Автоматизированные системы аналитического контроля металлургических процессов

Представлен обзор современного состояния аналитического оборудования для контроля технологических процессов выплавки и внепечной обработки чугуна и стали, показана важность использования автоматизированных аналитических комплексов в технологической линии производства стали.

Ключевые слова: аналитическое оборудование, автоматизированный комплекс, контейнерная лаборатория

Современный технологический процесс выплавки и внепечной обработки чугуна и стали невозможно представить без оперативного контроля химического и фазового составов используемых шихтовых материалов, плавочного контроля и сертифицирования готовой продукции.

Развитие аналитических методов в большой степени связано с текущими задачами и потребностями черной металлургии. Аналитический контроль на металлургическом производстве в настоящее время предусматривает определение до 40 элементов периодической системы Д. И. Менделеева [1] и нескольких сотен фаз, определяющих технологические свойства используемых материалов (руды, концентраты, ферросплавы, огнеупоры, шлаки и т. д.). Существенно возросло не только разнообразие исследуемых в черной металлургии материалов, но и количество образцов, результаты анализа которых имеют решающее значение для управления производственным процессом. Интенсификация и ускорение технологических процессов, необходимость быстрого и точного контроля (экспресс-анализ) состава различных материалов в режиме on-line ведут к ужесточению требований к проведению анализа (отбор проб, оперативная доставка их в лабораторию, сокращение времени пробоподготовки и проедения анализа).

Тенденции развития металлургического производства, постоянное повышение требований к качеству выпускаемой продукции определяют основные направления развития аналитического приборостроения для черной металлургии. Компания ООО «Термо Техно Украина», являясь эксклюзивным дистрибьютором всемирно известной корпорации Thermo Fisher ARL Products, предлагает комплексные и готовые решения по оснащению лабораторий на всех этапах металлургического передела: входной контроль сырьевых материалов; контроль материалов аглодоменного производства; аналитический контроль сталеплавильного производства и производства внепечной обработки стали.

Современные технологии выплавки и внепечной обработки стали характеризуются высокой степенью интенсивности протекающих процессов, что обусловлено необходимостью сокращения времени выплавки и рафинирования металла, увеличения производительности сталеплавильных агрегатов, сокращения затрат на энергетические и материальные ресурсы. В рамках жестких требований по оперативности аналитического контроля технологических процессов экспрессность и точность проведения анализа являются одними из ключевых факторов, определяющих соблюдение регламентируемого технологического цикла и скорости проведения корректирующих воздействий.

В таких условиях возрастает роль автоматизированных систем аналитического контроля состава металла и шлака, в которых влияние человеческого фактора полностью исключено. Такие автономные лаборатории можно устанавливать непосредственно на участках вблизи производственных мощностей. В отсутствие закрытого помещения на производстве автоматизированную систему (Thermo Fisher ARL Products) устанавливают в транспортируемый, защищенный контейнер с внутренним климат-контролем (рис. 1). Зарегистрированные пробы вводят через окно на наружной стенке контейнера и обрабатывают (за менее чем 2 мин) в полностью автоматическом режиме на каждой стадии их продвижения, включая подготовку поверхности, оценку качества подготовленной поверхности, анализ химического состава, передачу результатов указанным адресатам, сохранение результатов анализа, маркировку и сортировку проб после анализа.

Использование автономных аналитических комплексов дает следующие преимущества:

• улучшение надежности анализа за счет устранения ошибок, связанных с человеческим фактором, и улучшения воспроизводимости и точности получаемых результатов;
• устранение влияния на результаты субъективных факторов, например, навыков работающего оператора;
• увеличение производительности;
• сокращение времени получения результатов (при одновременном увеличении общего количества анализируемых проб) и снижения стоимости анализа каждой пробы;
• увеличение пропускной способности оборудования;
• снижение стоимости анализа за счет устранения ручного труда.

Сотрудничество с проектными организациями позволяет компании гармонично вписывать автоматизированные комплексы аналитического контроля в общую схему технологической линии сталеплавильного производства. С 2004 г. лаборатории ARL QuantoShelter используют ведущие предприятия страны, такие как: ОАО «МК «Азовсталь», ПАО «Мариупольский меткомбинат им. Ильича» (ММК им. Ильича), ПАО «Днепровский металлургический комбинат им. Ф. Э. Дзержинского» (ДМКД), ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог» (АМКР).

На АМКР реализована уникальная технология совмещения сверхскоростного фрезерного станка MiniMill с традиционной технологией автоматического анализа с использованием робота-манипулятора проб SMS-2500 (рис. 2) и оптико-эмиссионного спектрометра ARL 4460, позволяющая проводить анализ за менее чем 2 мин (от подготовки пробы стали до выдачи результатов в информационную сеть предприятия). В автоматизированный комплекс экспресс-лаборатории АМКР (цех внепечной обработки и непрерывной разливки стали) также интегрирована система экспресс-анализа шлаков, состоящая из автоматической системы подготовки проб (вибромельница НР-МА, пресс НР-РА), манипулятора проб ARL SMS-XY и рентгеновского спектрометра ARL 9900.

Интенсификация процессов выплавки и внепечной обработки стали, а также постоянное повышение требований к качеству готовой продукции предъявляет жесткие требования к оперативности аналитического контроля на всех стадиях технологического процесса и приводит к необходимости использования полностью автономных и автоматизированных аналитических комплексов – контейнерных лабораторий ARL QuantoShelter и сверхсовременных автоматизированных лабораторий.

Автоматизация металлургических предприятий
Совершенствование систем автоматического контроля и управления в металлургической промышленности России является непрерывным процессом, однако можно выделить несколько основных этапов развития автоматизации: 1