверхности наконечника

Время пролета и данные о местоположении

Рис. 1. Схема метода атомно-зондовой томографии APT (http://atomprobe.materials.ox.ac.uk/uploads/images/APT.png)

твердого раствора, которое ингибирует скольжение дислокаций и, следовательно, снижает скорость деформации из-за высокотемпературной ползучести. Результаты исследования, представленного на конкурс премии Чарльза Хатчета за 2017 год, свидетельствует о наличии совершенно нового механизма, благодаря которому ниобий способствует улучшению высокотемпературных свойств стали. Расчеты на основе первых принципов предполагают сильное взаимодействие между ядрами дислокаций и атомами ниобия, которое оказывает такое же влияние на скольжение дислокаций, как и эффект промежуточного интерстициального углерода – диффузии атомов внедрения углерода при низких температурах. Чтобы проверить это предложение, победившие авторы изучали положение отдельных атомов ниобия, растворенного в ферритной нержавеющей стали, используемой для изготовления автомобильных

выхлопных патрубков. Химический состав исследованной коррозионностойкой стали приведен в табл. 1. Сталь содержит достаточно титана и ниобия для связывания углерода и азота. Материал нагревали до температуры 1250 °С в течение одного часа перед горячей прокаткой с конечной температурой прокатки 875 °С. Затем его охладили распылением воды до температуры смотки прокатанных полос в рулон 520 °С. Местоположение атомов ниобия, попрежнему остающихся в твердом растворе, изучали с использованием метода атомно-зондовой томографии APT (Atom Probe Tomography), позволяющего измерять получаемое трехмерные изображение и проводить химический анализ образца металла на атомарном уровне. Метод APT использует послойное распыление образца в виде иглы с очень острым наконечником с последующим масс-

*Peter Morris – компания Beta Technology www.steeltimesint.com

Steel Times International на русском языке – Май 2018

12 МИКРОЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ Таблица. 1. Химический состав коррозионностойкой ферритной стали, применяемой для изготовления автомобильных выхлопных патрубков C

Si

Mn

P

Cr

Mo

Cu

Ti

Nb

N

B

Mass %

0.008

0.21

1.02

0.025

16.95

0.31

1.25

0.12

0.53

0.013

0.0008

Atom %

0.037

0.42

1.04

0.045

18.20

0.18

1.10

0.14

0.32

0.052

0.0041

[101 ] [121] [111] Nb

(a)

Рис. 2. Данные метода APT из внутренней части зерна – темные области содержат > 1,2 % Nb (ат.), размер коробки 45 нм × 47 нм × 57 нм

Mo

P

Mn

(б)

(в)

Рис . 4. Сегрегация атомов бора и фосфора в дислокациях на границах зерен. Фото в центре (б) и справа (в) повернуты, как и на рис. 3

спектрографическим анализом вылетающих ионов и детектированием местоположения вылетов атомов. Затем на ЭВМ можно реконструировать 3D изображение распыленной иглы. Охлажденный наконечник поляризуется высоким постоянным напряжением (3–15 кВ). Такое высокое напряжение при очень маленьком радиусе наконечника индуцирует на поверхности наконечника чрезвычайно сильное электростатическое поле. При лазерном или высоковольтном импульсе один или несколько атомов испаряются с поверхности и проецируются на чувствительный к положению детектор PSD (Position Sensitive Detector) с высокой эффективностью обнаружения (рис. 1). Этот детектор одновременно измеряет: ● время пролета ионов – по измерению промежутка времени между импульсом лазера/напряжением и приходом иона на датчик PSD, что позволяет определить соотношение m/q (отношение массы к заряду); ● положение (X, Y) ионного воздействия на детектор и порядок поступления ионов, что позволяет реконструировать исходное положение и тип атомов на кончике иглы. Атомы постепенно удаляются с наконечника и трехмерное изображение материала может быть реконструировано в

(a)

(б)

(в)

Рис . 5. Отсутствие заметной сегрегации молибдена и никеля в дислокациях на границах зерен. Фото (б) и (в) повернуты, как и на рис. 3

атомном масштабе. Такие данные были собраны на уровне пяти миллионов атомов для образца при температуре 40–60 К с зондирующим напряжением 8–15 кВ, импульсной фракцией 20 % и частотой импульсов 20 кГц. Данные по ниобию, полученные изнутри зерна, показаны на рис. 2. Темные области показывают сегрегацию ниобия в дислокации и содержание более 1,2 % Nb (по атомной массе) по сравнению с объемным уровнем 0,32 % (по атомной массе). Ни углерод, ни азот не были связаны с этими регионами, что подтверждает отсутствие выпадения твердого раствора и сегрегация растворенных атомов ниобия до дислокаций. На рис. 3 показаны данные анализа методом APT для ниобия с малым углом наклона на границе зерна. Четко определяется сегрегация ниобия и получение линейных областей, разделенных примерно на 12 нм. На рис. 4 показаны данные для бора и фосфора из той же области, что и на рис. 3. Опять же, сегрегация носит аналогичные линейные признаки, которые были обнаружены для ниобия (однако здесь с гораздо меньшей интенсивностью, чем для ниобия). На рис. 5 приведены данные для молибдена и марганца. Распределения этих элементов являются однородными без каких-либо видимых признаков сегрегации на границах.

Steel Times International на русском языке – Май 2018

(в)

Рис . 3. Сегрегация атомов ниобия в дислокациях на границах зерен (а). Фото в центре (б) и справа (в) являются повернутыми версиями той же области. Размер коробки 40 нм × 42 нм × 74 нм

B

(a)

(б)

Таким образом, оказывается, что сегрегированные атомы ниобия конденсируются на ядре дислокации. Этот механизм аналогичен образованию атмосферы Коттрелла в низкоуглеродистых сталях – сегрегации атомов примесей в поле упругих напряжений дислокации, в результате чего атомы углерода и азота разделяются на дислокации (рис. 6). Образование атмосфер из внедренных атомов приводит к необходимости повышения уровня напряжения для начала скольжения, что вызывает блокировку дислокаций, повышение предела прочности и упрочнение стали. Однако, в отличие от атмосферы Коттрелла, для которой поле упругой деформации выходит за пределы ядра дислокации, сегрегированные атомы ниобия создают поле деформации, сосредоточенное на ядре дислокации. Авторы назвали это новое явление атмосферой Ниобия-Коттрелла. Дальнейшая работа по анализу данных атомного зонда проводилась для определения точных местоположений сегрегированных атомов ниобия по отношению к ядру дислокации. Увеличенная область (8 нм × 8 нм × 10 нм) показана на рис. 7. Видно, что атомы ниобия содержатся в круге диаметром 2–3 нм. На рис. 7 также видно, что линии дислокации проходят внутрь на глубину 10 нм, ясно наблюдается кластеризация www.steeltimesint.com

МИКРОЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ 13

Дислокация

Интерстициальный углерод

Атомы железа

Рис. 6. Атмосфера Коттрелла в низкоуглеродистой ферритной стали (https://en.wikipedia.org/wiki/Cottrell_atmosphere)

Steel Times International Directory Справочник является важным руководством для производителей стали, производителей, поставщиков и услуг для металлургической промышленности. Он содержит информацию о продукте и ключевые контактные данные.

Рис. 7. Распределение атомов ниобия вблизи ядра дислокации, размер коробки 8 нм × 8 нм × 10 нм

атомов ниобия вблизи ядра дислокации. Авторы объясняют образование этих атмосфер в терминах разности размеров атомов железа и ниобия. Ниобий, обладающий более крупным атомом, притягивается к дислокации из-за присутствующих там областей с экспансивной упругой деформацией. Результаты демонстрируют, что на базе работы атомного зонда обнаружены достаточные для размещения избыточных атомов ниобия участки этого типа, существующие вдоль дислокации. Эти атмосферы Ниобия-Коттрелла могли образоваться только при повышенных температурах, когда атомы ниобия обладают достаточной подвижностью для миграции на дислокации. Это произошло либо во время горячей обработки давлением, либо во время выдержки при повышенных температурах в ходе дальнейшей обработки. Атмосферы Ниобия-Коттрелла блокируют скольжение дислокаций и, следовательно, повышают прочность скольжения и упрочнение стали. Этот механизм становится дополнением к положительному эффекту микролегирования ниобием, возникающего в результате традиционного упрочнения твердого раствора. Не обнаружено никаких доказательств образования атмосфер другими элементами замещения, такими как марганец, хром и никель. Это объясняется меньшей разницей в размерах атомов между этими элементами и железом, чем для ниобия, что делает их атмосферы менее энергетически выгодными. Авторы использовали метод атомно-зондовой томографии, чтобы подтвердить гипотезу о том, что атомы ниобия дают сильную сегрегацию атомов на дислокациях, и назвали это явление атмосферой Ниобия-Коттрелла. Этот механизм не наблюдался в твердых растворах с другими атомами замещения, такими как молибден и марганец. Результаты этой научно-исследовательской работы расширяют наше понимание того, как атомы ниобия улучшают высокотемпературные свойства ферритных нержавеющих сталей и могут помочь в разработке будущего дизайна сплавов в этих материалах. n www.charles-hatchett.com www.steeltimesint.com

Закажите свою копию всего за £78*

*Для наших подписчиков бесплатно

Информация об условиях включения – E-mail: esmehorn@quartzltd

www.ste elti mesint.com

14 ПЛАНИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ

Передовые решения планирования и оптимизации повышают эффективность горячего посада слябов Горячий посад слябов и прямая прокатка с совмещением процессов непрерывной разливки стали и горячей прокатки обеспечивают снижение расхода топлива на нагрев под прокатку, экономию времени и энергии, но многие производители стали до сих пор не приняли полностью эту технологию, сокращающую разрыв между непрерывной разливкой стали и горячей прокаткой. Сложность планирования, которая сопровождает такой эффективный процесс производства, всегда была препятствием – до сих пор. Маркус Малинен* В КОНКУРЕНТНОЙ среде производства стали в условиях ограниченных ресурсов оптимизация связи между совмещенными процессами непрерывной разливки стали и горячей прокатки, позволяющая минимизировать охлаждение слябов, может обеспечить существенный ресурс для продвижения вперед. Идея «горячего процесса» существует в черной металлургии с тех пор, как нефтяной кризис 1973 года заставил металлургические компании обратить серьезное внимание на сокращение расхода топлива и затрат на повторный нагрев металла под горячую прокатку. В то время как цены на нефть в настоящее время пошли немного вверх от своего недавнего минимума в начале 2016 года, появилась еще одна новая тенденция, поддерживающая необходимость в дальнейшем продвигаться в направлении оптимизации процесса горячего посада во всей отрасли, которую подталкивает растущая важностью применения в промышленности экологически более устойчивых технологий. Несмотря на то, что горячий посад слябов прост в теории, этот совмещенный процесс требует чрезвычайно сложного планирования и оптимизации всей цепи поставок, так как различные по качеству

ные графики, ограничения и ключевые показатели эффективности (KPI) должны быть согласованы, чтобы максимизировать возможности горячего посада и прямой прокатки путем составления достойного графика. Несмотря на эти трудности, горячий посад по-прежнему является горячей темой в отрасли, поскольку он обещает значительную экономию и рост производительности, а также соответствует строгим руководящим принципам энергоэффективности. Меньше энергии и времени требуется для повторного нагрева слябов перед прокаткой до температуры, необходимой для горячей прокатки, что также приводит к снижению выбросов CO2. Меньшее количество слябов при хранении в запасе также уменьшает связанный с ними оборотный капитал.

Маркус Малинен – Вице-президент компании Quintiq, члена Dassault Systèmes

марки стали требуют различного времени охлаждения непрерывнолитых слябов между процессами разливки и горячей прокатки. Кроме того, различные линей-

Значение горячего посада Черная металлургия является крупнейшим промышленным эмитентом углекислого газа в атмосферу. С растущим воздействием глобального потепления отрасль стремится к расширению применения горячего посада (ГП) слябов и прямой прокатки (ПП), чтобы уменьшить выбросы парниковых газов.

*Marcus Malinen – Vice President of Europe, Middle East, Africa and Russia, компания Quintiq, входящая в структуру Dassault Systèmes Steel Times International на русском языке – Май 2018

www.steeltimesint.com

ПЛАНИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ 15

От горячего посада выигрывает не только окружающая среда – производители стали также получают ощутимые преимущества. При существенном снижении продолжительности охлаждения непрерывнолитых слябов между разливкой стали и горячей прокаткой появляется значительный потенциал экономии. В зависимости от объема производства металлургического завода и достигнутой на нем доли горячего посада экономическая выгода может составлять сотни тысяч или даже миллионы долларов в год. Горячий посад слябов с повышенной температурой в методические нагревательные печи также улучшает качество материала, снижает потери материала, повышает производительность и уменьшает промежуточные запасы слябов. Доведение доли прямой прокатки до 100 % в объеме общего посада и выхода годного до 100 % – это будущие тенденции вместе с развитием прецизионного контроля в процессе горячей прокатки. Это означает, что между разливкой стали и горячей прокаткой продуктов без дефектов нет никакой задержки. Результат? Лучшее качество продукции, меньшие потери и более высокая скорость доставки заказа с точным соблюдением сроков и в полном объеме для конкретного клиента. Почему черная металлургия не продвинулась вперед с горячим посадом? Хотя явные преимущества горячего посада становятся целью, к которой стремятся www.steeltimesint.com

производители стали, многим до сих пор не удалось оптимизировать этот совмещенный процесс. Почему достижение оптимального процесса горячего посада становится такой трудной целью? Ошибочно предположить, что горячий посад – это то мероприятие, которое вам нужно реализовать всего один раз. Тенденции в черной металлургии, такие как расширенные портфели выпускаемых продуктов и меньшие объемы заказов, на самом деле затрудняют реализацию горячего посада, изза этого некоторые производители стали сегодня снизили долю слябов горячего посада, по сравнению с прошлыми показателями. Выплавка жидкой стали, непрерывная разливка и горячая прокатка являются сложными процессами, при этом разные ограничения и сбои в каждом из процессов становятся общими для всего производства. Это приводит к необходимости частого изменения планирования загрузки мощностей и программ агрегатов. Недостаточно создать единый график совмещения процессов на участках литья и прокатки, который обеспечит оптимизацию доли горячего посада, потому что вскоре может произойти какое-либо изменение в процессе производства, которое потребует изменений в оптимальном графике. Большинство металлургических компаний не имеют поддержки процесса планирования, которая позволила бы им оперативно справиться с этими изменениями, а также максимизировать долю горячего посада. Например, если некоторые из непре-

рывнолитых слябов нуждаются в незапланированном ремонте/улучшении качества поверхности, то планировщик должен иметь возможность перенаправить их на соответствующие ресурсы для удаления/зачистки дефектов поверхности и провести точное обновление графика последовательности прокатки на стане горячей прокатки. Когда на стане горячей прокатки произойдет незапланированная остановка на несколько часов, система сама должна поддержать планировщика при настройке графика непрерывной разливки, чтобы сохранить уже разлитые слябы в горячем состоянии, когда прокатный стан снова вернется к своей работе. Это может включать термостатирование слябов – временное хранение слябов в теплозащитных тоннелях, но они тоже, как правило, имеют ограниченный объем, который должен быть принят во внимание. Процессы непрерывной разливка стали и горячей прокатки часто работают независимо друг от друга: они расположены в разных цехах, ими управляют разные менеджеры и планировщики, иногда они имеют разные ключевые показатели эффективности (KPI). При этом отсутствует сквозная прозрачность по всему процессу. Даже на интегрированном металлургическом заводе из-за недостатков системы планирования в способности быстро справляться с возникающими сложностями и неопределенностью сталелитейного производства, возникают сложности и препятствия для достижения оптимальной цели горячего посада. Получение точного химического состава стали непрерывнолитого сляба – очень сложный процесс, как и процесс объединения заказов в последовательности разливки. Каждый заказ конкретного клиента включает несколько иные химические требования к химсоставу стали, и задача планировщика заключается в повышении эффективности производства за счет объединения заказов в одной последовательности разливки с увеличенной продолжительностью. Крайне важно, чтобы все было правильно спланировано, так как продукция, которая не будет соответствовать требуемой спецификации, должна быть утилизирована, использована для вторичной переработки или продана по цене продукта с более низким качеством. Некоторые непрерывнолитые слябы требуют зачистки/шлифования для улучшения качества поверхности перед горячей прокаткой, и это необходимо учитывать в оптимальном графике. В некоторых случаях о необходимости проведения ремонта сляба становится известно только тогда, когда сляб уже был разлит и прошел инспекцию. Кроме того, сложность проведения планирования повышает ограниченная емкость теплозащитных укрытий или теплоаккумулирующих колодцев, которые замедляют процесс охлаждения. Некото-

Steel Times International на русском языке – Май 2018

16 ПЛАНИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ

рые марки стали должны быть подогреты в методических печах по техническим требованиям. Сбои, большие или малые, могут превратить любой запланированный график в беспорядок. Например, внеплановые работы по техническому обслуживанию на стане горячей прокатки могут остановить работу этого стана в течение шести часов, а это, в свою очередь, приведет к задержке последующих процессов на шесть часов в результате детонационного эффекта. Помимо незапланированных сбоев в работе агрегатов также существуют запланированные перерывы и остановки, которые необходимо учитывать при составлении графика. Когда происходит сбой, система должна иметь возможность быстро провести пересмотр графиков, гарантируя выполнение заданных ключевых показателей эффективности (KPI). Создание графиков горячего посада и транзитной прокатки слябов является постоянной проблемой, поскольку типичные стандартные методы или системы не могут идти в ногу с изменениями или достаточно быстро реагировать на сбои. Поэтому головоломка/пазл планирования загрузки мощностей заключается в том, как можно обновить графики при сохранении высокой доли горячего посада. Производителям стали требуется решение для оптимального оперативного планирования, которое может обеспечить повышение эффективности и, прежде всего, точное планирование. Точное планирование – ключ к решению головоломки с горячим посадом слябов. Догадкам нет места в производстве стали. Каждый материал, процесс и решение должны быть точными. Цена неправильного плана последовательностей слишком высока. Точное планирование графиков прокатки слябов на стане горячей прокатки с учетом имеющихся ресурсов и отложенных заказов – непростая задача даже для самой опытной команды планирования. Каждый график должен учесть, какие слябы могут быть распущены/разделены для расширения графика и минимизации времени ожидания между непрерывной разливкой и горячей прокаткой. Если здесь произойдет сбой – например, когда нагрев стали не обеспечит достижение заданного состава и возникнет необходимость повторной разливки – графики процессов должны быть быстро перепланированы, чтобы гарантировать, что при выполнении заказов не будет задержек. Интегрированное и расширенное решение оперативного планирования позволяет планировщикам получать необходимую им поддержку для создания графиков, которые станут столь же гибкими, насколько и точными. Обеспечение прозрачности всех операций, гибкости в случае появления сбоев и надежности даже в самых сложных условиях, гарантирует высокие эффективность и производительность производства стали.

Решение планирования должно иметь перечисленные ниже возможности, чтобы полностью использовать потенциал горячего посада. Единая система планирования для всех Единая система, которая предоставляет планировщикам сквозную прозрачность всех ресурсов горячей прокатки и нескольких этапов производства: резервирование слябов, планирование последовательности непрерывной разливки, составление графиков непрерывной разливки, шлифования/зачистки слябов и горячей прокатки. В условиях такой прозрачности планировщики могут вмешиваться в процесс оперативного планирования при сбоях и появлении узких мест, быстро принимать необходимые меры для смягчения проблемы еще до того, как будет слишком поздно. Планировщики могут корректировать графики по мере необходимости в случае появления сбоя оборудования, дефицита ресурсов или поступления срочного заказа. Прозрачность также позволяет осуществлять совместное планирование между планировщиками различных процессов, таких как график непрерывной разливки жидкой стали и график загрузки стана горячей прокатки. Оптимизированные графики Мощный оптимизатор может быстро определить оптимальный баланс между процессами непрерывной разливки и горячей прокатки с учетом всех ограничений плана последовательностей. Это дает планировщикам немедленное представление о том, как последовательности разливки стали и горячей прокатки повлияют на параметры KPI с горячим посадом. В нем подчеркиваются нарушения ограничений, предлагаются наилучшие последовательности нагрева слябов в методических печах и оптимизируются комбинированные графики горячей прокатки и непрерывной разливки. Когда происходят сбои, оптимизатор перестраивает последовательность выполнения задач для создания наилучшего графика. Планирование на основе KPI Возможность измерить показатель KPI и обеспечить повышение производительности – критична. Это измерение должно предоставить планировщикам возможность получения немедленной обратной связи на основе KPI по качеству плана еще до его реализации. Мониторинг как можно большего количества ключевых показателей эффективности, а также прогнозирование влияния решений с помощью самой последней информации и вариантов планирования, будут у вас под рукой. При этом планировщики могут увидеть последствия каждого действия с точки зрения значения KPI, включая время доставки, пропускную способность, уровни

Steel Times International на русском языке – Май 2018

запасов и коэффициент использования мощностей. Возможности динамических планов последовательностей Разнообразный сортамент продуктов повышает сложность планирования для горячего посада и может повлиять на показатели и производительность. Возможности динамического составления последовательностей в сочетании с данными от опытных планировщиков необходимы для минимизации технологических сбоев и обеспечения точности соблюдения сроков и полной обработки заказов для клиентов. Мощные возможности составления точного плана последовательностей позволяют планировщикам визуализировать различные сценарии производства для создания оптимизированного графика, ориентированного на спрос. Такое решение должно учитывать любой набор входов и правил, таких как конкретные периоды настройки, правила перехода и соображения по качеству. Оно не может быть остановлено. Правильное решение должно иметь возможность планировать поток материалов, комбинировать заказы и формировать партии для создания оптимального плана последовательности производства для повышения эффективности доставки заказа клиенту. Управление сбоями в режиме реального времени Когда происходят сбои, такие как неисправность или поломка агрегата, решение должно быстро рассчитать последствия текущих условий и предложить альтернативный оптимизированный график производства, основанный на новых ограничениях. Эта возможность позволит быстро принять необходимые меры для поддержания эффективного производства. Управление Прежде всего, при правильном планировании и оптимизации решения для горячего посада, планировщики всегда находятся в состоянии управления – неконтролируемого. Благодаря такой поддержке системы разработчики освобождаются от чрезмерного беспокойства по поводу незначительных деталей процесса, что позволяет им использовать свои обширные знания и опыт для принятия решений, которые действительно способствуют развитию вашего бизнеса. Горячий посад может повысить рентабельность, пропускную способность и качество, одновременно снизить потребление энергии и влияние выбросов углерода на окружающую среду. Для тех производителей стали, которые успешно охватывают всю сложность организации горячего посада с помощью передового решения планирования, это действительно позволяет изменить игру. n www.steeltimesint.com

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 17

Рис. 1. Чистовая группа клетей широкополосного стана горячей прокатки в Дуйсбурге [4]

Управление прокатываемой полосой в линии стана горячей прокатки на основе визуального контроля Спрос на высококачественную стальную полосу увеличивается, особенно на прокат с более жесткими допусками на профиль поперечного сечения и плоскостность. Операторам прокатных станов необходимы технологические решения, исключающие клиновидность профиля, вызываемую многими факторами, включая температурный профиль валков и несбалансированный поперечный профиль полосы. Эти фактора влияют не только на качество прокатанной полосы, но и могут приводить к нарушению процесса прокатки и повреждению прокатного оборудования. Компания Primetals Technologies имеет решение этой проблемы. М. Танк, В. Шлеч, Х. Хлобил, М. Курц*

КОМПАНИЯ PRIMETALS Technologies разработала решение для управления устойчивым прохождением полосы в линии стана и провела его промышленные испытания при сотрудничестве с компанией thyssenkrupp Steel Europe в Дуйсбурге, Германия. Различные стратегии автоматического управления процессом заправки полосы в прокатные валки, панели управления входом прокатываемой полосы в валки и выходом ее из валков были протестированы на прокатном стане при производстве полос из стандартных и специальных видов стали. Первые заводские испытания показали возможность улучшения показателей ка-

чества полосы в отношении клиновидности профиля поперечного сечения. Спрос на высококачественную стальную полосу в рулонах побуждает производителей опираться на успешные решения в теории управления, измерительной технике и машинном оборудовании для повышения производительности, эффективности производства и качества выпускаемой продукции. Основными характеристиками качества прокатанной полосы являются механические свойства материала, минимальные допуски по толщине и ширине, форма поперечного сечения и плоскостность. Обычно профиль поперечного сечения прокатываемой полосы формируют на ши-

рокополосном стане горячей прокатки (ШСГП) с помощью автоматизированных систем регулирования геометрии раската по ширине и настройки стана. На последующих этапах обработки полос сохраняют поперечный профиль и контролируют плоскостность полосы. Колебания формы поперечного сечения по длине полосы могут снижать устойчивость полосы в линии стана и приводить к потере плоскостности. Поэтому важно, чтобы горячекатаная рулонная полоса имела постоянную форму поперечного сечения по всей длине. Операторы прокатного стана приветствуют технологические решения, позволяющие снижать выпуклость профиля по-

*M. Tunk – Primetals Technologies Germany GmbH (Германия), Email: mirko.tunk@primetals.com; V. Schlecht – thyssenkrupp Steel Europe (Дуйсбург, Германия), Email: viktor.schlecht@thyssenkrupp.com; H. Hlobil – Primetals Technologies Austria GmbH (Линц, Австрия), Email: helmut.hlobil@primetals.com; Dr. M. Kurz – Primetals Technologies Germany GmbH (Германия), E-Mail: matthias.kurz@primetals.com www.steeltimesint.com

Steel Times International на русском языке – Май 2018

18 ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Рис. 3. Расположение датчиков в чистовой группе клетей стана

Рис. 2. Датчик ShapeMon

перечного сечения которая возникает изза многочисленных неуправляемых факторов, таких как температурный профиль валков и профиль раската с несбалансированной толщиной. Неконтролируемое нарастание на стане клиновидности профиля может нарушать стабильность и стать основной проблемой при заправке прокатываемой полосы в валки, которая может вызвать «забуривание» полосы в клети и повреждение прокатного оборудования. Основными исполнительными механизмами для управления профилем поперечного сечения полосы на широкополосном стане горячей прокатки являются выравнивание (смещение положения прокатываемой полосы относительно бочки рабочего валка) и изгиб рабочих валков. Выравнивание путем смещения прокатываемой полосы вдоль бочки рабочих валков используют для воздействия на клиновидность поперечного профиля и серповидность, тогда как противоизгиб и осевое смещение рабочих валков – для управления профилем поперечного сечения и плоскостностью полосы. Однако для полосы без натяжения такое выравнивание рабочих валков связано с ростом клиновидности. Клиновидность профиля поперечного сечения прокатываемой полосы – это разность между измерениями толщины по ширине полосы на боковых кромках. Например, клиновидность профиля C40 определяется как h_C40 = h_ (OS, 40) – h_ (DS, 40). Здесь, h_ (OS, 40) – толщина полосы на расстоянии 40 мм от боковой кромки, измеренная на стороне обслуживания (перевалки валков) прокатного стана; h_ (DS, 40) – толщина полосы на расстоянии 40 мм от боковой кромки по-

Рис. 4. Сравнение классического применения краевого фильтра (красный цвет) и статистического метода упреждающего управления (синий цвет)

лосы, измеренная на более горячей приводной стороне прокатного стана. Известно, что толщина боковых кромок полосы на приводной стороне и стороне оператора стана отличаются из-за разной степени обжатия, что приводит к клиновидности профиля поперечного сечения полосы. Разработанное решение для повышения стабильности захвата полосы валками и снижения клиновидности профиля полосы в линии стана использует новейшее измерительное оборудование Primetals Technologies на базе визуального контроля. Такой контроль совмещен с передовой технологией автоматического управления процессами заправки полосы в прокатные валки, захвата полосы и выхода полосы из валков. Основными целями нового решения управления являются повышение готовности прокатного стана и его производительности за счет снижения неравномерности распределения толщины по ширине полосы. Дополнительной задачей является повышение качества прокатанного материала в терминах клиновидности профиля поперечного сечения. Решение по управлению входом и прохождением прокатываемой полосы в линии стана было разработано компанией Primetals и протестировано на прокатном стане компании thyssenkrupp Steel Europe (TKSE) в Дуйсбурге, Германия.

Steel Times International на русском языке – Май 2018

ШСГП компании TKSE в Дуйсбурге Широкополосный стан горячей прокатки Bruckhause № 1компании TKSE (HSM 1) был построен в 1955 году, к настоящему времени он произвел около 140 млн тонн высококачественной горячекатаной полосы. Стан предлагает плоский стальной прокат с широким спектром свойств материалов – в его сортаменте имеется более 250 марок стали, ширина и толщина прокатанных полос находятся в диапазоне 600–1320 мм и 1,5–12,7 мм, соответственно. Основные потребители полосы – из сектора упаковки, автомобильной промышленности и электротехнической промышленности (высокотемпературная печь с шагающими балками позволяет производить на стане полосы из электротехнической трансформаторной анизотропной стали и динамной (изотропной) стали. За прошедшие 62 года стан постоянно модернизировали для удовлетворения растущих потребностей клиентов и соответствия законодательным требованиям. Последняя крупная реконструкция была проведена в два этапа в 2012 и 2013 годах. Во время этой реконструкции значительная часть прокатного оборудования была модернизирована или перестроена специалистами компании Primetals Technologies (ранее Siemens Metals Technologies). В частности, в черновой клети и чистовой группе www.steeltimesint.com

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 19

Рис. 5. Вариация результатов измерения (сверху: классический краевой фильтр, снизу: метод статистического упреждающего управления)

клетей стана была установлена новая система автоматизации уровня L1 и L2. Возможности черновой клети расширили за счет установки новых вертикальных валков в реверсивной прокатной клети. Теперь черновая клеть может обжимать сляб по ширине на 120 мм с усилием обжатия 7 тыс. кН и номинальным крутящим моментом 84 кНм нового главного привода мощностью 1500 кВт. Также были модифицированы основные приводы горизонтальной прокатной клети (мощность привода постоянного тока 8500 кВт и номинальный крутящий момент 1650 кНм) для обжатия слябов с повышенным давлением. Чистовая группа клетей прокатного стана также была полностью реконструирована за счет установки компонентов с самыми современными технологиями. Большое влияние на повышение качества выпускаемого проката после реконструкции оказали новые гидроцилиндры HAGC с длинным ходом, новые гидравлические боковые направляющие, новые гидравлические петледержатели и межклетевое оборудование. Еще одним важным усовершенствованием стало строительство совершенно новой линии водяного охлаждения прокатанных полос. Линия ламинарного охлаждения с длиной 105 м

и номинальным потоком воды более 15 тыс. м3/ч позволяет точно контролировать и регулировать температуру смотки по всей длине готовой полосы. Сегодня этот стан является одним из наиболее технически совершенных и конкурентных. Внедрение новых технологий, включая управление устойчивым прохождением полосы в линии стана на основе визуального контроля, позволяет дополнительно улучшить качество продукции и повысить готовность оборудования. Измерения с помощью видеосистемы Надежный датчик – основа надежной стратегии управления процессом. В зоне чистовой группы клетей широкополосного стана горячей прокатки окружающая среда загрязнена пылью и охлаждающей водой. Кроме этого, непредсказуемые области окалины и колебания температуры (которые в основном влияют на поведение головной и хвостовой частей полосы при захвате валками и выходе из валков), а также состояние боковых кромок на всей длине полосы, могут негативно влиять на поверхность полосы. Применение измерительных датчиков вблизи горячей полосы в такой среде практически невозможно.

Общий обзор управления клиновидностью профиля поперечного сечения полосы y

STC

y y

y y

STC

Δs

y

STC

Δs

STC

Δs

y Δs

Δh y

ΔF

Δs

STG

Δs

STG

y

Δs

STG

ΔF

y

Δs

STG

ΔF

y

ΔF

Δs

Δs

STG

STG

y

ΔF

y

ΔF

Рис. 6. Схематическое представление регуляторов положения прокатываемой полосы в линии чистовой группы клетей

www.steeltimesint.com

Для решения описанных выше задач управления процессом требуется устройство для измерения формы поперечного профиля (клиновидности) и расположения полосы относительно осевой линии бочки рабочих валков прокатного стана. Примененное измерительное устройство основано на оптической технике измерения [5]. Это комбинированное устройство позволяет точно оценивать форму поперечного сечения полосы (клиновидность/серповидность) и положение полосы относительно осевой линии стана, а также может измерять ширину полосы. Преимуществами такого метода измерения являются низкое количество вовлеченных компонентов, простота расположения датчика, значительное расстояние между датчиком и прокатываемой полосой [6]. Это обеспечивает его надежную работу практически без необходимости технического обслуживания. На рис. 2 показан датчик ShapeMon, а на рис. 3 – расположение датчиков на прокатном стане. Каждая чистовая клеть стана оснащена одним таким устройством. Основная задача заключалась в том, чтобы обеспечить получение результатов измерений с максимальной доступностью даже в самых неблагоприятных условиях. Основным принципом стало использование избыточной информации изображений для восстановления недостающих разделов без потери точности. На рис. 4 представлены два примера, показывающих результаты измерений с помощью метода статистического прогнозирования (синий цвет) в сравнении с современным алгоритмом обнаружения боковой кромки полосы (красный цвет). Применение этого метода обеспечило достижение цели по получению необходимой надежности. Одним из подтверждений этого является значительное снижение дисперсии не только на основной части полосы, но и на головной и хвостовой областях (рис. 5). Разработка новых подходов к обработке изображений была сложным, но обязательным условием для успешной реализации принятой стратегии управления. Как уже обсуждалось выше, выравнивание рабочих валков для устранения клиновидности влияет на процесс полосовой прокатки по-разному, в зависимости от того находится прокатываемая полоса под натяжением или нет. Поэтому были разработаны два контроллера с разными целями. На рис. 6 приведена схема автоматизированной системы STC (Strip Threading Control) – системы управления процессом заправки раската в прокатные клети чистовой группы НШСГП, показаны ее основные компоненты и регуляторы [9]. Автоматическое управление процессом входа раската в межвалковый зазор активируется только во время прохода прокатываемой полосы через первые че-

Steel Times International на русском языке – Май 2018

20 ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Рис. 7. Объединенное симуляционное моделирование процесса горячей прокатки полосы, показывающее первые последовательные проходы в трех прокатных клетях. Цветовая гамма отражает эквивалентные напряжения (напряжения по фон Мизесу) в полосе, достигающие своего максимума (красный цвет) в зонах пластической деформации

Рис. 8а. Боковое смещение полосы в последовательных прокатных клетях и клиновидность профиля поперечного сечения прокатываемой полосы без управления положением полосы

Рис. 8б. Боковое смещение полосы в последовательных прокатных клетях и клиновидность профиля поперечного сечения прокатываемой полосы при управлении положением полосы Рис. 8. Сравнение данных полос, прокатанных без (слева) системы и с системой (справа) управления положением полосы. В верхних областях графиков показано поперечное смещение полосы в каждой прокатной клети. Без управления существует сильная корреляция с изменением клиновидности профиля полосы после чистовой секции прокатного стана(показанной в нижней части графиков). При использовании системы управления (правый график), даже если поперечное смещение полосы изменяется по длине, влияние на клиновидность поперечного сечения профиля прокатанного продукта не наблюдается.

тыре клети чистовой группы. Контроллер использует результаты оценки положения головной части полосы относительно осевой линии стана перед входом в клеть с помощью измерительного оборудования на основе видеосистемы. Эти системы визуального контроля размещены после клети для обеспечения автоматического направления полосы в валки следующей клети. Система смещения прокатываемой полосы вдоль бочки рабочих валков STG (Strip Guidance Control) активируется когда полоса уже находится под натяжением. Она работает до тех пор, пока полоса не покинет межвалковый раствор предыдущей клети. Основная задача системы STG – поддерживать клиновидность профиля поперечного сечения полосы (Δh) на постоянном уровне по всей длине прокатываемой полосы. Контроллер также использует результаты измерения положения полосы относительно оси прокатки, получаемые от измерительной системы визуаль-

ного контроля, размещенной после клети. Кроме этого, для формирования управляющего воздействия для выравнивания используют дифференциал (разность) усилий прокатки на валках, измеряемых с помощью месдоз. Оба контроллера – STC и STG, используют в качестве исполнительного механизма механизм выравнивания – изменения положения рабочих валков (Δh) для устранения клиновидности, они работают независимо друг от друга и активны в разные периоды времени. Управление входом полосы в валки (STC) Модель и контроллер этой системы были разработаны в сотрудничестве с учеными университета Йоханнеса-Кеплера (Johannes-Kepler-University) в Линце, Австрия. Нелинейная модель описывает движение заданной точки на прокатываемой полосе во время процесса входа полосы в валки [3].

Steel Times International на русском языке – Май 2018

Цель автоматического регулирования процесса входа раската в межвалковый зазор – предотвратить образование клиновидности профиля поперечного сечения путем поддержки [2] следующих ограничений: – предотвращение изменения клиновидности профиля и реверсии по всей длине прокатываемой полосы; – поддержание максимального значения выравнивания; – удержание положения головной части полосы по ширине открытых боковых направляющих проводок; – инвариантность показателей для всех типов прокатываемых материалов, значений температуры и диапазонов толщины полосы. Модель упреждающего регулирования (Predictive Control) является подходящей стратегией контроллера для удовлетворения вышеуказанных требований. С одной стороны, это оптимальный контроллер, а с другой стороны – он имеет явную связь с граничными условиями из-за ограничений исполнительного механизма. Моделирование Перед внедрением системы в реальных условиях прокатного производства новая стратегия управления была тщательно протестирована с проведением многочисленных имитационных исследований на разработанной компьютерной имитационной модели полного процесса прохождения полосой линии прокатного стана. Модель включает два связанных подмодуля: так называемую модель Free Strip, реализованную в структуре программного обеспечения HOTINT [8], и модель Roll Gap, реализованную в отдельной динамически связанной библиотеке. Программное обеспечение позволяет разработчикам не только проводить автономные исследования (рис. 7) полного продвижения прокатываемой полосы в линии стана, но также предоставляет интерфейс для MATLAB/Simulink, в котором реализован контроллер. Система направления полосы в валки (STG) Целью этого контроллера является поддержание параллельного зазора между нагруженными валками и исключение появления клиновидности поперечного профиля даже в условиях процесса асимметричной прокатки. «Классическим» решением является установка положения рабочих валков в прокатной клети в соответствии с измеренным месдозами дифференциалом усилия прокатки на валки, умноженным на постоянный дифференциальный модуль жесткости станины прокатной клети [7]. Если в черновой клети широкополосного стана горячей прокатки нет контроля клиновидности поперечного профиля полосы, то форма поперечного сечения прокатываемого раската становится нереwww.steeltimesint.com

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 21

0.5 Gap Pos.-Ref DS

Gap Pos.-Ref DS

HGC Cyl. DS

HGC Cyl. OS

Δsmax Δs/ΔtSTG LC: месдоза HGC: гидроизгиб валков DSL: сторона привода ОС: сторона оператора FR: усилие прокатки cg: модуль жесткости станины клети y: поперечное смещение полосы k: коэффициент усиления Δs: значение выравнивания

y y k

FROS,LC FRDS,LC

ΔFRLC

cg Рис. 9. Структура системы управления для регулирования положения прокатываемой полосы на бочке рабочих валках Количество рулонов с управлением

25μm

Количество рулонов без управления

Клиновидность с управлением

Клиновидность без управления

47.93% 20μm

31.17% 37.69%

15μm 31.96%

10μm 7.96

15.19 14.06 10.89

12.24

12.87

12.68 11.10

11.96

8.72

-5μm

16.31% 6296 4161

0μm 1993

2194 319

615

292

718

871

1378

-5μm Жесть

Жесть

Углеродистая сталь

Кремнистая сталь Высокопрочная сталь

веден статистический анализ эффективности работы новой системы. Для анализа использовали базу данных около 18 тыс. горячекатаных полос в рулонах. Для каждой прокатанной полосы методами статистического анализа были определены абсолютные средние значения μ и стандартные отклонения измеренных величин клиновидности профиля по всей длине полосы. Усредненные значения и усредненные по длине полосы стандартные отклонение были рассчитаны для всех 18 тысяч образцов с выделением различных видов прокатываемых материалов (рис. 10). Обратите внимание, что абсолютные значения (точки) клиновидности не изменяются, а стандартные отклонения (хвосты) клиновидности по длине полосы могут быть значительно улучшены (стрелки). Такое улучшение может быть достигнуто для всех прокатываемых на стане полос, независимо от типа конкретного материала. В нижней части этого графика приведено распределение числа прокатанных рулонов по видам материала. Во время проведения этих тестов на стане не было зафиксировано ни одного случая нарушения процесса из-за ошибок прохождения полосы в линии стана. В сравнении с этим, доля некондиционной продукции из-за таких ошибок, которая обычно ранее наблюдалась на прокатном стане за аналогичный период, составляла 0,1 %. Разработанный контроллер и измерительное оборудование теперь регулярно эксплуатируются на металлургическом заводе компании thyssenkrupp Steel Europe в Дуйсбурге, Германия. n Список литературы 1. D. Simon. Optimal State Estimation: Kalman, H Infinity, and Nonlinear

Рис. 10. Ожидаемые значения клиновидности [мкм] с работающей системой и без системы управления для полос из разных видов материалов

Approaches, Wiley; July 2006.

2. A. Galkina, I. Gafur, K. Schlacher. Model Predictive Control with Linear Programming for the Strip Infeed in Hot Rolling Mills, IFAC 2017 World

гулярной, что может привести к боковому смещению полосы относительно оси бочки валков чистовой группы прокатного стана. Далее мы хотим показать сильную корреляцию между боковым смещением прокатываемой полосы и клиновидностью ее поперечного профиля (рис. 8). Боковое смещение прокатываемой полосы является доминирующим фактором влияния на клиновидность поперечного профиля. Если полоса прокатывается не по осевой линии бочки рабочих валков, то она испытывает асимметричные условия обжатия по ширине в межвалковом зазоре. Это является следствием температурного расширения и износа рабочих валков, а также действия исполнительных механизмов регулирования межвалкового зазора (осевое смещение, гидроизгиб, перекрещивание валков), включая шлифование рабочих валков. Поэтому к существующему замкнутому контуру управления между дифференциалом усилия проwww.steeltimesint.com

катки и величиной выравнивания положения валков было добавлено упреждающее управление, включающее поперечное смещение полосы для устранения клиновидности. При прямом упреждающем регулировании измеряется величина поперечного смещения полосы и проводится расчет величины регулирующего воздействия с учетом времени запаздывания, чтобы исключить воздействие на систему как возмущение (рис. 9).

Congress, Toulouse/France; July 2017.

3. A. Galkina, K. Schlacher, I. Gafur. Modellprädiktive Regelung für das Bandeinfädeln in der Warmwalzstraße, BHM Berg- und Hüttenmännische Monatshefte, November 2016, Volume 161, Issue 11, pp. 520–525 4. https://www.thyssenkrupp-steel.com/de/newsroom/pressemitteilungen/pressemitteilung-2505.html 5. H. Hlobil, I. Gafur, D. Ott, M. Hackl. Promising Approach for Extension of Camber Sensor regarding Lengthwise and Crosswise Speed Measurement of Strip between the Hot Strip Finishing Mill Stand and its Benefits for Control Strategy; 10th international rolling conference; Graz/Austria; July 2016.

6. A. Lorenz, A. Maierhofer, H. Hlobil. Strip Steering and difference ten-

Результаты В течение 2016 года предложенные контроллеры были внедрены и протестированы на широкополосном прокатном стане компании thyssenkrupp Steel Europe в Дуйсбурге, Германия. Первые испытания были проведены при прокатке полос из обычных марок сталей, после чего проводили испытания и со специальными марками стали. Сразу после успешного завершения пилотной фаза проекта на стане был про-

sion control for hot rolling finishing mills; ESTAD; Düsseldorf/Germany; June 2015.

7. M. Kurz, B. Schmidt, D. Krautwurst, M. Clark. Functional Enhancements to Improve the Rolling Process within Plate and Steckel Mills; ESTAD; Düsseldorf/Germany; June 2015.

8. J. Gerstmayr, A. Dorninger, R. Eder, P. Gruber, D. Reischl, M. Saxinger, M. Schörgenhumer, A. Humer, K. Nachbagauer, A. Pechstein, et al.

HOTINT - a script language based framework for the simulation of multibody dynamics systems; Proceedings of the ASME 2013 IDETC&CIE Conference; Portland, Oregon, USA; August 2013.

9. I. Gafur, V. Schlecht , M. Tunk, H. Hlobil. New vision based strip steering control for HSM; AISTech 2017, Nashville, Tenn. / USA; Mai 2017.

Steel Times International на русском языке – Май 2018

22 ИСПЫТАНИЯ И КОНТРОЛЬ

Улучшенная система инспекции валков прокатных станов Осенью 2002 года в прокатном производстве был внедрен революционный метод комплексной инспекции поверхности рабочих валков прокатных станов. Этот современный ультразвуковой подход компании Innerspec Technologies (США) к проверке валков прокатных станов позволил преодолеть недостатки существующих методов дефектоскопии прокатных валков и максимально повысить окупаемость инвестиций. С тех пор был достигнут ряд улучшений в реальных условиях применения этого метода на многих вальцешлифовальных мастерских. Сегодня эта технология предоставляют наиболее полный инструмент для проверки всех видов прокатных валков, который обеспечивает эффективный неразрушающий контроль прокатных валков в процессе их обработки на вальцешлифовальных станках. В этой статье представлен обзор существующих технологий инспекции валков прокатных станов и показано их влияние на эффективность и затраты, которое они могут оказывать на работу прокатных станов и вальцетокарных мастерских. Также показано, как новые методы обеспечивают эффективную альтернативу традиционным техникам инспекции прокатных валков. Франк Л. Вейнмейстер, Боря Г. Лопес*

ИНСПЕКЦИЯ прокатных валков является обязательным условием безопасной и эффективной работы прокатного стана. Рабочие валки, используемые в производстве стального проката, испытывают циклические нагрузки, приводящие к упрочнению и накоплению внутренних остаточных напряжений, что может сопровождаться образованием трещин усталости. Если такие дефекты, часто невидимые визуально, не будут полностью удалены в процессе шлифования перед повторным введением валка в эксплуатацию, то существующие концентраторы напряжений и трещины в процессе прокатки могут расти вглубь валка и приводить к появлению сколов или отслоений, внезапным катастрофическим последствиям на прокатном стане. Применяемые при полосовой прокатке алюминия литые валки также предрасположены к растрескиванию, однако здесь механизм трещинообразования больше связан с усталостным растрескиванием в результате термических циклов. В обоих случаях на стане необходимо периодически проводить перевалку прокатных валков и отправлять валки на шлифовальную обработку, при которой механически удаляется внешний слой материала валка, где образуются и распространяются трещины.

они могут быстро вырасти до крупного размера и привести к возникновению дефектов поверхности в виде сколов и отслоений. Рабочий валок с такими дефектами в процессе эксплуатации на прокатном стане может приводить к ухудшению качества прокатываемого продукта, он также может повредить парный валок и даже привести

в остановке прокатной линии на несколько часов, пока прокатываемый материал не будет удален из линии, и не будет проведена перевалка новых валков. Точно так же литой прокатный валок с трещинами может стать причиной прокатки готового продукта с небольшими дефектами, которые трудно обнаружить до тех пор, пока не бу-

Методы обнаружения трещин Рентабельность работы прокатного стана сильно зависит от стойкости рабочего инструмента – валков, работы вальцешлифовальной мастерской, а также метода инспекции для выявления дефектов прокатных валков. При этом развернутая в прокатном цехе система инспекции валков должна надежно обнаруживать «микротрещины». Микротрещины – это небольшие растрескивания на поверхности прокатного валка, которые действуют как локальные зоны внутреннего напряжения. Если такие дефекты не будут полностью удалены в процессе шлифования перед последующей установкой валков обратно в прокатный стан, то в процессе прокатки *Frank L. Weinmeister, Borja G. Lopez – компания Innerspec Technologies (США) Steel Times International на русском языке – Май 2018

www.innerspec.com www.steeltimesint.com

ИСПЫТАНИЯ И КОНТРОЛЬ 23

вания одного многоэлементного датчика для выявления поверхностных и подповерхностных трещин в любом направлении по поверхности прокатного валка. Если огибающая УЗ волна может проникать на глубину до 2 мм поверхности валка, то поперечная УЗ волна проникает на глубину 2–50 мм или более. Датчик позволяет также обнаруживать мягкие пятна с измененной твердостью на поверхности прокатного валка («синяки»), а дополнительная опция позволяет идентифицировать наличие расслоений и концентраторов напряжений.

дет получено значительное количество некондиционной или бракованной продукции. Поэтому для прокатного производства весьма важно использовать наиболее эффективную и надежную технологию дефектоскопии и обнаружения трещин на прокатных валках. До начала 2000-х годов для инспекции прокатных валков использовали технологии, которые работали на основе методов вихревых токов, ультразвукового контроля поверхности (с помощью волн Релея) или проведения капиллярных тестов. В последнем случае когда поверхность прокатного валка вручную покрывают пенетрантом, краситель которого проникает в трещину и затем через 2-3 часа проявляется при нанесении специальной жидкостипроявителя. У каждой из таких технологий неразрушающего контроля есть свои недостатки и ограничения, которые не обязательно связаны с конкретной моделью промышленной системы, но были характерны для самого метода. Например, вихретоковые методы могут обеспечить относительно хорошую чувствительность к поверхностным трещинам, но они часто сопровождаются ложными показаниями и ошибками из-за чувствительности к локализованной остаточной намагниченности и другим условиям валка. Прокатный валок может намагничиваться при его нагреве во время работы на стане, где распространены магнитные поля, создаваемые устройствами с высокой силой тока (двигатели прокатного стана). Такие локализованные магнитные поля могут создавать условия для появления ложного сигнала, что делает получаемые результаты ненадежными. Другим критическим ограничением таких систем является то, что вихревые токи не могут генерироваться в материалах с низкой проводимостью (таких как прокатные стальные валки с высоким содержанием хрома), поэтому они неэффективны для инспекции литых прокатных валков и некоторых типов рабочих валков. Наконец, вихретоковые методы, ультразвуковой поверхностный контроль и капиллярwww.steeltimesint.com

ные тесты позволяют контролировать только поверхностные или очень близкие к поверхности подповерхностые дефекты. После многочисленных запросов от промышленных клиентов компания Innerspec Technologies (США) в 2002 году разработала и запатентовала новую технику инспекции прокатных валков – систему Rollmate®, которая была выполнена на базе уникальных пьезоэлектрических ультразвуковых преобразователей, генерирующих в эхо импульсном режиме высокочастотный звук. Такой многоэлементный датчик чувствителен к поверхностным и подповерхностным дефектам, на его работу не влияют загрязнения поверхности, шлифовальная жидкость, вода и т.п. С тех пор многие системы инспекции прокатных валков применяют эту гибридную технологию – ультразвук в комбинации с вихревыми токами, при этом ультразвуковой контроль позволяет обнаруживать дефекты с помощью уникальных продольных волн, параллельных поверхности валка. Запатентованная конструкция датчика неразрушающего контроля компании Innerspec создает огибающую УЗ волну поверхностного скольжения, которая обычно используется в атомной энергетике для обнаружения трещин в сварных швах труб. Конструкция датчика позволяет обнаруживать волосовые микротрещины с размерами меньше, чем это возможно с использованием любого коммерчески доступного инспекционного оборудования. Все другие методы, включая метод капиллярного тестирования, способны обнаруживать поверхностные трещины длиной 2-3 мм. Новая техника позволяет обнаруживать трещины длиной менее 1 мм. Вероятность дальнейшего развития небольшой микротрещины вглубь валка достаточно велика, что может привести к катастрофическому отказу валка или остановке прокатного стане, сопровождаемых значительными непроизводственными затратами. Новая технология инспекции валков сводит к нулю вероятность развития такого негативного сценария. Другим важным преимуществом новой техники является возможность использо-

Восстановление прокатных валков Расходы на прокатные валки являются прямыми затратами на прокатном стане. Процесс шлифования прокатных валков является дорогостоящей процедурой, учитывая, что каждый проход уменьшает срок службы валка. Стоимость нового или восстановленного прокатного валка может достигать от $100 тыс. до $500 тыс. за валок. Литые валки с глубиной активного закаленного слоя рабочей поверхности, определяющей полезный срок эксплуатации прокатного валка, толщина которого составляет менее 4 дюймов, также дороги. Хотя встроенная в процесс шлифования система инспекции прокатного валка и не может уменьшить общее количество шлифовальных проходов в течение всего срока службы валка, она может контролировать величину снимаемого припуска и количество шлифовальных проходов на каждом производственном цикле. Без системы инспекции валка в режиме реального времени оператору приходится проводить процесс шлифования с заранее определенным числом проходов и затем проводить последующий контроль после шлифования. Эта процедура выполняется снова и снова, пока на валке не останется никаких дефектов. Хотя такой метод шлифования валков и эффективен, он обычно сопровождается гораздо большим количеством шлифовальных проходов, чем фактически необходимо для полной зачистки всех дефектов на конкретном валке. Наиболее эффективным методом является автоматизированный контроль состояния валка в режиме реального времени в процессе шлифования на вальцешлифовальном станке. Такая интегрированная функция обеспечивает оператору станка непрерывную оценку реального состояния прокатного валка, позволяет в ходе его обработки снижать глубину каждого снимаемого слоя и сокращать общее время шлифования, поскольку процесс восстановления валка можно прекратить, как только на валке реально не останется дефектов. Для реализации такого подхода доступны только два метода: токовихревая техника и комплексная ультразвуковая техника, рассмотренные выше. При этом токовихревой контроль довольно трудно применим для контроля валка в режиме реального времени из-за его чувствитель-

Steel Times International на русском языке – Май 2018

24 ИСПЫТАНИЯ И КОНТРОЛЬ

ности к колебаниям зазора между токовихревым датчиком и проверяемой поверхностью валка. Небольшие отклонения в расположении датчика по отношению к поверхности прокатного валка могут привести к значительному снижению чувствительности датчика. Попадание твердых частиц и шлифовальной суспензии между датчиком и поверхностью прокатного валка может сопровождаться изменением расположения датчика и локальным снижением чувствительности. Напротив, ультразвуковые преобразователи не чувствительны к колебаниям зазора и небольшим изменениям в расположении датчика. Кроме того, специальные отводящие устройства, которые нагнетают фильтрованную жидкость между УЗ датчиком и поверхностью прокатного валка, исключают проникновение шлама в щель между преобразователем и поверхностью валка. Работа многоэлементного датчика в режиме реального времени на вальцешлифовальном станке позволяет максимально расширить общий срок эксплуатации прокатного валка за счет минимизации количества проводимых шлифовальных проходов, выполненных на каждом производственном цикле восстановления прокатного валка. Внедрение общей базы данных прокатных валков на конкретном прокатном стане позволяет продлить срок эксплуатации каждого валка. Экономия затрат только на материале валков может быть достаточно высокой, чтобы оправдать инвестиции в оборудование встроенной инспекции валков менее чем за год. Применяемое оборудование Эффективность инспекции валков напрямую связана с работой вальцешлифовальных станков. Чем эффективнее процесс инспекции, тем меньше требуется вальцешлифовальных станков для обеспечения бесперебойной работы прокатного стана. Самый неэффективный промышленный метод дефектоскопии прокатных валков – капиллярный, встречается в алюминиевой промышленности. Капиллярный метод выявления трещин требует около двух часов на каждый цикл контроля и очень трудоемок. Многие автоматизированные системы требуют, чтобы сканирование всего прокатного валка было завершено до передачи полных данных оператору. Капиллярный метод неэффективен, поскольку обнаружение одной крупной трещины в начале процесса сканирования может стать достаточным, чтобы применить проход с большой глубиной снимаемого слоя шлифования. Поэтому, чтобы обеспечить максимальную эффективность сканирования, система контроля валка должна быть способна отображать данные оператору сразу же по мере их получения. Такая функция информирует оператора о наличии трещины сразу при ее обнаружении,

что позволяет остановить контроль и сразу начать дальнейшее шлифование. В дополнение к этому, каждый раз, когда на вальцешлифовальный станок поступает валок с конкретным серийным номером, оператору должны быть доступны для обзора данные мониторинга всех предыдущих проверок и процессов обработки валка. Экспертная система мониторинга валков обеспечивает автоматический анализ и определяет прогнозируемый срок службы прокатного валка на основе данных предыдущих сканирований и наличия внутренних дефектов. Простота использования Общепринятой характеристикой каждой встроенной системы промышленного автоматического контроля является простота использования при общей сложности конструкции машины. Инспекционная система должна быть спроектирована так, чтобы операторы вальцешлифовальных станков могли выбирать из сценариев восстановления валка самый оптимальный. Чтобы это стало возможным, система должна быть разработана на базе модульной концепции. Если вальцешлифовальные мастерские будут обязаны заключать контракты с поставщиком установленной системы контроля на проведение на месте диагностики и ремонта системы с посещением производства, то это будет сопровождаться значительными дополнительными издержками. Модульная система, содержащая просто подключаемые и взаимозаменяемые компоненты, может быть продиагностирована и отремонтирована дистанционно. Техническое обслуживание должно быть простым и основанным на принципе «подключи и работай», с быстрым подключением оборудования и автоматическим уведомлением о возникшем сбое компонентов. Любая автоматизированная система инспекции прокатных валков требует калибровки для обеспечения достаточной чувствительности при контроле валков. Этот процесс калибровки может стать весьма дорогостоящим, если речь идет о необходимости периодических посещений производства. Поскольку датчики неразрушающего контроля весьма чувствительны к виду материала валка, износу и расположению датчика по отношению к поверхности валка, то могут понадобиться различные методы калибровки. Процесс калибровки датчика для компенсации изменений в расположении датчика относительно поверхности и износа датчика может включать использование нескольких различных калибровочных блоков, соответствующих возможным металлургическим свойствам различных типов прокатных валков. В контрасте с этим, новейшие УЗ технологии обеспечивают простую автоматическую самокалибровку системы инспекции путем простого позиционирования УЗ пре-

Steel Times International на русском языке – Май 2018

образователя сверху валка. Процесс самокалибровки протекает быстро (около 1 мин), что оказывает минимальное влияние на производительность. Важнейшим аспектом работы инспекционного оборудования является вид представления полученных данных и простота их интерпретации. Автоматизированные системы инспекции прокатных валков сильно отличаются форматом отображения получаемых данных. Вихретоковые системы обеспечивают различные форматы представления данных. Выходы системы варьируются от записей ленточных диаграмм до карт с цветовыми блоками, где каждый блок представляет собой область контролируемого валка. Новейшие технологии позволяют создать изображения, которые можно быстро интерпретировать (цвет является индикатором наличия трещины), а также четко отображать форму, размер и местоположение каждого дефекта. Для более подробного представления результатов сканирования валка для каждого типа дефекта могут быть доступны отдельные дисплеи. Все данные записываются и архивируются для последующего анализа и легко выводятся на дисплее при управлении базой данных прокатных валков. Выводы Система инспекции прокатных валков является не только необходимым средством безопасности на любом современном прокатном стане, но также может оказывать значительное влияние на экономику всего прокатного производства. Встраиваемая в систему вальцешлифовального станка система неразрушающего контроля прокатных валков Rollmate®, разработанная и поставляемая исключительно компанией Innerspec Technologies, является наиболее эффективным с точки зрения производственных затрат инструментом контроля, обеспечивающим превосходную норму срока окупаемости инвестиций. Система Rollmate® обеспечивает: ● повышение рентабельности прокатного производства за счет гарантированной установки на прокатном стане валков без трещин, которые не повредят конечный продукт; ● снижение производственных расходов за счет сокращения времени инспекции и отходов материала прокатных валков при шлифовании; ● оптимизацию использования активов как вальцешлифовальной мастерской, так и прокатного стана. Благодарность Авторы выражают благодарность за помощь в выполнении данного проекта Джо Бачинскому (Joe Baczynsky) из компании WHEMCO Steel Castings, Джеку Вану (Jack Wan) из компании Canyonspring NDT, Марку Уилкоксу (Mark Wilcox) из компании Innerspec Technologies. n www.steeltimesint.com

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