Steel Times International Russian May 2017 by Quartz

Cover_STI_May_2017_Layout 1 05.05.17 15:57 Page 4

ϮϬϬ ʸʫ˃ ʥ˄ʪ˄ˍʫʧʽ͊͊

ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПЕЧИ

ПРОИЗВОДСТВО ПРОКАТА

НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ

Электромагнитное перемешивание расплава стали улучшает работу ЭДП

Инновационная система цифрового текстурирования поверхности валков

20-ти валковые станы для прокатки тонких полос из нержавеющей стали

Минимизация избыточного покрытия стальных полос цинком

D/ 'ƌŽƵƉ ̭ ̨̨̬̭̯̐̔̽̀ ̸̨̯̥̖̖̯̌ ̨̭̖̏ ̵̨̛̱̭̯̣̖̯̖̔̏

ͤͽͽϟʹΫ΁͹ϟͽͽгς Ϳςϲͽϟͻϟ͵͹͹ ͶͻΉ ͼςͿΫͻͻϺϡ͵͹΂ςΰͺϟв ;ϡϟͼг΃ͻςͽͽϟΰͿ͹

ĹŒŏŒňőńţ œŔŒŎńŖŎń ĲŅŔńŅŒŖŎń œŒŏŒŕ ĹŌŐŌśŉŕŎńţ ŒŅŔńŅŒŖŎń ĶŉŔŐŌśŉŕŎńţ ŒŅŔńŅŒŖŎń İŉřńőŌśŉŕŎŒŉ ŒŅŒŔŗňŒņńőŌŉ ĤņŖŒŐńŖŌŋńŚŌţ ŁŎŕŖŔńŎŚŌŒőőńţ ŐŉŖńŏŏŗŔŇŌţ ĨĬīĤĭı | ĬıĪĬıĬĴĬıħ | ĦĦĲĨ Ħ ŁĮĵĳįķĤĶĤĺĬł | ĶĩĹıĬĻĩĵĮĤŃ ĳĲİĲĽŀ Ĭ ĲĥķĻĩıĬĩ | ĳĲĵįĩĳĴĲĨĤĪıĲĩ ĲĥĵįķĪĬĦĤıĬĩ

*40 .YV\W ňņń ņŉŎń ŌőŊŉőŉŔőşř ŔńŋŔńŅŒŖŒŎ őń ŕŏŗŊŅŉ œŔŒŐşŜŏŉőőŒŕŖŌ *VJRLYPSS 4HPU[LUHUJL 0UNtUPLYPL ŎńŎ :[LLS ;PTLZ 0U[! ňŒŏŇńţ ŌŕŖŒŔŌţ őŉŔńŋŔşņőŒ ŕņţŋńőőńţ ŕ ŌőňŗŕŖŔŌ ńŏŠőŒō ŔŉņŒŏŢŚŌŉō¯ Ħ ŇŒňŗ ŅŔŌŖńőŕŎŌō œŔŉňœŔŌőŌŐńŖŉŏŠ ĨŊŒő ĮŒŎŔŌŏ őńśŌőńŉŖ ŕņŒŢ œŔŒŐşŜŏŉőőŗŢ ňŉţŖŉŏŠőŒŕŖŠ ņ ĦńŏŏŒőŌŌ œŒŕŖńņŏţţ ŖŎńŚŎŌŉ ŕŖńőŎŌ ňŏţ ŜŉŔŕŖţőŒō œŔŒŐşŜŏŉőőŒŕŖŌ Ĳő ŅşŕŖŔŒ ňŌņŉŔŕŌŘŌŚŌŔŗŉŖ ŕņŒŢ ňŉţŖŉŏŠőŒŕŖŠ! ňŒŐŉőőşŉ œŉśŌ œŔŒŐşŜŏŉőőşŉ ŎŒŖŏş ņŒŉőőşŉ ŎŒŔńŅŏŌ ĵŖŔńŕŖőŒ ŗņŏŉŎńţŕŠ œńŔŒņşŐ ŒŅŒ ŔŗňŒņńőŌŉŐ ņ ŇŒňŗ ĨŊŒő ĮŒŎŔŌŏ ŕŖŔŒŌŖ œŉŔņşō œńŔŒņŒŋ ňŏţ ŌŕœŒŏŠŋŒņńőŌţ őń Ŋŉŏŉŋ őşř ňŒŔŒŇńř ĩņŔŒœş ĶŒő Ņşŏ ŋńňńő ŁŖń ŊńŊňń ŌőőŒņńŚŌō ņňŒřőŒ ņŌŏń Śŉŏşŉ œŒŎŒŏŉőŌţ ŌőŊŉőŉŔŒņ ŎŒŖŒŔşŉ őń œŔŒŖţŊŉőŌŌ œŒŕŏŉňőŌř ňņŗř ŕŖŒŏŉŖŌō ņőŉňŔţŢŖ őń ŔşőŒŎ őŒņşŉ ŖŉřőŒŏŒŇŌŌ ŅŔšőňń *VJRLYPSS! ňņŌŇńŖŉŏŠ ŔńŋŔńŅŒŖńőőşō ĴŗňŒŏŠŘŒŐ ĨŌŋŉ ŏŉŐ ņŒŉőőńţ ŖŉřőŌŎń ŏŒňŒśőşŉ ňņŌŇńŖŉŏŌ

ņŉŎ ĵŒŖŔŗňőŌŎŌ ŘŌŔŐş ĨŊŒő ĮŒŎŉŔŌŏ® ĵŉŔŉő ĥŉŏŠŇŌţ ņŕŖŔŉśńŢŖ Ħ ĹŗőŇ ĻńőŇ Ōŋ ŎŌŖńōŕŎŒō œŔŒņŌőŚŌŌ ĻŊŌŏŌ

www.cmigroupe.com

ņŒňŒŖŔŗŅőşŉ ŎŒŖŏş ŏŒŎŒŐŒŖŌņş ŎŒŖŏş ŗŖŌŏŌ ŋńŖŒŔş ňŏţ šŏŉŎŖŔŒŕŖńőŚŌō œŔŒŎńŖőşŉ ŕŖńőş Ō ŏŌőŌŌ ŒŅŔńŅŒŖŎŌ ŕŖńŏŌ őńŇŔŉņńŖŉŏŠőşŉ œŉśŌ ŎŒŖŏş ňŏţ ŖŉŔŐŒňŌőńŐŌśŉŕŎŌř ĵŁĵ Ō ŐőŒŇŒŉ ňŔŗŇŒŉ ĵ ŕńŐŒŇŒ őńśńŏń ŋńņŒňş ĮŒŎŔŌŏń® œŔŉňņŒŕřŌ ŝńŢŖ ŖŉőňŉőŚŌŌ Ō ŌŇŔńŢŖ ŒœŔŉňŉŏţŢŝŗŢ ŔŒŏŠ ņŒ ņŕŉŐŌŔőŒŐ ŖŉřőŒŏŒŇŌśŉŕŎŒŐ œŔŒŇŔŉŕŕŉ ĨŊŒő ĮŒŎŔŌŏ ŋńŏŒŊŌŏ ŒŕőŒņş ŐŉŊňŗőńŔŒňőŒŇŒ œŔŌŋņńőŌţ ŎŒŐœńőŌŌ *40 ŕŉŇŒňőţ ĥŗňŗśŌ ņşňń ŢŝŌŐŕţ œŔŒŐşŜŏŉőőşŐ ŌŕŕŏŉňŒņńŖŉŏŉŐ Œő ŐőŒŇŒ Ŕńŋ Ņşņńŏ ŋń ŇŔńőŌŚŉō ņŕŉŇňń ņ œŒŌŕŎńř őŒņşř ŖŉřőŒŏŒŇŌō Ō őŒņşř œŔŒŉŎŖŒņ ĩŇŒ ŋńņŒ ŉņńŖŉŏŠŕŎŌō® ňŗř œŔŒŚņŉŖńŉŖ ņŒŖ ŗŊŉ őń œŔŒŖţ ŊŉőŌŌ őŉ ŒňőŒŇŒ ňŉŕţŖŌŏŉŖŌţ ĶńŎ ņ ŇŒňŗ ŎŒŐœńőŌţ *VJRLYPSS® œŔŌőŌŐńŏń ŗśńŕŖŌŉ ņ ŕŖŔŒŌ ŖŉŏŠŕŖņŉ œŉŔņŒŇŒ ŎŔŗœőŒŇŒ ŎŌŖńōŕŎŒŇŒ ŕŖńŏŉŏŌ ŖŉōőŒŇŒ ŎŒŐœŏŉŎŕń ŔńŕœŒŏŒŊŉőőŒŇŒ ņ Ň ĹńőŠţő œŔŒŉŎŖŌŔŗţ ŒŅŒŔŗňŒņńőŌŉ Ō ŒŎńŋşņńţ œŒŐŒŝŠ ŋńŎńŋśŌŎŗ ņ ŐŒŅŌŏŌŋńŚŌŌ ŎńœŌŖńŏń ŐŒőŖńŊŉ ŗŕŖńőŒņŒŎ Ō ŒŅŗśŉőŌŌ ŐŉŕŖőşř ŔńŅŒśŌř

1 ņŉŎ ĵŒŖŔŗňőŌŎŌ *40 .YV\W ŗņŉŎŒņŉśŌņńţ

ŖŔńňŌŚŌŌ ĨŊ ĮŒŎŔŌŏ ňŉŏńŢŖ ņŕŉ ņŒŋŐŒŊőŒŉ śŖŒŅş ŕŒŒŖņŉŖŕŖņŒņńŖŠ ŒŊŌňńőŌţŐ ŕņŒŌř ŎŏŌŉőŖŒņ

ĵŉŇŒňőţ *40 .YV\W ŌŕœŒŏŠŋŗţ œŔŉŌŐŗŝŉŕŖņń ŐőŒŇŒņŉŎŒņŒŇŒ œŒőŌŐńőŌţ œŔŒŐşŜŏŉőőşř œŔŒ ŚŉŕŕŒņ Ō ŔŗŎŒņŒňŕŖņŗţŕŠ ŋńņŒŉņńŖŉŏŠŕŎŌŐ® Ō őŒņńŖŒŔŕŎŌŐ ňŗřŒŐ ŕņŒŉŇŒ ŒŕőŒņńŖŉŏţ œŔŒňŒŏ ŊńŉŖ œŔŒŉŎŖŌŔŒņńŖŠ ŗŕŖńőńņŏŌņńŖŠ ŐŒňŉŔőŌ ŋŌŔŒņńŖŠ Ō ŒŅŕŏŗŊŌņńŖŠ ŒŅŒŔŗňŒņńőŌŉ œŒ ņŕŉŐŗ ŐŌŔŗ ń ŖńŎŊŉ œŔŉňŒŕŖńņŏţŖŠ ŕņŒŌŐ ŎŏŌŉőŖńŐ Ō œńŔŖőŉŔńŐ ňŒœŒŏőŌŖŉŏŠőşŉ ŗŕŏŗŇŌ Ō ňŉŏŌŖŠŕţ ŕ őŌŐŌ œŔŒŘŉŕŕŌŒőńŏŠőşŐŌ ŋőńőŌţŐŌ ņ ŒŅŏńŕŖŌ ŐŉŊňŗőńŔŒňőŒŇŒ ŗœŔńņŏŉőŌţ œŔŒŉŎŖńŐŌ

ĶŉřőŒŏŒŇŌśŉŕŎńţ ŐŉŊňŗőńŔŒňőńţ őńňŉŊőńţ ĲŔŌŉőŖŌŔŒņńőőńţ őń ŖŉřőŒŏŒŇŌŌ *40 .YV\W œŔŉňŏńŇńŉŖ ŕņŒŌŐ ŎŏŌŉőŖńŐ ŐőŒŊŉŕŖņŒ Śŉőőşř œŔŉŌŐŗŝŉŕŖņ! ŗőŌŎńŏŠőŒŉ ŕŒśŉŖńőŌŉ ŌőŊŉőŉŔ őŒ ŖŉřőŌśŉŕŎŒŇŒ ŒœşŖń Ō œŔŒŘŉŕŕŌŒőńŏŌŋŐń ŒŅŜŌŔőńţ ŇŉŒŇŔńŘŌţ Ō ŖŉřőŒŏŒŇŌśŉŕŎŌō Ŕńŋ Őńř ŕœŒŕŒŅőŒŕŖŠ œŒňŕŖŔńŌņńŖŠŕţ Ō ņőŉňŔţŖŠ ŖŉřőŌśŉŕŎŌŉ őŒņŜŉŕŖņń ņ ŋńņŌŕŌŐŒŕŖŌ ŒŖ œŔŒ ŌŋņŒňŕŖņŉőőşř œŒŖŔŉŅőŒŕŖŉō ŕņŒŌř ŎŏŌŉőŖŒņ Ħ ŒŅŝŉō ŕŏŒŊőŒŕŖŌ ŒŎŒŏŒ ŕŒŖŔŗňőŌŎŒņ ņ ŕŒŕŖńņŉ ħŔŗœœş ŘŒŔŐŌŔŗŢŖ ŒŅŝŌō ŘŒőň Ŗńŏńő ŖŒņ ŕŒŌŋŐŉŔŌŐşō ŕ ńŐŅŌŚŌţŐŌ ŎŒŐœńőŌŌ *40 ŎŒŖŒŔńţ œŔŒňŒŏŊńŉŖ őŉŗŕŖńőőŒ ŔńŕŜŌŔţŖŠ Ňŉ ŒŇŔńŘŌŢ ŕņŒŉō ňŉţŖŉŏŠőŒŕŖŌ Ō ŕņŒō œŒŔŖŘŉŏŠ ŖŉřőŒŏŒŇŌō ĵŉŇŒňőţ *40 .YV\W œŔŉňŕŖńņŏŉőń ŘŌŏŌńŏńŐŌ ņ ĤŘŔŌŎŉ ĥŔńŋŌŏŌŌ ĮŌŖńŉ ĩņŔŒ œŉ ĬőňŌŌ ıŒņŒō ĮńŏŉňŒőŌŌ ĴŒŕŕŌŌ Ō ĵļĤ ŒŅŕŏŗŊŌņńţ ņŕŉ ŅŒŏŉŉ ŔńŋőŒŒŅŔńŋőŗŢ ŎŏŌ ŉőŖŕŎŗŢ Ņńŋŗ ĮńŎŌŐŌ Ņş őŌ ŅşŏŌ ŎŒőŎŔŉŖőşŉ ŖŔŉŅŒņńőŌţ *40 őńřŒňŌŖ ŏŗśŜŌř œńŔŖőŉŔŒņ! ŒŖ œŒŕŖńņŝŌŎŒņ ŗŕŏŗŇ œŒ ŗœŔńņŏŉőŌŢ œŔŒŉŎŖŌŔŒ ņńőŌŉŐ ŋńŎŗœŎńŐŌ Ō ŕŖŔŒŌŖŉŏŠŕŖņŒŐ œŒ ņŕŉŐ ŖŉřőŒŏŒŇŌţŐ ňŒ ŕœŉŚŌńŏŌŋŌŔŒņńőőşř ŗŕŏŗŇ ňŏţ ŖŉřőŌśŉŕŎŌř ŔŉŜŉőŌō ŕņţŋńőőşř ŕ ŗŐŉőŠŜŉ őŌŉŐ šŎŒŏŒŇŌśŉŕŎŒŇŒ ŕŏŉňń œŔŒŌŋņŒňŕŖņŉőőşř œŔŒŚŉŕŕŒņ ŌŏŌ ňŏţ ňŌőńŐŌŋŐń ŎŒŐœńőŌŌ ņ ŉŉ ŌőőŒņńŚŌŒőőŒō ňŉţŖŉŏŠőŒŕŖŌ

Гордимся служением черной металлургии 150 лет

www.steeltimesint.com Май 2017 Вып. №38 На русском языке

Cover_STI_May_2017_Layout 1 05.05.17 15:57 Page 2

Ведущий партнер в сфере металлов

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!

Plug and Work – моделирование систем автоматизации Включай и работай: Опираясь на этот проверенный на практике метод, мы тщательно проверяем Ваши системы и оптимизируем их еще до сдачи в эксплуатацию. Преимущества для заказчиков: установка предварительно проверенных систем автоматизации гарантирует быстрый пусковой период для новых и модернизируемых установок. Кроме того, сокращение времени монтажа ускоряет получение прибыли от инвестиций.

SMS group – ведущий международный партнер металлургических предприятий. Качество и новаторство – неотъемлемые принципы работы нашей семейной компании, штаб-квартира которой находится в Германии. Мы стремимся помогать своим заказчикам достигать успеха и вносить свой вклад в производственно-сбытовую цепочку глобальной металлургической промышленности.

Представительство СМС груп ГмбХ в Москве 129110 Москва, Россия Олимпийский пр., 18/1

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

oﬃce@sms-group.com

www.sms-group.com

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

www.guildint.com

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

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

+1.440.232.5887 USA

СОДЕРЖАНИЕ

МАЙ 2017

25 лет на русском языке! ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПЕЧИ

ПРОИЗВОДСТВО ПРОКАТА

НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ

Электромагнитное перемешивание расплава стали улучшает работу ЭДП

Инновационная система цифрового текстурирования поверхности валков

20-ти валковые станы для прокатки тонких полос из нержавеющей стали

Минимизация избыточного покрытия стальных полос цинком

Гордимся служением черной металлургии 150 лет

Специальный выпуск на русском языке для бесплатного распространения на международных выставках и конференциях в России в 2017 году

2 Колонка редактора

www.steeltimesint.com Май 2017 Вып. №38 На русском языке

Фото на обложке: Установка MIDREX® HBI цеха горячебрикетированного железа №2 (ЦГБЖ-2) с производительностью 1,4 млн т/год в г. Губкин (Россия) на Лебединском горно-обогатительном комбинате, входящем в металлургический холдинг «Металлоинвест»

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

4 Новости отрасли На Лебединском ГОКе пущен в эксплуатацию цех горячебрикетированного железа ЦГБЖ-3 6 Профиль компании: ROSS ROSS CONTROLS® — лидер в производстве пневматического оборудования для черной металлургии и безопасности труда 6

10 Электросталеплавильное производство Лидонг Тенг, Пёр Льюнгквист, Хельмут Хакл, Йохим Андерсон Электромагнитное перемешивание расплава стали улучшает работу дуговой печи

РЕДАКЦИЯ

Прокатное производство

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

Редактор-консультант Dr. Tim Smith PhD, CEng, MIM Русскоязычный редактор-консультант Александр Гуров

Выпускающий редактор Annie Baker Производство рекламы Martin Lawrence ОТДЕЛ РЕКЛАМЫ Международный менеджер Paul Rossage paulrossage@quartzltd.com Teл.: +44 (0) 1737 855 116 Директор по продажам рекламы Ken Clark kenclark@quartzltd.com

Teл.: +44 (0) 1737 855 117 Управляющий директор Steve Diprose stevediprose@quartzltd.com 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 £240.00. E-mail: steel@quartzltd.com ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ Quartz Business Media ltd, Quartz House, 20 Clarendon Road,

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

©Quartz Business Media ltd 2017

ISSN 1475-455X

www.steeltimesint.com

12 Флоран Бауду, Oливье Калкоен, Конрад Эрнст де ла Граете, Джереми Фрелиез Повышение эффективности процесса холодной прокатки тонких полос из коррозионностойкой стали 15 Компания Fives: ведущий поставщик оборудования цехов холодной прокатки и обработки стальных полос 16 Массимо Каваллари, Паоло Габоарди, Рик Мак-Уиртер Инновационный процесс цифрового текстурирования поверхности рабочих валков полосовых станов холодной прокатки 21 Реконструкция прокатных станов выбор подшипников и модернизация прокатных валков для сверхвысоких нагрузок 25 Транспорт и логистика Погрузчики для безопасной и эффективной транспортировки грузов 28 Нанесение покрытий Кристофер Бернетт Минимизация избыточного покрытия полос цинком 31 Управление качеством Майкл Ф. Пейнтингер, Жаклин Пейнтингер Система управления качеством на базе продукционных правил Steel Times International на русском языке – Май 2017

КОЛОНКА РЕДАКТОРА

Четвертая технологическая революция в черной металлургии цией «Индустрия 4.0» или «Умное производство», подразумевающей четвертую промышленную революцию. Перспективная концепция «Индустрия 4.0», или цифровое преобразование и объединение в сеть данных производственных процессов, постепенно обретает форму и в черной металлургии. Существует много ожиданий в отношении «Умного производства», поэтому наша конференция позволит делегатам более глубоко вникнуть в суть этой концепции применительно к черной металлургии

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

Международный форум Future Steel Forum в Варшаве (Польша), организуемый журналом Steel Times International 14–15 июня 2017 года, будет посвящен обсуждению вопросов, связанных с новейшей концеп-

Недавно, на брифинге для прессы Группы НЛМК в Лондоне, где я затронул тему ««Индустрия 4.0», я понял что эта передовая российская металлургическая компания очень серьезно относится к развитию этого направления и новых навыков работников. Компания включила его в Стратегию развития НЛМК до 2022 года. Группа НЛМК и компания SAP подписали меморандум о стратегическом сотрудничестве, в рамках которого компании создают первую в России и СНГ лабораторию совместных инноваций, основной целью которой является исследование и разработка инновационных решений для использования в горно-металлургиче-

ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ОТ QUAKER – ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ ДЛЯ СТАНОВ Свыше 90 лет компания Quaker Chemical является лидером в поставках технологических жидкостей и специализированных смазок для крупнейших производителей металлургии. Мы преданы нашему делу! Весь ассортимент нашей продукции разработан высококвалифицированными специалистами. Залог нашего успеха – полная линейка продуктов, опыт и знания каждого нашего эксперта! Поэтому в самом сердце металлургии, вы найдете нас. Важно то, что внутри.

До встречи на 3 ʛʟ Европейской конференции по металлургии &45"%, которая пройдет с 26 по 29 июня 2017 года в Австрии в городе Вена

ском секторе. Для создания инновационных инструментов и решений компании предоставят соответствующую экспертизу, кадровые ресурсы, инфраструктуру для тестирования прототипов и их внедрения. Специалисты Группы НЛМК совместно с разработчиками и исследователями SAP будут создавать новые разработки в сфере анализа процессов, пользовательского интерфейса, интернета вещей, машинного обучения, прогнозной аналитики и планирования производства. Делегаты конференции могут рассчитывать на информативные доклады VIPпредставителей ведущих мировых компаний SAP, Voestalpine, ArcelorMittal, Tata Steel, Primetals, Danieli Automation, SMS, KPMG, IBM и многих других. В рамках конференции будут работать две основных дискуссионных панели: по новым бизнес-моделям и общим перспективам в области цифрового преобразования металлургического производства, а также сессии по организации бизнеса, IT-инфраструктуре, производственной и информационной безопасности. Для получения подробной информации о полной программе зайдите на наш сайт http://www.futuresteelforum.com

НОВОСТИ ОТРАСЛИ

Международная конференция: Концепция Industry 4.0 в черной металлургии

Календарь зарубежных выставок по черной металлургии 13 - 16 июня 2017 Metal + Metallurgy China 2017 Shanghai New Expo Centre. 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. www.mm-china.com/EN/

14 - 15 июня 2017 Future Steel Forum 2017 – attracting some big names from the steel industry Sheraton Hotel, Warsaw, Poland.

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?

www.futuresteelforum.com

Organised by ASMET. The stateof-the-art in metallurgical process technologies for iron and steel production, steel materials and steel application

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

На ММК совершенствуют систему газоочистки

Organised by Steel Times International. We will focus upon technology, and not ‘technology’ in the wider sense of casting and rolling, but something known as Industry 4.0, or ‘smart manufacturing’ as they call it in the USA.

26 - 29 июня 2017 3rd ESTAD 2017 European Steel Technology and Application Days Austria Center Vienna.

В электросталеплавильном цехе Магнитогорского меткомбината идет монтаж новых, более эффективных газоочистных установок, кото-

рые позволят коренным образом снизить выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, образующиеся в результате работы двухванного сталеплавильного агрегата. Общая стоимость проекта составит 1,2 млрд рублей. Ввод комплекса в эксплуатацию планируется в июле 2017 года. Сокращение выбросов пыли должно составить более 1800 тонн в год. Новое оборудование предназначено для улав-

ливания, охлаждения и очистки дымовых газов от самого агрегата, а также неорганизованных выбросов, которые в настоящее время не попадают в газоотводящий тракт. Общий объем очищаемых газов составит 1,32 млн м3/час. Степень очистки газов – до 20 мг/м3. Все системы обеспечены средствами контроля за работой агрегатов и автоматизацией технологического процесса. n

НЛМК предлагает прокат с полимерным покрытием с улучшенными декоративными свойствами

www.estad2017.org

26 - 28 июня 2017 Steel Survival Strategies Marriott New York Marquis, New York, USA American Metal Markets Events and World Steel Dynamics present Steel Survival Strategies XXXll, billed as 'the largest conference in the North American steel industry for over 30 years'. www.amm.com

Все отраслевые выставки и конференции на сайте: www.steeltimesint.com www.steeltimesint.com

Группа НЛМК вышла на российский рынок с новым продуктом - металлопрокатом с многослойным полимерным покрытием. Такое покрытие в сравнении с обычным отличается повышенной долговечностью и эффектным внешним видом, который обеспечивает лаковое покрытие. Прокат предназначен для строитель-

ства фасадов зданий, кровли, внутренней отделки помещений. Технология производства такого проката предполагает нанесение на оцинкованную полосу, как минимум, трех слоев покрытия (грунт, затем цветное лакокрасочное покрытие и в завершении - лак или бесцветную эмаль). Дополнительные слои обеспечивают блеск, эффект глубины и в некоторых цветах объемного изображения. Помимо эффектного внешнего вида прокат отличает повышенная коррозионная стойкость, устойчивость к воздействию ультрафиолетовых лучей и влаги. Это позволяет успешно

применять его в строительстве зданий в любых климатических условиях. Первая партия продукции цветом «бронзовый металлик» уже отправлена заказчику. В мае образцы продукции в цветовой гамме «звездное небо» передадут для ознакомления основным клиентам НЛМК. Группа НЛМК производит прокат с полимерными покрытиями на основном предприятии в Липецке и на заводе NLMK Strasbourg во Франции. Суммарная производственная мощность четырех агрегатов полимерных покрытий компании НЛМК в России и Европе составляет около 700 тыс. тонн в год. n

Steel Times International на русском языке – Май 2017

НОВОСТИ ОТРАСЛИ

Календарь выставок по металлургии в России 5–8 июня 2017 Москва, ЦВК «Экспоцентр» Комплекс международных промышленных выставок: • «Металлургия. Россия’2017» — международная выставкам металлургических технологий, процессов и металлопродукции • «Литмаш. Россия’2017» — международная выставка литейных технологий и продукции • «Трубы. Россия’2017» — международная выставка трубной промышленности. Выставочный форум с успехом проходит в Москве уже 17-й раз, ежегодно собирая внушительную аудиторию профессионалов металлургической, металлообрабатывающей, машиностроительной и ряда смежных отраслей. Посетители выставки познакомятся с современными процессами в черной и цветной металлургии, с новыми видами оборудования и продукции российских и зарубежных металлургических и машиностроительных компаний, а также с развитием систем управления качеством.

На Лебединском ГОКе пущен в эксплуатацию цех горячебрикетированного железа ЦГБЖ-3 Компания «Металлоинвест» – мировой лидер в производстве товарного горячебрикетированного железа, увеличивает добавленную стоимость в горнорудном комплексе и производстве стали.

www.metallurgy-russia.ru

5–8 июня 2017 Москва, ЦВК Экспоцентр «Металлоконструкции’2017» — международная специализированная выставка Специализированная выставка «Металлоконструкции’2017» и дискуссионная площадка участников рынка металлоконструкций в России совместит интересы производителей и поставщиков металла строительного назначения и непосредственных потребителей их продукции и услуг. www.metal-expo.ru

14–17 ноября 2017, Москва, ВДНХ, пав. № 75 «Металл-Экспо’2017» С 14 по 17 ноября 2017 года в Москве в павильоне № 75 Всероссийского выставочного центра пройдет крупнейший металлургический форум в России и странах СНГ «Неделя металлов в Москве», центральным событием которого станет 23-я Международная промышленная выставка «Металл-Экспо`2017». На выставке будет представлено все многообразие современного оборудования, технологий и продукции черной и цветной металлургии. www.metal-expo.ru

На всех этих выставках Вы сможете бесплатно получить на нашем стенде журнал Steel Times International. Все отраслевые выставки и конференции на сайте: www.steeltimesint.com

На Лебединском ГОКе в апреле 2017 года завершен ключевой инвестиционный проект компании «Металлоинвест» – пущен в промышленную эксплуатацию цех горячебрикетированного железа №3 (ЦГБЖ-3). Этот крупнейший в мире технологический модуль Midrex по производству горячебрикетированного железа (ГБЖ) мощностью 1,8 млн т/год позволит компании «Металлоинвест» укрепить позицию мирового лидера в сегменте производства товарного железа прямого восстановления и ГБЖ, расширить экспортный потенциал экономики России. Получаемый продукт в виде ГБЖ имеет степень металлизации свыше 93 % и является идеальным первородным сырьем для выплавки высококачественной стали, который можно безопасно хранить и транспортировать. Этот инвестиционный проект компании «Металлоинвест» реализован при участии консорциума компаний Primetals Technologies и Midrex Technologies, поставившего на ЛГОК уже второй модуль прямого восстановления железа по технологии MIDREX. О проекте рассказали представители этих компаний на недавно прошедшем в Москве Саммите «Металлы России и СНГ». Эту международную конференцию (www.russian-metals-mining.com) ежегодно уже более 20 лет проводит компания Adam Smith Conferences (Великобритания). Представитель журнала Steel Times International многие годы приглашается организаторами как модератор Сессии: «Горно-металлургическая промышлен-

Steel Times International на русском языке – Май 2017

ность и трубный сектор: новые технологии и инвестиции, качество и конкурентоспособность продукции». Стратегию развития производства высокомаржинальных продуктов сырьевого цикла и металлизированной продукции с высокой добавленной стоимостью HBI/DRI на предприятиях компании информативно представил директор по стратегии и развитию ООО УК «Металлоинвест» Юрий Гаврилов. По разведанным запасам сырья на уровне 14,2 млрд т компания занимает второе место в мире, при текущем уровне добычи она может эксплуатировать их около 150 лет. Лебединский ГОК ведет открытым способом разработку железорудного месторождения, подтвержденные запасы которого составляют 3,9 млрд т. О технологиях прямого восстановления железа, развитии объемов производства металлизованного сырья HBI/DRI по технологии Midrex в мире и Российской Федерации, рассказал технический директор по продажам компании Primetals Technologies Вольфганг Панхубер (Wolfgang Panhuber). Сегодня в России успешно работает семь промышленных установок по производству DRI/HBI, большинство из которых построила компания Primetals Technologies, а всего в мире за 30 лет установлено более 20 модулей технологии Midrex. n www.metalloinvest.com www.primetals.com www.steeltimesint.com

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

Лебединский ГОК, ЦГБЖ-2 г. Губкин, Россия Мощность: 1,4 млн т/год горячебрикетированного железа

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

Технология MIDREX® обеспечивает наивысшую гибкость среди всех доступных технологий прямого восстановления железа (DRI). • Гибкость в подборе сырьевых материалов • Низкий уровень энергопотребления • Высокая эксплуатационная готовность, минимум простоев • Непревзойденный диапазон регулирования производительности

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

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

Узнайте больше Learn Learn mor more eна at www www.midrex.com .midrex.com

Designed for for Today, Today, Engineered for for T o omorrow™ Tomorrow™

ПРОФИЛЬ КОМПАНИИ: ROSS

ROSS CONTROLS® — лидер в производстве пневматического оборудования для черной металлургии и безопасности труда

ROSS

Компания ROSS® – с почти вековой историей, прочно занимает лидирующую позицию на мировом рынке как производитель пневматического оборудования и устройств подготовки воздуха и пневмоуправления для различных отраслей промышленности, где пневматика решает комплексные задачи управления технологическим процессом.

Начало истории В 1921 году Чарли Росс (Charlie Ross) на базе компонентов от двигателя автомобиля Chevrolet создал первый пневматический клапан с рычажным механизмом для процесса прошивки труб на заводе бесшовных труб в г. Детройт (США) и совместно с несколькими акционерами создал компанию «Ross Operating Valve Co.». Так было положено начало славным традициям разработки и производства прочных и надежных, инновационных пневматических компонентов высокого качества для металлургической промышленности. На протяжении более девяноста пяти лет компания ROSS CONTROLS® (ROSS®) прочно занимает лидирующую позицию на мировом рынке в области разработки и производства пневматических клапанов и компонентов пневматики, инновационных систем для пневмоуправления и автоматизации. Ведущие разработки для черной металлургии На протяжении многих лет компания ROSS успешно развивает и внедряет свои новейшие разработки в области управляемых соленоидами, смонтированных на плитах, воздушно-логических и модульных конструкций, которые сегодня повсеместно применяются во многих отраслях промышленности, но при этом являются новаторскими. В 1950-е годы компания ROSS начала уделять особое внимание безопасности труда на производстве и впервые в отрасли внедрила сдвоенные клапаны безопасности для операций штамповки листового металла на прессах, а также отсечные клапаны Safety lockout/tagout (LOTO) для отключения подачи воздуха, которые сегодня являются стандартом для данного типа клапанов. Имея более 300 собственных патентов, компания ROSS продолжает развивать и разрабатывать инновационные технологические пакеты пневматического оборудования, которые полностью отвечают всем современным требованиям мировых стандартов.

воздушной средой. Продукты ROSS предлагают самый длительный срок службы в этом тяжелом секторе промышленности, обеспечивая повышение производительности и снижение затрат на техническое обслуживание, а также повышая безопасность труда благодаря снижению количества времени, проводимого обслуживающим персоналом в опасных зонах. Наше инжиниринговое подразделение ROSS/FLEX® предлагает металлургическим предприятиям и производителям металлургического оборудования новую концепцию решения индивидуальных проблем на базе хорошо проверенных технологий и ориентированного на потребителя процесса разработки прототипов, применяя базу компонентов ROSS. В рамках индивидуального системного решения конструкторы компании создают для клиента окончательный продукт, обеспечивающий оптимизацию работы оборудования и безопасность труда персонала. Еще одной важной областью экспертизы и компетенции нашей компании, предлагаемой по всему миру группой ROSS Panels&Systems, является проектирование, изготовление, монтаж и тестирование готовых пневматических шкафов/панелей управления на условиях «под ключ», включая детальные руководства и комплексную документацию.

Мировой лидер в безопасности пневматики Компания ROSS – мировой лидер в области безопасности пневматических систем – предлагает высококачественные пневматические компоненты безопасности и контроля 4-ой наивысшей категории безопасности и уровнем эффективности защиты 4PLe в соответствии с требованиями стандарта DIN EN ISO 13849-1. Запатентованный подход компании ROSS к электропневматическому управлению и мониторингу состояния внутренней системой самоконтроля считается наиболее передовым среди современных конструкций сдвоенных клапанов безопасности. Постоянные инвестиции в научные исследования и технологические разработки позволяют компании ROSS прочно удерживать лидирующие позиции в области безопасности работы оборудования и труда персонала, обеспечивать снижение простоев и повышение производительности на металлургических заводах. Наша цель – это «НУЛЕВОЙ РИСК», и мы интенсивно работаем над этим совместно с ведущими мировыми предприятиями черной металлургии и производителями металлургического оборудования. n www.rosscontrols.com www.rosseuropa.com

Традиционные, проверенные многими годами в металлургии, высококачественные продукты компании ROSS®: 4/3 – лин./поз. пневматические клапаны (с вертикальным или горизонтальным рычагом) и клапаны L-O-X® для безопасного отсечения сжатого воздуха

Повышение производительности на металлургических заводах Продукция компании ROSS обладает высокими эксплуатационными характеристиками, которые в течение многих лет проверены и подтверждены в тяжелых условиях эксплуатации на металлургических заводах с сильно загрязненной Steel Times International на русском языке – Май 2017

www.steeltimesint.com

ROSS

Â®

ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Электромагнитное перемешивание расплава стали повышает эффективность работы дуговой сталеплавильной печи В процессе выплавки стали в электродуговой печи (ЭДП) существует целый ряд факторов, которые могут негативно влиять на производительность и экономическую эффективность. Применение технологии электромагнитного перемешивания (ЭМП) расплава стали позволяет снизить или полностью устранить влияние многих из этих факторов, обеспечивая повышенную производительность, снижение производственных затрат, более безопасную, надежную и энергоэффективную работу дуговой сталеплавильной печи. Лидонг Тенг, Пёр Льюнгквист, Хельмут Хакл, Йохим Андерсон* ПОИСК путей для обеспечения максимального выпуска готовой продукции и минимизации производственных затрат в сегодняшнем конкурентном и финансово сложном ландшафте является наиболее важным, чем когда-либо. Новые технологии, обеспечивающие улучшения технологических процессов, помогают увеличить производительность и повысить рентабельность производства стали. Однако можно ли при ограниченных инвестиционных бюджетах строить повышенные ожидания, в том числе относительно новой технологии, которая позволит решить проблемы и обеспечить ощутимые улучшения процесса? Новейшая технология электромагнитного перемешивания (ЭМП) расплава стали в электродуговых печах, известная как ArcSave, была недавно внедрена на 90-тонной дуговой печи постоянного тока с выпускным желобом на заводе ведущего производителя нержавеющей стали Outokumpu Stainless Steel AB (OSAB) в г. Авеста (Швеция). Внедрение этой системы обеспечило повышение производительности, снижение производственных затрат и устранило проблему с накоплением гарнисажа в донной части печи. Система электромагнитного перемешивания ArcSave для ЭДП Компания ABB (Швеция) с 1947 года поставляет системы электромагнитного бесконтактного воздействия на расплав стали в ЭДП, обеспечивающие сегодня повышение производительности, эффективности и надежности процесса выплавки стали на 150 металлургических заводов по всему миру. Для ответа на запрос более сильной мощности перемешивания ванны жидкого металла, которая стала необходима для оптимизации работы современных дуговых печей при выплавке нелегированной углеродистой, так и при выплавке высоколегированных марок стали, недавно компания ABB разработала новое поколение системы электромагнитного перемешивания расплава ArcSave. Рис. 1 иллюстрирует характер движения потоков жидкой стали, наблюдаемый в дуговой печи с желобом для слива ме-

талла, при работе установленной под донной частью корпуса печи системы перемешивания ArcSave. Система электромагнитного индуктора размещается под немагнитной плитой из толстолистовой стали (нержавеющей стали аустенитного класса) под днищем или окном печи. Система ЭМП ArcSave не имеет физического контакта с расплавленной сталью, поэтому она практически не требует технического обслуживания. Низкочастотный электрический ток, проходя через обмотки этой

Рис. 1. Схема характерного движения потоков жидкой стали в дуговой печи с выпускным желобом при работе электромагнитного перемешивателя ArcSave

системы перемешивания, генерирует бегущее электромагнитное поле, которое проникает через под печи в ванну жидкого металла и за счет взаимодействия наведенных вихревых токов и электромагнитного поля создает в расплавленной стали объемные электродинамические силы, приводящие к направленному движению жидкого металла и его принудительному перемешиванию [1]. При реверсе направления созданного бегущего магнитного поля поток жидкой стали будет течь в обратном направлении. Скорость течения возникающих потоков расплава пропорциональна силе тока индуктора электромагнитного перемешивателя. Так как воздействие электромагнитного перемешивателя охватывает все пространство внутреннего диаметра печи, то эффективные перемешивающие силы возникают во всем объеме ванны печи и интенсивно перемешивают весь расплав. На рис. 2 показана картина направленного движения расплавленного металла в печи на границе жидкая сталь/шлак (а) и в донной части (б) 100-тонной печи с выпускным желобом для выплавки нержавеющей стали [2]. Проектная средняя объ-

*Lidong Teng, Helmut Hackl – ABB Metallurgy, Process Automation, ABB AB, Västerås, Швеция www.abb.com/metals; Pär Ljungqvist, Joakim Andersson – Outokumpu Stainless AB, Avesta, Швеция. www.outokumpu.com Steel Times International на русском языке – Май 2017

www.steeltimesint.com

ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Uref = 1,0 м/с Umax = 0,735 м/с

Uref = 1,0 м/с Umax = 0,982 м/с

а)

2м

б)

2м

Рис. 2. Направления и векторы скоростей движения потоков жидкого металла, полученные при моделировании процесса выплавки стали в 100-тонной электродуговой сталеплавильной печи с выпускным желобом [2]

машины непрерывной разливки и линии абразивной зачистки слябов. 90-тонная дуговая печь имеет трансформатор мощностью 110 МВА и оснащена фурмой-манипулятором, состоящей из четырех фурм для инжекции O2, N2, FeSi и углерода. В комбинации с электроэнергией для дополнительной подачи химической энергии в печь используют три кислороднотопливных горелки. На металлургическом заводе OSAB производят специальные марки стали с высоким содержанием хрома, включая дуплексные нержавеющие стали. При выплавке таких высокохромистых марок стали в дуговую печь добавляют большое количество кускового феррохрома FeCr. Из-за высокой температуры расплавления феррохромовых сплавов в донной части дуговой печи наблюдаются проблемы, связанные с образованием гарнисажа (внутренней корки). Это приводит к изменениям массы выпускаемой плавки полупродукта из печи в ковш, высокому расходу электроэнергии и затруднениях при завалке корзин с ломом. Основными целями установки на дуговой печи электромагнитного перемешивателя ArcSave были: решение проблемы с расплавлением кускового FeCr, снижение производственных затрат и повышение производительности. В этой статье обсуждаются основные преимущества, получаемые при выплавки

70 60 Ток электрода, кА

емная скорость движения потоков жидкой стали, индуцированных системой ArcSave, составляет около 0,2~0,5 м/с. Как видно из характера этих течений, система ArcSave создает глобальную циркуляцию расплава по объему ванны и, таким образом, обеспечивает эффективное перемешивание всего объема ванны печи. Это является одним из основных преимуществ системы ArcSave по сравнению с принудительным перемешиванием жидкой стали в печи методом донной продувки ванны расплавленной стали инертным газом через огнеупорные пористые пробки. Перемешивание всего объема ванны печи ускоряет процесс гомогенизации расплава, выравнивает температуры и усредняет химический состав жидкой стали по всему объему ванны, а также интенсифицирует массообмен и химические реакции взаимодействия между жидкой сталью и шлаком на границе шлак/металл. Электромагнитный перемешиватель ArcSave автоматически управляется с использованием предварительно разработанных профилей цикла перемешивания, которые настроены в соответствии с режимами и потребностями различных стадий процесса выплавки стали в дуговой печи, таких как нагрев и плавление твердой загрузки лома, гомогенизация расплава, плавление легирующих, обезуглероживание, слив шлака и выпуск плавки в ковш. Система ЭМП ArcSave характеризуется низкими затратами на перемешивание ванны расплава, надежной и безопасной эксплуатацией, она создает оптимальные условия для реализации воспроизводимого производства высококачественной стали и точной логистики сталеплавильного производства.

50 40 30

Без перемешивания

С системой ArcSave

Цель реализации проекта ArcSave на заводе OSAB Сталеплавильный цех завода OSAB в г. Авеста (Швеция) состоит из электродуговой печи, установки аргонокислородного рафинирования AOD, агрегата печь-ковш, www.steeltimesint.com

0 0

10 15 20 25 Время работы печи под током, мин

Рис. 3. Влияние работы перемешивателя расплава ArcSave® на колебания тока электрода

стали в дуговой печи с системой перемешивания расплава ArcSave за счет улучшенных кинетических условий тепло- и массопереноса. Результаты горячих испытаний системы перемешивания в промышленных условиях на заводе OSAB основаны на сравнении данных, полученных в течение трех месяцев работы печи без системы и в течение трех месяцев работы дуговой печи с системой ЭМП ArcSave. Результаты промышленных испытаний системы ЭМП ArcSave Улучшение плавления лома и повышение стабильности дуги Основное различие в работе дуговой печи с использованием электромагнитного перемешивателя ArcSave и без применения перемешивания связано с интенсивностью конвекции в ванне жидкого металла. Принудительная конвекция ванны расплава, индуцированная электромагнитным воздействием, ускоряет процесс плавления крупнокускового и пакетированного лома, снижает неоднородность распределения твердой завалки в печи. Результаты математического моделирования методом конечных элементов (CFD) показывают, что скорость расплавления твердой завалки при работающей системы ЭМП ArcSave увеличивается в 10 раз по сравнению с перемешиванием ванны расплава только за счет естественной конвекции [2]. Повышенная конвекция внутри ванны расплава способствует быстрому выравниванию температуры стали в объеме печи и ускоренному расплавлению лома. Система ArcSave также стабилизирует работу дуги за счет ускоренного расплавления больших пачек пакетированного лома и устранения пустот между крупными кусками лома. Рис. 3 показывает, что при работе системы ArcSave колебания силы тока на электроде снижаются. Стандартное отклонение колебаний силы тока составляет 9,3 без перемешивания и снижается до значения 3,7 с системой ArcSave, что приводит к росту подводимой

Steel Times International на русском языке – Май 2017

80 70 55

60 50 40 30 20

Без системы ArcSave

1750 1730 1710 1690 1670 1650 1630 1610 1590 1570 1550

С системой ArcSave

93%

100 80

69%

60 %

100 Второе измерение, °С

Удельный расход энергии, кВт·ч/т

10 ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

40 20 0 Без системы ArcSave

1550 1570 1590 1610 1630 1650 1670 1690 1710 1730 1750 Первое измерение, °С

С системой ArcSave

Рис. 4. Влияние работы перемешивателя расплава ArcSave® на тепловые потери энергии через водоохлаждаемые панели корпуса печи

Рис. 5. Сравнение двух измерений температуры в различных позициях в ванне печи после выключения тока

Рис. 6. Соотношение массы выпускаемой плавки без перемешивания расплава и с работающим перемешивателем ArcSave ®

мощности и, следовательно, к снижению продолжительности периода работы печи под током. Снижение колебаний тока электрода при работающей системе ArcSave также наблюдали на дуговой печи с эксцентриковым выпуском EBT для производства углеродистой стали [3].

всей ванны расплава, и как следствие, обеспечивает превосходное выравнивание температуры и химического состава жидкой стали по объему ванны печи. На рис. 5 приведено распределение температуры жидкой стали по объему ванны печи с работающей системой ArcSave. Измерения проводили после отключения электропитания печи на одной и той же плавке в двух секциях с временным интервалом в 1–2 минуты. Соответствующая разница температур в двух секциях печи в среднем не превышает 2 °C. Высокая однородность расплава стали имеет важное значение по ряду причин. Она предполагает возможность надежного измерения и прогнозирования химического состава стали и температуры плавки. Гомогенизация расплава по объему ванны печи с работающим перемешивателем ArcSave позволяет получать точно заданную температуру выпуска плавок различных марок стали, что очень важно для гладкого проведения последующей операции аргонокислородного обезуглероживания плавки на специальном AOD-конвертере. Температура выпуска плавки из печи в переливной ковш при этом может быть снижена в среднем на 20–30 °C без каких-либо изменений температуры металлического полупродукта, подаваемого на агрегат AOD.

реакции все время поступают разные части расплава стали и шлака, что способствует более активному взаимодействию между металлом и шлаком. При отсутствии такого интенсивного перемешивания перенос всех частей ванны расплава в и из реакционной зоны происходил бы только за счет естественной диффузии. С принудительным индукционным перемешиванием наиболее значительный перенос обеспечивает движение ванны жидкого металла и шлака. Диффузионные расстояния при этом значительно сокращаются и это является весьма важным фактором для процессов десульфурации и восстановления оксидов хрома Cr2O3 из шлака. При выплавке высокохромистой стали весьма важно, когда хром, который был окислен в течение периода окисления и перешел в шлак, возвращается в процессе восстановления из насыщенного оксидами хрома шлака обратно в жидкую сталь. За счет оптимизации профиля перемешивания расплава скорости реакции взаимодействия жидкой стали со шлаком на границе шлак/металл могут быть повышены, что обеспечит более эффективное восстановление насыщенного оксидами хрома шлака. Установлено, что за счет работы перемешивателя ArcSave вместе с оптимизацией практики продувки кислородом содержание Cr2O3 в шлаке снижается в среднем на 3,1 %. Расход азота, традиционно инжектируемого из шлакового окна манипулятором для улучшения перемешивания расплава, с системой ArcSave был снижен приблизительно на 70 %. На самом же деле, после установки системы перемешивания ArcSave необходимость вдувания N2 на дуговой печи вообще отпадает.

Тепловая эффективность дуги и энергосбережение Температурные градиенты в плоской ванне расплава стали в традиционных электродуговых печах переменного тока без системы перемешивания, как сообщается в прессе, находятся в диапазоне 50–70 °C [4]. При установке системы ЭМП этот температурный градиент снижается и составляет около 25 % от того значения, которое наблюдается в период работы печи под током без системы ЭМП [1]. Это означает, что перемешивание расплава снижает перегрев поверхности ванны, и теплота из зоны дуги быстрее передается основному объему ванны печи [5]. Снижение температуры перегрева поверхности ванны уменьшает тепловые потери через стенки печи и свод в период работы печи под током, тем самым сокращая общее потребление электроэнергии. Рис. 4 показывает, что в дуговой печи завода OSAB с работающей системой ArcSave общие потери энергии через водоохлаждаемые панели снижаются на 26 кВт·ч/т, что соответствует более 5 % экономии энергии. Одновременно с этим перемешивание расплава увеличивает скорость расплавления лома и/или кускового феррохрома, повышает скорость процесса обезуглероживания и, следовательно, сокращает продолжительность плавки и способствует дальнейшему снижению потерь энергии в процессе работы печи. Более стабильная электрическая дуга, пониженный перегрев поверхности ванны, уменьшение окисленности шлака и расхода электроэнергии в результате обеспечивают снижение расхода электродов на 9 %. Гомогенизация ванны и снижение температуры выпуска плавки Сильный турбулентный поток расплава, индуцированный системой электромагнитного перемешивания ArcSave, приводит к тщательному перемешиванию

Улучшенная реакция на границе шлак/металл и снижение содержания Cr2O3 в шлаке Система ArcSave обеспечивает улучшенное перемешивающее воздействие и на шлак, поскольку под действием трения на границе раздела шлак/металл в зону

Таблица. Технологические преимущества внедрения системы электромагнитного перемешивания расплава ArcSave® на дуговой печи металлургического завода OSAB Показатель

Улучшение/снижение

Общий расход энергии

- 3~4 %

Расход электродов

- 8~10 %

Время работы печи под током

- 4~5 %

Коэффициент соответствия целевой температуры выпуска плавки Снижение температуры выпуска плавки Повышение массы выпускаемой из печи плавки Расход азота

Steel Times International на русском языке – Май 2017

100 % - 20~30 °С + 24 % (достигнутое значение 93 %) - 70 %

www.steeltimesint.com

ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 11

Сокращение расхода ферросилиция и наведения шлака Во время проведения эталонного испытания расход порошка ферросилиция на печи OSAB был выше, чем обычно применяют при выплавке нержавеющей стали на дуговой печи. Поэтому, чтобы помочь расплавить завалку кускового феррохрома, была применена продувка ванны кислородом для введения дополнительной энергии. После установки системы ArcSave присадки восстановителя FeSi на шлак были снижены опытным путем. Конечно, уменьшение добавок FeSi приводит к росту расхода электроэнергии. Тем не менее, с системой ArcSave общий расход электроэнергии был снижен на 3–4 %. Снижение присадки Si приводит к уменьшению содержания SiO2 в шлаке, поэтому сокращаются присадки извести, поскольку показатель основности шлака поддерживается на постоянном уровне. Положительное влияние перемешивателя ArcSave на стабильность дуги позволяет снизить толщину слоя наведенного шлака. Улучшение плавления феррохрома и контроля массы выпуска стали Высокие объемы легирующих добавок кускового FeCr в печь и короткая продолжительность плавки между выпусками плавок (менее 60 минут) имеют свои недостатки, которые включают формирование нерасплавленных агломерированных настылей FeCr в донной части печи. В результате этого внутренняя полость донной части печи покрывается коркой (гарнисажем), что приводит к уменьшению эффективного объема ванны, затрудняет завалку корзины лома. Куски FeCr с более высокой температурой плавления и плотностью имеют тенденцию оставаться нерасплавленными на дне печи, где расплавленная сталь холоднее. Без перемешивания ванны процесс растворения таких добавок может быть проблематичным. При работе установленной на печи системы ArcSave температура расплава быстро выравнивается по всему объему ванны печи и плавление твердой загрузки феррохрома и тяжелых кусков лома ускоряется. Гомогенизация температуры в объеме печи и принудительная конвекция расплава помогают процессу растворения легирующих добавок FeCr. С работающей системой ArcSave под дуговой печи становится более чистым, чем без перемешивания расплава, устраняется проблема с накоплением гарнисажа в донной части печи. Рис. 6 показывает, что благодаря улучшенному расплавлению FeCr при работе системы ArcSave, масса плавки, выпускаемой через сливной носок печи, повышается примерно на 24 %. Повышенная надежность и безопасность процесса плавки Позитивное влияние перемешивателя ArcSave на процесс выплавки стали в ЭДП, показанное в разделах выше, будет иметь www.steeltimesint.com

существенное значение для повышения надежности процесса. Быстрое расплавление крупных кусков лома и феррохрома обеспечивает эффективную гомогенизацию всей ванны расплава по химическому составу и температуре, что приносит требуемые значения массы и температуры выпуска плавки. Перемешивание ванны расплава устраняет наличие полостей между кусками лома и обвалы шихты, стабилизирует работу дуги и снижает риск поломки электрода. Однородная температура во всему объему ванны печи обеспечивает плавный выпуск плавки и уменьшает задержки между выпусками плавок. Устранение термической стратификации (неоднородного распределения температуры) в ванне расплава явно снижает температуру выпуска плавки. Перемешиватель ArcSave устраняет горячие и холодные пятна в ванне и не оказывает какихлибо негативных последствий для огнеупорной футеровки пода печи, но при его работе явно снижается износ огнеупорных материалов в горячих точках и областях на линии шлака. Преимущества эксплуатации агрегата AOD Повышение точности массы плавки и температуры выпуска полупродукта из ЭДП позволяет обеспечить последовательные исходные условия для процесса обработки жидкой стали на агрегате аргонокислородного рафинирования (AOD) с целью удаления из стали избыточного углерода. Корректная масса плавки в переливном ковше после выпуска из ЭДП позволяет исключить присадку дополнительных легирующих добавок в AOD-конвертер, которые могли бы привести к повышению расхода ферросилиция и извести, кислорода для продувки на AOD-конвертере. Более низкая, чем это необходимо, начальная температура поступившего на агрегат AOD жидкого полупродукта также увеличивает расход FeSi на формирование химической энергии для повышения температуры расплава. Последовательное проведение операций на агрегате AOD также обеспечивает повышение производительности и снижение эксплуатационных расходов. Заключение Электромагнитное перемешивание расплава стали в электродуговой печи существенно улучшает кинетику тепло- и массопереноса в процессе выплавки стали, обеспечивает получение более гомогенной по температуре и химическому составу ванны расплава. Результаты промышленных испытаний на металлургическом заводе OSAB показали, что электромагнитный перемешиватель ArcSave ускоряет плавление лома и феррохрома, снижает потребление электроэнергии. Температура расплава становится более однородной по объему ванны печи, и температура вы-

пуска плавки управляется более стабильно, что обеспечивает более плавное и стабильное проведение операции аргонокислородного рафинирования на агрегате AOD. С принудительным перемешиванием расплава стали добавляемые в печь ферросплавы расплавляются более эффективно, таким образом, обеспечивается более высокий выход годного и повышенная точность массы жидкого полупродукта при выпуске плавки из печи. Перемешивание ванны расплава в печи также ускоряет процесс восстановления окисленного шлака с оксидами хрома, что приводит к снижению расхода восстановителя ферросилиция и повышенному выходу годного по хрому. Снижение перегрева поверхности ванны и более эффективный теплоперенос при принудительном перемешивании ванны жидкого металла уменьшают тепловые потери через боковые стенки и свод дуговой печи, что ведет к снижению энергопотребления и расхода электродов. Более короткая продолжительность цикла плавки между выпусками и последовательная работа дуговой печи позволяет получить значительный прирост производительности. Установленная на дуговой сталеплавильной печи металлургического завода OSAB в г. Авеста (Швеция) новейшая система электромагнитного перемешивания расплава стали ArcSave компании ABB Metallurgy обеспечила достижение всех поставленных клиентом целей проекта, включая устранение формирования гарнисажа в донной части дуговой печи, повышение производительности и снижение эксплуатационных расходов. Технология перемешивания расплава стали ArcSave компании ABB обеспечивает рост производительности и улучшение основных показателей работы дуговой печи. Оказывая помощь металлургам в преодолении многих существующих проблем, с которыми они сталкиваются сегодня, система ArcSave дает преимущества, которые одновременно приводят к снижению производственных затрат, повышению производительности, позволяют реализовать более безопасный, более надежный и энергосберегающий процесс выплавки стали в электродуговой печи. n Список литературы 1. S. Fornander and F. Nilsson. Inductive stirring in arc furnace. Journal of Metals, vol. 188, No. 1, 1950, pp. 33-36. 2. O. Widlund, U. Sand, O. Hjortstam and X.J. Zhang. Modeling of electric arc furnaces (EAF) with electromagnetic stirring. Proc. of 4th Int. Conf. on Modelling and Simulation of Metallurgical Processes in Steelmaking (SteelSim), Stahlinstitut VDEh, Düsseldorf, Germany, 2011. 3. Lidong Teng, Aaron Jones, Helmut Hackl, Mike Meador. ArcSave® – Innovative solution for higher productivity and lower cost in the EAF. AISTech 2015 Proceedings. 2015 by AIST, Cleveland, USA, 4–7 May 2015. 4. E.H. McIntyre, E.R. Landry. EAF Steelmaking – Process and Practice Update, Iron & Steelmaker, vol. 7 No. 5, 1993, 61-66. 5. P. Samuelsson. Energy saving using induction stirrer in an arc furnace, ASEA Journal, No. 5-6, 1985, pp. 18-23.

Steel Times International на русском языке – Май 2017

12 ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Повышение эффективности процесса холодной прокатки тонких полос из коррозионностойкой стали 20-ти валковые прокатные станы наглядно доказали свое технологическое превосходство в области холодной прокатки тонких полос из коррозионностойкой стали по сравнению с другими типами прокатных станов, такими как 6-валковая клеть или 20-валковая клеть с разъемной станиной. Однако производители стали, испытывающие сегодня значительное конкурентное давление, нуждаются в более совершенном управлении капитальными затратами (CAPEX) и эксплуатационными расходами (OPEX), а также в возможности успешно отвечать на человеческие и экологические вызовы, такие как безопасность труда, человеческий фактор, загрязнение окружающей среды и энергопотребление. Флоран Бауду, Oливье Калкоен, Конрад Эрнст де ла Граете, Джереми Фрелиез*

ПРОЦЕСС холодной прокатки полос из коррозионностойкой стали существенно отличается от прокатки стандартной углеродистой стали. Основные особенности полосовой прокатки коррозионностойкой стали представлены ниже. ● Качество поверхности готовой прокатанной полосы класса 2B/2A (очень гладкая, с глянцевым блеском поверхность по стандарту EN 10088-2) из коррозионностойкой стали может быть достигнуто только с использованием чистого технологического масла в качестве охлаждающей жидкости и смазочного материала зоны деформации металла между валками. Типичная кинематическая вязкость чистого технологического масла составляет около 8 сСт. ● Качество поверхности полос из коррозионностойкой стали имеет решающее значение для большинства потребителей. Поэтому необходимо уделять большое внимание исключению появления любого дефекта на поверхности прокатанной полосы от воздействия прокатных валков или устройств для удаления технологического масла с поверхности полос на выходе из клети. ● Марки коррозионностойкой стали характеризуются высоким пределом текучести и наклепом с упрочнением в процессе холодной прокатки. Предел текучести для некоторых коррозионностойких сталей аустенитного класса может достигать 2000 МПа. Для того чтобы эффективно с большими обжатиями прокатывать такие труднодеформируемые стали, необходимо использовать рабочие валки с относительно малым диаметром. Как правило, соотношение минимальной толщины прокатываемой полосы и диаметра рабочих валков должно составлять около 1/200 (т.е. при толщине готовой полосы 0,3 мм диаметр валка должен быть равен 60 мм). Прокатку необходимо вести при очень высоких удельных натяжениях прокатываемой полосы между рабочей клетью и натяжным ро-

значительно увеличен, чтобы при существующих высоких скоростях холодной прокатки сохранить температуру прокатываемой полосы в пределах приемлемого диапазона. Охлаждение полосы должно быть обеспечено путем разбрызгивания технологического масла на поверхность полосы на входной и выходной сторонах рабочей клети. В этом случае удаление масла с поверхности прокатанной полосы затруднено, а на выходе полосы из прокатной клети образуется много масловоздушных выделений и паров прокатного масла.

Рис. 1. 20-ти валковый прокатный стан с «кластерной» системой установки валков

ликом выходной секции стана, что требует применения специальной конструкции оправки на натяжных моталках при смотке в рулон. ● Отсутствие шероховатости на поверхности прокатанной полосы и высокая вязкость подаваемого не нее чистого технологического масла существенно снижают трение между витками рулона во время смотки прокатанной полосы на моталке. Таким образом, становится ключевым вопрос удаления технологической смазки с поверхности прокатанных полос (обезжиривание и очистка) перед моталками, поскольку существует риск образования телескопических рулонов. ● Теплоемкость хладагента в виде чистого масла и его охлаждающая способность вдвое ниже теплоемкости эмульсий СОЖ, используемых при прокатке углеродистой стали. Поэтому поток подаваемого охлаждающего масла должен быть

Для удовлетворения требований основных областей применения холоднокатаных полос из коррозионностойкой стали и достижения высоких уровней производительности в настоящее время рынок плоского проката из коррозионностойкой стали сфокусирован на производстве тонких полос шириной 1320 мм (52’’) и 1600 мм (63’’). Прокатный стан с 20-ти валковой системой сегодня является единственной доступной промышленной технологией холодной прокатки полос, имеющей рабочие валки очень малого диаметра с длиной бочки для прокатки таких широких полос. Технология установки валков в 20-ти валковой прокатной клети называется «кластерной», поскольку рабочие и опорные валки установлены в станине клети на прецизионных роликовых подшипниках в виде кластера, а не в традиционном для прокатной клети вертикальном расположении. Такая компоновка валковой пирамиды обеспечивает некоторые особенности процесса холодной прокатки полос, основные из которых приведены ниже. ● Рабочие валки, опирающиеся на систему валков и опорных роликов в станине клети, под действием сжимающих усилий при обжатии прокатываемой полосы изгибаются и формируют между валками поперечный профиль прокатанной полосы с естественным утончением по боковым кромкам. Для компенсации этого яв-

*Florent Baudu – вице-президент по продажам и маркетингу; Olivier Calcoen – менеджер по прокатным станам; Conrad Ernst de la Graete – технический директор; Jérémie Freliez – инженер по научным исследованиям и разработкам. Все авторы – сотрудники компании Fives DMS (Франция). www.fivesgroup.com Steel Times International на русском языке – Май 2017

www.steeltimesint.com

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 13

Промышленная инженерная группа Fives, специализирующаяся в области проектирования и производства станов холодной прокатки на протяжении более 60 лет, является пионером внедрения многих новаторских решений в области технологий прокатки и партнером многих производителей стали по всему миру. Новейшие разработки компании Fives в области 20-валковых прокатных станов обеспечивают повышенные скорости холодной прокатки и включают новые системы распыления масла на прокатываемую полосу и рабочие валки, новые системы обезжиривания поверхности полосы, улучшенную систему вытяжки паров технологического масла, концепцию обрезки боковых кромок полосы (как инструмента для повышения плоскостности прокатанных полос), систему автоматической смазки оправки натяжной моталки и др. Главной целью новых решений компании Fives является снижение эксплуатационных расходов, что становится весьма важным в условиях высокой конкуренции на рынках стального проката во всем мире. Все решения компании отвечают правилам безопасности труда и современным природоохранным требованиям, учитывают человеческий фактор и принципы эргономики. Улучшенная смазка в очаге деформации и охлаждение полос Новая оптимизированная система распыления технологического масла на полосовом стане холодной прокатки компании Fives обеспечивает (рис. 2) улучшенное равномерное распределение масла по всей ширине прокатываемой полосы с точностью в диапазоне ±1 % (по сравнению с www.steeltimesint.com

Рис. 2. Моделирование распределения потока технологического масла по ширине прокатываемой полосы

Рис. 3. Обезжиривающая кассета DMS Wiper SCP 3.0 для удаления масла с поверхности прокатываемой полосы

102%

Изменение потока

ления шлифованные опорные валки первого промежуточные ряда имеют по краям бочки валка участки с небольшой конусностью. Для управления локальным профилированием бочки валка и поперечным профилем полосы с учетом изменяющихся условий процесса прокатки (скорость прокатки, толщина подката на входе в клеть и др.) горизонтальное положение первых промежуточных валков с конусностью можно регулировать с помощью механизма осевого перемещения. ● Из-за высоких уровней обжатия и сжимающих напряжений при тонколистовой холодной прокатке требуются частые смены прокатных валков. Как правило, рабочие валки заменяют через каждые 20–30 минут работы, а перевалку первых промежуточных валков проводят через каждые четыре-восемь часов. ● Из-за очень низкой теплоемкости рабочих валков малого диаметра любое охлаждающее возмущение по ширине прокатываемой полосы приводит к появлению на прокатанной полосе дефектов плоскостности (а в худшем случае, может привести к разрыву тонкой полосы в процессе прокатки).

100% 98% 96% 94% 92% 0

0,1

0,2

0,3

0,4

Предыдущая конструкция 50 % 50 %

Предыдущая конструкция 60 % 40 %

Новая конструкция

Идеальная форма потока

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Ширина проркатываемой полосы

уровнем ±3~5 % у других доступных на рынке технологий). Питание системы распыления технологического масла теперь осуществляется только со стороны привода стана, что позволяет открывать и закрывать окна станины для смены комплекта валков без подключения/отключения каких-либо гибких шлангов. Поток смазочно-охлаждающей жидкости разделяется на три зоны по ширины полосы на входной и выходной сторонах клети, что обеспечивает более широкий диапазон регулировки потока. Для лучшего охлаждения прокатываемой полосы и снижения требований к последующей очистке полосы от масла предусмотрена опция индивидуального управления потоками наносимого масла на верхней и нижней поверхностях полосы. Насосы системы распыления масла также могут гибко управляться за счет варьирования скорости вращения двигателей. Эта опция обеспечивает получение ежегодной экономии около 1100 МВт·ч, или 77 тыс. (на базе тарифа 70 €/МВт·ч) за счет отключения масляных насосов одновременно с остановкой прокатной клети. Новый очиститель поверхности полосы от масла DMS Wiper SCP 3.0 В 1980-е годы для решения вопросов очистки от масла (обезжиривания) поверхности прокатываемых полос компания Fives внедрила под брендом DMS технологию и обтирочное устройство для полосы SCP (Segmented Controlled Pressure), которая стала эталонной технологией в этой области. Технология SCP применялась и попрежнему продолжает применяться в прокатном производстве, в том числе и для замены других конструкций маслоочистителей полосы, наподобие хорошо известного блока роликовых щеток «pollastrelli» или очистителей полосы от масла с большими стальными, бронзовыми или шерстяными отжимными роликами. Обезжиривающие устройства SCP хорошо подходят для условий высокоскоростной прокатки (до 1200 м/мин) тонких и тончайших полос. Применение этой

технологии может обеспечить прирост годового объема производства полос на 5– 10 % (в зависимости от сортамента прокатываемой продукции), по сравнению, например, с отжимными роликами с шерстяным ворсом. Преимущества обтирочного устройства полосы DMS Wiper SCP 3.0 заключаются в следующем. Во-первых, перед смоткой прокатанной полосы на моталках в рулон обтирочные (отжимные) валики с поглощающей тканью опираются на опорные подшипники равномерно по всей ширине полосы (рис. 3). Во-вторых, расположение опорных подшипников в шахматном порядке резко снижает контактное давление между валиком и подшипниками. Такая конструкция полностью исключает возможность появления какихлибо отметок от опорных подшипников на отжимных валиках и дефектов на поверхности прокатанной полосы. Эксклюзивное партнерство В эксклюзивном партнерстве с хорошо известной и специализированной компанией компания Fives разработала новую технологию поддерживающих подшипников, обеспечивающую высокоскоростную прокатку полос (свыше 10 тыс. оборотов валка/мин) при высоких осевых нагрузках без применения внешней системы смазки. Уплотнение поддерживающих подшипников обеспечивает долговременную эффективную смазку элементов качения при любых условиях работы. Срок службы подшипников был существенно повышен и достиг 10-кратного роста по сравнению со сроком эксплуатации поддерживающих подшипников предыдущего поколения. Такая надежность поддерживающих подшипников резко снижает риск возникновения пожара при эксплуатации такого оборудования. Простая система самосмазки подшипников исключает затраты на дорогостоящий внешний блок смазки и, таким образом, снижает инвестиционные расходы. Пониженный расход смазочных материалов и низкий объем тех-

Steel Times International на русском языке – Май 2017

14 ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

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

Рис. 4. Моделирование эффективности работы вытяжных колпаков для удаления масляных паров на стане холодной прокатки полос

нического обслуживания поддерживающих подшипников также обеспечивают экономию эксплуатационных расходов.

Рис. 5. Схема механизма осевого перемещения опорных валков первого промежуточного ряда типа «Push-Push» (за счет толкающего усилия)

Вытяжка масляных паров Компания Fives поставляет новые вытяжные шкафы для отсасывания паров прокатного масла на стане (рис. 4). Новые колпаки отсасывают более 95 % паров, генерируемых на прокатной клети, что обеспечивает здоровую окружающую среду и чистый воздух в зоне работы операторов, находящихся вблизи клети. Общий объем прокатного масла в цеховой системе сокращается в 10 раз. Операторы получили безопасное рабочее пространство, а пол в цехе стал гораздо менее скользким. Установка двигателя привода вытяжного вентилятора с плавно регулируемой частотой вращения позволяет ежегодно экономить около 650 МВт·ч энергии, т.е. около €45 тыс./год (из расчета €70/МВт·ч), поскольку вентилятор останавливается вместе с приводом стана.

ной стороне прокатного стана. Эти цилиндры обеспечивают осевое перемещение валков вперед/назад за счет их вытягивания/проталкивания. Такая конструкция хорошо известна как система «Push-Pull». Компания Fives теперь использует (рис. 5) альтернативный механизм типа «Push-Push» с гидравлическими цилиндрами, расположенными как на стороне оператора, так и на стороне привода клети. Каждый из них используется для осевого перемещения валков за счет толкания. Эта усовершенствованная конструкция обеспечивает следующие преимущества. ● Отпадает необходимость в сложных и непрочных соединениях между штоками гидравлических цилиндров и валками со стороны привода. ● Обеспечивается быстрая и надежная смена промежуточных валков. ● Устраняется риск возгорания из-за неправильного подключения промежуточного валка и штока гидроцилиндра.

Усовершенствованная система управления плоскостностью прокатанных полос Обычно для регулирования поперечного профиля полосы за счет осевого сдвига опорных валков первого промежуточного ряда применяют гидравлические цилиндры, расположенные на привод-

Автоматическая смазка оправки натяжной моталки Механические напряжения, возникающие из-за высокого уровня натяжения прокатанных полос при смотке, а также термические напряжения из-за высокой температуры прокатываемой полосы, требует ежедневной смазки механизма оправки

Рис. 6. Общий вид защитного кожуха оправки натяжной моталки с автоматическим смазыванием

Steel Times International на русском языке – Май 2017

натяжной моталки. Поскольку каждая из двух оправок натяжных моталок имеет от 30 до 50 точек смазки, то оператору прокатного стана ежедневно для проведения ручной смазки требуется не менее 20 минут рабочего времени. Компания Fives разработала новую концепцию автоматической смазки оправок (рис. 6). Преимуществами такой концепции системы самосмазки являются: ● повышение производительности прокатного стана на 2500 т/год; ● экономия смазочных материалов; ● увеличение срока службы пирамидального защитного кожуха оправки; ● безопасность условий труда в процессе смазки оправки. Выводы Представленные выше разработки компании Fives могут обеспечить следующие преимущества в процессе холодной прокатки полос из коррозионностойкой стали. ● Минимизация эксплуатационных расходов благодаря экономии энергопотребления, совершенствованию производства, улучшению конструкции известных слабых механических узлов клети и более быстрому техническому обслуживанию прокатного стана. ● Обеспечение безопасной окружающей среды и удобное управление процессами для операторов прокатного стана. ● Оптимальная очистка поверхности прокатываемой полосы от масла для обеспечения высокоскоростной прокатки тонких полос с первоклассной гладкой и зеркальной поверхностью. ● Оптимальная смазка очага деформации полосы между валками и расширенный контроль плоскостности прокатанной полосы обеспечивают получение качественных полос с очень узкими допусками по плоскостности. Эти новаторские технологические усовершенствования могут быть интегрированы компанией Fives в конструкцию новых прокатных станах, а также поставлены в рамках проектов реконструкции и модернизации 20-ти валковых прокатных станов на действующих заводах. n www.steeltimesint.com

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 15

Компания Fives: ведущий поставщик оборудования цехов холодной прокатки и обработки стальных полос Последнее 50-летие компания Fives (Франция) является одним из ведущих мировых партнеров в области разработки и поставки технологического оборудования цехов холодной прокатки и последующей обработки стальных полос. За эти годы компания установила более 100 полосовых станов холодной прокатки и технологических линий обработки горячекатаных и холоднокатаных стальных полос по всему миру. За последние 20 лет компания спроектировала, изготовила и установила на заводах Китая 44 полосовых стана холодной прокатки и линий обработки полос из коррозионностойкой стали.

ЭКСПЕРТЫ прогнозируют глобальный рост потребления листового проката из коррозионностойкой стали с 37,4 млн т в 2015 году до 43,2 млн т в 2020 году (+15 % за пять лет). При производстве плоского проката из коррозионностойкой стали требуется четкое разграничение между этапом горячей прокатки полос (до получения первого рулона горячекатаной полосы) и цехом холодной полосовой прокатки. В цехе холодной прокатки горячекатаные полосы в рулонах после травления обжимают на стане до требуемой толщины и отжигают для достижения надлежащих механических свойств и требуемого качества поверхности полос. Качество поверхности готовых стальных полос характеризуется чистой глянцевой поверхностью после светлого отжига типа 2D, 2B и BA. Как правило, в таких цехах обрабатывают полосы из сталей аустенитного и ферритного классов, а также дуплексные стали. Области конструирования и поставки технологического оборудования для цехов холодной прокатки стальных полос компании Fives охватывают: ● линии непрерывного отжига и травления горячекатаных и/или холоднокатаных полос (HAPL, CAPL или H/CAPL); ● полосовые станы холодной прокатки (20-валковые станы DMS); ● линии светлого отжига для конкретных типов прокатанной продукции с высочайшим качеством осветленной поверхности класса BA (очень гладкая полированная с зеркальной поверхностью); ● дрессировочные станы (DMS SkinPass) в производственной линии и вне линии.

ной прокатки полос, что обеспечило компании позицию китайского лидера в области производства полос светлого отжига. ● Outokumpu: поставка оборудования для двух комбинированных линий CAPL и модернизация всех 20-валковых станов холодной прокатки моноблочной конструкции на заводе Торнио (Финляндия); реализация комплексного проекта по установке трех 20-валковых прокатных станов на заводе в Калверт (США). ● ArcelorMittal: более 25 контрактов на поставки технологического оборудования за последние 30 лет. Новый дрессировочный стан DMS SkinPass 2Hi

Перечень основных поставок компании Fives оборудования для цехов холодной прокатки и обработки полос ● POSCO-Thainox: ввод в эксплуатацию за последние 20 лет пяти линий отжига и травления холоднокатаных полос (CAPL), трех станов холодной прокатки. ● Ningbo Baoxin Stainless Steel: пять технологических линий, в том числе линия светлого отжига и четыре стана холод-

Технология Fives обеспечивает низкие капитальные затраты и эксплуатационные расходы, высокую производительность и эффективность, низкий уровень выбросов в окружающую среду и простое техническое обслуживание – ключевые факторы современного производства, на которые сегодня нацелены металлурги всего мира. DMS 20Hi EcoMill – новая технология 20-валкового стана компании Fives позволяет существенно улучшить плоскостность получаемой полосы, а также снизить капитальные затраты и эксплуатационные расходы. www.steeltimesint.com

● TISCO: компания Fives поставила и ввела в эксплуатацию первую комбинированную линию непрерывного отжига и травления горячекатаных полос (HAPL) толщиной 14 мм и шириной 2100 мм на заводе в Китае, а затем получила контракт на строительство комплексного цеха холодной прокатки, включающего крупнейшую в мире линию светлого отжига и высокоскоростной современный 20–валковый прокатный стан, две самые крупные интегрированные линии CAPL для отжига и травления стальных холоднокатаных полос. ● Shanghai STAL: компания Fives разработала и поставила уникальный 20-валковый сверхпрецизионный прокатный стан, позволяющий прокатывать стальные полосы толщиной 40 мкм и шириной 1200 мм для высокотехнологичных областей применения. ● Foshan Chengde Stainless Steel: компания Fives до конца 2017 года поставит и введет в промышленную эксплуатацию новую линию производства высококачественных полос из нержавеющей стали, включая новую линию отжига и травления холоднокатаных полос (CAPL) мощностью 500 тыс. т в год, дрессировочный стана DMS SkinPass 2Hi. n Контакты:

www.fivesgroup.com

Представительство «ФИВ» в Москве

Линия обработки стального проката Fives на заводе корпорации Baosteel, Китай

Тел.: + 7 (495) 745 5647 E-mail: fivesrussia@fivesgroup.com

Steel Times International на русском языке – Май 2017

16 ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Инновационный процесс цифрового текстурирования поверхности рабочих валков полосовых станов холодной прокатки Итальянская компания Tenova Pomini недавно провела глубокое исследование, по результатам которого разработала свою собственную систему и инновационное оборудование для цифрового текстурирования поверхности валков, удовлетворяющее современные потребности проектируемого текстурирования поверхности рабочих валков полосовых станов холодной прокатки. Массимо Каваллари, Паоло Габоарди, Рик Мак-Уиртер* ПРИМЕНЯЕМЫЕ сегодня промышленные процессы текстурирования поверхности рабочих валков для полосовых станов холодной прокатки позволяют контролировать некоторые из наиболее важных показателей текстуры поверхности, но они не могут регулировать эти параметры микрогеометрии независимо друг от друга, чтобы создавать оптимальную текстуру (микрорельеф) поверхности для каждой конкретной области применения холоднокатаной полосовой стали. Существуют значительные различия в технологических процессах производства полосового проката, характеристиках и условиях применения полосовой стали, требованиях индивидуальных заказчиков. В результате этого технологические требования к процессу текстурирования валков, ограничения и производственные вызовы в каждом конкретном случае могут сильно различаться между собой. Новая система Pomini Digital Texturing™ (рис.1) позволяет создавать на рабочем валке заданную текстурированную поверхность с индивидуальным контролем основных показателей матированной поверхности, обеспечивающую наилучшую комбинацию показателей микрогеометрии поверхности рабочих валков, условий производства полос на прокатном стане и применения прокатанных полос у конечного пользователя. Сформированная на поверхности рабочих валков текстура с регламентированными показателями микрогеометрии отпечатывается в отделочной клети прокатного стана рабочими валками на поверхности прокатанных полос и оказывает значительное влияние на эксплуатацию рабочих валков и характеристики прокатанных листов. Для достижения оптимальных показателей в процессах холодной прокатки, последующей листовой формовки (глубокой вытяжки/штамповки), нанесения покрытий и окраски требуемые параметры текстуры поверхности могут быть измерены и описаны известными профильными (2D) и объемными (3D) параметрами микрогеометрии поверхности. К двумерным параметрам микрорельефа поверхности (в 2D-формате) относятся: амплитудный па-

Рис. 1. Инновационная машина цифрового текстурирования рабочих валков полосовых станов холодной прокатки Pomini Digital Texturing™ компании Тенова

раметр шероховатости в виде среднеарифметического отклонения микронеровностей (Ra), частотный параметр Rpc (число пиков шероховатости на 1 см длины поверхности), асимметрия профиля поверхности относительно средней линии (Rsk) и волнистость (Wa). К трехмерным параметрам (в 3D-формате) относятся плотность кратеров (микровпадин) и объем закрытых полостей (Vcl). Разработка новой технологии текстурирования поверхности рабочих валков В зависимости от конкретной области применения прокатанных полос заказчик или конечный пользователь часто требует, чтобы текстурированная поверхность прокатанной полосы имела строго регламентированную комбинацию нескольких различных показателей микрогеометрии поверхности, например, высокую шероховатость, матовую отделку, однородную поверхность. Такая поверхность не может быть получена в процессе финишного шлифования рабочего валка на вальцешлифовальном станке, поэтому в вальцетокарных мастерских используют различ-

ные известные методы текстурирования поверхности рабочих валков станов холодной прокатки. Новый процесс цифрового текстурирования Pomini Digital Texturing (PDT) для нанесения требуемой текстуры на поверхность отшлифованного рабочего валка использует высокочастотный серийный лазер, управляемый с помощью программного обеспечения для создания заданных матриц текстуры поверхности. Процесс текстурирования PDT первоначально исследовали на прототипе станка для текстурирования поверхности рабочих валков полосовых станов холодной прокатки. Это позволило сформулировать базовые требования к текстуре поверхности и протестировать работу получаемых рабочих валков в клети прокатного стана в отношении отпечатываемости требуемой текстуры на поверхности прокатываемой полосы, показателей износа микрорельефа и стойкости рабочего валка с текстурированной поверхностью. В течение двухлетнего исследовательского периода были разработаны и проверены различные компоненты и узлы новой текстурирующей машины.

*Massimo Cavallari (massimo.cavallari@tenova.com); Paolo Gaboardi (paolo.gaboardi@tenova.com); Rick McWhirter (rick.mcwhirter@tenova.com). Все авторы являются сотрудниками компании Pomini Tenova (Италия). www.tenovagroup.com Steel Times International на русском языке – Май 2017

www.steeltimesint.com

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 17

Рис. 2. Текстурирующая головка инновационной системы цифрового текстурирования Pomini Digital Texturing™ компании Tenova

Уже первоначальные опыты очевидно показали, что новая технология является чрезвычайно гибкой и предлагает огромный потенциал для улучшения характеристик микрогеометрии поверхности рабочих валков и качества поверхности прокатанных листов. Она позволяет управлять двумя основными показателями микрогеометрии поверхности Ra и Rpc независимо друг от друга, что открывает широкий спектр возможностей получения различной текстуры поверхности. В сочетании с контролем еще одного важного параметра Rsk можно получать оптимальную для каждой конкретной области применения текстуру поверхности рабочих валков и полосового проката. Было глубоко исследовано влияние различных параметров текстуры поверхности на характеристики рабочих валков и прокатанного листа. Новая технология цифрового проектирования требуемой матрицы текстуры поверхности позволяет удовлетворять часто противоречащие друг другу требования на прокатном стане и у конечного пользователя. Первая промышленная установка для текстурирования поверхности рабочих валков была спроектирована и разработана компанией Pomini с учетом накопленного опыта в изготовлении станков прецизионного шлифования прокатных валков и новейших доступных сегодня технологий, элементы которых успешно прошли проверку на высокоточных металлообрабатывающих станках. Проектное задание предусматривало создание надежной и экологически безопасной промышленной установки, обеспечивающей высокую (прецизионную) точность и эффективность операций, не требующей сложного технического обслуживания, с минимальными требованиями www.steeltimesint.com

●

● ● ● ● ● ●

●

Критерии проектирования текстурирующего станка Pomini Digital Texturing™ Программное управление для обеспечения максимальной гибкости процесса текстурирования поверхности рабочего валка Различные модели/режимы работы станка и настройки требуемых параметров текстуры Автоматическая настройка для обработки различных типов и размеров рабочих валков Прочная конструкция для долговременной непрерывной промышленной эксплуатации Чистый и благоприятный для окружающей среды технологический процесс Высокая эффективность работы и низкое энергопотребление Компактная и симметричная конструкция машины, позволяющая установку в существующих вальцетокарных мастерских Стандартные коммерческие узлы и компоненты, общие с вальцешлифовальными станками запчасти

к фундаменту и занимаемой производственной площади при монтаже. Для текстурирования поверхности рабочего валка была выбрана лазерная технология как наиболее эффективная система нанесения требуемой текстуры поверхности и наименее загрязняющая окружающую среду. Хотя эту технологию сегодня уже нельзя назвать совершенно новой, она успешно продолжает непрерывно развиваться и совершенствоваться. Конкретный тип примененного высокочастотного лазера является наиболее подходящим для программного переключения и системы управления процессом. Такая

комбинация обеспечила получение точной, гибкой и эффективной промышленной установки для текстурирования поверхности валков, которая объединяет преимущества работы высоконадежного источника лазерного излучения с минимальными требованиями к техническому обслуживанию, многократно подтвержденные производственной практикой. Система оптоволоконной связи позволяет гибко и точно позиционировать текстурирующую головку (рис. 2) и исключить операции выравнивания и фокусирования, характерные для предшествующих систем лазерного текстурирования. Требуемая текстура поверхности может быть спроектирована с помощью компьютерного моделирования, позволяющего легко создавать желаемую структуру микрогеометрии (матрицу текстуры). Программируемая работа лазерной системы позволяет легко и точно регулировать заданные размеры микрократеров и микропиков на поверхности обрабатываемого прокатного валка. Наряду с заданием размеров каждого кратера, можно также задавать и изменять соотношение между кратерами и пиками, форму кратеров и профиль пиков. Возможность гибко и точно регулировать размеры кратеров и пиков обеспечивает получение регламентированного микрорельефа поверхности с заданной шероховатостью и асимметрией профиля, в то время как формирование масштабных сглаженных пиков гарантирует очень хороший коэффициент отпечатываемости микрорельефа валков на поверхности прокатываемой полосы и высокую износостойкость текстурированной поверхности рабочих валков в клети прокатного стана. Задание матриц поверхностной текстуры прокатного валка с помощью про-

Steel Times International на русском языке – Май 2017

18 ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Рис. 3. Машина цифрового текстурирования поверхности рабочих валков Pomini Digital Texturing™ и обработанный прокатный валок

граммного обеспечения позволяет получать широкий спектр различных структур поверхностного рельефа валков и прокатанных полос, определяемых как детерминированными (псевдослучайными), так и вероятностными зависимостями. За счет изменения основных параметров матрицы текстуры можно задавать различную плотность элементов текстуры, формирующих текстурированные поверхности «открытого» или «закрытого» типа. Промышленная установка для текстурирования поверхности рабочих валков Pomini Digital Texturing™ показана на рис. 1 и 3. Она полностью обеспечила достижение проектных показателей (или даже превзошла некоторые из них) и соответствует современным критериям проектирования в отношении получения компактной установки с низким энергопотреблением и без каких-либо специфических требований к фундаменту. Первый высокопроизводительный станок для текстурирования поверхности рабочих валков Pomini Digital Texturing™ был введен в промышленную эксплуатацию в начале 2015 года, и на нем сразу же началось производство текстурированных рабочих валков для нескольких полосовых станов холодной прокатки. Тестирование процесса PDT Начальный период тестирования процесса PDT был сфокусирован на оценке способности передачи структуры и показателей микрорельефа поверхности Ra и Rpc рабочего валка на поверхность прокатанной полосы, а также на поддержке требуемых параметров шероховатости в течение приемлемого для условий производства периода времени. Почти сразу же было признано, что в процессе PDT за счет регулирования параметров текстуры поверхности валков можно существенно влиять как на передачу (коэффициент от-

печатываемости) шероховатости, так и на скорость износа и срок службы текстурированного рабочего валка. Не менее важным было то, что процесс PDT оказался последовательным, точным и повторяемым, позволяющим легко изменять параметры микрогеометрии поверхности с помощью программного обеспечения. Было обнаружено, что коэффициент отпечатываемости параметров Ra и Rpc микрорельефа поверхности рабочего валка на поверхность прокатываемой полосы, как правило, на 20 % выше, чем после электроразрядного текстурирования (EDT) поверхности валков, особенно на валках с положительным значением индекса асимметрии профиля шероховатости поверхности Rsk (меньшее число пиков, чем впадин). Использование пиков шероховатости с более округлой (сглаженной) формой позволяет продлить срок службы рабочего валка и снизить образование мелких металлических частиц при холодной прокатке. При исследовании процесса холодной прокатки стальных полос для различных областей применения с различной твердостью материала и величиной усилия прокатки было обнаружено существенное влияние диаметра кратеров на коэффициент отпечатываемости профиля. Для обеспечения подходящего значения коэфГлянцевая

0.001

Отражающая (индекс DOI)

0.01

0.1

фициента отпечатываемости на более твердых прокатываемых материалах необходимы намного большие размеры микрократеров. При прокатке более мягких материалов могут быть эффективно использованы текстуры с кратерами меньших размеров. Для повышения производительности процессов листовой формовки можно увеличить количество и объем закрытых кратеров на поверхности прокатанной полосы. Это достигается за счет формирования положительного значения индекса асимметрии профиля Rsk на прокатном валке, чтобы получить прокатанный лист с отрицательным значением параметра асимметрии профиля шероховатости Rsk. Более конкретно, выбор подходящего размера кратеров и минимального перекрытия кратеров приводит к росту до 50 % значения показателя Vcl, измеренного на полосе. Кроме того, считается, что прокатанная полоса с отрицательным значением параметра Rsk менее склонна к «заеданию» в операциях листовой формовки и вытяжки. Законченный внешний вид окрашенного полосового проката определяется (рис. 4) многими показателями, такими как, глянцевый блеск, отражательная способность по индексу DOI и апельсиновая корка («шагрень»). Каждый из них соотАпельсиновая корка

Форма

100

Длина волны, мм Рис. 4. Компоненты длин волн (блеска) окрашенной поверхности прокатанной полосы

Steel Times International на русском языке – Май 2017

www.steeltimesint.com

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 19

Запись профилометра 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 -2,0 -4,0 -6,0 -8,0 -10,0 -12,0 0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0 Рис. 6. Типичная текстура поверхности валка, нанесенная методом Pomini Digital Texturing™

Рис. 5. Оценка шероховатости и показателя волнистости профиля поверхности полосы

ветствует определенной области компонент длины волны в текстуре поверхности прокатанной полосы. Кроме того, получено, что детерминистические модели текстуры, такие как те, которые получают при бомбардировке поверхности валка электронным лучом (Electron Beam Texturing), снижают значение показателя волнистости. Этот эффект можно увидеть на записи профилометра (рис. 5), где шероховатость поверхности показана синим цветом, а компонента волнистости – красным цветом. Компонента волнистости в основном наблюдается там, где имеются перекрывающиеся кратеры или пики. Таким образом, за счет проектирования текстуры поверхности с меньшим перекрытием кратеров можно снизить показатель волнистости, увеличить количество и объем закрытых полостей. Из результатов этих тестов и известных предыдущих исследований можно сделать вывод о том, что существует целый ряд желательных свойств/параметров текстуры на поверхности рабочих валков и прокатанного материала, которые улучшают показатели процессов холодной полосовой прокатки, формовки и окраски листового материала. Способность контролировать как можно больше таких показателей текстуры поверхности независимо друг от друга может значительно повысить производительность и улучшить получаемые результаты. Спроектированные текстуры С развитием процесса текстурирования Pomini Digital Texturing™ теперь стало воз-

● Повышение однородности/снижение нерегулярности (стохастической или детерминистической) получаемой текстуры поверхности. ● Оптимальный размер и соотношение закрытых полостей (впадин до плато) на поверхности прокатанной полосы. ● Отрицательное значение индекса асимметрии профиля шероховатости поверхности (наличие большего числа крутых впадин, чем высоких пиков) на прокатанном листе. ● Пониженное значение коэффициента шероховатости Ra на поверхности прокатанной полосы при сохранении хорошей формуемости листов за счет улучшенных характеристик текстуры поверхности. Асимметрия профиля шероховатости Rsk

Шероховатость поверхности Ra

1,60

можным точно и независимо друг от друга регулировать многие важные параметры текстуры поверхности. Такая высокая степень управления текстурой поверхности обеспечивает возможность оптимизировать показатели как рабочих валков, так и прокатанной полосы, получая требуемые текстуры с определенным сочетанием параметров для каждой конкретной области применения прокатанных листов. Процесс PDT также обеспечивает возможность разрабатывать и внедрять на практике новые типы текстуры поверхности, которые ранее невозможно было производить. Такие типы текстуры могут обладать следующими особенностями, которые дают возможность существенного улучшения производственных показателей в процессах листовой формовки и окраски прокатанных полос.

1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 Число прокатанных рулонов

● Оптимальное значение показателя Rpc, обеспечивающее достаточные размеры микровпадин и хороший внешний вид окрашенной поверхности полосы. ● Снижение волнистости поверхности на прокатанной полосе для улучшенного внешнего вида после окраски. ● Оптимизированная форма кратеров для передачи (отпечатываемости) требуемой текстуры на поверхность прокатанных листов. Исходные текстуры поверхности рабочего валка после лазерного текстурирования методом PDT дублируют матрицу с перекрывающимися кратерами, подобную текстуре поверхности из точечных кратеров, получаемой электроразрядным методом текстурирования EDT, но с улучшенными специфическими характеристиками для обеспечения повышенных показателей производства. Типичный микрорельеф текстурированной поверхности рабочего валка методом PDT показан с увеличением на рис. 6 (где можно видеть хаотичное и изотропное расположение однородных микрократеров). Такой конкретный тип микрогеометрии поверхности имеет высокую степень перекрывающихся микрократеров для имитации типичного расположения кратеров, окруженных кромкой повторно затвердевшего металла после электроразрядного процесса EDT, но с гораздо более четким определением кратера и его кромки за счет формирования дискретных кратеров и широких пиков. При применении в одной отделочной клети прокатного стана рабочих валков с

0,40 0,20 0,00 -0,20 -0,40 -0,60 -080 Число прокатанных рулонов

Рис. 7. Изменение параметра шероховатости поверхности Ra (а) и параметра асимметрии профиля шероховатости поверхности Rsk (б) в процессе холодной прокатки рулонов стальных полос

www.steeltimesint.com

Steel Times International на русском языке – Май 2017

20 ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Случайное (хаотичное) расположение, открытая поверхность и минимальное перекрытие микрократеров

Случайное (хаотичное) расположение, высокая плотность микрократеров с высокой степенью перекрытия

Случайное (хаотичное) расположение, микрократеры больших размеров с высокой степенью перекрытия

Равномерно разнесенное и упорядоченное расположение микрократеров на обработанной поверхности

Рис. 8. Типичные матрицы микрорельефа поверхностной текстуры рабочих валков, получаемые методом Pomini Digital Texturing™ компании Тенова

текстурированной поверхностью методом PDT целями были повышение постоянства показателя шероховатости Ra, производство профиля поверхности на прокатанной полосе с отрицательным значением параметра асимметрии профиля шероховатости и продление срока службы рабочего валка. На рис. 7 приведены результаты, полученные при исследовании износа микрорельефа поверхности этого рабочего валка в процессе прокатки. Использованный рабочий валок показал почти вдвое выше срок службы, чем рабочие валки после традиционного дуплексного метода текстурирования с «послефинишной обработкой» для удаления наиболее острых пиков шероховатости. Отрицательное значение параметра асимметрии профиля Rsk на прокатанной полосе этот валок поддерживал на протяжении всего срока службы валка, в то время как рабочие валки, текстурированные методом EDT, всегда давали положительный индекс асимметрии профиля поверхности полосы с хорошим внешним видом поверхности. Как правило, считается, что отрицательное значение параметра асимметрии профиля шероховатости поверхности относительно средней линии (меньшее число выступающих пиков) и увеличенная опорная площадь на текстуру поверхности рабочих валков повышают срок службы рабочих валков. Это наглядно подтверждают и результаты, приведенные на рис. 7. На них видно, что износ микрорельефа поверхности рабочего валка в процессе холодной прокатки партии рулонов замедляется по мере приближения отрицательного значения индекса асимметрии профиля шероховатости к положительному значению. К сожалению, формирование отрицательного значения индекса асимметрии профиля шероховатости на поверхности рабочего валка для повышения срока его службы сопровождается получением на поверхности листового проката отпеча-

танной текстуры с положительным значением параметра асимметрии профиля, что, как известно, оказывается вредным для процессов формовки и окраски. Рабочие валки с текстурированной поверхностью методом PDT в этом случае применения были в состоянии сохранять отрицательный индекс асимметрии профиля шероховатости поверхности прокатываемых полос при повышенном сроке службы валков. Формирование матрицы поверхностной текстуры валка в системе PDT посредством компьютерных программ позволяет производить широкий спектр различных структур микрорельефа поверхности прокатанных полос, определяемых как детерминистическими, так и стохастическими (вероятностными) зависимостями. Путем независимого регулирования разнесенных параметров плотности и перекрытия микрократеров можно изменять плотность элементов текстуры поверхности, чтобы производить «открытые» или «закрытые» типы поверхности (рис. 8). Изменяя матрицу кратеров на поверхности текстурированных рабочих валков можно повышать степень однородности (Wa) количества кратеров и объем замкнутых впадин (Vcl), которые необходимо контролировать на листовом прокате. Оба этих параметра, в соответствии с результатами предыдущих исследований, влияют на способность к формованию и окрашиваемости листового проката. Кроме того, можно создавать различные комбинации эффектов, таких как фиксированный размер кратеров при их случайном размещении или структура из кратеров с переменными размерами при их фиксированном равновероятном расположении. Также на текстурированной поверхности валка можно производить кратеры различной формы, которые могут быть переданы на прокатанную полосу. Основной упор делается на инженерном проектировании желательной текстуры поверхности рабочего валка, чтобы после

прокатки получить требуемую текстуру поверхности полосы для каждой конкретной области применения при максимальных показателях износостойкости и срока службы рабочих валков. Выводы Процесс цифрового текстурирования рабочих валков Pomini Digital Texturing™ продемонстрировал очень высокие результаты уже на стадии производственных испытаний, он обладает большим потенциалом для дальнейшего развития и распространения в промышленности. Экологически чистая и безопасная технология демонстрирует максимальную эффективность при минимальном количестве отходов. Станок для текстурирования поверхности рабочих валков выполнен полностью закрытым и отличается современным дизайном с минимумом механического оборудования и технического обслуживания, а основные технологические функции управляются с помощью пакета программ. Широкий спектр видов поверхностных текстур, которые могут быть получены на этой установке, является чрезвычайно гибким и позволяет удовлетворить самые разнообразные потребности отрасли в настоящее время и перспективные требования заказчиков. Эта прорывная технология цифрового текстурирования поверхности валков обеспечивает возможность легко спроектировать оптимальную комбинацию характеристик текстуры поверхности рабочих валков, чтобы обеспечить повышенные производственные показатели у производителей прокатанных полос и отличные характеристики поверхности стальных листов, необходимые конечным потребителям. Она также открывает совершенно новые возможности производства листового проката с индивидуально разработанными текстурами поверхности для различных областей применения, которые ранее не были возможны. n

На протяжении многих лет компания Tenova Pomini является ведущим мировым поставщиком полностью автоматизированных вальцетокарных мастерских на условиях «под ключ», основного и вспомогательного оборудования для обработки валков для станов горячей и холодной прокатки. www.pomini.com www.tenovagroup.com/roll_shops.php Steel Times International на русском языке – Май 2017

www.steeltimesint.com

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 21

Реконструкция прокатных станов — выбор подшипников и модернизация прокатных валков для сверхвысоких нагрузок Для современного рынка прокатных станов характерны низкие инвестиции в новое оборудование и повышенные требования к выпускаемой продукции. Прокатные станы устаревают, но с целью повышения производительности существенно увеличивается их эксплуатационная нагрузка. Экстремальные условия работы прокатных валков вкупе с устаревшей конструкцией станов приводят к большому числу повреждений шеек прокатных валков (рабочих валков прокатного стана дуо и опорных валков стана кварто). Как следствие, многие действующие прокатные станы требуют реконструкции, которая бы свела к минимуму поломки шеек валков в области галтели даже при высоких нагрузках. Успешная реконструкция во многом определяется правильным выбором подшипников.

Обзор технических характеристик прокатных валков Прокатные станы — это настоящее испытание для подшипников и прокатных валков, которые должны непрерывно работать при сверхвысоких температурах, нагрузках и скоростях прокатки. В процессе прокатки валок вращается и одновременно через подшипники к прокатываемой металлической полосе прикладывается нагрузка (усилие прокатки). На шейке прокатного валка имеется небольшой участок, на который действует напряжение растяжения с максимальным значением (σmax), в то время как на диаметрально противоположный участок действует напряжение сжатия с минимальным значением (σmin). Когда валок поворачивается на 180° эти два участка и, соответственно, значения напряжений меняются местами, в результате напряжение изменяется от σmax до σmin = -σmax. В процессе прокатки напряжение материала в этих участках валка постоянно меняется в диапазоне этих двух пределов (один полный цикл изменений за один оборот прокатного валка). В результате участок шейки прокатного валка, находящийся между подшипником и бочкой (область галтели) подвергается симметричному изгибающему напряжению, которое циклически меняется вместе с вращением валка (рис. 1). Чтобы определить максимально допустимое напряжение на изгиб и рассчитать геометрию переходного участка между шейкой валка и его бочкой (то есть, радиусы ступенчатых фасок и скруглений) – чтобы можно было контролировать воздействие концентрации напряжений, требуется проведение тщательного анализа. Реконструкция подшипников тяжело нагруженных шеек валков Компания Timken в качестве инженерной помощи в реконструкции предлагает следующее комплексное решение модернизации шеек прокатных валков: 1. Оптимизация конструкции прокатных валков за счет максимального увеличения диаметра шейки валка. 2. Помощь в конструировании с определением составного радиуса галтели шейки валка. www.steeltimesint.com

Рис. 1. Изгибающие циклические напряжения на шейке прокатного валка

3. Выбор подшипников с уменьшенным поперечным сечением (больший диаметр отверстия, такой же наружный диаметр*, такая же или меньшая общая ширина и специальные модификации, позволяющие сохранить или увеличить показатели грузоподъемности подшипников). *Реконструкция подразумевает использование таких же подушек, поэтому подшипники должны иметь такой же наружный диаметр.

Теоретические основы модернизации валков для сверхвысоких нагрузок 1. Оптимизация конструкции прокатных валков Оптимизация диаметра шейки прокатного валка Так как валки, работающие под высокой нагрузкой, часто вращаются с малой скоростью, то требуется увеличить диаметр шейки, что позволит выдерживать более высокие изгибающие напряжения. В этих условиях подшипник стандартного размера, предназначенный для работы в тяжелых условиях (подшипник A на рис. 2), может не подойти. Для работы с высокой нагрузкой компания рекомендует подшипники с уменьшенным сечением (подшипник B), у которых такой же наружный диаметр, как и у подшипников для работы в тяжелых условиях, но больший диаметр отверстия. У таких подшипников

с уменьшенным поперечным сечением соотношение радиусов шейки и бочки увеличено (d/D ≈ 68 %) и, когда это возможно, — уменьшена ширина подшипника, что также сокращает расстояние между осью нагрузки нажимного механизма и поверхностью бочки валка. Увеличенный наружный диаметр шейки прокатного валка и сниженный изгибающий момент повышают характеристики работы шейки валка при экстремальных нагрузках. Замена существующего радиуса галтели составным радиусом В традиционных конструкциях шейки прокатного валка область галтели часто определяется одним простым радиусом. Длительная работа компании Timken в области прокатки показала, что такой подход может быть неэффективен в прокатных станах, работающих с высокой нагрузкой. Поэтому мы рекомендуем заменять простой радиус составным радиусом галтели. Галтели, определяемые составным или двумя радиусами, обеспечивают наиболее эффективное распределение напряжений по радиусу и снижают максимальное напряжение в шейке прокатного валка. На рис. 3 показано исполнение галтели с составным радиусом на основе предварительно определенной длины (ra) и высоты галтели (rb). Длину и высоту радиуса галтели (rc и rd) можно определить с помощью следующих формул:

Steel Times International на русском языке – Май 2017

22 ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Относительный срок службы

Рис. 4. Сравнение сроков службы стандартных подшипников Timken и подшипников серии DuraSpexx® с повышенными характеристиками в одинаковых габаритных размерах

Рис. 2. Оптимизация диаметра шейки прокатного валка

Осевая линия клети прокатного стана

Стандартные подшипники Timken®

Подшипники серии DuraSpexxTM

Диаметр бочки прокатного валка

Наружный диаметр шейки валка

Осевая линия валка Рис. 5. Схема нагрузки на прокатный валок и форма радиуса галтели

Рис. 3. Составной радиус галтели

Рис. 6. Форма галтели шейки прокатного валка: изометрическая проекция

rc = ra+

(ra–rb)2 2(rb–rd)

rd =

(rb–ra) 3

где, ra – длина галтели (на практике значение ra меньше, чем 2,5 rb); rc, rd – больший и меньший радиус составной галтели, соответственно. 2. Подшипники с уменьшенным поперечным сечением Инженеры компании Timken пользуются сложными программами, специализированными для каждой области применения, которые помогают моделировать условия эксплуатации и позволяют создавать специализированные подшипники с длительным сроком службы. Чтобы максимально повысить эксплуатационные ха-

рактеристики подшипников в тяжелых рабочих условиях, компания Timken разработала серию DuraSpexx® с повышенными номинальными характеристиками. Подшипники DuraSpexx® представляют собой модифицированную конструкцию с улучшениями для продления срока службы подшипников в ответственных узлах, работающих в тяжелых условиях. Подшипники DuraSpexx® идеально подходят для промышленного оборудования, работающего с высокой нагрузкой, например, для прокатных станов и редукторов. Усовершенствованные характеристики и уменьшенное поперечное сечение этих подшипников повышают их номинальные характеристики. В производстве подшипников серии DuraSpexx® использовались обширные технические знания компании Timken, позволившие на 23 % повысить грузоподъемность подшипни-

ков и увеличить срок их службы по сравнению со стандартными подшипниками Timken (рис. 4). Характеристики конструкции подшипника серии DuraSpexx® • Усовершенствованная сталь повышенной чистоты с модифицированной формой включений способствует снижению числа дефектов, связанных с неметаллическими включениями. • Варианты обработки поверхности, снижающие вероятность возникновения отслаивания и усталостного выкрашивания при высоких температурах и в условиях тонкой масляной пленки. • Профилированная геометрия, которая способствует более равномерному распределению напряжений при высоких нагрузках и/или в случае нарушения соосности.

Рис. 7. Развернутый вид 4-рядного конического подшипника Timken

Steel Times International на русском языке – Май 2017

www.steeltimesint.com

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 23

Ряд 4 Ряд 3 Ряд 2

L10a (часов)

Ряд 1

Ряд подшипника

Рис. 10. Расчетный срок службы (ресурс L10a) подшипника

Рис. 8. Компьютерная модель: изометрическая проекция

Рис. 9. Компьютерная модель собранного подшипникового узла

Практический пример – существующее решение и описание проблемы В данном практическом примере показаны валки прокатного стана дуо, однако описание подходит и для опорных валков прокатного стана кварто. На рис. 5 представлено действие нагрузки на прокатный валок и детально показан радиус галтели шейки валка.

щего два сдвоенных внутренних кольца, четыре единичных наружных кольца, одно внутреннее проставочное кольцо и три наружных проставочных кольца. Четырехрядный конический подшипник M280049DW-M280010 имеет габариты 595,312 × 844,550 × 615,950 (внутренний диаметр × наружный диаметр × ширина в мм). Грузоподъемность подшипника Timken: C90(4) = 4400 кН.

Особенности конструкции двухвалкового прокатного стана Диаметр бочки прокатного валка 990 мм; ширина бочки 2180 мм; диаметр шейки валка 595 мм; отношение диаметра шейки валка к бочке 60 %; расстояние прижима 2980 мм. Валок изготовлен из стали (модуль Юнга 210000 МПа; коэффициент Пуассона 0,3; предел прочности на разрыв 250 МПа; предел прочности при растяжении 460 МПа). Изометрическая проекция прокатного валка показана на рис. 6. Условия эксплуатации: макс. усилие прокатки 2200 т (21582 кН); макс. скорость прокатки в линии стана 220 м/мин.

Компьютерная модель На рис. 8 и 9 показаны изометрическая проекция и компьютерная модель подшипникового узла. Скорректированная усталостная долговечность L10a максимально нагруженного ряда подшипника (рис. 10) составляет 2800 часов. Поскольку наружные кольца подшипника остаются в подушке неподвижными, то в каждый момент времени усилие прокатки воздействует только на определенный участок наружного кольца, называемого «зоной нагрузки». Наружные кольца подшипника прокатного валка имеют маркировку на переднем и заднем торцах, обозначающую четыре сектора. Маркировка на торце наружного кольца позволяет оператору отслеживать, какие секторы использовались в зоне нагрузки. Рекомендуется устанавливать подшип-

Подшипник Timken На рис. 7 представлен состав четырехрядного конического подшипника, включаю-

Описание проблемы: разрушение шейки валка Прокатный валок сломался в области радиуса галтели (рис. 12). Заказчик обратился в службу поддержки Timken за решением для увеличения прочности опоры валка и сохранения усталостной долговечности нового подшипника в приемлемых пределах. С существующим выбором подшипников проблем у заказчика не было. Решение компании Timken по совершенствованию прокатного валка Компания Timken предложила оптимизировать конструкцию валка путем увеличения диаметра шейки валка с 595 до 610 мм и замены существующего радиуса галтели на составной радиус галтели. Значения наружного диаметра и ширины подшипника оставались неизменными. Сле-

Рис. 11. Анализ шейки прокатного валка до модернизации: максимальные напряжения (а) и усталостная долговечность (б)

www.steeltimesint.com

ник первым сектором наружного кольца в нагрузочной зоне, затем при последующих осмотрах поворачивать кольца, последовательно меняя секторы, пока процедура не повторится снова с первого сектора. Поворот наружных колец при каждом осмотре позволяет увеличить срок службы подшипника, благодаря распределению нагрузки по всей поверхности дорожки качения кольца. Максимальное напряжение в области галтели валка 352 Н/мм2 и усталостная долговечность валка 4400 часов (рис. 11).

Рис. 12. Излом шейки прокатного валка

Steel Times International на русском языке – Май 2017

24 ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Рис. 13. Схема конструкции подшипника

Рис. 14. Оптимизированная галтель шейки прокатного валка

L10a (часов)

Рис. 16. Анализ шейки прокатного валка после модернизации: максимальные напряжения (а) и усталостная долговечность (б)

Подшипник

Рис. 15. Расчетный срок службы (ресурс L10a) подшипника для существующего решения, подшипника стандартной конструкции и подшипника серии DuraSpexx® 1 – М280049DW-М280010 (существующее решение) 2 – новый NР825343-NР205014 – стандартная конструкция 3 – новый NР825343-NР205014 – модификация DuraSрехх®

дует отметить, что существующие крышки подушки и уплотнения пришлось заменить из-за большего диаметра отверстия подшипника. На данном прокатном стане диаметр бочки прокатного валка составляет 990 мм; ширина бочки 2240 мм; диаметр шейки валка 610 мм; отношение диаметра шейки валка к бочке 62 %. Новый подшипник Timken: четырехрядный конический TRB NP825343NP205014 (рис. 13). Габариты: 610,000 × 844,550 × 615,950 [внутренний диаметр x наружный диаметр x ширина в мм]. Грузоподъемность Timken: C90(4) = 5020 кН со стандартным подшипником Timken и C90(4) = 6175 кН с подшипником DuraSpexx®. На рис. 14 показана примененная оптимизированная форма составного радиуса галтели.

Скорректированная усталостная долговечность подшипника (L10a) составляет для стандартного подшипника Timken 4500 часов и для подшипника DuraSpexx® более 9000 часов (рис. 15). Максимальное напряжение в валке в области галтели достигает 318 Н/мм2 и усталостная долговечность валка превышает 6000 часов (рис. 16).

лагает металлургам инженерную поддержку по оптимизации конструкции прокатных валков и выбору подшипников с меньшим поперечным сечением. Эти меры позволяют улучшить рабочие характеристики прокатных валков за счет снижения максимального напряжения в валке и повышения усталостной долговечности валков и подшипников. n

Результаты модернизации прокатного валка 1. Снижение максимального напряжения в валке с 352 Н/мм2 до 318 Н/мм2 (снижение на 9,6 %). 2. Повышение усталостной долговечности валка с 4400 часов до 6000 часов (прирост на 36 %). 3. Повышение усталостной долговечности L10a стандартного подшипника Timken с 2800 часов до 4500 часов (прирост на 60 %). 4. Повышение усталостной долговечности L10a нового подшипника DuraSpexx® с 2800 часов до 9000 часов (повышение на 120 %).

Благодарность Авторы выражают благодарность компании Timken за предоставление разрешения на публикацию материалов этого исследования. Список литературы 1. T. Harris, M. Kotzalas. Rolling Bearing Analysis - Advanced Concepts of Bearing Technology (2007). 2. Association of Iron and Steel Engineers. The Making, Shaping and Treating of Steel, 10th Edition (1985). 3. The Metals Society. Flat Rolling: A Comparison of Rolling Mill Types (1978). 4. ISO 281 (2007). Подшипники качения. Динамическая расчетная грузоподъемность и расчетный ресурс (долговечность). 5. Технический справочник Timken — издание для металлургической промышленности.

Выводы и заключение Современный рынок требует модернизации прокатных станов из-за частых отказов, вызванных разрушением шейки валка в области кольца галтели. Компания Timken обладает глубокими знаниями и большим опытом в этой области и пред-

Steel Times International на русском языке – Май 2017

6. Каталог продукции Timken для металлургии.

Для получения дополнительной информации о подшипниках серии DuraSpexx® посетите веб-сайт h tt p : / / w w w. t i m ke n . c o m / e n - u s / p ro d u c t s / bearings/productlist/HighPerformance/Pages/DuraSp exx.aspx.

www.steeltimesint.com

ТРАНСПОРТ И ЛОГИСТИКА 25

Погрузчики для безопасной и эффективной транспортировки грузов Процесс транспортировки материалов – это гораздо больше, чем простое перемещение грузов по территории предприятия. Компании, которые более глубоко вникают в эту проблему – чаще с помощью экспертов и их рекомендаций – могут существенно повысить общую эффективность своей работы за счет повышения уровня безопасности, экономии производственных затрат и более рационального использования производственных площадей. В черной металлургии, где большинство видов сырьевых материалов и готовой продукции обычно являются длинномерными, громоздкими и потенциально опасными, сегодня, как никогда ранее, этой сфере бизнеса уделяют повышенное внимание.

КОМПАНИЯ Combilift – ирландский производитель специализированных и портальных погрузчиков, приобрела широкую популярность у многих производителей стальной продукции по всему миру. Хотя она вышла на мировой рынок в секторе транспортировки материалов относительно недавно, компания ярко засверкала на небосводе этого сектора, когда в 1998 году выпустила на рынок первый в мире полноприводный 4-ходовой универсальный вилочный автопогрузчик с дизельным двигателем IC – Combilift серии C4000 грузоподъемностью 4 т. С тех пор компания существенно расширила ассортимент выпускаемой продукции и уже поставила более 35500 машин в 75 стран мира. Значительная доля выпущенных погрузчиков компании Combilift работает на заводах металлургических гигантов ArcelorMittal, Tata, Gerdau, ThyssenKrupp и др. Ручная обработка тяжелых грузов, сопровождаемая рисками травматизма – практика, которая в значительной степени осталась в прошлом. Однако статистика показывает, что по-прежнему в мире ежегодно происходит в среднем около1500 несчастных случаев и травм, связанных с работой вилочных погрузчиков. Поэтому максимально безопасное осуществление разгрузки и транспортировки грузов стало с первых дней ключевой задачей разработчиков универсальных погрузчиков Combilift. Способность таких погрузчиков передвигаться в любых направлениях без поворота корпуса с крупногабаритным грузом, безопасно размещенном на опускающейся платформе погрузчика C 4000, позволяет избежать опасных маневров с высокорасположенным грузом около препятствий, значительно повысить безопас-

www.steeltimesint.com

ность труда и улучшить условия работы водителя. Последующие модели Combilift, такие как уникальный портальный погрузчик для экономичной обработки контейнеров Straddle Carrier и стендовые вилочные погрузчики, обладают конструктивными особенностями, гарантирующими максимальный уровень безопасности на любой стадии работы с грузами. Примеры применения погрузчиков Combilift Компания AJN Steelstock использует парк из 55 вилочных 4-х ходовых погрузчиков Combilift на двух своих производственных площадках в Великобритании. Безопасность была главным фактором в выборе этого типа погрузчиков. Управляющий директор Алан Бойден (Alan Boyden) говорит: «Мы заменили свои изначальные погрузчики с противовесом на погрузчики Combilift для обеспечения безопасного и экономичного перемещения наших длинномерных продуктов, поскольку транспортировка 18-метровых стальных балок на погрузчиках с противовесом не была идеальным решением со многих точек зрения. Погрузчики Combilift внесли ценный вклад в решение задачи по установлению и поддержанию высоких стандартов безопасности и гигиены труда в нашей отрасли».

Число работающих на предприятии вилочных погрузчиков напрямую коррелирует с показателями производственного травматизма. Компания Frank H. Dale (Великобритания), производящая стальные конструкции, минимизировала эту потенциальную опасность путем замены боковых погрузчиков на портальный погрузчик Combilift типа Stradle Carrier (Combi-SC). Управляющий директор Пол Рид (Paul Read) подсчитал, что такая замена сократила количество перемещений каждого вилочного погрузчика на тысячи в год, так как модель SC позволила поднимать полностью собранную стальную конструкцию за одну операцию. Это исключает необходимость многократных подъемов отдельных узлов конструкции при работе погрузчиков с боковой загрузкой. Дальнейшими преимуществами этой системы являются снижение негативного воздействия автопогрузчиков на окружающую среду и значительное повышение производительности: ранее для подъема боковыми погрузчиками всей собранной конструкции на тягачи HGV затрачивалось много времени, а теперь это можно сделать менее чем за час. Более эффективное использование доступного пространства может обеспечить существенную экономию затрат за счет исключения необходимости многократного

Steel Times International на русском языке – Май 2017

26 ТРАНСПОРТ И ЛОГИСТИКА

перемещения грузов, например, при снижении объема запасов. Заменив устаревшие электровозы на многоходовые погрузчики Combilift грузоподъемностью 3 т и внедрив свободную планировку склада и плановое обслуживание при применении Combilift, компания ThyssenKrupp Energostal S.A. в Польше повысила пропускную способность своего склада для хранения стальных труб общей площадью 22 тыс. м2 на более чем 40 %. Конструкторы компании Combilift подготовили предложение по схеме размещения стеллажей, чтобы проиллюстрировать возможность оптимального использования пространства, а также посоветовали ввести угловую систему проходов, что было невозможно при использовании электровозов. Ширина проходов между стеллажами для укладки труб длиной 6 м теперь сокращена до ширины самого погрузчика, что позволило дополнительно установить более 130 рядов стеллажей для хранения. Директор Томаш Грозяк (Tomasz Groszyk) говорит: «Объем продукции, который мы ежедневно перемещаем по территории весьма значителен, поэтому мы вынуждены использовать каждый дюйм пространства. Благодаря новой системе работы с погрузчиками Combilift мы теперь можем иметь максимальный запас и обеспечить быстрый оборот для наших клиентов». Погрузчики Combilift серии Combi SC позволили строительному подрядчику и изготовителю стальных конструкций компании Caunton Engineering снизить ширину проходов между штабелями продукции на складе всего до 1 м по сравнению с 3,5 м, ранее необходимыми для маневрирования вилочных погрузчиков. Полученное при этом дополнительное пространство значительно упростило работу компании Caunton, поскольку теперь любые возможные задержки реализации проекта у клиентов не влияют на собственный график производства. Директор по производству Марк Уайт (Mark White) говорит: «В прошлом наши возможности по хранению готовых стальных конструкций были ограничены. В случае задержки реализации проекта у заказчика нам приходилось хранить заказанные конструкции у себя, теперь наличие свободных площадей позволяет исключить их дополнительные перемещения. Наличие свободных производственных площадей также позволяет нам закупать

стальной прокат оптом в периоды низких отпускных цен и хранить его у себя для последующего использования». Пол Рид из компании Frank H. Dale также говорит: «Мы предпочитаем производить и отгружать нашу готовую продукцию на условиях «точно в срок», но если проект у заказчика приостанавливается, что случается довольно часто, то подготовленные стальные конструкции должны храниться снаружи. Мы можем штабелировать грузы вплотную друг к другу на земле, а способность погрузчика серии SC к маневрированию в проходах шириной всего 1650 мм потенциально удваивает нашу постоянно загруженную рабочую территорию площадью 12 акров по сравнению с системой боковых погрузчиков. У нас теперь больше нет проблем с размещением материалов или долгой разгрузкой тяжелых трейлеров с дополнительными затратами. Чтобы иметь возможность эффективной работы с крупными проектами необходимо иметь заранее подготовленный запас уже обработанных стальных продуктов, теперь мы имеем эту возможность». Переезд предприятия на новое место производства автоматически не гарантирует обилие получаемого пространства. Так было на опыте Пола Махмуда (Paul Mahmood) – директора по производству компании Chesterfield, представляющей в Великобритании сервисный стальной центр для газового, нефтяного и машиностроительного секторов TM Steels. «Даже при наличии 50 тыс. м2 производственных площадей на новом месте мы понимали, что скоро приблизимся к пределу возможностей, поэтому экономия пространства была на повестке дня, когда мы выбирали новые погрузочно-разгрузочные машины. Мы также нуждались в универ-

сальном типе погрузчиков, поскольку в нашем ассортименте нет одинаковых стандартных продуктов. Фактически дизайн склада, конфигурация стеллажей и схема их расположения, даже бетонирование складского двора, были основаны на возможностях, размерах и радиусах поворота индивидуального погрузчика Combilift, который мы заказали», – говорит Пол. Мощный дизельный автопогрузчик грузоподъемностью 12 т не только может легко поднимать 10-ти тонные пакеты стальных прутков длиной 10 м на высоту стеллажа 6,35 м, но и сокращает время, необходимое для разгрузки тягачей HGV, с 1 часа до 10 минут. Несмотря на малый размер, его высокая маневренность с возможностью движения в четырех направлениях, обеспечивает доступ к узким местам внутри и вне помещения. Платформа шасси была модифицирована, чтобы обеспечить работу в угловом проходе на одном из складов. Наличие направляющих роликов на погрузчике такого размера является относительно необычным, но позволяет устанавливать ширину прохода в 2885 мм для обеспечения максимальной емкости склада. Другие специализированные функции

Новый комплекс и штаб-квартира компании Combilift в г. Монахан, Ирландия

Steel Times International на русском языке – Май 2017

www.steeltimesint.com

ТРАНСПОРТ И ЛОГИСТИКА 27

05-08 ИЮНЯ МОСКВА РОССИЯ

2017

ЛИТМАШ

МЕТАЛЛУРГИЯ

МЕЖДУНАРОДНАЯ ВЫСТАВКА ЛИТЕЙНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МАТЕРИАЛОВ И ПРОДУКЦИИ

включают интегрированный расширитель положения вил, которые могут быть шире платформы автопогрузчика, чтобы обеспечить дополнительную устойчивость при перемещении наиболее тяжелых стальных заготовок, а также устройство для точной установки вил, которое предотвращает их выдвижение выше заданной ширины прохода между стеллажами. Необходимость обработки длинномерных грузов также потребовала переосмысления реализации рабочих процедур для некоторых операций. В компании Edward Howell Galvanisers (Великобритания) переход на гальванизацию продуктов с большей длиной дал положительный эффект, но также породил проблемы. Директор Малколм Райт (Malcolm Wright) объясняет: «За счет увеличения размеров ванн предварительной обработки и цинкования, которые теперь имеют длину 10,25 м по сравнению со старыми 7-метровыми ваннами, мы смогли предложить заказчикам более рентабельный сервис. Но при этом наша готовая оцинкованная продукция также стала более длинной, чем ранее, и нам нужно было найти способ безопасного перемещения таких грузов по всей территории предприятия и через дверные проемы. Точное маневрирование погрузчика с противовесом, загруженного длинными и тяжелыми стальными продуктами, в районе узкой боковой двери было затруднительно, а установка мостовых кранов потребовала бы разрушения структурных элементов производственного здания». В компании Edward Howell считают, что дизельная модель C5000XL погрузчика Combilift идеально подходит для условий их производства. Имея грузоподъемность 5 т и низкий центр тяжести с клиренсом всего 600 мм, погрузчик успешно справляется с перевозкой тяжелых грузов, имеет просторную кабину и повышенный дорожный обзор. Он также оснащен гидравлическим позиционером вил, который обеспечивает легкую регулировку под различные размеры грузов. Компания Combilift также установила на нем специальную конусообразную платформу, которая предотвращает качение на ней круглых прутков или аналогичных изделий. Расширение компании Combilift Компания Combilift инвестировала около 40 млн фунтов стерлингов в строительство своего нового многофункционального комплекса и глобальной штаб-квартиры в г. Монахан, Ирландия. Этот комплекс, который будет окончательно введен в эксплуатацию в 2017 году, включает производственные площади, научноисследовательское отделение со специально оборудованными испытательными площадями, а также административно-управленческие офисы. Площадь новой заводской площадки составляет 46 тыс. м2, что более чем в два раза превышает размеры существующего предприятия. Это расширение мощностей обеспечит создание еще 200 новых рабочих мест, в основном для квалифицированных техников и инженеров-конструкторов. n Контакты: www.combilift.com

www.steeltimesint.com

МЕЖДУНАРОДНАЯ ВЫСТАВКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ, ПРОЦЕССОВ И МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ

в мире При поддержке

The Bright World of Metals

www.litmash-russia.com www.metallurgy-russia.com www.tbwom.com

28 УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ

Минимизация избыточного покрытия полос цинком В условиях роста цен на цинк, владельцы и менеджеры линий непрерывного горячего цинкования полос полагаются на измерение толщины цинкового покрытия в режиме онлайн и алгоритмы автоматического управления, чтобы минимизировать избыточное нанесение цинкового покрытия в переходные периоды со сменой спецификации заказа продукции.

Теплая зона

Кристофер Бернетт*

НЕПРЕРЫВНОЕ горячее цинкование движущейся полосы методом погружения в ванну с расплавленным цинком является эффективным методом нанесения покрытия на большие объемы стальных прокатанных полос. Процесс начинается с нагрева стальной полосы и пропуска ее через ванну расплавленного цинка или цинкового сплава (рис. 1). В зависимости от ширины стальной полосы, объема производства и типа наносимого покрытия типичный агрегат непрерывного горячего цинкования (АНГЦ) ежегодно может расходовать на цинк более 25 млн долл. США. Наиболее прибыльными оцинкованными продуктами являются полосы с равномерным покрытием заданной толщины, произведенные с наименьшими затратами. Для достижения этой цели производители горячеоцинкованных продуктов стремятся оптимизировать свою продукцию с точки зрения качества и производственных затрат. Окончательное качество готовой оцинкованной полосы зависит от многих аспектов, таких как поверхность покрываемого материала, адгезия цинка и равномерность распределения массы покрытия. Правильная очистка подложки и контроль температуры полосы определяют первые два параметра. Третий параметр, толщина/масса покрытия на единицу площади, часто измеряется в линии слишком поздно, чтобы во-время скорректировать отклонения процесса. Продукты высочайшего качества – это полосы с однородной массой покрытия на всей поверхности, не имеющие участков без покрытия. Поскольку рулоны оцинкованных стальных полос заказывают и поставляют на основе целевой массы покрытия, то рулоны полос с любыми участками, имеющими более тонкий слой покрытия (даже на несколько гр/м2), рассматриваются как брак. Они не могут быть поставлены заказчику по указанной им спецификации, что приводит к значительным экономическим потерям. Наиболее явным способом снижения материальных затрат при цинковании является нанесение минимально допустимого количества цинка при условии соответствия получаемой полосы заданной спецификации. Учитывая эти аспекты качества и потенциальные потери при его ухуд-

шении, производители стремятся ужесточить допуски и минимизировать расход цинка, настраивая работу технологической линии с возможно близким приближением к минимальному пределу диапазона допуска на толщину покрытия в рамках заданной спецификации. Для проверки массы цинкового покрытия на стальной полосе используют гравиметрический методе определения массы цинкового покрытия путем взвешивания (W-S-W), описанный в стандартах ASTM A90 или ISO 1460. Хотя этот метод и обеспечивает прямую прослеживаемость для сертифицированных международных лабораторий, он может применяться только после выхода рулона стальной полосы с покрытием из технологической линии. Если в этот момент результаты теста не будут отвечать заданной спецификации, то весь рулон оцинкованной стальной полосы должен быть понижен в сортности, забракован или утилизирован. Если тестирование проведено на первом рулоне партии нового заказа, то любые корректировки процесса часто могут быть реализованы только после входа второго рулона в линию обработки, что дополнительно повышает объем бракованной продукции. Оцинкованные полосы с асимметричными покрытиями требуют дополнительного внимания и времени для проведения операций взвешивания W-S-W, что приводит к большей задержке проведения требуемой коррекции процесса. Измерения в режиме «онлайн» На современных технологических линиях горячего цинкования (АНГЦ) широко распространено бесконтактное измерение толщины покрытия (массы цинкового покрытия на единицу площади) на движущейся полосе в режиме онлайн с использованием рентгенофлуоресцентного (XRF) метода. В основе работы флуоресцентного рентгеновского толщиномера покрытия лежит принцип измерения толщины покрытия при облучении материала ионизирующей радиацией рентгеновских лучей. Применение таких флуоресцентных рентгеновских толщиномеров покрытия определяет международный стандарт ASTM A754/A754M, описывающий XRF-

Горячая зона Холодная зона

Ванна с расплавом цинка Рис. 1. Схема непрерывной линии горячего цинкования полос с датчиками толщины покрытия в холодной, теплой и горячей зонах АНГЦ

метод стандартной пробы для массы (поверхностной плотности) металлических покрытий на стали. В нем представлен минимум требований, связанных с онлайн измерением массы покрытия. Технология измерения позволяет расширить эти требования применительно к производственным измерениям толщины покрытия и оптимизации работы линий АНГЦ. Стандарт описывает метод определения массы чистых металлических покрытий на подложке из стали путем облучения радиоактивными изотопами, которые вызывают возбуждение атомов покрытия и характеристическую для соответствующего элемента эмиссию излучения и флуоресценцию за счет фотоэлектрического эффекта. Регистрация интенсивности флуоресценции, которая зависит от числа излучающих атомов (т.е. от массы покрытия), позволяет оценить толщину покрытия. Этот хорошо известный метод рентгеноспектрального флуоресцентного анализа (РСФА) также используется для проведения многих других видов измерений, таких как оценка интенсивности некоторых характеристических для материалов радиационных энергий отраженного (флуоресцентного) излучения. Мерой интенсивности служит ток, возникающий в ионизационной камере (пропорциональный массе покрытия на единицу площади). Каждый элемент обладает характеристическими энергиями флуоресценции (серии К-альфа и L-альфа) и связанными с ними уровнями краевого поглощения (Kab, Lab) при немного повышенных уровнях энергии. На практике в датчиках толщины покрытий обычно используют только энергию флуоресценции K-серии.

*Christopher Burnett - Technical product manager, компания Thermo Fisher Scientific, США Steel Times International на русском языке – Май 2017

www.steeltimesint.com

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ 29

Орбитальные электроны K-оболочка

Ядро

L-оболочка Вакансия K-оболочки eKalpha

Фотоэлектрон из К-оболочки

Атакующий фотон

Рентгеновское излучение (используется для измерения)

Рис. 2. Генерация рентгеновского характеристического флуоресцентного излучения за счет фотоэлектрического эффекта

Первичный пучок радиоактивных частиц должен иметь составляющие энергии, превышающие энергию краевого поглощения Кab элемента, необходимые для излучения флуоресценции при этой соответствующей энергии К-альфа (рис. 2). Для измерения толщины тонких металлических покрытий на движущейся стальной полосе ее облучают первичным пучком фотонного излучения. Это излучение может быть гамма-лучами или рентгеновскими лучами, имеющими достаточно высокую энергию для возбуждения атомов и флуоресцентного излучения. Возбуждение атомов железа в стальной полосе приводит к испусканию флуоресцентного излучения (рис. 3) с энергией излучения порядка 6,4 keV (1 кэВ = 1,6×10–16 Дж). Позиции толщиномеров покрытия Датчики веса покрытия в холодной и горячей зонах Первые онлайн XRF датчики располагали на механических траверсах-рамах сразу после башни охлаждения горячеоцинкованной полосы. Измерительные головки толщиномера автоматически перемещаются поперек движущейся полосы и сканируют толщину покрытия для формирования сигнала обратной связи по весовому профилю покрытия. Эта точка «холодного» измерения обеспечивала операторам линии точную индикацию однородности толщины цинкового покрытия на полосе при минимальных внешних воздействиях на компоненты головки датчика XRF (рис. 4). РавФлуоресцентное излучение Zn 8.6 keV

Первичная радиация

номерность нанесения цинкового покрытия после бесконтактного удаления избытка цинка воздушными ножами можно было оперативно подтвердить просмотром результатов этих измерений. Дополнительная теплоизоляция и водяное охлаждение позволяли разместить подобный тип сканирующего толщиномера покрытия в башне охлаждения непосредственно за ванной с расплавом цинка (точка «горячего» измерения). Сокращение времени детектирования и задержки обратной связи при таком измерении толщины покрытия обеспечивали возможность настройки корректирующих воздействий в замкнутом контуре с меньшим транспортным запаздыванием. Это сократило длительность переходных режимов и снизило расход металла на покрытие. Как правило, система автоматического регулирования толщины покрытия (САРТП) основана на измерении массы покрытия при сканировании поперечного профиля полосы на «холодном» конце линии горячего цинкования. Точка измерения находится на расстоянии около 120 м за исполнительным устройством – воздушным ножом. При линейной скорости полосы, скажем 100 м/мин, «мертвый» период составит около 72 сек. В течение этого периода времени никакие действия по управлению с обратной связью не могут выполняться (рис. 5). Если на АНГЦ меняют вид производимого оцинкованного продукта только один раз в день, то эта задержка может привести к образованию более 40 тыс. метров некондицион-

ной полосы за год. Причина в том, что отклонения процесса (смещение полосы между воздушными ножами или изменение шероховатости поверхности полосы) будут распознаны слишком поздно. САРТП в замкнутом контуре с использованием системы бесконтактного толщиномера покрытия в точке «горячего» измерения преодолевает эти недостатки. Для сравнения: положение головки измерительной системы в «горячей» точке находится всего в 2 метрах от воздействующего на толщину покрытия струйного воздушного ножа, поэтому запаздывание составляет всего одну секунду. Эффективность автоматического управления существенно повышается за счет такого быстродействия. Если в такой системе измерения толщины покрытия стоят две измерительных головки – в «холодной» и «горячей» точках, то адаптивная система авторегулирования может работать в каскадном режиме. В этом случае датчик в холодной зоне обеспечивает опорное входное значение для уставки толщины покрытия датчику в горячей зоне. Контроллер веса покрытия (CWC) в линии АНГЦ регулирует вес покрытия на верхней стороне, нижней стороне или по обеим сторонам полосы с помощью физических и механических настроек устройства воздушного ножа. Это управление базируется на производственных параметрах, получаемых от компьютера Уровня 2 (уставочные точки), значениях измерений обоих датчиков толщины покрытия, линейной скорости полосы и параметров настройки воздушных ножей (фактическое давление воздуха в соплах, позиционирование ножей и т.п.). Выходными параметрами регулятора являются давление воздуха на верхней и нижней сторонах полосы, положение воздушного ножа. Алгоритмы в контроллере непрерывно вычисляют требуемые уставки давления воздуха и положения воздушного ножа в зависимости от производственных и технологических параметров. Эти расчетные значения непрерывно поступают в ПЛК системы воздушного ножа, где формируется основной за-

Флуоресцентное излучение Zn 6.4 keV

Цинковое покрытие

Стальная подложка Атомы Zn Атомы Fe Рис. 3. Принцип рентгено-флуоресцентного измерения толщины цинкового покрытия и эмиссия флуоресцентного излучения

www.steeltimesint.com

Рис. 4. Датчик Thermo Scientific RM 315 EC для измерения толщины покрытия в режиме онлайн, установленный в «холодной» зоне АНГЦ

Steel Times International на русском языке – Май 2017

30 УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ

мкнутый контур регулирования давления воздуха для контроллера веса покрытия CWC. Короткое время отклика и высокая воспроизводимость основного контура регулирования давления обеспечивают хорошие показатели работы системы CWC. В идеале настройки системы регулирования толщины покрытия CWC напрямую приводят к изменениям на воздушном ноже – без задержек, перерегулирования, занижения или гистерезиса – но не на практике. Параметры работы воздушного ножа (давление воздуха и положение) должны быть точно измерены, так как они являются важными входами для адаптации контроллера и его способности оптимизировать производственный процесс. Эти параметры непрерывно передаются от ПЛК воздушного ножа в систему CWC. Получив текущие параметры от воздушного ножа, система CWC проверяет фактическое состояние воздушного ножа и сравнивает его с заданными уставками давления и положения. Связь между системой CWC и ПЛК воздушного ножа не ограничивается специальной линией связи и может быть реализована на базе различных интерфейсов, например Ethernet TCP/IP или Profibus DP. Особенности регулирования и контуры управления Система регулирования толщины покрытия CWC базируется на адаптивной нелинейной модели процесса (адаптивном автоматическом управлении – ААУ), которая использует результаты измерительных систем для регулирования с обратной связью. Колебания скорости полосы и расстояния между воздушным ножом и полосой приводят к необходимости упреждающего управляющего воздействия на исполнительное устройство, параметры которого рассчитывает модель процесса на базе данных, автоматически сформированной в системе настройки. Для улучшения базового алгоритма AAУ контроллера веса покрытия доступны следующие способы автоматического регулирования давления на воздушных ножах.  Каскадное регулирование Для регулирования веса покрытия с алгоритмом комбинированного управления (взаимосвязанное регулирование) используют обе измерительных системы толщины покрытия. Новые уставки толщины покрытия для «горячих» датчиков рассчитываются по усредненному значению толщины поперечного профиля покрытия (три точки измерения по ширине). Поскольку результаты измерений толщины в холодной зоне используются в отчетах о качестве готовой продукции, то холодные датчики играют роль «мастера» в каскадном режиме управления. Помимо обработки значений толщины от холодного датчика, контроллер продолжает выполнять основные циклы регулирования

Установившийся SETPOINT2

режим

Авторегулирование на базе «холодных» датчиков

«Мертвый» период + время измерения

SETPOINT1

Время Первая коррекция

Установившийся режим SETPOINT2 «Мертвый» период + время измерения

SETPOINT1

Время

Авторегулирование на базе «горячих» датчиков • сокращение «мертвого периода» до первой коррекции системы автоматического управления • улучшение показателей работы системы авторегулирования

Первая коррекция

Рис. 5. Сокращение «мертвого времени» периода отклика системы автоматического регулирования при установке датчиков толщины покрытия в «горячей» зоне

на основе значений горячего датчика, чтобы оперативно реагировать на быстротечные изменения продукта (с использованием обратной связи или упреждающего управления).  Целевое оптимизационное регулирование Результаты измерений толщиномеров используются для динамической оптимизации заданной толщины покрытия, чтобы снизить расход цинка. Регулирование процесса нанесения покрытия реализуется на базе оценки статистического распределения (сигма-значения) толщины покрытия по длине и по ширине полосы (сканирующий датчик в холодной зоне) с учетом заданных допусков и фактических колебаний производственных параметров. Производимые продукты с покрытием будут отличаться максимальным приближением к нижнему пределу заданного диапазона допуска на толщину покрытия (рис. 6).  Регулирование по суммарной толщине покрытия С этой функцией регулирование воздушного ножа осуществляется по среднеКолебания толщины продукта с регулированием CW и заданной настройкой смещения значения толщины к нижнему пределу диапазона допуска Нижний предел допуска

Экономия цинка

Настройка системы с оптимизацией

Колебания толщины продукта с системой регулирования CW

Колебания толщины продукта без регулирования CW Настройка системы без оптимизации

Вес покрытия [г/м2]

Рис. 6. Экономия цинка при производстве горячеоцинкованных полос в линии с автоматическим управлением толщиной покрытия: режим без системы CWC, с системой CWC, с функцией целевого оптимизационного регулирования

Steel Times International на русском языке – Май 2017

арифметическому верхнего и нижнего значений целевого давления. Воздушный нож работает по обеим сторонам полосы с одинаковым давлением, исключающим «сдувание» покрытия с поверхности полосы. При таком типе управления суммарный вес покрытия будет находиться на уровне целевого значения, но вес покрытия на верхней и нижней сторонах полосы может отличаться. При этом положение воздушного ножа может быть настроено либо оператором, либо автоматически блоком автоматического управления балансом (как дополнительной функции для регулирования по суммарной толщине покрытия). Для завершенной работы системы необходима функция «сканирования тех же точек» на верхней и нижней поверхностях полосы датчиком в холодной зоне (для систем с двумя однолучевыми сканерами толщины в холодной зоне). Поддержка базы данных Другой способ адаптации контроллера веса покрытия заключается в постоянной поддержке актуальной базы данных APS с исключением устаревших данных. Если в базе данных хранятся только данные, отражающие текущие условия работы линии, то поиск наилучших для этих условий данных будет ограничен. Это можно сделать вручную с помощью MS-Access или автоматически с помощью программного обеспечения APS. Эта функция ищет похожие наборы данных (настраиваемые) и сохраняет только самые свежие данные (их количество также настраивается). При этом методе предполагается, что все сохраненные наборы данных являются хорошими, а условия в линии меняются во времени. Наиболее свежие наборы данных, которые наилучшим образом отражают текущее состояние технологической линии, сохраняются. Автоматическое обОкончание статьи ▶ 32 www.steeltimesint.com

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ 31

Система управления качеством на базе продукционных правил Показаны преимущества интегрирования данных лабораторного тестирования в технологический процесс производства стальных изделий для автомобилестроения методом горячей формовки. Майкл Ф. Пейнтингер, Жаклин Пейнтингер*

ПРИМЕНЕНИЕ системы контроля качества, основанной на базе правил, в процессе изготовления продуктов из упрочненной стали методом горячей объемной штамповки на прессах дает огромные преимущества за счет оптимизации производственного процесса при одновременном обеспечении наивысших стандартов качества. Данные лабораторных испытаний полностью интегрируются в технологический поток. Это позволяет инженерам лаборатории качества гораздо эффективнее использовать полученные данные, например, применяя их для статистического анализа. Более глубокое знание данных о качестве и их корреляции улучшает технологические ноу-хау и гарантирует постоянное и воспроизводимое качество продукции. Это сложная задача, поскольку сталь преобразуется методом горячего прессования из простых геометрических форм, таких как полоса или пруток, в сложные горячеформованные компоненты.

Однако в отличие от технологий производства без изменения свойств исходного металла, здесь бремя ответственности переносится с производителя стали на производителя деталей. Для обеспечения гарантированного получения требуемых свойства материала и качества готовых продуктов из стали и алюминия многие производители внедряют (рис. 1) систему контроля качества QES (Quality Execution System) на уровне системы управления производством MES (Manufacturing Execution System). Проверка согласованности данных и их оценка, а также градация продуктов и процессов по всей производственной цепочке в основном проводится автоматически за счет применения правил. Однако применение таких систем в производстве изделий методом горячей штамповки до сих пор не стало стандартным подходом.

Глубокое знание процесса Горячая формовка листового металла стала наиболее современной технологией при изготовлении компонентов для автомобилестроения с высочайшими свойствами [1]. Производство деталей с наивысшей геометрической сложностью и сверхвысокой прочностью требует глубоких технологических ноу-хау, чтобы соответствовать постоянно возрастающим требованиям клиентов в отношении безопасности и массы автомобиля.

Бизнес-системы Планирование ресурсов предприятия (ERP)

Система управления производством (MES) QuinLogic QES (система контроля качества)

Измерительные приборы и ПЛК

Рис. 1. Система MES-QES

При этом непрерывная оценка показателей качества выпускаемой продукции и данных производственного процесса является ключом к долгосрочному успеху, особенно при ориентации производства на сложный автомобильный рынок. Обеспечение качества на базе правил Уверенность в том, что качество продукта и процесса соответствует заданной спецификации, является одной из основных особенностей системы QES, которая реализуется как набор программных модулей для интеграции данных и правил. Сосредоточение на удобстве пользователя при одновременном внедрении расширенных функций является ключевым элементом для быстрой адаптации и одной из основных причин популярности систем QES среди производителей стали. Такая система позволяет задавать, управлять и изменять множество критериев качества. Последние тенденции работающей пресс-линии в области качества и производительности отображаются на большом мониторе Live Process Quality в линии прессования. Монитор отображает все данные, относящиеся к процессу и продукту (температура печи, время передачи от печи до пресса, общий тоннаж), для недавно произведенных деталей, а также специфичные для конкретного типа продукции ограничения заказчика («данные в контексте»). Отгрузка

Рис. 2. Интегрированный процесс горячей листовой штамповки стальных изделий с системой контроля качества QES

Планирование производства

Лаборатория Пресс N

Печь N

Пресс 1 Печь 2

Пресс 2

Лабораторный отчет Печь 1 Пресс 1

Пресс 2

Запрос образца для тестирования Разработка и совершенствование

*Michael F. Peintinger (PhD), Jacqueline Peintinger – компания QuinLogic GmbH, Аахен, Германия www.steeltimesint.com

www. quinlogic.com

Steel Times International на русском языке – Май 2017

32 УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ

Для целей анализа текущие производственные результаты также отображаются на мониторах в лаборатории качества, где проводится тестирование образцов методами разрушающего и неразрушающего контроля с возможностью запроса образцов продукции с конкретных штампов. Система создает и хранит сертификаты качества для каждого продукта, которые становятся доступны на веб-сервере, что помогает инженерам рассматривать возникающие претензии клиента. Сбор данных лабораторных исследований Ручные лабораторные испытания, проводимые опытными специалистами, подтверждают, что желаемые свойства готовой горячепрессованной детали могут быть успешно достигнуты. Обычно проверяют такие параметры, как механические свойства, твердость, качество покрытия и микроструктуру. Получение таких данных является трудоемким и дорогостоящим процессом, который обычно выполняется специалистами вручную. Отчеты заполняются в рукописном виде или в электронных таблицах. На производственном объекте среднего масштаба ежегодно анализируется несколько тысяч образцов, что в результате повышает их статистическую значимость. Эти данные могут быть использованы в наборах правил, если они будут стандартизованы и доступны в инструменте анализа, таком как DataDiagnose. Модуль QuinLogic LabReports (рис. 2) имеет маску ввода данных, которая хранит измеренные вручную параметры в базе данных, чтобы она была доступна по всей инфраструктуре системы QES. Стандарты, зависящие от клиента и материала, могут быть введены для применения. Данные от современных систем неразрушающего тестирования материалов (например, методом 3MA института неразрушающих методов контроля Fraunhofer IZFP в Германии), которые уже сохранены в базе данных, могут быть непосредственно считаны из исходной базы данных. Отчеты в формате PDF могут создаваться автоматически или по запросу. Наличие всех данных о процессе производства и лабораторных испытаниях позволяет инженерам по качеству анализировать и доказывать уровень качество выпускаемой продукции в случае необходимости урегулировать претензии, возникающие у клиентов. Больше, чем простое тестирование образцов Пресс-упрочнение – это новая технология, основанная на знаниях [3]. Постоянная связь производственных данных с протестированными свойствами материала готового продукта обеспечивает получение крутой кривой обучения в процессе формования горячего металла, что расширяет рамки обеспечения каче-

ства выпускаемой продукции. Набор правил постоянно оценивает соответствие параметров технологического процесса заданной спецификации готового продукта. Однако даже отсутствие в системе с обратной связью большого отклонения между параметрами процесса и заданными спецификацией требованиями не обязательно означает достижение требуемых свойств материала, если не был отобран образец для тестирования в качестве проверки. Поскольку все данные в системе QES доступны в наборах правил, то данные лабораторного тестирования образцов могут быть использованы для целей проверки качества. LogicDesigner – это инструмент для создания правил, техобслуживания и управления, который используется с целью настройки набора правил для проверки того, были ли достигнуты требуемые свойства готового продукта. Наличие значительной выборки данных для каждого вида продуктов позволяет затем экстраполировать их на полную группу выпускаемых продуктов. Запуская процесс моделирования свойств материала с различными допускаемыми порогами, инженеры получают представление о том, какие параметры технологического процесса, скорее всего, будут отвечать за то, что не были достигнуты желаемые свойства готового продукта. Это позволяет быстро провести квалификацию новых продуктов и выявить наиболее распространенные ошибки в производственном процессе. Заключение Проверка и документирование показателей качества продукции – ключ к долгосрочному успеху производителей, применяющих технологию горячего формования листового металла. Система QES является важным компонентом процесса обеспечения высокого качества. Система не только реализует основанную на правилах классификацию продуктов и процессов, но также объединяет все источники данных, полученных в автоматизированном или ручном режимах, в единую систему, позволяющую проводить их статистический анализ. Наличие одной точки доступа ко всем данным, связанным с качеством готовой продукции, позволяет оперативно реагировать на возникающие в процессе производства проблемы с качеством. n Список литературы 1. H. Karbasian, A.E. Tekkaya. A review on hot stamping. Journal of Materials Processing Technology, 210.15 (2010), pp. 2103–2118. 2. K. Szielasko et al. Minimalistic Devices and Sensors for Micromagnetic Materials Characterisation. IEEE Transactions on Magnetics 49.1 (Jan. 2013) pp. 101–104. 3. Mats Oldenburg, Braham Prakash, Kurt Steinhoff. 4th International Conference Proceedings Hot Sheet Metal Forming of High Performance Steel. 2013.

Steel Times International на русском языке – Май 2017

▶ Окончание статьи со стр. 30

новление позволяет избежать неограниченного роста объема базы данных. Заключение и выводы Экономия производственных затрат при внедрении системы комплексного измерения веса покрытия и интегрированной архитектуры управления будет зависеть от ассортимента продукции и количества смены заказов выпускаемой продукции в день. Но даже в условиях постоянного производства такая архитектура управления обеспечивает получение полос с гомогенным покрытием в случае колебаний толщины покрываемого материала, ручных настроек системы натяжных роликов секции цинкования и других возможных производственных отклонений. Представлены технологии оптимизации выхода годного за счет автоматического ужесточения допусков и изменения целевой массы покрытия. Эти настройки устраняют появление брака в переходные периоды между сменой видов продуктов. Измерение толщины цинкового покрытия непосредственно за ванной цинкования обеспечивает почти мгновенный обратный отклик системы автоматического регулирования воздушного ножа и значительно улучшает производственные показатели работы АНГЦ. В сочетании с интеллектуальным и адаптивным автоматическим управлением толщиномер покрытия в «горячей» зоне минимизирует избыточность наносимого покрытия, обеспечивает экономию цинка, оптимизирует производство при смене заказа продукции и повышает общий выход годного. Резюме Внедрение на непрерывной линии горячего цинкования полос системы измерения веса покрытия в режиме онлайн, которая включает толщиномер покрытия в «горячей» зоне, обеспечивает гомогенное качество покрытия и экономически эффективное производство. Автоматическое управление толщиной покрытия на современных технологических линиях явно улучшает качество продукции и минимизирует расход цинка. В условиях переходного режима работы линии при смене заказа толщиномер в «горячей» зоне обеспечивает низкую инерционность исполнительного устройства и быструю передачу истинной ситуации контроллеру адаптивной системы автоматического регулирования толщины покрытия. Благодаря этому расход цинка может быть значительно снижен и получена значительная экономия, зависящая от состояния производственной линии и числа смены заданий вида продукции в день. Учитывая, что общие годовые затраты на цинк составляют около $US 25 млн, при снижении расхода цинка на 4 % экономия составит $US 1 млн. n www.steeltimesint.com

Cover_STI_May_2017_Layout 1 05.05.17 15:57 Page 2

Ведущий партнер в сфере металлов

сварить

Представительство СМС груп ГмбХ в Москве 129110 Москва, Россия Олимпийский пр., 18/1

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

oﬃce@sms-group.com

www.sms-group.com

www.guildint.com

+1.440.232.5887 USA

Cover_STI_May_2017_Layout 1 05.05.17 15:57 Page 4

ϮϬϬ ʸʫ˃ ʥ˄ʪ˄ˍʫʧʽ͊͊

ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПЕЧИ

ПРОИЗВОДСТВО ПРОКАТА

НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ

Электромагнитное перемешивание расплава стали улучшает работу ЭДП

Инновационная система цифрового текстурирования поверхности валков

20-ти валковые станы для прокатки тонких полос из нержавеющей стали

Минимизация избыточного покрытия стальных полос цинком

D/ 'ƌŽƵƉ ̭ ̨̨̬̭̯̐̔̽̀ ̸̨̯̥̖̖̯̌ ̨̭̖̏ ̵̨̛̱̭̯̣̖̯̖̔̏

ͤͽͽϟʹΫ΁͹ϟͽͽгς Ϳςϲͽϟͻϟ͵͹͹ ͶͻΉ ͼςͿΫͻͻϺϡ͵͹΂ςΰͺϟв ;ϡϟͼг΃ͻςͽͽϟΰͿ͹

ņŉŎ ĵŒŖŔŗňőŌŎŌ ŘŌŔŐş ĨŊŒő ĮŒŎŉŔŌŏ® ĵŉŔŉő ĥŉŏŠŇŌţ ņŕŖŔŉśńŢŖ Ħ ĹŗőŇ ĻńőŇ Ōŋ ŎŌŖńōŕŎŒō œŔŒņŌőŚŌŌ ĻŊŌŏŌ

www.cmigroupe.com

1 ņŉŎ ĵŒŖŔŗňőŌŎŌ *40 .YV\W ŗņŉŎŒņŉśŌņńţ

ŖŔńňŌŚŌŌ ĨŊ ĮŒŎŔŌŏ ňŉŏńŢŖ ņŕŉ ņŒŋŐŒŊőŒŉ śŖŒŅş ŕŒŒŖņŉŖŕŖņŒņńŖŠ ŒŊŌňńőŌţŐ ŕņŒŌř ŎŏŌŉőŖŒņ

Гордимся служением черной металлургии 150 лет