Steel Times International September 2016 Russia

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ИНТЕРВЬЮ НОМЕРА

ДОМЕННЫЕ ПЕЧИ

ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ

Экспертная система CMI повышает качество полос

Медные водоохлаждаемые холодильники доменных печей

Индукционные печи для современных микрозаводов

Fives: инновационные решения для металлургии

www.steeltimesint.com Сентябрь 2016 – Вып. №37 На русском языке

СТИЛ ТАЙМС ИНТЕРНЭШНЛ Гордимся служением черной металлургии 150 лет

Мы преображаем … мир автоматизации оборудования.

Plug and Work – моделирование систем автоматизации.

Plug and Work – хорошо зарекомендовавший себя продукт, созданный нашими специалистами, работающими в сфере автоматизации. Продолжительная фаза испытаний на объекте заказчика больше не нужна. Система автоматизации связывается с имитационной моделью, отражающей весь процесс, что позволяет тщательно протестировать и оптимизировать процессы и технологические функции еще до ввода в эксплуатацию.

Результат: выполняется установка и подключение только испытанных и доказавших свою безотказность компонентов системы автоматизации, которые работают абсолютно надежно. Преимущество для Вас: крутая кривая пусковых характеристик для новых установок и при модернизации оборудования. Оптимизация рентабельности инвестиций благодаря сокращению времени монтажа. Преимущество для Ваших клиентов: надежное производство и гарантированные сроки поставки.

Представительство СМС Зимаг АГ в Москве

129110 Москва, Россия Олимпийский пр., 18/1

Тел.: +7 495 931-9823 Факс: +7 495 931-9824

office@sms-siemag.ru www.sms-siemag.com

СЕНТЯБРЬ 2016

СОДЕРЖАНИЕ

Фото на обложке: компании CMI (Бельгия) Cекции печи и ванны горячего цинкования компании CMI, включающие систему воздушного ножа, запатентованную систему стабилизации и систему охлаждения стальной полосы после горячего цинкования были успешно внедрены в нескольких последних референциях агрегатов непрерывного горячего цинкования (АНГЦ) стальных полос компании CMI.

2 Колонка редактора Черная металлургия ЕС: приходит время перемен!

4 Новости в России Последние проекты развития ведущих российских металлургических компаний 8 Управление процессами Мишель Дюбуа и Хосе Каллегари Экспертная система обеспечивает стабильное качество полос

Главный редактор Matthew Moggridge Teл.: +44 (0) 1737 855 151 matthewmoggridge@quartzltd.com

23 Доменные печи Мартин Смит, Джереми Флетчер, Ричард В. Харви, Роберт Хорвуд Конструкция холодильников для доменных печей

23

Выпускающий редактор Annie Baker Производство рекламы Martin Lawrence ОТДЕЛ РЕКЛАМЫ

27 Индукционные печи Р. Боде, В. Шмитц, Д. Траузеддель Индукционные тигельные печи для оснащения микрозаводов

Международный менеджер Paul Rossage paulrossage@quartzltd.com Teл.: +44 (0) 1737 855 116 Директор по продажам рекламы Ken Clark kenclark@quartzltd.com Teл.: +44 (0) 1737 855 117

31 Непрерывная разливка Алекс-Юнтао Зонг, Ханью Пан, Нильс Якобсен, Мартин Седэн Процесс непрерывной разливки стали на слябовой МНЛЗ под пристальным вниманием

Управляющий директор Steve Diprose stevediprose@quartzltd.com ОТДЕЛ ПОДПИСКИ Elizabeth Barford Teл.: +44 (0) 1737 855 028. Факс: +44 (0) 1737 855 034 Email: subscription@quartzltd.com Стоимость годовой подписки (8 англоязычных номеров) с почтовой доставкой в Россию £247.00.

E-mail: steel@quartzltd.com

27

ИЗДАТЕЛЬ: Quartz Business Media ltd, Quartz House, 20 Clarendon Road, Redhill, Surrey, RH1 1QX, England.

Tel: +44 (0)1737 855000 Fax: +44 (0)1737 855034 www.steeltimesint.com

8

20 Профиль компании: FIVES Разработчик инновационных решений для металлургии

РЕДАКЦИЯ

Русскоязычный редактор-консультант Александр Гуров

Специальный выпуск на русском языке для бесплатного распространения на международной выставке МеталлЭкспо, 8-11 ноября 2016 года, Москва, ВДНХ, павильон 75

14 Концепция «Индустрия 4.0» Гюнтер Винтер Содействие в формировании концепции «Индустрия 4.0»

20

«CMI Industry» (Бельгия) – ведущий мировой поставщик инновационных технологий для черной металлургии, включая комплексы холодной прокатки, непрерывные линии нанесения покрытий и отжига стальных полос и др. www.cmigroupe.com

Редактор-консультант Dr. Tim Smith PhD, CEng, MIM

1

35

35 Перспективы: INTECO Компания Inteco – лидер в области выплавки качественных сталей и технологий специальной металлургии

©Quartz Business Media ltd 2016

ISSN 0143-7798

www.steeltimesint.com

37 Оптимизация процессов Сара Хорнби Оптимизациия состава металлошихты: влияние дешевого металлолома на себестоимость выплавки конвертерной стали Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

2

КОЛОНКА РЕДАКТОРА

Черная металлургия ЕС: приходит время перемен!

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

Я беспокоюсь о нашей, так называемой «политической элите», и ее способности «делать правильные вещи». Как и многие, я был разочарован результатом референдума о членстве Великобритании в ЕС. Конечно это приятно, увидеть «демократию в действии», но есть много людей, живущих в Великобритании, чьи озабоченности были просто проигнорированы теми, кто находится у власти. Выход Великобритании из ЕС – не очень хорошая идея, но это случилось. Кошмар стал реальностью. Что дальше? Когда дело касается мировой металлургии, то многие в ЕС считают, что предоставление Китаю статуса страны с рыночной экономикой – ошибочное решение. Европейский экономический и социальный комитет (EESC) в Брюсселе недавно призвал к необходимости усиления результативности применения инструментов торговой защиты и восстановлению благоприятных условий для развития черной металлургии ЕС.

ЕЭСК считает, что предоставление рыночного статуса Китаю станет для ЕС «серьезным шагом назад в устойчивом развитии и борьбе с изменением климата». Это также окажет влияние на алюминиевую, стекольную, бумажную и другие отрасли промышленности ЕС. Концепция «Индустрия 4.0» – или «Умное производство», подразумевающая четвертую промышленную революцию на базе прямого «общения» механизмов, начала постепенно приобретать свою форму и в черной металлургии (см. статью Primetals Technologies, стр. 14–19). Я упоминаю тут эту концепцию по двум причинам: Steel Times International планирует провести конференцию «Industry 4.0» в следующем году и вы можете принять в ней участие. Также вы можете ознакомиться на нашем сайте с электронной версией журнала, где представлены некоторые цифровые технологии, уже проникшие в металлургию, например Stein Digit@l furnaces компании Fives или Transbotics.

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ЭТИКЕТКИ И БИРКИ СО ШТРИХ-КОДОМ

Westmoreland, NH США / www.polyonics.com / 888.765.9669 / info@polyonics.com

VISION BECOMES REALITY ɒɥɚɤɨɜɨɡɵ ɫ ɩɥɚɬɮɨɪɦɨɣ ɢɥɢ ɩɨɞɤɨɜɨɨɛɪɚɡɧɨɣ ɪɚɦɨɣ ɩɟɪɟɜɨɡɱɢɤɢ ɫɥɹɛɨɜ ɢ ɪɭɥɨɧɨɜ ɩɪɨɱɢɣ ɩɪɨɦɵɲɥɟɧɧɵɣ ɚɜɬɨɬɪɚɧɫɩɨɪɬ ɧɚ ɝɢɞɪɚɜɥɢɱɟɫɤɨɣ ɩɨɞɜɟɫɤɟ 7,, *URXS ± ɩɪɨɢɡɜɨɞɢɬɟɥɶ ɬɟɯɧɨɥɨɝɢɱɟɫɤɨɝɨ ɚɜɬɨɬɪɚɧɫɩɨɪɬɚ ɞɥɹ ɦɟɬɚɥɥɭɪɝɢɱɟɫɤɢɯ ɩɪɟɞɩɪɢɹɬɢɣ tii-group.com

Инновационный оптико-эмиссионный спектрометр Спектрометр Thermo ScientificTM ARL iSparkTM удовлетворяет самым строгим требованиям для точного количественного определения следовых и легирующих элементов в вашей стали и одновременно позволяет оценить неметаллические микровключения. Анализатор металлов Thermo ScientificTM ARL easySparkTM – настольный оптико-эмиссионный спектрометр последнего поколения на основе CCD матрицы, предлагает идеальные решения для проведения анализа вблизи производственной площадки, для идентификации класса или верификации сплава, для научно-исследовательских целей и разработки новых сплавов или в качестве резерва спектрометра ARL iSpark. Эти два инновационных анализатора металлов предлагают наиболее полные и надежные решения для заводов черной металлургии. Максимальная безопасность и эффективность гарантированы даже при работе на них операторов без профессиональных знаний в области оптико-эмиссионный спектрометрии благодаря простоте в применении и интуитивно понятному аналитическому программному обеспечению Thermo ScientificTM easyOXSAS.

для надежного качества продукции на заводах черной металлургии • посмотрите полный ряд наших оптико-эмиссионных спектрометров на сайте • thermoscientific.com/oes

© 2016 Thermo Fisher Scientific Inc. All rights reserved. All trademarks are the property of Thermo Fisher Scientific and its subsidiaries.

ARL iSpark Оптико-эмиссионный спектрометр для бескомпромиссного анализа металлов

ARL easySpark Настольный оптико-эмиссионный спектрометр для простого и надежного анализа металлов

4

НОВОСТИ

Группа Fives и Газпромтрубинвест ввели в эксплуатацию финишное оборудование Bronx ОАО «Газпромтрубинвест» (Волгореченский трубный завод) – дочерняя компания «Газпрома», является самым молодым и стремительно развивающимся трубным заводом в России. Проект строительства комплекса по производству труб среднего диаметра мощностью 350 тыс. т труб в год был начат «Газпромтрубинвестом» в 2012 году. Новый комплекс оснащен передовым высокотехнологичным оборудованием ведущих мировых производителей и предназначен для производства и отделки прямошовных труб диаметром 127-426 мм с повышенными коррозионностойкими свойствами для разных отраслей промышленности. Международная инжиниринговая группа Fives разработала и поставила финишное технологическое оборудование: две 10-валковые правильные машины Bronx, однопозиционный и двухпозиционный гидропрессы Taylor-Wilson, гидропресс Taylor-Wilson для соединения труба-муфта и двухпозиционный торцефасочный станок.

Fives также обеспечила полный комплекс услуг по шеф-монтажу, пусконаладке и шеф-надзору во время пуска оборудования

в эксплуатацию, а также провела профессиональное обучение персонала. Инновационное оборудование обеспечивает дальнейшую обработку труб для придания повышенных потребительских свойств трубной продукции, что позволяет компании успешно конкурировать в узких рыночных сегментах трубной продукции с высокой добавленной стоимостью. Выпускаемые в Волгореченске трубы позволяют заместить

ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ОТ QUAKER – ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ ДЛЯ СТАНОВ Металлургия меняется. Мир становится всё более взаимосвязан и конкуренция растёт. В этих условиях надо идти вперёд без ущерба для качества и безопасности. Поэтому компания Quaker – правильный выбор. Свыше 90 лет мы являемся лидером в поставках технологических жидкостей и специализированных смазок для крупнейших производителей металлургии. И мы преданы нашему делу, как никогда, с полным ассортиментом продукции, разработанной нашими высококлассными экспертами. Это залог нашего успеха – полная линейка продуктов, опыт и знания каждого из наших специалистов. Поэтому в самом сердце металлургии, вы найдёте нас. Важно то, что внутри.

quakerchem.com ®201 Quaker Chemical Corporation. All Rights Reserved

существенную долю импорта аналогов труб нефтегазового сортамента с газогерметичными резьбовыми соединениями типа «Premium», в том числе для наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Современное оборудование позволяет выпускать продукцию высокого класса, которая прошла сертификацию по стандарту API-5L, API-5CT, а также сертифицирована TUV NORD по EN ISO-9002. n

ɄȺɑȿɋɌȼɈ ȼȺɅɄɈȼȺə ɌɊɍȻɈɉɊȺȼɂɅɖɇȺə ɆȺɒɂɇȺ %521; ȽȺɊȺɇɌɂɊɍȿɌ ɇȺɂȼɕɋɒȿȿ ɄȺɑȿɋɌȼɈ ɉɊȺȼɄɂ

ɍɧɢɤɚɥɶɧɚɹ ɤɨɧɫɬɪɭɤɰɢɹ ɜɚɥɤɨɜɨɣ ɬɪɭɛɨɩɪɚɜɢɥɶɧɨɣ ɦɚɲɢɧɵ %URQ[ ɨɛɟɫɩɟɱɢ ɜɚɟɬ ɩɨɜɵɲɟɧɧɭɸ ɩɪɨɢɡɜɨɞɢɬɟɥɶɧɨɫɬɶ ɩɪɟɜɨɫɯɨɞɧɨɟ ɤɚɱɟɫɬɜɨ ɢ ɛɟɡɨɩɚɫɧɨɫɬɶ ɷɤɫɩɥɭɚɬɚɰɢɢ Ɉɛɨɪɭɞɨɜɚɧɢɟ %URQ[ ɨɛɥɚɞɚɟɬ ɧɚɢɥɭɱɲɢɦɢ ɬɟɯɧɢɱɟɫɤɢɦɢ ɯɚɪɚɤ ɬɟɪɢɫɬɢɤɚɦɢ ɦɢɧɢɦɚɥɶɧɨɟ ɜɪɟɦɹ ɧɚɥɚɞɤɢ ɩɨɜɵɲɟɧɧɚɹ ɬɨɱɧɨɫɬɶ ɩɪɚɜɤɢ ɛɟɡ ɩɨɜɪɟɠɞɟɧɢɹ ɩɨɜɟɪɯɧɨɫɬɢ ɜɵɫɨɤɚɹ ɩɪɨɱɧɨɫɬɶ ɤɨɧɫɬɪɭɤɰɢɢ ɨɛɟɫɩɟɱɟɧɢɟ ɧɟɨɛ ɯɨɞɢɦɨɝɨ ɫɬɚɧɞɚɪɬɚ ɩɪɹɦɨɥɢɧɟɣɧɨɫɬɢ ɢ ɩɪɚɜɢɥɶɧɨɣ ɤɪɭɝɥɨɣ ɮɨɪɦɵ ɢɡɞɟɥɢɹ ɉɪɢɜɨɞɵ ɭɫɬɚɧɨɜɥɟɧɵ ɜ ɡɚɞɧɟɣ ɱɚɫɬɢ ɦɚɲɢɧɵ ɞɥɹ ɛɟɡɨɩɚɫɧɨɣ ɷɤɫɩɥɭɚɬɚɰɢɢ ɩɪɢ ɷɬɨɦ ɨɩɟɪɚɬɨɪ ɩɨɥɧɨɫɬɶɸ ɤɨɧɬɪɨɥɢɪɭɟɬ ɩɪɨɰɟɫɫ ɩɪɚɜɤɢ ɫ ɩɭɥɶɬɚ ɭɩɪɚɜɥɟɧɢɹ )LYHV ± ɷɬɨ ɜɵɫɨɤɨɟ ɤɚɱɟɫɬɜɨ ɧɚɞɟɠɧɨɫɬɶ ɢ ɨɩɟɪɚɬɢɜɧɵɣ ɫɟɪɜɢɫ

ILYHVEURQ[ VDOHV#ILYHVJURXS FRP

6

НОВОСТИ В РОССИИ

Международная конференция: Концепция Industry 4.0 в черной металлургии

Календарь выставок 8–11 ноября 2016 Москва, ВДНХ, пав. 75. С 8 по 11 ноября 2016 года в Москве в павильоне № 75 Всероссийского выставочного центра (ВВЦ) пройдет крупнейший металлургический форум в России и странах СНГ «Неделя металлов в Москве», центральным событием которого станет 22-я Международная промышленная выставка «Металл-Экспо’2016». Одновременно с «МеталлЭкспо» пройдут международные промышленные выставки «МеталлСтройФорум’2016», «МеталлургМаш’2016» и «МеталлТрансЛогистик’2016». www.metal-expo.ru

5–8 июня 2017 Москва, ЦВК Экспоцентр Международные промышленные выставки по металлургии, оборудованию, технологиям и продукции «Металлургия. Литмаш'2017», по трубам в России «Трубы. Россия'2017» и по цветным металлам «Алюминий/ Цветмет'2017». www.metallurgy-tube-russia.com

13–16 июня 2017 Metal + Metallurgy China 2017 Shanghai New Expo Centre, Шанхай, КНР. Metal + Metallurgy is the collective title for the 15th China International Foundry Expo, the 17th China International Metallurgical Industry Expo and the 15th China International Industrial Furnaces Exhibition.

14–15 июня 2017 FUTURE STEEL FORUM Варшава, Польша

Что такое концепция «Индустрия 4.0» или «Умное производство», подразумевающая четвертую промышленную революцию и как она может помочь мировой черной металлургии в повышении эффективности производства?

Два вопроса, среди многих других, на которые ответят эксперты мирового уровня из академических кругов и металлургической промышленности на форуме FUTURE STEEL FORUM, организуемом журналом Steel Times International в Варшаве в июне 2017 года. Будущее начинается уже сегодня с постепенного внедрения Умных предприятий, управляемых цифровыми де-

централизованными системами автоматизации технологических процессов на базе прямого «общения» производственных механизмов без участия человека. n www.futuresteelforum.com

Контакт: Paul Rossage International Sales Manager +44 (0) 1737 855 116 paulrossage@quartzltd.com

«Северсталь» строит цех покрытий металла №3 На Череповецком меткомбинате начата активная фаза строительства цеха покрытий металла №3, в который войдет агрегат непрерывного горячего цинкования полос производительностью 400 тыс. т/год и агрегат полимерных покрытий металла про-

изводительностью 200 тыс. т/год. Поставщик основного оборудования – компания «CMI Industry» (Бельгия) – начал поставки технологического оборудования в Череповец. Новый комплекс покрытий планируется ввести в эксплуатацию в 2017 году.

«Проект стоимостью более 7 млрд. рублей позволит компании существенно увеличить свою долю на рынке проката с покрытиями и расширить продуктовую линейку, – подчеркнул генеральный директор дивизиона «Северсталь Российская сталь» Сергей Торопов. n

На ММК введено решение Yandex Data Factory Цель проекта, получившего на ММК название «Снайпер», – выплавка стали с заданным химическим составом при минимальных затратах. Решение Yandex Data Factory основано на технологиях Яндекса в области машинного обучения и анализа больших данных (Big Data), которые позволяют улучшить процесс управления, оптимизировать расход ферросплавов

и добавочных материалов при производстве стали в ККЦ. Годовая экономия может превысить 275 млн рублей. «Магнитка становится пионером среди промышленных компаний России в применении цифровых технологий. Совместный с Yandex Data Factory проект – это новая волна в автоматизации производства с применением технологий Big

Data. Мы верим, что возможности математических моделей с применением Big Data, а также активное развитие технологий Интернета вещей позволят снизить издержки промышленных компаний на 5–10 % в ближайшие годы», – говорит заместитель генерального директора по финансам и экономике ОАО «ММК» Сергей Сулимов. n

www.mm-china.com

Трансформаторная сталь НЛМК для концерна АВВ На всех этих выставках Вы сможете бесплатно получить на нашем стенде свой журнал Steel Times International. Все отраслевые выставки и конференции, последние статьи в электронном виде: www.steeltimesint.com

Группа НЛМК получила от шведско-швейцарского энергомашиностроительного концерна ABB статус квалифицированного поставщика трансформаторной стали производства предприятия ВИЗ-Сталь (Екатеринбург). Группа НЛМК – единственный производитель трансформаторной стали в России.

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

Доля компании на мировом рынке этого вида высокотехнологичной продукции составляет около 11 %. Группа НЛМК поставляет трансформаторный прокат с производственных площадок в Липецке и Екатеринбурге на заводы АВВ в Европе, Азии и странах НАФТА на протяжении более 15 лет. n www.steeltimesint.com

МЫ СДЕЛАЕМ ВАШ ПРОДУКТ ЗОЛОТЫМ ɋ ɝɨɞɚ ɬɨɪɝɨɜɚɹ ɦɚɪɤɚ .2&.6 ɨɡɧɚɱɚɟɬ ɬɟɯɧɨɥɨɝɢɱɟɫɤɢɟ ɢɧɧɨɜɚɰɢɢ ɢɞɭɳɢɟ ɞɚɥɟɤɨ ɡɚ ɩɪɟɞɟɥɵ ɨɛɵɱɧɵɯ ɫɬɚɧɞɚɪɬɨɜ ɜ ɫɬɚɥɶɧɨɣ ɩɪɨɦɵɲɥɟɧɧɨɫɬɢ ȼ ɪɚɦɤɚɯ ɨɫɧɨɜɧɨɣ ɬɟɯɧɨɥɨɝɢɢ ɩɪɨɢɡɜɨɞɫɬɜɟɧɧɨɝɨ ɩɪɨɰɟɫɫɚ ɜɵɫɨɤɨɤɚɱɟɫɬɜɟɧɧɵɯ ɫɬɚɥɶɧɵɯ ɩɪɭɬɤɨɜ ɢ ɛɟɫɲɨɜɧɵɯ ɬɪɭɛ ± ɯ ɜɚɥɤɨɜɚɹ ɬɟɯɧɨɥɨɝɢɹ ± .2&.6 ɧɚ ɩɪɨɬɹɠɟɧɢɢ ɢ ɥɟɬ ɹɜɥɹɟɬɫɹ ɢɫɬɨɱɧɢɤɨɦ ɢɧɧɨɜɚɰɢɣ ɫɧɨɜɚ ɢ ɫɧɨɜɚ ɭɫɬɚɧɚɜɥɢɜɚɹ ɨɩɪɟɞɟɥɹɸɳɢɟ ɨɪɢɟɧɬɢɪɵ ɯ ɜɚɥɤɨɜɚɹ ɩɪɨɞɭɤɰɢɹ ɩɪɟɞɥɚɝɚɟɦɚɹ ɤɨɦɩɚɧɢɟɣ .2&.6 ɞɚɟɬ ɜɨɡɦɨɠɧɨɫɬɶ ɧɚɲɢɦ ɡɚɤɚɡɱɢɤɚɦ ɭɥɭɱɲɢɬɶ ɫɜɨɸ ɤɨɧɤɭɪɟɧɬɨɫɩɨɫɨɛɧɨɫɬɶ ɢ ɩɪɨɢɡɜɨɞɢɬɟɥɶɧɨɫɬɶ ɫɨɪɬɨɜɨɝɨ ɩɪɨɤɚɬɚ ɫɩɟɰɢɚɥɶɧɨɝɨ ɤɚɱɟɫɬɜɚ ɫɬɚɥɶ ɩɪɨɢɡɜɟɞɟɧɧɚɹ .2&.6 ɨɡɧɚɱɚɟɬ ɜɵɫɨɱɚɣɲɟɟ ɤɚɱɟɫɬɜɨ ɤɨɧɟɱɧɨɝɨ ɩɪɨɞɭɤɬɚ ɩɨɫɥɟɞɨɜɚɬɟɥɶɧɨ ɢɡɝɨɬɚɜɥɢɜɚɟɦɨɝɨ ɢɡɨ ɞɧɹ ɜ ɞɟɧɶ Ɂɚɤɚɡɱɢɤɢ ɤɨɦɩɚɧɢɢ .2&.6 ɝɨɜɨɪɹɬ ³ɗɬɨ ɦɟɫɬɨ ɝɞɟ ɦɵ ɞɟɥɚɟɦ ɤɚɱɟɫɬɜɨ ´

Ȼɭɞɟɦ ɪɚɞɵ ɜɢɞɟɬɶ ɜɚɫ ɧɚ 0(7$/ (;32 ɧɨɹɛɪɹ ± ɧɨɹɛɪɹ Ɇɨɫɤɜɚ Ɋɨɫɫɢɹ ɏɨɥɥ ɋɬɟɧɞ 1 '

8

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ

Экспертная система обеспечивает стабильное качество полос Когда сталкиваются с множеством вызовов, выбор правильного оборудования или производственного процесса часто может оказаться сложным. Для успешной реализации нового проекта производители стали должны найти оптимальный баланс между техническими характеристиками своей продукции и минимальными производственными издержками. Затем, чтобы принять правильное решение, они должны полагаться на известные отраслевые решения и разносторонние технические и технологические навыки. Мишель Дюбуа и Хосе Каллегари* БЕЛЬГИЙСКАЯ компания CMI спроектировала и ввела в промышленную эксплуатацию несколько линий непрерывного горячего цинкования стальных полос для автомобильной промышленности по всему миру. Производственные линии полосовой обработки компании CMI включают самые современные технологические процессы: многоступенчатую секцию очистки; вертикальную печь (с математической моделью управления L-Top и системой струйного охлаждения с рекуперацией энергии); секцию ванны с расплавом цинка и системой воздушного ножа; систему охлаждения полосы после ванны горячего цинкования APC Blowstab; дрессировочную клеть в линии и машину правки под натяжением; систему последующей обработки с роликовым нанесением химического и органического покрытия; ножницы продольной обрезки боковых кромок и выходные ножницы. Все эти особенности линии находятся в сердце экспертной системы процесса OPExS (Operation, Process Expert System) компании CMI. Экспертная система OPExS Системы контроля качества в металлургии зачастую создаются просто для контроля в режиме реального времени ключевых переменных, влияющих на производственный процесс. Любое отклонение от допустимого диапазона будет свидетельствовать о возможных проблемах с качеством, но быстрое решение для их устранения не всегда под рукой. Система OPExS заполняет пробел между доступными данными о процессе и действиями, которые оператору необходимо предпринять для поддержания правильного хода процесса и требуемого качества продукции. Система проводит анализ текущих условий процесса и состояния качества продукта, выбирает наиболее подходящие эксплуатационные параметры и помогает оператору в принятии правильных решений. Система обеспечивает оператора оперативной консультацией и дает рекомендации, необходимые для дальнейших действий по обеспечению стабильности процесса и высокого качества продукта. Нагревательная печь (рис. 1) и ванна с расплавом цинка (рис. 2) непрерывно находятся под пристальным вниманием экспертной системы OPExS. Запатентованное программное обеспечение проводит автоматическую сорти-

Рис. 1. Печная секция АНГЦ полос

ровку обработанных рулонов (рис. 3). Линейная модель функционирует как диаграмма управления, которая контролирует стабильность процесса и инициирует предупредительные сигналы, когда заданные параметры процесса показывают непредсказуемый дрейф с отклонением от нормы. Она в сжатом виде отражает все данные процесса на одном широком экране, что ускоряет процесс идентификации и принятия решения о вмешательстве. Система помогает производителю определить, соответствует ли готовый рулон полностью всем критериям, установленным определенным клиентом для конкретного этапа цикла его обработки. Если же он не отвечает таким требованиям полностью, то система помогает определить его соответствие критериям другого, менее требовательного клиента. Автоматическая градуировка рулонов, проведенная с помощью программного обеспечения, значительно ускоряет процесс проверки качества рулона, сокращает число бракованных рулонов и снижает производственные затраты. Базовым атрибутом программного обеспечения является его экспертное ноухау, которое связано в режиме онлайн с системой управления технологическим процессом. Поступающие из производственной линии данные, относящиеся к качеству, регистрируются, хранятся и анализируются в базе данных. Это позволяет легко и наглядно оценивать процесс, проводить обмен передовым опытом, повысить эффективность использования оборудования. В конечном счете, это позволит сократить отходы и повысить выход годного, а также увеличить темпы проведения, скажем, автомобильной сертификации или внедрения новых марок стали.

Рис. 2. Секция ванны с расплавом цинка

Дисплей на левой стороне линии представляет общее состояние сортировки всех произведенных рулонов с использованием специфических маркеров, указывающих соответствует или нет состояние линии требуемым стандартам качества. Сигнал светофора помогает оператору визуально идентифицировать аномалии в производимом рулоне и технологической секции: ● зеленый = соответствует; ● оранжевый = не соответствует частично; ● красный = полностью не соответствует. Данные, отображенные в модели линии подробно описывают различные параметры процесса для каждой из секций производственной линии. Это помогает определить, где данные вышли за пределы определенных критериев и настроек, и где наблюдается аномалия. Критерии настройки включают фиксированные критерии или допустимые диапазоны отклонений. Работа экспертной системы В то время как операционные индикаторы реализуются с помощью программного обеспечения, экспертная система определяет, какие действия нужно предпринять, а также уточняет, где и когда их нужно применить. Такой совет передается через «всплывающее окно», которое открывается при выделении оператором параметра процесса, который выходит за пре-

*Michel Dubois, José Callegari – эксперты технологических процессов компании CMI INDUSTRY Metals, Бельгия Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

www.cmigroupe.com www.steeltimesint.com

Инновационные технологии для металлургической промышленности

Холодная прокатка n Обработка полос n Химическая обработка Термическая обработка n Механическое оборудование Автоматизация n Экстракционная металлургия www.cmigroupe.com ДИЗАЙН | ИНЖИНИРИНГ | ВВОД В ЭКСПЛУАТАЦИЮ | ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОМОЩЬ И ОБУЧЕНИЕ | ПОСЛЕПРОДАЖНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

10 УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ

Рис. 3. Пример скриншота монитора математической модели процесса

делы заданного диапазона. Все данные и руководства помощи отображаются в виде указаний для проведения необходимых корректирующих действий. Также отражается необходимость проведения дополнительной проверки, либо анализа справочных документов или подобных событий для проведения сравнения. Индивидуальные всплывающие окна разделены на три вкладки: экспертные предложения, данные и возможные действия. Экспертное предложение показывает то, что должен сделать оператор для понимания условий, лежащих в основе поведения процесса, а также расставить приоритеты и выбрать действия, необходимые для восстановления номинального качества работающей линии. Оно может быть представлено в виде списка действий с оборудованием и/или блок-схемой с методическими указаниями для поиска неисправностей и решения проблемы (рис. 4). Оно также может включать в себя поддержку в виде документов, таких как 3D-чертежи, чтобы помочь оператору визуализировать специальное оборудование, на котором была обнаружена проблема. Возможно

предоставление фотографий, связанных с дефектом качества, других инструкций и стандартных операционных процедур. Система выводит детальную таблицу с зарегистрированными данными, связанными с параметрами вне производственной линии. По этим данным оператор формально узнает, какие действия должны быть предприняты. Программное обеспечение предоставляет еженедельный анализ предлагаемых мер в сравнении с предпринятыми оператором действиями, что позволяет оценивать вклад оператора, делать замечания или рекомендации. Всплывающие окна и связанные с ними консультативные рекомендации доступны в течение нескольких минут производства рулона, они эффективно помогают операторам в их ежедневной работе. Программное обеспечение позволяет давать прямую ссылку на обработку данных линии, которые могут быть доступны через Интернет. Статистическое управление процессами Еще одним важным преимуществом, которое обеспечивает экспертная система,

является корреляция периодически повторяющихся ошибок, которые воздействуют на качество – это жизненно важно, чтобы заранее предвидеть проблемы. Оранжевый свет светофора указывает на секции, которые не в полной мере соответствуют требуемым параметрам линии в течение определенного периода времени. Он является хорошим индикатором того, где необходимо принимать меры по исправлению положения, тем самым предотвращая возникновение аномалии. Система OPExS также функционирует как онлайн система статистического управления технологическим процессом (SPC), которая с помощью постоянного мониторинга и анализа процессов обеспечивает важный вклад в планирование технического обслуживания на условиях «точно в срок». Записанные параметры процесса могут быть отображены для технологической секции и синхронизированы с каждым погонным метром обработанной полосы в рулоне, что позволяет точно определить, когда наблюдалось несоответствие и как управление процессом привело к снижению количества отбракованных полос,

Рис. 4. Пример скриншота монитора с выделением проблемы и ее возможным решением

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

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

12 УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ

Рис. 5. Регистрируемые параметры процесса могут быть наглядно представлены на экране

снижению отходов и повышению выхода годного (рис . 5). Оценка качества каждого рулона На основе определенных критериев система помогает установить механические и химические ограничения по производимой продукции. Во время невольного замедления линии система определяет точный процент замедления, который не влияет на соответствие окончательной полосы заданным критериям. Система OPExS позволяет линии работать в соответствии с критериями, установленными либо экспертом компании CMI, либо металлургами. Она может быть легко и быстро обновлена, чтобы отражать любые другие спецификации, которые связаны с требованиями конечного потребителя к качеству. Эта корректировка спецификаций линии на основе требований к качеству различных конечных потребителей и связанных с ними правил классификации повышает эффективность производства. Та же технологическая линия может производить продукцию в соответствии с техническими условиями и требованиями различных конечных потребителей.

Система предлагает следующие преимущества: ● Перевод характеристик конечного продукта в параметры процесса и продуктов, а также технологических операций и допусков (рис. 6). ● Проведение испытаний в условиях, когда наблюдаются отклонения от нормального хода процесса и производства, определенного специалистами CMI (если, скажем, необходимый вид стали еще не производится). Выводы ● Система OPExS позволяет оптимизировать настройки производственной линии на основе анализа данных обработанных рулонов, а также анализа данных восходящего потока и отчетности по завершенным событиям. ● Система предоставляет операторам линий контекстную информацию, связанную с техническими спецификациями клиента или тех, кто выдает их конечным потребителям. Корректирующее или предупреждающее действие, которое необходимо предпринять, идентифицируется на основе детального анализа и остается доступным на экране мо-

нитора в течение нескольких минут после обработки полосы в рулоне. ● Маркеры указывают на происхождение проблемы и определяют требуемое ручное вмешательство, когда это необходимо. Система также выводит на экран подобные события для проведения их сравнительного анализа. ● Система может «самообучаться» и постоянно обновляет свою базу данных получаемыми при ежедневной обработке полос показателями. ● Для обеспечения аудита и сертификации все подобные случаи архивируются с копированием данных на мониторе, что позволяет проводить сравнение, оказывать помощь и поддержку заводскому персоналу на базе ноу-хау и опыта. ● Простота внедрения системы на отдельных технологических линиях и комбинированных линиях, объединяющих несколько процессов. Система помогает управлять возникающими ситуациями и позволяет металлургам повысить гибкость производства и производить продукцию в соответствии с требованиями рынка – учитывая при этом минимально возможные капитальные затраты. n

Рис. 6. Показ всех необходимых характеристик готовой продукции

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

www.steeltimesint.com

ROSS EUROPA® Ɋɟɲɟɧɢɹ ɞɥɹ ɦɟɬɚɥɥɭɪɝɢɱɟɫɤɨɣ ɩɪɨɦɵɲɥɟɧɧɨɫɬɢ ENVIRONMENTAL

EXCLUSIVE INTERVIEW

METALLURGY

PERSPECTIVES Q&A

Carbon Capture and Storage, and the wonders of steel can packaging

We talk to Chris McDonald, CEO of the Materials Processing Institute

The first in a series of articles on the role of metallurgy in steelmaking

Ben McGhee, director of global electrode provider, UKCG

www.steeltimesint.com April 2016 - Vol.40 No.3

STEEL TIMES INTERNATIONAL – April 2016 – Vol.40 No.3

Журнал Steel Times International (Великобритания) – ведущий международный журнал на английском языке по черной металлургии. Он содержит актуальные технические статьи, обзоры мировых новостей и событий, отчеты о конференциях, анализы рынков и регионов, профили компаний.

В дополнение к восьми англоязычным выпускам в год также издаются выпуски на русском, китайском и испанском языках, ежегодный каталогсправочник мировых поставщиков.

ЖЕЛЕЗО ПРЯМОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ

ДОМЕННЫЕ ПЕЧИ

Показаны реальные преимущества использования DRI/HBI при завалке в ЭДП

Инновационные гидравлические Инновационные концепции устройства для загрузки шихты проектирования и работы в доменную печь современных ДСП

ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПЕЧИ

Ƚɨɬɨɜɵɟ ɩɧɟɜɦɨɫɢɫɬɟɦɵ ©ɩɨɞ ɤɥɸɱª Ȼɟɡɨɩɚɫɧɵɟ

ВЫСОКОПРОЧНЫЕ СТАЛИ Инновации в производстве высокопрочной листовой стали типа HHS и AHSS

WORLD STEEL CONFERENCE 2016

На русском языке журнал издается с 1992 г. и широко распространяются бесплатно на выставках МеталлургияЛитмаш и Металл-Экспо, международных конференциях в России, а также почтовой рассылкой ведущим компаниям и производителям черных металлов в России и странах СНГ.

www.steeltimesint.com Май 2016 Вып. №36 На русском языке

СТИЛ А ИНТЕРНЭШНЛ Гордимся служением черной металлургии 150 лет

ɂɫɩɵɬɚɧɧɵɟ

ɇɚɞɟɠɧɵɟ World leader in coil joining equipment for the steel processing, tube producing and stamping industries

BUYERS’ GUIDE & DIRECTORY 2015-2016

Веб-сайт журнала ежедневно обновляется новостями и событиями, на нем приводится содержание очередного журнала, в дополнение к печатной версии доступна электронная версия журнала, около 8 тыс. специалистов по всему миру получают по электронной почте еженедельный дайджест мировых новостей. Посетите наш сайт для оформления подписки!

ɉɪɟɜɨɫɯɨɞɧɨɟ ɩɧɟɜɦɚɬɢɱɟɫɤɨɟ ɨɛɨɪɭɞɨɜɚɧɢɟ ɫ ɝɨɞɚ ɋɜɹɠɢɬɟɫɶ ɫ ɧɚɦɢ ɞɥɹ ɩɨɥɭɱɟɧɢɹ ɞɨɩɨɥɧɢɬɟɥɶɧɨɣ ɢɧɮɨɪɦɚɰɢɢ www.rosseuropa.com/ru Ɉɮɢɰɢɚɥɶɧɨɟ ɩɪɟɞɫɬɚɜɢɬɟɥɶɫɬɜɨ ɜ Ɋɨɫɫɢɢ www.interpromtechnika.ru

7.916.684.79.92 www.bradburygroup.com bradbury@bradburygroup.com

Ɇɵ ɫɬɪɨɢɦ ɦɚɲɢɧɵ« Ɇɵ ɩɪɨɞɚɟɦ ɪɟɲɟɧɢɹ

Ɇɚɲɢɧɵ ɞɥɹ ɉɪɚɜɤɢ ɅɢFɬɨɜɨɝɨ Ɇɟɬɚɥɥɚ H 'ULYH

Ʌɢɧɢɢ ɞɥɹ ɉɨɩɟɪɟɱɧɨɣ ɢ ɉɪɨɞɨɥɶɧɨɣ Ɋɟɡɤɢ Ɋɭɥɨɧɨɜ

Ɉɛɨɪɭɞɨɜɚɧɢɟ ɞɥɹ 385 3,5 ɋɷɧɞɜɢɱ ɉɚɧɟɥɟɣ

Ʌɢɧɢɢ ɉɪɨɮɢɥɢɪɨɜɚɧɢɹ

Ʌɢɧɢɢ ɉɪɨɮɢɥɢɪɨɜɚɧɢɹ ɞɥɹ Ⱥɜɬɨɦɨɛɢɥɶɧɨɣ ɉɪɨɦɵɲɥɟɧɧɨɫɬɢ

Ʌɢɧɢɢ ɞɥɹ Ɇɢɧɟɪɚɥɨɜɚɬɧɵɯ ɋɷɧɞɜɢɱ ɉɚɧɟɥɟɣ

Ɉɫɬɚɧɨɜɢɬɟɫɶ ɭ ɧɚɲɟɝɨ ɫɬɟɧɞɚ ɧɚ Ɇɟɬɚɥɥ ɗɤɫɩɨ ɧɨɹɛɪɹ

14 КОНЦЕПЦИЯ «ИНДУСТРИЯ 4.0»

Содействие в формировании концепции «Индустрия 4.0» Концепция «Индустрия 4.0» – или «Умное производство», как его называют в США – подразумевающая четвертую промышленную революцию на базе обмена данными в пределах всей системы и прямого «общения» производственных механизмов без участия человека, начала постепенно приобретать свои черты и в черной металлургии. Гюнтер Винтер*

1

2

Первичная индустриализация: механизация, водяная энергия, паровой двигатель (XVIII-XIX)

3

Компьютеры Массовое производство, и автоматизация сборочный конвейер, на базе промышленных электричество роботов и автомобили (1960-е годы) (начало XX века)

ность поставок и сокращение числа случаев выпуска продукции, несоответствующей требуемым нормам. ● Повышение безопасности труда персонала и работы оборудования. Структурные преобразования Для технической структурной трансформации к ИТ и автоматизации требуется (рис. 2) преобразование данных в цифровую форму (оцифровка). Сегодняшняя жестко централизованная иерархическая пирамида автоматизации будет заменена децентрализованной (плоской) структурой на базе интеллектуального, гибкого и

дус трия 4.0» «Ин

Умные машины

Ра сш ир

Аналитические данные

Оптимизированные решения

ав

ка щи

Интернет вещей

Умные слуги у

стоимости дания и ф оку соз пи сн це ак ие

к партнерству по жиз шин не ма нн ом у

у кл ци

ен

От

по ст

Основные ожидаемые преимущества от внедрения концепции «Индустрия 4.0» приведены ниже. ● Больше прозрачности в производстве благодаря сетевому объединению и обмену данными в пределах всей системы. ● Оптимальная поддержка оператора в принятии им решений на базе анализа данных, моделирования и оптимизации (в реальном режиме времени). ● Повышенная гибкость производства для выпуска небольших партий продуктов и индивидуализированных продуктов. ● Воспроизводимое качество продуктов на стабильно высоком уровне. ● Избежание производственных неполадок и нарушений благодаря диагностическому предупредительному техобслуживанию и ремонту. ● Повышение определенности в планировании производства и качества продукции, что означает повышенную надеж-

Четвертая промышленная революция:

та ен ли

ДАЛЬНОВИДНАЯ концепция «Индустрия 4.0» (Industry 4.0), то есть цифровое преобразование и объединение в сеть с обменом данными производственных процессов, постепенно обретает форму. С технической точки зрения это эволюционное развитие. Понятия, необходимые для ее реализации уже имеются, а необходимые информационные и коммуникационные технологии и платформы автоматизации находятся в стадии практического развития. Важно, что промышленность металлов уже активно вносит свой вклад во внедрение этой концепции на своих производственных предприятиях. Это обеспечивает получение ценного опыта работы с новейшими технологиями и дает начальный толчок процессу обучения. Это также сформирует основу для радикального подхода к концепции «Индустрии 4.0», будущей адаптации бизнес-моделей и ограничений сектора, целостной оптимизации всей цепочки создания стоимости металлов. Новые бизнес-модели будут базироваться (рис. 1) на комбинации аналитических данных и программного обеспечения, а также свяжут интеллектуальные машины с физическими и цифровыми услугами, так называемыми Умными услугами (Smart Services).

Рис. 1. Автоматизация производства на основе цифровых технологий в «Индустрии 4.0»

4 Киберфизические системы: «бережливое производство», аутсорсинг, автоматизация

автономного оборудования для автоматизированного управления. В «Интернете вещей» каждый блок может быть связан непосредственно с другими устройствами, такими как, Умные датчики. Это означает, что будут преодолены уровни пирамиды и соответствующие организационные и технические барьеры. Это обеспечивает возможность эффективной реализации функций для внедрения Умного (интеллектуального) производства (рис. 3) за счет: ● вертикального и горизонтального беспроводного сетевого объединения данных и функций; ● новых видов сервиса (смарт-услуг или умных услуг), основанных на больших базах данных; ● функционально-ориентированных, объединяющих информационно-технологических систем, так называемых киберфизических систем (CPS, КФС). Структурная трансформация существующих производственных установок для перехода на децентрализованное цифровое управление в основном будет происходить пошагово без остановки производства в рамках проектов модернизации. Производители и поставщики заводов должны дать подходящие решения по обновлению оборудования для достижения этой цели.

*Günther Winter, главный технологический директор по электрике/автоматизации, компания Primetals Technologies Germany GmbH; guenther.winter@primetals.com Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

www.steeltimesint.com

FUTURE STEEL FORUM 2017 14-15 JUNE • SHERATON WARSAW HOTEL • WARSAW 14-15 июня 2017 • Варшава • Польша

Международная конференция: Применение концепции «Индустрия 4.0» в металлургической промышленности ОТ ИЗДАТЕЛЯ ЖУРНАЛА STEEL TIMES INTERNATIONAL (ВЕЛИКОБРИТАНИЯ) Что такое концепция «Индустрия 4.0» (Industry 4.0) и как она может помочь мировой черной металлургии в ее стремлении к повышению эффективности? Два вопроса, среди многих других, на которые Вам ответят эксперты мирового уровня на международном форуме Future Steel Forum, который организует редакция журнала Steel Times International в Варшаве 14-15 июня 2017 г.

Международный форум Future Steel Forum станет живым обсуждением вопросов, связанных с новейшей концепцией «Индустрия 4.0» или «Умное производство», подразумевающей четвертую промышленную революцию. В ходе конференции участники постараются охватить все базовые аспекты этой концепции: важнейший вопрос кибер-безопасности, роль человека в «Умном предприятии» будущего, управляемого системами автоматизации на базе прямого «общения» производственных механизмов без участия человека, а также весьма важные для всех вопросы выживания и защиты от кибер-атак, безопасности производства и управления технологическими процессами. Докладчики из академических кругов и металлургической промышленности, вместе с представителями мира разработчиков и поставщиков металлургических технологий, будут объяснять ключевые концепции, лежащие в основе грядущего цифрового преобразования металлургического производства. Мифы будут разрушены, новые идеи и терминология – объяснены!

www.FutureSteelForum.com

Для получения информации о Форуме: Paul Rossage International Sales Manager +44 (0) 1737 855 116 paulrossage@quartzltd.com Подробная информация онлайн на сайте: www.FutureSteelForum.com

Официальный информационный партнер:

Организаторы

16 КОНЦЕПЦИЯ «ИНДУСТРИЯ 4.0»

Синхронизация данных Интернет вещей и услуг

Вертикальная интеграция

Сегодня Уровень 4

Умные услуги

Умное предприятие

Завод с коммуникационными технологиями Primetals

Уровень 3 Уровень 2 Уровень 1

Киберфизические системы

Умная работа

Завод Умное предприятие Горизонтальная интеграция

Рис. 2. Структурные изменения в системе автоматизации будущего

Ниже представлены основные элементы «Умного производства» будущего (рис. 3) со ссылкой на конкретные примеры компании Primetals Technologies, которые уже реализованы в промышленности или находятся на стадии промышленного внедрения. Умные датчики В будущем мониторинг и оптимизация производства будут проводиться целостно по всей системе. Это потребует: ● совершенствования процессов отслеживания и идентификации; ● повышения точности данных; ● прослеживания прохождения всех продуктов; ● расширенного мониторинга и анализа машин, процессов и продуктов для их непрерывного совершенствования и целостной оптимизации. Для этого потребуется широкое предоставление больших данных от множества умных (интеллектуальных) датчиков, способных обмениваться данными в сети и удаленно управляться с поддержкой радиочастотной идентификации объектов (RFID). Поддержка RFID обеспечивает считывание данных транспондеров и использование измеренных значений для реализации задач учета и отслеживания. Компактный дизайн, беспроводная связь и интегрированные блоки питания прокладывают путь для новых областей применения, таких как отслеживание мобильных заводских секций.

Умные датчики

Умные машины

Рис. 3. Элементы «Умного производства» будущего

Интеллектуальные датчики повышают точность измерения данных. Важными целями применения данных повышенной точности являются, например, входные данные для моделей технологических процессов или для улучшения задач отслеживания. На рис. 4а-4в приведены некоторые подобные примеры. ● Умный загрузчик лома с интегрированным измерением массы лома и беспроводной связью (а). ● Усовершенствованная система слежения на базе RFID за перемещением ковша и отслеживания температуры в сталеплавильном цехе (б). ● Управление на базе RFID данными по прокатным валкам на прокатном стане и в вальцешлифовальной мастерской (в). Инновационные измерительные системы, как основа для новых функций автоматизации, – еще одна область применения, которая включает в себя инновационные системы измерения, такие как оптическая обработка изображений или магнитные способы измерения характеристик процессов (рис. 4г-4е). Они обеспечивают внедрение новых функций автоматизации, примеры которых приведены ниже. ● ShapeMon – для автоматического дистанционного контроля плоскостности прокатываемой полосы на прокатных станах с использованием систем видеокамер. ● Looper Shape Meter (LSM) – для автоматического дистанционного детектирова-

ния и регулирования плоскостности прокатываемых полос в линии станов горячей прокатки на базе измерения натяжения полосы. ● Transformation Monitor – для улучшения адаптации и калибровки моделей работы секции водяного охлаждения с помощью электромагнитного датчика, оценивающего онлайн преобразование микроструктурных фаз в горячекатаной стальной полосе на непрерывном полосовом стане горячей прокатки. Умные датчики для мониторинга условий – третья область применения – для оценки состояния «здоровья» машин и оборудования с целью упреждающего (профилактического) обслуживания и комплексного мониторинга работы сложных систем (рис. 5) с использованием концепции BOX (Коробка). Она включает мехатронные модули (например, Коробка клети для прокатных клетей или Коробка ЭДП для электродуговых печей) и функциональные модули (для вибрации, колебаний крутящего момента, температуры или включений). Существующие производственные данные от системы автоматизации и полагающиеся на мониторинг дополнительные специальные датчики (датчики ускорения, например) используются для вычисления текущего состояния машины. Примеры дополнительных пакетов, содержащих сложные модели анализа (программируемые датчики) и специальные измерительные процедуры, приведены ниже.

Температура Качество среды а) Интеллектуальный загрузчик лома

б) RFID отслеживание ковшей

в) RFID отслеживание прокатных валков

Крутящий момент

Вибрации

Умные измерители

Программируемые датчики г) Управление полосой с помощью камер

д) Измеритель плоскостности полосы под натяжением

е) Монитор преобразования структурных фаз

Рис. 4. Примеры применения умных (интеллектуальных) датчиков в металлургической промышленности

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

Рис. 5. Умные датчики для предупредительного технического обслуживания с использованием концепции BOX

www.steeltimesint.com

КОНЦЕПЦИЯ «ИНДУСТРИЯ 4.0» 17

Модель трансформации структурных фаз Имитационное моделирование

Реальный (физический) завод

Модель теплопередачи

Модель подачи воды

Оптимизация Виртуальный завод

Управление на основе модели

Рис. 6. Киберфизические системы (CPS)

● Acoustic Expert – акустическая экспертная система для автоматического обнаружения методом акустического анализа дефектных клапанов и порванных шлангов в системах рукавных фильтров на металлургических заводах. ● Nozzle Expert – программируемый датчик для автоматического обнаружения закупорки сопел или прерывания подачи воды в линиях водяного охлаждения на установках непрерывной разливки заготовок. ● Hydraulic BOX – программируемый гидравлический датчик для автоматического обнаружения износа и утечек в гидравлических системах, т.е. сервоклапанах и цилиндрах. Концепция BOX имеет модульную и масштабируемую структуру, которая может постоянно расширяться новыми модулями и функциями. Услуги на основе получаемых данных: помимо мониторинга состояния программных и аппаратных продуктов для оценки «здоровья» завода, концепция BOX включает дополнительные физические и цифровые услуги. Компания Primetals Technologies, как партнер жизненного цикла, поддерживает операторов завода в проведении анализа и оптимизации работы их производственных установок услугами, основанными на больших данных. Примерами таких услуг, предлагаемых компанией Primetals Technologies могут быть: ● автоматический анализ с алгоритмами и инструментами мониторинга состояния; ● технико-экономическая оценка (ТЭО) металлургического завода для определения параметров работы и производительности завода; ● регулярный анализ и детальная оценка получаемых результатов автоматизированного анализа экспертами компании Primetals Technologies. Киберфизические системы (CPS, КФС) Развитая вертикальная и горизонтальная интеграция данных и функций с видением будущего «самоорганизующегося производства» является одним из наиболее www.steeltimesint.com

Вертикальная интеграция

Моделирование

Горизонтальная интеграция

Рис. 7. Киберфизическая система для секции охлаждения полосы на отводящем рольганге прокатного стана

важных аспектов эпохи четвертой промышленной революции. Целями вертикальной интеграции являются: ● Блестящее владение местными производственными процессами. ● Объединение в единую сеть данных от всех датчиков до уровня планирования, как основы для анализа данных, оптимизации модели и, в будущем, использования искусственного интеллекта. ● Адаптивные системы, которые самооптимизируются в условиях текущего состояния завода. ● Гибкая реакция на возмущения или изменения в планировании. ● Роботизированные и помогающие оператору системы, облегчающие персональный контроль за счет повышения уровня автоматизации. ● Автоматизированная диагностика и техническое обслуживание. ● Современный интуитивный человекомашинный интерфейс (HMI) для эффективной работы и поддержки принятия решений (в случае управления качеством и техническим обслуживанием или путем получения онлайн документации, например). Целями горизонтальной интеграции являются: ● Идеальный контроль и оптимизация всей технологической цепочки («сквозного процесса») производства. ● Интеграция по всей цепи создания дополнительной стоимости продукта, включая различные заводы и общеотраслевые показатели. ● Современный интуитивный человекомашинный интерфейс для поддержки процесса принятия человеком решений в рамках производственного процесса (планирования, изменений в планировании или перераспределения выполняемых заказов). ● Экспертные системы для сквозного управления ноу-хау процесса. В будущем реализация вертикальной и горизонтальной интеграции вычислительных ресурсов в физических процессах с

целью обеспечения их самоорганизации обеспечит сотрудничество автономных, интеллектуальных и модульных блоков в сетях, так называемых киберфизических системах (КФС). КФС основаны на модели виртуального завода и результатах имитационного моделирования производственного процесса в режиме реального времени (рис. 6). Это обеспечит возможность: ● анализировать и оптимизировать производственный процесс; ● адаптировать производство; ● интерпретировать данные и принимать решения; ● сотрудничать с другими КФС. На рис. 7 показан пример киберфизической системы для оптимизации свойств материала горячекатаной стальной полосы в секции водяного охлаждения. Она была разработана специально для современных мощных секций охлаждения с большими объемами охлаждающей воды. Киберфизическая система является идеальным инструментом для гибкого и низкозатратного производства полос широкого размерного сортамента из современных марок стали на полосовом стане горячей прокатки. Эта система имеет следующие особенности. ● Гибкая, расширяемая стратегия охлаждения для сортамента трубных марок сталей, двухфазных и высокоуглеродистых сталей, например. ● Оптимальное технологическое согласование процесса охлаждения с чистовой (отделочной) клетью стана (за счет горизонтальной интеграции). ● Целостное управление на основе модели всей системой охлаждения за счет вертикальной интеграции. ● Высокодинамичная работа прокатного стана с коротким периодом отклика для быстрой переналадки при смене выпускаемого продукта. ● Стабильная работа прокатного стана с большими объемами подачи охлаждающей воды и прокаткой горячекатаных полос толщиной до 25,4 мм. ● Стабильная работа стана горячей прокатки в диапазоне условий низко-температурной прокатки.

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

18 КОНЦЕПЦИЯ «ИНДУСТРИЯ 4.0»

Сляб 1 Производственные данные

Заказ клиента

Отбор образцов

События

После каждого производственного шага

Результаты

Оценка качества онлайн

Определения качества

Фактическое качество

Производственный заказ

Инспекция

Готовые рулоны Сляб 1

Таблица соответствия

?

Заказ качества

Проходит Ждет инспекции

Корректировка, исправление, отбраковка

Холодный рулон

Рис. 8. Сквозной процесс контроля качества (TPQC)

● Встроенный электромагнитный датчик для оценки онлайн микроструктуры и свойств прокатываемого материала. Сквозной контроль качества (TPQC) Сквозная система технологического контроля качества служит для мониторинга, координации и регулирования всего процесса, например, от прокатного стана до технологической линии обработки прокатанных полос. Система работает в режиме реального времени с использованием базы данных и объективных правил. Она сочетает в себе анализ данных с работой экспертной системы (рис. 8) и является важной функцией горизонтальной интеграции на Умном заводе. Основными преимуществами внедрения системы TPQC являются: ● Поддержка в области управления качеством и сертификации (например, по ISO/TS 16949). ● Сокращение объемов ручной инспекции продуктов и дополнительных расходов на исправление брака, а также исключение выпуска продуктов с пониженным качеством. ● Снижение влияния «человеческого фактора». ● Последовательное, синхронизированное хранение данных обо всех продуктах и процессах, заводских данных для анализа, контроля и оперативного управления (рис. 9). ● Автоматическое обнаружение неполадок и классификация технологических Жидкий чугун

DeS

1320 °C

DeP

1340 °C

Горячие рулоны

DeC

LF

Рис. 9. Генеалогия продукта по всей производственной цепочке

отклонений и дефектов выпускаемой продукции. ● Автоматическое формирование компенсационных мер (предупредительно вперед по ходу процесса и по обратной связи). ● Ноу-хау документации в экспертной системе, работающей на основе правил. На рис. 10 показан пример реализации компенсационных мер при отклонении производственного процесса на металлургическом заводе. Экспертная система обнаружила, что температура жидкой стали слишком низкая, поэтому были начаты следующие компенсационные процессы.

1. Немедленная повторная продувка в конвертере, чтобы установить правильную температуру жидкой стали в ковше.

2. Снижение скорости непрерывной разливки на МНЛЗ (в возможных пределах), чтобы приспособиться к измененному материальному потоку.

3. Адаптация цикла производственного процесса в системе планирования. «Дополненная реальность» в области производства, технического обслуживания и услуг Современный, дружественный, удобный человеко-машинный интерфейс (HMI) обеспечивает более стабильную и надежную работу производственной установки за счет: ● четкого понимания сложных процессов в ходе производства; RH-OB

Это сокращает операционные ошибки, позволяет избежать негативного воздействия на качество готовой продукции, доступность заводского оборудования и его производительность. Компания Primetals Technologies спроектировала свои станции управления операторов на основе эргономических критериев и современных программных технологий (как пример, см. рис. 11). Это позволяет обеспечить бесшовную интеграцию 2D и трехмерной 3D информации, видеоизображений, контекстно-зависимых данных диагностики и, таким образом, использовать эту информацию для технологии «дополненной реальности» (позволяющей в режиме реального времени добавлять виртуальные функции к реальным объектам). Дисплей становится контекстно-зависимым, т.е. он отображает только ту информацию, которая действительно важна оператору в настоящий момент. Благодаря удобным мобильным устройствам (смартфонам с камерами) информация может быть использована локально и виртуально. «Дополненная реальность» обеспечивает поддержку обслуживающему персоналу в следующих видах деятельности (рис. 12).

CC

Снижение скорости непрерывной разливки

1620 °C

1680 °C

● поддержки принятия решений оператором; ● повышения эффективности в техническом обслуживании благодаря интуитивной диагностике и получению информации по требованию.

1620 °C

1585 °C

1560 °C

Рис. 10. Пример автоматической реализации компенсационных мер в сталеплавильном производстве

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

Рис. 11. Pure.hmi – современный интуитивно-понятный человеко-машинный интерфейс (HMI) для МНЛЗ

www.steeltimesint.com

КОНЦЕПЦИЯ «ИНДУСТРИЯ 4.0» 19

Мобильные компьютеры Услуги по расширению знаний

PRIMETALS Connect

Визуальная 3D диагностика

Информация по требованию

Повышение эффективности в обслуживании

Рис. 12. Интуитивная диагностика и информация по требованию для поддержки производства и автоматического технического обслуживания

www.steeltimesint.com

Перспективы К сожалению концепция «Индустрия 4.0» не будет доступна «вне-оболочки». Операторы заводов должны сами определить свою собственную конкретную стратегию ее осуществления. Компания Primetals Technologies будет активно помогать заводским операторам в переводе их про-

ие

ул

уч

ш

фу н

кц

ен и

я

ий

Платформы и интероперабельность

ие

ен

ск ол Те хн

Умные услуги В будущем аналитические данные и программное обеспечение позволят производителям заводов и операторам разрабатывать новые бизнес-модели и цифровые услуги, так называемые Умные (интеллектуальные) услуги. Для заводских операторов преимуществом может быть оптимизация их восходящей «цепочки» добавленной стоимости для более точной фокусировки на требования клиента, например, при производстве высокоэффективных индивидуализированных продуктов. Это потребует введения описанной выше системы сквозного технологического контроля качества на базе норм и допусков для обеспечения воспроизводимых сортов продукции. Для изготовителей заводов и заводских операторов новые бизнес-модели могут стать основой для партнерства по всему жизненному циклу. Например, «машина как услуга» – с гарантированными производственными показателями машины, включающая постоянную под-

ир

Бесшовное связывание данных от человеко-машинного интерфейса, систем мониторинга состояния, диагностики, систем автоматизация и онлайн документооборот обеспечивают эффективный поиск неисправностей и быстрый, прямой доступ к требуемой информации. Это сокращает время поиска неполадок, снижает количество ошибок и ошибочных идентификаций, приводит к общему повышению эффективности технического обслуживания.

держку технического обслуживания со стороны поставщика оборудования. Преимущество для поставщиков машин заключается в возможности проведения сравнения и оптимизации производственных характеристик их машин или компонентов, установленных на территории различных клиентов. Это позволяет непрерывно совершенствовать предлагаемый продукт, повышать производственные показатели машины, минимизировать требования к техническому обслуживанию своих машин. Это ускоряет введение вышеуказанных услуг на базе анализа больших данных для постоянного мониторинга производственных показателей машины. Решение Primetals Connect Cloud – пример облачного сервиса для сравнения потенциала работы разных металлургических заводов (рис. 13). В этом пилотном проекте провели сравнение и подвергли нейтральному эталонному тестированию (бенчмаркингу) условия и показатели производства чугуна на нескольких заводах. Результаты стали доступны для заводских операторов.

Ра сш

● Надежная идентификация заводских компонентов в технологической линии, например, с помощью RFID-бирок или QR-кодов. ● Проверка точной установки расположения датчиков и исполнительных механизмов с визуализацией трехмерного (3D) контента. ● Проверка последовательностей в виде анимационных дисплеев. ● Извлечение текущих и диагностических данных из системы автоматизации. ● Получение необходимой документации в режиме онлайн.

Рис. 13. Пример облачного решения «Connect Cloud Solution» компании Primetals Technologies

ог ич е

Любые данные, в любом месте, в любое время

Рис. 14. Полный пакет для промышленного внедрения концепции «Индустрия 4.0»

изводственных мощностей на цифровой уровень с помощью предлагаемого портфолио элементов и услуг. По нашим оценкам, чисто автоматизированные системы и IT-системы или модернизированные/обновленные платформы не могут быть достаточными для проведения таких структурных преобразований. Необходим полный пакет, предлагающий дополнительные технологические и функциональные усовершенствования. Кроме того, объединение с существующими системами (интероперабельность) должно проводиться постепенно шаг за шагом в процессе модернизации без остановки производства (рис. 14). Технологические усовершенствования будут достигнуты за счет мощных киберфизических систем, а также за счет функциональных расширений, благодаря современным системам, оказывающим помощь в повышении эффективности производства, технического обслуживания и последовательного контроля качества. Портфолио модернизации производства с цифровым преобразованием компании Primetals содержит все эти элементы. Это означает, что можно начинать преобразование данных в цифровую форму для пакетов малых масштабов и поэтапно внедрять в управление модернизированные проекты. Результатом станет измеримое повышение производительности и показателей предприятия. Сосуществование устаревших производственных установок и новейших систем будет обеспечиваться за счет интерфейсов. Это позволит заводским операторам получить первоначальный опыт в пилотных проектах «Умных предприятий» и активно проводить оцифровку данных для собственных нужд. Компания Primetals Technologies будет продолжать расширять портфолио и ассортимент своей продукции с учетом требований клиентов и обеспечения совместимости с будущими платформами концепции «Индустрия 4.0». Сейчас самое подходящее время, чтобы приступить к внедрению концепции «Индустрия 4.0» в промышленное производство, начать разработку новых бизнес-моделей для будущего, основанных на этой концепции. n

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

20 ПРОФИЛЬ КОМПАНИИ: FIVES

Разработчик инновационных решений для металлургии Группа Fives стремится к повышению своего творческого потенциала и развитию культуры «открытых инноваций».

Fives считает, что предложение заказчикам надежного технологического оборудования является лишь частью комплексного решения, поскольку приоритетом для металлургов является совершенствование операционной деятельности. Мэттью Моггридж, редактор журнала Steel Times International, встретился в Париже для интервью со Стефаном Мерэном, вице-президентом по продажам и маркетингу дивизиона «Металлургия» международной группы Fives.

ЗА ПОСЛЕДНЕЕ десятилетие оборот группы Fives вырос практически вдвое: объем продаж в 2015 году достиг 1,7 млрд евро, а численность персонала превысила 8300 человек в 30 странах мира. Группа успешно осуществляет свою деятельность в пяти ключевых секторах экономики: авиастроении и высокоточной механообработке; автомобилестроении и логистике; цементной отрасли; энергетике и, конечно, металлургической и стекольной промышленности, где она предлагает технологические решения и оборудование для производства стали, алюминия и стекла. По мнению Стефана Мерэна, опыт группы в промышленном инжиниринге в различных отраслях промышленности обеспечивает глобальное видение и является постоянным источником инноваций. «Для металлургических предприятий наша группа – не просто комплексный поставщик «от А до Я». Наша главная цель заключается в том, чтобы помочь заказчикам повысить эффективность деятельности их предприятий и улучшить производственные показатели», – поясняет он. На фоне текущего экономического спада и пессимизма, охватившего черную металлургию в мире – при существующем кризисе перепроизводства и проблемах ценообразования – тем не менее, возникают проблески надежды и, как это ни парадоксально, учитывая текущие геополитические вызовы, позитивные новости приходят из стран Ближнего Востока. Черная металлургия Ирана С отменой санкций в отношении Ирана в стране появляется новый рынок для промышленных инжиниринговых групп, желающих поставлять современные производственные технологии для расширения возможностей местных производителей, питающих поистине глобальные амбиции. Мерэн описывает Иран как рынок с большим потенциалом, заинтересованный в увеличении производственных возможностей. Иран ощущает себя на гребне новой волны производства стального проката для автомобилестроения, и, по мнению Мерэна, в стране вскоре может возникнуть высокий внутренний спрос на автомобильный лист. «Именно здесь мы могли бы стать ключевым игроком на этом рынке», – говорит он.

Конкуренция за участие в развитии нового бизнеса в Иране будет очень жесткой. Steel Times International в своем недавнем обзоре показала, что уже сегодня многомиллионные контракты, заключаемые ведущими европейскими поставщиками производственных технологий, поражают воображение. Что касается Китая, то рост национальной черной металлургии был технологически ориентированным, подчеркивает Мерэн. Разрушение мифа «Китай никогда не покупал дешевых технологий. В свое время страна приняла решение приобретать наилучшие технологии из существующих. Иногда бывает весьма трудно добиться права на участие именно в китайском проекте, потому что потенциальный заказчик в Китае подчеркнуто делает упор на инновации», – говорит он. «За последние 15 лет Китай приобрел наилучшие в своем классе технологии», – считает Мерэн. Он также подчеркнул, что китайцы не производят низкокачественной стальной продукции и не используют низкосортного оборудования. Он рассказал, что долгосрочное успешное сотрудничество группы Fives с корпорацией Baosteel, продолжающееся уже более 12 лет, возникло благодаря тому, что удалось доказать, что Fives является подходящим технологическим партнером. «Они [китайцы] всегда хотели получать наилучшие технологии на наилучших условиях. Они разработали конкурентоспособные и качественные марки сталей, чтобы быть успешными на внешних рынках», – считает он.

2015 год был очень трудным годом для металлургов, которые смотрят на 2016 год с большой надеждой на то, что он может стать переходным периодом. Поскольку Китай сегодня делает шаги по сокращению объемов производства, а европейские и североамериканские антидемпинговые и компенсационные пошлины подталкивают его к этому, появляется надежда, что постепенно влияние избыточных мощностей Китая на мировую сталелитейную промышленность будет снижаться, и что металлургические предприятия смогут улучшить свои финансовые показатели. Большой вопрос, однако, сколько это займет времени, и будет ли черная метал-

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

Линия обработки стального проката Fives на заводе корпорации Baosteel, Китай

лургия способна отступить от пропасти и перестроиться? «На протяжении многих лет мы занимали большой сегмент китайского рынка. С 2003 по 2014 годы – и даже в прошлом году – мы успешно реализовали ряд проектов в Китае. За последнее десятилетие мы ввели в эксплуатацию 32 проекта: линии обработки стального плоского проката и вертикальные печи для линий. В настоящее время мы реализуем еще 11 подобных проектов, в основном в Китае», – сказал Мерэн. Индия Несмотря на то что из-за влияния Китая развитие черной металлургии других стран значительно замедлилось, в мире есть регионы, на которые все смотрят с надеждой, как например, Индия. В прошлом году группа Fives получила заказы на строительство в общей сложности четырех нагревательных печей от Индийской государственной металлургической компании Steel Authority of India Ltd. (SAIL) и еще от одной крупной индийской металлургической компании. «Поскольку Индия стремится снизить свою зависимость от импорта высококачественных марок стали, мы полагаем, что в стране будет построен целый ряд технологических линий обработки стального проката для автомобилестроения», – объясняет Мерэн. Группа Fives – далеко не новичок на рынке. Компания насчитывает 200-летнюю историю, из которых 150 лет работает в металлургии в разных странах мира. «Новаторский опыт заложен в ДНК группы Fives. Во многих областях мы были первыми и выводили на рынок новые техноwww.steeltimesint.com

ПРОФИЛЬ КОМПАНИИ: FIVES 21

логические решения», – говорит он. Мерэн подчеркивает, что группа Fives – гораздо больше, чем просто разработчик и поставщик технологий. «Мы предлагаем нашим заказчикам надежные решения для конкретных потребностей – решения, которые основаны на передовых технологиях собственной разработки», – подчеркивает он. Основной стратегической задачей группы является разработка технологий, направленных на улучшение качества выпускаемой продукции, оптимизацию капитальных и текущих затрат и улучшение показателей производительности предприятия. «Прежде всего, мы стремимся передать нашим заказчикам экспертные знания и высококачественную техническую поддержку так, чтобы поставленное нами оборудование обеспечило заказчику достижение тех ключевых производственных показателей, на которые он рассчитывает», – говорит Мерэн. Технологический процесс В 2012 году группа Fives приобрела компанию KEODS, специалиста в области предоставления технической поддержки производителей автомобильных марок сталей и поставщика решений для автоматизации контроля качества металлургических предприятий. Таким образом, Fives обсуждает со своими заказчиками не только поставки оборудования, но и вопросы, связанные с технологическим процессом - как эффективнее наладить производство необходимых марок стали. Компания KEODS известна экспертными знаниями в отношении всей технологической цепочки металлургического производства; она также осуществляет аудит технологического процесса и предоставляет решения для достижения требуемого качества поверхности проката. Недавний контракт, подписанный с металлургическим комбинатом Baotou (автономный район Внутренняя Монголия, Китай), как раз нацелен на расширение сортамента стальной продукции для автомобилестроения. Компании Fives и Baotou подписали договор о сотрудничестве сроком на 10 лет, который предусматривает передачу технологического и производственного опыта, охватывающего процессы по всей технологической цепочке производства автолиста: выплавку стали, горячую прокатку, травление, холодную прокатку, отжиг и горячее цинкование. «Используя опыт компании KEODS, мы предоставляем заказчику комплексное решение, оказываем поддержку в процессе получения требуемого уровня качества выпускакмой продукции, а также в области маркетинга автомобильного проката», – сказал Мерэн. Компания KEODS является частью глобального предложения группы Fives для металлургических предприятий: такие экспертные знания позволяют расширять www.steeltimesint.com

Стефан Мерэн (Stéphane Mehrain), вице-президент по продажам и маркетингу, дивизион «Металлургия», международная группа Fives

рамки совместной работы с заказчиком в области производства и эксплуатации. Это уже не просто поставка надежного оборудования. «Наша цель заключается в повышении конкурентоспособности наших заказчиков, снижении капитальных затрат и оптимизации текущих расходов. Мы надеемся, что рынок это оценит», – сказал он. Группа Fives заинтересована в том, чтобы ее решения приносили предприятиям производственные и экономические преимущества. «Мы предлагаем контракты на достижение реальной эффективности производства, при этом часть суммы контракта выплачивается по факту подтверждения показателей работы оборудования», – подчеркивает он. В конечном счете, стратегия компании состоит в выстраивании с заказчиком долгосрочных отношений. Так для компании POSCO на заводе Gwangyang в Южной Корее группа Fives поставила две вертикальные печи в составе линий горячего цинкования для производства автомобильного проката. Еще одна печь находится в стадии строительства в настоящее время. Причем для нового проекта – линии непрерывного горячего цинкования №7 для автомобильного проката – заказчик настаивал на использовании самой совершенной технологии нагревательных печей. «На этих линиях производится оцинкованный прокат высочайшего класса для автомобильной промышленности, один из лучших на рынке», – сказал Мерэн. Группа Fives построила четыре линии обработки стальной полосы «под ключ» и девять вертикальных печей для корпорации Baosteel, получая регулярно в течение последних 12 лет заказы от крупнейшего китайского производителя стали. Компа-

ния также имеет тесные партнерские отношения с такими китайскими металлургическими предприятиями, как WISCO, TISCO, Baotou и Shougang. Появление альтернативных материалов для автомобилестроения, таких как углеродное волокно и алюминий, активно побуждает производителей стали к внедрению инноваций. Мерэн утверждает, что в то время как алюминий всегда будет играть определенную роль в автомобильной промышленности, он никогда не сможет в полной мере заменить сталь. «Очень сложно провести радикальную замену материала в целой отрасли, поскольку это повлияет на всю цепочку производства и обслуживания. Автопроизводители постоянно ищут способы снижения веса автомобилей – а алюминий более легкий металл, – что вынуждает металлургов усиленно работать над производством новейших и передовых продуктов на основе высокопрочных марок стали», – сказал Мерэн. Качество продукции является главным фокусом стратегии группы Fives. «Если говорить о прогрессивных сталях повышенной прочности (AHSS) и появлении новых марок стали, то нужно отметить, что это направление очень динамично развивается, как в отношении качества стали, так и с точки зрения развития новых технологий», – добавил он. Быстрое охлаждение Для производства высокопрочного стального проката критически важен процесс быстрого охлаждения стальной полосы в вертикальных печах – технология, которую группа Fives развивает на протяжении последних 15 лет. В 1999 году Fives впервые поставила для завода компании British Steel (теперь Tata Steel) в Порт-Талбот (Южный Уэльс, Великобритания) новую технологию быстрого охлаждения, основанную на использовании атмосферы с содержанием 50 % водорода, что существенно улучшило процесс охлаждения. Для трех последних линий непрерывного цинкования компании POSCO для производства автолиста группа Fives разработала инновационную технологию сверхбыстрого охлаждения

Нагревательные печи Stein Digit@l Furnace, Выксунский металлургический завод, ОМК

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

22 ПРОФИЛЬ КОМПАНИИ: FIVES

FlashCooling с 75 % водорода и скоростью охлаждения около 200 °С в секунду. Все прочие поставщики повышают содержание водорода в охлаждающей атмосфере не более чем до 30 %. Кроме этого, компания предлагает полный спектр оборудования, разработанного на основе технологии «мокрого» сверхбыстрого охлаждения Wet FlashCooling. «Вместо формирования сухой охлаждающей атмосферы мы подаем азот с водяным туманом, что обеспечивает эксплуатационную гибкость с точки зрения управления скоростью охлаждения, контроля температурного цикла и равномерности охлаждения». Технология сверхбыстрого охлаждения Wet FlashCooling заменила более традиционную технологию водяной закалки полосы. Новейшая технология была внедрена на уже действующей линии непрерывного отжига на заводе Gwangyang Steelworks компании POSCO. Последние современные линии способны производить более 40 различных марок стали, однако было бы справедливо сказать, что многие производители стали просто не могут позволить себе отказаться от уже существующих производственных линий и строить новые. Операционная гибкость Низкие цены и снижение рентабельности, вызванные наплывом недорогого импорта стали из Китая, негативно отразились на металлургах; в этих условиях адаптивность и операционная гибкость становятся решающими факторами производства. «Одна из ключевых проблем заключается в том, как адаптировать существующие производственные мощности и реорганизовать производственный процесс для удовлетворения быстро меняющихся требований мирового рынка в отношении марок стали, объемов производства и использования различных видов топлива», – считает Мерэн. «Мы накопили большой опыт в этой области, главным образом в Азии и Китае, где металлургические комбинаты используют сгенерированное на заводе топливо для нагрева печей и технологических линий. Опираясь на этот опыт, мы разработали полный спектр горелочного оборудования на базе горелок AdvanTek. Обширные знания в области процесса горения и наличие собственного ассортимента горелок – стратегия группы Fives. Мы считаем, что управление процессом горения и конструкционные особенности печи являются определяющими факторами для эффективной работы всего технологического процесса», – сказал Мерэн.

Cистемы горения Fives AdvanTek с радиантными трубами на 20 % эффективнее по сравнению с другими решениями, существующими на рынке, считает группа Fives. «У нас даже есть горелочные системы, которые могут использовать более одного

Горелки AdvanTek®

вида топлива и способны переключаться автоматически для перехода с одного вида топлива на другой», – подчеркнул он. «Важно отметить, что основная цель нашей стратегии – обеспечить заказчиков максимально эффективными технологическими решениями», – сказал он. Экологические вызовы Экологические показатели производственной деятельности металлургических заводов являются одним из ключевых направлений для группы Fives. 25 % программы научных исследований и разработок Fives посвящены экологическим аспектам. Сокращение вредных выбросов и снижение энергопотребления – основные задачи для Fives. Мерэн привел в пример поставку двух нагревательных печей для стана горячей прокатки полосы для компании Allegheny Technologies (США). Компания производит специальные стали для различных рынков, поэтому эксплуатационная гибкость имеет решающее значение. Группа Fives поставила две нагревательные печи с импульсным управлением «включение/ выключение» процессом горения – то есть управление пульсирующим пламенем каждой горелки производится индивидуально. «Вы спросите, почему это лучше? Процесс управления пламенем полностью подчинен задаче обеспечения наилучшей производительности в сочетании с оптимизацией энергопотребления и снижением выбросов NOx», – пояснил Мерэн, и добавил, что при данном подходе обеспечивается равномерность нагрева, высокое качество продукции и эксплуатационная гибкость. Инновации По словам Мерэна, деятельность группы Fives охватывает различные отрасли промышленности, что способствует формированию творческой среды с точки зрения технологического развития. Каждый сотрудник группы Fives может быть удостоен награды, которую компания ежегодно присуждает в области инноваций. «Это очень важно, поскольку таким образом мы получаем возможность использовать результаты индивидуального творчества и применять идеи из одной отрасли для другой, что помогает нам расширить кругозор. Мы стремимся к тому,

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

чтобы наша долговременная программа НИОКР отвечала самым актуальным и острым требованиям современной промышленности и рынка», – сказал он. Изменение стратегии Мерэн описал Fives как гибкую, бизнесориентированную организацию. «Мы решили, что необходимо правильно расставлять приоритеты для того чтобы быть ближе к потребностям рынка. Мы стараемся добиться оптимального сочетания между краткосрочными программами ближайшей перспективы и программами, нацеленными на разработку прорывных решений, чтобы иметь возможность своевременно реагировать на вызовы рынка и быть к ним заранее готовыми, и иногда мы даже опережаем рынок». Нынешний кризис сказывается на мировой черной металлургии во многих отношениях, побуждая дальновидных поставщиков технологий к изменению стратегии. Группа Fives заметно изменила подход к проведению научных разработок и исследований. В то время как до кризиса акцент делался в основном на технические аспекты, то теперь группа концентрируется на оказании металлургам содействия в улучшении их производственных показателей. «Это означает, что наши исследования и опытно-конструкторские работы будут направлены не только на обеспечение технического совершенства разрабатываемого оборудования, но также будут нацелены на достижение наивысшей производственной эффективности с наименьшими затратами. Цель группы Fives – обеспечить своим заказчикам возможность добиться более высоких производственных показателей при наименьших затратах, и главная привлекательность этого подхода состоит в том, что чаще всего нам удается достичь двух этих целей одновременно», – сказал Мерэн. Производственная эффективность Другими словами, речь идет не только о конкурентоспособности в отношении цен и капитальных затрат, но также об оптимизации текущих эксплуатационных расходов или производственной эффективности. Заглядывая вперед, Мерэн оптимистично оценивает развитие мировой металлургии. «Я весьма оптимистично смотрю на будущее черной металлургии и группы Fives благодаря тому, как мы позиционируем себя. За всю свою 200-летнюю историю группа Fives всегда развивала свой бизнес так, чтобы адаптироваться к текущим тенденциям развития промышленности и нуждам рынка. Наша сегодняшняя задача – предложить рынку высокотехнологичные решения для производства продукции с высокой добавленной стоимостью и обеспечить заказчику условия для высокой производственной и экономической эффективности бизнеса», – подчеркнул он. n www.steeltimesint.com

ДОМЕННЫЕ ПЕЧИ 23

Конструкция холодильников для доменных печей Компания Primetals с самого начала принимала участие во внедрении и использовании на доменных печах завода в Редкаре компании British Steel (Великобритания) чугунных плитовых холодильников с середины 1970-х годов, и позднее – медных холодильников, с 1990-х годов до наших дней. Накопленный практический опыт в сочетании с базовым технологическим проектированием компании гарантирует, что огнеупорная кладка доменной печи и системы охлаждения кожуха, как и детализованная конструкция охлаждающих панелей, обеспечивают правильное и надежное решение для производителей чугуна по всему миру. Комбинированное решение обеспечивает длительную кампанию, низкие эксплуатационные расходы и высокую производительность доменной печи. Мартин П. Смит, Джереми Флетчер, Ричард В. Харви, Роберт Хорвуд*

ОХЛАЖДЕНИЕ стального кожуха доменной печи водой стало новым вызовом для проектов доменных печей с конца 19 века. Для решения этой задачи было разработано множество видов чугунных коробчатых холодильников с трубами для циркуляции охлаждающей воды, периферийных холодильников с чугунными плитами между кожухом и футеровкой печи, холодильников внутри кладки с каналами для циркуляции воды. К середине 20-го века на доменных печах стали широко использовать чугунные плитовые холодильники, которые впервые были разработаны в Советском Союзе, а затем в Японии. В 1970-х годах были приняты чугунные плитовые холодильники и современный метод охлаждения кожуха доменной печи с напорным контуром воды (с принудительной циркуляцией). По мере развития строительства более крупных печей с максимальной производительностью стало очевидно, что чугунные холодильники быстро изнашиваются в высокотемпературных зонах печи. В конце 1980-х и начале 1990-х годов для использования в таких зонах интенсивного теплового потока доменной печи – заплечиках, распаре и нижней части шахты – были разработаны медные водоохлаждаемые плитовые холодильники. На рубеже прошлого века стандартом современного дизайна системы охлаждения доменной печи стала комбинация медных холодильников с чугунными холодильниками. Система охлаждения доменной печи Применение более надежных и долговечных медных холодильников в зонах интенсивного теплового потока доменной печи быстро расширялось с рубежа веков. По мере увеличения числа таких установок на некоторых металлургических заводах начали проявляться проблемы эксплуатации, связанные с отказами системы водяного циркулирующего охлаждения из-за воздействия теплового расширения.

Позже стали регистрировать отказы из-за преждевременного износа и самих холодильников. Это поставило вопрос о развитии концепции длительно работающей конструкции, хотя на практике многие металлургические заводы до сих пор продолжают работать без подобных проблем. Включение медных холодильников в систему водяного охлаждения доменной печи не может рассматриваться как просто установка отдельных элементов общего оборудования. Компания Primetals рассматривает это как составную часть общего решения доменной печи. Проектирование начинается с обеспечения наиболее подходящего (оптимального) профиля доменной печи, что достигается с помощью набора эмпирически установленных правил, которые были разработаны и развиты в ходе многолетнего опыта работы с различными концепциями охлаждения и философиями эксплуатации доменных печей. Успешно продолжающаяся долговременная работа медных холодильников, установленных компанией Primetals, доказала, что правила их проектирования и установки позволяют надежно реализовывать концепцию оптимального профиля доменной печи. Применение решения с медными холодильниками обеспечивает наибольшие преимущества в ситуациях, когда требуется полная замена огнеупорной кладки с остановкой доменной печи. В этих условиях меньшая толщина устанавливаемых медных холодильников обеспечивает получение более тонкой огнеупорной кладки шахты, что позволяет значительно увеличить рабочий (полезный) объем доменной печи (особенно в случае замены плитовых холодильников). Однако это преимущество следует рассматривать в сочетании с некоторыми возможными последствиями, которые могут негативно повлиять на профиль печи. Только после того, как будет установлен наиболее пригодный для данной производственной среды профиль домен-

ной печи, можно переходить к детальному проектированию холодильников. После установления оптимального профиля можно принимать окончательное решение по концепции охлаждения печи с учетом размеров и необходимого количества холодильников. Опять же, ситуация с полной заменой огнеупорной кладки печи может существенно повлиять на такие решения, как локальное размещение холодильников при монтаже с максимально возможным повторным использованием уже существующих отверстий в кожухе печи для установки подвесных болтов и труб подвода воды. Применение медных холодильников также требует внедрения надежного контура напорного водяного охлаждения с достаточно точным ежедневным мониторингом условий эксплуатации системы охлаждения, обеспечивающего стабильность температуры кожуха печи. Опять же, компания Primetals рассматривает все возможные решения для определения наилучшей концепции охлаждения, которая может быть внедрена на конкретной доменной печи с учетом удовлетворения поставленных требований и существующих ограничений. Типичное решение контура охлаждающей воды приведено на рис. 1. Оно включает в себя замкнутый напорный контур охлаждающей воды с использованием химически обработанной (смягченной) воды. Это гарантирует, что качество и химсостав воды в контуре холодильников можно легко контролировать и регулировать. Деминерализованная вода также может стать приемлемым вариантом для контура охлаждения, но он считается более дорогим и не имеет реальных преимуществ в практическом плане с точки зрения производительности. Расширительный бак в замкнутом контуре водяного охлаждения позволяет точно регулировать внутреннее давление воды в контуре, чтобы избежать парообразования и утечки газа, он также является ключевым

*Martin P. Smith, Jeremy Fletcher, Richard W. Harvey, Robert Horwood – компания Primetals Technologies Ltd, 7 Fudan Way, Thornaby, Stockton-on-Tees, TS17 6ER, Великобритания. Тел: +44 (0) 1642 662203 www.steeltimesint.com

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

24 ДОМЕННЫЕ ПЕЧИ

Сосуд для разделения газа

Вода вторичного контура охлаждения Вода вторичного контура охлаждения

Азот (N2)

Вода вторичного контура охлаждения

Вспомогательная система обнаружения утечки воды в контуре

Азот (N2) Азот (N2)

Расширительный бак с управлением давлением и контролем уровня

Расширительный бак с управлением давлением и контролем уровня

Расширительный бак с управлением давлением и контролем уровня

Рис. 1. Схема системы охлаждения доменной печи водой с замкнутым контуром

Рис. 2. Схема системы охлаждения доменной печи с оптимизированным расходом воды

Рис. 3. Схема системы охлаждения доменной печи водой с замкнутым контуром

элементом в подходе к обнаружению утечек из системы. При разработке схемы контура охлаждения компания Primetals применяет подход с установкой небольшого вертикального резервуара высокого давления, который выполняет роль устройства обнаружения утечек в контуре, а сам сосуд в контуре может рассматриваться как исходная точка контроля давления. Роль разделения газа не является рассматриваемой Primetals частью проекта схемы контура. Физическое положение сосуда высокого давления зависит от имеющегося давления азота, при этом явное предпочтение отдается местонахождению резервуара на уровне земли вместе с циркуляционными насосами. При этом существует много вариантов этой концепции, которые могут быть скорректированы с учетом конкретных заводских условий. В общем, сложность системы охлаждения может быть повышена за счет разделения контуров циркуляции воды в таких областях, как лещадь печи, медные холодильники и чугунные холодильники. Такое разделение обеспечивает преимущества для мониторинга и обнаружения утечек, но увеличивает капитальные затраты. На рис. 2 показан один из таких контуров, успешно реализованный для соответствия местным условиям с низкой доступностью охлаждающей воды, где в зоне медных холодильников была создана двухконтурная водоохлаждающая система. Идея заключалась в снижении расхода воды в этой области наполовину того расхода, который нужен при базовых требованиях к разработке конструкции медных холодильников. Опция обеспечивает дополнительное преимущество за счет сокращения трубопроводов вокруг области фурм, которая могла бы быть полезной в сценариях проектов с заменой кладки печи, когда затруднения в реализации нескольких фронтов различных работ могли бы привести к появлению «узких мест» в ходе выполнения проекта. Во всех конструкциях мониторинг теплового потока и обнаружение утечек

имеют первостепенное значение. Тепловой контроль потока в самом простом смысле связан с измерением расхода и температуры по зонам. Опять же, необходимо учитывать соотношение между затратами и необходимым уровнем обеспечения рабочей системы. Потребности зонального подхода с точки зрения инструментов должны быть, конечно, согласованы с принятым расположением трубопроводов. Вертикальные и горизонтальные (кольцевые или окружные) зоны являются нормой для проектов Primetals, хотя и нет какого-либо жестко применяемого правила к любому конкретному проекту, а существует четко выраженное желание согласовать с заказчиком все, что ему требуется. В то время как процесс мониторинга теплового потока можно суммировать в виде комбинации измерений температуры и скорости циркуляции воды, обнаружение утечек представляет собой гораздо более широкую и интересную тему для обсуждения. Сосуд высокого давления, описанный ранее, является сердцем подхода Primetals к анализу обнаружения утечек. Любая утечка в контуре воды приводит к потере объема воды и, следовательно, потере уровня в сосуде. Выбор вертикального резервуара связан со стремлением получить максимальную чувствительность к изменению объема. В системе управления могут быть сконфигурированы аварийные сигналы, позволяющие уведомить оператора об изменении уровня воды сверх установленной нормы, что скорее всего, означает утечку. Это, конечно, запускает процесс поиска причины и устранения этой утечки (рис. 3). При устаревшей конфигурации системы с открытым контуром водяного охлаждения утечку можно было идентифицировать по изменению характеристик возврата воды в промежуточный ковш. Этот процесс полагался на мастерство оператора. Современные печные системы компании Primetals перекладывают бремя ответственности на систему управления, опираясь на опыт оператора только в фоновом режиме. Решения по обнаружению

места утечки могут варьироваться и начинаться от простого ручного вмешательства, чтобы постепенно изолировать элементы контура (рис. 4) и проверить целостность давления по вспомогательным параметрам цепи, в которой для переключения групп элементов или отдельных элементов и выключения основной цепи воды могут быть использованы ручные или автоматические клапаны. Дальнейшие усложненные уровни решения могут быть реализованы с автоматической проверкой давления, выполняемой вне контура (все элементы процесса обнаружения утечки инициируются оператором из основного поста управления). От простой начальной точки уровня объема воды, необходимого для охлаждения элемента холодильника, основанной на скорости циркуляции воды в канале определенного поперечного сечения на уровне 1,8 м/с, реальная разработанная система охлаждения может быть реализована с учетом требований заказчика с точки зрения эксплуатационных преимуществ и капитальных затрат.

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

Новое решение для доменной печи Стандартная конструкция холодильника компании Primetals разрабатывалась многие годы и имеет множество ключевых особенностей, которые позволяют обеспечить длительный срок эксплуатации и оптимальную эффективность. Стандартный холодильник легко вписывается в кожух новой доменной печи. Стандартные параметры конструкции наряду с использованием программного обеспечения 3D CAD позволяют разрабатывать идеальную конструкцию в весьма сжатые сроки. На рис. 5 показана типичная конструкция медного холодильника в области шахты доменной печи. 3D модели холодильника используют для анализа конструкции и для интеграции его в полную модель заводской доменной печи, когда методики монтажа становятся более наглядными за счет создания 3D фильмов, демонстрирующих, каким образом должны быть установлены холодильники. www.steeltimesint.com

ДОМЕННЫЕ ПЕЧИ 25

Рис. 4. Конструкция контура водяного охлаждения доменной печи

Доменные печи № 3 и 4 компании JSW Два наиболее впечатляющих примера установки медных холодильников, которые были разработаны Primetals для кожуха новой доменной печи, находятся на заводе JSW в Индии. Это были две крупных доменных печи, которые были введены в эксплуатацию в 2009 и 2011 годах соответственно. Их системы охлаждения состоят из комбинации чугунных и медных холодильников на всей доменной печи от лещади до колошника. Пять рядов медных холодильников установлены в зонах высокого теплового потока – заплечиках, распара и нижнего участка шахты – и обладают ключевыми особенностями, присущими холодильникам Primetals. Четыре входа трубных соединений в корпусе холодильника питают четыре вертикальных канала водяного охлаждения до верхней части холодильника, где расположены четыре выхода трубных соединений. Для обеспечения возможности небольшого перемещения холодильников во время работы относительно кожуха вокруг медных труб установлены компенсаторы. Подвесные фиксирующие болты, которые изначально используются для установки холодильников, также располагаются по углам холодильника, чтобы минимизировать появление эффекта «банана», который проявляется в случае, когда углы холодильника упираются в печь. Для контроля перемещения холодильника, когда он испытывает повышенные температуры и расширяется, устанавливают направляющие и фиксирующие штифты. Стационарный штифт является единственной неподвижной точкой установленного холодильника, а направляющий штифт контролирует перемещение холодильника в нижней части для исключения его наклона в осевом направлении к центру доменной печи. При проектировании кожуха новой доменной печи дизайнер имеет большую свободу в использовании типичной и стандартной конструкции холодильника. www.steeltimesint.com

Рис. 6. Существующие отверстия в кожухе доменной печи в Редкаре

Рис. 5. Стандартный медный холодильник компании Primetals

Как обычно, особое внимание должно быть уделено огнеупорной кладке доменной печи. В проекте новой доменной печи компания Primetals учитывает критичность этого этапа, который, как показывают примеры других конструкций доменной печи по всему миру, может оказать отрицательное влияние на производительность и срок службы медных холодильников. Решения с заменой огнеупорной кладки доменных печей Компания Primetals успешно решила задачу разработки медных холодильников, которые можно интегрировать в кожух существующей доменной печи. Кожух доменной печи, состоящий из плитовых холодильников или более старых чугунных холодильников, вызывает при их замене много проблем и конструктивных ограничений, которые необходимо быстро преодолеть. Для проектов, которые включают такую модернизацию с остановкой доменной печи, первостепенное значение придается сокращению времени простоя и временным ограничениям. Минимизация любых работ и требуемых изменений в кожухе доменной печи имеет жизненно важное значение.

Замена огнеупорной кладки доменной печи на заводе компании SSI в Редкаре Доменная печь на металлургическом заводе в Редкаре (Великобритания) была законсервирована в 2010 году. Этот завод расположен недалеко от проектного центра компетентности по доменным печам компании Primetals, поэтому такое состояние завода было сразу отмечено специалистами. Когда компания SSI приобрела доменную печь и объявила, что планирует вернуть ее в работу, это вызвало большую радость. Заменяемые медные холодильники имели четырехрядное размещение внутри печи. На этой большой доменной печи существующая схема установки включала 48 холодильников в каждом ряду. При этом, в предыдущей кампании печи эти холодильники испытывали проблемы с изгибом и имели довольно большую ширину. Компания Primetals предложила заменить каждый ряд из 48 холодильников на ряд из 72 холодильников, тем самым уменьшив их индивидуальную ширину, что позволит снизить любые перемещения холодильника в процессе эксплуатации печи. Существующие в кожухе печи отверстия, которые предназначались для крепления старых чугунных холодильников, стали большим вызовом этого проекта модернизации с внедрением медных холодильников с другими размерами корпуса и расположением отверстий. Кроме этого, стояла задача повторного использования уже существующих в кожухе печи отверстий, чтобы свести к минимуму переделки в кожухе. Существующие отверстия в кожухе доменной печи отчетливо видны на рис. 6. Расположение существующих отверстий было точно измерено для их повторного использования, а в дальнейшем в каждом ряду к ним были добавлены стержни износа медных плит. Применение фиксирующего штифта холодильника в качестве дополнительного инструментария вместе с медными стержнями контроля износа устранило необходимость сверления большего количества отвер-

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

26 ДОМЕННЫЕ ПЕЧИ

стий в кожухе печи и, следовательно, обеспечило сокращение сроков реализации всего проекта. Предложение по использованию всех уже существующих отверстий в кожухе печи и сверление новых для подгонки стандартной конструкции не было практически важным решением, гораздо большую важность имел наискорейший ввод доменной печи обратно в эксплуатацию. Эти требования были успешно реализованы с окончательной установкой холодильников (рис. 7). Доменная печь № 2 на заводе Ternium Завод Ternium Siderar был остановлен в 2012 году для замены огнеупорной кладки доменной печи. Из-за плохого состояния холодильников, установленных на печи несколько лет назад, пришлось завершить кампанию печи намного раньше планируемого срока. За довольно короткий период эксплуатации печи ряд медных холодильников подвергся экстремальному износу. В некоторых местах наблюдался износ водоохлаждающих каналов, что заставило эксплуатирующую команду реализовать некоторые инновационные замыслы для сохранения доменной печи на ходу. Поскольку на доменной печь уже были установлены медные холодильники в последней кампании, то это несколько упростило внедрение на ней холодильников стандартной конструкции Primetals. Благодаря использованию уже существующих отверстий для болтов, отверстий для подвода труб и отверстий для фиксирующих штырей, были минимизированы необходимые модификации и практически сохранено существующее состояние кожуха печи. Добавление направляющего штифта на каждом холодильнике потребовало сверления только одного дополнительного отверстия в кожухе доменной печи. Из-за серьезного характера износа, который произошел в предыдущей кампании, было принято решение обеспечить дополнительную защиту горячей лицевой поверхности. Для этого при укладке холодильников были добавлены огнеупорные вставки. Чтобы обеспечить максимально

Рис. 7. Установка первого ряда медных холодильников завершена

возможную защиту были применены взаимодополняющие вставки из карбида кремния и графита. Высокопрочный карбид кремния с низким тепловым расширением и отличными абразивными свойствами становится идеальным материалом для работы в суровой окружающей среде доменной печи. Использование графита вместе с карбидом кремния обеспечило охлаждение холодильника на уровне показателей карбида кремния, сохраняя отличные абразивные свойства карбида кремния и предоставляя защиту холодильнику. Схема расположения вставок показана на рис. 8. В дополнение к замене огнеупорной кладки было принято решение установить устройства системы контроля износа, которые будут показывать состояние кладки перед медными холодильниками. Они состоят из медных стержней износа, которые вставляются в стратегически важные места ряда холодильников, доступные во время работы печи для измерения длины стержня. Если будет зафиксирован какойлибо абразивный износ, присутствующий на лицевой стороне, то это может быть немедленно зафиксировано, и будут произведены соответствующие действия. Доменная печь № 3 компании SSAB в Лулео Компания Primetals в августе 2014 года получила контракт на замену огнеупорной кладки доменной печи № 3 завода в Лулео (Швеция). Остановка печи в июне 2015 года позволила провести полную замену чугунных и медных холодильников. Три ряда медных холодильников в обла-

Карбид кремния

Стеновой анкер

Графит

Торкретпокрытие

Рис. 8. Огнеупорные вставки в горячую лицевую поверхность медного холодильника

Рис. 9. Конструкция крепления труб компании Primetals

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

сти заплечиков, распара и нижней части шахты были заменены с полным использованием уже существующих отверстий в кожухе печи. В предыдущей кампании печи очевидно наблюдался эффект «банана», вызывающий различные проблемы на трехрядных медных холодильниках. Так как кожух доменной печи в предыдущей кампании уже был подготовлен для использования медных холодильников, то установка стандартных холодильников Primetals выглядела как идеальное решение. Основное различие между дизайном холодильников Primetals и предыдущей конструкцией заключалось в том, что крепежные болты были расположены ниже, чем принято в компании Primetals, что не предохраняло холодильники от изгиба по углам. Это стало проблемой при установке стандартных холодильников Primetals, поскольку стояла задача повторного использования всех существующих отверстий для болтов, но при этом требовалось исключить появление изгиба по углам. Накопленный опыт проектирования компании Primetals привел к решению применить на доменной печи в Лулео запатентованные крепежные детали, которые уже были разработаны ранее и успешно внедрены на доменной печи компании VA Stahl. Конструкция крепления труб (рис. 9) предотвращает изгиб холодильника по углам, но в то же время оставляет холодильнику возможности для термического расширения и перемещения в процессе эксплуатации. Компания Primetals признает, что во время эксплуатации печи медный холодильник будет расширяться и перемещаться, и это нельзя полностью предотвратить, но этот процесс можно контролировать так, чтобы исключить появление дефектов. Проект, реализованный при замене огнеупорной кладки доменной печи в Лулео, еще раз продемонстрировал знания и универсальные возможности компании Primetals в замене огнеупорной кладки и перестройке доменных печей. Конструкция холодильника никогда не будет скомпрометирована, поскольку при хорошей поддержке установка требует весьма сжатого периода остановки доменной печи. Результаты и выводы Компания Primetals продвигает свою стандартную конструкцию медных холодильников в качестве оптимального решения для охлаждения доменной печи. Поскольку холодильники составляют основу для всех конструкций, требований и ограничений на доменной печи, или влияют на период остановки печи для модернизации, то всегда рассматриваются как важнейшая часть проекта. Компания Primetals может адаптировать стандартную конструкцию и ее характерные особенности для реализации оптимального решение на каждой конкретной действующей доменной печи. n www.steeltimesint.com

ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ 27

Рис. 1. Типичный состав оборудования мощного сталеплавильного комплекса на базе технологии среднечастотной индукционной тигельной печи

Индукционные тигельные печи для оснащения микрозаводов Растущее мировое развитие концепции строительства металлургических микрозаводов с производительностью от 50 до 400 тыс. т/год существенно повысило спрос на индукционные тигельные печи для выплавки стали в странах с высоким уровнем доступности лома черных металлов. Р. Боде, В. Шмитц, Д. Траузеддель* ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ производство, использующее в первую очередь металлолом черных металлов и некоторые объемы губчатого железа, в настоящее время составляет почти половину всего объема производства стали в мире, не считая Китая. В некоторых странах, таких как Индия или страны Ближнего Востока, электросталеплавильные заводы производят до 60–80 % национального объема выплавки стали [1]. Электродуговая печь (ЭДП), как агрегат для первичной выплавки стали доказала свои преимущества за многие годы промышленной эксплуатации. Однако сегодня, если принимать во внимание конкретные условия применения, индукционная тигельная печь становится серьезной альтернативой ЭДП. Под влиянием расширения использования местных рынков лома наблюдается рост спроса на электрические микрозаводы с годовым объемом производства 50–400 тыс. т/год. Именно здесь в последние годы индукционные тигельные плавильные печи находят все более широкое применение, особенно в странах с высокой доступностью лома, таких как, Индия и Иран, страны Южной Африки и Ближнего Востока. Комбинация работы электродуговой печи с индукционной тигельной печью также представляет собой интересное решение, например, когда речь идет об эффективной модернизации существующего электросталеплавильного производства [2].

Металлургические процессы, необходимые для обработки жидкой стали на электросталеплавильном заводе, зависят от качества исходного сырья (металлолома или губчатого железа) и от марки выплавляемой стали. Следует отметить, что в ЭДП могут быть эффективно выполнены операции обезуглероживания и снижения уровней содержания серы и фосфора в расплаве, как и операции по обработке и удалению шлака. В индукционной тигельной печи проведение этих операций ограничено, но она обеспечивает видимые преимущества в процессах легирования за счет оптимизированной циркуляции расплава в ванне и низких потерь металла. В общем, ЭДП, которые, с технологической точки зрения, должны быть классифицированы как подовые печи, бесспорно остаются предпочтительным агрегатом для выполнения металлургических задач в черной металлургии. При этом, в силу экономических причин, стандартной практикой стало использование ЭДП только для выплавки жидкой стали, а выполнение других металлургических задач реализуют с помощью дополнительного оборудования, такого как установка «ковш-печь» или конвертеры. Для рядовых конструкционных сталей и связанных с ними сортами лома черных металлов такие дополнительные способы обработки стали будут просто лишними, так что в этом случае необходимость проведения операций

вторичной металлургии часто полностью исключена. Среднечастотные индукционные тигельные печи Конструкция и принцип работы Индукционная плавка, с учетом ее техникоэкономического потенциала производительности, находит все большее применение в литейном производстве и секторе выпуска заготовок. Ее основные преимущества вытекают из непосредственного ввода тепла в металл почти без местного перегрева и возможности выборочно управлять движением расплава в ванне. Эти свойства позволяют точно поддерживать заданную температуру и надежно управлять технологическим процессом, обеспечивают низкие потери плавки, незначительное воздействие на окружающую среду и рабочую среду в цехе, получение точных по химическому составу марок стали, и все это с высокой энергоэффективностью. Переход к цифровому управлению среднечастотными индукционными тигельными печами на основе современных систем преобразователей частоты обеспечил значительное повышение возможностей по плотности мощности и реализации технологических операций. Передовой мощный сталеплавильный комплекс индукционного плавления (рис. 1), по существу, включает: • корпус плавильной печи с катушкой и наклонной рамой;

*Dr. Ing. Wilfried Schmitz, руководитель научно-исследовательского отдела компании Otto Junker GmbH, Simmerath; Ralf Bode, отдел продаж и обслуживания, Dörentrup Feuerfestprodukte GmbH & Co. KG, Dörentrup; Dr. Ing. Dietmar Trauzeddel, freelancer, Otto Junker GmbH, Simmerath (Германия). www.steeltimesint.com

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

28 ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ

• систему электроснабжения с выпрямительным трансформатором, преобразователем частоты и модулем блока конденсаторов; • систему управления технологическим процессом с весами, пультом управления оператора и процессором плавки; • периферийное оборудование, включающее систему вторичного водяного охлаждения с воздушным охладителем/градирней, устройства завалки шихты и системы пылеулавливания. Современные печи с передовыми системами преобразования частоты могут работать с выбором необходимой частоты, как правило, в диапазоне от 60 до 1000 Гц. При реализации новых проектов заводов такие современные тигельные печи за счет их многочисленных преимуществ полностью вытеснили плавильные установки с основной сетевой частотой. Основным преимуществом, благодаря повышенной частоте, является то, что такая печь может быть запущена на твердом шихтовом материале без каких-либо потерь, может надежно работать с плотностью мощности, которая в разы превышает показатели печей с основной частотой. Одной из ключевых особенностей индукционной тигельной печи, отличающей ее коренным образом от всех других плавильных агрегатов, является движение расплава металла в ванне, создаваемое электромагнитными силами (рис. 2). Электромагнитные силы генерируют в ванне картину циркуляции расплавленного металла, напоминающую два вращающихся в расплаве тороида. В высокомощной печи локальная скорость потока металла может достигать 1–2 м/с. При этом, на поверхности ванны расплава образуется мениск. Интенсивность такого движения в ванне в первую очередь зависит от мощности печи: чем выше входное напряжение, тем будет интенсивнее движение ванны. Интенсивность потока также зависит от частоты переменного тока, подаваемого на катушку: чем ниже частота, тем сильнее движение ванны. Это означает, что при заданной фиксированной частоте, подвод тепла в расплав и интенсивность циркуляции расплава в тигле всегда находятся в корреляции. Кроме того, при заданной мощности плавильной печи, интенсивность циркуляции расплава в ванне можно выборочно регулировать путем выбора подходящей рабочей частоты. Такое движение ванны очень важно с технологической точки зрения, так как оно обеспечивает быстрое и консистентное перемешивание с выравниванием температуры и оптимальной гомогенностью расплава в объеме ванны, позволяет получить однородный по химсоставу расплав и высокую точность температуры. Специальная электрическая система Идеальным процессом индукционной плавки с металлургической точки зрения

Индукционный поток

Плотность электромагнитной силы

Плотность тока, индуцированного в ванну

Магнитное поле

Циркуляция расплава в ванне

Рис. 2. Движение расплава металла в ванне и уровень расплава (мениск) в печи

является тот, в котором можно регулировать как подвод тепловой энергии, так и циркуляцию расплавленного металла в тигле, чтобы соответствовать заданной технологической задаче. Кроме того, подводимая мощность и электромагнитная циркуляция расплава в тигле должны быть взаимно развязаны, т.е. управление желаемым движением расплава в печи должно быть независимым от соответствующей входной мощности. Если для регулирования электрической мощности и, следовательно, подвода тепловой энергии в расплав, технически нет никаких проблем, то для независимого управления движением расплава в ванне требуется разработка специализированной электрической системы. Кроме того, при обсуждении интенсивной циркуляции расплава в ванне, необходимо проводить различие между глубинным перемешиванием всего объема расплава и простым перемешиванием поверхностных слоев. Базируясь на результатах успешных научно-исследовательских работ, проведенных за последние несколько лет, компания Otto Junker (Германия) разработала свои передовые технологии: Power-Focus и Multi-Frequency. Эти две специальные электрические системы управления отвечают вышеуказанным требованиям и к настоящему времени доказали свою надежность и преимущества в многочисленных установленных в промышленности печных системах. Технология Power-Focus позволяет автоматически регулировать или свободно выбирать требуемую концентрацию мощности в той секции катушки (сверху или снизу), в которой она больше всего необходима. Технология Multi-Frequency позволяет плавно изменять рабочую частоту в ходе цикла плавки (рис. 3). Для расплавления чугуна, например, система выберет правильную частоту 250 Гц. Для ввода науглероживателей и легирующих присадок система автоматически переключится на более низкую частоту, например, 125 Гц. Переход на пониженную частоту с более интенсивным движением ванны может значительно ускорить растворение угле-

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

рода в выплавляемом чугуне при доведении конечного химического состава и сократить цикл плавки. Эти опции существенно расширены в последних разработках, использующих технические преимущества новой технологии IGBT-транзисторов (гибрида из биполярного и полевого транзисторов). Специальные IGBT-преобразователи стали играть важную роль в промышленных электротермических процессах, где они могут успешно заменить проверенные тиристорные преобразователи частоты. Технический прогресс обеспечил применение таких процессо-ориентированных систем IGBT-транзисторов в разнообразных областях применения [3]. Оснащение IGBT-преобразователя двумя отдельными секциями инвертора и системой, обеспечивающей работу секций катушки печи со сдвигом по фазе, формирует техническую основу для электромагнитного управления движением расплава ванны в широких пределах. В фазе загрузки шихты и расплавления печь может работать при соответствующей номинальной частоте, скажем, 250 Гц, а для повышения интенсивности циркуляции расплава металла в тигле при низкой мощности частоту можно плавно снижать ниже уровня 100 Гц. Выборочное регулирование структуры перемешивания потока расплава (направление вращения и скорость) в центральной области катушки печи достигается за счет настройки фазового сдвига между двумя секциями катушки. Таким образом, область с максимальной скоростью циркуляции потока расплавленного металла может быть перемещена в центр металлической ванны, чтобы обеспечить более эффективное перемешивание всего расплава в ванне. Для решения конкретных металлургических задач могут быть реализованы и комбинированно применены различные доступные технические варианты управления движением расплава в ванне тигельной печи. Металлургия стали в индукционных тигельных печах Факторы в пользу выбора индукционной печи в качестве плавильного ресурса металлургического производства включают ее исключительную способность обеспечивать управление циркуляцией расплава в ванне и достигать значительных скоростей потока. Среди негативных факторов необходимо упомянуть неблагоприятное соотношение «площадь поверхности расплава к объему ванны» и довольно тонкую и чувствительную огнеупорную футеровку тигля. Выполнение некоторых металлургических операций в индукционной тигельной печи выглядит не совсем обычно. Так, например, операция рафинирования осуществляется путем добавления оксида железа (железной руды или окалины), что обеспечивает определенную степень обезуглероживания и интенсивное перемешивание ванны. Продувка ванны www.steeltimesint.com

ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ 29

инертным газом, обычно аргоном, выполняемая через пористые пробки в донной части печи, как известно обеспечивает снижение содержания в расплаве водорода, азота и кислорода. С другой стороны, такие операции могут обеспечить лишь незначительную корректировку химсостава расплава и не всегда экономически эффективны по затратам. Индукционная тигельная печь с ее способностью управляемого движения расплава в ванне хорошо подходит для добавления легирующих элементов, обеспечивая высокий выход годного и точное получение однородного по химсоставу целевого сплава. Следует отметить, что из-за интенсивного формирования шлака при расплавлении ржавого стального лома и губчатого железа, требуется специальный подход. Накопленный в электросталеплавильной практике опыт показывает, что при работе индукционной тигельной печи в режиме «болота» и повторяемого несколько раз (примерно три раза) скачивания шлака в нее можно загружать до 85 % губчатого железа. Кроме этого, следует отметить, что для производства высокочистых марок стали успешно применяют вакуумные тигельные индукционные печи. Типичные области такого применения включают следующие операции: • раскисление высококачественных стальных расплавов; • снижение содержания углерода в расплавленной стали; • регулировка расплава до минимального содержания газов; • производство высокочистых металлов, включая продувку под вакуумом; • производство суперсплавов. Как упоминалось выше, при выплавке стали на тигельных индукционных печах нашли свое применение возможности специальной электрической цепи – технология Multi-Frequency. Возможности, открываемые процессо-ориентированной технологией частотного преобразования, доказали свою высокую эффективность при выплавке ферросплавов с мелкозернистой структурой. Сравнение электродуговой печи с индукционной тигельной печью По имеющимся в литературе данным [2, 4], которые относятся к конкретным

случаям применения и, следовательно, не представляют собой усредненные значения, становится ясно, что индукционная тигельная печь обеспечивает преимущество по снижению эксплуатационных затрат на тонну выплавленной стали от 3 до 4 %. В частности, на индукционной тигельной печи исключены затраты на электроды, а несколько повышенная стоимость ее огнеупорной футеровки не умаляет этого преимущества. Еще одним важным плюсом являются низкие потери при плавке, составляющие только 1–2 % (по сравнению с 3–7 % на ЭДП), что обеспечивает явную экономию дорогостоящих легирующих элементов. При этом энергопотребление на индукционных тигельных печах немного выше (на 5–8 %, в зависимости от литературного источника). При проведении оценки общей экономической эффективности, такие преимущества, как пониженная капиталоемкость, меньшие размеры и занимаемая площадь технологического оборудования, более низкие требования к системе электропитания, охране окружающей среды и безопасности труда, говорят в пользу индукционной тигельной печи. Недостатки производственной технологии при использовании индукционной тигельной печи в качестве металлургического агрегата не имеют значения, если печь применяется только в качестве источника плавления, а дальнейшая доводка полученного металла поддерживается соответствующими процессами и оборудованием вторичной металлургии. Основные недостатки ЭДП можно сформулировать так: • более высокие нагрузки на электрические сети питания; • повышенные затраты на пылеулавливание и шумозащиту; • более высокие потери (угар) металла при плавке (от 3 до 7 %); • затраты на графитовые электроды; • более высокая стоимость оборудования по сравнению с системой индукционной тигельной печи сопоставимой производительности. С другой стороны, ЭДП имеют следующие преимущества: • возможность загрузки крупногабаритного лома черных металлов; • возможности работы с металлургическим шлаком;

Плавление при частоте 250 Гц

• толстостенная и более стойкая огнеупорная футеровка со сравнительно продолжительным сроком службы. Индукционная тигельная печь имеет следующие недостатки: • очень ограниченные возможности проведения операций с металлургическим шлаком; • тонкая огнеупорная футеровка, приводящая к необходимости ее частой замены и повышенному риску механических повреждений; • ограничение максимальных размеров загружаемого лома из-за гораздо меньшей плавильной емкости (по сравнению с ЭДП). Преимуществами индукционной тигельной печи являются: • более низкие капитальные вложения; • меньшая занимаемая площадь; • простота в эксплуатации и техническом обслуживании; • минимальные потери (угар) металла при плавке; • высокая эффективность проведения операции легирования; • меньшее выделение дыма и потребность пылеулавливания, ниже уровень шума и отсутствие проблем с шумоподавлением, меньшее тепловое излучение; • производственная структура с несколькими единицами оборудования обеспечивает более высокую степень избыточности; • низкая нагрузка на систему электропитания. Практический опыт Огнеупорная футеровка печи Тигельные индукционные печи на микрозаводах, как правило, футеруют так называемыми сухими огнеупорными набивными смесями на основе кварцита SiO2 (кислая футеровка) и Al2O3-MgO (шпинель-образующих соединений). Кислая футеровка на основе SiO2 обеспечивает весьма невысокую стойкость (от 8 до 15 плавок), а это означает, что ее ремонт должен проводиться ежедневно. Соответственно, для организации непрерывного режима производства на сталеплавильном комплексе необходимы, по меньшей мере, две тигельных индукционных печи. В некоторых странах до сих пор продолжают использовать кислые футеровки по причине дешевизны и хорошей доступности кварцита.

Легирование при частоте 125 Гц

Рис. 3. Многочастотная технология работы индукционной печи

www.steeltimesint.com

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

30 ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ

Огнеупорную футеровку индукционной тигельной печи формируют путем восстановления изношенной футеровки сухими огнеупорными набивными смесями с применением вибрационной трамбовки. Затем облицовочный материал сушат либо за счет индукции, либо за счет предварительного нагрева внутренней части печи газовой горелкой. После сушки проводят первую обжиговую плавку с подъемом температуры металла до 1600–1700 °C. Последующий быстрый индукционный нагрев обеспечивает требуемую температуру спекания (не ниже 1700 °C или на 50 °C выше рабочей температуры). Такая температура спекания должна быть выдержана по крайней мере в течение от одного до двух часов. Это позволит произвести достаточное количество MA шпинели для придания горячей (лицевой) поверхности огнеупорной футеровки достаточной прочности и плотности, чтобы сделать ее устойчивой к атаке расплавленного металла. В процессе эксплуатации печи в футеровке из сухой набивной огнеупорной смеси будут сформированы три зоны: спеченный слой, обожженный слой и рыхлый слой (рис. 4). Такая структура слоев позволяет проводить до 10 или более промежуточных

3

Расплавленный металл

Шпинель-образующие соединения, которые сегодня преимущественно используют для футеровки тигельных индукционных печей, являются алюмо-магнезиальными огнеупорными смесями, которые, за счет процесса диффузии в твердой фазе при нагреве формируют так называемую подлинную магнезиально-глиноземную шпинель (MgOxAl2O3 = MA). МА шпинель обладает следующими характерными свойствами: – хорошая устойчивость к тепловым ударам; – хорошая химическая стойкость; – высокие огнеупорные показатели; – хорошая прочность при высоких температурах.

Спеченный слой Обожженный слой Рыхлый слой

2 1 Силовая катушка

Корпус катушки

Рис. 4. Формирование слоев магнезиально-глиноземной шпинели в огнеупорной футеровке стенки тигельной печи

ремонтов футеровки. Различают два способа ремонта огнеупорной футеровки, обычно называемыми «черный ремонт» и «белый ремонт». Термин «ремонт футеровки» или «наложение заплат» относится к обновлению первоначальной лицевой поверхности футеровки. Общее правило гласит, что для проведения такого вида ремонта футеровки толщина остающейся футеровки должна быть не менее 60 % от ее первоначальной толщины, а минимальный размер зазора должен составлять 70 мм. При «белом ремонте» футеровки спеченный слой (толщиной от 20 до 25 мм) механически удаляется с помощью пневматического долота (рис. 5). Затем удаляют верхний слой до самого верха охлаждающей катушки, а на нижнюю часть тигельной печи наносят огнеупорный слой толщиной от 10 до 20 мм. После этого на места локального износа футеровки наносят, выравнивают и фиксируют новые набивные слои, после чего выполняется обычная процедура футеровки.

Под «черным ремонтом» футеровки понимается процесс, в котором лицевая горячая поверхность футеровки не удаляется, за исключением ее самого верхнего слоя. Этот процесс реализуют при остаточной толщине огнеупорной стенки около 50 % от первоначального значения. Последнюю завалку перегревают, чтобы можно было легко удалить любые наросты, а сама горячая поверхность футеровки оставалась бы практически свободной от шлака. При проведении этого процесса внутренняя область печи должна быть свободной от железа. Затем на дно индукционной тигельной печи наносят и утрамбовывают донный слой футеровки толщиной от 10 до 20 мм. Остальная часть этого процесса такая же, как и при «белом ремонте» футеровки. Удельный расход огнеупорной массы при различных способах ремонта футеровки составляет: без ремонта футеровки – 5 кг/т; с пятью ремонтами футеровки – 4 кг/т; с 10-ю ремонтами футеровки – 3 кг/т. Соответственно, при такой технологии восстановления футеровки средний удельный расход огнеупорной набивной массы составляет 2–4 кг/т; лучшие значения находятся на уровне 1,75 кг/т [5]. Применяемые печные системы Как видно из приведенных в литературе данных, вопреки тому, что можно было бы ожидать, индукционная технология плавки не ориентирована на большие печи объемом свыше 50 т жидкой стали. В промышленности доминируют тигельные индукционные печи емкостью от 25 до 30 т. Этот диапазон также является диапазоном размеров промышленных тигельных индукционных печей, поставляемых компанией Otto Junker для электросталеплавильных заводов. Для достижения требуемой производительности плавильного комплекса с высоким уровнем готовности рекомендуется Окончание статьи ▶ 34 Преобразователь частоты

Печь MFT 1

Печь MFT 2

Например 30 %

Например 70 %

Использование постоянно 100 % общей мощности двумя работающими последовательно печами

Рис. 5. Спеченный слой огнеупорной футеровки тигля удален

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

Рис. 6. Принцип технологии DUOMELT компании Otto Junker

www.steeltimesint.com

НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА 31

Процесс непрерывной разливки стали на слябовой МНЛЗ под пристальным вниманием В условиях высоко-конкурентного и сурового рынка металлурги должны быть уверены, что они производят стальную продукцию высокого качества по конкурентоспособной цене. Третье поколение систем электромагнитного воздействия на жидкую сталь в кристаллизаторах слябовых МНЛЗ компании AББ (Швеция) преодолевает проблемы на современных динамических МНЛЗ и значительно улучшает качество готового проката. Алекс-Юнтао Зонг, Ханью Пан, Нильс Якобсен, Мартин Седэн*

ТЕХНОЛОГИЯ может играть важную роль в раскрытии рентабельности. Традиционные области производства стали, такие как непрерывная разливка слябов, могут получить выгоду от повышения качества стали по всему широкому диапазону пропускной способности за счет использования последнего поколения технологии управляемого электромагнитного перемешивания потока жидкой стали (ЭМП), позволяющей свести к минимуму загрязненность конечного продукта неметаллическими включениями. Прилагая к гидродинамическому потоку жидкой стали в кристаллизаторе слябовой МНЛЗ одновременно магнитные поля переменного и постоянного тока система ЭМП третьего поколения может, например, снизить на 45 % оксидные включения в стали с ультранизким содержанием углерода и на 79 % – наличие дефектов в холоднокатаной рулонной стали. Новые сенсорные системы кристаллизатора также обеспечивают металлургам возможность дальнейшего повышения качества стали за счет оптимизации работы их электромагнитного перемешивателя (ЭМП) и улучшенного управления конусностью и обжатием, позволяющих минимизировать или устранить трещины, подповерхностные шлаковые включения и прорывы металла. Вызовы При производстве стали требуется исключительное качество конечного продукта и высокая производительность, оба этих показателя зависят от чистоты стали в технологическом процессе. Одновременное достижение этих целей требует точного управления потоком жидкого металла в процессе непрерывной разливки слябов. Неметаллические и газовые включения, захваченные внутрь потока жидкой стали, ухудшают ее качество и негативно проявляются в виде затратных для производителей дефектов макроструктуры сляба. Качество имеет первостепенное значение для успешной конкуренции на сложных рынках. Непрерывная разливка слябов особенно подвержена риску загрязнения

Система FC Mold третьего поколения: внутренняя и внешняя структура

Верхняя часть индукционных катушек – Позиционированные на каждой стороне, позади широких сторон кристаллизатора на уровне мениска – Питание постоянным и переменным током

Нижняя часть индукционных катушек – Позиционированные на каждой стороне, позади широких сторон кристаллизатора на уровне мениска – Питание постоянным и переменным током Нижние и верхние катушки образуют магнитную цепь через задние опорные части хомутов Режимы работы Постоянный ток (DC) • Постоянный ток в верхней и нижней катушках • Используется при непрерывной разливке на высоких скоростях • Статическое магнитное поле генерируется в воздушном зазоре между нижними катушками • Статическое магнитное поле более низкой интенсивности также генерируется в воздушном зазоре между верхними катушками • При подводе постоянного тока DC к верхним катушкам второе магнитное поле постоянного тока накладывается на магнитное поле, создаваемое нижними катушками • Нижнее поле DC уменьшает глубину проникновения струи • Верхнее поле DC снижает высокую скорость потока на мениске, уменьшая турбулентность • Поля постоянного тока стабилизируют поток, предотвращая переходы между одинарным и двойным направлением вращения потока Переменный ток (AC) • Питание переменным током верхних катушек создает бегущее магнитное поле над каждой широкой стороной кристаллизатора • При низкой скорости непрерывной разливки это: – ускоряет скорость потока на мениске – повышает промывку перед фронтом затвердевающей корочки за счет верхнего вращающегося магнитного поля переменного тока Режим Combi • Питание переменным током верхних катушек и питание постоянным током нижних катушек • Магнитные поля переменного и постоянного тока накладываются одновременно для оптимизации скорости потока расплавленной стали • На низком уровне, ниже выхода струи металла из погружного стакана SEN, применяется поле постоянного тока для повышения внутреннего качества (осевой зоны) • На верхнем уровне магнитные поля переменного и постоянного тока накладываются для улучшения качества поверхности/подповерхностной зоны и стабилизации уровня мениска • Глубоко проникающий нисходящий поток струи металла снижается под влиянием расположенного снизу магнитного поля постоянного тока • Бесшовный переход между режимами: реализация без модификации электрических соединений • Гибкий переход между режимами, поскольку значение силы тока постепенно настраивается между переменным и постоянным током • Исключается ухудшение качества стали из-за турбулентности, вызванной мгновенными изменениями магнитного поля

*Alex-Yuntao Zhong, Hanyu Pan – компания ABB Metallurgy, ABB (China) Limited, Beijing, Китай; Nils Jacobsen, Martin Sedén – компания ABB AB, Metallurgy Products, Terminalvägen 24, 721 59 Västerås, Швеция. www.steeltimesint.com

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

32 НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА

включениями, ухудшающими качество стали. В процессе разливки жидкая сталь загрязняется неметаллическими включениями, захваченным литейным порошком и даже пузырьками аргона. Когда такие загрязняющие включения всплывают на поверхности глубокого мениска (жидкой лунке кристаллизирующегося непрерывного слитка) и на его дне достигают жидкого литейного флюса кристаллизатора, то они легко нейтрализуются. Тем не менее, когда включения в потоке жидкой стали, истекающей струей из промковша через погружной стакан (SEN) попадают в кристаллизатор, они захватываются в затвердевающей корочке, что приводит к значительным внутренним дефектам. Чем выше скорость и турбулентность потока жидкой стали, тем больше вероятность возникновения проблемы из-за глубинного проникновения включений в поток. Технология электромагнитного перемешивания (ЭМП) Минимизация загрязняющих включений в жидкой стали достигается за счет правильного взаимодействия между литейным порошком в кристаллизаторе и жидкой сталью. Устройство регламентированного ЭМП жидкой фазы в кристаллизаторе помогает этому за счет реализации основных целей технологии ЭМП, которые заключаются в замедлении скорости поступления струи расплава в кристаллизатор и поддержании стабильного уровня расплава (мениска) в кристаллизаторе при любых заданных состояниях процесса непрерывной разливки со стабильной общей картиной потока (в области мениска, в частности). Второе поколение индукторов электромагнитных перемешивателей для кристаллизаторов слябовых МНЛЗ с магнитными полями постоянного тока на двух уровнях обеспечивают стабилизацию потока в зоне мениска и в нижней части кристаллизатора (рис. 1). Для получения желаемого результата по удалению включений из жидкой стали рекомендуется [1], чтобы слябовые МНЛЗ работали с поддержанием на мениске скорости потока в диапазоне от 0,2 до 0,4 м/с. Более высокие скорости потока на мениске могут привести к захвату разливочного порошка, а при более медленном движении потока снижаются возможности удаления других неметаллических включений из затвердевшей стальной корочки. Эффективная промывка включений имеет решающее значение для предотвращения образования поверхностных/подповерхностных шлаковых дефектов в кристаллизующемся слябе [2]. Существует множество схем формирования гидродинамического потока жидкой стали, зависящих от формата, скорости непрерывной разливки, геометрии погружного стакана SEN и количества диспергированного аргона [3]. Технология ЭМП в кристаллизаторе обеспечивает ста-

Скорость потока на уровне мениска: сравнение режима работы FC Mold G3 Combi Mode с эталонным случаем работы без устройства ЭMП

[м/с]

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

FC Mold G3 Combi Mode

Без устройства ЭMП

Сравнение скоростей потока жидкой стали на широкий стороне кристаллизатора при работе FC Mold G3 Combi Mode и без работы устройства ЭMП

Режим работы с FC Mold G3 DC

Режим работы без ЭM устройства

Рис. 1. Сравнение скоростей потока жидкой стали в кристаллизатора при работе FC Mold G3 Combi Mode и без работы устройства ЭMП

бильный поток жидкой стали, который позволяет избежать колебания между разливками, тем самым оптимизируя параметры процесса и повышая выход годного. Ранние исследования уже подтвердили различные улучшения качества стали, которые обеспечивает технология электромагнитного перемешивания жидкой стали [2, 7]. Новейшая разработка FC Mold, которая может быть использована как для регламентированного перемешивания жидкой фазы в кристаллизаторе, так и для электромагнитного торможения с замедлением скорости поступающей в кристаллизатор струи, обеспечивает получение еще более высокого стандарта качества поверхности и подповерхностной зоны непрерывно-литого сляба. Дальнейшее повышение качества осевой зоны непрерывнолитого сляба, поверхности и подповерхностной зоны Технология третьего поколения, представленная FC Mold G3, сохраняет два магнитных поля постоянного тока (DC) технологии предыдущего поколения, но добавляет альтернативное бегущее электромагнитное поле переменного тока (AC) для перемешивания жидкой фазы в верхней части кристаллизатора (см. вставку). Электромагнитные поля постоянного тока обеспечивают торможение и стабилизацию потока при высокоскоростных условиях разливки, тогда как бегущие поля переменного тока хорошо подходят для процессов непрерывной разливки в диапазоне низких и средних скоростей и пропускных способностей процесса.

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

Скорость потока жидкой стали на уровне мениска можно лучше контролировать путем сочетания одновременного воздействия постоянного и переменного магнитного поля в верхней области кристаллизатора или плавного перехода между этими режимами. Компонент постоянного тока подавляет колебания и стабилизирует уровень расплава (мениска) в кристаллизаторе, в то время как бегущие поля переменного тока регламентировано перемешивают жидкую фазу, и таким образом вымывают неметаллические включения из зоны кристаллизации слитка. Гибкое применение постоянного и/или переменного тока позволяет металлургам улучшить управление перемешиванием потока жидкой стали в широком диапазоне условий непрерывной разливки, обеспечивая высокую степень чистоты сляба и хорошее качество поверхности. Возможность внесения в реальном режиме времени корректировок сильных магнитных полей и конфигураций, обслуживающих конкретные условия непрерывной разливки, дополнительно оптимизирует качество стали. Пакет управления FC Mold G3 автоматически и плавно адаптирует операции непрерывной разливки к самым разнообразным ситуация. Управление основано на значении индекса кристаллизатора, числе зон электромагнитного воздействия, численном моделировании и мониторинге кристаллизатора в режиме онлайн. Результаты испытаний Нижеприведенные промышленные испытания новой системы ЭМП были проведены на нескольких производственных объектах клиентов в Азии.

• Колебания уровня мениска в кристаллизаторе Стандартное отклонение колебаний уровня мениска без включения электромагнитного устройства составляет 1,47 мм (рис. 2). Однако через 20 минут после переключения системы FC Mold G3 в режим Combi стандартное отклонение колебаний снижается до 0,97 мм [5]. Даже с перемешиванием для улучшения качества поверхности и подповерхностной зоны сляба наблюдается высокая стабильность уровня мениска. Это может быть связано с магнитной составляющей плотности потока постоянного тока. Такой результат обеспечивается даже если переменный ток применяется для перемешивания жидкой стали в верхней части кристаллизатора.

• Подавление оксидных включений Оценку влияния режима включения постоянного тока на чистоту стали провели с количественной оценкой оксидных включений в образцах непрерывнолитых слябов из стали со сверхнизким содержанием углерода [5]. Детектирование вклюwww.steeltimesint.com

НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА 33

90 Постоянный ток, нижний уровень FC кристаллизатора [%] Переменный ток, верхний уровень FC кристаллизатора [%]

92

FC Mold выключен

0,0018

94

0,0016

100

0,0014

98

75

100 102

50

Содержание О2

96 Уровень мениска, мм

FC Mold включен

0,002

125 Уровень в кристаллизаторе

0,0012 0,001 0,0008 0,0006

104 106

25

0,0004 0,0002

108 0

110 14:10

14:20

14:30

14:40

14:50

0 1

15:00

2

Время

Рис. 2. Вертикальные колебания на уровне мениска без применения ЭМ устройства и на кристаллизаторе с работающим ЭМП FC Mold G3

чений проводили в семи позициях по направлению толщины сляба и на четверти его ширины (рис. 3). Электромагнитное устройство снижает уровень общего содержания кислорода во всех семи позициях на слябе в среднем на 45 %. Такой результат подтверждает, что FC Mold G3 улучшает внутреннее качество стали за счет снижения количества включений в непрерывнолитых слябах.

• Дефекты на холоднокатаной рулонной стали С помощью заводской системы контроля качества провели оценку влияния работы устройства ЭМП при непрерывной разливке на наличие дефектов включений в холоднокатаной рулонной стали с ультранизким содержанием углерода [6]. Несколько непрерывнолитых слябов, полученных с применением и без применения электромагнитных полей постоянного тока в кристаллизаторе, были прокатаны в холоднокатаные рулоны. Результаты проведенного анализа включений представлены в таблице. С работающим электромагнитным устройством количество дефектов по неметаллическим включениям на прокатанных рулонах снижается с 0,68 до 0,14 %. Система электромагнитного перемешивания, обеспечивая снижение загрязненности холоднокатаной рулонной стали включениями на 79 %, позволяет значительно улучшить качество поверхности готового полосового проката [6]. Дальнейшие улучшения Отслеживание толщины затвердевающей корочки, толщины слоя порошка, структуры потока и его скорости, а также мест локализации неметаллических включений, в идеале было бы весьма полезным для металлургов. Поскольку прямая

Число исследованных рулонов

оценка этих факторов и особенностей не представляется возможной, компания ABB разработала решение, которое позволяет получать эту информацию косвенным путем на базе анализа теплового потока и результатов измерения температуры пластин кристаллизатора от множества оптических датчиков с волоконной брэгговской решеткой (Fibre Bragg Gratings).

190 180 170 160 150 140 130 120 110 100

Рис. 4. Распределение температуры на пластине кристаллизатора МНЛЗ, измеренное с помощью монитора OptiMold

Измерение распределения температуры в кристаллизаторе с помощью монитора OptiMold Новый монитор OptiMold компании ABB, который планируется запустить в промышленную эксплуатацию в конце этого года, является надежной сенсорной системой кристаллизатора, обеспечивающей быстрый мониторинг и надежную оценку процесса с получением полной 2D карты распределения температур в медных пластинах кристаллизатора (рис. 4). Монитор OptiMold весьма прост и позволяет плотно заполнить оптическими датчиками пластины кристаллизатора для получения особо точных результатов. Например, полностью оборудованная широкая сторона пластины кристаллизатора может содержать несколько тысяч сенсор-

Число рулонов с включениями

Доля рулонов с включениями

С системой ЭМП FC Mold

1446

2

0,14 %

Без ЭМП

1467

10

0,68 %

www.steeltimesint.com

4

5

6 7 Семь позиций измерения по толщине сляба

Рис. 3. Влияние работы ЭМП FC Mold G3 на общий уровень содержания кислорода в стали с ультранизким содержанием углерода

Таблица. Влияние работы системы ЭМП FC Mold на снижение количества рулонов холоднокатаных полос из ультранизкоуглеродистой стали с дефектами неметаллических включений Процесс

3

ных точек. Оптические волокна весьма малы и легки, что обеспечивает при их установке в медных пластинах кристаллизатора очень незначительное влияние на охлаждение ручья МНЛЗ. Они также невосприимчивы к электромагнитным помехам и искробезопасны из-за отсутствия электрического напряжения. За счет контроля температуры пластин кристаллизатора с высокой разрешающей способностью и анализа температурных градиентов монитор OptiMold позволяет на ранней стадии обнаруживать подповерхностные наплывы, а также внутренние трещины и опасности прорывов. Контроль конусности улучшается, можно обнаружить закупоривание погружного стакана (SEN) и точно контролировать охлаждение кристаллизатора. Кроме этого, система предоставляет информацию об уровне мениска и состоянии смазки кристаллизатора. Кроме мониторинга общих показателей всего процесса непрерывной разливки монитор OptiMold может, при подключении к устройству управления потоком жидкой стали и работая в режиме реального времени, контролировать и регулировать параметры работы электромагнитного оборудования (силу тока, частоту и т.п.). Это позволяет пользователям обеспечивать желаемые условия потока жидкой стали, где скорость на мениске, несимметричность истечения струи металла и стабильность потока жидкой стали управляются в интерактивном режиме с целью удовлетворения требований по обеспечению оптимального производства стали. Эта функция управления основана на данных температурного датчика высокого разрешения в верхней части кристаллизатора, обеспечивающих в любой заданный момент вывод измеренного профиля мениска, что позволяет своевременно и точно стабилизировать уровень расплава и скорость на мениске. Технологические усовершенствования, предлагаемые монитором OptiMold, улучшают процесс непрерывной разливки и качество готовой стали. Измерения с высоким разрешением предоставляют цен-

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

34 НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА

ную информацию о состоянии кристаллизатора и уровне защитного флюса, позволяют сделать важные выводы, которые, в свою очередь, приведут к снижению количества нарушений на МНЛЗ и улучшению качества стали. Более конкретно, шлаковые включения, трещины и прорывы могут быть минимизированы или полностью устранены, снижены поверхностные дефекты, повышена однородность распределения температуры с улучшенным контролем конусности. В комбинации с последним поколением устройства электромагнитного управления потоком FC Mold G3 оптический монитор OptiMold позволяет контролировать и оптимизировать потоки жидкой стали, существенно снизить дефекты включений для всего диапазона условий непрерывной разливки. Выводы Система ЭМП «FC Mold» третьего поколения компании ABB преодолевает различные проблемы работы современных динамических слябовых МНЛЗ. Контроллер FC Mold G3 обеспечивает функцию принудительного перемешивания (AC) жидкой

фазы для всех скоростей непрерывной разливки, а также функцию торможения (DC), которая обычно применяется при более высоких скоростях непрерывной разливки. В дополнение к преимуществам торможения и стабилизации, предлагаемых магнитными полями DC с помощью хорошо отработанной технологии FC Mold, колебания уровня мениска снижаются, когда при включении режима технологии Combi третьего поколения применяются одновременно переменный и постоянный ток. Использование этого оборудования также может значительно сократить число внутренних оксидных включений и значительно улучшить качество поверхности готовых холоднокатаных полос в рулонах. Даже такие новейшие технологии на базе передовых сенсорных систем кристаллизатора обещают возможности для их дальнейшего усовершенствования, предоставляя металлургам возможность получения данных о толщине затвердевающей корочки, толщине слоя флюса, структуре потока и его скорости, а также локализации включений. Таким образом, производители стали вскоре будут иметь

▶ Окончание статьи со стр. 30

практика последовательной работы двух, трех или четырех печей с одним или двумя общими преобразователями частоты. Таким образом, выход преобразователя частоты можно непрерывно использовать для подачи питания на две печи, или также можно питать три или четыре печи попеременно от двух частотных преобразовательных систем. Рис. 6 иллюстрирует принцип такого решения с плавным распределением мощности преобразователя частоты между двумя последовательно работающими печами (технология DUOMELT). Для ведения непрерывного производства необходима установка двух индукционных печей, так как срок службы футеровки тигля может быть очень коротким, особенно с футеровкой кислого типа. С точки зрения плотности мощности в кВт/т (т.е. подключенной нагрузки на тонну производительности печи) эти печи находятся в умеренном диапазоне (ниже 700 кВт/т). На небольших печных системах возможно достижение пика плотности мощности 1000 кВт/т, но по инженерным причинам он не достижим (пока) на печах промышленного диапазона производства. Рабочая частота и номинальная мощность влияют на движение расплава металла в ванне. Большинство систем работает на частоте 250 Гц, но также используют частоту 500 Гц. Мощный плавильный комплекс с тигельными индукционными печами может

Рис. 7. Схема промышленного плавильного комплекса на базе двух 25-тонных тигельных индукционных печей

характеризоваться следующими типичными показателями. Четыре тигельных индукционных печи емкостью по 25 т работают попеременно от двух систем преобразования частоты с мощностью 15 МВт, каждой. При энергопотреблении 540 кВт·ч/т комплекс может выплавить около 1000 т металла в сутки, так что становится достижим объем производства стали свыше 300 тыс. т/год. Что касается производственных площадей, необходимых для установки та-

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

возможность настраивать рабочие параметры процесса, чтобы получать все больше бездефектной стали. Рост производства обеспечит получение более высокой прибыли и повысит удовлетворенность конечных пользователей качеством продукции. n Список литературы 1. L. Hibbeler, B.G. Thomas. Mold Slag Entrainment Mechanisms in Continuous Casting Molds. Proceedings, AISTech Conference (2013), Pittsburgh, pp. 1215-1230.

2. S. Kittaka et al. Nippon Steel in-Mold Electro-Magnetic Stirrer for Improving Slab Casting. Proceedings, 5th ECCC, Birmingham (2005), pp.

476-481.

3. M. K. Singh et al. Impact of Argon Flow Rate and FC-II on Flow Near Meniscus of Thick Slab Caster. Proceedings, Science and Technology of Ironmaking and Steelmaking, Jamshedpur (2013), CAST, Paper 11.

4. H. Yamamura, T. Toh et al. Optimum magnetic flux density in quality control of casts with level DC magnetic field in continuous casting mold. ISIJ International (2001), Vol.41, No. 10, pp.1229-1235.

5. M. Sedén et al. Control of Flow Behavior by FC Mold G3 in Slab Casting Process. Proceedings , 8th ECCC, Graz (2014), pp. 558-569.

6. B. Jin, C. Zhang, J. Wang, H. Pan, L. Li. The Effects of FC Mold on the Fluid Flow and the Qualities of Low Carbon Steel in a Slab Caster Mold.

Proceedings, 8th ECCC, Graz (2014), pp. 585-594.

7. K. Kariya et al. Development of flow control mold for high speed casting using static magnetic fields. AISE (1994), Chicago.

кого промышленного комплекса, то двух площадок площадью по 22×24 м будет достаточно (рис. 7). Кроме четырех печей и двух распределительных систем мощности (включая трансформаторы в подвальном помещении), производственная площадь включает лотковые питатели на платформе печи. Само собой разумеется, что необходимое для охлаждения оборудование (теплообменники воздух/вода или вода/вода) установлено снаружи здания. С индукционными тигельными печами, которые уже прочно утвердились в качестве плавильного комплекса в литейном производстве и производстве заготовок и полуфабрикатов цветных металлов, постоянно открываются новые сферы применения, включая их применение в качестве альтернативы первичной плавильной печи на микрозаводах. Уже известны многие области их успешного применения для реализации конкретных технологических процессов и удовлетворения экономических критериев. Сегодня еще далеко не все специфические металлургические возможности технологии индукционной плавильной печи изучены и исчерпаны. n Список литературы 1. World Steel Association: Steel Statistical Yearbook 2011/2012.

2. Anthony B. Phillips. BSE Symposium, April 2009.

3. D. Trauzeddel, W. Schmitz. Giesserei 2012, № 6, s. 26-30.

4. E. Dötsch. Induktives Schmelzen und Warmhalten (Induction melting and holding), Vulkan-Verlag, 2nd ed.

5. R. Bode. Presentation 2015, Dörentrup Feuerfestprodukte.

www.steeltimesint.com

ПЕРСПЕКТИВЫ: INTECO 35

Компания Inteco – лидер в области выплавки качественных сталей и технологий специальной металлургии «В настоящее время компания Inteco реализует два проекта по вводу в эксплуатацию новых электросталеплавильных мини-заводов в Южной Корее и Мексике. Компания также весьма активно работает в Индии и Китае», – рассказывает Харальд Хольцгрубер, основатель и управляющий директор компании Inteco (Австрия).

1. Как обстоят текущие дела в компании Inteco? Можно сказать, что в настоящее время мы более чем заняты выполнением заказов. С осени 2015 года мы получили множество новых заказов, а кроме этого, при таком весьма требовательном состоянии мирового рынка, не только цена и качество являются важными факторами, но и вопрос сжатых сроков поставки.

2. Каков ваш взгляд на нынешнее состояние мировой черной металлургии? Она переживает серьезную реструктуризацию под влиянием сокращения спроса и объемов производства. Только компании с оптимизированными производственными циклами и современным оборудованием смогут выжить. При ограниченных финансовых возможностях большинство компаний проводят выборочные улучшения с целью повышения общих производственных показателей.

3. В каком секторе черной металлургии ведет свой основной бизнес ваша компания? Группа Inteco способна усовершенствовать на базе собственных технологий все без исключения производственные процессы обработки жидкой стали, ферросплавов и суперсплавов. Она обеспечивает поставку заказчику индивидуально спроектированного оборудования для выплавки стали (электродуговые печи, печи с погружной дугой, вакуумные индукционные печи), вторичной металлургии (установки печьковш, установки вакуумной дегазации, вторичный конвертер) и разливки стали (непрерывная разливка и литье слитков), а также вторичного переплава (электрошлакового и вакуумно-дугового).

4. Где в настоящее время в мире вы наиболее загружены заказами? Сейчас мои менеджеры по продажам и я много времени проводим в Азии, особенно в Индии, Корее и Китае, где клиенты ищут современные технологии для улучшения качества продукции, но и Европа остается востребованным рынком.

5. Можете ли вы кратко представить наиболее крупные контракты, выполняемые сегодня? Мы работаем над запуском нового минизавода в Корее на базе 150-тонной ЭДП, включающим полный состав процессов последующей вторичной металлургии и www.steeltimesint.com

Д-р Харальд Хольцгрубер (Dr. Harald Holzgruber), основатель и управляющий директор компании Inteco (Австрия)

отливку слитков массой до 500 т. Еще одним крупным проектом является второй мини-завод на базе 50-тонной ЭДП, также с комплексом вторичной металлургии и литья слитков в Мексике. Мы ввели в эксплуатацию после модернизации крупный проект с ЭДП для выпуска проката класса SBQ, где мы обеспечили работу печи с закрытой шлаковой дверью и без кислородного манипулятора в двери. Оборудование компании Inteco PTI (США) позволяет проводить процессы обезуглероживания и науглероживания жидкой стали непосредственно в ЭДП с помощью специальных интегрированных систем инжекции источников энергии. Роботизированная система T&S также снижает непосредственную работу операторов на платформе ЭДП.

6. Ваше мнение в вопросе противостояния алюминия стали? Я твердо уверен, что сталь будет оставаться материалом номер один в отношении качества и потребляемого объема, чтобы успешно обеспечивать и поддерживать наш образ жизни.

7. Известны заявления, что алюминий является более «зеленым» металлом по сравнению со сталью. Каково ваше мнение? С учетом соотношения коэффициента утилизации и общего потребления энергии сталь, конечно, является более «зеленым» материалом.

8. Как современная черная металлургия отвечает на обеспокоенность в сфере экологии и контроля за выбросами? За последние 10 лет в производстве стали уже сделано много в этой области. Современные производственные установки всегда учитывают природоохранные требования и запрос на максимально надежное управление выбросами, но всегда есть место для улучшения, особенно на устаревших заводах, которые находятся в эксплуатации уже многие годы. Экологический контроль сегодня весьма актуален для нас.

9. В ваших отношениях с производителями стали ощущаете ли вы их потребность в компаниях, которые могут предложить им решения по энергоэффективности и устойчивости? Если да, то что вы можете им предложить? Энергетическая эффективность и устойчивость являются насущными требованиями для всех производителей стали по всему земному шару. Компания Inteco рада предложить целый ряд таких систем и технологий, в частности, когда речь идет о работе электродуговой печи.

10. Как быстро черная металлургия отреагировала на запросы «зеленой политики» в плане внедрения более экологически приемлемого процесса производства, видны ли успехи или это безуспешная борьба?

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

36 ПЕРСПЕКТИВЫ: INTECO

Черная металлургия отреагировала довольно быстро на «зеленую политику», и я уверен, что она работает на наиболее высоком уровне, особенно в Европе. Хотя у меня иногда появляются сомнения относительно того, понимают ли политики, что они могут запрашивать и в какой период времени и, если они не понимают – иногда – то ставят под угрозу отрасль черной металлургии и тысячи рабочих мест.

11. В каких областях Inteco лидирует с точки зрения технологии производства стали?

Inteco является лидером рынка в области производства качественных сталей и специальной металлургии. Клиенты, которым нужно сделать следующий шаг выше по лестнице качества, свяжитесь с нами, ведь сегодня мы являемся единственной компанией в мире, которая предлагает и имеет список множества успешно выполненных проектов, охватывающих все процессы выплавки, рафинирования, литья и переплава качественных сталей и жаропрочных сплавов.

12. Какое значение Inteco придает подходу «Индустрия 4.0»? Производство марок стали по индивидуальным требованиям заказчиков в отношении химсостава стали изо дня в день было бизнесом в течение многих лет. Кроме того, сети офисных ИТ-систем с производственными внутрицеховыми системами, уже внедрены на современных металлургических заводах. Мы разработали системы автоматизации технологических процессов, которые охватывают различные уровни автоматизации до систем ERP. Требования «Индустрия 4.0», такие как формирование предложения под воздействием спроса, смарт-планирование и учет перевозок и логистики уже, шаг за шагом, включены в интеллектуальное решение нашей компании по автоматизации. Компанией Inteco уже разработаны отдельные пакеты для таких процессов производства стали.

человеческих рисков и делаем упор на сокращение потребления электроэнергии и выбросов CO2. Развитие компании Inteco за последние 40 лет, конечно, всегда было связано с мировой металлургической промышленностью и, таким образом, мы смогли вырастить компанию, которая в последнее десятилетие стала глобально действующей группой, в которой работает около 400 высококвалифицированных и образованных инженеров, и предлагающей все виды услуг и оборудования для металлургической промышленности по всему земному шару. В настоящее время металлургическая промышленность сталкивается с некоторыми проблемами и, таким образом, новые крупные проекты являются редкими, но я более чем уверен, что с технологиями, разработанными и/или приобретенными Inteco, мы хорошо позиционируемся и сможем сделать следующий шаг на пути к устойчивому росту.

14. Как следует реагировать промышленности на ситуацию в Китае? Китай доминирует в мировом производстве жидкой стали в количественном выражении, но когда дело доходит до высококачественных сталей, то «старые» металлургические заводы по всему миру остаются непобедимы. Это, однако, важно, чтобы производители стали и поставщики технологий, обслуживающие этот рынок, были на один шаг впереди и постоянно вкладывали средства в новые разработки.

15. Где вы видите появление большинства инноваций в технологической цепочке производства?

Inteco в последние несколько лет активно участвует в развитии первичной металлургии и, в частности, в совершенствова-

13. Как вы оцениваете развитие компании Inteco в кратко- и среднесрочной перспективе? Мы ведем интенсивную работу в таких важных вопросах, как безопасность труда, роботизированные решения, исключение Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

нии технологии электродуговой печи. В связи с требованием в глобальном масштабе сократить выбросы CO2 я вижу много развиваемых инноваций и энергичных усилий по оптимизации этой конкретной технологии.

16. Насколько оптимистично вы оцениваете перспективы мировой металлургии, и с какими проблемами могут столкнуться производители в краткосрочной и среднесрочной перспективе?

Inteco смотрит оптимистично – сталь попрежнему будет оставаться материалом выбора для обеспечения нашего уровня жизни, ведь на сегодняшний день сталь является наиболее универсальным материалом. Сложность текущей ситуации изза избытка производственных мощностей и низких цен на сырье, которые являются дефляционными, приводит к остановке глобальных инвестиций. Тем не менее, вызовы в металлургической промышленности всегда были частью жизни металлургов, и обеспечивали условия для разработки новых технологий и материалов.

17. В каких выставках и конференциях будет участвовать Inteco в 2016 году? После года выставки METEC (в 2015 г.) мы будем держать низкий уровень участия в 2016 году. Мы будем присутствовать на AISTech в Питтсбурге (США), EEC в Венеции и ежегодной конференции STAHL в Дюссельдорфе (Германия).

18. Inteco базируется в Австрии, а что происходит со сталью в стране? Австрия может быть небольшая страна, но, на мой взгляд, она играет важную роль, когда речь идет о высококачественной стали. С одной стороны, у вас есть компании Boehler и Voestalpine, которые являются крупными и хорошо известными в мире производителями стали, а с другой стороны есть Inteco и другие австрийские компании, предлагающие высокотехнологичные металлургические заводы.

19. Если бы вы обладали сверхмощью, как бы вы использовали ее для улучшения мировой черной металлургии? Я хотел бы снизить удельную энтальпию стали от 390 кВт·ч/тонну до одной трети этого значения, но это всего лишь мечта. n www.steeltimesint.com

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ 37

Оптимизациия состава металлошихты: влияние дешевого металлолома на себестоимость выплавки конвертерной стали В текущих условиях нестабильной экономики сталеплавильщики во всем мире стремятся повысить свою конкурентоспособность. Использование «дешевого лома» не решает проблему. Решением может стать внедрение в производство программы оптимизации состава металлошихты для кислородно-конвертерной плавки с учетом критерия ценности материала в использовании. Сара Хорнби* ПРОИЗВОДИТЕЛИ стали на интегрированных заводах полного металлургического цикла производства и на «мини-заводах» стремятся к повышению своей конкурентоспособности. В кислородно-конвертерном процессе выплавки стали затраты на «металлолом в шихте плавок» составляют 10–15 % себестоимости одной тонны жидкой стали в ковше (выше только доля жидкого чугуна). Оптимизация наносит «сокрушительный удар по шихте плавок» и при внимательном отношении к выбору исходной смеси металлошихты и поставкам шихтовых материалов металлурги могут существенно снизить производственные затраты на жидкую сталь при управлении технологическим процессом в режиме реального времени. Это требует глубоких знаний процесса выплавки стали, рынков металлосодержащих материалов (мирового и локальных), специфических данных и ограничений по каждому конкретному металлургическому заводу. Использование «дешевого металлолома» не является решением проблемы. Скорее критерий ценности материалов при использовании – Value In Use (VIU), который учитывает коэффициент расхода шихтовых материалов, экологические ограничения, выход годного (угар) металла и химический состав, должен быть включен в анализ. Комбинация всех этих знаний позволяет создать динамичную программу для оказания помощи заводу по выпуску недорогой жидкой стали заданного качества при значительных финансовых сбережениях. Воздействие на металлическую часть шихты Высокая конкуренция на рынке требует от сталеплавильщиков глубокого понимания влияния состава металлошихты на систему плавки от стоимости исходных шихтовых материалов до «затрат по переделу» от завалки шихты в конвертер до получения полуфабрикатов или готовой стальной продукции. Экспертные программы, разработанные на заводах или купленные у разработчиков, могут помочь металлургам выплавлять «недорогую» жидкую сталь требуе-

Процент по кредитам: 10,86 % Амортизация основных фондов: 8,99 %

Зарплата: 3,33 %

Железная руда: 38,70 %

Электричество: 2,28 %

Энергия и сопутствующие продукты: -10,30 %

Прочие затраты: 2,7 % Огнеупоры: 1,34 % Ферросплавы: 4,33 % Кокс: 21,34 %

Флюсы: 4,97 % Кислород: 1,32 % Металлолом: 10,16 %

Рис. 1. Структура типичных производственных затрат на выплавку в кислородном конвертере одной тонны жидкой стали [1]

мого состава и качества. Эти программы учитывают многие факторы, влияющие на себестоимость производства тонны стали (состав металлошихты, операции продувки кислородом, использования флюсов, наведения шлака и удаления отходов, выход годного при выплавке и разливке, заводские ограничения и др.). Производителям стали хорошо известно, что низкая производственная себестоимость стали не обязательно является результатом использования дешевого лома. Тем не менее, в отрасли не так много металлургов, которые действительно проводят количественную оценку влияния переменных процесса на производственную себестоимость жидкой стали в ковше. При номинальной доле металлической части (жидкий чугун/металлолом) в шихте кислородно-конвертерной плавки на уровне 75 % можно понять, что экономия US$ 0,50/т жидкой стали в ковше (US$ 2/т ЖС от загруженного лома) обеспечит экономию нескольких миллионов долларов в год и значительно повысит

конкурентоспособность металлургического комбината. Успех системы оптимизации металлошихты определяется глубоким знанием практики конвертерной плавки и критерия ценности в использовании металлосодержащих материалов VIU. В кислородно-конвертерном производстве стали предварительно смешанные исходные шихтовки исторически планируют с учетом химического состава получаемого на заводе жидкого передельного чугуна (ЖЧ) и известной химии ЖЧ на финальной стадии получения заданного состава стали. Программы оптимизации позволяют быстро проводить расчет наиболее подходящего состава шихты для плавки. В кислородно-конвертерном производстве стали затраты на металлолом составляют (рис. 1) около 10 % в структуре себестоимости жидкой стали, на руду и кокс приходится 60 % [1]. При доли металлолома в завалке в конвертер от 20 до 25 % может быть получена значительная экономия за счет оптимизации металлолома в шихте.

*Sara Hornby – президент компании Global Strategic Solutions, Inc. 16317 Woolwine Road, Charlotte, NC 28278, США.

Tel: 704-488-7969; shornbyanderson@carolina.rr.com www.steeltimesint.com

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

38 ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ

В 10-летний прогноз балансов металлошихты компании Midrex [2] не включены требования к конвертерному лому и альтернативным железосодержащим материалам. Переработка металлолома в кислородном конвертере для снижения себестоимости и/или компенсации малодоступного для заливки в конвертер жидкого чугуна не рассматривалась. Ожидаемый в будущем рост дефицита металлолома приведет к росту его цены (спрос и предложение), расширению использования вторичного лома и более эффективному возврату в производство отходов металлургического передела. Такое состояние рынка металлолома в перспективе вызовет расширенное внедрение моделей и программ оптимизации производственных затрат на выплавку жидкой стали. Инструменты статистического управления технологическим процессом могут оказать неоценимую помощь сталеплавильщикам, которые будут вынуждены использовать больше вторичных материалов, в удовлетворении требований по химии и оптимизации процесса выплавки стали. Кроме того, внедрение «нетрадиционного» состава шихты потребует проведения долгосрочного анализа будущих заказов и статистического предсказания доступности и качества жидкого передельного чугуна. Оптимизация потребует проведения ежемесячной оценки производственных заказов, инвентаризации (на заводе и на маршрутах), учета специфических для каждого завода ограничений, а также данных о текущем состоянии рынка металлолома. Введение в этот процесс критерия VIU для расчета ценности использования исходных шихтовых материалов позволяет оценивать и сравнивать различные составы шихты плавок и разрабатывать «план поставок» шихтового сырья. Заводские ограничения являются фактором, связанным с содержанием остаточных загрязняющих элементов, известными эксплуатационными ограничениями (по типу или размерам лома), стандартными операционными процедурами (SOP) для химического состава и температуры ЖЧ, продувки кислородом, снижения концентрации углерода, типа флюсов и т.п. Любые программы оптимизации должны количественно оценивать затраты, связанные с этими ограничениями, индивидуально по каждому фактору или «по массе». Концепция критерия ценности материала в использовании (VIU) – не новая концепция [3–7]. Вернее она прогнозирует влияние «металлолома» на производственные затраты (выход годного, экологию, шлак и т.д.), позволяя исключать неверные варианты выбора смеси шихты относительно стоимости исходных шихтовых материалов и их влияния на последующую себестоимость стального полуфабриката. Конечно, и хорошо про-

Таблица 1. Примеры оптимизации оригинального состава шихты плавок в ККЦ при различных ограничениях и доступная за счет этого экономия производственных издержек [8] ККЦ

Шихта пользователя

Пример № 1 2 корзины

Пример № 2 1 корзина

Пример № 3 Пример № 4 Пример № 5 Лом марки Пакеты луже- Завалка HMS ных банок 2-х корзин

Шихта Оптимизиро- Оптимизиро- Оптимизиро- Оптимизиро- Оптимизипользователя ванная ванная ванная ванная рованная Доля металлошихты Жидкий чугун

78.6%

78.6%

78.60%

78.60%

78.60%

78.60%

Железная руда

0.0%

0.0%

0.00%

0.00%

0.00%

0.00%

Factory Bundles

17.3%

9.2%

10.10%

11.40%

10.30%

8.90%

#1 Dealer Bundles

25.8%

4.1%

4.80%

3.10%

1.10%

1.10%

#1.5 Bundle

7.6%

9.1%

9.10%

9.10%

9.10%

9.10%

Shred

3.5%

17.6%

18.40%

17.20%

17.90%

18.50%

5’ P & S

21.6%

29.3%

16.10%

12.50%

12.80%

24.70%

#1 HMS

3.1%

6.2%

6.20%

11.50%

13.10%

13.10%

DRI/HBI

0.0%

0.0%

10.80%

10.80%

11.40%

0.00%

Tin Plate Bundles

1.6%

1.4%

1.40%

1.40%

1.30%

1.40%

Tin Can Bundles

0.8%

1.3%

1.20%

1.20%

1.30%

1.30%

Home Sheet

10.9%

12.7%

0.13

12.70%

12.70%

12.70%

Марки металлолома (% лома, только)

Pit/Skulls Revert

7.9%

9.1%

9.10%

9.10%

9.10%

9.10%

Итого

100.0%

100.0%

100.0%

100.0%

100.0%

100.0%

Всего

383,400

383,719

384,276

384,300

384,360

383,820

Copper

0.04%

0.04%

0.04%

0.04%

0.04%

0.05%

Nickel

0.02%

0.02%

0.02%

0.02%

0.02%

0.02%

Chrome

0.03%

0.03%

0.03%

0.03%

0.03%

0.03%

Moly

0.004%

0.004%

0.00%

0.00%

0.00%

0.01%

Tin

0.005%

0.005%

0.01%

0.01%

0.01%

0.01%

Total (Cu, NI, Cr, Mo, Sn)

0.094%

0.107%

0.10%

0.10%

0.10%

0.11%

Mixture

0.094%

0.107%

0.10%

0.10%

0.10%

0.11%

Carbon

0.13%

0.13%

0.13%

0.13%

0.13%

0.13%

Manganese

0.08%

0.09%

0.08%

0.08%

0.08%

0.09%

Sulfur

0.009%

0.010%

0.01%

0.01%

0.01%

0.01%

Phosphorus

0.004%

0.004%

0.00%

0.00%

0.00%

0.00%

90.3%

90.2%

90.10%

90.10%

90.00%

90.20%

Lime, Lb/nt steel

133

135

139

139

139

136

Dolo, Lb/nt ladle steel

118

120

123

123

124

121

2,244

2,261

2,259

2,260

2,262

2,265

Slag, Lb/nt steel

302

307

313

314

315

308

Dust, Lb/nt steel

120

121

123

124

124

122

Средний химсостав

Усредненные переменные процесса Выход годного, % Удельный расход и потребление

Oxygen, Ft3/nt steel

Данные по завалке лома и плавке Плотность лома в корзине

69

64

72

73

72

64

Число корзин на плавку

1.05

1.14

1

0.99

1

1.14

Время продувки, мин

24.5

24.7

24.7

24.7

24.7

24.8

Цикл плавки, мин

47.6

48.0

47.7

47.7

47.7

48

Ср. произодительность, т/час

296.1

293.8

295.7

295.7

295.4

293.6

Требуемый период, дней

27.3

27.5

27.3

27.3

27.3

27.5

Масса завалки

111,392

111,484

111,651

111,660

111,673

111,510

Полная заливка ЖЧ, т

337,630

337,912

338,396

338,416

338,473

338,003

Полная завалка лома, т

91,898

91,974

92,112

92,119

92,131

91,996

Всего металлошихты, т

429,528

429,886

430,509

430,536

430,604

429,999

Масса ковша, т

387,750

387,750

387,750

387,750

387,750

387,750

Жидкий чугун

$245.64

$245.64

$245.64

$245.64

$245.64

$245.64

Железная руда

$0.00

$0.00

$0.00

$0.00

$0.00

$0.00

Металлолом

$70.69

$68.48

$68.19

$67.89

$67.64

$67.84

Общие затраты

Потери металла (угар) Полная цена металлошихты

$34.08

$34.13

$34.60

$34.59

$34.62

$34.16

$350.41

$348.25

$348.44

$348.12

$347.91

$347.64

Затраты по переделу, US$/т стали в ковше Известь

$7.99

$8.11

$8.32

$8.34

$8.36

$8.15

Доломит

$7.08

$7.19

$7.38

$7.39

$7.42

$7.23

Кислород

$4.49

$4.52

$4.52

$4.52

$4.52

$4.53

Десульфурация

$2.65

$2.65

$2.65

$2.65

$2.65

$2.65

Удаление шлака

$1.53

$1.53

$1.53

$1.53

$1.53

$1.53

Пылеудаление

$6.01

$6.07

$6.17

$6.18

$6.19

$6.09

Полные затраты на передел

$29.75

$30.07

$30.57

$30.62

$30.68

$30.19

Себестоимость стали

$380.16

$378.32

$379.01

$378.74

$378.59

$377.83

Прочие затраты в ККЦ

$35.00

$35.00

$35.00

$35.00

$35.00

$35.00

$415.16

$413.32

$414.01

$413.74

$413.59

$412.83

$160,976,954

$160,264,841

$160,533,266

$160,427,773

$1.84

$1.14

$1.42

$712,112.58

$443,687.88

$549,181.13

Себестоимость стали в ковше, US$/т Общие месячные затраты на сталь в ковше, US$/мес. Удельная экономия по сравнению с исходной шихтовкой, US$/т Экономия в месяц по сравнению с исходной шихтовкой, US$/мес.

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

$160,369,698 $160,075,697 $1.57

$2.32

$607,255.91 $901,257.00

www.steeltimesint.com

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ 39

$1.50 $1.00 $0.50

$20 Состав шихты пользователя

$0.00 Пример № 1 2 корзины

Пример № 2 1 корзина

-$0.50

Пример № 3 Лом марки HMS

Пример № 4 Пакеты луженых банок

Пример № 5 Завалка двумя корзинами

$9.28

$10

-$1.00

$5.22

$5.78 $3.76

$3.67

$4.75

$4.80

-$1.50 $0.15

$0.81

$1.77

$0.98

07.12

08.12

$0.11

$0

-$2.00

01.12

02.12

03.12

04.12

05.12

06.12

09.12

10.12

11.12

12.12

-$2.50 -$3.00 -$10 -$3.50

Цена металлолома

Цена угара в конвертере

Затраты на передел

Экономия

Рис. 2. Сравнение элементов производственных затрат для пяти случаев смеси шихты (см. табл. 1) с оригинальным составом шихты ККЦ [8]

думанные планы порой идут в корзину. Любая программа оптимизации должна, следовательно, быть в состоянии быстро пересчитать состав новой шихты плавки, чтобы компенсировать недоступные сырьевые материалы и по-прежнему обеспечивать наиболее низкое по производственной себестоимости стали решение. Ограничения и оптимизация Заводы на основе опыта разработали свои собственные практики работы с учетом местных условий рынка. Специфические для каждого завода ограничения включают качество передельного ЖЧ по химсоставу и температуре, конечное значение концентрации углерода, продувку кислородом, флюсы, использование охладителей и так далее, а также марку и размеры металлолома. Ограничения по шихтовым материалам для плавок (минимумы или максимумы) часто приводят к трудностям. Среди них такие, как плавкость лома (слябы или тяжелый крупногабаритный лом), выделение дыма и экология (общее количество корзин № 2), месторасположение возвратного (оборотного) лома, отходы и брак производства (тяжелые слитки, литники) и т.п. Конкретные примеры таких ограничений были подробно рассмотрены в предыдущих работах [1, 7]. С конкретными заводскими ограничениями – операционными и по химическому составу – вводимыми в модели оптимизации, можно оценивать и оптимизировать состав исходной шихты плавок. Возможность определения «цены каждого ограничения» является бесценным подарком сталеплавильщикам и часто приводит к изменению практики работы ККЦ. В табл. 1 [8] на примере заводской производственной себестоимости выплавки различных марок стали, предназначенных для рынков бытовых приборов, нефтяных труб, автомобилестроения, белой жести, полос и листов рядового назначения, показано, как пять различных случаев www.steeltimesint.com

Рис. 3. Ежемесячная удельная экономия (US$/т) в 2012 году по сравнению с усредненными данными БД RMDAS компании Flatroll Group

ограничений влияют на выбор текущего состава шихты для завалки в конвертер в случае использования системы оптимизации металлолома в шихте Scrap OptiMiser® компании Tube City IMS (США). Оптимизированный состав металлолома для выплавки некоторых из этих марок стали требует завалки конвертера двумя корзинами. Случай № 1 ограничен использованием металлолома с высоким содержанием остаточных загрязняющих элементов (тяжелый лом HMS 1 и пакеты луженого лома консервных банок), что приводит к экономии US$ 1,84/т (US$ 2,02/т ЖС; US$ 712 тыс./месяц). Случай № 2 с завалкой одной корзиной (предпочитают большинство цехов) показывает снижение средней экономии до US$ 1,14/т (US$ 1,25/т ЖС; US$ 444 тыс./месяц). В обоих этих случаях завалка лома типа HMS и пакетов луженого стального лома исключает возможность выплавки первых четырех марок стали (бытовые приборы, трубы, автолист и белая жесть). Случай № 3 с ограничением завалки одной корзиной и поддержкой в виде 10 % лома HMS позволяет выплавить все четыре марки стали. Это повышает экономию до US$ 1,42/т (US$ 1,56/т ЖС; US$ 549 тыс./месяц). Цена неиспользуемого лома HMS 1 составляет US$ 0,28/т (US$ 0,31/т ЖС). Добавление 5 % пакетов луженого лома консервных банок в шихту для первых четырех марок стали (Случай № 4) повышает уровень экономии до US$ 1,57/т.

Случай № 5 снимает ограничение завалки одной корзиной, но сохраняет использованием лома HMS и пакетов луженых банок при выплавке первых четырех марок стали, что позволяет повысить экономию до US$ 2,32 т (US$ 2,55/т ЖС; US$ 901 тыс./месяц). Цена ограничения завалки одной корзиной составляет US$ 0,73/т (US$ 0,80/т ЖС). Возможность проведения количественной оценки производственных затрат с учетом индивидуальных ограничений позволяет персоналу ККЦ сосредоточиться на улучшениях практики работы, оказывающих наибольшее влияние на снижение производственных расходов и рост итоговой прибыли. Знание конкретных производственных затрат смягчает ограничения и обеспечивает существенную экономию. Влияние дешевого металлолома Табл. 1 и рис. 2 [8] показывают, что в случае применяемой пользователем смеси шихты затраты на металлолом и общие затраты на металлическую часть шихты, являются наиболее высокими, хотя затраты на передел и потери выхода годного (угар) в конвертере являются самыми низкими. Рис. 2 показывает нелинейную взаимосвязь между затратами на передел, угаром, ценой металлолома и величиной экономии. Наилучший состав шихты обеспечивает наивысшую экономию с учетом химического состава и существующих ограничений.

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

40 ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ

Доступность лома и его химический состав Крайне важно определять и поддерживать данные о химическом составе металлолома, предпочтительно по классам и поставщикам. Знание местных рыночных условий по доступности и цене поставки шихтовых материалов обеспечивает лучшие условия «покупки». Цена должна учитывать затраты на транспортировку и специфические заводские ограничения по спросу, вместе с материальными запасами ККЦ, планируемыми запасами и ожидаемым образованием оборотного заводского лома (настыли, стальные отходы, другие возвраты). Химический состав металлолома и его влияние на выход годного, плавкость и другие производственные затраты (критерий VIU) могут способствовать использованию более дорогого лома, чтобы компенсировать повышенные затраты на передел низкокачественного металлолома, тем самым снижая в конечном итоге производственную себестоимость жидкой стали. Результаты оптимизации В табл. 2 представлены оптимизированные с помощью внедренной программы Scrap OptiMiser® (SO) составы металлошихты в сравнении с оригинальным «составом доли металлолома в шихте пользователя». Основные различия между используемым в ККЦ составом шихты плавок и оптимизированным составом шихты выделены жирным шрифтом. Наиболее значительные изменения включают повышение доли лома HMS 1в девять раз (с 2,2 до 18,5 %), шредерного лома – в два раза (с 6,8 до 12,3 %), повышение на 60 % использования лома литников и настылей P&S с (6,5 до 10,5 %). В то же время поставщики №1 и № 2 (пакетированного лома, рельсового лома и колес, пакетов жести от консервных банок, пакетов промышленных отходов и ГБЖ) были исключены из состава оптимизированной смеси шихты. Также была повышена до 78,4 % доля заливки жидкого передельного чугуна, при этом доля шредерного лома была снижена на 5 % (с 12,3 до 7,4 %), а доли лома HMS 1 и возвратного лома P&S были увеличены на 4 и 1 %, соответственно (до 22,3 и 11,3 %). Как видно из рис. 3, на заводе была достигнута среднегодовая экономия в поставках металлолома US$ 2,81/т при сравнении с усредненной ценой металлолома, определяемой БД RMDAS компании Flatroll Group. Уровни ежемесячной и годовой экономии будут зависеть от программы оптимизации, кривой эксплуатационного обучения, доступности требуемого металлолома и его цены, марок выплавляемых сталей, изменений в производительности цеха, книги заказов и состояния материальных запасов ККЦ, а также конкретных заводских ограничений.

Таблица 2. Сравнение состава оригинальной металлошихты в шихте плавок конкретного ККЦ с оптимизированным программой Scrap OptiMiser® составом доли металлошихты [8]

Металлошихта

ОптимизироСостав Оптимизированный шихты ванный состав SO с пользовасостав SO повышенной теля шихты долей ЖЧ

Доля ЖЧ, %

74.1%

Железная руда Выход годного, %

78.4% 1.3%

90.9%

90.7%

90.6%

Марки металлолома в шихте #1 Dealer Bundles

3.4%

Rail & Wheels

1.1%

5’ P & S

6.5%

10.5%

Shred

6.8%

12.3%

7.4%

#1 HMS

2.2%

18.5%

22.3%

#2 Bundle

0.0% 0.0% 11.3%

0.5%

0.0%

De-Tin Bales

13.6%

0.0%

Industrial Bundle

4.9%

Muni Tin Bundles HBI

0.0% 1.0%

1.2%

2.3%

0.0%

Burned Heavy

5.1%

Burned Slabs

5.9%

Burned Tundish Crop Ends

2.0% 2.3%

Mandrels Sheet

2.2%

2.3%

6.1%

Pit Cast Iron

1.2%

Prep Coils

10.2%

Skull Pit

8.8%

Slabs

2.1%

Slitter

3.1%

#1 Bundle, BB & Home

4.9%

Mixed Maint.

1.1%

MD Piglet Iron

0.5%

High Sulfur Iron

1.9%

Fritz Reclaim

0.4%

Kish

2.0%

Inter company

0.2% 100.0%

100.0%

100.0%

Заключение Программа оптимизации состава металлошихты в шихте плавки помогает персоналу ККЦ, отвечающему за эксплуатацию и материальные поставки, принимать обоснованные решения, которые будут воздействовать непосредственно, и в значительной степени, на экономические итоги работы всего цеха. Оптимизация должна проводиться регулярно с учетом волатильности рынка металлолома (относительно производственной программы), изменений в объемах выпуска продукции и портфеле заказов на поставку шихтовых материалов, требований по химическому составу выплавляемой стали. Быстрое проведение расчетов и выбора оптимального состава металлошихты плавок при известном химсоставе ЖЧ в ККЦ является «обязательным». Любая программа оптимизации состава металлошихты плавок должна учитывать наличие и доступность металлолома, текущие цены по маркам и блокам, материальные запасы цеха, значения критерия VIO используемых материалов, быть в состоянии предсказать воздействие на производственные затраты конкретных заводских ограничений. Это позволит производить продукты с необходи-

Steel Times International на русском языке – Сентябрь 2016

мым химическим составом готовой стали из смеси имеющихся в ККЦ марок металлолома с наиболее низкой достижимой производственной себестоимостью жидкой стали. Экономия может достигать от US$ 2,2/т ЖС до US$ 6,6/т ЖС, хотя некоторые металлургические заводы получают и более высокую экономию (при использовании системы оптимизации OptiMiser® на некоторых заводах экономия достигает US$ 10,21/т ЖС). Химсостав металлолома играет важную роль при выплавке стали с низкими производственными затратами. Как правило, самая дешевая по цене металлошихта не обеспечивает самую низкую производственную себестоимость выплавленной стали! При рассмотрении вопроса о выборе состава металлосодержащей части в шихте плавок никогда не следует недооценивать влияние критерия VIU и химсостава шихтовых материалов или воздействие ограничений на производственные расходы. Так, например, повышение доли заливки передельного ЖЧ привело к убыткам до US$ 8,19/т (US$ 9,01/т ЖС), в то время как изменения состава металлолома в шихте обеспечило экономию US$ 2,30/т (US$ 2,53/т ЖС). Изменение операционных переменных в примере № 2 показывает оптимизированный случай, позволяющий получить самую высокую экономию (US$ 2,32/т; US$ 2,54/т ЖС; US$ 910 тыс./месяц). В то же время, различные ограничения снижают уровень экономии до US$ 1,14/т (US$ 1,25/т ЖС; US$ 444 тыс./месяц). Высокие затраты на передел могут превратить дешевый металлолом в более дорогую жидкую сталь. Дружественное отношение и доверие к программе оптимизации позволит изменить предвзятое мнение об использовании металлолома, способствовать объективному ценовому сравнению различных составов металлолома в шихте плавок и обеспечить производителю получение существенной экономии в производственных затратах на выплавку стали. n Список литературы 1. Steelonthenet.com – 2011 production costs for 1 Million T/year EAF Steel Mill and a 3 Million T/year BOF Steel Mill in Japan.

2. Midrex Technologies Inc. – 2011 World EAF Metallics Balance.

3. Future Green Steelmaking Technologies – Impact of New AIS on Steelmaking Energy and Emissions; S. Hornby Anderson, G. E. Metius, ISS EF Conference, San Antonio, TX, November 2002.

4. Influence of AIS Chemistry on EAF Steelmaking Economics, S. Hornby Anderson, G. E. Metius, ISS EF Conference, San Antonio, TX, November 2002.

5. Iron and Steel Society DRI and HBI Short Course, ISSTech, Indianapolis, IN, April 27th 2003 (www.iss.org).

6. Midrex Melting Seminar, May 2000, Tuscaloosa, AL. 7. Lowest Cost Metallics Input Does Not Lowest Cost Liquid Steel Create! S. Hornby, AIST Specialty Conference, Scrap Supplements and Alternative VI. 8. Low-CostScrap Does Not Low-Cost Steel Make, Sara A. Hornby, AISTech May 2013, Pittsburgh, PA.

www.steeltimesint.com

UK CARBON & GRAPHITE COMPANY LIMITED ПОСТАВЛЯЕМ ВЫСОКАЧЕСТВЕННЫЕ УГЛЕРОДНЫЕ И ГРАФИТИРОВАННЫЕ ПРОДУКТЫ ПО ВСЕМУ МИРУ

МОНИТОРИНГ НАСТОЯЩЕГО ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО БУДУЩЕГО

ЭЛЕКТРОДЫ МАРКИ UK-X GRADE производимые с использованием наилучших в мире сырьевых материалов и производственных технологий, поддерживаемые хорошо известной командой технического обслуживания, обеспечивают не только успешно проверенную работу электродов в наиболее сложных мировых условиях применения, но и техническую поддержку, что в итоге приносит общую оптимизацию работы ЭДП.

UK CARBON & GRAPHITE COMP COMPANY COMPAN PA ANY LIMITED LIMITED,, UKCG KC House,, 5 Strutt Street Street,, Belper,r, Derbyshire,, DE56 1UN, 1UN UK UK CARBON & GRAPHITE COMP COMPANY COMPAN PA ANY LIMITED LIMITED,, UKCG KC House,, 5 Strutt Street Street,, Belper,r, Derbyshire,, DE56 1UN, 1UN UK Tel: Te el: +44 (0) 1773 881130 // Fax: Fax: +44 (0) 1773 881138 // Email: enquiries@uk-cg.com enquiries@uk .com // W Web: www.uk-cg.com Tel: Te el: +44 (0) 1773 881130 // Fax: Fax: +44 (0) 1773 881138 // Email: enquiries@uk-cg.com enquiries@uk .com // W Web: www.uk-cg.com

Непростые времена требуют рассчитанного управления затратами

Высокостойкие стаканы-дозаторы Dyson с циркониевыми вставками успешно доказали в промышленности экономию издержек за счет удлинения последовательности серийной разливки плавок и снижения оборачиваемости промковшей. Стаканы-дозаторы ZPZTM компании Dyson обеспечивают последовательные и стабильные условия непрерывной разливки стали. Внося весомый вклад в продление сроков эксплуатации разливочных ковшей, снижение энергопотребления и повышение безопасности труда оператора.

Гордимся более чем 200-летним опытом компании на переднем крае производства огнеупорной керамики!

2-)( ! $(% & !, '% - -&)1 ) ).&!2 $!""%!& (%.! %(# )' !&

' %& !(+ 2-)(. )'