РАЦИОНАЛИЗАЦИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ЗАВОДЕ vsz, Г.КОШИЦЕ

В настоящее время VSZ — самый крупный завод с полным металлургическим циклом на территории Словакии; он являлся третьим в рамках бывшей 4CQP.

Используемые в настоящий момент в обоих сталеплавильных цехах завода технологии и оборудование не предназначены для производства всей стали на УНРС. Исходя из этого, высшее руководство VSZ привлекло фирмы "Ernst & Young" и "Hoogovens Technical Services Canada Inc." для проведения предварительного исследования и оценки возможностей предприятия на предмет последующей рационализации, основная цель которой — реорганизовать сталеплавильное производство таким образом, чтобы максимиально сократить себестоимость продукции и трудозатраты (чел.ч/т) при производстве стали, соответствующей стандартам США.

Оценка нынешнего положения сталеплавильного производства

Предприятие VSZ (г.Кошице) расположено приблизительно в 100 км от границы Словакии и Украины. Поскольку территория государства замкнута, транспортировка сырья на металлургическое предприятие и готовой продукции за его пределы осуществляется по железной дороге или грузовым автомобильным транспортом.

Суммарная производительность этих линий— 4 млн.т агломерата в год. По железной дороге доставляется также до Змлн.т угля в год, который обрабатывается на одной из трех коксовых батарей, суммарная производительность которых 2,2 млн.т доменного (металлургического) кокса в год.

В настоящее время чугун производится в трех доменных печах общей мощностью 3,6млн.т/г. Чугун по рельсам транспортируется в цех № 1 при помощи 100т ковшей, а в цех № 2 в 350т ковшах сигарообразной формы.

В цехе №1 действует два 1200т миксера для жидкого чугуна, которые функционируют в качестве буфера между доменными печами и сталеплавильными цехами. Сталь производится в обычных кислородных конвертерах, однако все действующие металлургические агрегаты (по два в каждом цехе) были модифицированы таким образом, чтобы обеспечить перемешивание в ванне путем вдувания газа через днище. Цех № 1 был введен в эксплуатацию в 1966—1967 гг. Он был оснащен тремя 150т кислородными конвертерами, два из которых функционируют по настоящее время. Производительность цеха — 1,7 млн.т стали ежегодно. Аргонное перемешивание применяется для выравнивания температуры и равномерного распределения легирующих добавок. Кроме то 228 го, сталь в ковше может быть подвергнута вакуумной дегазации перед разливкой в слитки в зависимости от марки и технических условий заказчика. Слитки получают путем разливки сверху в изложницы с уширением книзу. Полученные слитки направляются на слябинг для обжатия. Производительность слябинга составляет 4 млн.т/год при максимальном весе сляба 25 т. В цехе была установлена и введена в эксплуатацию двухручьевая слябо вая УНРС. После пуска установки на полную мощность процесс производства слитков будет переведен в разряд чрезвычайной резервной технологии в случае поломки УНРС. Стратегическим планом реорганизации VSZ предусмотрено завершить полный переход на непрерывную разливку в 1995 г. Цех №2 был пущен в 1974 г. и был оборудован двумя 180т BOFконвертерами. В настоящее время производительность этого цеха составляет около 2 млн.т стали. Плавки подвергаются аргонному перемешиванию для выравнивания температуры и легирующих элементов. Сталь может быть разлита на двухручьевой слябовой УНРС или в слитки по технологии, аналогичной той, что применяется в цехе №1 в случае выхода из строя УНРС.

Слябы, полученные как на УНРС, так и на слябинге, либо продаются как готовое изделие, либо подвергаются дальнейшей обработке в цехе горячей прокатки, оснащенном четырьмя нагревательными печами, обжимными и чистовыми станами. Затем рулоны горячекатаной полосы направляются в современный цех холодной прокатки, продукция которого соответствует как западноевропейским, так и американским стандартам. Конечная продукция представляет собой листы для производства автомобильных кузовов, листы под глубокую вытяжку, листы с оловянным электролитическим покрытием, динамную листовую сталь. VSZ была вынуждена осуществить крупные капитальные затраты для замены морально и физически устаревшего оборудования, для того чтобы удовлетворить требования к качеству продукции со стороны существующих и потенци альных заказчиков. Первоначальная оценка запланированных затрат на модернизацию двух сталеплавильных цехов превышает 500 млн.долл. Подробная рыночная оценка продукции была осуществлена фирмой "Ernst & YoungMH, по их заключению, плановый объем должен составить 3,6 млн.т высококачественных непрерывнолитых слябов — это тот объем, который может быть сбыт на рынке.

Ассигнования, выделенные фирме "Ernst & Young", расположенной в г.Торонто (Канада), были направлены на разработку рациональной схемы сталеплавильного цеха, который сможет обеспечить прозводство намеченных объемов, при этом затраты на реконструкцию должны быть сведены к минимуму. Работа осуществлялась в тесном сотрудничестве с экспертами VSZ, а также при помощи специалистов фирмы "Hoogovens Technical Services Canada Inc.”. В результате разработанная совместными усилиями схема производства была проверена и утверждена при помощи опытной имитационной системы на базе знаний, разработанной фирмой ADSI и используемой по лицензии фирмой "Ernst & Young".

Моделирование на базе знаний

Моделирование на базе знаний является относительно новой концепцией, сочетающей в себе возможности и достижения системы обеспечения принятия решений с обычным имитационным моделированием. Поскольку база знаний формируется из опыта рабочих неавтоматизированного производства, имитационные модели получаются более жизненными и приближенными к реальности, чем те, которые были разработаны традиционными методами, и поэтому первые более охотно используются персоналом основных производственных цехов. Использование имитационных моделей преследует следующие цели: разработка улучшенных технологий; разработка плана работы в аварийной ситуации; оценка предлагаемых изменений в технологическим процессе, оборудовании или его размещении; разработка техникоэкономического обоснования для внедрения новых технологий и оборудования как средство профессиональной подготовки людей к работе на новом оборудовании и в условиях аварийной ситуации.

Кроме того, новая система моделирования обладает рядом преимуществ: позволяет накапливать и удерживать в памяти знания и опыт работников (операторов, механиков); позволяет всему штату использовать этот накопленный передовой опыт; дает возможность рабочим и инженерам разрабатывать и проверять новые технологические процессы, оборудование или ситуации в регулируемой среде и без всякого риска; позволяет опыт, полученный при работе на одном оборудовании, применять для другого; в каждой ситуации оператору может быть предложена 'подсказка и каждая новая идея или решение могут быть немедленно проверены перед тем, как быть принятыми. Способ представления результатов моделирования был решающим для успеха реорганизации, поскольку должны были быть преодолены культурные различия и языковый барь

Advanced Dynamic System Inc. ер. Результаты незамедлительно представлялись в виде цветного динамического отображения ("мультипликационного"), с тем чтобы все члены коллектива смогли получить наглядное представление о том, какие проблемы и слабые места могут возникнуть при отработке каждой схемы производства. Кроме того, на дисплее был представлен график выполнения работ по обработке, транспортировке и разливке плавок. Уникальной отличительной характеристикой этого дисплея является интерфейс типа "мышь": может быть прослежена история каждой плавки и объяснено, почему то или иное решение было предложено пользователю. Это позволяет не только не начинать работу без предварительных расчетов, но и проверять правильность и жизнеспособность правил эксплуатации.

Анализ сталеплавильного производства на предмет рационализации

Основной задачей проведения анализа сталеплавильного производства было определение эффективных путей преобразования двух существующих сталеплавильных цехов VSZ в единый комплекс мирового уровня, способный производить 3,6 млн.т высококачественных непрерывнолитых слябов в год. В следующих разделах статьи будут представлены две ключевые схемы, выработанные в результате исследований.

Вариант I: Производство стали в цехе Л? 2

Изначально коллективом проектировщщсов' было предложено производить всю сталь в цехе № 2, затем излишки жидкой стали транспортировать в цех № 1. Такое предложение базировалось на том факте, что оборудование в цехе № 2 более современное, и там имеется большее физическое пространство для установки дополнительного оборудования.

Выводы по варианту I. Капитальные затраты в случае реализации варианта I превысят 350 млн.долл. При этом плановая производительность в 3,6млн.т/г качественных непрерывнолитых слябов достигнута не будет; необходимость автоматического управления ковшами в разливочном пролете цеха № 2 была самым уязвимым местом, и сумма капитальных затрат для решения этой проблемы сделали этот вариант неприемлемым; возможность осуществлять последовательную разливку одновременно на обеих УНРС влияет на производительность (т/ч) и в некоторой степени на марочный состав и сортамент продукции; благодаря использованию модели существует возможность определять, на какой установке осуществлять следующую плавку, чтобы обес лечить последовательность. Эта возможность стала еще более действенной после устранения вероятности передувки плавки в конвертере путем внедрения вспомогательной фурмы.

В а р и а н т II: Производство стали в цехе М 1

Затраты, необходимые на осуществление реорганизации по варианту I, делают его невыполнимым. Во втором варианте коллектив проектировщиков сфокусировал свое внимание на производстве стали в цехе № 1 и транспортировке ее излишков в цех № 2.

Выводы по варианту II. Капитальные затраты на реализацию производственной схемы по варианту II, описанному выше, оцениваются в 200250 млн.долл. Проверка на имитационной модели позволила сделать следующие выводы: плановый показатель в 3,6 млн.т качественных слябов в год может быть легко достигнут; двух установок десульфурации чугуна в ковше было бы вполне достаточно для обеспечения нормального технологического режима, однако наличие третьей установки позволит уменьшить потери времени при загрузке конвертеров в случае эксплуатации всех трех одновременно; количество задействованных сталеразливочных ковшей составляет 10—12 шт. в зависимости от средней длины отливки при нормальном технологическом режиме; количество подогревателей для ковшей колеблется от шести до восьми в зависимости от количества задействованных в технологической схеме ковшей; для непрерывности процесса подготовки плавок к последовательной разливке в цехе № 2 требуются две станции легирования, газового перемешивания и химического подогрева; количество необходимых промежуточных ковшей для каждой УНРС колеблется от 10 до 12 шт.; их число зависит от производительности разливки, степени использования установки, средней длины отливки; продолжительность разливки должна быть скоординирована с производительностью конвертера. Максимальная производительность двух действующих конвертеров составляет 470 т/ч (время от выпуска до выпуска плавки составляет 23 мин), что позволит двум УНРС достичь средней производительности 231 т/ч (время разливки— 46мин на плавку). Максимальная производительность при работе трех конвертеров и одновременной продувке двух из них составляет 568 т/ч, т.е. эффективное время плавки от выпуска до выпуска составляет 19 мин, что дает возможность двум УНРС работать со средней производительностью 278 т/ч (т.е. время разливки— 38 мин на плавку).

Подготовка операторов сталеплавильного производства

Изменение культуры производства при переходе на 100%ную непрерывную разливку это последнее, о чем пойдет речь в настоящей статье. Переподготовка персонала — достаточно дорогостоящий процесс. Учитывая это, высшее руководство VSZ приняло решение обратиться за помощью к тем организациям, которые смогут подготовить действующий персонал к переходу на полную непрерывную разливку и работать в условиях современного производства.

Коллектив разработчиков плана рационализации сталеплавильного завода отдал должное гибкости системы моделирования с использованием базы знаний и предложил провести курс обучения для производственного персонала, который облегчит переход на новую технологию. Основная цель обучения — освоить новый подход к методам управления тех нологическим процессом производства стали с согласованной производительностью сталеплавильных агрегатов и УНРС в различных ситуациях, возникающих в повседневной работе.

Возможность имитационной системы наглядно демонстрировать динамическую взаимозависимость различных технологических стадий в виде яркой картинки, сопровождающейся пояснением того, почему было принято то или иное решение, является незаменимым пособием при проведении обучения по переходу к новым методам работы в условиях производства всей стали методом непрерывной разливки.

Согласованная производительность сталеплавильных цехов

Система имитационного моделирования с использованием базы знаний является основой системы координирования производительности (также на базе знаний), которая недавно была успешно внедрена в ряде сталеплавильных, меде и никелеплавильных цехов и при электрометаллургическом рафинировании никеля.

База данных для принятия решения обновляется ежемесячно (из базы данных системы управления производством) и таким образом можно проследить улучшение производственной деятельности за счет повышения согласованности. Эта система распространяется и на деятельность вспомогательных производств, что необходимо при стремлении организовать производство мирового уровня.

Перспективный план развития сталеплавильного производства на заводе VSZ включает внедрение системы координирования производства с использованием базы знаний на заключительном этапе реорганизации (по выработанной схеме).

Для разработки сложной системы имитационного моделирования на базе знаний был создан коллектив из экспертов сталеплавилыциков: сюда вошли эксперты VSZ, консультанты по сталеплавильному производству фирмы "Hoogovens Technical Services Canada Inc.", а также специалисты по имитационному моделированию фирмы "Ernst & Young". Модель производства была использована с целью щюверить и выбрать лучшую из предложенных схем сталеплавильного производства, а также облегчить процесс переподготовки производственного персонала предприятия. Такой подход к решению вопроса о реорганизации производства позволил выбрать наиболее эффективный путь рационализации завода VSZ — самого крупного и стратегически важного в Словакии.

Авторы статьи выражают искреннюю благодарность сотрудникам завода VSZ за их вклад в успешное завершение программы анализа и рационализации производства. Кроме того, благодарим за оказанное содействие руководство VSZ, в частности: первого вице президента, заместителя председателя гна Инг. Кюндера и первого вицепрезидента по производственному и стратегическому планированию гна Инг. Полака.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 2, Москва 1994