Uporaba računalnika na EOP in VAD UDK: 669.187.6; 861.142 ASM/SLA: D8p, xl4k Jože Šegel*, Alojz Rozman* Prikazane so značilnosti uporabe računalnika na EOP in VAD s poudarkom na rezultatih uporabe računalnika pri legiranju. Predstavljen je tudi princip avtomatskega doziranja ferolegur, informacijski sistem kemičnih analiz za jeklarno in način računalniškega spremljanja uspešnosti proizvodnje posamezne šarže. 1. TEHNOLOŠKE ZNAČILNOSTI VAD POSTOPKA Vložek starega železa se pretali na elektroobločni peči — EOP. Po oksidaciji in razfosforenju se skupaj z žlindro prelije v prenosno ponovco. Iz prenosne ponov-ce prelijemo jeklo v delovno ponovco, v kateri poteka obdelava jeklene taline. Namen prelivanja je zadrževanje oksidativne žlindre v prenosni ponovci. Med prelivanjem dodamo tudi pretežno količino ferolegur, kar bomo v nadaljevanju imenovali legiranje med prelivanjem. Delovna ponovca se zapelje pod pokrov VAD naprave. Obdelava jekla poteka pri delovnem vakuumu 650—750 mbarov. Fazi dogrevanja in homogenizacije kemične sestave ter temperature sledi končna korektura kemične sestave taline in po potrebi degazacija pri pritisku < 1,3 mbar. Na sliki 1 je prikazana shema postopka ponovčne metalurgije — VAD v železarni Ravne. 2. ZNAČILNOSTI UPORABE RAČUNALNIKA NA EOP (5) 2.1 Povečanje porabe legiranega odpadka Z večanjem porabe legiranega odpadka se zmanjšuje poraba ferolegur. Poleg legiranega odpadka iz obratov železarne je legiran odpadek dosegljiv tudi z nakupom za dinarska in devizna sredstva. Se posebej pomembna je poraba legiranih odpadkov, zato ker z dinarskimi sredstvi znižamo uvoz nekaterih ferolegur. Torej gre za delno substitucijo čistih surovin z odpadnim starim železom. Z legiranimi odpadki je povezana velika problematika pri sortiranju, zbiranju, tehtanju in skladiščenju tega vložka. Pri večji porabi legiranih odpadkov se poveča riziko zgrešitve kemične sestave. Vendar se vso to problematiko splača reševati, saj daje povečana poraba legiranih odpadkov izredno ugodne ekonomske (dinarske in devizne) učinke. S pomočjo posebnih akcij, nabave, jeklarne in računalniške ekipe ter uporabe računalnika se je poraba legiranih odpadkov v železarni vsako leto skoraj podvojila. Prej je bila poraba leg. odpadkov okoli 2500 t, leta 1983 pa 10.0001. Jože Šegel, dipl. inž. metalurgije vodi službo za avtomatizacijo proizvodnih procesov v železarni Ravne. Alojz Rozman, dipl. inž. metalurgije je inženir za kvaliteto v je-klarni železarne Ravne 2.2 Znižanje stroškov električne konice Električna energija predstavlja pomemben strošek pri proizvodnji jekla. Dve tretjini teh stroškov se nanaša na stroške električne konice. Prekomerna poraba električne energije ob električnih konicah je izredno draga. S pomočjo procesnega računalnika so doseženi za 6—7 % nižji stroški. Krmiljenje električne konice je izvedeno za celo železarno, pri tem pa se izklapljajo samo EOP in VAD. 2.3 Zamenjava dragih ferolegur s cenejšimi Ferolegure kroma in mangana se močno razlikujejo po čistosti in ceni. Kolikor je le mogoče, je treba zamenjati čistejše in dražje ferolegure z manj čistimi, več-komponentnimi in cenejšimi. To nam je tudi uspelo s pomočjo računalnika. Kar za 30—70 % seje razmerje med porabo drage in cenejše ferolegure spremenilo v korist manjše porabe dragih ferolegur. 2.4 Znižanje porabe ferolegur in izboljšanje kakovosti jekla Poraba uvoženih ferolegur se je pri posameznem jeklu znižala zaradi že omenjene povečane porabe legiranih odpadkov in zaradi znižanja povprečne vsebnosti legirnih elementov v jeklu. Železarna Ravne proizvaja preko 350 vrst jekel, od navadnih ogljičnih do zelo visoko legiranih in zahtevnih jekel. Bolj ko je jeklo legirano, bolj pomembna je vloga računalnika pri legiranju. Pri visoko legiranih jeklih je že nepogrešljiv, pri navadnih ogljičnih jeklih pa so ekonomski in kakovostni učinki procesnega računalnika skromnejši. Venda je težišče razvoja železarne Ravne v smeri zahtevnejših ter legiranih in ne masovnih jekel. Zožitev porazdelitve končne kemične sestave jekla daje enakomernejšo kakovost jekla in je novi pripomoček za reguliranje mehanskih in kalilnih lastnosti jekla. Ozka porazdelitev vsebnosti posameznega legirnega elementa se lahko usmeri v tisto področje analiznega predpisa, ki daje boljše lastnosti jekla. 3. UPORABA RAČUNALNIKA PRI VAD Veliko jekel se ob klasični EOP tehnologiji legira le enkrat, nekaj jekel ima eno predlegiranje neoksidacij-skih elementov, pri manjšem številu jekel pa nastopi dvakratno predlegiranje ali izdelava po dveh različnih tehnologijah, oksidacijski in pretopitveni. Za vse te primere ima računalnik pripravljene modele izračuna, ki se v zadnjem času opravijo avtomatsko, takoj po dobljeni kemični analizi. Nova ponovčna tehnologija pa zahteva dva nova modela izračuna dodatka. To je legiranje ob prelivanju iz EOP v ponovco in legiranje v vakuumu. Ob uvajanju KIPANJE IZ EOP V PONOVCO EOP -taljerye vložka - raz fos forenje^~2 -oksdacija £< na dno ponovce-AI,C ko je ponovca potna do 2/3 (vse fero- legure FeMn,FeCr, FeMo.Ni, SiMn,FeSi) 1650-1680°C PONOVCA A 0,02 0,04 0,06 0,08 -- C/. Ck - % CPJ Slika 2 Primerjava regresijskih enačb izkoristka ogljika med kladično EOP in ponovčno tehnologijo (VAD) Fig. 2 Comparison of the regression equations of carbon yield betvveen the standard EOP and (VAD) ladle metallurgy klarne v sodelovanju s službo za avtomatizacijo proizvodnih procesov. ponovčne tehnologije se konvencionalni način izdelave jekla na EOP ne ukinja, temveč le količinsko zmanjšuje. Maksimalno število modelov za eno jeklo je po novem 6, v povprečju pa 3. Tolikšno število različnih modelov izračunov dodatka ferolegur, ki izhajajo iz različnega obnašanja izkoristkov posameznih legirnih elementov, je pri 350 jeklih »ročno« zelo težko obvladati in je to razlog več za uporabo računalnika. Na sliki 2 vidimo primerjavo stare in nove regresij-ske enačbe izkoristka ogljika. Ravno pri oksidacijskih elementih se pričakuje bistveno izboljšanje kvalitete le-giranja, zato so zanesljivejše in kvalitetnejše regresijske enačbe izkoristkov legirnih elementov ugodne. Zanimiv je velik koeficient determinacije. Iz 0,06 se je povečal na 0,58. Povprečno znižanje izkoristka posameznega elementa je posledica spremembe tehnologije dezoksi-dacije. Legiranje v VAD poteka v dveh fazah: predlegi-ranje ob izlivu jekla v ponovco in legiranje v vakuumu. Pri predlegiranju stremimo k spodnji predpisani meji. Končnemu legiranju pa predstavlja manjši dodatek in končno korekturo kemične sestave. Priprava novih modelov za VAD je pogojena z dovolj velikim številom šarž za posamezne skupine jekel. Modele sproti pripravlja tehnolog v pripravi dela je- 4. INFORMACIJSKI SISTEM KEMIČNIH ANALIZ V celoten sistem računalništva v jeklarni se vključuje tudi kemijski laboratorij. Pred tremi leti smo direktno povezali oba računalnika na kvantometrih kemijskega laboratorija z glavnim procesnim računalnikom jeklarne. Tako se rezultati kemične analize avtomatsko prenesejo iz enega računalnika v drugega in na ustrezen terminal v topilnici, valjarni, kovačnici in mini livarni. V informacijskem sistemu kemičnih analiz (v povezavi z AVTO-JEK programskim paketom) je bilo treba zaradi uvedbe VAD razširiti število terminalov z 12 na 14. Poleg tega, da lahko javlja topilec probo tudi od VAD naprave in dobi rezultate analize na zaslon svojega terminala, je bilo treba rešiti že omenjeni avtomatski izračun dodatka ferolegur za VAD. Avtomatizirano je tudi polnjenje banke podatkov TKR na centralnem računalniku, kar omogoča med drugim obširne matematično-statistične analize pri iskanju novih ciljev kemične sestave jekla za dosego boljših lastnosti jekla. Razmeroma obširne možnosti uporabe računalnika na področju kontrole kakovosti in raziskav so namenjene bogatenju povratnih informacij kontrole kakovosti in pomoči pri raziskavah ter razvoju tehnologije. Slika 3 kaže sistem zajemanja podatkov v laboratorijih in proizvodnji za polnjenje banke podatkov tehnične kontrole (TKR) in uporabo teh podatkov za analizo stanja in soodvisnosti. S pomočjo doma razvitih programov se razmeroma pogosto analizirajo porazdelitve, korelacije in regresije. Tovrstne obdelave podatkov so se pokazale kot osnova za uvajanje procesnih računal- PRELIVANJE IZ PONOVCE A V PONOVCO B PONOVCA A OBDELAVA JEKLA V PONOVCJ - ogrevanje - mešanje z inertnim plinom - degazacija - končno legiranje - razžveplanje PONOVCA B PONOVCA B Slika 1 Shema postopka izdelave jekla s ponovčno tehnologijo Fig. 1 Scheme of steelmaking by ladle metallurgy Podatki METAL LAB NEUSPELA F. in REKLAMACIJE « * » CENTR BANKA PODATKOM * CENTRALNI RAČUNALNIK Izbor podatkov in analiza STANJA Analiza KORELACIJE in REORESIJl Analiza NEUSPELA P in REKLAMACIJE Slika 3 Polnjenje in uporaba banke podatkov tehnične kontrole Fig. 3 Filling and application of data bank of technical control nikov v jeklarno. Tekoče se pripravljajo tudi grafični in tabelarični pregledi problematične, neuspele proizvodnje, vključno z reklamacijami. 5. POVEZAVA AVTOMATSKEGA DOZIRANJA Z OBSTOJEČIM RAČUNALNIŠKIM SISTEMOM Vključitev ponovčne tehnologije in avtomatiziranega doziranja materialov pomeni pomembno razširitev funkcij obstoječega računalniškega sistema. Avtomatizirano doziranje v jeklarni 1 in 2 železarne Ravne je podprto z dvema mikroračunalnikoma AEG in terminali, kot to kaže slika 4. Originalni izvedbi avtomatskega doziranja je bila dodana zahteva po neposredni povezavi obeh mikro računalnikov z glavnim računalnikom jeklarne PDP11/40. To zahtevo sta skupaj rešila dobavitelj do-zirnih naprav in železarna Ravne. Med drugim je morala železarna izdelati vse programe za PDP11/40 računalnik. Glavni računalnik pošlje na topilčevo zahtevo na mikro računalnik podatke o količinah in vrstah materiala, ki gaje treba stehtati in dozirati. Po opravljenem doziranju posameznega materiala mikroračunalnik pošlje na PDP11/40 računalnik povratne informacije o dejanski stehtani in dozirni količini. Te povratne informacije se pošiljajo na glavni računalnik, tudi če ni poslana zahteva za doziranje, saj je mogoče tehtati in dozirati brez povezav z glavnim računalnikom jeklarne. Pošiljanje zahteve za tehtanje in doziranje iz enega računalnika na drugega je narejeno zato, da se izognemo pretipkavanju podatkov iz enega terminala na drug. Še pomembnejše pa so povratne informacije o dejansko dozirani količini posameznega materiala. Ti podatki so koristni za sprotne pokalkulacije, obračun proizvodnje in polnjenje banke podatkov TKR. Mikro Mikro računalnik računalnik AEG AEG 1 t \ 1N Tehtanje m Tehtanje m doziranje dozirarge iOt-BEOP Wt-7E0P VAD • m dozirarye mat JEKLARNA I JEKLARNA I Slika 4 Vključitev VAD in avtomatskega doziranja v računalniški sistem jeklarne Železarne Ravne Fig. 4 Inclusion of VAD and automatic feeding into the computer sys-tem of steel plant in Ravne Ironnorks Tako zbrani podatki so točnejši in zanesljivejši. Tekoče kažejo dejanske stroške izdelave posamezne šarže in nepravilnosti pri vodenju šarž. 6. SPREMLJANJE PROIZVODNJE NA EOP IN VAD Za tekoče operativno krmiljenje proizvodnje na EOP in VAD je treba imeti sproten pregled nad dogajanji pri posamezni peči in primerjavo stanja z normativi, standardi in predpisi. Tako se pokažejo odstopanja od normativnih časov izdelave posameznih tehnoloških faz, specifične porabe električne energije, porabe metalnih in nemetalnih materialov, odstopanja od predpisane kemične sestave taline med izdelavo šarže in od tehnoloških predpisov izdelave posameznega jekla. Takojšnje opozarjanje pri večjih odstopanjih, ki se manifestira predvsem skozi višje stroške izdelave šarže ali slabo kakovost izdelanega jekla, pripomore k hitrejšemu reagiranju in odpravljanju napak. Takojšen obračun stroškov posamezne šarže omogoča tudi primerjavo med šaržami iste vrste jekla in različnimi pogoji dela. Struktura stroškov izdelave jekla nas opozarja, da moramo pri dobrem gospodarjenju paziti predvsem na stroške materiala, ki zaradi neprimernega vložka ali negospodarnega legiranja hitro prekoračijo sprejemljive vrednosti. Odstopanja so lahko hitro za nekajkrat višja, kot znaša vrednost vloženega dela. Neposredno zajemanje podatkov med procesom izdelave šarže je vezano na avtomatsko registriranje in prenos podatkov v računalnik ter ročno vtipkavanje po- datkov. Avtomatsko se prenašajo vsi podatki v zvezi z električno energijo, alarmi, dogodki na peči (n.pr. izliv šarže), kemične analize in podatki o avtomatskem dozi-ranju, kadar ta nastopa. Ročno pa se morajo vtipkati podatki o dejanskih težah vložka, porabi ferolegur (kadar ni uporabljeno avtomatsko doziranje), podatki iz li-vne jame in podobno. Podatki o šarži se pričnejo zbirati z aktiviranjem naročila in se med proizvodnim procesom dodajajo (slika 5). To se dela za vsako šaržo posebej in za vse EOP in VAD hkrati. Taljenje Dogodki na Kemijske vložka EOP m VAD analiza /■Deiansko \ {Vložek J \NormatA \Predpisi\ IS fond J \ PODATKI \ __ 0 ŠARŽI I > QNaročilo ^ Q)ksidacija^ fAvtali ročn&d \Jeqirgnje J (Litje m \ odpremo J Centralni CPrikaz A računalniki I \stanja J OBDOBJE Č.( 5 Po N X ■fff? EOP-RAČ 39 0.16', 0OH 'A VAD 22 0.160 q 012 I VAD-RAt W 0163 0,010 1 01( 0,15 0.16 0,17 018 Q!9 -— %C Slika 6 Primerjava lege in širine porazdelitve % C pri legiranju v EOP in VAD Fig. 6 Comparison of the position and the vvidth of carbon distribution in alloying in EOP and VAD OBDOBJE 1C (320 1 r ! JL 7 EOPi-RAČ. 39 0,310 0,069 r p rrr Z2 J 2 i M a L L. VAD 22 0.310 0,0(2 r s i 5S VAD+RAČ 18 0,23: 0,039 i S ša f — Slika 5 Zbiranje, prenos in prikaz podatkov šarže Fig. 5 Collecting, transfer, and presentation of data for heats Podatki se prenašajo tudi na centralni računalnik za potrebe obračuna, ekonomskih analiz in polnjenje banke podatkov TKR. 7. PRVI REZULTATI UPORABE RAČUNALNIKA NA VAD Ena od prednosti, ki smo jo od nove VAD naprave pričakovali, je bilo tudi manjše trošenje legirnih elementov v končni analizi. Ugotovili smo, da so se porazdelitve vseh legirnih elementov zožile že v poskusnem obdobju pred uporabo računalnika, kar potrjuje znano dejstvo, da je legiranje pri VAD postopku zanesljivejše od legiranja v EOP. Ob uvedbi legiranja s procesnim računalnikom nas je zanimalo, če je možno rezultate legiranja še izboljšati. Rezultati porazdelitev legirnih elementov pri šaržah, kjer smo dodatek ferolegur izračunavali s procesnim računalnikom, kažejo, da smo dosegli dodatno zmanjšanje trošenja legirnih elementov. Na sliki 6 do 9 je prikazana primerjava porazdelitev končnih vsebnosti C, Si, Mn in Cr med šaržami, izdelanimi v EOP in VAD napravi, za cementacijsko jeklo EC80. Iz omenjenih slik je razvidno, da se je širina porazdelitve zožila pri C za tretjino, pri SI, Mn in Cr pa kar za polovico! Za ogljik (slika 6) velja, da smo dosegli pri šaržah, izdelanih na VAD napravi, nižjo srednjo vrednost in manjšo standardno deviacijo v primerjavi s šaržami. izdelanimi v EOP. Območje 95 % zanesljivosti je pri VAD šaržah v mejah analiznega predpisa; pri šaržah, izdelanih v EOP, pa je ogljik pri 10 % šarž nad zgornjo mejo analiznega predpisa. Tudi pri Si je opazno znižanje 0,15 a 20 0,25 0,30 0.35 0/0 -— % Si Slika 7 Primerjava lege in širine porazdelitve % Si pri legiranju v EOP in VAD Fig. 7 Comparison of the position and the vvidth of silicon distribution in alloying in EOP and VAD OBDOBJE 120 1 I 1 JL 7 * . . , EOP+RAČ 39 1,168 0P97 EZ2 !5ii 1 1 1 g [s r VAD 22 1,120 0,080 -J tfS ss £ 3 § sa Ba r t VAD* RAČ 18 1.096 00(3 z2 i lili ta t 100 110 1.20 - % Mn 1.30 Slika 8 Primerjava lege in širine porazdelitve % Mn pri legiranju v EOP in VAD Fig. 8 Comparison of the position and the »idth of manganese distribution in alloying in EOP and VAD OBDOBJE C (320 N y SIkho npn ycjtOBnn: Korja 6bt to He 6biJio iiNieTb acHoe npe^CTaB-ieHHe o H3r0T0B-ieHHH KajKaofi OTjte.ibHofi njiaBKH c cpaBneHiteM c Hop\iaTHBa\in, CTaHaapTa\ni h TexHHMecKHMH npeanHcaHHHMH.