CC BY
28
Список литературы
1. Свищев Г.П., Биргер И. А. Надежность и ресурс авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1969.
2. Трощенко В.Т. Сопротивление материалов деформированию и разрушению. Т1 - Киев: Наукова думка, 1993.
3. Трощенко В.Т. Сопротивление материалов деформированию и разрушению. Т2 - Киев: Наукова думка, 1993.
4. Упругие постоянные и модули упругости металлов и неметаллов, Справочник, под редакцией академика АН УССР И.Н. Францевича.
5. Геншафт Ю.С., Лившиц Л. А., Рябинин Ю.Н. Определение параметров состояния твердых тел при высоких давлениях методом смещения поршня. - Прикладная математика и теоретическая физика, 1962, №5. - С. 107-116.
© А. А. Ружин, д-р техн. наук А. Ш. Асатурян, 2006 Национальный технический университет, г. Запорожье
ЕЖЕГОДНАЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ В ДЮССЕЛЬДОРФЕ " СТАЛЬ-2006"
В этом году конференция проходила под девизом "Пути через границы". Этим девизом подчеркивалась роль глобализации экономики в развитии металлургической отрасли во всем мире. Представители металлургической промышленности встретились на конференции со своими поставщиками и потребителями, а также с представителями экономики, политики и науки. Около 3500 присутствующих представляли 25 стран мира. "Сталь 2006" явилась одной из крупнейших мировых встреч, касающихся металлургической отрасли. Конференция проходила в одном из крупнейших конгресс-центров Германии и сопровождалась выставками как крупнейших металлургических концернов, так и фирм, занимающихся разработкой и изготовлением металлургического оборудования и приборов. В конце первого дня работы прошла встреча участников за банкетным столом, где можно было установить личные контакты, встретиться с коллегами и возможными деловыми партнерами. Каждый участник конференции имел возможность пригласить для участия в этом мероприятии супруга или супругу. Мероприятие полностью финансировалось спонсорами.
На пленарном заседании, как и обычно, обсуждались состояние и перспективы отрасли в современных условиях. Представители экономики, культуры и науки обсуждали общественные компоненты глобализации. Какова плата человеческого общества за возрастающую экономическую интеграцию? Что могут внести политика и экономика для признания населением неизбежности глобализации? Форум 2006 г. проходил под девизом "Сталь и современные соединительные технологии". Обсуждались различные аспекты и технологии соединения стальных изделий. На секциях обсуждались следующие вопросы:
- Новая техника - путь в будущее.
- Торговля металлом в условиях международной конкуренции.
- Развитие технологических процессов формоизменения и измерительной техники.
- Развитие металлургических процессов: неограниченные перспективы.
- Демографические изменения и их влияние на отрасль.
- Качество воздуха в индустриальных регионах Германии.
Состояние и перспективы отрасли в условиях глобализации
С основными докладами выступили председатель Stahlinstitut VDEh и президент экономического объединения "Сталь" Дитер Амелинг (Dieter Ameling) и президент EUROFER Филипп Варин (Philippe Varin). Металлургическая промышленность находится перед серьезными преобразованиями. Индийско-нидерландский концерн Mittal Steel, являющийся лидером в отрасли, перенял концерн Arcelor, занимавший в отрасли второе место. Совсем недавно индийский концерн Tata Steel объявил о присоединении к себе британско-нидерландского предприятия Corus. В результате новое гигантское предприятие Tata - Corus заняло пятое место в списке мировых лидеров взамен ранее имевшегося у Corus девятого. От все новых и новых миллиардных сделок и слияний в отрасли не перестает захватывать дух. Окончания волны концентрации вряд ли стоит ожидать. "В последующие пять лет нас ожидает неослабная консолидация в отрасли", - утверждает аналитик инвестиционного банка JP Morgan Аниндия Мохинта (Anindya Mohinta). Сейчас объединенная компания Arcelor - Mittal производит около 120 млн. т жидкой стали, что соответствует совместному производству таких предприятий, как Nippon Steel, Posco, US Steel, Corus и ThyssenKrupp. Руководитель одного из крупнейших предприятий Юрген Гроссман (Jurgen Grossmann) считает, что объединенная компания Arcelor - Mittal извлекает из своей мощи колоссальные преимущества как в приобретении сырья, так и в
возможности более узкой специализации отдельных предприятий и агрегатов. Наверняка такие же преимущества захотят в будущем иметь и другие металлургические концерны.
Хотя в 2005 году состоялось около 150 сделок по укрупнению концернов, общая стоимость которых достигла почти 100 млрд. €, отрасль в целом остается еще относительно раздробленной. Такие гиганты как Arcelor - Mittal, Nippon и Posco владеют совместно только 15 % мирового рынка стали. Иначе обстоит дело у поставщиков железной руды. Здесь трем крупнейшим концернам CVRD, BHP-Billiton и Rio Tinto принадлежит примерно 70 % мирового рынка. Более высокая степень концентрации наблюдается также и у отраслей - потребителей. Каждый второй легковой автомобиль в мире произведен GM, Ford или Toyota. Эксперты полагают, что вскоре в автомобильной отрасли останется вообще не более пяти - шести крупнейших концернов. Аналогичная ситуация наблюдается в судостроении. Один из ведущих мировых менеджеров Александр Мальквитц (Alexander Malkwitz) образно пишет, что металлургическая отрасль скоро почувствует неудобство своего разрозненного положения в середине столь концентрированного сэндвича между поставщиками сырья и потребителями. По его мнению, не позднее, чем через 20 лет, и на рынке стали доля трех крупнейших концернов достигнет 60.. .70 %. Это даст возможность преодолеть ценовой диктат со стороны потребителей и, в первую очередь, со стороны автостроителей.
Как же могут выжить концерны, которые не войдут даже в первую десятку крупнейших? Что произойдет, например, с такими предприятиями как Salzgitter, Georgmarienhuette, Max-Aicher-Gruppe или Voestalpine? Эксперты считают возможным два сценария. Либо они будут поглощены гигантами, либо, наоборот, сумеют извлечь пользу из своего особого положения. Дело в том, что крупные производители концентрируют и будут концентрировать свои усилия на производстве массовой продукции, в т. ч. определенных качественных сталей. Это открывает новые возможности для малых предприятий. Например, предприятие Georgmarienhuette специализируется на вторичной металлургии и, прежде всего, на производстве электростали из стального лома. Такую "мелочь" не может позволить себе крупное предприятие. В этом смысле подобные предприятия имеют шанс при сравнительно небольшом объеме производства занимать одно из лидирующих мест на мировом рынке.
Усиливается давление со стороны российских и китайских металлургов, например, со стороны российского концерна "Северсталь", принадлежащего миллиардеру Алексею Мордашеву, и концерна "Еврац", принадлежащего мультимиллиардеру Роману Абрамовичу, которые желают усилить свои позиции на мировом рынке. В Китае следует считаться с некоторым урегулированием прежде раздробленного рынка. Сейчас лидер китайского стального рынка концерн Baosteel проявляет интерес к расширению сфер влияния на другие континенты. Фокус интересов концерна находится в Восточной Европе и в Азии. В Европе и в США осталось лишь немного объектов для покупки, как, например, Nucor, AK Steel и US Steel, которые в США рассматриваются как кандидаты для продажи.
Ведущие немецкие концерны ThyssenKrupp Steel и Salzgitter уверенно смотрят в будущее. ThyssenKrupp, специализирующийся на производстве качественной листовой стали, планирует строить свое предприятие на юге Соединенных Штатов, чтобы усилить свое присутствие на американском рынке. 26 сентября 2006 года официально заложен „первый камень" в строительство нового металлургического комбината в штате Рио-де-Жанейро (Бразилия). Товарооборот концерна составляет в настоящее время около 50 млрд. €. При этом деятельность концерна является разносторонней. Товарооборот в производстве стали возрастает от 16 до 19 млрд. €. Товарооборот в производстве промышленных изделий возрастает от 19 до 21 млрд. € и в сфере услуг - от 13 до 14 млрд. €. Концерн планирует увеличить свой товарооборот в ближайшее десятилетие до 55 млрд. €.
Металлургический и трубный концерн Salzgitter находится в аналогичном положении. Владея подавляющим количеством акций, оба предприятия надежно защищены от захвата конкурентами. Руководитель концерна неоднократно подчеркивает, что его концерн заинтересован в дополнительных закупках родственных предприятий. Финансовых проблем при этом не существует. Прежде всего это касается производства стальных труб, которое процветает после того, как оно пять лет назад было выкуплено у концерна Mannesmann AG.
Во втором квартале текущего года производство стали в Германии выросло на 7 %. Этот рост связан прежде всего, по мнению экономического объединения "Сталь", с внутренним оживлением экономики. В последующие месяцы прирост должен еще увеличиться. По мнению Дитера Амелинга (Dieter Ameling), нынешний год стал наиболее успешным для отрасли, начиная с 80-х годов. Основными потребителями стали остаются автомобильная промышленность и машиностроение. Кроме того, отрасль получает выгоды от возрастающего спроса на рынках Китая, Индии и России. Этот общий подъем обеспечивает прирост производства ведущих немецких металлургических концернов, прежде всего ThyssenKrupp Steel, Salzgitter и Georgsmarienhuette. В 2005 году товарооборот отрасли составил 30,3 млрд. € по сравнению с 27,1 млрд. € в 2004 году. Можно полагать, что тяжелые времена для отрасли остались далеко позади. Залогом этому является все возрастающая потребность в стали в Китае и Индии. Большой спрос на сталь проявляют также государства Ближнего и Среднего Востока. Объем заказов из этих стран составляет около 5 млрд. €, в т. ч. из Саудовской Аравии - 2 млрд. € и из Объединенных Арабских Эмиратов -1,2 млрд. €. В то же время раздаются голоса против чрезмерного дальнейшего развития отрасли в Германии, так как , по мнению некоторых экспертов, следует считаться с растущим влиянием самого Китая на мировом рынке. В то же время китайские металлурги являются серьезными потребителями немецких технологических разработок.
По оценкам Всемирной организации металлургической промышленности, производство жидкой стали в 2006 году достигнет 1,245 млрд.т. Это соответствует приросту 9% по сравнению с предыдущим годом. Из этого количества Китай произведет 420 млн. т, что соответствует приросту 18 %. В следующем году ожидается прирост мирового производства стали лишь на 5 %, т.е. менее, чем в этом году. В конце десятилетия ожидается объем мирового производства жидкой стали 1,4 млрд.т, причем Китай будет производить около 520 млн.т, т.е. более 35 % мирового производства.
Современная техника соединения изделий и материалов
Во вступительном докладе Эрнста Миклоса (Ernst Miklos), В. Данцера (W.Danzer) и профессора Михаэла Цэя (Michael Zaeh) "Соединительные технологии для стали - инновационные стратегии завтрашней продукции" было отмечено, что развитие современной машиностроительной и строительной техники было бы невозможно без соединительных технологий. Соединительные технологии известны еще с древности. Интересно, что примеры подобного рода технологий мы находим и в животном мире: например, пауки склеивают свою паутину. Старейшей технологий соединения является клепка. Этот процесс знали люди еще в бронзовом веке: просверливать части конструкции, вставлять в отверстие заклепку и ударять по ней, пока она не станет плоской и не образует замыкающую головку. Таким образом, изготавливали рыцари свои доспехи, так создавались локомотивы, корабли, мосты и машины. Как легендарный "Титаник", так и парижская Эйфелева башня были собраны с помощью миллионов заклепок. Однако в прошлом столетии сварка почти полностью заменила применение заклепок. Правда, это произошло не везде. В самолетостроении клепка и сейчас играет важную роль. В современной технологии для этого уже не используют обычные молотки, процесс осуществляется и управляется автоматизированными устройствами.
Различные промышленные материалы и различные конструкции требуют соответствующих соединительных технологий. В настоящее время используется множество различных процессов: сварка, клепка, привинчивание, штампование, пайка, сшивка, соединение на гвоздях, склеивание. И каждый из этих видов может иметь несколько подвидов. Если говорить только о сварке, то можно упомянуть электродуговую сварку, лазерную сварку, сварку сопротивлением, точечную сварку. В современной технике около 5 % расходов на изготовление изделий связано с соединительными технологиями. Этими процессами занято около 6 % производственных рабочих.
В докладе Ульриха Дильтай (Ulrich Dilthey), профессора института сварки и соединительной техники в Аахене, рассказывалось о новых перспективах электродуговой и лучевой сварки. При конструировании сварочных установок как для ручной, так и для автоматической сварки обращается внимание на создание предпосылок для фокусировки электрической дуги с целью направленного и улучшенного ввода тепла, обеспечивающего более глубокую сварочную ванну. Результатом является более узкая зона термического влияния при однослойном сварном шве и малой деформации. Дуга загорается быстрее и стабилизируется при меньшей величине тока. Такие принципы заложены, например, в т.н. EWM-force Arc процессе.
Новая серия цифровых установок PHOENIX (от 350 до 500А) с различными вариантами управления, ориентированными на конкретные области применения, открывает новые возможности и для сварочных процессов типа металл - инертный газ / металл - активный газ (MIG / MAG). Время сварки уменьшается на 30 %, достигается существенная экономия инертного газа, дополнительных материалов и энергии. Первые пользователи из металлургической и машиностроительной промышленности, автомобиле- и судостроения сообщают о 50%-ной суммарной экономии при сварке низко- и высоколегированных сталей, а также алюминия и его сплавов в листах толщиной от 5 мм. Цифровая техника со специальными сварочными программами обеспечивает спокойную, стабильную по напряжению дугу, что приводит к хорошей воспроизводимости результатов не только при автоматической, но и при ручной сварке. Для сварки в полевых условиях фирмой ELMAG предложена комбинация сварочного аппарата с генератором тока. Основные электрические параметры: сварочный ток от 130 до 400 А, мощность генератора от 3,5 до 10 кВА, напряжение 200, 230 или 400 В. Электродный сварочный аппарат интегрирован непосредственно в генератор.
Фирма EWM развивает в настоящее время также т.н. EWM-cold Arc технологию (технология "холодной дуги"). Реализуется этот процесс с малым расходом тепла через высокодинамичное включение в сочетании с очень быстрым цифровым управлением. За счет этого устраняются пики мощности при циклическом повторном зажигании дуги. Процесс является привлекательным со многих точек зрения. Спектр применения сварки как соединительной технологии резко возрастает. Если при использовании ранее известных процессов возникали трудности при сварке низко- и высоколегированных сталей уже при толщине 0,8 мм, то новый процесс дает возможность это делать даже при толщине листа 0,3 мм. Сообщается об успешном использовании сварки оцинкованных листов толщиной 0,4 мм в судостроении без повреждения цинкового покрытия.
Лазерная сварка - исторически одно из первых применение лазеров в промышленности. После появления импульсных твердотельных лазеров они почти сразу стали использоваться для микросварки в микроэлектронике. С появлением мощных СО2 - лазеров были созданы различные технологии лазерной стыковой сварки. В настоя-
щее время технология лазерной сварки разработана настолько, что судостроительные предприятия переходят на этот вид сварки. При производстве крупного судна общая длина сварных швов составляет 800.. .900 км. Сваривают листы толщиной 12 мм. Обычно сварка ведется в стык без дополнительной присадки материала. Сообщается о применении автоматов, позволяющих производить одновременно до 60 швов со скоростью до 60 м/мин. Комбинация лазера с зеркальной системой позволяет лучше фокусировать излучение в нужной точке.
Предприятие SLV в г. Mannheim уже в течение десятилетий занимается проблемами электроннолучевой сварки. С распространением лазерной сварки в различных отраслях стало ясно, что и эта технология нуждается в развитии, чтобы при постоянном росте спроса можно было, учитывая преимущества и недостатки каждого способа, предлагать все более совершенные варианты. Недостаток лазерного СО2-излучения заключается в необходимости передачи его на рабочий участок с помощью зеркальной системы. При использовании т.н. ND:YAG - лазера в этом нет необходимости в связи со значительно меньшей длиной волны (1,06 вместо 10,6 mm). В этом случае излучение транспортируется через оптические волокна. В сочетании с промышленными роботами процесс предлагает совершенно новые промышленные применения, например, в области сварки особо тонких листов и жести.
Доклад д-ра Вилко Флюге (Wilko Fluegge), д-ра Герсона Мешута (Gerson Meschut) и инж. Вильгельма Бёлгофа (Wilhelm Boellhoff) был посвящен клеевым и механическим соединениям. За последние десятилетия клей из предмета обихода превратился в важный промышленный материал. Конечно, клеи, применяемые в быту и в промышленности, существенно различаются. Важным преимуществом клея является то, что он позволяет соединять разнородные материалы достаточно прочно и относительно эластично. Кроме того, поскольку соединение производится без существенного нагрева, отсутствуют деформации. Еще одним преимуществом является внешний вид: клеевое соединение едва заметно. Работа по разработке технологии склеивания материалов и клеящих веществ требует участия специалистов разных профилей (механиков, химиков, металлургов, материаловедов). Например, работы по склеиванию высокопрочных сталей проводят в Германии совместно три фирмы: AiF, DVS, FOSTA. Прочность современных клеевых соединений доходит до 1000 МПа, т. е. сопоставима с прочностью высокопрочной стали. В Европе в настоящее время применяется для промышленных целей более 3 млн. т клеев.
Уже давно клеевые соединения широко применяются в медицине и микроэлектронике. Архитекторы соединяют такие разнородные материалы, как сталь, бетон, стекло и древесина с помощью клеев, возводя, таким образом, изящные архитектурные объекты. В настоящее время строительство и транспорт являются основными потребителями клеев. В производстве средств передвижения клей становится конкурентом таких традиционных способов соединения, как сварка, клепка и привинчивание. Ни крупнейший современный пассажирский самолет А-380, ни современный автомобиль BMW 7 нельзя было бы создать без клеевых соединений. При этом клеи используются не только для склеивания фюзеляжа самолета, но и для прикрепления многочисленных кабелей. Может возникнуть вопрос, насколько надежны клеевые соединения при производстве таких ответственных изделий, как самолет. Оснований для беспокойства нет. Использование клеев в самолетостроении стало уже традицией. Первым коммерческим самолетом, созданным с широким применением клеев, был Fokker 28, который успешно эксплуатируется с 1967 года.
В настоящее время использование клеевых соединений поставлено на научную основу. Для того чтобы предсказать прочность, в т.ч. усталостную прочность соединения, используются специальные моделирующие программы, куда вносят экспериментальные данные нагрузочных испытаний. И прежде чем две части конструкции склеиваются, рассчитывается необходимая площадь поверхности склеивания. Кроме того, специальные компьютерные программы моделируют механизмы склеивания на молекулярном уровне. Виртуально распознается, как молекулы клеящего вещества связываются в сетки и каким механизмом они связываются со склеиваемыми поверхностями.
В автомобилестроении впервые склеивание стали применять для оконных стекол. В настоящее время в новой модели А6 Audi длина клеевых соединений составляет 90 м, в модели А- класса Deimler-Chrysler - 120 м, а в модели BMW7 - 150 м. Приклеивается декоративное оформление, шпойлер, внутренняя обшивка и части кузова. С целью уменьшения расхода горючего автомобилестроители постоянно используют все новые облегченные материалы, как, например, более тонкие, но более прочные стальные листы или упрочненные волокнами материалы. Разнородные материалы, из которых состоит современный автомобиль, имеют различные коэффициены теплового расширения, что делает непригодным такие жесткие способы соединения как сварка. Эластичный клеющий материал имеет в этом отношении преимущество.
Есть и другие причины, по которым сварка должна уступать месть склеиванию. При сварке высокопрочных сталей неизбежно происходит потеря прочности в зоне термического влияния. Из пластмасс допускают сварку только темопласты. Винтовые и заклепочные соединения также не позволяют решить задачу, т. к. они уменьшают сечение, а следовательно, и прочность основного материала.
С развитием новых промышленных материалов увеличивается также и ассортимент клеющих веществ. Их создатели активно приспосабливаются к новым потребностям. Решающим качеством клеящего материала в автостроении является баланс между прочностью и определенной эластичностью. Путем добавки эластичных частиц жесткие эпоксидные смолы, составляющие основу современных клеевых материалов, становятся более податли-
выми. Эти эластичные островки диаметром от нескольких сот до нескольких тысяч нанометров останавливают возникающие под нагрузкой микротрещины в эпоксидной основе. Сами эти микротрещины прочность не нарушают. При испытаниях на разрушение клееные кузова показывают лучшие результаты, чем сварные, т.к. клеевые соединения укрепляют кузов и амортизируют удары. Кроме того, клеящие вещества поглощают колебания и умень -шают шум в кузове.
В настоящее время ведутся работы по созданию скленных мостов. Идея одного из проектов состоит в том, чтобы тяжелые плиты проезжей части моста заменить более легкими из волокнистого материала, что повысит допустимую полезную нагрузку на мост. Эти плиты должны быть приклеены к несущим конструкциям моста и склеиваться между собой. Исследователи проводят испытания этой технологии для двухколейного пятидесятиметрового моста в Энгельберге, который был существенно поврежден в результате непогоды. Даже направляющие планки и парапеты будут приклеиваться. Это ускоряет работу и уменьшает время простоя моста. Аналогичный проект разрабатывается и в другом университете, где исследователи приклеивают стальные профили и листы к плитам проезжей части моста. Клеевые соединения эластичнее сварных швов и лучше выдерживают переменные нагрузки. Фактически идея использования клеевых веществ при строительстве мостов не нова. Дорожное полотно моста через Эшер-канал автотрассы 3 между Цюрихом и Саргансом (год строительства 1957) было несколько лет назад заменено клееными плитами из пластмассы, усиленной углеродными волокнами. В восточной Германии также почти 40 лет назад были склеены бетонные плиты дорожного полотна со стальными несущими конструкциями моста.
Проф. Луиза Квинтино (Luise Quintino) из Лиссабона рассказала о сварке трубопроводов из стали Х100. Кроме лазерной сварки, в последние годы особенно широкое применение находит т.н. WIG - процесс электродуговой сварки. В этом процессе дуга возбуждается между изделием и нерасплавляемым вольфрамовым электродом. В рабочую зону вокруг вольфрамового электрода вводится инертный газ, который защищает сварочную зону от атмосферного влияния. Расплавляемые канты свариваемых изделий сплавляются между собой, образуя сварной шов. В зону сварки иногда вводится дополнительный материал.
В качестве инертного газа применяется аргон или гелий. Иногда используют смесь газов совместно с водородом. Необходимое количество газа составляет от 5 до 20 л/мин. Роль защитного газа сводится не только к защите сварочной ванны от атмосферного воздействия. Он также обеспечивает стабильность электрической дуги, про-плавления и скорости сварки, а также способствует уменьшению вредных выбросов в атмосферу. При этом создаются предпосылки для повышения скорости сварки и оптимизации проплавления. Имеются специальные программы подачи защитного газа. Ряд программ предназначен для повышения скорости сварки (основной защитный газ - аргон). В других программах за счет дополнительного ввода водорода обеспечивается особо чистая (до блеска) поверхность шва.
Представители фирмы DSD NOELL GmbH Гереон Айлинг (Gereon Eiling) и Михаэл Гросс (Michael Gross) рассказали о строительстве уникальной гидроэлектростанции Каранюкар (Karahnjukar) на северо-востоке Исландии и применении сварки в строительстве. С 2008 года эта электростанция с шестью турбинами общей мощностью 690 МВ должна снабжать электроэнергией новый алюминиевый комбинат. Местность, на которой возводится электростанция, находится на 200 миль севернее Рейкьявика, вблизи полярного круга. Район относится к зоне повышенной сейсмической опасности, что предъявляет особые требования к строительству. Для электростанции будет использована энергия талой воды исландских глетчеров. С этой целью создаются в горах крупные водохранилища и строится уникальный тоннель. Длина тоннеля 72 км, диаметр 7 м, глубина 100.. .200 м. Для строительства тоннеля были специально доставлены из США три проходческие машины. Проходка составляет ежедневно 25 м и требует мощности около 3 МВ. Кроме сверления породы, при проходке используются взрывные работы. В результате строительства тоннеля вода трех одновременно создаваемых водохранилищ будет перенаправлена в долину, где падающая вода приведет в движение турбины. Резерв воды в водохранилищах составляет 8,5 млн. куб. м.
Основу станции составляют два вертикальных трубопровода высотой 420 м, что является самым высоким в мире сооружением подобного рода. Эти трубопроводы состоят из труб диаметром 3400 мм. Трубы изготовлены из термомеханически обработанной мелкозернистой стали D1-MC, которая благодаря особо хорошей свариваемости обеспечила эффективное изготовление конструкции. Сварочные работы проводились в исключительно сложных условиях, связанных как с особенностями местности, так и со сложностью конструкции. Поскольку сварные швы нужно было накладывать в различных неудобных положениях, приходилось использовать ручную дуговую электросварку с последующим тщательным радиационным контролем сварного соединения.
В докладе Дениса Амоса (Denis Amos) из США и Вольфганга Янсена (Wolfgang Janssen) из Германии рассматривались вопросы сварки роторов тепловых электростанций. Проблема состоит в том, что разные части по длине ротора работают в условиях различных температур и давлений. Поэтому целесообразно изготавливать ротор сварным из разных сталей. Это существенно затрудняет выбор материала шва и технологического процесса. При этом приходится учитывать различие температур отпуска двух марок стали, различие их химического состава и свойств, необходимость высокой прочности и вязкости наплавленного металла, а также возможную миграцию углерода из
одной части изделия в другую за счет разного содержания хрома в этих частях. Отработка процесса начинается, как правило, с компьютерного моделирования, после чего производят сварку и исследование опытных образцов.
В одной из работ разрабатывали процесс сварки стали 10 %Cr со сталью3,5 %NiCrMoV. Сварку проводили вольфрамовым электродом в среде инертного газа с присадкой в дугу металла определенного состава. Исследовали два варианта процесса. В первом варианте к изделию из стали 10 %Cr проводилась предварительная наплавка переходного металла, этот полупродукт подвергали термической обработке и лишь затем приваривали к стали 3,5 %NiCrMoV. По второму варианту сварку проводили в один прием. Исследования показали возможность применения более простого второго варианта.
Особенно важна подготовка изделия к сварке: предварительная термическая обработка обеих частей, их соос-ная установка на станке, очистка и стыковка. В современных сварочных аппаратах параметры процесса жестко контролируются и регулируются. Например, чтобы обеспечить постоянную скорость сварки, нужно изменять скорость вращения изделия в зависимости от его диаметра. При проведении сварки электроды с целью лучшего заполнения сварочной ванны совершают колебательные движения. После окончания сварки сварной шов охлаждается по определенному режиму и тщательно проверяется на предмет отсутствия дефектов. Затем проводится окончательная термическая обработка всего изделия.
В связи с тенденцией к повышению рабочих температур в турбинах возникает необходимость применения более высоколегированных сталей, что ставит перед сварщиками все новые задачи. Например, разработан процесс сварки ротора из сталей 30CrMoNiV5-11 (рабочая температура до 650 °С) и 25NiCrMoV14-5 (рабочая температура до 600 °С). Для турбин более высоких параметров изготавливают сварные роторы из сталей 25NiCrMoV14-5 и Х12CrMoVNbN10-1-1. Эти стали имеют существенно разные механические свойства. Первая сталь имеет предел прочности 850 МПа, вторая - 1000 МПа. Сварной ротор подвергают отпуску при температуре 620 °С в течение 10 часов. Нагрев выполняют ступенчато с выдержками при 80 и 130 °С. После такой термической обработки предел прочности металла шва составляет 800 МПа.
Сварные соединения вторгаются в нашу жизнь повсеместно, даже там, где люди просто отдыхают, получают удовольствие. Михаэл Смида (Michael Smida) обратил внимание в своем докладе на роль сварки при проектировании и строительстве аттракционов - горок. Форма этих аттракционов бывает разная - от почти вертикальных подъемов и крутых спусков до "верблюдообразных" конструкций с несколькими плавными подъемами и спусками. При проектировании конструкции выполняются следующие виды расчетов: статический расчет, динамический расчет с учетом ускорений и торможений, расчет на усталость, расчет на надежность. Изготовление происходит в две стадии: изготовление рельсовой части и поддержек. Рельсы изгибаются на специальной машине, устанавливаются на платформе и подвергаются защитному покрытию. В качестве поддержек используют профильные колонны или трубы, к которым приваривается платформа. На специальных установках проводят испытания сварных швов на изгиб и частей металлоконструкции на усталость.
В Германии проектирование и изготовление подобных установок проводят фирмы Bandlayout - Maschienenbau Stahlbau и Muenchener Stahlbauer Maurer und Soehne. До 500 т материала расходуется на изготовление одного изделия. Кроме сварки, используется клепка, свинчивание и склеивание. Одним из пионеров строительства аттракционов в Германии считают Вернера Штенгеля (Werner Stengel), который создал уже 230 различных аттракционов, используемых в различных странах. Еще 450 аттракционов было построено с использованием его идей. Вначале использовали деревянные конструкции. С 1963 года основным материалом при строительстве аттракционов стала сталь.
В докладе проф. Вольфганга Блека (Wolfgang Bleck) рассматривались вопросы численного моделирования механических свойств сварного соединения. В основу расчета положено влияние параметров структуры на свойства. Формирование структуры анализируется исходя из химического состава и условий нагрева - охлаждения. При этом определяется не только тип структуры, но и размер и характер взаимного расположения структурных составляющих. В расчете используют т.н. GTN-модель, развиваемую в США и описывающую возникновение, рост и объединение микропор. Эти процессы рассматриваются как функция напряжения. Дальнейшим этапом является возникновение и развитие повреждений, в т. ч. повреждения критического размера.
Герберт Хойзер (Herbert Heuser) и Эльмар Штраке (Elmar Stracke) остановились в своем докладе на вопросе о том, всегда ли металл шва должен иметь такую же прочность, как и основной металл. На практике в большинстве
Производство белой жести
случаев исходят именно из такой посылки. Это приводит к тому, что часто металл шва имеет более высокую прочность. При рассмотрении этого вопроса особенно важно учитывать возможное снижение прочности в зоне термического влияния.
Современная техника - путь в будущее
Учитывая возрастающее значение экономических факторов в связи с глобализацией в современном мире, приходится пересматривать экономические концепции создания нового оборудования. Сейчас требуются машины и приборы, которые могли бы обеспечить экономное использование в течение всего времени своей работы. В связи с этим возникает новый экономический подход, ориентированный на весь жизненный цикл изделия. Эти вопросы были рассмотрены в докладе инж. Вильгельма Эверса (Wilhelm Evers) и д-ра Энгельберта Весткемпера (Engelbert Westkaemper) „Инвестиционное планирование, ориентированное на жизненный цикл изделия - его реализация и польза для практики». Часто при проектировании новой техники учитывают только расходы по ее созданию, в то время как расходы по поддержанию не всегда учитываются в полном объеме.
Отсюда возникает концепция управления жизненным циклом изделия (Lifecycle Management). Вопрос о том, является ли эта концепция временным " модным" течением или имеет долгосрочную перспективу, рассмотрен в докладе Бруно ван ден Хойвеля (Bruno van den Heuvel). Система является серьезной основой для успешной разработки и вывода на рынок новых продуктов и изделий, а также объединяет информацию и людей, организуя их эффективную и слаженную работу. Благодаря этой системе предприятия могут интегрировать в общий процесс различные подразделения, включая отделы маркетинга, продаж, планирования, а также производство, материальное обеспечение, техническое обслуживание и ремонт. Кроме того, система обеспечивает возможность совместной работы партнеров, поставщиков, субподрядчиков, поставщиков услуг и даже клиентов.
Развитие металлургической отрасли стимулирует производство нового оборудования и приборов. Фирмы -участники общества тяжелого машиностроения в рамках немецкого союза машиностроителей и приборостроителей (Arbeitsgemeinschaft Grossanlagenbau im Verband deutscher Maschienen- und Anlagenbau - AGAB) заключили, как сообщает сотрудник SMS Demag AG Дитер Розенталь (Dieter Rosenthal), за период с июля 2005 по июнь 2006 г. договора на поставку оборудования на рекордную сумму - 24,4 млрд. €. По сравнению с 2005 годом это соответствует приросту 1,4 % или 330 млн. €. Основной причиной этого рекорда является возрастающий заграничный спрос. Заграничные заказы возросли по сравнению с предыдущим полугодием на 2 % и достигли объема 18,8 млрд. €. Спросом пользуются прежде всего оборудование электростанций (8,5 млрд. €), сталеплавильное и прокатное оборудование (3,5 млрд. €), а также химическое оборудование (2,3 млрд. €). Внутренний спрос сохранился примерно на прежнем уровне. Крупнейшими производителями металлургического оборудования являются SMS Demag AG и дочернее предприятие концерна Siemens VAI - (ранее Voestalpine Industrie -Anlagen), которые в сумме производят около четверти всего металлургического оборудования в мире.
В настоящее время основным зарубежным заказчиком немецких машиностроителей становится ближний и средний Восток. Объем договоров составляет около 5 млрд. €. Здесь основными партнерами являются Саудовская Аравия и Объединенные Арабские Эмираты. Имеются также заказы из Ирана и Катара. Основой для такого развития ситуации являются длительно удерживающиеся высокие цены на нефть и газ. Доходы от экспорта сырья эти
Непрерывная разливка тонкой полосы
страны используют для расширения своего промышленного базиса и, в частности, для инвестиций в строительство электростанций, химических и цементных предприятий.
Заказы из Китайской Народной Республики снизились в этом году на 11 % и составляют 1,8 млрд. €. Наоборот, Индия наращивает свои заказы и занимает сейчас по их объему (около 1 млрд. €) четвертое место. Учитывая быстрые темпы индустриализации этой страны и возрастающий жизненный уровень, следует предполагать дальнейший рост спроса на оборудование. Другими важными рынками продажи оборудования были в отчетном периоде США, Италия, Южная Корея и Россия. В текущем году AGAB-фирмы ожидают заказы на сумму более 20 млрд. €. Отрасль смотрит уверенно в следующий, 2007 год. Фирмы уверены в значительном объеме заказов и высокой загрузке своих предприятий.
Рынок стали в условиях конкуренции
Волна концентрации производства обусловливает также концентрацию торговли. Одним из крупнейших дист-рибютеров на рынке стали является дуйсбургское торговое предприятие Kloekner & Co AG. Его председатель Томас Людвиг (Thomas Ludwig) хочет использовать эти шансы. В настоящее время рынок стали рассредоточен. Только в Германии существует 65 обслуживающих центров, занимающихся торговлей сталью. Предприятие Kloekner & Co AG имело в 2005 году товарооборот около 5 млрд. € и занимало по этому показателю первое место в Европе. В текущем году товарооборот предприятия возрастет на 100 млн. €. Это происходит за счет покупки и присоединения различных других торговых предприятий. Так, в Европе были закуплены французская фирма Targe и крупное испанское торговое предприятие. В США было также закуплено предприятие с товарооборотом около 55 млн. €. В планах Kloekner & Co AG выход на рынки Восточной Европы и Китая. В США процесс концентрации торговли сталью практически уже завершен.
Ряд докладов посвящен проблемам внутреннего рынка ЕС. На сегодняшний день т.н. "внутренний рынок" Европейского Союза представляет собой достаточно слаженную и упорядоченную систему внутренних, прежде всего экономического направления, связей между двадцатью пятью участниками Союза и некоторыми ассоциированными европейскими странами. Система внутреннего рынка Союза - это Таможенный Союз без внутренних таможенных ограничений и с единой внешней границей; а также общие принципы функционирования внутреннего рынка, акцентированные на свободное и беспрепятственное перемещение лиц, товаров, услуг и капиталов.
В докладах д-ра Фритца Циммермана (Fritz Zimmermann) и д-ра Фритца-Гаральда Венига (Fritz -Harald Wenig) ставились вопросы о возможности Евросоюза противостоять некорректным действиям некоторых торговых организаций и стран, а также о роли ВТО в разрешении конфликтных ситуаций. Для ограждения своего рынка от конкуренции вводятся торговые пошлины. Для введения торговых пошлин должно быть доказано, что ввоз той или иной продукции и продажа ее по более низким ценам нанесет ущерб национальной экономике. В марте 2002 года США ввели дополнительный налог от 8 до 20 % на ввоз металлургической продукции. ВТО посчитала эти меры необоснованными, в результате чего ЕС мог выступить с ответными санкциями.
Серьезной проблемой является борьба с демпингом. Значительное число антидемпинговых санкций было применено к Китаю. В 2003 году Китаю был предъявлен иск на сумму 2,2 млрд. USD, в основном в связи с ввозом металлургической продукции. К сожалению, на уровне ВТО существует немного возможностей для борьбы с демпингом. Эта борьба обычно ведется на государственном уровне с обязательным соблюдением требований ВТО. Как известно, ЕС является крупнейшим экспортером труб большого диаметра. С июля 2006 года в ЕС действует антидемпинговая пошлина на бесшовные трубы. Эта пошлина очень сильно затрагивает интересы российских предпринимателей, закрывая практически дорогу российским трубам на европейский рынок. Планируется также увеличить пошлину на алюминиевую продукцию до 7,5 %.
Многие конфликты решаются в рамках Европейской Комиссии. Это осуществляется через Euro Info Centre, куда могут поступать жалобы заинтересованных сторон. С июля 2002 года существует также система SOLVITOnline-Netzwerk, через которую могут быть поданы жалобы. Срок рассмотрения жалоб составляет 10 недель. В основном, удается успешно разрешить споры, связанные с выходом продукции на рынок, пограничным контролем, свободным передвижением капитала и платежей. Удается разрешать единичные конфликты, связанные с дис-
Новый рельсовый стан
криминацией, ограничением рекламы, неправомочными требованиями к регистрации и т. д. В то же время существуют и сложные юридические ситуации, рассмотрение которых требует нескольких месяцев, а иногда и нескольких лет.
В докладе проф. Петера Салье (Peter Salje) был поставлен вопрос о ценах на электроэнергию и о возможности государства влиять на ценовую политику в этой сфере. Постановка вопроса не нова и не случайна, поскольку металлургия является крупнейшим потребителем электроэнергии, и цена на электроэнергию оказывает существенное влияние на себестоимость металлургической продукции. По мнению докладчика, государство должно проводить определенную энергетическую политику, целью которой должно быть создание условий для конкуренции на энергетическом рынке и поощрение экологически чистых способов производства электроэнергии. В настоящее время наиболее высокие цены на электроэнергию имеют место в трех европейских государствах: Германии, Великобритании и Италии. Металлургическая промышленность работает в условиях мирового рынка. Поэтому вы-Электроннолучевая сварка сокие цены на электроэнергию ухудшают конкурентоспо-
собность немецкой металлургической промышленности.
По мнению председателя Stahlinstitut VDEh и президента экономического объединения "Сталь" Дитера Аме-линга (Dieter Ameling), проблема должна решаться как на уровне отдельных государств, так и на уровне ЕС в целом. Государственные органы должны обеспечивать условия для участия новых поставщиков на рынке электроэнергии, в частности заботиться о том, чтобы их доступ к электросетям не был слишком дорогим. Вина политиков в повышении цен на электроэнергию состоит также и в том, что введение торговли на эмиссию СО2 способствовало росту цен на 30 %. Причиной этого является то, что стоимость сертификатов, которые не имеют фактической стоимости, оказалась перенесенной на стоимость электроэнергии. Эта проблема может быть решена только на уровне ЕС.
По мнению Дитера Амелинга, нельзя считать правильной и политику финансирования развития так называемой экологически чистой энергетики (использование энергии солнца и ветра) за счет повышения нынешних цен.
Если учитывать условия Германии, то серьезно говорить об использовании в промышленных масштабах солнечной энергии вообще не приходится. Что касается энергии ветра, то для ее использования необходимо иметь большие резервные мощности, основанные на традиционных источниках энергии. При этом не следует исключать дальнейшее использование атомных электростанций, учитывая, что атомные станции при правильной эксплуатации значительно экологичнее угольных.
Технологические процессы формоизменения и измерительная техника
В последние годы в результате тесной кооперации между металлургами, исследователями и машиностроителями стало возможно существенное развитие процессов эффективного изготовления горяче- и холоднокатаной стали, поковок и штамповок. Разработаны новые методы оптимизации производственных процессов и параметров качества продукции. Целью всех этих мероприятий является минимизация производственных расходов и наиболее полное удовлетворение требований потребителей.
Инж. Норберт Кек (Norbert Koeck) и Ганс Пфайлер (Hans Pfeiler), представители предприятия voestalpine Schienen GmbH в г. Donawitz (Австрия) рассказали о новом рельсовом стане, пущенном недавно в эксплуатацию на предприятии. В нагревательную печь с шагающим подом заготовки поступают либо со склада, либо непосредственно с блюминга. В последнем случае исходная температура заготовок составляет около 200 °С, что позволяет экономить энергию и улучшать экологическую обстановку. Заготовки выгружаются из печи после полного выравнивания температуры по сечению. На черновой линии производится прокатка промежуточного рельсового профиля. На чистовой линии с тремя прокатными клетями получают готовый профиль. В зависимости от требуемых размеров, используют ту или иную комбинацию клетей. Установка по удалению окалины обеспечивает высокое качество поверхности.
В результате автоматического управления гидравлической системой удается настолько точно регулировать зазор между валками, что размерные допуски можно было сократить вдвое. Отпала необходимость смазки калибров, что при использовании старого стана приводило к загрязнению окружающей среды. Смена калибров полностью
автоматизирована, так что в течение 20 минут возможен переход к прокатке нового профиля.
На рольганге, ведущем к холодильнику, находится автоматическая штамповочная машина. С ее помощью на определенном месте рельса наносится маркировка. Между рольгангом и холодильником находится установка для термической обработки рельсов. Процесс закалки головок рельсов с использованием тепла прокатного нагрева, разработанный на предприятии, является уникальным и запатентован во всем мире как HSH-процесс (Head Special Hardened). Он обеспечивает уникальную производительность (более 250 тыс. т в год), которая невозможна ни в одном из других известных процессов, и уникальное качество. В закалочную установку рельс вводится манипулятором, который удерживает его головкой вниз над ванной до тех пор, пока не будет достигнута необходимая температура. При ее достижении головка рельса опускается в закалочную ванну и выдерживается в течение времени, необходимого для образования тонкодисперсной перлитной структуры.
После термической обработки твердость по всему сечению головки оказывается равномерной и достаточно высокой. Такое распределение твердости обеспечивает высокую долговечность рельса, так как даже при сильном его износе колесо будет соприкасаться с высокопрочным материалом. Существенным является то, что высокое сопротивление пластической деформации и абразивному износу головки рельса сочетается с достаточной вязкостью шейки и ножки.
После термической обработки рельс приподнимается и транспортируется на холодильник длиной 125 и шириной 18 м. Тут рельсы охлаждаются на воздухе в течение 3 часов до температуры не выше 60 °С. В конце холодильника находится шлеппер, который направляет рельсы к отводящему рольгангу и к ролико-правильным машинам. За восьмишпиндельной горизонтальной находится семишпиндельная вертикальная машина. Здесь рельс рихтуется по всей длине. Технология рихтовки устанавливается на основании длительного опыта и обеспечивает, с одной стороны, хорошее выравнивание по всей длине, с другой - отсутствие существенных внутренних напряжений. За ролико-правильными машинами начинается адъюстаж, где рельсы подготавливают к отправке. На основании мирового опыта можно утверждать, что рельсы предприятия voestalpine Schienen GmbH являются лучшими в мире. Их характеризуют как "ультратвердые, ультрачистые, ультраровные и ультрадлинные".
В докладе Ральфа Криста (Ralf Christ) и др. рассказывалось о производстве и путях улучшения качества белой жести на предприятии Rasselstein GmbH, являющемся дочерним предприятием ThyssenKrupp Stahl. Предприятие является крупнейшим производителем белой жести с годовым выпуском около 1,4 млн.т. Процесс производства белой жести организован следующим образом. Горячекатаная полоса сваривается в бесконечную ленту и проходит травление в кислотном растворе с целью более полного удаления окалины. После травления полоса промывается, сушится, подвергается обрезке кромок и опять сматывается в рулоны весом до 27 т. Полоса подвергается холодной прокатке на одной из двух непрерывных линий, каждая из которых состоит из шести четырехвалковых клетей с суммарным обжатием более 90% до толщины 0,12.0,49 мм. В зазор между рабочими валками подается масляно-водяная эмульсия для смазки и охлаждения валков. Для охлаждения дополнительно подается большое количество воды, которая циркулирует по замкнутому циклу.
После прокатки полосу очищают от загрязнений и остатков смазочной жидкости, для чего используют электролитический процесс и очистку щетками. В заключение полоса сушится и либо направляется на термическую обработку в непрерывном агрегате, либо сматывается в рулоны весом до 23 т. Предусмотрено два возможных варианта термической обработки: в проходных или в колпаковых печах. В проходных печах осуществляется кратковременный рек-ристаллизационный отжиг. Температура печи составляет 880 °С, время пребывания металла в печи - 2 минуты. В колпаковых печах отжиг рулонов проводят при температурах 600.800 °С. Как в проходных, так и в колпаковых печах отжиг осуществляется в защитной атмосфере. После отжига в колпаковых печах достигаются более низкие значения твердости. После отжига проводится дополнительная холодная прокатка, целью которой является не только улучшение штампуемости, что достигается дрессировкой, т. е. холодной прокаткой с малыми обжатиями, но и дополнительное уменьшение толщины. Суммарная степень обжатия может достигать до 40 %.
Для получения белой жести используют гальванические покрытия: цинкование или хромирование. Снова рулоны разматывают и сваривают в бесконечную ленту, которую пропускают через гальванические ванны. После цинкования производится нагрев до температуры выше 232 °С (температура плавления цинка), чтобы придать поверхности типичный блестящий вид. Затем полоса промывается в воде. Расход цинка составляет от 1 до 5,6 г/кв.м. Толщина хромового покрытия существенно меньше - расход хрома составляет от 0,05 до 0,1 г/кв.м. После хромирования жесть обычно лакируют. Как оцинкованную, так и хромированную жесть иногда покрывают полимерной
Сварка ротора паровой турбины
пленкой, что улучшает внешний вид материала и его формообразующие свойства, а также дополнительно защищает от коррозии.
В последнее время на предприятии внедрен ряд мероприятий по улучшению качества продукции и экономии средств. Установлены приборы для контроля качества поверхности и внутренних дефектов горячекатаной полосы,
а также приборы для контроля планшет-ности и внутренних напряжений. В результате этих и других мероприятий уда -лось существенно сократить допуски. Если в 2003...2004 г.г. допуски составляли -2,5 + 1,0 %, то в 2005.2006 г.г. -0,8 + 0,2 %. Применение нового электролита для цинкования дало возможность стабилизировать и уменьшить толщину покрытия, что способствовало, с одной стороны, экономии цинка, с другой - улучшению качества. В результате в 2006 году как "очень хорошая" было оценено 99 % продукции завода, в то время как в 1996 году - только 60 %. Параллельно было достигнуто улучшение качества воздуха в районе предприятия. Большую роль играет также снижение веса жести за счет уменьшения толщины. Так, в 1983 году баночка Coca-Cola весила 32 г, в 1995 году - 27 г, а в 2005 году - уже только 22 г.
Металлургическая промышленность, по мнению Райнера Факкерта (Rainer Fackert), представителя фирмы IMS Messsysteme GmbH, является двигателем развития измерительной техники, особенно бесконтактной. Фирма специализируется на изготовлении приборов с использованием рентгеновского, изотопного и лазерного излучения. Рентгеновское излучение используют для бесконтактного измерения толщины изделия и его профиля по толщине. Изотопное излучение используют при определении толщины труб и эксцентриситета. С помощью лазерного излучения измеряют расстояния, скорость и длину. Оптические приборы используют для измерения ширины и планшетности листа, а также диаметра труб. Фирма производит и другое измерительное оборудование, в частности для измерения температур и для неразрушающего определения механических характеристик проката.
В докладе особое внимание было уделено использованию разработок фирмы на предприятии Salzgitter Flachstahl. Концерн Salzgitter по своему товарообороту занимает в Европе пятое место среди металлургических концернов, а по производству труб большого диаметра является лидером мирового рынка. Годовой товарооборот концерна составляет около 7 млн. €, годовое производство жидкой стали - около 7 млн. т. Salzgitter Flachstahl производит различные виды горячекатанного листа. На предприятии функционирует множество систем, которые не только осуществляют различные измерения в потоке производства, но и участвуют в управлении производственным процессом. Внедрен стопроцентный контроль в потоке производства механических характеристик путем определения остаточной намагниченности. Значения остаточной намагниченности пересчитываются на значения предела прочности и предела текучести. Необходимость последующего лабораторного контроля отпадает. Для этой цели используют систему EMG-IMPOC-Impulse Magnetic Process Online Controller. Время измерения составляет 1 сек. Для контроля размеров используют системы IMS Width Measurement (измерение ширины), IMS Profile Measurement (измерение профиля), IMS Measuring -System -2Thickness-Flatness (измерение толщины и планшетности). Измерения производятся при скорости движения полосы от 2 до 20 м/сек. Пределы измерения толщины - от 1 до 30 мм, ширины - от 650 до 1900 мм. За счет внедрения измерительных и управляющих систем удается на 95 % продукции добиться точности профиля и планшетности в пределах +20.. .+40 мкм.
В двух докладах из Китая было показано, во-первых, что промышленно реализуемо производство углеродистых и легированных сталей с годовым объемом около 1 млн. т при применении соответствующих технологий, как например т.н. Steckelstrassen, где горячая полоса прокатывается реверсивно в прокатной клети. С другой стороны, было показано, что холодная прокатка полосы на компактной линии с двумя клетями может быть идеальной пред-
Установка для непрерывной отливки тонкой полосы
посылкой для эффективного и экономичного производства в сочетании с прокаткой непрерывнолитой заготовки.
В докладе Хорста Янсена (Horst Janssen) и Эберхарда Совка (Eberhard Sowka) сообщалось об опыте эксплуатации установки по прокатке непрерывнолитой заготовки в г. Bruckhausen на предприятии ThyssenKrupp Stahl. На двухручьевой установке непрерывного литья отливаются полосы толщиной от 48 до 63 мм и шириной 900.. .1600 мм. Скорость разливки составляет до 6 м/сек.
Две туннельные печи длиной по 240 м обеспечивают необходимый дополнительный обогрев и выравнивание температуры по сечению литого сляба. Линия горячей прокатки состоит из семи клетей. Диаметр рабочих валков составляет 620.950 мм, опорных - 1500 мм. Скорость прокатки - до 20 м/сек. Толщина прокатываемой полосы -от 0,8 до 9,09 мм, вес рулона - до 34 т. Горячая прокатка полосы толщиной 0,8 мм еще недавно казалась невозможной. Такая возможность создается благодаря хорошим теплотехническим возможностям нагревательно-выравнивающих печей и уникальному прокатному оборудованию. Непосредственная связь между разливочной установкой и прокатным станом создает уникальные возможности энергосбережения и устраняет проблемы, связанные с транспортировкой слябов к прокатному стану.
Современное состояние металлургических процессов
На секции рассматривались современные технологии доменного производства, процессов прямого восстановления железа, производства и разливки стали. В Германии, как и в других европейских странах, доменный процесс по своей производительности и эффективности остается вне конкуренции по сравнению с процессами прямого восстановления железа. Для того чтобы такая ситуация сохранялась, доменный процесс приходится постоянно совершенствовать. В частности, для повышения производительности, уменьшения расхода кокса и снижения выбросов углекислого газа в атмосферу эффективным является использование в доменном процессе предварительно восстановленной руды.
Обсуждалась техническая и экономическая целесообразность использования водородсодержащего коксового газа для процессов прямого восстановления железа, в т.ч. при последующем использовании традиционного процесса производства стали с применением доменных печей и кислородных конвертеров. Докладчики из Австралии и Венесуэлы доложили о новых аспектах развития процессов прямого восстановления (технологии HIsmelt и FINMET). Стефан Вебер (Stephan Weber) и Нейл Гудман (Neil Goodman) рассказали о современном состоянии технологии HIsmelt (High Intensity Smelting Process). Цех по производству жидкого чугуна на основе этого процесса пущен в Западной Австралии год назад, 28 ноября 2005 года. Сейчас идет наращивание объемов. Выход на проектную мощность 800 тыс. т в год планируется в 2008 году.
Процесс задуман как альтернатива доменной технологии. В этом процессе частицы железной руды инжектируются в расплавленную ванну, где они вступают в реакцию с растворенным углеродом. Продуктами реакции являются железо и моноокись углерода. Дальнейшее окисление газов происходит за счет подаваемого в ванну воздуха с температурой 1200 °С, обогащенного кислородом до 35 %. Этот горячий воздух является основным источником тепла в процессе. Основным продуктом процесса является жидкий чугун, который может в дальнейшем использоваться в сталеплавильных агрегатах или разливаться в чушки. Производимый чугун содержит 4,4 % ±0,15 углерода, 0,02 % ± 0,01 фосфора и не более 0,01 % кремния. Побочными продуктами являются шлак и печной газ. При использовании этого процесса достигается повышение эффективности использования материалов и энергорес-сурсов, а также снижение выбросов СО2 по сравнению с обычным доменным производством.
О современном состоянии процесса FINMET рассказал представитель венесуэльского предприятия Orinoco Iron Рене Лучена (Rene Lucena). Это - единственный технологический процесс твердофазного восстановления железа из руды мелких фракций, применяемый сейчас в промышленности. Этот процесс применялся на двух предприятиях: на заводе Boodarie Iron в Порт-Хедленде, Австралия, и на заводе Orinoco Iron в Пуэрто-Ордасэ, Венесуэла. В настоящее время производство осуществляется только на предприятии в Венесуэле. Это предприятие функционирует с мая 2000 года и имеет проектную мощность 2 млн. т в год. Процесс является привлекательным и экономичным для получения брикетированного железа из дешевой железорудной мелочи в тех случаях, когда в качестве восстановителя можно использовать природный газ. Для получения брикетов не требуется связующее вещество, в связи с чем продукт отличается высокой чистотой.
В области производства стали было сообщено (доклад Реджиса Леонарда - Regis Leonard) о новом предприятии в США по производству особо высококачественной стали. Речь идет о новом заводе концерна Charter Steel в районе Cleveland Ohio. Предприятие вошло в строй в июне этого года и предназначено для выпуска сортового проката специального качества Special Bar Quality (SBQ). В ноябре 2004 года был заложен фундамент нового плавильно-разливочного комплекса. Построены дуговая электропечь, установка для вакуумирования и четырехру-чьевая радиальная машина непрерывной разливки с радиусом 9 м. Машина производит заготовки сечением от 140 до 200 мм. Эти заготовки подвергаются прокатке на прутки, сматываемые в мотки. Вес мотков - от 4400 до 5500 фунтов. Стоимость всего проекта составляла 90 млн. $. Мощность предприятия - 700 тыс. т в год. Считается, что предприятие вывело концерн Charter Steel на ведущие позиции в США на рынке такой продукции как прутки,
катанка, проволока. Продукция предприятия отличается высоким качеством поверхности и минимальной сегрегацией.
Новые перспективы открываются также в сообщениях из Нидерландов и Германии, описывающих современную ситуации в непрерывной разливке стали, особенно в связи с опытом разливки тонких полос. Такие полосы могут применяться либо как самостоятельный продукт взамен горячекатаных листов, либо подвергаться в дальнейшем холодной прокатке. Ассортимент разливаемых этим способом марок стали возрастает. Первая промышленная установка такого рода на одном из предприятий ThyssenKrupp была описана нами в прошлогоднем обзоре. История создания этого нового, технически и экономически оптимального процесса демонстрирует наглядный пример видения перспективы развития отрасли политиками, инженерами и экономистами и их совместной плодотворной работы в рамках Евросоюза (напомним, что проект создавали три ведущих европейских концерна -из Германии, Люксембурга и Австрии), которому (хотелось бы верить!) должны последовать фирмы и заводы Украи -ны, возможно, в рамках СНГ, поставленные сегодня в жесткие условия энергетического кризиса и борьбы за рынки сбыта.
Демографические изменения и их влияние на отрасль
Демографические изменения в Германии и других странах Европы являются реальностью, с которой нельзя не считаться. На производственном уровне это должно означать более длительное участие трудящихся в производственном процессе и более поздний переход на пенсию. На секции рассматривался анализ демографических изменений, делались прогнозы их влияния на предприятия и их структуры занятости, а также обсуждались инструменты кадровой политики, которые помогли бы противостоять этим тенденциям. Речь шла о создании решений, которые, будучи интегрированы в единую кадровую стратегию, помогли бы преодолеть негативные демографические изменения.
В докладе Клауса Байлера (Klaus Bailer), например, шла речь о программе "Будущее" предприятия ThyssenKrupp Steel. В настоящее время количество трудящихся на предприятии несколько превышает необходимое. Но уже через несколько лет картина существенно изменится. Средний возраст сотрудников на предприятии составляет сейчас 44 года. Начиная с 2011 года, будут уходить на пенсию ежегодно от 500 до 600 сотрудников. Это может быть угрозой потери опыта, профессионализма, компетентности. В то же время потребность в людях будет возрастать. Для решения этих проблем разработана программа, рассчитанная на период времени с 1 октября 2006 по 30 сентября 2013 года.
За этот период предполагается сократить рабочую неделю с 35 до 34 часов, что создаст предпосылки для включения молодых рабочих в производственный процесс. Будет создано около 500 новых рабочих мест и дополнительно около 1000 молодых людей будет обучено металлургическим профессиям. Сокращение рабочей недели будет происходить путем введения дополнительных шести нерабочих дней в году с соответствующим снижением заработка. Договор по этому вопросу заключен уже между руководством предприятия, советом коллектива и профсоюзом. На предприятии рассматривают этот факт как важное проявление единства. Дальнейшие направления программы - развитие здравоохранения и квалификационных мероприятий для сотрудников всех возрастных групп. Предприятие заявляет о готовности инвестировать больше средств в человеческий фактор с целью повышения работоспособности трудящихся.
Об аналогичном проекте "Кадры-2025" предприятия Salzgitter AG рассказал Петер-Юрген Шнайдер (Peter-Juergen Schneider). Разработана компьютерная программа, которая позволяет моделировать кадровые ситуации. Прежде всего пересматривается отношение к старым кадрам. Опытным сотрудникам предоставляется возможность работать на условиях неполной рабочей недели даже после перехода на пенсию. При этом исходят из того, что в критических ситуациях опыт пожилых людей может помочь иногда больше, чем быстрота реакции молодых. Моделируются разные варианты, чтобы решать, в какой пропорции и как следует набирать новых сотрудников.
Существует два варианта набора молодых кадров. Их можно готовить непосредственно на предприятии либо набирать уже квалифицированных молодых рабочих со стороны. Выяснилось, что набор со стороны сотрудников наиболее перспективного возраста (от 25 до 30 лет) создает предпосылки к текучести кадров и нестабильности. Предпочтительно набирать со стороны людей среднего возраста, которые в связи со своим семейным положением более склонны к стабильности. Существует также возможность заимствования кадров у специальных фирм, сдающих работников в наем. Положительным моментом здесь является то, что таких людей можно брать на время возрастания объема заказов. При этом заметно урезается пакет социальных услуг. Важно умело комбинировать всевозможные варианты, хотя на крупных предприятиях типа Salzgitter AG заимствование работников на время практикуется редко.
Особое внимание предприятие уделяет непосредственной подготовке молодых кадров после школы. Кроме подготовки рабочих профессий, на предприятии совместно с высшей школой Braunschweig/ Wolfenbuettel разработан и осуществляется проект подготовки инженерных кадров. Студенты получают от предприятия стипендию на время обучения в размере 800 € в месяц. Первые два с половиной года происходит посеместровое чередование
теоретического обучения и практической работы на предприятии. По окончании этого цикла студент получает рабочую профессию. Последующее обучение в зависимости от специальности длится полтора или два года, после чего студент приобретает квалификацию бакалавра. Для поступления на такую учебу должны быть соблюдены некоторые предпосылки, в частности, средняя оценка по окончании школьного обучения должна быть не выше 2,4 (по нашим критерием это соответствует примерно баллу не ниже 3,8). Конечно, не исключен прием выпускников других вузов. Перед приемом на работу выпускник проходит серьезное собеседование, к которому он может подготовиться с помощью специальных тренировочных компьютерных программ.
Качество воздуха в промышленных районах Германии
На секции было заслушано 4 доклада, основное содержание которых сводится к следующему. Такие атрибуты промышленных регионов, как серое небо, покрытые пылью подоконники и загрязненный воздух стали уже, к счастью, достоянием истории. В то же время загрязнение воздуха вредными веществами в промышленных регионах остается существенно выше, чем в сельскохозяйственных. Правда, небо в основном остается голубым, т.к. немецкая промышленность в течение последних десятилетий существенно снизила выбросы пыли. Примерно 40 лет назад пылевые выбросы в обеих частях Германии составляли более 3 млн. т в год. В 2002 году эта величина составляла только 209 тыс. т. Большой вклад в эти положительные изменения внесла металлургия. Если в 1960 г. выбросы пыли составляли более 9 кг на тонну жидкой стали, то сейчас это значение снизилось до 300 г на тонну.
Эти перемены произошли как в результате существенных изменения самих сталеплавильных технологий, так и в результате установки новых эффективных фильтров. При этом уменьшились выбросы и вторичной пыли, т.е. пыли, выбрасываемой не через трубы, а при выпуске жидкой стали. Эти т.н. диффузионные эмиссии составляют сегодня около 2/3 общего объема выбросов металлургической промышленности. Конечно, существуют резервы дальнейшего улучшения ситуации, но именно борьба с вторичными выбросами является самой сложной задачей. Часто вторичные выбросы связаны с ухудшением по какой-либо причине работы отсасывающих устройств, и тогда пыль может распространяться через ворота и окна производственных помещений. Посредством увлажнения и установки дополнительных отсосов делаются попытки существенно снизить и эти выбросы.
От 25 до 30 € на тонну стали расходует металлургическая промышленность на природоохранные мероприятия. Это касается не только снижения выбросов пыли, но и охраны водоемов. При этом текущие расходы на поддержание этих мероприятий оказываются подчас выше, чем сами инвестиции. Дополнительной проблемой является то, что многие природоохранные мероприятия приводят к успеху не мгновенно, а лишь по прошествии некоторого интервала времени. Только создание совершенно новых установок принципиально улучшает ситуацию в отношении специфических выбросов. Это показал, например, ввод в действие новой коксовой батареи на предприятии ThyssenKrupp Steel в Дуйсбурге. Заменив старую, она позволила увеличить производство при одновременном существенном улучшении экологической обстановки. В других случаях оказывается результативной лишь сумма нескольких одновременно проведенных природоохранных мероприятий.
В международном масштабе металлургическая промышленность Германии занимает в отношении природоохранных мероприятий ведущие позиции. Одна из причин состоит в том, что в Германии, как и в ЕС в целом, все время понижаются допустимые пределы загрязнения. Поэтому промышленность находится постоянно под давлением государственных органов. В Германии допустимые нормы предусматриваются специальным государственным документом. Этим же документом предусмотрены требования к вновь вводимым в эксплуатацию установкам. Поскольку распространение пыли и других промышленных вредностей происходит независимо от государственных границ, существуют соответствующие программы в рамках ЕС. В центре внимания сейчас находится защита от тонкой пыли. Имеются в виду частицы пыли размером менее 10 мкм. На распространение такой пыли оказывают значительное влияние метеорологические факторы. Например, осадки очищают воздух. Отрицательное влияние оказывают т.н. инверсионные погодные ситуации. При этом в нижние слои атмосферы проникает горячий воздух, происходит слабый воздухообмен, и тонкие частицы пыли остаются на месте.
© Д-р техн. наук А. Л. Геллер, д-р техн. наук В. С. Горелик Германия, Дюссельдорф (Duesseldorf), 9-10 ноября 2006 г.
