Публикации

1. Автогенная техника сегодня. Анализ состояния и перспективы развития.

АВТОГЕННАЯ ТЕХНИКА СЕГОДНЯ
АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

Россия традиционно является одной из ведущих стран в мире по использованию в промышленности процессов газопламенной обработки материалов, что связано с ключевой ролью
металлоемких производств. Спектр применения автогенной  техники и технологий вследствие простоты процесса, высокой мобильности оборудования и возможности полной механизации или автоматизации работ чрезвычайно велик.

Среди крупнейших потребителей автогенной техники и технологий были наиболее динамично развивавшиеся отрасли российской промышленности:
● металлургия,
● машиностроение,
● топливно-энергетический комплекс,
● строительство и мостостроение,
● железнодорожный транспорт,
● судостроение,
● автомобилестроение,
● коммунальное хозяйство и др.
Но вот период активного развития промышленности в России после кризиса 90-х годов прошлого века сменился крайне тяжелым кризисом отечественной экономики в настоящее время. Данная ситуация заставляет потребителей предъявлять жесткие требования к технологическим возможностям автогенной техники, выпускаемой сегодня предприятиями России и стран СНГ.
Чтобы обеспечить эти требования, отечественным производителям автогенной техники необходимо в непродолжительный период, несмотря на сложное финансовое положение предприятий, решить ряд вопросов: модернизация собственных производств и освоение современной и перспективной продукции. Данные шаги позволят обеспечить потребителей востребованной недорогой и качественной продукцией, а также вывести на рынок технику нового поколения, соответствующую самым жестким требованиям и по техническим параметрам, и по потребительским свойствам. То есть во время кризиса не только сохранить предприятия, но и создать задел, который обеспечит к моменту выхода из кризиса конкурентные преимущества перед другим предприятиями, работающими в этом направлении. Более того предлагаемые меры обеспечат заполнение отечественной техникой тех ниш, где сегодня доминирующее положение занимают иностранные производители.

1.1

 

 Машина консольная кислородной резки для оснащения копровых цехов металлургических предприятий (толщина разрезаемого металла до 1200 мм).

Для этого необходимо тесное взаимодействие российских производителей автогеники, выработка единой технической политики, создание единого научно-технического центра с независимой испытательной сертификационной лабораторией, а также обеспечение защиты российского рынка от некачественной продукции иностранных производителей. Необходимо отметить что, несмотря на жесточайший 15-ти-летний кризис, который автогенная отрасль перенесла вместе со всей промышленностью в конце прошлого века, и на сегодняшние экономические проблемы — предприятия-производители автогенной техники в состоянии обеспечивать запросы отечественных потребителей.

Наряду с существовавшими ранее предприятиями появились новые производители автогенной техники, более конкурентоспособные, более гибко реагирующие на требования рынка. Эффективность деятельности этих предприятий подтверждает незначительное проникновение на российский рынок иностранной автогенной техники, за исключением стационарных машин термической резки с УЧПУ и специализированного оборудования (машин) газотермической резки для металлургических производств.

Надо отметить, что по таким направлениям, как массовая аппаратура: газовые резаки, сварочные горелки, газорегулирующие редукторы, ацетиленовые генераторы, переносные машины термической резки — отечественные производители имеют доминирующее положение на рынке сварочной техники.

Сегодня отечественные предприятия-производители машин термической резки с числовым программным управлением для фигурного раскроя листового проката, обеспечивающих кислородную, плазменную и лазерную резку материалов, находятся на стадии развития производств. Тем не менее, уровень выпускаемых МТР соответствует современным требованиям и при дальнейшем
развитии производств с увеличением номенклатуры изделий в различных ценовых нишах позволит составить серьезную конкуренцию иностранным производителям и играть на внутреннем рынке доминирующую роль. Существенную помощь при решении этих задач производственным предприятиям могли бы оказать научные и проектные организации, имеющие опыт создания автогенной техники и учитывающие технологические особенности предприятий при создании продукции нового поколения.Среди научно-исследовательских организаций, работающих в области автогенной техники в России, представлены две структуры: ОАО «ВНИИАвтогенмаш» (Москва) и ООО «СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ» (Москва).
ОАО «ВНИИАвтогенмаш» — ранее Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт автогенного машиностроения.

Во времена Советского Союза являлся головным центром по разработке автогенной техники и технологий и осуществлял научно-техническую политику в области автогенного машиностроения в стране. В последние пятнадцать лет ВНИИ-Автогенмаш утратил свое научное влияние на предприятия, изготавливающие автогенную технику по его разработкам, и отказался от взаимодействия с вновь образовавшимися предприятиями, работающими в этой области. В результате произошло разрушение связи науки с производством и утрата возможности проведения единой научно-технической политики в области автогеники на территории РФ. Так как эти процессы развивались одновременно с кризисом всей российской промышленности, произошло разрушение единой информационной базы и ВНИИ-Автогенмаш в значительной мере потерял контакты с потребителями автогенной техники. Это в свою очередь, привело к резкому уменьшению количества работ, проводимых институтом, и как следствие — потери им своего предназначения и статуса научной организации. В настоящее время ОАО «ВНИИАвтогенмаш» входит в ГК «Ростехнологии».
ООО «СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ» проводит работы практически по всем направлениям автогенной тематики, осуществляя разработку и постановку на серийное производство продукции на предприятиях-изготовителях автогенного оборудования, а также разработку, изготовление и внедрение специальной автогенной техники.

Значительный объем работ проводится непосредственно по заказам потребителей. Это и выполнение наукоемких проектов по оснащению сталеплавильных, копровых и обжимных производств на металлургических комбинатах комплектами автогенного оборудования и машинами газовой резки металлов больших толщин, создание специального газорежущего оборудования по заявкам предприятий нефтегазового комплекса, проектирование с последующим изготовлением и внедрением комплексов оборудования для газотермического нанесения покрытий на прокат и металлоконструкции и др.

1.2

Поддерживая научно-техническое сотрудничество с большинством производителей автогенного оборудования, СКТБ обеспечивает авторский надзор за выпуском продукции или проводит взаимодействие на уровне технических консультаций. За период с 2007 по 2009 г. было получено 12 патентов на изобретение на продукцию, поставленную на серийное производство или разработанную по текущим заказам. Среди вновь созданных и успешно работающих предприятий, изготавливающих автогенное оборудование, необходимо отметить:
● фирма «РО-АР» (Ногинск) — производство массовой аппаратуры (газовые резаки и горелки различных видов, комплекты для работы на жидком горючем), ориентировочный объем 300 000 изделий в год;

● СП ЗАО «КРАСС» (Санкт-Петербург) — производство газорегулирующих редукторов и защитной аппаратуры газовых резаков и горелок, а также 90 000 газовых баллонных вентилей, ориентировочно 470 000 изделий в год;

● ООО «Джет» (Ижевск) — производство газовых резаков, горелок и газорегулирующих редукторов, ориентировочно 100 000 изделий в год;

● ООО «Компания Корд» (Подольск) — производство газовых резаков и горелок, ориентировочно 6000 изделий в год;

● ООО «Промтехкомплект» (Санкт-Петербург) — производство газовых резаков, горелок и газорегулирующих редукторов, ориентировочно 120 000 изделий в год;

● ФГУП СРЗ «Нерпа» (Снежногорск) — производство газовых резаков, горелок, баллонных редукторов и комплектов бензино-кислородной резки, ориентировочно 6 000 изделий в год;

● АО «ТЕХМОНТАЖСТСТЕМ» (Тверь) — производство машин термической резки с УЧПУ, ориентировочно 60 изделий в год;

● ЗАО «Кристалл» (Санкт-Петербург) — производство машин термической резки с УЧПУ, ориентировочно 30 изделий в год;

● ООО «ПЛАЗМАМАШ» (Москва) — производство машин термической резки с УЧПУ в том числе и переносных, ориентировочно 30 изделий в год;

● ЗАО «ПЕЛЛА» (Санкт-Петербург) — производство машин термической резки с УЧПУ, ориентировочно 12 изделий в год;

● АО «ЗОНТ» (Одесса, Украина), совместно АО «Автогенмаш» (г. Тверь) — производство портальных машин термической резки с числовым программным управлением (ориентировочно 12 изделий в год) и переносных м.т.р.;

● ЗАО «Донмет» (Краматорск, Украина) — производство массовой аппаратуры (газовые резаки, горелки газорегулирующие редукторы, комплекты для резки на жидком горючем, установки для кислородно-флюсовой резки, устройства защиты от обратного удара пламени), ориентировочно 200 000 изделий в год. Среди успешно работающих сегодня предприятий, ранее выпускавших автогенную технику, надо назвать:

● ОАО «БАМЗ» — Барнаульский аппаратурно-механический завод (Барнаул) — производство резаков, горелок, ацетиленовых генераторов, аппаратуры для газотермического напыления и газорегулирующей аппаратуры, ориентировочно 450 000 изделий + 500 000 вентилей для газовых баллонов в год;

● ОАО «Автогенмаш» (Ванадзор, Армения) — производство резаков, горелок переносных и стационарных машин термической резки, ориентировочно 150 000 изделий в год;

● АО «Автогенмаш» (Воронеж) — выпуск оборудования для производства ацетилена, защитной аппаратуры, переносных ацетиленовых генераторов, ориентировочно 50 000 изделий в год.

При том, что производители обеспечивают запросы потребителей автогенной техники РФ, большинство массовой автогенной аппаратуры, выпускаемой сегодня предприятиями базируется на конструкциях 60-х – 70-х годов прошлого века. Это делает
продукцию большинства предприятий неконкурентоспособной с иностранной техникой. Исключение составляют ФГУП СРЗ «Нерпа» и ООО «Комапания Корд». Частичное обновление номенклатуры выпускаемой продукции провели АО «БАМЗ», фирма «РО-АР», АО «Автогенмаш» (Ванадзор, Армения) и ЗАО «Донмет» (Краматорск, Украина). Настоящая благополучная ситуация для отечественных предприятий на рынке связаны с поддержанием крайне низкой цены на продукцию, что является временным фактором. Тем более что КНР и Южная Корея начинают проводить экспансию своей продукции на российский рынок. Ее цена сопоставима с производимой в России, а во многих случаях нижее, при том, что технические характеристики и эксплуатационные свойства удовлетворяет требованиям потребителей.

Нельзя сказать, что данная ситуация не находит понимания среди отечественных производителей. Но разрозненность, отсутствие единой технической и технологической политики в ближайшие годы может привести к серьезным проблемам и потере приоритета отечественной техники.

Необходимо найти возможность объединяющей политики, которая поможет предприятиям-производителям, научным организациям, коммерческим структурам и потребителям автогенной техники обеспечить взаимодействие и не допустить появления на рынке низкокачественной иностранной техники, и самое главное — сохранить приоритет отечественной техники
перед импортной. Для этого требуется провести работу по обновлению нормативно-технической документации действующей на территории РФ, а на ее основании ввести обязательную сертификацию всей автогенной продукции, как отечественных,
так и иностранных производителей на соответствие требованиям норм. Причем испытания должны проводиться под жестким контролем Ростехнадзора в специализированных лабораториях с последующей выдачей сертификата уполномоченным сертификационным органом.

Один из возможных вариантов взаимодействия производителей автогенной техники — это создание научно-производственного объединения. На рис. 1 предлагается возможная структура. В нее должны войти: аппарат управления, научно-технический и инженерный центр, коммерческо-маркетинговый центр, производители автогенной техники, сертификационный центр и независимая испытательная сертификационная лаборатория, производители оборудования для производства технических га-
зов, производители материалов для производства ацетилена, производители газовых баллонов, производители вспомогательных материалов и др.

Для разъяснения представленной структуры объединения приводим в Таблице перечень предприятий, работающих на российском рынке, с учетом их специализации.

Создание научно-производственного объединения может пройти в два этапа:

1 этап

Привлечение в объединение самостоятельных предприятий разрабатывающих, выпускающих и реализующих автогенную технику на территории России. Предприятия должны представлять все основные ветви отрасли: производство массовой аппаратуры, наукоемкой сложной техники, специализированной техники; научно-техническое направление в области создания автогенной техники; производство сопутствующих материалов и комплектующих; реализация продукции.

Для эффективного сбыта выпускаемой продукции привлечь коммерческие структуры активно работающие на рынке в направлении продаж автогенной техники в РФ. В Москве это следующие фирмы: ЗАО «Мидасот», ООО «СВАРБИ», ООО «Землясварщиков», ООО «Авант», ООО «Магимэкс», ООО «Лига сварки», Торговый дом «Центр сварочной техники», ООО «Свага», ООО «ИТЦ Геллиос» и др.

2 этап

Включение в состав объединения новых предприятий для представления на рынке полного объема продукции по направлению автогеники. Включение предприятий по выпуску оборудования для производства газов. Модернизация ведущих предприятий для организации современных производств автогенной техники. Схема-проект объединения представлена на рисунке.

1.3

Автор статьи и инициативная группа по созданию объединения предприятий автогенной отрасли будут благодарны за комментарии и предложения специалистов, высказанные по данному вопросу.
Александр Константинович Никитин
Генеральный директор
«СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ»
e-mail: avtogentm@yandex.ru

 

2. Автогенная техника для металлургических производств. Машины газовой резки для установок непрерывной раливки сталей. Резаки для машин огневой зачистки слябов и блюмов. Машины термической резки. Ручное автогенное оборудование.

АВТОГЕННАЯ ТЕХНИКА ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Предприятия отечественной металлургической промышленности прочувствовали на себе последствия кризиса крайне остро. Большинство из них оказались на грани выживания. Но любой спад производства заканчивается и приходит время экономического роста, а значит, необходима модернизация производств, замена устаревшего оборудования на более совершенное.

Рассмотрим существующее положение и перспективы внедрения в металлургии новой отечественной автогенной техники. Сегодня металлургические производства представляют собой огромные комплексы, на которых происходит весь первичный цикл обработки металла. К потребителю поступает готовая продукция в виде различного проката. Кроме этого практически все металлургические комбинаты имеют в своем составе высокотехнологичные производства, выпускающие технику промышленного или бытового
назначения.

Металлургия в докризисный период была одной из базовых и динамично развивающихся отраслей промышленности. Ее доля в объеме общепромышленного производства составляла 16%, из которых 10% приходились на черную металлургию. Отечественными металлургическими предприятиями в 2007 году было произведено
более 70 млн. т стали и изготовлено более 60 млн. т готового проката черных металлов.

Внушительные объемы производства не помешали металлургическим компаниям принять перспективные инвестиционные программы на период до 2010-2015 годов для дальнейшего развития производств, в том числе со значительными объемами инвестиций в реконструкцию и модернизацию предприятий. В докризисный пе- риод для модернизации производств проводились активные закупки как отечественной, так и зарубежной техники.

Одним из главных направлений по вложению инвестиций является увеличение объема разливки сталей на машинах непрерывного литья заготовок, так как именно МНЛЗ позволяют получать качественный металл и значительно поднять объем выплавляемого металла. В 2007 году в России этот объем составил не более 75% от общего количества произведенного металла. К примеру, в Китае эта цифра составляет 91%, а в США, Японии и Южной Корее – 97%. Приведенные данные говорят о том, какие объемы работ по разработке, изготовлению и внедрению оборудования для оснащения металлургических предприятий предстоит выполнить российским специализированным организациям. Причем это оборудование должно соответствовать принятым сегодня в мире техническим, технологическим, экономическим и экологическим требованиям.

Еще 25 лет назад Советский Союз являлся ведущей страной в мире, полностью обеспечивающей свои потребности в оборудовании и технологиях для металлургических производств. Технический уровень оборудования полностью соответствовал требованиям тех лет, что позволяло вести строительство металлургических предприятий во многих странах. Но за последние 15 лет российские предприятия, производящие технику для металлургических производств, научные и проектные институты, да и сами металлургические предприятия пережили длительную стагнацию. Часть из них перестала существовать, а многие из сохранившихся потеряли специалистов, которые могли обеспечить проведение работ по востребованным направлениям.

Разработка новой отечественной техники и технологий проводилась в объемах, явно недостаточных для переоснащения металлургических комплексов. Чтобы быть объективным необходимо отметить, что это было связано с тем, что государство практически отказалось от поддержки отраслевых научных организаций, а металлургические
предприятия не имели достаточных средств для финансирования разработок в необходимом объеме. В сложившейся ситуации для сохранения отечественного производства и обеспечения металлургических комплексов оборудованием роль Гипромезов (Государственных институтов по проектированию металлургических заводов) взяли на себя ЮЖУРАЛМАШЗАВОД и УРАЛМАШЗАВОД. Именно они обеспечили заключение контрактов с металлургическими концернами, подбор субподрядчиков, проводивших разработку и изготовление оборудования по смежным направлениям и осуществлявших техническую и технологическую поддержку в процессе пусконаладочных
работ и при его последующей эксплуатации. Такой подход к организации работ позволил продолжить поставку отечественного оборудования для модернизации металлургических комбинатов.

Оснащение автогенным оборудованием комплексов, поставляемых металлургическим предприятиям, взяло на себя «СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ», обеспечив его разработку и изготовление на собственном опытном производстве.

Металлургическая отрасль является крупнейшим потребителем газопламенной техники. Кислородная резка металлов остается самым эффективным технологическим процессом обработки металлов, а также экономически целесообразным, имеющим самые низкие затраты на погонный метр обрабатываемого материала. В металлургическом производстве кислородная резка входит в основное звено технологических процессов, обеспечивающих объем производства выпускаемого металла. Только в объеме заготовительных
операций она составляет 80-85%. Автогенная техника применяется в установках непрерывной разливки стали для резки слябов, блюмов или сортовых заготовок, в машинах огневой зачистки в обжимных цехах, для поверхностной строжки слябов и блюмов, на прокатных станах для обрезки кромки листа, для разделки металлолома в копровых производствах, для фигурной вырезки заготовок из листового проката, в ремонтных производствах и для других целей, где используется огромное количество ручной аппаратуры различного назначения.

Главная особенность автогенного оборудования для металлургических производств заключается в том, что условия его эксплуатации самые тяжелые, а значит, его надежность должна быть на самом высоком уровне. При этом конструкция аппаратуры должна быть максимально проста и не требовать сложных ремонтов. Большинство используемого оборудования должно быть приспособлено к работе в автоматическом режиме и иметь большой эксплуатационный ресурс.

Рассмотрим характерные особенности, условия работы и предъявляемые требования к автогенной технике для основных технологических процессов в металлургическом производстве, а также предлагаемые перспективные решения в создании этой аппаратуры.

2.1

Комплект оборудования для резки валов

1. МАШИНЫ ГАЗОВОЙ РЕЗКИ ДЛЯ УСТАНОВОК НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛЕЙ

Наиболее остро перед металлургами стоит вопрос по увеличению выпуска металла на машинах непрерывного литья заготовок, где обеспечиваются комплексная механизация и автоматизация процесса разливки стали. Одним из основных технологических процессов в работе МНЛЗ является кислородная резка слитков на мерные заготовки.

Кислородная резка мерных заготовок в МНЛЗ характеризуется следующими особенностями:

● резка ведется синхронно с процессом разливки и подачи не-
прерывного слитка;

● толщина разрезаемого металла более 100 мм;

● расстояние от резака до поверхности металла 50…100 мм;

● резке подвергается горячий металл, имеющий температуру от 600 до 1000 0С;

● резка ведется в потоке, для чего требуются повышенные скорости, высокая надежность и безопасность оборудования;

● врезание в слиток должно осуществляться (желательно) без предварительного подогрева кромки.

В указанных параметрах работают как старое, так и новое оборудование, но при этом существенно различаются их технико-экономические показатели. Новое оборудование позволяет обеспечить резку металла при значительном увеличении производительности МНЛЗ.

Сравним основные характеристики резаков, применяющихся в МГР МНЛЗ (толщина слитка 150…300 мм):

● ширина реза резаками старой конструкции достигает 12 – 15 мм в зависимости от толщины металла;
● новыми резаками (отечественного или иностранного производства) – 8 – 10 мм;
● скорость резки металла возросла на 10 – 30%.

За счет уменьшения ширины реза происходит значительная экономия металла, тем более, если соотнести это к годовому объему выплавляемого металла при средних показателях одной МНЛЗ в 800тысяч – 1 млн. т, то экономия составит несколько миллионов рублей.

Увеличение скорости резки позволяет уменьшить расход энергоносителей на погонный метр реза. Эти показатели также принесут несколько миллионов рублей экономии в год.

Существуют пути дальнейшего совершенствования автогенного оборудования для машин газовой резки МНЛЗ.

Если остановиться на менее затратном решении, то это совершенствование технологии резки путем использования режущего кислорода высокого давления, величиной 20 – 25 кгс/см2 и водоохлаждаемого мундштука резака, стойкость которого достигает 6 месяцев.

Применение такого оборудования имеет следующие преимущества:

● увеличение скорости резки слитка:

● уменьшение расхода кислорода и горючего газа на погонный метр реза;
● возможность получения слитков с минимальным количеством грата в зоне реза;
● и др.

Сегодня оборудование, отвечающее этим условиям, работает в ЭСПЦ ОАО «Северсталь» на МНЛЗ №1. Модернизация вертикальной двухручьевой слябовой машины ОАО МК «ОРМЕТО-ЮУМЗ» и установка на МГР автогенного оборудования «СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ» позволили обеспечить порезку 800 тыс.тонн выплавляемого металла на МНЛЗ по сравнению с прежними 500 тыс.тонн. Скорость резки 200-миллиметрового сляба выросла с 500-550 до 750-800 мм/мин, ширина реза уменьшилась с 12-15 до 8-10 мм. Обслуживание автогенного оборудования нового поколения проводится раз в полгода во время остановки машины на профилактический ремонт.

Для многих металлургических предприятий обеспечение машин газовой резки кислородом высокого давления крайне сложно. Этому есть несколько причин:

● основные затраты кислорода приходятся на конвертерные цеха, поэтому если МНЛЗ расположено в другом цехе, например в электросталеплавильном, то периодически ощущается
падение давления кислорода в сети при отборе кислорода на продувку кислородных конвертеров;
● магистрали большинства предприятий не предназначены для подачи кислорода высокого давления, а значит, необходима прокладка новых трубопроводов.

Чтобы решить задачу по обеспечению МГР кислородом высокого давления возможно устанавливать в цехах перед МГР дожимающие кислородные компрессоры с выработкой 200, 300, 400 и более м2/час и выдающих кислород под давлением 25 – 28 кг/см. Компрессоры комплектуются однокубовыми ресиверами. Плюсы такого решения очевидны, не требуется специализированной (дорогостоящей) магистрали от кислородной станции; компрессоры мобильны и могут быть установлены в наиболее удобном месте цеха; на процесс кислородной резки не влияют внешние факторы, как, например, отбор кислорода для кислородно-конвертерной плавки. Стоимость компрессора в комплекте с ресивером невелика.

2.2

Машина газовой резки слябов вертикальной УНРС

Если выбрать решение по модернизации МГР МНЛЗ, учитывающее перспективу дальнейшего развития, то для этого в дополнение к вышесказанному следует проводить комплексную автоматизацию процесса газорезки в МНЛЗ. Результатом чего может стать полное исключение человеческого фактора. Работа оператора будет сводиться только к наблюдению за ходом процесса резки, и его вмешательство потребуется только при выработке ресурса какой-либо составляющей или при аварии. Во всех остальных случаях система работает как саморегулирующийся организм, обеспечивающий настройку всех параметров в соответствии с заложенной технологией.

2.3

Комплект управления автогенным оборудованием для оснащения МГР МНЛЗ

В результате внедрения подобной системы все ветви энергоносителей (в нашем случае газов) будут оснащены современными интеллектуальными датчиками давления и расхода, отсечными электромагнитными клапанами и регуляторами расхода газа с микропроцессорным управлением. В свою очередь указанные приборы будут иметь связь с АСУТП МНЛЗ и управляться ею согласно заложенной в память технологии резки, позволяющей регулировать технические параметры согласно исходных данных, полученных с датчиков. Все данные выводятся для контроля на монитор оператора, а также архивируются.

Как работает данная система? Например, в процессе эксплуатации происходит закоксовывание или забрызгивание сопел мундштука. Датчик расхода горючего газа сообщает об этом на АСУТП, оттуда поступает сигнал на регулятор расхода подогревающего кислорода, который уменьшает количество подогревающего кислорода, подаваемого в резак, до уровня необходимой стехиометрии. В свою очередь от АСУТП на ручей поступает команда об уменьшении скоростей разливки и резки слитка. В случае невозможности регулировки подогревающего пламени до определенного уровня, оператору на монитор поступает сигнал о необходимости замены мундштука сопровождаемый звуком. Замена мундштука производится при первой технологической остановке МНЛЗ.

В настоящее время подобный комплект оборудования с частичным использованием возможностей указанной системы, изготовленный совместно ОАО «ОРМЕТО-ЮУМЗ» и «СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ» установлен и успешно работает на МГР четырехручьевой блюмовой МНЛЗ №2 в ЭСПЦ ОАО «НКМК».

2. РЕЗАКИ ДЛЯ МАШИН ОГНЕВОЙ ЗАЧИСТКИ СЛЯБОВ И БЛЮМОВ

Машины огневой зачистки в обжимных цехах металлургических комбинатов, в подавляющем большинстве это оборудование 60 –70-х годов прошлого века. Тем не менее, они вполне надежно работают и сейчас, требуя периодической замены непосредственно резаков. Но попробуем взглянуть на это с технической и экономической точек зрения.

Резаки, применяемые сегодня на машинах огневой зачистки, имеют конструкцию внешнего смешения газов, где газы, образующие горючую смесь, смешиваются в воздухе на выходе из сопел. Да такая схема является относительно безопасной, так как газы поступают в зону смешения раздельно. Но при этом есть и серьезные минусы, конструкцией резака должен быть обеспечен высокий уровень герметичности в зоне выхода газов, что делает резак сложным в изготовлении и эксплуатации. Второй момент, на который надо обратить внимание, это более низкая температура пламени (приблизительно на 200- 3000С), по сравнению с другими системами смешения (инжекторной или внутрисопловой), что связано с активным захватом внешнего воздуха при смешивании кислорода с горючим газом. В результате, чтобы увеличить мощность пламени, требуется обеспечить повышенный расход газов по сравнению с другими видами систем смешения. Применение инжекторной схемы смешения газов для зачистных резаков нецелесообразно и небезопасно, что связано с большим
расходом газов. Наиболее оптимальным является применение резаков с внутрисопловым смешением газов, что позволяет упростить их конструкцию при соблюдении высокого уровня безопасности, обеспечить высокую мощность пламени при меньшем расходе газов, а также поднять производительность оборудования. Проработка и лабораторные испытания опытной конструкции проведены в «СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ».

2.4

Резак серии «НОРД» для резки сталей больших толщин (до 700 мм)

При разумном подходе и основываясь на данных технико-экономического обоснования возможно проведение модернизации машин огневой зачистки в короткие сроки.

3. МАШИНЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ

Этот вид оборудования целесообразно разделить на две группы: машины специального назначения и машины для фигурной резки листового проката.

Машины термической резки с ЧПУ для резки листового проката находят широкое применение в ремонтных и заготовительных производствах и широко представлены на рынке современными отечественными и зарубежными моделями с одинаковыми техническими характеристиками и технологическими возможностями. МТР – оборудование длительного срока эксплуатации. Практически все российские металлургические комплексы имеют в своем арсенале эту технику. При дальнейшем развитии новых производств и в том числе цехов по разделке листового проката для поставки уже готовых деталей, полученных методом кислородной, плазменной или лазерной резки, применение машин с ЧПУ для фигурного раскроя металла найдет еще более широкое применение.

К машинам термической резки специального назначения можно отнести МТР для обрезки в размер листового проката на прокатных станах, МГР для копровых цехов, позволяющие резать металл толщиной до 1000 – 1200 мм, машины газовой резки для оснащения МНЛЗ, установки для отрезки прибылей и др. Большинство этих машин созданы по индивидуальным проектам. Однако в МНЛЗ или копровых цехах применяются МГР, в большинстве своем выпускавшиеся серийно.

В рамках одной статьи очень сложно рассмотреть конструктивные особенности большого количества машин газовой резки. Поэтому остановимся на машинах газовой резки для копровых производств.

Одним из основных вспомогательных процессов в металлургическом производстве является заготовка и переработка лома. Здесьбольшая роль отводится машинам термической резки, работающим в тяжелых условиях на открытых площадках или в неотапливаемых цехах. Перепад температур составляет от -30 до +40 0С, высокая запыленность, металл, подвергающийся резке часто сильно загрязнен, его толщина достигает до 1000 – 1200 мм. Чтобы надежно работать в таких непростых условиях МГР должны быть оснащены всепогодными приводами, простым управлением, при этом обеспечивающим одновременную работу МГР по трем координатам, резаки должны обладать высокой прорезающей способностью и устойчивостью к внешним тепловым нагрузкам, обеспечивать высокую стойкость к обратным ударам пламени, газорегулирующее оборудование должно обеспечивать надежную работу во всем диапазоне давлений и расхода газов.

Машины газовой резки этого класса, эксплуатирующиеся сейчас, были выпущены в 70-80-е года прошлого века. Они имеют высокий уровень износа, но их эксплуатация продолжается, так как оборудование является дорогостоящим (ориентировочная стоимость новой МГР составляет от 8 до 14 млн. рублей), что сдерживает замену старого оборудования на новое. Такое положение потребовало провести изучение технических и технологических особенностей эксплуатации МГР этого класса и предложить машины новой конструкции.

Сейчас по заказу ОМЗ «Спецсталь» для оснащения копровых цехов Ижорских заводов «СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ» совместно с «ПЛАЗМАМАШ» разработало новое поколение МГР с частотноуправляемыми цифровыми приводами. Они имеют облегченную консольную или портальную конструкцию, и главное, стоимость этих машин снижена до 6 – 8 млн. рублей, срок изготовления 120 – 180 календарных дней.

В декабре 2009 две первые машины будут поставлены ОМЗ «Спецсталь» и введены в эксплуатацию.

4. РУЧНОЕ АВТОГЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Среди ручных резаков, применяемых на металлургических предприятиях для различных технологических процессов, царит полное разнообразие типов и стилей, от индивидуального производства до серийной продукции. Однако конструкции этих резаков относятся к 60 – 70 годам ХХ века. В подавляющем большинстве это аппаратура инжекторного типа, которая до сих пор предлагается большинством российских производителей.

Раньше основанием для использования резаков инжекторного типа на металлургических предприятиях было применение горючего газа низкого давления от 0,02 до 0,6 кгс/см2.

В настоящее время практически у всех комбинатов давление кислорода в магистралях 10 – 16 кгс/см2, а природного газа от 2,5 до 3,5 кгс/см2. При таких условиях оптимальным является использование аппаратуры с внутрисопловым смешением газов, являющейся более производительной, экономичной и безопасной.

В отличие от инжекторных, резаки с внутрисопловым смешением газов имеют следующие преимущества:

● устойчивость к обратным ударам пламени;

● концентрированное пламя, позволяющее значительно быстрее производить подогрев металла перед началом резки;

● высокая скорость резки;

● длительный срок службы.

Все эти преимущества относятся к любому виду резаков, предназначенных: для разделительной резки металла, для аварийной резки слябов или блюмов, а также для поверхностной строжки металла.

В настоящее время «СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ» в содружестве с компаниями «МАГИМЭКС», «РОАР», Торговый дом «Центр сварочной техники» и другими реализуют инвестиционную программу по расширению выпуска продукции с внутрисопловым смешением газов.

В группе резаков для тяжелых режимов работы – это резаки серии «НОРД», а для легких и средних режимов работы – серии «ДОН». Выпускаемое оборудование предназначено для массового использования.

Его положительные качества уже смогли оценить потребители. Полученные отзывы свидетельствуют о хороших перспективах для увеличения объемов производства резаков.

Александр Константинович Никитин
Генеральный директор
«СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ»

3. Выбор автогенной техники.

ВЫБОР АВТОГЕННОЙ ТЕХНИКИ

Газопламенная обработка – широко распространенный технологический процесс. Разнообразные технические возможности и многообразие видов оборудования для газопламенной обработки материалов (ГОМ) позволяют использовать его как в единичных уникальных, так и в многосерийных массовых производствах. Сегодня можно абсолютно уверенно сказать, что, несмотря на появление большого количества новых технологий, ГОМ продолжает активно развиваться и остается одним из самых востребованных технологических процессов в
производственной цепочке большинства предприятий.

К наиболее распространенным видам газопламенной обработки материалов можно отнести кислородную, плазменную и лазерную резку; газовую сварку, пайку и нагрев; газотермическое напыление и др. Естественно, осуществление этих процессов не было бы возможно без оборудования, обеспечивающего управление и регулировку подаваемых газов, безопасность проводимых работ, получение и хранение газов и др.

Современные методы информации (Интернет) позволяют производителю размещать и обновлять информацию о серийно выпускаемом газопламенном оборудовании с описанием
технических характеристик и технологических возможностей. Благодаря этому покупатель имеет возможность выбрать и рассмотреть различные варианты оборудования от отечественных или иностранных поставщиков техники. Наличие нескольких производителей или поставщиков позволяет обеспечить приобретение оборудования на конкурентной основе, с выбором наиболее приемлемого варианта. Но в сети Интернет крайне сложно найти сведения о механизме подбора оборудования, о принципах эксплуатации, о технических и технологических особенностях того или иного процесса. Раньше информацию о проведенных исследованиях: опыте создания, расчетах, работе и технологических особенностях эксплуатации специализированного оборудования, печатали в информационных справочниках научно-исследовательских организаций вместе с отчетами о выполненных работах. В настоящее время доступ к подобной информации закрыт в связи с прекращением деятельности большинства отраслевых НИИ. В результате потребитель, несмотря на достаточный объем первичной информации, далеко не всегда может точно расставить приоритеты и выбрать именно то оборудование, которое соответствует его потребностям.

3.1

В рамках одной статьи невозможно отразить особенности технически и экономически обоснованного выбора каждого конкретного вида оборудования для газопламенной обработки, тем более с учетом определенных условий его эксплуатации. Тем не менее, попробуем выделить ряд единых параметров и рассмотреть их на самом многочисленном классе – автогенной технике, то есть оборудовании, где для обработки материалов используется энергия, получаемая при сжигании топлива в смеси с кислородом. И на их основе выработать основные требования к подбору данного вида техники под конкретные условия различных производств.

Первое и главное при выборе автогенного оборудования – это оценка энергетических возможностей собственного производства, при проведении которой надо точно определить:

● производственную программу под закупаемое оборудование;

● выбор оптимального технологического процесса для обеспечения поставленных производственных задач;

● необходимые энергозатраты для эксплуатации оборудования;

● возможность обеспечения эксплуатационного оборудования в необходимом количестве энергоносителями (газами, водой и электроэнергией);

● наличие соответствующего нормативам СНИП помещения для установки выбранного оборудования;

● наличие или возможность оснащения производственного помещения необходимыми устройствами для вентиляции и воздухоочистки;

● количество вспомогательного оборудования и потребность в создании специализированного складского комплекса;

● оценка технико-экономической целесообразности приобретения того или иного оборудования.

Несмотря на множество областей применения автогенной техники и огромную номенклатуру продукции, выпускаемой в этом классе оборудования, их объединяет главное – вся эта техника основана на сжигании горючей смеси, состоящей из топлива и кислорода. В качестве топлива используются горючие газы или жидкие углеводороды. При выборе процесса резки металлов требуется учитывать, может ли данный металл резаться кислородом или для этого надо применять плазменную, лазерную или иную технологии.

3.2

Резка поковок из в/у стали диаметром 3,5 метра и толщиной 350 мм. Переносной комплект предназначен для резки фланцев большого диаметра, сталей больших толщин.

Указанные требования характерны как для массовой ручной аппаратуры, так и для специализированных высокотехнологичных комплексов и машин.

В качестве основных технических требований для всех видов оборудования можно выделить два основных показателя: толщина обрабатываемого металла и производительность. Если соотнести понятие толщина обрабатываемого металла непосредственно к процессам обработки, то при сварке – это толщина свариваемого металла, при резке – это толщина разрезаемого металла, при нанесении покрытий – это толщина наносимого слоя и т.п. Аналогично и по отношению к понятию производительность, то есть, при сварке – это скорость сварки, при резке – это скорость резки, при нанесении покрытий – это площадь напыленного материала и т.п.

3.3

Кислородно-флюсовая резка прибыли отливки из чугуна

Естественно, для обеспечения в процессе работы оборудования газами в определенных количествах и под заданными давлениями – необходимо применение газорегулирующей аппаратуры.

Все автогенное оборудование относится к классу повышенной взрывоопасности и для обеспечения безопасного
ведения процессов должна применяться соответствующая защитная техника.

Практически при всех процессах автогенной обработки наблюдается значительное выделение тепла и вредных веществ, что требует обеспечения в производственных помещениях соответствующей вентиляции и (или) установки специальных воздухоочистных устройств.

После уточнения всех выше перечисленных требований можно приступить к технико-экономическому анализу выбранного типа оборудования исходя из технических и эксплуатационных данных заявленных поставщиком на предлагаемое оборудование.

Выбирая оборудование для процессов газовой сварки, пайки и нагрева необходимо учитывать особенности сгорания различного горючего в кислороде.

При сварке оптимальным является выбор горелок, работающих на смеси ацетилена с кислородом. Для того, чтобы это подтвердить, обратимся к такой характеристике, как пятно нагрева. Именно оно показывает нам эффективную мощность пламени в зависимости от применяемого горючего газа и определяет величину зоны термического влияния. Температура сварочной ванны при сварке стали равна 16000С, поэтому с увеличением времени нагрева стали до заданной температуры пятно нагрева будет увеличиваться. Следовательно при использовании ацетилено-кислородного пламени, имеющего наиболее высокую температуру равную 32000С (для сравнения температура пламени с применением пропан-бутана равна 27000С), пятно нагрева будет наименьшим. Кроме этого при газовой сварке количество кислорода в горючей смеси ограничивается в связи с необходимостью получения восстановительных свойств сварочной зоны пламени, соприкасающейся со сварочной ванной, и взаимодействующей с окислами свариваемого металла, что позволяет получить качественный шов с минимальной пористостью. О содержании кислорода в горючей смеси в зависимости от применяемого горючего газа мы можем судить по следующему соотношению Vк./Vг.г., определяющему оптимальную эффективную мощность пламени:

● для ацетилено-кислородной смеси – 1,15;

● для пропано-кислородной смеси – 3,5;

● для смеси природного газа с кислородом – 1,6.

Не менее важной характеристикой является жесткость пламени, определяемая скоростью истечения смеси. Высокая скорость истечения оказывает значительное механическое воздействие на расплавленный металл сварочной ванны и затрудняет формирование шва.

При выборе оборудования для процессов пайки, газотермического напыления, нагрева или огневой очистки температура, окислительная способность и жесткость пламени не
имеют существенного значения. В процессах нагрева и огневой зачистки температура нагрева металла обычно не превышает 200 – 4000С, а при высокотемпературной пайке – 8000С.

Что позволяет активно использовать в качестве горючего пропан-бутан, метан или природный газ. В последнее время активно внедряется оборудование, позволяющее получать
водородно-кислородную смесь.  Например, электролизноводные установки ООО «РОАР» положительно зарекомендовали себя при пайке и нагреве деталей небольших размеров.

Часто для процессов пайки или нагрева требуется низкая температура пламени от 500 до 15000С, в этом случае применяются горючие смеси с использованием воздуха.

Для получения пламени с температурой 500 – 7000С применяют газо-воздушные горелки с использованием атмосферного воздуха, а для получения пламени с температурой 1200–15000С – горелки с подачей сжатого воздуха инжекторного типа или с внутрисопловым смешением газов.

При выборе оборудования для газовой резки необходимо определить, какой из технологических процессов наиболее целесообразен для вашей производственной программы.

Если предстоит резка различных материалов, в том числе и неметаллов, толщиной от 0,2 до 10 мм, причем к чистоте поверхности реза и отсутствию грата у получаемых деталей
предъявляются жесткие требования, то оптимальным будет применение лазерной резки. Но при этом необходимо учесть, что оборудование для лазерной резки дорогостоящее, а значит, либо количество вырезаемых деталей, либо их стоимость, должны позволить окупить затраты на покупку и эксплуатацию оборудования. Наиболее дешевым и легким в обслуживании является оборудование, оснащенное твердотельными лазерами, но они позволяют вести резку металлов толщиной до 3 мм.

Также для резки малых толщин в диапазоне от 0,5 до 5 мм эффективно применять микроплазменную резку, тем более, что этот процесс является менее затратным по сравнению
с лазерной резкой. Но при этом необходимо обратить внимание на то, что качество поверхности реза у деталей будет хуже, чем при лазерной резке, и очень сложно избежать наличия грата на нижней кромке разрезаемого металла.

При резке металлов в диапазоне толщин от 5 до 40 мм наиболее эффективно использовать процесс плазменной резки, тем более, что при качественной резке цветных металлов и нержавеющих сталей в этом диапазоне толщин альтернативы процессу плазменной резки среди автогенных технологий нет.

В течение последних десяти лет активно внедряется метод узкоструйной плазменной резки, обеспечивающий получение вертикальных кромок реза, при обычной плазменной
резке получается скос кромок на угол от 3 до 10. Оборудование для этого метода выпускается фирмами Hypertherm (США), Kjellberg (Германия), Daihen (Япония), Termal Dynamics (США). Большое преимущество этого оборудования заключается в том, что при резке этим методом малоуглеродистых низколегированных сталей не требуется последующая обработка кромок перед сваркой, так как резка ведется с кислородом в качестве плазмообразующего газа и азотирование поверхности реза не происходит. Указанное оборудование и запасные части к нему имеют высокую стоимость. Отечественные производители аналогичного оборудования не выпускают. Поэтому при его выборе требуется серьезный экономический расчет стоимости эксплуатации и окупаемости данного вида техники, насколько целесообразно ее применение по сравнению с процессом обычной плазменной резки.

При резке малоуглеродистых низколегированных сталей толщиной от 30 мм и более оптимально применение метода кислородной резки, так как скорость резки при плазменной технологии и кислородной технологии становятся равными, но при этом себестоимость кислородной резки ниже.

При резке чугуна, высоколегированных (нержавеющих) сталей, алюминия и других материалов, поддающихся автогенной обработке, толщиной от 50–70 мм и более оптимально применять кислородно-флюсовую резку. Ориентировочные режимы кислородно-флюсовой резки материалов приведены в таблице.

3.4

3.5

В процессах кислородной и кислородно-флюсовой резки подогревающее пламя должно нагреть металл в точке начала резки до температуры его воспламенения в струе кислорода (1300 – 14000С). Влияние подогревающего пламени на тепловой баланс процесса резки невелико, так как основное количество теплоты поступает за счет реакции окисления железа в кислороде и при этом достигается достаточно высокая температура 2200 – 25000С. Поэтому при резке металла активно используются газы-заменители ацетилена: пропан, метан, природный газ и др., а также жидкие топлива – керосин или бензин. Использование газов-заменителей и жидких топлив позволяет удешевить процесс автогенной резки, так как их стоимость в несколько раз ниже стоимости ацетилена. Также положительными факторами для использования газов-заменителей ацетилена и жидких топлив являются повышенная чистота поверхностей реза и меньшее оплавление верхних кромок. Тем не менее, при выборе оборудования надо учитывать и другие факторы условий эксплуатации. Например, оборудование будет работать при низких температурах. В этом случае можно использовать оборудование, работающее на ацетилене, метане, природном газе и на бензине, так как пропан при отрицательных температурах не испаряется и остается в жидком состоянии, а керосин требует подогрева для перехода в парообразное состояние
для последующего образования горючей смеси.

Не менее важно при выборе оборудования для кислородной резки обратить внимание на следующие параметры, при которых будет эксплуатироваться оборудование, которые влияют на качество и производительность:

● чистота применяемого кислорода,

● температура и химический состав разрезаемого металла,

● расход кислорода и горючего газа (жидкого топлива),

● мощность подогревающего пламени,

● скорость резки,

● геометрия сопла режущего кислорода

● и др.

Уважаемые читатели, если вас заинтересовала тема статьи, то по вашим пожеланиям можно более подробно остановиться на выборе оборудования для конкретных работ с приведением необходимых расчетов для определения технических и технологических параметров, а также состава оборудования.

Александр Константинович Никитин
Генеральный директор
«СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ»
e-mail: avtogentm@yandex.ru

4. Механизация и автоматизация автогенных процессов.

МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ
АВТОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

In this article we consider the concept of a new approach to the conception of mechanization and automation of processes of flame treatment of the materials.

Газопламенная обработка материалов (ГОМ) – технологический процесс, широко распространенный в большинстве отраслей промышленности, особенно там, где ключевую роль занимают металлоемкие производства. Спектр применения автогенной техники и технологий вследствие простоты процесса и высокой производительности оборудования чрезвы-
чайно велик. Крупнейшими потребителями техники для газопламенной обработки материалов являются предприятия металлургии, машиностроения, топливно-энергетического комплекса, строительства, автомобилестроения, авиастроения, судостроения и др. Практически на всех предприятиях указанных отраслей промышленности применяется самое разнообразное оборудование для ГОМ от ручных резаков и горелок до высокотехнологичных машин термической резки, оснащенных системами числового программного управления.

Благодаря универсальности и простоте технологии оборудование для газопламенной обработки материалов поддается высокой степени механизации и автоматизации. В настоящей статье предлагается рассмотреть концепцию нового подхода к понятиям механизация и автоматизация процессов газопламенной обработки материалов. В основе ее лежит возможность оснащения существующей и вновь разрабатываемой техники модулем управления и следящей аппаратурой, которые позволят связать управление перемещением машины, управление энергоносителями и автоматическое определение исходных данных в единую систему. Применение указанного решения позволит обеспечить переход от стадии управления перемещением в машинах газовой резки МГР (движение портала и суппортов) к стадии управления всем технологическим процессом, исходя из текущих условий. Т.е. создать полностью саморегулирующейся комплекс, выполняющий не только команды оператора в соответствие с какой либо программой, но и имеющий возможность самостоятельно корректировать технологические параметры процесса без вмешательства оператора, реагируя в процессе работы на изменение условий работы. Схема системы автоматизации комплекса газовой резки представлена на рис. 1.

4.1

Рис. 1 Схема системы автоматизации комплекса газовой резки

  Сегодня самым распространенным представителем высокотехнологичного оборудования для газопламенной обработки материалов являются машины термической резки с числовым программным управлением. Сфера применения МГР огромна, они эксплуатируются на подавляющем большинстве предприятий, где в больших объемах производится обработка

металлов. Рассмотрим работу машины газовой резки, оснащенной системой числового программного управления.

4.2

Рис. 2 Комплекс автоматизированного управления подачей газов для МГР МНЛЗ.

В УЧПУ, которой оснащена МГР, заложена программа выполнения процесса резки материала в зависимости от исходных данных, которые перед началом работы вводит оператор. В качестве исходных данных вводятся геометрические размеры изделия, скорость резки, направление резки, ширина реза, время подогрева металла перед началом резки и др.
Большинство УЧПУ МГР оснащены программой автоматического раскроя. Это обеспечивает порезку деталей нескольких конфигураций на одном листе при оптимальном их расположении, что позволяет добиться уменьшения расхода металла.

После ввода данных в УЧПУ оператор на газораспределительном щите устанавливает параметры энергоносителей (газов) с учетом состава и толщины разрезаемого металла.

После выполнения указанных действий оператор производит поджиг резаков и запускает МГР в работу. Вырезка деталей ведется с применением системы автоматического раскроя или по индивидуальным данным. В процессе резки программа, заложенная в УЧПУ, выдерживает следующие параметры: скорость резки, геометрические размеры вырезаемых деталей, расстояние от одной вырезаемой детали до другой, место последующей врезки и величину участка врезки, открытие-закрытие электромагнитных клапанов подачи газов и др. Для обеспечения равномерного расстояния между торцем мундштука резака и металлом применяются системы автоматического слежения.

Что касается управления газами, то оно в процессе работы МГР осуществляется оператором. Перед началом работы МГР давления газов согласно технической характеристике устанавливаются оператором при помощи редукторов на газовом пульте МГР. Во избежание срыва процесса резки оператор обязан следить за величиной давления подаваемых газов
и при необходимости обеспечивать их регулировку до необходимой величины, а при невозможности регулировки – остановить работу машины.

Проведя анализ работы ма- шин газовой резки, оснащенных системами числового программного управления, можно сделать следующие выводы.

● МГР с УЧПУ обеспечивают автоматизацию получения деталей в заданных геометрических размерах.

● Система автоматического раскроя не обеспечивает повторяемости геометрических размеров деталей в случае нарушения в процессе резки параметров подаваемых газов.

● Точность и качество вырезаемых деталей зависит от квалификации оператора, вводящего в программу УЧ- ПУ технологические параметры резки.

● В процессе работы оператор должен постоянно отслеживать показания приборов, чтобы обеспечить качество вырезаемых деталей.

Из вышесказанного видно, что МГР С УЧПУ не обеспечивают полной автоматизации процесса вырезки деталей. И так как из проведенного анализа видно, что именно работа оператора является наиболее важной составляющей в качественном выполнении работ по вырезке деталей, то появляется задача сведения к минимуму влияния человеческого фактора на
технологический процесс.

Для исключения влияния человеческого фактора на работу МГР необходимо автоматизировать работу системы газорегулирования, увязав ее с работой УЧПУ, которая обеспечивает автоматизированный раскрой металла при соблюдении заданных параметров.

                                                                        4.3

Рис. 3 Машина кислородной кислородно-флюсовой резки стали для копрового производства

Для исключения влияния непредсказуемых факторов на работу МГР проработана схема (рис. 1), по которой были взаимосвязаны системы управления движением механизмов МГР и подачи газов на резку, для чего газовые магистрали оснащаются датчиками расхода и давления. Сигналы с приборов поступают в промышленный компьютер, связанный с УЧПУ МГР, с которого поступают команды на устройства регулировки давлений и расходов газов и на УЧПУ, управляющеескоростями перемещения механизмов МГР в процессе резки.

4.4

Рис. 4  Кислородно-флюсовая резка стали.

При выполнении всех заданных исходных условий система работает в установленном режиме в соответствии с заложенной технологией. Все данные, полученные с датчиков, выводятся
для контроля на монитор оператора, а также архивируются.

При нарушении исходных условий или какого-либо из исходных условий, датчики посылают сигнал в управляющий модуль, от которого идут команды на исполнительные устройства, которые обеспечивают регулировку необходимого параметра или ряда параметров до нормы. При невозможности установки параметра (ряда параметров) на уровень, соответствующий исходному, управляющий модуль дает команду в УЧПУ на изменение технологических параметров процесса резки, исходя из изменившихся начальных условий. При значительном отклонении исходных параметров от технологических требований и невозможности их регулировки до значений, обеспечивающих выполнения процесса резки, система останавливает работу машины.

Оператору на монитор поступает информация с указанием выявленных нарушений.

При механизированном варианте исполнения системы управления на пульт оператора выводятся кнопки и регуляторы, при помощи которых он задает исходные параметры, которые выполняются исполнительными элементами системы (в том числе и в случае дорегулировки параметров в процессе работы). Далее система работает, как и в автоматическом режиме.

Рассматривая более высокий уровень автоматизации машин или комплексов газовой резки можно ввести модуль, определяющий параметры разрезаемого металла, такие как:
габаритные размеры листа и его температура. На основании этих данных и, исходя из задания на вырезаемые детали, система принимает решение об оптимальном технологическом
процессе резки металла и раскрое листа.

В настоящее время прототип описанной выше системы успешно работает на участке газовой резки машины непрерывного литья заготовок на ОАО «НКМК». Комплекс автоматизированного управления подачей газов приведен на рис. 2.
А.К. Никитин
Генеральный директор
ООО «СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ»

5. Кислородная резка сталей больших толщин.

КИСЛОРОДНАЯ РЕЗКА СТАЛЕЙ БОЛЬШИХ ТОЛЩИН

Oxygen cutting of the large thickness steels is one of the major operations in metal blank production of the fabricating works and the metallurgical enterprises. This complex but efficient processing of metals, has its physical and chemical characteristics and demands application of modern high-tech equipment and special methods of work.

It is extremely important for every consumer that uses in the production of energy-intensive processes is the selection of optimal technology, allowing to achieve high economic performance.

Кислородная резка сталей больших толщин является одним их звеньев обработки металлов в высокотехнологичных металлообрабатывающих и металлургических производствах. Она находит широкое применение в заготовительных производствах при вырезке заготовок из крупногабаритных поковок, при отрезке прибылей отливок и при резке крупногабаритного металлолома для последующего переплава.

По существующей классификации сталями большой толщины при кислородной резке считаются стали, имеющие толщину от 300 мм и более. Процесс кислородной резки сталей большой толщины имеет свои физико-химические особенности и сопровождается большими расходами газов, подаваемых в зону реза в единицу времени, что требует применения специальной аппаратуры и особых приемов резки. Поэтому выбор оптимальной технологии, которая имеет наилучшие технические параметры процесса в сочетании с экономическими показателями и обеспечивает устойчивый процесс, является крайне важным для каждого потребителя и зависит от технической и энергетической оснащенности участка, где производится резка.

Для выбора оптимальной технологии для резки сталей большой толщины рассмотрим структуру подогревающего пламени, формирование струи режущего кислорода в зависимости от его давления и основные технологические приемы резки.

ПОДОГРЕВАЮЩЕЕ ПЛАМЯ

Основное назначение подогревающего пламени – нагреть начальный участок поверхности разрезаемого металла до температуры воспламенения железа в кислороде и ввести в зону
реакции окисления железа дополнительное тепло, необходимое для компенсации теплоотвода в металл и окружающую среду. Для образования горючей смеси при резке сталей больших толщин рекомендуется применять пропан-бутан или природный газ. Это связано с небольшой скоростью воспламенения указанных газов, что позволяет при определенных технических приемах обеспечить подогрев нижней части реза.

К форме и конструкции каналов для горючей смеси предъявляются следующие требования:

- обеспечение необходимой мощности пламени для разрезаемой толщины металла;

- устойчивость горения пламени;

- достаточно высокая концентрация теплового потока горючей смеси;

- эффективная теплопередача от пламени к металлу.

В настоящее время при резке сталей больших толщин применяются многосопловые мундштуки с круглыми или шлицевыми каналами для выхода горючей смеси с внутрисопловым или внешним смешением горючего газа и кислорода.

Применение мундштуков этих видов обусловлено высокой устойчивостью к обратным ударам пламени и надежной работой даже при очень сильном нагреве. Но наибольшее применение находят мундштуки с внутрисопловым смешением, так как обеспечивают более высокую температуру пламени и наиболее концентрированный нагрев поверхности металла в процессе подогрева и последующей резке. Применение щелевых мундштуков в виду возможности их использования только с резаками инжекторного типа, недостаточной устойчивости пламени, а также повышенной склонности к обратным ударам пламени применения не нашло.

Установлено, что подогревающее пламя оказывает определенное давление на охватываемую им струю режущего кислорода и вследствие этого в щели разреза на расстоянии 250-450 мм
и более чистота кислорода остается неизменной, далее чистота кислорода режущей струи в щели разреза снижается.

На величину длины чистой струи режущего кислорода в щели разреза влияют следующие факторы:

- разрезаемый металл с трех сторон вокруг режущей струи задерживает проникновение других газов;

- газы подогревающего пламени, находящиеся в разрезе позади струи режущего кислорода, оказывают на нее давление, обусловленное процессом горения, что обеспечивает прохождение струи кислорода, как в трубе, защищая от взаимодействия с продуктами горения и атмосферным воздухом до места затухания пламени;

- при введении в разрез дополнительного количества горючего газа величина подогревающего пламени увеличивается, обеспечивая защиту струи режущего кислорода на большую глубину;

- после прохождения струей режущего кислорода зоны горения пламени начинается активное расширение струи и захватывание частиц окружающего воздуха и, как следствие, загрязнение струи до прекращения реакции горения железа.

СТРУЯ РЕЖУЩЕГО КИСЛОРОДА

Принято считать, что при кислородной резке металла с увеличением его толщины требуется повышать давление режущего кислорода перед резаком. Данное предположение основывалось на том, что, чем больше давление кислорода для разрезаемой стали большой толщины при определенном диаметре сопла режущего кислорода, тем большее количество чистого кислорода сможет поступать в разрез и тем лучше условия окисления металла по глубине разреза. Кроме того, с увеличением давления повышается его динамическое, эвакуирующее воздействие на жидкий металл и шлак.

При резке сталей толщиной до 300 мм наибольшие скорости при соблюдении оптимальных параметров достигаются при давлении кислорода перед резаком 8-10 кгс/см2, а при резке сталей больших толщин для получения положительных результатов при работе на динамичных режимах резки давление режущего кислорода придется поднять до 25 кгс/см2 и выше.

Каналы режущего кислорода в мундштуках, обеспечивающих резку металла при таких давлениях должны быть профилированными, с расширением на выходе. Однако режимы резки свыше 12 кгс/см2 перед резаком создают для выполнения процесса кислородной резки трудности технического характера, так как распределительные кислородные трубопроводы
на предприятиях могут подавать газ под давлением не более 16 кгс/см2, а реальное давление кислорода, подаваемого по ним, не превышает 12-14 кгс/см2. В результате – для проведения кислородной резки сталей больших толщин кислородом высокого давления потребуется применение многобаллонных разрядных рамп, которые в свою очередь потребуют применения специальных редукторов, имеющих возможность поддерживать высокое давление в рабочей камере при больших расходах кислорода (150 – 400 м3/ч). Кроме этого надо не забыть про применение специальных рукавов, обеспечивающих работу при давлениях кислорода более 20 кгс/см2. Вся перечисленная техника является нестандартной и требует больших затрат при ее закупке, более того применение баллонного кислорода крайне дорого. Кроме этого резка сталей большой толщины при таких давлениях режущего кислорода имеет свои технологические трудности, любое незначительное отклонение параметра процесса резки от нормы или дефект в металле могут привести к прекращению процесса резки.

В тоже время, учитывая большое вспомогательное время при подготовке к резке сталей большой толщины и значительный расход газов, скорость резки не является решающим параметром, так как не имеет такого решающего экономического значения, как при резке сталей обычных толщин. Проведенные исследования показали, что для нормального протекания процесса разделительной резки сталей большой толщины не требуется, чтобы струя обладала очень большой кинетической энергией и сверхзвуковой скоростью истечения.

При низких скоростях истечения струи, близких к звуковой, большее количество кислорода более длительный промежуток времени соприкасается с поверхностью разрезаемого металла, в результате чего значительно уменьшаются потери кислорода.

Строение струи режущего кислорода при истечении из сопла в атмосферу приводится на рис. 1. Удаляясь от среза сопла, она приобретает коническую форму и постепенно полностью исчезает. Это связано с тем, что по мере удаления струя режущего кислорода захватывает окружающий воздух и, взаимодействуя с ним, образует наружную зону, заполненную смесью кислорода с воздухом. Смесь перемещается вместе со струей режущего кислорода в осевом направлении, но со значительно меньшей скоростью, быстро уменьшающейся в радиальном направлении. Вследствие чего, по мере удаления от мундштука скорость струи режущего кислорода уменьшается одновременно с уменьшением сечения струи и в какой-то момент становится непригодной для процесса резки.

5.1

Рис. 1. Схема строения свободно вытекающей из сопла струи и режущего кислорода

Активная часть струи, пригодная для процесса резки, определяется несколькими факторами, наиболее важным из которых является чистота кислорода, которая не должна опускаться ниже 95%. Поэтому при расчете диаметра сопла режущего кислорода необходимо учитывать, что оно должно обеспечивать активную часть струи по длине не менее чем на 70-75% глубины реза (толщины разрезаемого металла).

Очень важное влияние на струю режущего кислорода оказывают резкие отклонения кислородопровода в резаке и изменения сечений, которые служат причиной завихрений и турбулентных движений, нарушающих правильную форму струи и уменьшающих ее устойчивость и рабочую длину. Очень важна форма сопла режущего кислорода, определяемая в зависимости от того, какое давление кислорода используется для процесса резки. Струя режущего кислорода обладает наибольшей кинетической энергией, если ее расширение завершается внутри сопла, поэтому форма канала режущего кислорода на выходе определяет технологические возможности процесса резки.

Величину расширяющейся части канала режущего кислорода можно рассчитать, используя зависимости, принятые в аэродинамике. Так как динамические свойства струи и часовой
расход кислорода находятся в прямой зависимости от давления кислорода перед резаком, то именно давление на входе является определяющим параметром при выборе диаметра сопла.

5.2

Рис. 2 Резка отливки из м/у стали толщиной 900 мм с применением кислорода низкого давления машиной газовой резки для копровых производств

В результате исследований распределения динамических давлений свободно вытекающей струи режущего кислорода в различных ее сечениях, проводившихся ранее, отмечено, что при
равных значениях мощности струи режущего кислорода и выходных сечений сопел наиболее длинную и узкую струю дает сопло с простой цилиндрической формой при давлении кислорода на входе в резак – 1-1,5 кгс/см2. То есть наиболее устойчиво протекает процесс при применении режущего кислорода низкого давления c использованием сопел простой
цилиндрической формы.

5.3

Рис. 3 Рез отливки из м/у стали толщиной 900 мм с применением кислорода низкого давления

Исследования процесса резки углеродистой и высоколегированной сталей большой толщины проводились в ООО «СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ». Они показали, что для успешного протекания процесса разделительной кислородной резки необходимо, чтобы струя режущего кислорода, обеспечивающая реакцию горения железа, поступала равномерно по всей поверхности реза, перемещая по разрезу образующиеся шлаки и удаляя их. При наличии в металле внутренних пороков (пустот, пор, трещин, включений и т.п.) струя не должна
менять своего направления, в местах их наличия образуя завихрения и выровы на поверхности реза. Поэтому резку сталей больших толщин целесообразно вести кислородом низкого давления. Струя режущего кислорода при низком давлении и дозвуковой скорости истечения имеет больший диаметр, что позволяет ей окислять большее количество металла в верхней части реза и обеспечивает прогрев металла в нижней части реза благодаря большому количеству протекающего горячего шлака, который по пути к нижней части реза заполняет трещины, раковины и пустоты, вследствие чего кислородная струя не теряет своей устойчивости и направления. Это очень важно при резке металла большой толщины, как правило, имеющего внутренние пороки. Кроме того уменьшается количество тепла, уносимое из разреза избыточным кислородом, не участвующим в реакции, в результате чего сокращается общий удельный расход кислорода.

ПРИЕМЫ РЕЗКИ

При резке сталей больших толщин процесс окисления металла по всей толщине реза протекает значительно медленнее, чем при малых и средних толщинах. Поэтому успех резки в значительной степени определяется правильным началом врезания кислородной струи в металл. Если в начальный момент врезания струи режущего кислорода металл не сразу прорезается на всю толщину, нельзя уменьшать установленную скорость перемещения резака (скорость врезания), так как уменьшится количество шлака, образующегося в процессе взаимодействия струи режущего кислорода и подогревающего пламени с металлом, и процесс резки может прекратиться. Нельзя в начальный момент перемещать резак с повышенной скоростью, большей, чем скорость врезания, так как это приведет к чрезмерно большому отставанию в нижней части реза и, как следствие, к непрорезу металла. Для успешного ведения резки резак следует перемещать равномерно с заданной скоростью, даже если прорезание металла на всю толщину произойдет при значительном перемещении резака над верхней кромкой, и отставание будет иметь относительно большую величину.

5.4

Рис. 4 Поковка из стали 09Г2С толщиной 630 мм перед резкой с применением режущего кислорода под давлением 14 кгс/см2

На основании проведенных в последнее время исследовательских работ в ООО «СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ» можно дать рекомендацию, что особое внимание следует уделять технологическим операциям, предшествующим резке сталей большой толщины. Место начала резки следует хорошо прогреть, причем зона нагрева должна увеличиваться в направлении нижней части линии предстоящего реза. Если в начальный момент резки образуется слишком большое количество шлака, растекающегося по холодной поверхности разрезаемого металла в виде веера и нагревающего широкий участок металла, то уменьшается пробивная сила струи режущего кислорода в нижней части реза, снижается скорость резки, увеличивается отставание и получается расширяющийся к низу рез. Если в момент врезания струи режущего кислорода в металл будет установлено слишком высокое для данного мундштука давление режущего кислорода, то цилиндричность струи и плавность ее истечения нарушаются, в результате чего образуется порог, ниже которого реакция горения железа в кислороде прекращается.

Для повышения устойчивости процесса резки в момент врезания струи режущего кислорода в металл целесообразно располагать резак под небольшим углом 2-30 отставания от вертикали в сторону перемещения резака. Начинать перемещение резака по линии реза следует одновременно с пуском режущего кислорода. В момент врезания рекомендуется обеспечивать плавное нарастание давления режущего кислорода по мере врезания струи в металл. Если в процессе резки струя режущего кислорода начинает блуждать от одной кромки реза к другой и при этом образуется «чернота» на поверхности металла в зоне резки, нужно повысить скорость перемещения резака, чтобы увеличить количество образующегося шлака. По мере приближения к концу реза рекомендуется повернуть резак под углом 2-30 в сторону направления реки, чтобы уменьшить величину отставания и обеспечить приоритет прорезания нижней части разрезаемой заготовки.

Существенно влияет на процесс резки сталей больших толщин подогревающее пламя. Для увеличения эффективности процесса резки требуется подогрев нижней части реза. Визуальной оценкой пламени является длина факела, которая должна несколько превышать толщину разрезаемого металла. Это достигается разными технологическими приемами:

- подогревающее пламя регулируется с избытком горючего газа, что позволяет увеличить длину пламени;

- в нижнюю зону реза дополнительно вводится горючий газ;

- резак оснащается двухпламенным мундштуком (разработан и запатентован ООО «СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ»), обеспечивающим избыток горючего газа по всей или по большей части
глубины реза.

При резке сталей больших толщин с целью уменьшения нагрева мундштука отраженным теплом и во избежание засорения каналов для выхода горючей смеси и режущего кислорода брызгами расплавленного шлака рекомендуется поддерживать значительно большее расстояние от торца мундштука до поверхности металла, чем при резке сталей малых и средних толщин. Обычно его величина находится в пределах 40 – 70 мм.

Заготовки из сталей большой толщины, предназначенные для порезки, необходимо укладывать на раскройный стол или технологическую подставку таким образом, чтобы расстояние от нижней кромки разрезаемой стали до днища стола или до земли составляло расстояние равное 0,6 от толщины разрезаемого металла, но не менее 300 мм.

В заключение настоящей статьи необходимо отметить, что, несмотря на выявленные преимущества технологии кислородной резки сталей большой толщины кислородом низкого давления, технология резки высоким давлением (12-25 кгс/см2) может применяться для толщин до 600-800 мм. Но при выборе технологии надо четко определить приоритеты, дать точную оценку технологическим возможностям имеющегося оборудования, а также технической и энергетической вооруженности участка резки. Резка м/у стали толщиной 900 мм с применением технологии низкого давления (3 кгс/см2) режущего кислорода приведена на рис. 2 и 3. Резка стали 09Г2С толщиной 630 мм с применением технологии высокого давления (14 кгс/см2) приведена на рис. 4, 5 и 6.

А.К. Никитин
Генеральный директор
ООО «СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ»

6. Особенности конструкции ручных реаков инжекторного типа.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ РУЧНЫХ РЕЗАКОВ ИНЖЕКТОРНОГО ТИПА

In response to the demands of consumers to make an objective assessment of the Russian market for oxygen injection torches for cutting-off of the steel sheets, we present a description of the optimal design of the cutter and a list of requirements which it must comply. At the next stage we consider it necessary to carry out testing of torches used by Russian consumers and create a single all-Russian program of tests. This idea met the understanding and support among the leading manufacturers of products.

В отечественной промышленности ручные резаки инжекторного типа для кислородной резки находят пока самое широкое применение, несмотря на активное продвижение производителями и продавцами в течение последних 10-ти лет более эффективных и безопасных резаков с внутрисопловым смешением газов.

Доминирующее положение резаков инжекторного типа обусловлено целым рядом условий: – в Советском Союзе в массовом порядке производились только инжекторные резаки, что позволило довести технологию их изготовления до очень высокого уровня, которая взята за основу всеми предприятиями, производящими данный вид продукции на территории РФ и других стран СНГ в настоящее время;
– себестоимость изготовления инжекторных резаков практически у всех производителей этого вида газопламенного оборудования невысока и отличается незначительно, что крайне важно в конкурентной борьбе;
– потребители, в течение десятков лет эксплуатировавшие инжекторные резаки, продолжают их приобретать, с той лишь разницей, что в настоящее время из-за появления новых предприятий, им приходится выбирать, продукцию какого производителя приобрести.

Несмотря на то, что конструкция инжекторных резаков отработана, выпускаются изделия, которые в угоду снижения стоимости теряют ряд конструктивных и эксплуатационных свойств, снижается их надежность, работоспособность и безопасность. Более того, в последнее время появились некачественные подделки резаков и запасных частей к ним, изготовленные в Китае. Такая ситуация заставляет потребителей более серьезно подходить к выбору приобретаемой продукции.

В ООО «СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ», как к разработчику газопламенного оборудования, поступали и продолжают поступать запросы дать объективную оценку предлагаемым на российском рынке инжекторным резакам. Для этого требуется проведение испытаний резаков, используемых российскими потребителями. Для объективности ООО «СКТБ АВТОГЕНТЕХМАШ» предложило ведущим производителям представить образцы для проведения испытаний, цель которых заключается в следующем:

Скачать (PDF, 300KB)

×

Скачать (PDF, 668KB)

×

Скачать (PDF, 241KB)

×

Скачать (PDF, 234KB)

×

Скачать (PDF, 198KB)

×

Скачать (PDF, 400KB)

×