Авторы статьи: Иржи Тахеци, директор ТАСНТЕСН s.r.o., Коробейников Вячеслав Владимирович, генеральный директор ООО «ТАХТЕХ РУС», Ткаченко Станислав Степанович, президент ЛенАЛ.
Качество литых заготовок и рентабельность литейного производства в большой степени зависят от состояния и подготовки литейных ковшей. Качественная футеровка и разогрев ковшей способствуют повышению производительности, снижению энергозатрат при плавке, гарантированному стабильному качеству и улучшению экологической обстановки при использовании современных стендов для разогрева ковшей.
Цифровая трансформация подталкивает общество к решению вопроса – должны ли мы поставить под сомнение существующие производственные парадигмы или, напротив, продолжить их развивать. Научная парадигма – безоговорочно признанная научным сообществом модель научной деятельности. Она предлагает производственным предприятиям возможность существенно оптимизировать процесс ценообразования на базе инновационных технологий и оборудования и «открыть новые возможности для ведения бизнеса» [1].
Если технологии и общество быстро развиваются, а предприятия не в состоянии адаптироваться к новым условиям, то по теории эволюции это приводит к исчезновению определенных типов компаний. Развитие технологий, объединенных концепцией «Индустрия 4,0» дало активный импульс к развитию и внедрению систем автоматизации управления на различных уровнях. Это утверждение в полной мере относится к управлению литейно-металлургическими производствами и одному из видов систем автоматизации, наиболее востребованному сейчас на рынке России, – системам автоматизации оперативного управления технологическими процессами и производством в целом.
Металлурги добиваются этого путем применения новейших технологий, инновационного оборудования, сложной системы менеджмента материальных ресурсов, что гарантирует конкурентоспособность продукции. Обеспечение высокой конкурентоспособности отечественной промышленности во многом зависит от эффективности производственных предприятий.
Именно современный уровень развития технологий позволяет постепенно и последовательно реализовать основные положения концепции «Индустрия 4,0». Анализ технико-экономических показателей предприятий мировых лидеров говорит о том, что рост эффективности производств возможен только при применении инновационных технологий, современного оборудования и строгой системы ресурсосбережения.
Важнейшим фактором рентабельности производства является повышение эффективности использования сырья и энергоресурсов [2]. Одной из статей повышения эффективности заготовительных производств (литейных и кузнечных) является энергосбережение. Модернизация и инновации технологии и оборудования – необходимые условия постоянного повышения энергетической эффективности производства. Реализация этой тенденции стала возможной только благодаря внедрению новых технологий и оборудования.
Повышение эффективности использования энергии – приоритетная задача металлургов-литейщиков и кузнецов, решение которой позволяет:
• повысить производительность труда;
• значительно улучшить качество продукции;
• оптимизировать технологию производства отливок на всех переделах (формообразование, плавка, заливка, финишные операции и т. д.);
• оптимизировать кузнечные процессы (количество, габариты и состав загружаемых в печь изделий);
• улучшить санитарно-бытовые условия на рабочих местах и экологическую обстановку в прилегающей местности [3].
Большие материальные и энергетические потоки, характерные для данных производств, требуют эффективного использования ресурсов даже из одних только экономических соображений. Во все времена потребители в первую очередь обращают внимание на соотношение цены и качества товара. Невозможно нашим отечественным производителям литья и поковок достичь уровня мировых стандартов по качеству и себестоимости без оснащения цехов современными стендами для регламентируемого уровня разогрева литейных ковшей и энергосберегающих кузнечных и термических печей.
Установлено, что наибольшие потери тепла металла происходят в ковше от момента выпуска его из печи до заливки. В крупных цехах ручной формовки из-за большой протяженности пролетов и возникающих крановых задержек время выдержки металла в разливочном ковше до момента заливки может составлять 15 минут и более.
Если ковш футерован без научно обоснованного расчета, не имеет крышки, недостаточно разогрет, температура металла в нем может снизиться на 80-100 °С. Для крупных отливок из серого чугуна это не очень критично, но для отливок из ВЧ и стали приходится значительно повышать температуру выпускаемого металла, что приводит к неоправданному расходу энергоносителей и, естественно, к повышению себестоимости продукции.
Тепловые потери металла через однослойную огнеупорную футеровку рассчитываются по формуле 1, где F – теплопередающая поверхность, м2 ; S – толщина стены, м; t 1-t2 – температурный перепад °С; τ – промежуток времени, час; λ – средний коэффициент теплопроводности, ккал/м. час* °С (иногда кал/см*сек*°С). Данная формула дает возможность определить интенсивность теплоотдачи жидкого металла через один слой огнеупорного материала в зависимости от его теплопроводности. Теплопроводность материалов через многослойную футеровку рассчитывается по формуле 2, где S1 , S2 …Sn – толщины отдельных слоев, м; λ1 λ1 λ1 – соответствующие средние коэффициенты теплопроводности.
Величина потерь тепла может быть значительно уменьшена за счет увеличения толщины огнеупорного слоя и предварительного регламентируемого разогрева ковша. Расчеты и экспериментальные данные показали, что потери тепла через трехслойную и предварительно разогретую до 800-850 °С футеровку сокращаются в 4 раза по сравнению с потерями тепла в ковше, который футерован в 1 слой и разогрет до 500 °С.
Для каждого производства весьма важно знать общие затраты на энергоносители и их удельный вес в себестоимости готовой продукции. В конкретном случае нас интересуют затраты на разогрев ковшей. Остальные технологические переделы производства литья, прямо или косвенно связанные с процессом разогрева футеровки ковшей, в данной статье не рассматриваются.
Затраты энергии при разогреве футеровки ковшей складываются из стоимости топлива, расходуемого при нагреве ковша до 850 градусов, и затрат электроэнергии для обеспечения работы механического оборудования стенда.
Для предотвращения остывания металла в ковше наиболее эффективна многослойная футеровка, где между рабочим слоем футеровки, изготовленным из шамотного кирпича или бетонов, и металлическим корпусом ковша имеется один или несколько слоев, состоящих из керамоволокна, огнеупорного картона, кальциумсиликатных плит или других материалов, обладающих низкой теплопроводностью. Однако материалы внутренних слоев футеровки будут нормально работать только в том случае, если температура, воздействующая на них, не превысила температуру разложения.
Следовательно, чтобы воспользоваться преимуществами многослойной футеровки, необходимо правильно определить виды огнеупоров, толщину, последовательность их слоев в футеровке ковша.
Общеизвестно, что количество энергии, теряемое излучением с поверхности металла или футеровки открытых ковшей, весьма значительны. Это одна из основных причин большого снижения температуры при транспортировке металла в открытый ковш. Использование закрытых ковшей для сохранения энергии позволяет обеспечить снижение температуры выпуска металла на 30-40 °С и значительно сократить расход энергоносителей.
Оптимальное сочетание, гарантирующее повышение качества и сокращение расхода энергоносителей, может быть достигнуто только за счет применения термически оптимизированных ковшей (правильная футеровка и ее предварительный разогрев).
Литейщики понимают важность подготовки ковша к заливке его металлом, но зачастую не имеют соответствующего задаче оборудования, что в к дополнительным энергозатратам и снижает выпуск годного литья.
Применение закрытых стендов для разогрева футеровки ковшей фирмы ТАСНТЕСН s.r.o., представленной в России дочерним предприятием ООО «ТАХТЕХ РУС», обеспечивает целый ряд преимуществ:
• разогрев футеровки ковшей на стендах позволяет сократить расход газа на 60-80 % по сравнению с открытыми горелками;
• шлак находится в горячем жидкоподвижном состоянии;
• повышается стойкость футеровки и снижаются трудозатраты на ее ремонт;
• снижается отрицательное влияние термоудара на стойкость футеровки при заливке;
• снижается брак при заливке (по причине металла) на 15-20 %.
Необходимо обратить серьезное внимание на экологический фактор. Хорошо разогретые ковши на стационарных изолированных стендах, с хорошей изоляцией, закрытые крышкой существенно улучшают условия труда в литейных цехах. Полностью удаляются вредные отходящие газы, воздух в рабочей зоне становится чистым, устраняются излучения с открытых поверхностей металла, отсутствуют настыли в ковшах. Санитарно-экологические условия в литейном цехе становятся сравнимы с механическими цехами, а труд более привлекательным.
С каждым годом во всех странах мира обостряются проблемы, связанные с энергоносителями. Наиболее энергозатратными являются металлургическое, литейное и кузнечное производства. Существенную помощь в решении проблемы сокращения расхода энергоносителей и улучшение экологической обстановки на производствах оказывает оборудование ТАСНТЕСН s.r.o.
Фирма изготавливает (по заданию потребителя) экономически выгодные и экологические стенды для разогрева литейных ковшей любой емкости, газовые и электрические нагревательные и термические печи широкого профиля известных (с выкатным подом, камерные, колпаковые, проходные, шахтные и др.) и уникальных конструкций, не имеющих аналогов в мире.
Стенды и печи оборудованы новейшими высокоэффективными горелками, автоматической системой и контролем подачи и горения газа для обеспечения равномерности разогрева ковшей и заготовок в любой точке печи с отклонением ± 2,5 0 С.
Многолетний статистический анализ технико-экономических показателей эксплуатируемых термических агрегатов показал, что внедрение стендов для разогрева и сушки ковшей в литейных цехах сокращают расход газа на 60-80 % и заметно повышают производительность труда, позволяют сократить брак до 30 %, а современные термические печи фирмы ТАСНТЕСН s.r.o. гарантируют снижение энергозатрат (газа и электричества) на 30-50 %.
Несколько лет назад российская делегация литейщиков посетила в Китае 5 литейных предприятий (цехов) на машиностроительных заводах (два общего машиностроения, два станкостроительных и один тракторный). Хочется отметить на всех заводах высокую культуру производства и строгую технологическую дисциплину на всех литейных переделах. Остановимся только на конкретном моменте – подготовка и использование литейных ковшей.
В каждом цехе все ковши пронумерованы (в цехе тракторного завода мы видели № 26, возможно, их даже больше), после заливки сразу не возвращаются за металлом, а направляются на участок подготовки, где их осматривают, очищают и отправляют на стенды разогрева.
Там ковши разогреваются до технологически обоснованной температуры и подаются к печи только по сигналу – ковш с металлом на конвейере прошел контрольную отметку и следует готовить к заливке следующий, – чтобы не было ни минуты простоя. Печи индукционные 6 т, на участке 6 печей, 2 трехпозиционных стенда для ковшей емкостью 1 куб.
Тщательная подготовка шихты (сортировка, очистка, подогрев), подготовка ковшей, формовочных материалов и формообразование гарантируют высокое качество продукции (брак не более 0,5 %), повышение производительности и значительное ресурсосбережение (основные, вспомогательные материалы и энергоносители). Возможно, этот пример дает ответ на вопрос, почему китайская продукция (литье) дешевле нашей.
Литература
1. Армин Рот, «Индустрия 4,0 – пустая шумиха или революция» // Мир станкостроения. – 2020.
2. Леушин И.О., Субботин А.Ю., Гейко М.А. «Подготовка обрези оцинкованного стального листа к индукционному переплаву» // Труды 12-го съезда литейщиков России. – 2015.
3. Буторина И.В. «Экологические проблемы металлургического производства». – 2008
