Инновации в металлургии реферат

Обновлено: 06.07.2024

В 2006 г. металлурги России отметили важный юбилей - 60-летие с начала внедрения кислородно-конвертерного способа выплавки стали. Уже не подлежит сомнению, что первый кислородный конвертер ознаменовал собой смену парадигмы процесса и серьезную веху в развитии черной металлургии в целом.

Дополнительная информация

В своем развитии кислородно-конвертерный процесс оказал влияние как на конкурирующие технологии, так и на процессы, относящиеся к другим металлургическим переделам. Но и они, в свою очередь, оказывали влияние на кислородно-конвертерный способ выплавки стали.

Принцип выплавки стали в кислородном конвертере достаточно прост: жидкая ванна продувается кислородом для удаления лишнего углерода. Может сложиться мнение, что развитие данного способа выплавки стали было достаточно простым. Однако речь идет о поэтапном его совершенствовании в течение нескольких десятков лет.

Вначале совершим небольшой экскурс в историю кислородно-конвертерного процесса на примере Австрии. Идея использования чистого кислорода в производстве стали возникла задолго до появления кислородно-конвертерного процесса. Еще Генри Бессемер указывал на возможность улучшения своего процесса при замене воздуха чистым кислородом (причем продувка должна была вестись снизу). Внедрение продувки чистым кислородом тормозилось из-за отсутствия технологий и установок для производства это¬го газа в промышленных масштабах. Перемены наступили только после того, как фирма Linde разработала метод сжижения воздуха. Уже в 1930-е гг. появилась возможность производить кислород в достаточных объемах.

В 1952 г. на заводе в Линце был пущен первый кислородно-конвертерный цех с 30-т конвертерами. В 1953 г. аналогичные агрегаты были введены в эксплуатацию на заводе в Донавице. Когда запускались первые конвертеры, никто не мог и подумать, что это станет крупнейшей инновацией в сталеплавильном производстве. Мнения специалистов расходились. Эксперты оценивали мужество австрийских металлургов, которые дерзнули продувать сталь ее злейшим врагом - кислородом.

Кислородно-конвертерный процесс начал свое шествие по миру. Конвертеры стали вытеснять мартеновские печи, которые в конце 1960-х гг. уже потеряли свое лидерство. Этому способствовали меньшие капитальные затраты при сооружении конвертеров и их большая производительность. Этих аргументов в пользу кислородно-конвертерного способа вполне хватило для того, чтобы вытеснить мартеновский процесс. Но полный и окончательный триумф наступил лишь через несколько лет, когда стало ясно, что конвертерная сталь отличается высоким качеством, а сама технология - гибкостью.

В разных странах внедрение кислородно-конвертерного процесса проходило по-разному. Япония быстрее всего отреагировала на австрийскую новинку и за счет ее внед¬рения быстро стала ведущей металлургической державой. Оперативное внедрение кислородно-конвертерного процесса и удачная концепция управления инновациями привели к тому, что австрийская черная металлургия стала развиваться быстрее, чем в других странах Западной Европы. Сегодня в 85% конвертеров используется верхняя продувка кислородом и донное перемешивание инертным газом, а в 15% конвертеров - верхняя и нижняя продувка кислородом [1].

Впервые в СССР техническая возможность применения кислорода для продувки жидкого чугуна была показана Н. И. Мозговым в 1933 г. в результате опытов по вдуванию кислорода в 1,0—1,5-т ковши через графито-кварцевые трубки с внутренним диаметром сопла 16—20 мм. В 1937—1939 гг. эти опыты были продолжены в Академии наук УССР, а в 1940—1944 гг. — на Косогорском металлургическом заводе и в экспериментальном научно-исследовательском институте металлорежущих станков. В 1945—1952 гг. опыты были перенесены па конвертеры емкостью 1,5; 3; 5 и 12,5 т; при этом были опробованы всевозможные методы подачи чистого кислорода. На основании проведенных исследований на опытном конвертере Ново-Тульского завода и промышленном Енакиевского завода была отработана технология конвертерной плавки с подачей кислорода сверху через водоохлаждаемую фурму в практически современном варианте.

Соответствующие исследования были выполнены в Австрии в 1952—1954 гг., там же появились и первые кислородно-конвертерные цехи с конвертерами емкостью 30 т. В СССР первый кислородно-конвертерный цех пущен в эксплуатацию на заводе им. Петровского в 1956 г. В 1957 г. мировая выплавка кислородно-конвертерной стали составляла 2821 тыс. т; работало 5 конвертерных цехов с 11 конвертерами, причем 3 из них в СССР. В то время на долю СССР приходилась почти треть всей мировой выплавки. К началу 1961 г. в мире действовало уже 32 конвертерных цеха с 64 конвертерами[2].

Первоначальный вариант кислородно-конвертерного процесса значительно трансформировался за счет так называемых комплектов модернизации (если применять терминологию из сферы информационных технологий). К ним относятся системы перемешивания инертным газом, отсечки шлака, вспомогательные фурмы и системы предотвращения выбросов. На стадии развития находятся такие средства управления технологическим процессом, как непрерывный анализ отходящих газов, непрерывный замер температуры ванны и определение ее массы в ходе продувки.

Существенный прогресс был достигнут в сфере автоматизации кислородно-конвертерного процесса. Уже в 1980-е гг. можно было точно определить момент окончания продувки с помощью вспомогательных фурм. Высокая достоверность результатов достигается за счет точного измерения входных и выходных параметров, а также применения усовершенствованных моделей технологического процесса.

По некоторым оценкам, к фундаментальным инновациям и принципиально новым металлургическим технологиям в черной металлургии XX века можно отнести следующие нововведения: большие доменные печи с механизированными системами шихтоподачи, появившиеся в США в начале столетия; бессемеровский процесс, разработанный в Англии Г.Бессемером в 10-е годы; процессы непрерывной горячей и холодной прокатки, внедренные компанией Armco Steel в США в 20-х годах; кислородно-конвертерный процесс (процесс LD), разработанный фирмой VAI в Австрии в 50-х годах на базе советских и немецких исследований; непрерывная разливка слябов, впервые осуществленная в промышленном масштабе в советской металлургии в 60-е годы.

В дальнейшем появление новых технологий связано со стремлением к повышению стабильности и эффективности технологических процессов. Примером может служить общепринятая сегодня технология выплавки стали в высокомощных электродуговых печах, впервые осуществленная в США на заводе Northwestern Steel and Wire фирмой Union Carbide в 70-е годы [3].

В первой половине прошлого столетия производство черных металлов развивалось высокими темпами, материальные и финансовые ресурсы расходовались в основном на совершенствование технологических процессов и повышение их эффективности. Решающее влияние на техническую и экономическую политику металлургических предприятий оказывали инженерные разработки технологических служб. Подобный технократический подход - следствие устойчивости стального рынка, который находится под контролем производителей, когда спрос на стальную продукцию превышает предложение.

С конца 70-х годов снизились темпы роста сталеплавильного производства. На глобальном стальном рынке впервые предложение стальной продукции превысило спрос. В 2001 г. при мировом производстве стали 850 млн. т прогнозировалось сокращение обще¬го производства на 8%, в том числе в США на 6%, в странах ЕС на 7,4%, в странах СНГ на 4,7%. В это время в отрасли отмечались кризисные явления, которые проявились, в частности, в банкротстве 17 крупнейших компаний в США, повышении в США до 40% ввозных тарифов на сталь. В такой ситуации планировалось по¬этапное снижение мирового производства на 65 млн. т/год к 2004 г., на 23 млн. т/год - к 2010 г [4].

Предприятия начали сокращать неэффективные мощности, рационализировать организационные структуры, модернизировать производство в ожидании новой волны расширения спроса на сталь. Технократический менталитет руководителей заводов стал заменяться экономическим, на первый план вышли интересы акционеров, основное внимание было сосредоточено на финансовых результатах работы предприятий как главной цели любого бизнеса. Инновационная активность металлургов начала выходить за границы технологического процесса, они стали все в большей мере концентрировать свое внимание на конечных продуктах. Исследования и разработки, которые раньше ставили своей задачей совершенствование производства традиционной металлопродукции, были пере¬нацелены на создание новых рынков, на обновление самой продукции, расширение ее видов, на выпуск но¬вой продукции с высокой добавленной стоимостью. Т.е инновационная активность стала переходить с процесса на продукт.
Инвесторы начали снижать риски внедрения новых технологических процессов, поскольку большинство капиталоемких металлургических проектов долго реализуется. Принятие решения о строительстве может тянуться годами, рентабельность при этом находится на низком уровне - лучшие показатели 10-12%.

Появилась тенденция сохранения привычных схем производства с отработанными технологиями и известными затратами[5].

Одна из актуальнейших проблем модернизации чёрной металлургии, связанных со строительством новых конверторных цехов, является достаточно дорогостоящей (450-850 млн. долл. США) и сопряжена со значительной реконструкцией зданий, вспомогательных и энергетических коммуникаций. Главным же недостатком существующего кислородно-конвертерного способа, да и всей чёрной металлургии в нынешнем её состоянии является экологическая вредность с её губительными выбросами в атмосферу и не менее вредными отходами.

Поэтому мы детально разработали энергетически, экономически и технологически обоснованные мероприятия, позволяющие достичь повышенной производительности конвертора (альтернативных современным конвертерам).

В данной области существует множество изобретений, позволяющих повысить производительность процесса выплавки стали, повысить стойкость агрегата, упростить его конструкцию, сократить длительность плавки, повысить выход годного, расширить технологические возможности агрегата, упростить процесс завалки металлолома и заливки чугуна и т. д. Был проведен патентный поиск по группе изобретений, относящихся к области черной металлургии, конкретнее к кислородно-конвертерному производству стали.

На основе изученных материалов был разработан комплекс мероприятий и усовершенствований, позволяющих повысить производительность конвертерного оборудования. На изобретение была оформлена заявка на получение патента и принята к рассмотрению [Конвертер для производства стали с применением кислородного дутья, заявка №2010106687].

Таким образом, недостатком известного конвертора для производства стали с применением кислородного дутья является повышенный угар железа металлолома, длительный цикл плавки и повышенный расход твердого топлива.

Задачей изобретения является снижение угара железа металлолома, использование тепла отходящих газов и сокращение цикла плавки. Эта задача решается за счет того, что газоотводящий тракт снабжен кольцевым газоотводом с вращающимся подом, на огнеупорной рабочей поверхности которого размещается металлолом и уголь.

Данные результаты позволяют сделать вывод о целесообразности ведения инновационной политики в черной металлургии, а в частности, использования на практике конвертора с кольцевым газоотводом.

Таким образом, можно сделать ряд выводов:

• для придания развитию отечественной металлургии, как и экономике в целом, инновационного ускорения государство и промышленность должны создать стратегический союз для достижения национальной конкурентоспособности и увеличить капиталовложения в исследования и разработки;
• традиционная привязанность к зрелым технологиям в долгосрочном плане неизбежно ведет к технологическому отставанию.

Кислородный конвертер ознаменовал собой смену парадигмы процесса и серьезную веху в развитии черной металлургии в целом. В своем развитии кислородно-конвертерный процесс оказал влияние как на конкурирующие технологии, так и на процессы, относящиеся к другим металлургическим переделам. Но и они, в свою очередь, оказывали влияние на кислородно-конвертерный способ выплавки стали.

Мировой кризис негативно отразился на экономике России, но металлургическая промышленность сохранила свои возможности благодаря предшествующим крупным денежным вкладам. Металлургия – это основная отрасль государственной промышленности, своеобразный фундамент для развития экономики в целом.

В общем экспорте страны доля металлургии составляет 14%. Экспортируется более 40 % стали, выплавляемой в РФ. Продукция металлургов в ВВП составляет 5 %, во всем промышленном комплексе – 17%. Металлургическая отрасль вносит существенный вклад в экономику страны и наполняет бюджет. В связи с неблагоприятной экономической обстановкой принят также план по замещению импортной продукции на отечественную. Повышение конкурентной способности отрасли входит в стратегические планы государственного уровня. Предприятия отрасли модернизируются и применяют инновации в производстве.

Востребованные инновации касаются обновления технологий, снижения ресурсоёмкости, улучшения экологической составляющей в металлургии. Особый упор делается на продукцию электродную, углеграфитовую, твёрдосплавную, полупроводниковую, прокатную. Чтобы избежать упадка в металлургической промышленности, необходимо активизировать инновационную деятельность. Научно-исследовательские учреждения оказывают существенную помощь в модернизации отрасли.

10 инноваций в металлургии 2018

Инновации в металлургии:

Развитие металлургической промышленности закономерно входит в стратегическое планирование федерального уровня. Использование инноваций в металлургии, внедрение современной техники, модернизация действующей увеличивают коэффициент обновления основных производственных фондов до 5%. В перспективе, к 2020 году металлургическая промышленность выйдет на мировой уровень по количеству произведенной продукции.

Чёрная металлургия

Инновации в чёрной металлургии задействованы в отдельных направлениях производства:

1. Доменном.
   Предусмотрено строительство установок по вдуванию угольной пыли, увеличение выплавки чугуна до 20% и уменьшением расхода природного газа.
2. Сталеплавильном.
   Отказ от использования мартеновских печей для производства стали, уменьшение расхода металлопроката до 1088 кг/т в 2020 году с нынешних 1142
   кг/т. Использование сверхмощных печей для экономии электроэнергии(350 кВт*ч /т в сравнении с нынешними 500 кВт*ч/т).
3. Прокатном.
   Увеличение выпуска листового металла в общем выпуске металла до 65%, доведение до уровня экономически развитых стран.
4. Цветная металлургия
   Темп роста отрасли вызван необходимостью заместить импорт отечественной продукцией. Быстрый рост требует инновационного подхода к технологии, технике и организации производства. Нестабильность внешнего рынка и недостаточная ёмкость отечественного требуют развития последнего.

Кольская горно-металлургическая компания модернизирует обогатительную фабрику. Усовершенствования касаются АСУ ТП. Комплекс замещается новым, поскольку прекращено производство запасных комплектующих и возможны аварийные ситуации. Новое оборудование устанавливают поэтапно. Уже произведена замена на пульпонасосной станции, сейчас модернизируются 3 секции флотации. За 2018 год будет заменён весь аппаратный комплекс предприятия.

Предприятие планирует модернизировать всю систему управления до начала 2019 года и соединить в одну централизованную систему управления обогатительной фабрики СУ отдельных производственных участков. Это позволит далее совершенствовать технологический процесс, проявлять гибкость при смене технологических циклов.

Для предприятия разрабатывается технологическая линия очистки стоковых вод до приемлемого уровня.

Как и в любой другой производственной области, в металлургии постоянно разрабатываются и внедряются новейшие технологии. Они позволяют снижать финансовые затраты, наращивать объемы производства и улучшать качество. Компании, занимающие лидирующие позиции на рынке, стараются быть в курсе всех инноваций и по возможности используют их.

Добыча золота

Среди новейших технологий в цветной металлургии важное место занимает добыча золота. Для получения золотой руды ученые разработали следующие современные способы:

1. Скважинная гидродобыча золота. В основе метода лежит подача жидкости по скважинам, которая размывает породу. Далее происходит откачка жидкого раствора с частичками металла на поверхность уже по другим скважинам.
2. Золото можно извлекать из россыпей и руд микробиологическим способом с применением специальных бактерий Thiobacillus ferroxidans. Они делают возможным процесс выщелачивания драгоценного металла из концентратов. Эта методика значительно экономит бюджет, так как не требуется дорогостоящий обжиг. Кроме того, она экологична, потому что не происходит загрязнения воздуха токсическими испарениями.

Производство стали

Новейшие технологии добычи металлов позволяют получать сталь. Она образуется путем соединения углерода с железом и разными гелирующими элементами (если есть такая необходимость). Способов ее выплавки существует несколько. Вот самые высокопродуктивные и современные:

1. Электроплавильный. Суть метода ─ выплавление качественной легированной стали с помощью дуговых печей. Подобные агрегаты характеризуются тем, что металл в них плавится очень быстро. Кроме того, возможно получение стали и сплавов любого состава. Неметаллические включения, сера и фосфор содержатся в них в небольшом количестве. Использование данного способа пока ограничено из-за высокой стоимости электроэнергии.
2. Конверторный. Основа процесса – это продувка кислородом жидкого металла, окисление чугуна и трансформирование его в сталь. Из преимуществ метода следует отметить высокую производительность, низкую себестоимость стали, компактность и простоту устройства конвертера.

Доменное производство

В доменных печах осуществляется освобождение из руды железа и выплавление чугуна. Он бывает двух видов:

• литейный (для отливки чугунных заготовок);
• предельный (применяется для изготовления стали).

Усовершенствование доменного производства направлено на увеличение мощности печей и улучшение подготовки сырых материалов к плавке. Кроме того, большое внимание уделяется прогрессивным технологиям, направленным на автоматическое управление за ходом работы печей.

Обработка металла

Новые технологии в металлургии и металлообработке позволяют повысить производительность труда, улучшить качество изделий и уменьшить количество отходов.

Среди научных достижений в сфере обработки металла можно выделить следующие:

1. Гидроабразивная резка. При данном способе на материал воздействует тонкая водяная струя, насыщенная абразивными веществами. Она подается в рабочую зону под высоким давлением. Такая технология с успехом используется на производствах, где не допускается искрообразование и чрезмерное нагревание металла. Подобные установки позволяют эффективно очистить ржавчину с поверхности, снять микронеровности.
2. Электрохимическая обработка. Она используется для любых металлов и сплавов, в независимости от их механических свойств и химического состава. В основе метода ─ растворение материала в электролитическом составе под действием тока определенной величины. Как результат – поверхностные слои металлов насыщаются сульфидами, нитридами, карбидами. Такие соединения обычно образуются только при высоких температурах. Технология востребована для производства радиаторов, пластин и других биметаллических деталей.
3. Лазерная резка. Это способ появился недавно, но уже приобрел большую популярность. Он имеет неоспоримые преимущества: качественные результаты, невысокую цену, эффективность. Для такой резки характерно испарение металла под воздействием лазерного луча. Благодаря данной методике можно получить на заготовках даже минимальные отверстия. Лазером производится размерная прошивка тугоплавких химических элементов (молибдена, вольфрама) и изготовляются детали самых сложных форм без потери качества.
4. Магнитноимпульсная обработка. Обрабатываемые изделия подвергаются действию мощных импульсов магнитных полей, вследствие чего возникают характерные вихревые потоки в заготовках. Методика подходит для получения из стали листовых заготовок, формовки малопластичных сплавов (бериллия, титана).

Вторичное сырье. Переработка

Ресурсы черной и цветной руды истощаются ежегодно, а рынок ее потребления имеет тенденцию к неуклонному росту. Металлопродукция всегда необходима во многих областях: судостроении, производстве сантехники, строительной индустрии, машиностроении. Поэтому вполне разумно заниматься переработкой изделий и деталей, которые уже отработали свой ресурс. Это неплохая и прибыльная идея для развития частного бизнеса.

Наиболее просто перерабатывать однотипные металлы, со сплавами же дело обстоит сложнее. Металлический лом отделяют от других отходов, прессуют, запаковывают и отправляют на литейные предприятия. Там он подвергается дальнейшей обработке и переплавке в электрических индукционных печах.

В качестве сырья для повторной переработки чаще используются:

Использование вторичного сырья не только экономически оправдано, но и положительным образом сказывается на экологии. В отличии от первичного литья, здесь не происходит выделения тяжелых металлов и других вредных соединений в окружающую среду.

Металлургия — это та отрасль, в которую постоянно происходят финансовые вливания для разработки инновационных технологий. Поэтому в ближайшие годы появится еще немало интересных новинок, которые прочно войдут в повседневные производственные процессы.

Для планирования будущих инноваций требуется серьезная ана­литическая работа и системный подход, ведь ставки очень высоки. Так формируется настоящая инновационная экосистема, в которой, как в экосистеме биологической, каждый элемент связан друг с другом и влияет на общее развитие и процветание.

Как эта система работает в Группе НЛМК?

В компании за развитие и внедрение новых технологий отвечает инновационный блок, состоящий из нескольких центров компетен­ций, а принять участие в инновационном проекте может каждый сотрудник компании.

В дирекции по исследованиям и разработкам (R&D) работают над улучшением свойств существующих сталей, разработкой новых марок и новых технологий производства стали.

В дирекции по цифровой трансформации создают условия для эффективной работы продуктовых команд, раскрывающих цифровой потенциал производств и функций.

В Лаборатории инноваций заняты поиском инновационных реше­ний по широкому спектру направлений и технологий, которые необ­ходимы дивизионам и функциям компании для решения их реальных проблем. В том числе применяется формат открытых инноваций – работа с внешними партнерами: венчурными фондами, институтами развития и другими профильными центрами экспертизы.

Получается, что уже сейчас в Группе НЛМК очерчивают тот кон­тур будущего, в котором металлургия будет развиваться в следующие десятилетия. Давайте посмотрим, с какими основными трендами специалисты компании связывают возможное развитие нашей отрасли.

ПРИМЕНЕНИЕ РОБОТОТЕХНИКИ

Роботы, которые нас интересуют, не имеют ничего общего с двуногими машинами-киборгами из голливудских фильмов. Заводы будущего заинтересо­ваны в промышленных роботах (тех, что помогают автоматизировать производ­ственный процесс, главным образом это манипуляторы) и в роботах сервисных (эти выполняют полезную работу для людей и оборудования). Металлургам новой про­мышленной эры пригодятся активные экзоскелеты, роботы-уборщики, логисти­ческие роботы, автономные самосвалы и беспилотные летательные аппараты для мониторинга состояния дорог в карьерах.

Четыре D роботизации

3D-ПЕЧАТЬ

Современный 3D-принтер – это уже не игрушка для производства сувени­ров из пластика. Сейчас его исполь­зуют во множестве отраслей, и работать он может с самыми разными материа­лами: металлом, полимерами, формовоч­ным песком, керамическим порошком и так далее. Неудивительно, что рынок 3D-принтеров сегодня уже превышает $10 млрд.

В черной металлургии 3D-печать при­меняется преимущественно в ремонтных комплексах. Из-за огромной номенкла­туры деталей (а это тысячи позиций) их зачастую эффективнее делать самим, чем закупать у стороннего производителя, ждать изготовления и доставки на пло­щадку. А если использовать инженерное 3D-моделирование, то можно дополнительно оптимизировать геометрию детали, например, снизив вес или улуч­шив систему каналов охлаждения. Все это позволит напечатать новую деталь, не выходя из цеха.

Так, в фасонно-литейном цехе НЛМК сейчас осваивают технологию 3D-печати песчаных форм для литья деталей. Это позволит сократить затраты на закупку дорогостоящих запасных частей, в том числе со сложной геометрией.

НОВАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Ни одно промышленное предприятие не сможет работать без использования энергии, а в металлургии доля затрат на топливно-энергетические ресурсы может достигать 30% и более. Наша отрасль – одна из самых энергоемких в промышленности, поэтому основной вектор развития энергетики в метал­лургии – это сокращение затрат на энер­госнабжение, в первую очередь за счет повышения энергоэффективности техно­логических процессов.

ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Здоровье и жизнь сотрудников – ключе­вая ценность для Группы НЛМК, поэтому компания также ищет инновации и в этой сфере. В этом направлении уже появ­ляется множество интересных проек­тов. Например, существуют алгоритмы, которые по изображению с камер видео­наблюдения способны определить, есть ли у рабочего необходимые средства защиты. Есть системы, которые помо­гают контролировать режимы сердечного ритма у работников. Рабочий надевает футболку с кардиоэлектродами, кото­рая подключена к смартфону беспровод­ным способом. Если у него начинаются проблемы с сердечным ритмом, смарт­фон передаст эту информацию на меди­цинский операторский пульт. В НЛМК уже проводятся испытания системы, которая предотвращает столкновение кранов с препятствием. Она построена на базе радиочастотных излучателей: обмениваясь сигналами, они определяют расстояние до объекта и скорость крана, останавливая его в случае опасного сбли­жения. Испытывали в компании и сис­тему, которая контролирует появление персонала в опасных производственных зонах: специальные трекеры, встроенные в каску или браслет, показывают местопо­ложение сотрудника на 3D-плане помеще­ния. Появилось даже решение на основе браслета и технологии Bluetooth Low Energy 5.0 – браслет сигнализирует, если его хозяин нарушает социальную дистан­цию, а также фиксирует время, дату и уни­кальный идентификатор сотрудника. Это помогает восстановить его маршрут в слу­чае распространения заражения.

ВИРТУАЛЬНАЯ И ДОПОЛНЕННАЯ РЕАЛЬНОСТЬ

Такие технологии используются не только в игровой индустрии, но и в обучении, медицине, промышленности. По оценке экспертов, мировой рынок этих техно­логий в 2020 году приблизится к 20 млрд долларов. Конечно, не останется в сто­роне и металлургия. Уже сегодня, исполь­зуя очки виртуальной реальности, можно смоделировать глубокое визуальное погружение в ситуацию, где человек ста­новится участником опасного инцидента, операции или технологического процесса и учится на них правильно реагировать. У технологий дополненной реальности большой потенциал в техническом обслу­живании и ремонтах: они позволяют выводить на очки технологическую карту или видеоинструкции. Так уже работают в Boeing: там дополненную реальность использовали для установки проводного соединения электрических и электрон­ных компонентов систем управления самолета Freighter 787-8.

ПРЕДИКТИВНАЯ АНАЛИТИКА СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

Работа любого промышленного оборудо­вания имеет массу параметров: количе­ство потребляемой энергии, температура агрегата и его отдельных элементов, ско­рость вращения и вибрации подвижных узлов, химия и физика внутренних жидко­стей и газов и многое другое.

Накопив определенное количество значений этих параметров за долгий срок работы оборудования, можно установить их зависимость друг от друга. Кроме того, можно понять, что произойдет с оборудо­ванием в будущем, если параметры нач­нут менять свои значения. Занимаются такой аналитикой специальные цифровые алгоритмы, благодаря которым можно точнее планировать ремонты, прогнози­руя состояние оборудования, и сократить риски внеплановых простоев. На Новоли­пецком комбинате уже сегодня на мотал­ках стана 2000 испытывается комплекс предиктивной вибродиагностики. Он определяет динамику развития дефек­тов во времени и срок перехода дефекта в критическое состояние.

СТАЛЬ БУДУЩЕГО: КАКОЙ ОНА БУДЕТ

Все тренды, о которых мы писали выше, касаются работы металлургических пред­приятий. Но сохранится ли вообще наша отрасль промышленности в далекой пер­спективе? Останется ли у общества буду­щего потребность в стали или ее вытеснят другие материалы? Эксперты успокаи­вают: пока стали можно не бояться своих ближайших конкурентов. А если исследо­вания по поиску новых свойств стали будут продолжаться, она и вовсе сумеет надолго остаться в звании материала номер один.

Преимущества легких сплавов и композитов – меньшая масса, но они проигрывают стали по целому ряду меха­нических характеристик. Керамика имеет высокую износо- и жаростойкость, но при этом очень хрупка и не выдер­живает циклических нагрузок; пла­стики – легки и пластичны, но имеют пониженную прочность, а также легко разрушаются под воздействием темпе­ратуры. Сталь же, помимо существенно больших объемов производства при мень­шей себестоимости продукции, сочетает в себе все перечисленные характери­стики и по общей совокупности свойств не имеет аналогов. Поэтому ее опреде­ленно можно считать материалом буду­щего. Причем это будет сталь с самыми разными свойствами: уже сейчас ведутся разработки, которые позволят созда­вать стали с необходимым для того или иного применения уровнем свойств. Недавно было подсчитано, что в своем развитии производство стали за послед­ние 20 лет прошло больший путь, чем за весь ХХ век. Поэтому сейчас в мире наблюдается обратная тенденция: сталь начинает вытеснять другие материалы из отдельных областей. Так, разработка сверхвысокопрочных сталей (AHSS, TRIP, TWIP) и новых технологий их обработки позволила значительно облегчить массу деталей кузова автомобиля. Это привело к заметному сокращению применения легких сплавов и композитов в автопроме.

В современном материаловедении уже сейчас немало тенденций, которые раньше считались невозможными. Например, чтобы сталь не ржавела, к ней в процессе выплавки традиционно добавляют очень дорогие ниобий, титан и ванадий. Оказа­лось, что их все можно заменить на медь. При определенных условиях термической обработки в стали образуются частицы уникального соединения с железом – пере­насыщенного твердого раствора меди в решетке железа. Наночастицы меди рас­пределяются по объему стали и дают ей точно такую же стойкость к коррозии, как и более дорогие добавки. Такое управляемое формирование наночастиц в объеме стали – один из перспективных трендов отраслевого материаловедения, который активно развивается.

Не исключено, что металлургия будущего начнет работать со сталями, у которых будут и другие уникальные свойства, – их появление зависит от того, какие качества стали окажутся востре­бованы у наших клиентов. Например, аморфные стали – это стали, не имеющие кристаллической структуры, но обладающие предельно низкими магнитными потерями до 0,2 Вт/кг.

Развитие металлургической отрасли не может идти отдельно от других: метал­лурги должны не только решать текущие задачи, но уже сейчас думать о будущем вместе с клиентами. Инновации – откры­тая экосистема: в мире, где налажен обмен информацией, совместное экс­пертное изучение проблем и аналити­ческое прогнозирование, вы не только не отстанете от прогресса, но и окажетесь в его авангарде.

МНЕНИЯ

Сергей Чеботарев , вице-президент по энергетике, куратор инновационного и экологического блока компании НЛМК:

– Есть несколько ключевых трендов, которые определят дальнейшее развитие отра­сли: водородная энергетика, утилизация вторичного тепла металлургических процессов, использование возобновляемых источников и хранение энергии. Каждый из них несет в себе огромный потенциал.

Следуя принципам минимиза­ции воздействия на окружающую среду и повышения эффективности использования ресурсов, мы также регулярно оцениваем варианты эффективной утилизации вторич­ных энергоресурсов на площадках Группы. Так, например, в метал­лургических процессах существует множество источников вторичного тепла (слябы, шлаки, нагреватель­ные печи, дымовые газы), которое можно использовать для выра­ботки тепло- или электроэнергии для нужд предприятия. Крупней­ший инвестиционный проект Стра­тегии 2022 – новая утилизационная электростанция – пример такой технологии, в качестве топлива она будет использовать вторичные металлургические газы.

Вопрос накопления и хранения электроэнергии также находится на повестке дня. Соответствующие технологии активно развиваются, стоимость хранения снижается, а объемы накопителей растут. Поэтому мы также мониторим технологические тренды в этой области и регулярно оцениваем возможность применения соот­ветствующих решений в рамках Группы.

Анна Коротченкова, директор по исследованиям и разработкам Группы НЛМК:

– Можно уверенно сказать, что в будущем сохранится спрос на высокопрочные стали. Приведу пример: Tesla Cybertruck, футури­стический пикап от Tesla, пред­ставленный в ноябре 2019 года, полностью изготовлен из сверх­высокопрочной стали. Кузов автомобиля изготовлен из сверх­твердой холоднокатаной нержа­веющей стали 30Х. Маск уточнил, что 30Х – это условное обозна­чение новой марки стали 300-й серии, которая для повышения прочности подвергается много­стадийной закалке. Такая сталь должна штамповаться на прессе – кузов Tesla Cybertruck сделан из единого листа толщиной 3 мм, сложенного в нескольких местах. Даже сгибание требует глубокого зазора на внутренней стороне изгиба. Такое вот оригами для взрослых.

Будут востребованы стали с повышенной коррозион­ной стойкостью. Это, например, атмосферостойкие стали, стали, стойкие в различных грун­тах, или те, которые используют для транспортировки корро­зионных сред, таких как газ и нефть. Большой потенциал есть у направления по производству проката с различными функциональными покрытиями. Например, самовосстанавливающиеся покрытия или антибактериаль­ные. Это позволит увеличить срок эксплуатации изделий из такого проката. Еще одно важное направление – энергогенерация и энергосбережение. В НЛМК уже сейчас идут работы по созданию покрытий на стальную черепицу, которые способны под действием солнечного света вырабатывать электроэнергию.

Управляемое формирование наноразмерных частиц в объеме стали – это тренд современ­ного материаловедения, кото­рый является многообещающим и активно развивается.

Читайте также:

  
• Реферат про грибы с картинками
  
• История благотворительности и медицинского служения в азиатских странах реферат
  
• Катастрофа ан 124 в иркутске реферат
  
• Планирование трудовых ресурсов реферат
  
• Компьютерные технологии подготовки текстовых документов реферат