YU ISSN 0372-8633 ŽELEZARSKI ZBORN I K VSEBINA Stran Holzgruber Wolfgang — Inteco DANAŠNJE STANJE RAZVOJA IN RAZVOJNE SMERI POSTOPKA ELEKTRIČNEGA PRETA-LJEVANJA POD ŽLINDRO 105 R o d i č Jože — Železarna Ravne RAZVOJ ELEKTRIČNEGA PRETALJEVANJA JEKEL POD ŽLINDRO V ŽELEZARNI RAVNE 113 Šegel Jože — Železarna Ravne RAČUNALNIŠKO PODPRTO KRMILJENJE EPŽ PROCESOV IN PROIZVODNJE 125 Bratina Janez — Železarna Ravne GOSPODARJENJE Z ELEKTRIČNO ENERGIJO V ŽELEZARNI RAVNE 131 Veber Zoran, Z. Markovič, V. Logar — Železarna Štore ODPADNA ENERGIJA V ŽELEZARNI ŠTORE 143 LETO 18 ŠT. 4 - 1984 ŽEZB BQ 18 (4) 105 — 148 (1984) IZDAJAJO ŽELEZARNE J E S E N I C E , R A V N E , Š T O R E IN METALURŠKI INŠTITUT «2^9280 ^ 81 £4 ŽELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LETO 18 LJUBLJANA DECEMBER 1984 Vsebina: Stran: Wolfgang Holsgruber Današnje stanje razvoja in razvojne smeri postopka električnega pretaljevanja pod žlindro 105 UDK: 669.162.263 ASM/SLA: D8n Jože Rodič Razvoj električnega pretaljevanja jekel pod žlindro v Železarni Ravne 113 UDK: 669.162.263 ASM/SLA: D8n Jože Šegel Računalniško podprto krmiljenje EPŽ procesov in proizvodnje 125 UDK: 669.187.6:861.142 ASM/SLA: D8p, X14k Janez Bratina Gospodarjenje z električno energijo v Železarni Ravne 131 UDK: 621.316.003 ASM/SLA: U7C, W11 Zoran Veber, Z. Markovič, V. Logar Odpadna energija v Železarni Store 143 UDK: 620.97 ASM/SLA: W11 Inhalt Seite Wolfgang Holzgruber Heutiger Stand der Entvvic-klung und die Entwicklung-srichtungen beim Elektro-Schlacke-Umschmelz-Ver-fahren. 105 UDK: 669.162.263 ASM/SLA: D8n Jože Rodič Die Entwicklung des Elek-tro-Schlacke-limschmelzens im Hiittenwerk Ravne. 113 UDK: 669.162.263 ASM/SLA: D8n Jože Šegel Rechnerisch unterstiitzte Steuerung der ESU Prozes-se und der Produktion 125 UDK: 669.187.6:861.142 ASM/SLA: D8p, X14K Janez Bratina Bewirtschaftung der elek-trischen Energie im Hiitten-werk Ravne 131 UDK: 621.316.003 ASM/SLA: U7C, W11 Zoran Veber Die Abfallenergie im Hiit-tenwerk Štore 143 UDK: 620.97 ASM/SLA: W11 Contents Page VVolfgang Holzgruber Present state of development and development trends of electroslag remelting 105 UDK: 669.162.263 ASM/SLA: D8n Jože Rodič Development of electroslag remelting of steel in the Ravne Ironvvorks 113 UDK: 669.162.263 ASM/SLA: D8n Jože Šegel Computer-supported control of ESR processes and of the production 125 UDK: 669.187.6:861.142 ASM/SLA: D8p, X14k Janez Bratina Economizing with electric energy in Ravne Iromvorks 131 UDK: 621.316.003 ASM/SLA: U7C, W11 Zoran Veber Waste energy in the Štore Ironworks 143 UDK: 620.97 ASM/SLA: W11 Cojepacamie CTpaHHua Wolfgang Holzgruber CoBpeMeHHoe nojioHcemie paiBHTHH H HanpaBJieHHH pajBHTHd JJieKTpHieCKOH nepenjiaBKH non uiJiaKOM. 105 UDK: 669.162.263 ASM/SLA: D8n Jože Rodič Pa3BiiTiie 3JieKTpiiiecKOH nepenjiaBKii CTa.ieii noa ui.iaKOM b \ieTajijiypriiHe-ckom taBo.ie /Ke.iejapiia PaBHe. 113 UDK: 669.162.263 ASM/SLA: D8n Jože Šegel h C0Tpy,hh h k h rTpOH3BOaCTBO CTaJIH C iipiiMeHemievi 3UHT-a npn nOMOUJlI BbIHHC.1IITejlbHblX Mamini /l.i n viipaH.iciuiH npoueccoM. 125 UDK: 669.187.6:861.142 ASM/SLA: D8p, X14K Janez Bratina Xo3HHCTBeHHOe HCI10J1b30-nainie j.ieKipiiHecKoii 3nep-nih b Mera.ijiypriiHecKOM laBO ie/Ke.iesapna PaBHe. 131 UDK: 621.316.003 ASM/SLA: U7C, W11 Zoran Veber IloSoHHaH sueprHH b \ie-ra.i.iypiH4ecK0M saBoje /Ke.ieiapua UlTope 143 UDK: 620.97 ASM/SLA: W11 ŽELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LETO 18 LJUBLJANA DECEMBER 1984 Današnje stanje razvoja in razvojne smeri postopka električnega pretaljevanja pod žlindro * UDK: 669.162.263 ASM/SLA: D8n VVolfgang Holzgruber Podan je pregled razvoja od uvedbe prvih EPŽ naprav do današnje stopnje z glavnimi značilnostmi razvojnih stopenj, pa tudi ključni kazalci porabe žlindre, energije, izkoristkov ter osnovni tehnološki parametri pretaljevanja. S posebnim poudarkom je opisan razvoj naprav z značilno električno izvedbo, današnja tehnika EPZ naprav in stanje regulacijske tehnike. Poseben pomen imajo vodno hlajeni visokotokovni drsni kontakti. Nov koncept je bil prvič uporabljen v železarni Ravne. Poleg tega je novost tudi elektronska regulacija globine potapljanja elektrode ter računalniško krmiljenje hitrosti pretaljevanja, kar je odločilni parameter za kakovost EPŽ ingotov. Prikazane so tudi razvojne smeri s pretaljevanjem v varovalni atmosferi pod povečanim plinskim tlakom in izdelava oblikovanih EPŽ teles. Te smeri bodo prav gotovo v naslednjih letih še pridobivale pomen. 1. DOSEDANJI RAZVOJ Danes mineva nekako 25 let, odkar so pognali prve proizvodne naprave za EPŽ pretaljevanje v jeklarnah Dnjeprospecstalj v Zaporožju ter nekaj mesecev pozneje pri firmi Firth Stirling v McKeesport. Medtem ko je obratovala ruska naprava s stoječo kokilo in z eno samo elektrodo, je bila na ameriški napravi že prvič izvedena menjava elektrod. Od takrat je bilo danih v pogon že veliko EPŽ naprav in proizvodnja EPŽ jekla je izven dežel vzhodnega bloka porastla na preko 200.000 t letno (slika 1). Medtem ko je prihajal pretežni del proizvodnje v prvih letih iz naprav s stoječo kokilo, pridobivamo danes največ EPŽ jekla iz naprav z drsečimi kristalizatorji in z menjavo elektrod med pretaljevanjem. Slika 2 prikazuje shemo EPŽ naprave s stoječo kokilo, v kateri dobimo iz ene elektrode en pretaljen ingot. Pri tovrstni izvedbi naprave je dolžina ingota omejena z dolžino kokile oziroma z največjo pretaljevalno elektrodo, ki jo je mogoče uporabiti. Zaradi velikih stroškov v splošnem proizvodnja dolgih talilnih elektrod ne pride več v poštev. Te pomanjkljivosti so razvoj naravnale na izdelavo naprav s kratkimi dvižnimi kokilami oziroma s spušča-jočim dnom ter na izdelavo naprav z meryavo elektrod, s čimer je postalo možno proizvajati EPZ ingote, katerih dolžina ni bila odvisna od dolžine kokile in od dol- * Referat na mednarodnem posvetovanju »ELEKTRIČNO PRETALJEVANJE JEKEL POD ŽLINDRO« 12. aprila 1984 v Železarni Ravne. Dr. Wolfgang Holzgruber, dipl. ing. mont., je vodja firme IN-TECO, Internationale Technische Beratung Ges. M. B. H. Bruck a/Mur, Avstrija. Slika 1 Razvoj EPŽ proizvodnje v zapadnem svetu Fig. 1 Development of ESR production in the West World 1960 1.965 1970 1975 1980 1985 1990 f'50 i ti 100 vse naprave skupaj naprave s stabilnim kristahza naprave z menjavo elektrod in z drsnim kristalizatorjem žine talilnih elektrod, ker je bilo možno pretaljevati za en ingot več talilnih elektrod drugo za drugo. držalo elektrode elektroda kristalizator Prve tovrstne naprave so bile predane v obratovanje v letu 1967 pri firmi Bohler v Kapfenbergu oziroma pri firmi English Steel Corporation v Sheffieldu. (Slika 3) Slika 4jjrikazuje odvisnost specifične porabe žlindre pri EPZ postopku od dolžine ingota za formate ingotov med 400 do 1000 mm premera. Ker je količina žlindre odvisna le od premera ingota, je poraba toliko manjša, kolikor večja je dolžina bloka. Medtem ko je bilo pri dolžinah ingotov med 1 in 1,5 m porabljene na tono od 25 do 35 kg žlindre, znaša ta poraba pri ingotu dolžine 4 m poprečno le približno 10 kg/t. Slika 2 Shema visokotokovne zanke EPŽ naprave s stabilnim kristaliza-torjem Fig. 2 Scheme of high-current loop of ESR equipment with a fixed mould 50 * 40 ¥ Uj ibo I •n 20 I £ JO 1 \ \ } 41000 ^tecc V-0600 y\ if,/ 00 12 3 4 5 Dolžina ingota v m Slika 4 Poraba žlindre na tono EPŽ ingota v odvisnosti od dolžine ingota za različne preseke ingotov Fig. 4 Consumption of slag per ton ESR ingot depending on the ingot length for various ingot cross sections Slika 3 Shema EPŽ naprave z menjavo elektrod in dvižnim kristalizator-jem pri uporabi fleksibilnih visokotokovnih kablov Fig. 3 Scheme of ESR equipment with changing the electrodes and vvith the lifting mould using the flexible high-current cables V primerjavi z napravami s stoječimi kokilami je bila tako dosežena vrsta ekonomskih prednosti, ki jih bomo v naslednjem na kratko obravnavali. Proizvodna kapaciteta EPŽ naprav je prav tako odvisna od dolžine ingota, kot kaže slika 5. Da bi dosegli ugodne proizvodne kapacitete in s tem izkoriščenje naprave, je treba stremeti k izdelavi ingotov z dolžino po možnosti preko 3 m, pri tem pa mora biti dolžina bloka toliko večja, kolikor večji je njegov premer. To je potrebno zaradi tega, ker ingoti z večjim premerom potrebujejo več časa za zaključevanje pretaljevanja pri glavi ingota. Vmesni časi pa od premera ingota skoraj niso odvisni. Tudi izplen EPŽ ingotov je močno odvisen od dolžine ingota, ker odpadek tako pri glavi kot pri nogi ni odvisen od dolžine ingota. (Slika 6) Za izkoristek preko 90 % je potrebna pri 600 mm premera dolžina ingotov preko 2 m in pri 1000 mm premera preko 4 m. Poleg opisanih ekonomskih prednosti imajo naprave z menjavo elektrod tudi obratovalno-tehnične prednosti, ki jih lahko povezujemo s tem, da praktično ni omejitev glede razmerja premerov elektrode/ingot. Pri napravah, kjer nastaja ingot iz le ene elektrode, moramo zelo pogosto izbirati velik premer elektrode v razmerju s premerom kokile, da bi pri dani elektrodni dolžini dosegli potrebno dolžino ingota. Kot izhaja iz slike 7, pa nastopajo potem često omejitve v pogledu vrste procesnih parametrov. Ne moremo »I*ktroda I v Movr*m položaju ekoia ttkcča kovina transformator R t U priključek drfoto ikktrod* I visokotokovno stikalo drialo »Irktrode i gtovo +ktroda U v pripravi krštalizator (vodno hlajtn) hgot pbi&a vocto hlajtno ctx> namreč v vseh primerih obratovati s takimi pretaljeval-nimi pogoji, ki bi jih želeli glede hitrosti pretaljevanja, globine kopeli, višine in žlindrne kopeli itd. V glavnem 900 % a o .g I -i i i. 12 3 4 5 Dolžina ingota v m Slika 5 Storilnost EPŽ naprav v odvisnosti od dolžine ingota in različnih presekov ingotov Fig. 5 Output of ESR equipment depending on ingot length and various ingot cross sections specifična upornost žlindre \ 0i3SI *cm 'pn\] ^ "Ž i6oo°č -V^ Q8 £ upornost naprave ^ : Imil a ' ': 5.Q711 \ . J 0,6^ _ . , , \ v K \ \ : "O C .,__prfipl/mrig 05 P 2 globino kopeli r^/--1 * crerner inaota' \ 7 2 3 Dolžina ingota v m Slika 6 Dober delež ingota po odrezu koncev v odvisnosti od dolžine in premera ingota Fig. 6 Sound section of ingot after croping, depending on the length and diameter of ingot " 900 800 700 | 600 J 500 <3 400 5 300 0,4 0,5 Q6 0,7 0,8 Razmerje premerov elektrode in ingota Slika 7 Vpliv razmerja premerov elektrode in ingota na hitrost pretaljevanja, porabo energije in jakost toka pri EPŽ ingotu 600 mm 0 Fig. 7 Influence of the ratio of electrode and ingot diameters on the re-melting rate, energv consumption and current strength in 600 mm ESR ingot lahko obratujemo pri EPŽ postopku z razmerjem premerov elektroda/ingot med 0,4 in 0,8. Če pa želimo imeti po možnosti čim več prostosti v pogledu talilnih pogojev, potem je priporočljivo razmerje premerov 0,6 ±0,10. To pa so tudi tisti pogoji, v katerih je na splošno poraba energije za pretaljevanje minimalna. Doslej opisane naprave z menjavo elektrod so opremljene s kabli za dovod in odvod talilnega toka velike jakosti. To je imelo posledico, da je bilo možno ekonomično obratovanje pri teh napravah z uporabo mrežne frekvence zaradi velike tokovne zanke in iz nje izhajajoče jalove moči le do približno 20 kA jakosti talilnega toka. Vse to je privedlo k razvoju nizkofrekven-čnih naprav na izmenični tok za preskrbo s talilnim tokom, če so bile potrebne večje jakosti toka. Drugačen razvoj, ki je našel uporabo predvsem pri napravah s stoječimi kokilami, je bil sistem s koaksialnim povratnim vodom, s čimer je bila možna nizka stopnja izgub zaradi jalove moči. Žato pa se je bilo potrebno sprijazniti s slabimi stranmi naprav s stoječimi kokilami in posamično elektrodo. 2. DANAŠNJA TEHNIKA EPŽ NAPRAV Takšno je bilo stanje tehnike v času, ko smo si zadali nalogo, da razvijemo nov sistem EPŽ naprave, ki naj bi združeval prednosti obeh obstoječih sistemov. Rezultat (slika 8) je bila naprava s kratko kokilo, trdno vgrajeno v delovni podest, s spuščajočim dnom in z menja- linija za pogoj storilnosti = 0,85 hitrosti pretaljevanp pri startu s trdno žlindro 800 K *700 5600 i i i r ■ hitrost pretaljevanja - ■ postopek starta s trdno žlindro ■ postopek starta s tekočo žlindro K)00 Slika 8 Shema visokotokovne zanke EPŽ naprave z menjavo elektrod in s spuščajočim dnom ob uporabi drsnih tokovnih kontaktov Fig. 8 Scheme of high-current loop of ESR equipment with electrode change and with the retractable baseplate using the sliding high current shoes. vo elektrod. S tem je bila dana možnost za proizvodnjo dolgih ingotov neodvisno od kokile in dolžine elektrode. Za izboljšanje visokotokovnega dovoda in odvoda smo razvili sistem iz vodnohlajenih drsnih cevi in viso-kotokovnih drsnih kontaktov, ki omogočajo dovod in odvod paralelno k elektrodi oziroma ingotu. Ta novo razviti koncept naprave je bil prvič uresničen v Železarni Ravne za ingote do 1000 mm 0 in 6 m dolžine. Naprava, ki je bila dana v obratovanje pred približno letom dni, je v celoti izpolnila pričakovanja, pri čemer pa je bilo še posebno v pogledu induktivnih upornosti naprave (slika 9) doseženo znatno izboljšanje proti znanim konceptom naprav z menjavo elektrod. Induktivna upornost naprave po novem konceptu znaša približno 40 % vrednosti, ki jih je bilo možno pričakovati pri doslej običajnih konceptih. Tako je omogočeno obratovanje takih naprav do jakosti toka okrog 40—50 kA z mrežno frekvenco. 3. STANJE REGULACIJSKE TEHNIKE Poleg teh izboljšav v dovodu toka visoke jakosti je naprava opremljena tudi z izboljšanim regulacijskim in kontrolnim sistemom, ki zajema elektronsko regulacijo globine potapljanja elektrode, pa tudi računalniško krmiljeno regulacijo hitrosti pretaljevanja. Delovanje tega regulacijskega sistema bomo na kratko pojasnili. Konvencionalni EPŽ regulacijski sistemi so bili izdelani praviloma na osnovi tokovno-napetostne ali im-pedančne regulacije, pri čemer so bili obratovalni parametri izbrani na osnovi obstoječih izkušenj. Ko je talil- 12 3 4 5 6 Dolžina ingota v mm Slika 9 Primerjava induktivne upornosti EPŽ naprav z različnim razporedom visokotokovnih dovodov in odvodov Fig. 9 Comparison of inductance of ESR equipment with various arran-gements of high-current inputs and outputs na hitrost prekoračila vnaprej določene meje, je bilo potrebno pretaljevalne pogoje ponovno nastaviti, kar je opravil talilec ali pa vgrajeni regulacijski sistem. Izkušnje so pokazale, da so bili doseženi rezultati glede kvalitete površine in strukture bloka različni od ingota do ingota tudi pri razmeroma enakih količinah žlindre in pretaljevalnih parametrih, kot je hitrost pretaljevanja, moč, jakost toka itd. To smo povezali z dejstvom, da globina potapljanja elektrode ni bila ustrezno kontrolirana, če talilec gladine žlindre ni neprestano nadzoroval. Kvaliteta pretalje-nega ingota je bila zaradi tega veliko odvisna od pazljivosti in spretnosti talilca. Spremembe globine potapljanja elektrode lahko nastopajo zaradi naslednjih okoliščin: — spremembe specifične prevodnosti žlindre na osnovi sprememb sestave žlindre med pretaljevanjem, — spremembe globine žlindrine kopeli, ob izgubah žlindre zaradi strjevanja žlindrine obloge na površini ingota ali pa zaradi dodatkov v žlindrino kopel med pretaljevanjem, — spremembe premera elektrod, kadar pretaljuje-mo konične elektrode, — spremembe padca napetosti v žlindrini kopeli zaradi sprememb induktivne upornosti naprave ali napetosti transformatorja. Danes tovrstne spremembe globine potapljanja elektrode preprečujemo z vgrajenim regulatorjem globine potapljanja elektrode, ki deluje na osnovi dejstva, da kažeta napetost in jakost toka med pretaljevanjem v odvisnosti od globine potapljanja bolj ali manj periodična nihanja. Amplituda tega nihanja je pri tem toliko manjša, kolikor globlje je konica elektrode potopljena v žlindrino kopel. Regulator tekoče meri poprečno vrednost amplitude tega nihanja in jo primerja z vnaprej nastavljeno željeno vrednostjo. V primeru odstopanja regulator avtomatično popravi vnaprej nastavljeno vrednost za vodenje podajanja elektrode. Kako deluje regulator v praksi, je za primer prikazano na sliki 10. elektroda plitko potopljena elektroda globlje potopljena lJIIILI c o 'Vrtri^ nova srednja vrediost talilnega taka 8,2 k A t 9 C 3.- nPO-n**!^« i 'r—TT^n«^ dejansko nihanje jakosti c os potreben za ponovno nastavitev globine potopitve elektroda plitko potopljena [I n c r dejansko nihanje jakosti talilnega toka srednja vrednost talilnega tpka $65 kA trenutna srednja vrednost variacij talilnega toka Slika 10 Primer delovanja avtomatske regulacije potapljanja elektrode Fig. 10 Example of operation of an automatic regulation of the electro-de dipping Prednosti, ki jih lahko dosežemo z vgraditvijo regulatorja za avtomatično krmiljenje potapljanja elektrode, so naslednje: — enakomerno odtaljevanje elektrode, — dobra struktura ingota, — preprečitev prekomernih izgub s škajenjem in z odgorom oksidirajočih elementov, — izboljšanje površine ingota in zmanjšanje nevarnosti izliva iz kristalizatorja, — avtomatičen potek procesa brez neprestane kontrole talilca. Z vgraditvijo regulatorja za avtomatično krmiljenje globine potapljanja elektrode lahko skupaj s sistemom za kontinuirno tehtanje in zajemanje podatkov o teži elektrode s pomočjo procesnega računalnika v realnem času avtomatično izpolnjujemo naslednje kontrolne funkcije: — Prednastavljanje pogojev za potek procesa, kot so napetost transformatorja, talilni tok, globina potapljanja elektrode pri željeni hitrosti pretaljevanja za določeno vrsto jekla pri določenih presekih kokile in elektrode ter pri določeni sestavi žlindre. — Po začetni fazi pretaljevanja kontinuirno primerjamo dejansko doseženo hitrost pretaljevanja z željeno in z neposrednim posegom procesnega računalnika v spremembo napetosti transformatorja ustrezno krmilimo dovod energije v žlindrino kopel. — Vsaka sprememba napetosti izzove spremembo globine potapljanja elektrode. Nanjo se odziva regulator globine potapljanja neposredno brez zakasnitve s spremembo željene vrednosti za jakost toka, tako da lahko enakomerno globino potapljanja elektrode zagotavljamo v času celotnega postopka pretaljevanja. Z vgraditvijo sistema poteka celoten pretaljevalni postopek za vso dolžino ingota praktično popolnoma avtomatsko, pri čemer obdržimo željeno hitrost pretaljevanja s pogoji, ki zagotavljajo optimalno površino in strukturo ingota. Sistem se avtomatično odziva na vse spremembe v sestavi žlindre, globini žlindrine kopeli, premeru elektrode itd., ki bi mogle nastopiti med pretaljevanjem. Tak sistem je bil prvič vgrajen v EPŽ napravo železarne Ravne in deluje povsem zadovoljivo. 4. RAZVOJNE SMERI Poleg že opisanih izboljšav in razvoja v zvezi s kon-vencionalnim EPŽ postopkom bomo obravnavali še nekaj dodatnih razvojnih trendov, ki bi lahko postali v zvezi z uporabo EPŽ postopka v bližnji prihodnosti še pomembnejši. Sem spadajo: — pretaljevanje v varovalni atmosferi — pretaljevanje s povečanim plinskim tlakom nad žlindrino kopeljo, — izdelava oblikovanih EPŽ teles. 4.1 Pretaljevanje v varovalni atmosferi Pretaljevanje v suhem zraku se danes že uporablja pri vrsti naprav, ker preprečuje navzemanje vodika med pretaljevanjem, ne da bi posebej upoštevali sposobnost žlindre za odžvepljanje. Pretaljevanje v atmosferi argo-ne je bilo prav tako uporabljeno pri izdelavi zlitin, ki vsebujejo elemente, ki hitro oksidirajo, kot npr. aluminij in titan. V zadnjem času že pretaljujemo tudi nizkolegirana jekla v varovalni atmosferi, da bi zmanjšali prehod kisika v žlindro, da bi se tako v nadaljnjem postopku zbolj-šala stopnja čistosti z manjšo količino nekovinskih vključkov. Čeprav daje EPŽ postopek odlične možnosti za zboljšanje čistosti jekla glede nekovinskih vključkov, bi bilo morda potrebno za posebej stroge specifikacije uvesti še dodatne ukrepe. Tak primer je prikazan na sliki 11, iz katere razberemo, da je bilo za posebno kritično zahtevo potrebno 50 40 30 20 10 3 £ o. s a •m 50 40 30 20 10 g s> 8 S v V S. f \\ EP. plin '. pod varova om (Ar al/ Inim v f V \ s\ s \N ih- predpi. sa mejah F EF >Ž na zraku 3 - /S £ // V, / % vidnih polj brez vključkov po ASTM E 45 tab.3 Slika 11 Vpliv atmosfere nad žlindro na čistost jekla 30NiCrMol2 Fig. 11 Influence of atmosphere above the slag on the purity of 30NiCrMol2 steel pretaljevanje v varovalni atmosferi, tako da bi bilo izključeno vsako tveganje izmečka zaradi stopnje čistosti. Slika 12 ponazarja, kako lahko pri pretaljevanju va-kuumiranih elektrod v varovalni atmosferi skorajda po- slika 13 Shema tlačne EPŽ naprave Fig. 13 Scheme of pressurised ESR equipment 10 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 ppm H2 v elektrodi Slika 12 Obnašanje vodika pri EPŽ postopku v odvisnosti od atmosfere nad žlindrino kopeljo Fig. 12 Behaviour of hydrogen in ESR process depending on the atmo-sphere above the slag pool 30NCDV12,» TGOmm polnoma preprečimo navzemanje vodika. Nasprotno pa ugotavljamo pri pretaljevanju na zraku navzem od 1 — 1,5 ppm. 4.2. Pretaljevanje pot tlakom Topnost plinov v tekoči kovini je odvisna od parcialnega tlaka plina nad površino kovine. Dušik je kot plin v železu in železnih zlitinah topen in predstavlja enega najmočnejših znanih vplivnih elementov, ki stabilizirajo avstenit. Zato je EPŽ pretaljevanje s povečanim tlakom zanimivo, ker s tem lahko povečamo topnost dušika v kovini. V preteklem obdobju je bila predlagana vrsta postopkov za izdelavo zlitin z vsebnostjo dušika nad mejo topnosti pri atmosferskem tlaku, kot je npr. tlačno indukcijsko pretaljevanje, obločno plazma pretaljevanje pod tlakom in EPŽ pretaljevanje pod tlakom. Medtem ko so bile izdelane tlačne indukcijske peči le v laboratorijskem merilu in so bili izdelani tlačni plazma ingoti le do teže ca. 11, pa je bilo tlačno EPŽ pretaljevanje v zadnjih letih razvito v proizvodni postopek. Shema take naprave je prikazana na sliki 13. Proizvodna naprava, ki more proizvajati ingote do premera 1000 mm in 141 teže pod tlakom do 42 bar, že obratuje od leta 1980 v Zahodni Nemčiji. S to napravo je omogočeno zvišati vsebnost dušika v pretaljeni kovini na nekajkratno topnost pri atmosferskem tlaku. Glavni razlog za uporabo dušika kot legirnega elementa predstavlja njegova sposobnost, da znatno zviša mejo razteznosti in trdnost avstenitnih jekel. Za primer kaže slika 14 vpliv vsebnosti dušika na mehanske lastnosti nerjavnega jekla X 6 CrNi 18 10. 1200 1000 aoo i\i s I 600 Z 400 200 E ¥ - 1 5 s - - - d t - 0 jn^ to. x j—- * x - < • - 60 40 20 0,1 Q2 Q3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Q9 Utežni odstotki dušika Slika 14 Vpliv vsebnosti dušika na mehanske lastnosti jekla X6CrNi 18 8 Fig. 14 Influence of nitrogen content on mechanical properties of X6CrNil8 8 steel Iz tega lahko povzamemo, da zvišanje vsebnosti dušika na 0,8 % t. j. na vsebnost, ki se jo da doseči le s tlačnim pretaljevanjem, omogoči znatno zvišanje meje raz- težnosti za 200% od 200 na 600 N/mm2. To zvišanje meje razteznosti je toliko bolj zanimivo, ker je povezano le z neznatnim zmanjšanjem raztezka. 4.3 EPŽ pretaljevanje oblikovanih teles V bližnji prihodnosti lahko pričakujemo, da bo izdelava oblikovanih teles po EPŽ postopku pridobija pomen. Pri tem naj posebej omenimo izdelavo EPŽ oblikovanih surovcev za valje. Posamezne faze izdelave valjev po EPŽ postopku so prikazane na sliki 15 za EPŽ napravo s spuščajočim dnom in menjavo elektrod. Pri izdelavi takega surovca l korak pretaljevanje spodnjega čepa lil Slika 15 Tehnološke faze postopka pri izdelavi EPŽ blokov z obliko valja na napravi s spuščajočim dnom Fig. 15 Technological stages of process in manufacturing ESR blocks with the shape of roll on the equipment with the drop bottom Spreminjanje profila kovinske kopeli pri izdelavi EPŽ blokov z obliko valja Fig. 16 Variation of the metallic-bath profile in manufacturing ESR blocks with the shape of a roll za valj je treba posebej paziti, da je pri prehodu od manjšega na večji premer potrebno povečati količino žlindrine kopeli, kar je možno brez težav s počasnim dodajanjem žlindre. Ob prehodu od delovnega dela valja v gornji čep pa je potrebno del žlindre odstraniti, za kar je potrebna posebna naprava za odsesanje žlindre. Glede izoblikovanja strukture ingota ne obstajajo nikakršne težave pri prehodu od spodnjega čepa na delovni del valja. Oblikovanje globine kopeli poteka pri povečanju premera brez težav, kar je razvidno s slike 16. Ob prehodu od delovnega dela valja k zgornjemu čepu je potrebno hitrost pretaljevanja kontrolirano zmanjševati, tako da ne pride do zapiranja tekočega jekla, kar bi povzročalo sekundarne lunkerje. Tipične profile kopeli, ki se izoblikujejo pri taki izdelavi valja, prikazuje slika 16. Po takem postopku je bilo izdelanih doslej 30 predoblikovanih valjev s premerom delovnega dela med 630 in 740 mm. Cepi na surovcu so imeli vsakokrat premer 400 mm. Ultrazvočne preiskave tako proizvedenih valjev so pokazale, da v notranjosti ni bilo nikarš-nih nedopustnih napak. 5. POVZETEK Izhajajoč iz razvoja EPŽ postopka v zadnjih 25 letih so bili navedeni vzroki, ki so bili odločilni za razvoj naprav z menjavo elektrod in s kratko dvižno kokilo ali s spuščajočim dnom. Menjava elektrod in spuščajoče dno ali dvižna kokila so omogočili proizvodnjo dolgih EPŽ blokov, neodvisno od dolžine elektrode ali kokile. S proizvodnjo dolgih EPŽ blokov je bila zmanjšana specifična poraba žlindre, medtem ko je porastla produktivnost naprave in izkoristek dobrega materiala iz enega EPŽ ingota. Hkrati je možno variiranje razmerja premera med elektrodo in ingotom v širših mejah. Za naprave s kratko kokilo in menjavo elektrod, kakršne so bile zgrajene po letu 1967, so bile zaradi osnovnega koncepta značilne tokovne zanke visoke induktivne upornosti. Nasprotno pa so naprave, koncipirane s stabilno kokilo in brez menjave elektrod, lahko dosegle pri koaksialnem odvodu nizke induktivne upornosti. Na EPŽ napravi, postavljeni v železarni Ravne, je bil uresničen koncept naprave z menjavo elektrod in s spuščajočim dnom. Zaradi vgraditve paralelnih povratnih vodov z visokotokovnimi drsnimi kontakti je bilo mogoče znatno izboljšati induktivno upornost naprave. Naprava je opremljena s sodobnim regulacijskim sistemom, s katerim je mogoče hitrost pretaljevanja držati v ozkih mejah s pomočjo računalniško krmiljenega sprotnega nastavljanja transformatorske napetosti. Poseben regulator stalno nadzoruje in zagotavlja pravilno globino potopitve elektrode. Ta sistem predstavlja osnovo za popolno avtomatizirano obratovanje EPŽ naprave z menjavo elektrod tudi pri zaprtih napravah za pretaljevanje. Obravnavani so bili razvojni trendi, ki bodo verjetno v bodoče še pridobili pomen, kot je pretaljevanje v varovalni atmosferi, pretaljevanje pod tlakom in pretaljevanje oblikovanih teles, pri čemer se za vse te postopke predpostavlja brezhibna funkcionalnost opisanih regulacijskih sistemov. Pretaljevanje v varovalni atmosferi je potrebno, kadar je treba zagotoviti najnižje vsebnosti vodika in zadovoljiti najstrožje zahteve po stopnji čistosti izdelka. Tlačno pretaljevanje omogoča proizvodnjo avste-nitnih jekel z vsebnostjo dušika nad mejo topnosti pri atmosferskem tlaku. Ker pa dušik v trdni raztopini zvi- 2. korak pretaljevanje delovnega dela valp 3 korak pretaljevanje zgorn/ega čepa šuje trdnost avstenita, lahko izdelamo nemagnetne materiale z visoko trdnostjo, kot jih zahteva izgradnja energetskih naprav. S tem postopkom lahko danes že izdelujemo ingote do 1000 mm premera in teže 14 t pri tlaku do 42 barov. Proizvodnja predoblikovanih surovcev za valje po EPŽ postopku, ki jih ni potrebno kovati, je lahko ekonomsko zelo zanimiva. Prikazane so bile značilne faze postopka za proizvodnjo takih oblikovanih EPŽ teles in tudi praktična izvedba postopka. Končno lahko ugotovimo, daje bil po splošnih ocenah glavni razvoj EPŽ postopkov zaključen že pred približno 10 leti. V zadnjih desetih letih pa je bil le dosežen nadaljnji razvoj z izboljšavami tehnike delovanja in regulacije naprav, ki šele prav omogoča uvedbo posebnih postopkov, katerih uporaba bo v bodoče še pridobila pomen. Eine Ubersicht iiber die Entwicklung von der Einfuhrung der ersten ESU Anlagen bis zu dem heutigen Stand mit den Haupteigenheiten der Entvvicklungsstufen vvird gegeben. Die vvichtigsten Parameter des Schlackenverbrauches, des Ener-gieaufwandes, des Ausbringens, so wie die technologischen Grundparameter der Umschmelzung vverden angegeben. Be-sondere Betonung gilt der Beschreibung der Entwicklung der Anlagen mit der charakteristischen elektrischen Ausfiihrung, der heutigen Technik der ESU Anlagen und dem Stand der Regeltechnik. Von besonderer Bedeutung sind die vvasserge- kiihlten Hochstromschleifkontakte. Das neue Konzept war das erstemal im Hiittenwerk Ravne angevvendet. Auserdem ist eine Neuheit auch die elektronische Regelung der Eintauchtiefe der Elektrode und die rechnerische Steuerung der Umschmelz-geschvvindigkeit was von entscheidender Bedeutung fur die Gute der ESU Blocke ist. Angezeigt werden die Entwicklungs-richtungen und zwar die Umschmelzung in einer Schutzgasat-mosphare, unter hocherem Gasdruck und die Erzeugung for-geformter ESU Blocke. Diese Richtungen werden in den nach-sten Jahren bestimmt an Wichtigkeit gewinnen. SUMMARY The review of development from the introduction of the first ESR set-ups till today is given with the basic characteristics of the development stages. The principal parameters of slag and energy consumptions, yields and basic technological parameters of remelting are presented. A special emphasis is given to the development of the equipment with a characteris-tic electrical design, to the present techniques of the ESR equipment and the state of control techniques. Specially im-portant are the vvater-cooled high-current slide contacts. The new conceipt was for the first time applied in the Ravne Iron-vvorks. Besides, the novelty is also the electronic regulation of the electrode dipping depth and the computer control of the remelting rate which is the decisive parameter for the quality of ESR ingots. Also the development trends of remelting in protective atmosphere, under increased gas pressure, and making of shaped ESR sections are presented. These trends will in the fu-ture gain the importance. 3AKJ1IOHEHHE riOflaH 0630P pa3BHTHH H BBejieHHe nepBbIX yCTpOHCTB 3Ilin-a ao TenepetiJHero coctohhhh, b3hb bo BHHMaHne maB-Hbie XapaKTepHCTHKH OTZtejlbHbIX (f)a3 3TOrO pa3BHTH3. ripH-BeaeHbi ocHOBHbie yKa3aTejin pacxojia utJiaKa, aHeprHH, Bbi-xoaa, a TaK»e OcHOBHbie TexHo.norHHecKHe napeMeTpu nepenjiaBa. Oco6eHHoe BHHMaHne yaeJieHO pa3BHTHK> ycTponcTB c xa-paKTepHbtM BbinojiHeHneM 3jieKTpHHecKoro coopy>KeHH5i, re-nepeuiHen KOHCTpyKLiHH ycTpoiiCTB 3LLiri-a h tcxhhkh sbto-MaTHHecKoro peryjtHpoBaHHH. CyuiecTBeHHoe 3HaneHHe HMe-lot MOUIHbie TOKOnpOBOflStinHe CK0Jlb3HIHHe KOHTaKTbI. Co- BpeMeHHbifi npoeKT 6hji nepBbifi pa3 npHMeHeH b .vieTanjiyp-mnecKOM 3aBoae >Kejie3apHa PaBHe. Kpovie y>Ke yn0M»HyT0-ro, cjieayeT o6paTHTb BHHMaHne TaK)Ke Ha 3JieKTpoHHyio pe-ryjinpoBKy rjiy6HHbi norpy*eHHH sjteKTpoji, a TaioKe ynpa-BJieHHio 6bicTpoTbi nepenjtaBKH c npitMeHeHHeM cneTHHKa, hto npeacTaBJiaeT co6ofi cytuecTBeHHbiii napaNterp a jih na-necTBa cjihtkob 3LLiri-a. TaK«e paccMOTpeHbi HanpaBJteHHa pa3bhtha np« nepenjtaBe b aTM0ccj)epe 3amiiTHoro ra3a, npn yBeJiHMeHHH aaBJieHna ra3a n n3r0T0BjieHHK> cc])0pM0BaHHbix H3flejiHH 3II]n-a. 3th HanpaBjieHitH HaBepHO nojiynaT b Tene-hhh DJtHaKOH 6yaymHOCTH 6oJiee Bbi.iatoiuee 3HaweHne. Razvoj električnega pretaljevanja jekel pod žlindro v Železarni Ravne * UDK: 669.162.263 ASM/SLA: D811 Jože Rodič Članek, kot povzetek uvodnega referata na mednarodnem posvetovanju, daje pregled desetletnega razvoja proizvodnje in raziskav na področju električnega pretaljevanja jekel pod žlindro (EPZ) v Železarni Ravne. Železarna danes razpolaga z dvema EPŽ napravama, od katerih ena proizvaja ingote od 0 220—500 mm do maksimalne teže 4 t, druga pa ingote od 0 500—1000 mm in brame 1000 mm x 500 mm do maksimalne teže 36 t. Skupna proizvodnja EPŽ jekel je 4300 t letno. Članek obravnava glavne značilnosti, pregled dosedanjega razvoja, današnje proizvodne možnosti, opis tehnološkega postopka in smernice nadaljnjega razvoja. Zbrane so dosedanje izkušnje v proizvodnji, raziskavah in v uporabi teh jekel po tesnem sodelovanju z uporabniki. Kljub temu, da je bilo s tega področja že veliko publikacij, so bile v uvodnem referatu posvetovanja, na katerem so se zbrali številni proizvajalci in uporabniki EPŽ jekel, zbrane vse najpomembnejše izušnje o vplivih EPŽ postopka na osnovne lastnosti jekel in na specifične lastnosti nekaterih skupin proizvodov. S tem so določeni tudi razlogi za uporabo EPŽ postopka v proizvodnji specialnih jekel. Postopek električnega pretaljevanja jekel pod žlindro je bil uveden v redno proizvodnjo Železarne Ravne' v letu 1973 z manjšo EPŽ napravo za ingote do 2 t, ki je bila kanseje rekonstruirana za proizvodnjo ingotov do 4 t. VJetu 1983 je začela obratovati nova najmodernejša EPŽ naprava za ingote do 36 t. V desetletju proizvodnje smo zbrali bogate izkušnje in uspešno opravljali obsežno raziskovalno-razvojno delo na tem posebnem področju moderne sekundarne metalurgije. Princip EPŽ postopka je poznan že od leta 1930, vendar je do pomembnejše industrijske uporabe tega postopka prišlo šele v obdobju 1958—1962 (slika 1). Slika 2 prikazuje razvoj EPŽ postopka v svetu, slika 3 pa v Evropi, žal brez upoštevanja vzhodnih držav, za katere ni na razpolago dovolj zanesljivih podatkov. Moramo pa pripomniti, daje v teh državah EPŽ postopek zelo uveljavljen in da je posebno v Sovjetski zvezi proizvodnja EPŽ jekla velika. Od uvedbe v proizvodnjo leta 1973 do danes se je vloga EPŽ postopka na področju sekundarne metalurgije močno spremenila. Takrat je bilo za EPŽ — posto- * Uvodni referat na mednarodnem posvetovanju »ELEKTRIČNO PRETALJEVANJE JEKEL POD ŽLINDRO« 12. aprila 1984 v Železarni Ravne. Dr. Jože Rodič, dipl. inž. metalurgije je vodja službe za razvoj in raziskave v SOŽD Slovenske železarne, Ljubljana. Slika 1 Shema EPŽ-peči Fig. 1 Scheme of ESR furnace pek še najpomembnejše zagotavljanje čistosti in močnega odžveplanja jekla. Danes to v veliki meri skoraj enakovredno omogočajo najmodernejši jeklarski postopki ponovčne metalurgije, ki so bistveno cenejši in produktivnejši. Zato pa postaja posebno pri večjih ingotih vse bolj odločilnega pomena kontrolirana in usmerjena kri-stalizacija EPZ jekla — Ta precej izboljša predelavno sposobnost jekla, obenem pa zagotavlja mehanske lastnosti, izotropnost ter nekatere druge tehnološke in uporabne lastnosti jekla, kakršnih ni mogoče pričakovati pri nobenem drugem danes poznanem postopku. Prva EPŽ naprava tipa R 951-U v železarni Ravne je sovjetskega izvora in je imela v originalni izvedbi naslednje karakteristike: — ena porabna elektroda in nepremični vodno hlajen kristalizator, — dimenzije EPŽ ingota 400 mm x 400 mm x x max. 1800 mm, — maksimalna teža EPŽ ingota 2200 kg, — produktivnost največ 500 kg na uro, — omejitve dimenzij porabnih elektrod za kristalizator kv. 400 mm: = 0 180 do 280 mm, = kv. 220 do 270 mm, = dolžina taljenega dela 4000 do 5800 mm, 1960 65 70 Leto Slika 2 Razvoj EPŽ - postopka v svetu brez upoštevanja vzhodnih držav2 Fig. 2 Development of ESR process in the world without eastern coun-tries2 70 75 Leto Slika 3 Razvoj EPŽ-postopka v zapadni Evropi2 Fig. 3 Development of ESR process in Western Europe2 — premer elektrodne glave pri obstoječih čeljustih je 0 180 mm, — nazivna moč transformatorja za napajanje peči je 1000 kVA, — transformator ima 17 stopenj in je proizvodnje RADE KONČAR, — tok je izmeničen, — primarna napetost 20 kV, — frekvenca 50 Hz, — delovna napetost transformatorja za napajanje peči je 40 do 90 V, — maksimalni tok pretaljevanja je 14 k A. Na osnovi rezultatov raziskav smo v teku leta 1974 prešli od ruske tehnologije, ki smo jo sprejeli z napravo, na modernejšo tehnologijo firme INTECO, ki pri preta-Ijevanju zagotavlja boljšo ekonomiko in kakovost. Rezultat teh sprememb je bila zmanjšana poraba žlindre od 50—60 kg/t na 20—25 kg/t, predvsem pa bistveno zmanjšana poraba električne energije. Poleg spremembe tehnologije je bila v letu 1974 opravljena tudi generalna rekonstrukcija naprave za delo s serijo kratkih dvižnih kristalizatorjev. Od leta 1975 dalje deluje ta EPŽ naprava s stabilnim kristalizatorjem kv. 400 mm in z novimi dvižnimi kristalizatorji 0 220 mm, kv. 240 mm, 0 280 mm, 0 310 mm, kv. 400 mm, 0 430 mm in 0 500 mm. Z elektrodami vseh presekov od 0 160 mm do 0 330 mm različnih dolžin lahko proizvajamo EPŽ ingote po potrebah »na mero« v območju teže od 300 kg do 3800 kg. Tako so možnosti pretaljevanja optimalno prilagojene potrebam, možnostim in problemom proizvodnje specialnih jekel v železarni Ravne. V začetku smo uporabljali največ valjane, za visoko legirana orodna jekla pa tudi v pesek lite elektrode. Kovane elektrode smo uporabljali samo v izjemnih primerih, ko smo le z maksimalnim polnilnim faktorjem DE/ D, lahko dosegli zahtevano težo ingota za največje od-kovke. Že v začetku smo se lotili osvajanja uporabe elektrod, litih v kokile. Da bi lahko uporabljali namesto dolge elektrode normalne ingote, smo v letu 1976 pripravili vso potrebno dokumentacijo za predelavo naprave na menjavo elektrod med pretaljevanjem, vendar tega projekta zaradi novih razvojnih načrtov nismo realizirali. Danes po dva ingota spajamo v eno elektrodo z EPŽ-varjenjem, kar se prav dobro obnese. Zanimivo je, da smo že v toku drugega leta obratovanja prve EPŽ naprave jasno zasnovali nadaljnji razvoj EPŽ proizvodnje v železarni Ravne1. Razvojna in investicijska študija EPŽ jeklarne z obstoječo in novo EPŽ napravo za velike ingote, premera do 1 m, dolžine do 6 m in teže do 36 ton, je, upoštevajoč vse izkušnje, zajela tudi optimizacijo priprave vseh elektrod za EPŽ proizvodnjo, kar odločilno vpliva na ekonomiko. Zaradi nadaljnjega razvoja smo s sodelovanjem Metalurškega inštituta in firme INTECO raziskovali uporabo T-kristalizatorja 0 370 mm/0 230 mm in tudi uspešno izdelali ingot. Zaradi še nerešene avtomatske regulacije nivoja taline ni uvedena uporaba T-kristalizatorja v redno proizvodnjo, pač pa je nova EPŽ naprava zasnovana za kombinirano uporabo T-kristalizator-jev z normalnim. Tako bomo v nadaljnjem razvoju izdelovali valje iz EPŽ ingotov brez kovanja. Nova EPŽ naprava je bila zgrajena po inženiringu firme INTECO, ki je dobavila ključne komponente, precejšen del pa so izdelala in montirala domača podjetja in sama železarna Ravne. Tako zmanjšanje uvoza z angažiranjem domače industrije je bilo za nas zelo pomembno, žal pa je zaradi neusklajenosti dobav investicija utrpela več kot enoletno zamudo. S poizkusno proizvodnjo smo začeli v septembru 1982, v letu 1983 pa smo že dosegli 96% celotne, z investicijsko študijo načrtovane proizvodnje EPŽ jekla, kar je za prvo leto obratovanja kar izreden dosežek! Karakteristike nove 1NTECO EPŽ naprave: — Formati ingotov od 0 500 do 0 1000 mm (0 1300 mm), brame 1000 mm x 500 mm. — Največja teža ingota 36 t. — Največja dolžina ingota 6 m. — Dimenzije elektrod 0 300—650 mm, dolžina max. 2,5 m. — Največja teža elektrode 6 t. — Električno napajanje: 20 kV, 150 MVA moč kratkega stika. — Transformator: 25 k A + 20 % preobremenitve v trajnem obratovanju 3250 (3900) kVA, sekundarne napetosti v območju 30 do 130 V v stotih stopnjah po 1 V preklopljivih pod obremenitvijo. — Napajanje pomožnih pogonov ca. 100 kW. — Višina naprave 9 m nad nivojem tal. — Globina jame ca. 6 m. — Poraba žlindre poprečno 30 kg/t. — Poraba hladilne vode max. 35 mVh pri vstopni temperaturi vode max 18° C. — Zaprt vodni hladilni sistem. Razvoj proizvodnje EPŽ jekla v železarni Ravne kaže krivulja na sliki 3. Po tehnoloških zahtevah in področjih uporabnosti je celoten asortiment EPŽ proizvodnje po vrstah jekel razdeljen v šest skupin: Deleži v celotni Delež v celotni proizvodnji po Do leta 1983 je Skupina proizvodnji investicijskem načrtu osvojena tehnologija 1973-1979 EPŽ 1. od 1984 dalje EPŽ I. 70 vrst jekel + EPZ II. I. Orodna jekla za delo v vročem II. Ledeburitna orodna in brzorezna jekla III. Srednje in nižje legirana orodna jekla za delo v hladnem IV. Jekla za hladne valje V. Nerjavna in ognjeodporna jekla VI. Konstrukcijska jekla s posebnimi lastnostmi 28% 20-25 % 9 vrst jekel 30% 10—15% 15 vrst jekel 7 % do ca. 5 % 8 vrst jekel 10% 35-45 % 4 vrst jekel 2 % ca. 2 % 7 vrst jekel 23% 15-25% 27 vrst jekel Po investicijski zasnovi naj bi celotna EPŽ proizvodnja v železarni Ravne od 1984. leta dalje znašala 4300 t letno s strukturo po naslednjih tabelah: Proizvodni program EPŽ jeklarne v železarni Ravne: Kristalizatorji Letna proizvodnja in deleži EPZ I. EPŽ II. Skupaj I.+ 11. 1300 t 100% 3000 t 100% 4300 t 100% 0 1000 mm, 1000 mm x 500 mm — _ 450 t 15% 450 t 10,5% 0 850 mm — — 1650 t 55% 1650 t 38,4 % 0 630 mm, 0 500 mm 60 t 4,6 % 900 t 30% 960 t 22,3 % #7 400 mm, 0 430 mm 500 t 38,6 % — 500 t 11,6% 0 310 mm 100 t 7,7 % — 100 t 2,3 % Z/7 210 mm 200 t 15,4% — 200 t 4,7 % 0 220 mm 440 t 33,8 % — 440 t 10,2% Skupine jekel I. Orodna jekla za delo v vročem 500 t 38,4 % 500 t 16,6% 1000 t 23,3 % II. Ledeburitna orodna in brzorezna jekla 400 t 30,8 % 200 t 6,7 % 600 t 14,0% III. Srednje in nižje legirana orodna jekla za delo v hladnem — 200 t 6,7 % 200 t 4,6 % IV. Jekla za hladne valje 100 t 7,7 % 1500 t 50,0 % 1600 t 37,2 % V. Nerjavna in ognjeodporna jekla 100 t 7,7 % — 100 t 2,3 % VI. Konstrukcijska jekla s specialnimi lastnostmi 200 t 15,4 % 600 t 20,0 % 800 t 18,6% Dosedanja, že dosežena letna proizvodnja EPŽ I, blizu 1700 t naj bi se po programu zmanjšala na 1300 t, ker se težišče proizvodnje premika k manjšim presekom ingotov 0 220 mm, 0 310 mm in 0 430 mm za GFM kovaško linijo. EPŽ ingote 0 500 mm imata v programu obe napravi, in sicer EPŽ I. z največjo dolžino 2 m, EPŽ II. pa s poljubno dolžino do 6 m. Večji delež proizvodnje EPŽ ingotov 0 500 se bo torej prenesel na EPŽ II. napravo, kjer je pretaljevanje dolgih ingotov s tehniko menjave elektrod bolj ekonomično zaradi boljšega izkoristka (slika 4). Dana je tudi boljša možnost dobave optimalnih vložkov za kovanje s pretaljevanjem in razrezom EPŽ ingotov na mero po naročilih kovačni-ce za odkovke. Na tem mestu naj opozorimo, da planiranje EPŽ proizvodnje in analize izkoriščenosti EPŽ kapacitet niso preprosta zadeva. Hitrost pretaljevanja je odločilni 100 90 I 80 70 60 / i i /1 / _ W 2,0 3,0 4,0 Dolžina ingota v m 5,0 6,0 400t 600t 800« Premer ingota v mm 1000* Slika 4 Izkoristki EPŽ ingotov v odvisnosti od premera in dolžine EPŽ ingotov' Fig. 4 Yields of ESR ingots depending on their diameter and length' proizvodno kakovostni parameter in je odvisna od preseka ingota in vrste jekla. Samo za primer kaže slika 5 zvezo med hitrostjo pretaljevanja in premerom EPŽ ingota za tri značilne skupine jekel. V tehnoloških predpisih pretaljevanja, ki predstavljajo glavni know-how vsakega proizvajalca EPŽ jekel, so predpisane otpimalne hitrosti pretaljevanja za vsako vrsto jekla in vsak kri-stalizator. 12 1,1 W 0.9 0.8 0.7 0,6 0.5 0.4 0.3 0.2 / / S Konstrukcijska jekla / z nizkim C in nerjavna tekla / / / r / / / / Orodna jekla in jekla za nnhniišnnip / s' / /V. ^ Ledeburitna jeklo / /V 200 300 400 500 600 700 800 900 KOO Premer ingota v mm Slika 5 Zveza med hitrostjo pretaljevanja in premerom EPŽ-ingota za različne skupine jekel1 Fig. 5 Relation betvveen the melting rate and the ESR-ingot diameter for various steel groups' Če bo v letni proizvodnji EPŽ jekel velik delež majhnih ingotov in tistih jekel, ki zahtevajo najmanjšo hitrost pretaljevanja, bo letna proizvodnja majhna in obratno. Da bi le imeli čimboljšo možnost realnega planiranja proizvodnje in izkoriščenosti kapacitet ter objektivnega izračunavanja izkoriščenosti naprave oziroma uspešnosti proizvodnje, si v železarni Ravne pomagamo z ekvivalenti talilne hitrosti', Ta ekvivalent »e« je enak 1 za določen nominalni format ingota (npr. kv. 400 mm) in za določeno povprečno talilno hitrost, ki je odvisna od nominalne skupine jekla (npr. 380 kg/h za III. skupino jekel). Pri teh nominalnih pogojih je nominalna letna kapaciteta EPŽ I. 1650 ton. Ekvivalent proizvodnje za EPŽ I. je torej izražen takole: Tekv=1650- 'l e,di±N(ton), i = i pri čemer pomeni Tekv — tonažni ekvivalent proizvodnje, n — število kombinacij formatov in grup jekel oziroma različnih talilnih hitrosti, e, — ekvivalent i-te kombinacije formata in skupine jekel oziroma talilne hitrosti, d, — delež proizvodnje posamezne kombinacije formata in skupine jekel, ± N — ekvivalent proizvodnje pri raznih zastojih, storitvah in raziskovalno-razvojnih delih. Popravilo enega pilger valja z dotaljevanjem čepov traja npr. 5 ur in predstavlja ekvivalent proizvodnje: N = 5 ur • 380 kg/h = 1,9 ton. Pri EPŽ proizvodnji zaradi osnovnih tehnoloških namenov ne smemo povečevati proizvodnje z večjo hitrostjo pretaljevanja — produktivnostjo. Rezerve za povečanje proizvodnje moramo iskati v skrajševanju vmesnih, mrtvih ter pripravljalnih časov in vzdrževanja. Najpomembnejša je seveda uvedba neprekinjenega štiriiz-menskega dela, ki je vsaj pri pretaljevanju težkih, dolgih ingotov nujna za ekonomično proizvodnjo. V naslednjih tabelah je prikazanajetna oskrba EPŽ jeklarne z elektrodami, predelava EPŽ ingotov ter poraba žlindre in električne energije. Poraba EPŽ elektrod: — iz jeklarne lite v kokile ................... 1800 t — iz livarne lite v pesek (r| = 0,88) ............. 400 t — iz valjarne valjane (T) = 0,92)................ 650 t — iz kovačnice kovane (ti = 0,95).............. 100 t — stari rabljeni valji (ti = 0,88)............... 1700 t Skupaj letno 4650 t Predelava EPŽ ingotov: dobave v kovačnico......................... 36001 dobave v valjamo ........................... 700 t Skupaj letno 4300 t Letna poraba EPŽ žlindre in električnega toka: — poraba žlindre...................... 130 t/leto, — električni tok za pretaljevanje . 5,000.000 kWh/leto, — električni tok za pomožne naprave........................ 800.000 kWh/leto. Železarna Ravne je vložila velika sredstva tudi v razvoj proizvodnje domačih predtaljenih EPŽ žlinder. Z raziskovalno-razvojnim sodelovanjem Metalurškega inštituta je bila zadovoljivo osvojena proizvodnja teh žlinder v tovarni dušika Ruše, ki pa je zaradi premajhnih potreb postala kampanjska in kakovostno nezanesljiva ter so jo zato opustili. EPŽ II. jeklarna dela s tekočo žlindro in bo uporabljala mešanice izhodnih komponent, zato se poraba predtaljenih žlinder ne bo povečala. V kompleksnem optimiranju priprave EPŽ elektrod predstavlja pomemben del toploto tehnična manipulacija, ki je toliko zahtevnejša, kolikor je večji presek elektrod in kolikor bolj je občutljiva vrsta jekla. Dobra priprava elektrod je lahko le rezultat bogatih, sistematično zbranih izkušenj v specifičnih okoliščinah. Težki EPŽ ingoti zahtevajo v tehnološkem procesu posebne toplotno tehnične režime, še posebno zaradi razrezovanja dolgih ingotov. Organizacijsko usklajevanje priprave in terminira-nja proizvodnje med EPŽ — jeklarno in kovačnico je zaradi številnih vplivnih parametrov odločilnega pomena za ekonomiko proizvodnje in zagotavljanje kakovosti. Tudi redna proizvodnja zahteva stalno vključevanje raziskav. Vsaka vrsta jekla zahteva točno določene tehnološke pogoje pretaljevanja, tako v zvezi s količino in vrsto žlindre, kakor tudi glede električnih in drugih parametrov pri vodenju procesa. Vrsta jekla v principu ne predstavlja omejitve za uporabo EPŽ postopka. Skoraj vsako vrsto jekla lahko pretalimo z ustrezno optimalno prilagoditvijo EPŽ tehnologije karakteristikam jekla in zahtevam, ki jih hočemo s pretaljevanjem zadovoljiti. Odločitev o porabi EPŽ tehnologije je odvisna samo od zahtevane stopnje kakovosti in ekonomičnosti. S tega stališča je torej uporaba EPŽ postopka za katero koli vrsto jekla upravičena vedno takrat, ko je zahtevana kakovost, ki je s konvencionalno tehnologijo ni mogoče doseči ali je ni mogoče zagotavljati dovolj zanesljivo, seveda pa tudi takrat, ko določene prednosti in prihranki kompenzirajo stroške pretaljevanja in zagotavljajo ekonomsko upravičenost. Celoten tehnološki postopek močno vpliva na makro in mikrostruktura ter na kemijsko sestavo, čistost in druge značilnosti EPŽ jekla. Pri pogojih pretaljevanja lahko nastopa neizmerno število najrazličnejših kombinacij tehnoloških parametrov. Le s sistematičnimi raziskavami in bogato dokumentacijo je mogoče postopno optimiranje. Prav to pa je dragoceno znanje, ki ga vsak proizvajalec EPŽ jekel skrbno čuva za konkurenčno uveljavljanje kakovosti in zanesljivosti. V tem znanju so osnove za razvoj računalniško vodene avtomatizacije. Velika večina proizvedenega EPŽ jekla se dobavlja v obliki odkovkov. Karakteristike strjevanja EPŽ ingota v kombinaciji s posebnimi tehnološkimi postopki predelave s kovanjem omogočajo optimalno homogenost in izotropnost jeklenih izdelkov. Posebno pride to do izraza pri zahtevah po meroobstojnosti ali stabilnosti oblik in dimenzij. Seveda tudi tu dodatno upoštevamo čistost jekla. V kovani izvedbi EPŽ jekla so možne tudi take variante po sestavi, ki so sicer zelo težko predela-vne. Določena EPŽ jekla so torej v skupini orodnih jekel lahko posebno vzdržljiva proti obrabi. Posebno prednost predstavlja možnost izdelave EPŽ ingotov »na mero« po višini oziroma potrebni teži, kar omogoča bistveno izboljšanje izkoristov. Obseg raziskovalno-razvojnega dela je na področju električnega pretaljevanja pod žlindro v kombinacji s tehnologijo kovanja res ogromen, omogoča pa doseganje širokega spektra reguliranih kakovostnih lastnosti. V primerjavi s klasično litimi ingoti so EPŽ ingoti toliko kompaktni, da je za določene namene možna uporaba z razrezovanjem ustrezno toplotno obdelanih ingotov v nepredelanem stanju. Za take namene je seveda potrebno prilagoditi dimenzije kristlaizatorja dimenzijam zahtevanih orodij oz. konstrukcijskih delov, pri čemer pa odločajo o ekonomiki številni dejavniki. Drugo varianto dobav EPŽ jekla predstavlja paliča-sto jeklo. V valjani izvedbi se dobavlja razmeroma majhen dejež proizvedenega EPŽ jekla. Kakovostne lastnosti EPŽ jekla v valjanih palicah se izražajo v glavnem le s čistostjo jekla, kar pa v primerjavi z drugimi postopki sekundarne metalurgije, ki omogočajo enako kakovost, največkrat ne opravičuje stroškov pretaljevanja. Bolj utemeljeno je pretaljevanje, če gre za reševanje problemov predelavne sposobnosti jekla. Že v začetnem obdobju redne proizvodnje so raziskave in povratne informacije uporabnikov potrdile vsa pričakovanja glede kakovosti EPŽ jekel. Danes, po desetih letih izkušenj EPŽ proizvodnje in raziskav v železarni Ravne, kakor tudi po izkušnjah uporabnikov, ugotavljamo, da je bil dosedanji razvoj pravilen in da so perspektive jasne. Po dosedanjem intenzivnem osvajanju in širjenju asortimenta so naša nadaljnja prizadevanja usmerjena k specializaciji za doseganje vrhunske kakovosti in zanesljivosti ob razumljivih težnjah k ožjemu asorti-mentu. Kakovost EPŽ jekla je uveljavljena tako v domači porabi kakor tudi v izvozu. Znanih pa je tudi dovolj možnosti, s katerimi proizvodne stroške pretaljevanja interno kompenziramo s prihranki materiala in dela ob istočasnem zagotavljanju ustrezne kakovosti. Dosežena je zadovoljiva količina in taka fleksibilnost proizvodnje, da lahko železarsna Ravne zadovoljuje vse za svoj program interesantne potrebe jugoslovanskega tržišča in se obenem uveljavlja ter preizkuša v izvozu. Železarna Ravne je eden od redkih proizvajalcev EPŽ jekla, ki lahko ponudi izdelke vseh vrst jekel iz EPŽ ingotov s premerom 0 220 mm do 0 1000 mm in teže od 300 kg do 36 ton, ob upoštevanju polindustrij-ske EPŽ naprave na Metalurškem inštitutu v Ljubljani z letno proizvodnjo okrog 60 ton, pa tudi iz manjših ingotov. To omogoča ustrezno širok asortiment, od minimalnih količin najvišje legiranih jekel, specialnih super- zlitin in posebnih kovin do težkih odkovkov iz nelegira-nih in malolegiranih jekel za specialne namene. Osnovne vplive EPŽ tehnologije na lastnosti jekla in razloge za uporabo EPŽ postopka, ki jih prikazujeta sliki 6 in 7, so naše dosedanje izkušnje neizpodbitno potrdile. Kakovost in&Ho Površina Poroznost in gostoto Izplen Kemijska sestma Osnwn elementi Uldik Kisik Žveplo Otigoetementi Stopnja čistosti rrvkroskopsko makroskopsko Struktura Ingota Blokovne izoeje Kristalne Izceje Mehanske lastnosti Trdnost Mejo raztezna* ti Žilavost Izotropnost Slabše ENAKO Boljše Veliko boljše x) Napake pretaljevanja Slika 6 Vpliv EPŽ postopka na lastnosti jekla1 Fig. 6 Influence of ESR process on steel properties jemah v toku proizvodnje in osvajanja tehnologije nismo ugotovili centralne poroznosti ali redkosti sredine, kakor tudi ne večjih makro vključkov ali drugih notranjih napak. GOSTOTA JEKLA: Pri makro in mikro preiskavah EPŽ jekel smo dobili vtis večje gostote že v litem stanju. Iz literature je poznano, da predstavljajo rezultati natančnih meritev gostote jekla zelo pomemben kriterij za oceno kakovosti EPŽ jekla in pravilnosti tehnologije, po kateri je bilo jeklo izdelano. NEČISTOČE: Posebej lahko opozorimo na pomen splošnega zmanjševanja nečistosti v jeklu, tako eksogenih kot endogenih vključkov. Še posebej pomembno ie, da tehnologijo pretaljevanja lahko dokaj orientiramo na odpravljanje določene vrste vključkov. IZPLEN: Izkoristek pri kovanju EPŽ ingotov je v primerjavi s konvencionalnimi ingoti znatno boljši, prav posebno izboljšanje izkoristov pa dosežemo z dolgimi EPŽ ingoti in razrezovanjem na mero po optimiranih potrebah ko-vačnice. KAKOVOST V nadaljevanju poglejmo nekaj najpomembnejših izkušenj z EPŽ postopkom po vplivih na določene lastnosti v splošnem in po specifičnih lastnostih nekaterih skupin prozvodov: KAKOVOST POVRŠINE INGOTOV: V primerjavi s klasično litimi ingoti je pri EPŽ ingotih opaziti očitno boljšo kakovost površine. To velja za vse vrste jekel, posebno pa je bilo to očitno pri nizko le-giranih kromovih jeklih za kroglične ležaje in valje za hladno valjanje. Bistveno boljšo površino ingotov smo opazili tudi pri vseh nerjavnih in ognjeodpornih jeklih. NOTRANJA HOMOGENOST INGOTOV: Podobno kakor za površino ingotov so bila potrjena pričakovanja tudi glede notranje kompaktnosti in homogenosti ingotov. Razen pri nekaterih posameznih iz- KEMIČNA SESTAVA: Spremembe kemične sestave so prikazane na sliki 6. Splošno uporabljeno je prilagajanje kemične sestave elektrod za pretaljevanje na osnovi poznanih odgorov. Ob tem naj omenimo, da se moramo reguliranju kemične sestave posebno posvetiti pri moderni tehnologiji izdelave dolgih ingotov z majhno količino žlindre5. Zagotoviti moramo ustrezne korekture s kontinuirnimi dodatki. Ob razvoju teh ukrepov so se v toku pretaljevanja uveljavile tudi možnosti dokajšnje korekture kemične sestave, ki so posebno obetajoče ob razvoju računalniško vodene avtomatizacije. Posebno pri velikih ingotih so vse pogostejše utemeljene zahteve, da mora biti jeklo za elektrode vakuumi-rano, saj se vsebnost vodika med pretaljevanjem povečuje. Ker postopek pretaljevanja ne poteka v vakuumu, ni mogoče pričakovati znižanja vsebnosti oligoelemen-tov. BLOKOVNE IZCEJE Blokovne izceje povzročajo predvsem pri velikih od-kovkih proizvajalcu in uporabniku jekla često zelo težko rešljive probleme. Tako npr., z normalno toplotno obdelavo ni mogoče doseči pričakovane strukture v mnogih področjih ingota, ki imajo prevelike razlike v kemični sestavi. Slika 8 prikazuje, da EPŽ postopek skoraj popolnoma odstrani fenomen blokovnega izcejanja pri strjevanju celo v območju večjih presekov. Ža primerjavo so dane vrednosti konvencionalno izdelanih velikih kovaških ingotov iz literaturnih podatkov. Šele tu pridejo prav do veljave prednosti električnega pretaljevanja pod žlindro. Ne doseganje želenih lastnosti pri konven-j | aonalnem naanu proizvodnje TEHNOLOGIJA GOSPODARNOST Težave pri konvencionalni proizvodnji Neizpolnjevanje \ dobavnih rokov. / Nadomeščanje potrebnih f investicij \ Visoki stroški pri konvenaonal \ni proizvodnji Predpis s specifikacijo materiala v naročilu. Osvajanje prednosti na tržišču. Nujnost zaradi konkurence. TRZISCE IN KUPCI Slika 7 Razlogi za uporabo EPŽ postopka3 Fig. 7 Reasons for the application of the ESR process3 Konvencionalno EPZ l/ % 1%0P2 fl0,02 Si V. trn S$0,03 Mo % #3QM P % ( 0,007 ) 0,002 S % So.oom^ (Jo,003 Mn Cr % V,. t m ) | m 0,03 Ni _ 0 % ppm t .100-. ) i C % C WB J C 0,Q3 -) Slika 8 Blokovne izceje v težkih odkovkih1 Fig. 8 Ingot segregations in heavy forgings' KRISTALNE IZCEJE Zaradi fizikalnih procesov v območju likvidus — solidus na kristalizacijski fronti tudi pri EPŽ postopku ni mogoče popolnoma preprečiti kristalnih ali mikro iz-cej. V primerjavi s konvencionalno izdelanim jeklom pa so pri EPŽ jeklu tudi kristalne ali mikro izceje precej manjše predvsem v kakovostno kritičnih delih ingota, kot npr. v sredini. OBSTOJNOST DIMENZIJ IN OBLIK Izkušnje pri toplotni obdelavi in uporabi orodij ter konstrukcijskih delov kažejo, da so EPŽ jekla znatno manj nagnjena k deformacijam, kar lahko neposredno povezujemo z značilnostmi makro in mikrostrukture. MAKROSTRUKTURE S spreminjanjem pogojev v tehnologiji elektro pretaljevanja pod žlindro lahko zelo učinkovito vplivamo na izoblikovanje makrostrukture strjenega ingota. Poleg zagotavljanja kompaktne notranjosti bloka lahko s spreminjanjem hitrosti odtaljevanja elektrode in z odnosi dovedene energije ter napetosti in jakosti toka reguliramo profil tekoče kopeli jekla. V zelo širokih mejah lahko menjamo globino kopeli in hitrost naraščanja EPŽ ingota. Z obvladanjem tehnoloških pogojev dokaj dobro obvladamo tiste vplive, ki odločajo o hitrosti strjevanja in o usmerjenosti kristalizacije. V makrostrukturi jasno vidimo smer in velikost den-dritov, katerih rast med strjevanjem lahko spreminjamo v precej širokih mejah. Od kota, pod katerim rastejo dendriti, je veliko odvisna sposobnost za vročo predelavo, od kombinacije teh kotov in poteka deformacij pri določeni tehnologiji kovanja pa je odvisna stopnja izo-tropnosti mehanskih in fizikalnih lastnosti odkovka. V zvezi s tem je izredno širok manevrski prostor raziskovanja tehnologije tako imenovanih posebnih postopkov, ki so specialiteta posameznih proizvajalcev. Zaradi znanih značilnih lastnosti makro in mikrostrukture ne-rjavnega jekla so raziskave teh jekel še bolj zanimive. MIKROSTRUKTURE Pri metalografskih pregledih preizkušancev, izrezanih na različnih mestih iz nepredelanih EPŽ ingotov, smo opazili, da je velikost dendritov v teh ingotih nepri- merno manjša od dendritov v ingotih enake velikosti, litih po konvencionalnem postopku. Za take kvantitativne ocene so posebno primerna ledeburitna orodna jekla na bazi visokega kroma in visokega ogljika ter brzo-rezna jekla. Velikost zrn, obkroženih z ledeburitnim ev-tektikom, je pri EPŽ ingotih bistveno manjša. Tudi velikost karbidnih zrnc je manjša. Pri ingotih v nepredelanem stanju smo pri orodnih jeklih za vroče delo, pa tudi pri ledeburitnih orodnih in brzoreznih jeklih ugotovili znatno ugodnejšo usmerjenost dendritov in predvsem bistveno manjše medden-dritne razdalje v primerjavi s klasičnimi ingoti. Mikrostruktura je torej izredno fina in enakomerna, kar je zelo pomembno za mnoge lastnosti, ki so od razporeda karbidov prvenstveno odvisne. Seveda je od pogojev vroče predelave veliko odvisno, kako to ugodno izhodno strukturo ohranimo in še izboljšamo. Z nepravilnimi pogoji ogrevanja in kovanja lahko marsikaj tega, kar smo z EPŽ postopkom pridobili, pokvarimo. SPOSOBNOST ZA PREDELAVO V VROČEM Izkušnje pri kovanju in valjanju konvencionalno izdelanih ingotov in EPZ ingotov so praktično v vseh primerih potrdile pričakovanja z ugotovitvijo, da je sposobnost za predelavo v vročem pri vseh predelovanih EPŽ ingotih mnogo boljša. To je tudi razumljivo glede na znane pogoje kristalizacije in makrostrukture EPŽ ingotov. Izboljšanje predelavne sposobnosti je poznana in posebno cenjena prednost EPŽ jekel, saj prav ta omogoča, da si pri EPŽ asortimentu orodnih jekel lahko privoščimo tudi take sestave, ki imajo bistveno povečano obrabno obstojnost. Jekla s tako sestavo v obliki klasično litih ingotov skoraj ne bi bila sposobna za racionalno predelavo v vročem (npr. 3% C, 13% Cr). Za primerjavo smo izvršili veliko preizkusov predelavne sposobnosti s torzijo v vročem na preizkušancih, izrezanih iz nepredelanih EPŽ ingotov. Pri torzijskih poizkusih smo ugotovili, da število obratov do zloma pri preizkušancih orodnih jekel, izrezanih in nepredelanega EPŽ ingota, lahko nekako primerjamo z rezultati, ki smo jih dobili pri konvencionalno izdelanem jeklu v predelanem stanju. Ugotovitve laboratorijskega preizkušanja se zelo dobro ujemajo z zapažanji pri kovanju EPŽ ingotov pod stiskalnico. Najvišje legirano in zelo težko predelavno brzorezno jeklo S 10-4-3-10 se v EPŽ izvedbi bistveno boljše predeluje. Podobno smo ugotovili tudi pri kovanju visoko legiranega ledeburitnega orodnega jekla za delo v hladnem. Zaradi izboljšane plastičnosti so se ti ingoti izredno lepo kovali, obenem pa smo ugotovili, da kaže EPŽ jeklo sposobnost za vročo predelavo v znatno širšem temperaturnem intervalu. Orodno jeklo za delo v vročem z 9% W, ki je sicer znano po problemih vroče predelave, je pri kovanju EPŽ ingotov kazalo zelo dobro sposobnost za plastično deformacijo v vročem. Pri kovanju ni bilo nobenih težav. Boljša sposobnost za predelavo v vročem ima tudi pri drugih vrstah skupine orodnih jekel za delo v vročem velik tehnični in gospodarski pomen. Očitne so namreč znatno manjše potrebne stopnje predelave. MEHANSKE LASTNOSTI Prednost EPŽ jekla glede mehanskih lastnosti se izražajo predvsem z boljšimi mehanskimi lastnostmi v prečni smeri. S posebnimi postopki predelave EPŽ jekel je mogoče mehanske lastnosti v prečni smeri zelo približati tistim, ki jih dobimo s preizkušanci, izrezanimi v vzdolžni smeri. EPŽ jeklo nima bistveno drugačnih trdnostnih lastnosti, pač pa ima pri enaki trdnosti boljšo žilavost, kontrakcijo, raztezek in predvsem boljše dinamične lastnosti. Pri jeklu za poboljšanje smo v nekaterih primerih dosegli s pretaljevanjem trikrat večjo žilavost v prečni smeri! S preizkusi smo pri orodnem jeklu za delo v vročem ugotovili, da ima nepredelano EPŽ jeklo celo boljše ali vsaj enake mehanske lastnosti v vročem (pri temperaturah preizkušanja 520 in 600° C) kot standardno jeklo v predelanem stanju. Pri preizkušanju mehanskih lastnosti nerjavnega jekla v nepredelanem stanju EPŽ ingota smo ugotovili boljše ali vsaj enake mehanske lastnosti, kot jih dosegajo preizkušanci iz valjanih gredic kv. 150 mm, izdelanih iz klasičnih dvotonskih ingotov. Žilavost v vzdolžni in prečni smeri se praktično ne razlikuje. TERMIČNO UTRUJANJE Neposredne primerjave so pokazale znatno boljšo obstojnost proti termičnemu utrujanju in s tem daljšo življenjsko dobo orodij iz EPŽ orodnih jekel za delo v vročem. ROTORJI3 Pri jeklih za rotorje je najpomembnejša večja zanesljivost kakovosti. Boljše so mehanske lastnosti, predvsem žilavost in prehodne temperature. Pri predelavi je skoraj odpravljena potreba krčenja in vmesnega odlaganja. Znatno manjši je delež izmečka. Induktorske osi: Zaradi visokih obremenitev je uporaba pretaljenega jekla za turbinske in generatorske osi posebno intere-santna. Od različnih posebnih metalurških postopkov, ki so se uveljavili, upoštevajoč tudi posebne postopke litja, nudi glede porazdelitve vključkov ali glede zmanjševanja blokovnih izcej le malo kateri zadovoljivo zanesljivost. Več ali manj vsi ti postopki predstavljajo le delen uspeh, ker poteka kristlaizacije predvsem pri večjih presekih ni mogoče več obvladati. Primerjava mehanskih lastnosti tangencialnih in radialnih preizkušan-cev iz zunanjega dela nam omogoča, da spoznamo nekaj za rotorje pomembnih ugotovitev. Pogoji strjevanja praktično ne vplivajo na trdnost in mejo razteznosti pri enakem stanju poboljšanja, kar je primerjava rotorjev dokaj jasno pokazala. Zarezna udarna žilavost je pri konvencionalnem jeklu proti jedru vse manjša in na tem mestu pade na polovico onih vrednosti, ki jih dobimo ob površini. V splošnem padajo žilavostne vrednosti tudi pri EPŽ jeklu proti jedru, vendar je ta padec mnogo manj izražen in izhaja od višjih absolutnih vrednosti. Turbinski koluti: Podoben rezultat so dale tudi preiskave turbinskih kolutov. Poleg razlik v udarni žilavosti zaslužijo posebno pozornost izboljšave, ki jih dosežemo z električnim pretaljevanjem pod žlindro pri raztezku in kontrakciji. Generatorski rotorji: V mehanskih lastnostih so znane bistvene razlike, predvsem v raztezku, kontrakciji in žilavosti. Absolutne vrednosti zarezne udarne žilavosti so precej višje, posebno pa pride do izraza prehodna temperatura, ki je pri odkovku iz EPŽ jekla približno za 20° C nižja. Rotorji plinskih turbin: Tudi na področju jekel, obstojnih na povišanih temperaturah, so ugotovljene zelo ugodne izkušnje z EPŽ jeklom. Pri enakem postopku poboljšanja in praktično enakih žilavostnih lastnostih kažejo pretaljeni bloki za rotorje plinskih turbin približno 150 N/mm2 višjo mejo razteznosti oz. približno 100 N/mm2 višjo natezno trdnost v primerjavi s konvencionalno izdelanimi rotorji iz iste osnovne taline. Pri trgalnih poizkusih v vročem znašajo razlike v 0,2 meji ca. 150 N/mm2 pri 400° C in 56 N/mm2 pri 700° C. To pomeni vsekakor povišanje za 30 do 40%. VALJI ZA HLADNO VALJANJE Za hladno valjanje jeklene pločevine in trakov, trakov neželeznih kovin in kovinskih folij je odločilnega pomena homogenost strukture in stopnja čistosti jekla za valje. Nekovinski vključki, ki se pojavljajo na površini valjev, škodujejo kakovosti valjancev ali pa povzročajo celo izmeček. Doslej zbrane izkušnje v industrijskem obsegu so pri EPŽ valjih z območjem premerov od 200 do 800 mm pokazale odlične rezultate. Izboljšana stopnja čistosti omogoča tudi zmanjšanje potrebnega brušenja pri ponovni obdelavi površine, s čimer se podaljša življenjska doba valjev za 50% in več. Odsotnost večjih nekovinskih vključkov zagotavlja tudi pri globlje kaljenih valjih večjo varnost proti luščenju. Probleme, ki so poznani predvsem pri najvišje obremenjenih valjih tan-demskih ogrodij, se da z izbiro najprimernješih parametrov pretaljevanja pod žlindro skoraj popolnoma rešiti. Delovni sendzimir valji se v zadnjih letih skoraj izključno izdelujejo iz odkovkov EPŽ jekla, ker so se pokazale izrazite kakovostne prednosti. ORODJA ZA DELO V VROČEM Najpomembnejše lastnosti jekel za tovrstna orodja so pri EPŽ jeklih bistveno boljše kot pri konvencional-nih. Ob enaki žilavosti si pri EPŽ jeklih lahko privoščimo višjo trdnost, s tem pa izboljšamo odpornost proti obrabi in podaljšamo življenjsko dobo v uporabi orodij. Zaradi manjših izcej se zmanjša trakavost in anizo-tropnost. Posebno se izboljša žilavost v prečni smeri. Tudi obdelovalnost in sposobnost za poliranje je pri EPŽ jeklih precej boljša. Poznavanje lastnosti EPŽ jekel je privedlo do preizkušanja izdelave orodij iz nepredelanih EPŽ ingotov. Zaradi dobrih izkušenj se ta tehnološka praksa vse bolj uveljavlja in ne predstavlja več presenetljive posebnosti. ORODNA JEKLA ZA DELO V HLADNEM IN JEKLA ZA KROGLIČNE LEŽAJE Orodja in kroglični ležaji so pri uporabi večkrat izpostavljeni izrednim obremenitvam in dokaj zapletenim odnosom različnih lastnosti. V takih primerih šele natančno orientirana kombinacija lastnosti privede do optimalnih rezultatov. Pri spoznavnaju najpomembnejših vplivov na kakovostno stopnjo te skupine jekel ima vsekakor stopnja čistosti in lita struktura odločujoč pomen. Pri teh jeklih je ogromno publiciranega in vsejzkuš-nje potrjujejo izredne kakovostne prednosti EPŽ jekel za te namene, ki se izražajo v obrabni obstojnosti, dinamični vzdržljivosti in splošni življenjski dobi orodij in ležajev. Zaradi homogenosti je tudi znatno zmanjšana nevarnost razpok pri kaljenju. Za perspektive EPŽ jekel za kroglične ležaje pa predstavlja poseben problem cena jekla, ki je izredno nizka in ne prenese stroškov pretaljevanja, zato se uporaba EPŽ jekla omejuje le na izdelavo specialnih ležajev. BRZOREZNA IN LEDEBURITNA ORODNA JEKLA Na področju brzoreznih jfekel je z EPŽ postopkom omogočeno bistveno izboljšanje homogenosti in mikro-struktur pri večjih presekih odkovkov. Pri EPŽ postopku lahko z zmanjšanjem meddendritnih razdalj dosežemo finejšo ledeburitno mrežo. Pri klasičnem ingotu z naraščajočim formatom ingota hitro narašča velikost le-deburitne mreže in neenakomernost mikrostrukture po preseku ingota. Te razlike so pri EPŽ pretaljevanju zaradi značilnosti tehnološkega postopka bistveno manjše, zato se odpirajo nove možnosti za izdelavo največjih orodij iz teh jekel. Tudi predelavna sposobnost EPZ brzoreznih jekel je precej boljša in potrebna stopnja predelave bistveno manjša, zato je s tem v zvezi v razvoju očitna težnja k višji vsebnosti ogljika, k boljši odpornosti proti obrabi in boljši rezni sposobnosti. V konvencionalni proizvodnji brzoreznih jekel so običajni formati ingotov okrog 500 do 700 kg in le v redkih primerih presegajo težo ene tone. To predstavlja veliko omejitev pri možnostih izdelave paličastega jekla večjih dimenzij, če hočemo zagotoviti potrebno stopnjo predelave za doseganje enakomernosti. Zato so največja orodja, kot so npr. odvalni rezkarji modulov okrog 20 in celo več ter ploščati križni rezkarji, dolga leta izdelovali le iz vsestransko kovanih pogač brzoreznega jekla, katere so bili sposobni dobavljati le najbolj specializirani proizvajalci brzoreznih jekel. Če se zamislimo v tehnologijo vsestranskega kovanja takih pogač, prav lahko ugotovimo, da ima tudi ta tehnologija obilo slabosti. Z EPŽ postopkom in svojo tehnologijo kovanja lahko železarna Ravne danes proizvaja brzorezno jeklo v paličasti izvedbi do največjega premera okrog 350 mm 0 in teže enakega kosa do 5 t, kar ima lahko za gospodarnost izdelave določenih orodij velik pomen. Prav zato smo se specializirali za proizvodnjo kovanega brzoreznega jekla v območju 0 80 mm do 0 350 mm, medtem ko imamo za ekonomsko proizvodnjo valjanega brzoreznega jekla danes manj možnosti. NERJAVNA IN OGNJEODPORNA JEKLA Pri teh visokolegiranih jeklih je električno pretalje-vanje pod žlindro z zmanjševanjem izcej in z drugimi homogenizacijskimi vplivi odprlo nove proizvodne možnosti za izdelavo velikih odkovkov. Poleg številnih tehnoloških lastnosti ima pri teh jeklih tudi čistost velik pomen za zagotovljene korozijske lastnosti, za sposobnost poliranja, za trajno trdnost in splošno boljšo vzdržljivost v uporabi. PLOČEVINE Kljub dejstvu, da razpolaga samo Sovjetska zveza z velikim številom EPŽ naprav za izdelavo bram, je splošno pristopno poznavanje izkušenj, predvsem glede materialnih izbošljav na področju pločevin, več kot skromno. Temu se lahko upravičeno čudimo toliko bolj, ker tehnični problemi pri izdelavi in predelavi visoko vrednih debelih pločevin, npr. za reaktorje in tlačne posode, nikakor niso manjši kot npr. pri izdelavi generatorjev. Zanimivost uporabe EPŽ postopka na tem področju vsekakor narašča zaradi zahtev po enakomernosti vseh lastnosti po celotnem preseku pločevine. Vedno ostrejše so zahteve po minimalni anizotropnosti žilavostnih lastnosti vzdolž, prečno in navpično glede na smer valjanja. Tudi sposobnost za varjenje je lahko pri EPŽ jeklu precej boljša, posebnega pomena pa je reševanje problemov izcejanja v srednjem delu kakor tudi lokalne koncentracije sulfidnih vključkov. Nekaj izkušenj z visoko vredno pločevino iz EPŽ jekla smo si že nabrali skupaj z železarno Jesenice. Redna uporaba EPŽ formata 1000 mm x 500 mm za brame bo v kratkem prinesla dragocene nove izkušnje v železarni Jesenice, ki ji bomo dobavljali 9-tonske EPŽ brame za nadaljnjo predelavo. Do vseh ugotovitev in primerjalnih ocen lastnosti smo prišli s tesnim sodelovanjem z uporabniki naših EPŽ jekel. Pri tem smo izkoristili prav tiste stike, ki smo jih morali vzpostaviti ob začetku proizvodnje s tako imenovanim razvojem in pripravo tržišča, saj do takrat pri nas ni bilo niti proizvodnje niti potrošnje EPŽ jekel. Pri razvoju novih proizvodov se prav pogosto zgodi, da potrošnje ni, ker ni proizvodnje, do razvoja proizvodnje pa ne pride, ker »ni potreb«. To se dogaja tam, kjer ni naprednih nosilcev razvoja, iniciatorjev nove potrošnje in nove proizvodnje, seveda pa ob tem zaostanek za tehničnim napredkom raste. Z zadovoljstvom moramo ugotoviti, da se nam to pri razvoju proizvodnje EPŽ jekel ni zgodilo in smo v koraku z razvojem v svetu. GOSPODARNOST Iskanje možnosti kompenzacije stroškov pretaljevanja s prihranki materiala in dela ter z zanesljivejšo kakovostjo je vsekakor interni problem proizvajalca. Odločitev temelji na skrbni primerjalni kalkulaciji vložka, izkoristka, tehnoloških operacij, termičnih režimov, kontrole zanesljivosti in kakovostnih primerjav, pretaljevanja, odpadka in povratnih materialov ter podobnih postavk. Moramo reči, da v proizvodnji take interne odločitve za EPŽ tehnologijo daleč prevladujejo in da v letni proizvodnji direktna naročila EPŽ jekla predstavljajo manjši delež. V kolikšni meri stroške pretaljevanja za EPŽ ingot lahko kompenziramo s prihranki pri materialnih stroških in stroških nadaljnje predelave ali pri stroških zmanjšane neuspele proizvodnje, je odvisno predvsem od določenih okoliščin pri posameznih proizvajalcih in za posamezne izdelke. S pomočjo omenjenih diferenciranih kalkulacij lahko ob dooočenih osnovnih podatkih, ki jih moramo poznati, celotne stroške v primerjavi med EPŽ in konvencionalnim postopkom dokaj natančno določimo in za to imamo številne primere iz vsakodnevne prakse. Pogoj za doseganje ustrezne gospodarnosti EPŽ postopka pa je visoka časovna izkoriščenost naprave in konsekventno izkoriščanje vseh materialnih izboljšav, ki jih nudijo EPŽ ingoti. Velikost ingotov seveda tudi odločilno vpliva na relativne proizvodne stroške. Nikoli pa ne smemo pri ocenjevanju gospodarnosti EPŽ postopka pozabiti na prednostno vlogo gotovih izdelkov na tržišču, ki se večkrat tudi indirektno poplača. NADALJNJI RAZVOJ Za železarno Ravne kot proizvajalca visokokvali-tetnih plemenitih konstrukcijskih in orodnih jekel ima EPŽ postopek velik pomen, zato bo tudi nadaljnjemu razvoju tako kot doslej posvečala izredno pozornost z vlaganji v razvoj asortimenta in tehnološkega znanja. Poseben pomen ima pri tem razvoj v smeri avtomatizacije procesa. Z združevanjem znanja in izkušenj so v sodelovanju med firmo INTECO — Avstija in železarno Ravne doseženi pomembni uspehi v razvoju sistema računalniško podprtega krmiljenja EPŽ procesov in proizvodnje, ki jih prav ob tej priliki predstavljamo s posebnim prispevkom. ZAKLJUČKI: Za splošen razvoj EPŽ postopka v svetu je značilno — da je od iznajdbe postopka do uveljavitve v industrijski proizvodnji preteklo razmeroma zelo dolgo obdobje, — da je bil po prvih izkušnjah tehnološki razvoj izredno intenziven, vendar omejen na razmeroma ozek krog najnaprednejših specializiranih proizvajalcev, medtem ko je bil razvoj v širšem obsegu dokaj obotavljajoč, — da so danes vse prednosti na področjih upravičene uporabe postopka neizpodbitno utemeljene, pri čemer je pomen splošne čistosti jekla z drugimi jeklarskimi postopki sekundarne metalurgije potisnjen v ozadje, nenadomestljivost tega postopka pa utemeljuje kontro- lirana in usmerjena kristalizacija z vsemi vplivi na lastnosti jekla, izplen in predelavo v vročem, — da uveljavljanje tega postopka v proizvodnji nezadržno napreduje, razvoj pa je usmerjen k računalniško vodeni avtomatizaciji s ciljem zagotavljanja kakovosti in zanesljivosti ter splošne optimizacije, — da v usmeritvah dolgoročnega razvoja pripisujejo EPŽ jeklom vse večji pomen in razvoju EPŽ proizvodnje jasno začrtano pot s »svetlo« bodočnostjo v kombinaciji z najmodernejšimi jeklarskimi in predelav-nimi postopki. Literatura : 1. J. Rodič: Proizvodnja EPŽ jekla — novost v Železarni Ravne, Železarski zbornik 1974, št. 2, str. 73 — 88. 2. Interna dokumentacija projekta P 24: Razvoj EPŽ v Železarni Ravne, Železarna Ravne in INTECO, Bruck a. M. Avstrija. 3. M. Wahlster: Možnosti uporabe EPŽ postopka v jeklarski industriji, Železarski zbornik 1974, št. 1, str. 1 — 11. 4. W. Holzgruber: Moglichkeiten und Grenzen der Belinflus-sung des Erstarrungsgefiiges legierter Stahle beim Elek-troschlacke — Umschmelzen, Radex Rundschau 1975, Nr. 3, p. 409/21. 5. M. Švajger, J. Rane: Možnosti sprememb kemijske sestave jekla med procesom električnega pretaljevanja pod žlindro, Železarski zbornik 1984, št. 1 (v pripravi). 6. M. Wahlster: Entvvicklungstendenzen von Sonderstahlen, Radex-Rundschau H. 4, 1981, str. 597-614. Eine zehnjahrige Entvvicklung der Erzeugung und der For-schung auf dem Gebiet des Elektro-Schlacke-Umschmelzens im Hiittenvverk Ravne an zwei Anlagen (ESU I fiir Blocke 220—500 mm bis zu dem hochsten Gevvicht von 41 und ESU II fiir Blocke 500—1000 mm und Brammen 1000 mm x 500 mm der hochsten Lange bis 6 m und grossten Gewichtes von 36 t), erzeugt 4300 Tonnen ESU Stahl jahrlich. Der Erzeugungsasortiment umfasst sechs Gruppen: Warm-arbeitsvverkzeugstahle (20—25%), ledeburitische Werkzeug-stahle und Schnellarbeitsstahle (10—15%), Kaltarbeitsvverk- zeugstahle (ca 5%), Stahle fiir Kaltvvalzen (35—45%), nichtro-stende und feuerbestandige Stahle (2%), Baustahle mit beson-deren Eigenschaften (15 — 25%). Die Erfahrungen bei der Anvvendung der ESU Stahle so wie die Einfliisse der Umschmelzung auf die Grundeigen-schaften der Stahle und die spezifisehen Eigenschaften einiger Erzeugungsgruppen werden gezeigt, was auch die Ursachen fiir die Anvvendung des ESU Verfahrens bei der Erzeugung der Spezialstahle sind. Die Richtungen der vveiteren Entvvicklung vverden angezeigt. SUMMARY A ten-year development of manufacturing and investiga-tions on ESR process for steel in the Ravne Ironvvorks vvith tvvo set-ups is deseribed, i. e. ESR I for 220 to 500 mm round ingots vvith vveights up to 41, and ESR II for 500 to 1000 mm round ingots and 1000x500 mm slabs vvith the lengths up to 6 m and vveights up to 36 t, vvhich produce 4300 t ESR steel per year. The produetion assortment includes 6 groups: hot-vvorking tool steel (20 to 25%), ledeburite tool and high-speed steel (10 to 15%), eold-vvorking tool steel (about 5%), steel for eold rolls (35 to 45%), stainless and heat-resisting steel (2%), structural steel vvith special properties (15 to 25%). Experiences in application of ESR steel, influences of rem-elting, basic properties of steel and specific properties of some groups of products are given vvhich are the reasons for application of ESR process in manufacturing special steel. Trends of further development are presented. 3AKJ1K34EHHE PaccMOTpeHO iiecHTHjieTHee pa3BHTHe np0H3B0JiCTBa h hc-cjieaoBaHHH b oGjiacTH sjieKTpiiHecKOH nepenjiaBKH CTajieii non LUJiaKOM b MeTajuiyprHHecKOM 3aboae }Kejie3apHa PaBHe. 3LLin bbinojihhetc« b flbyx ycT3H0BKax — 311111 I ajih cjiht-kob 0220— 500 mm, Beca He 6onee 4 toh h b 3Ilin II jijih cj1htk0b 0500—1000 mm h 6paM 1000x500 MM, MaKCHMajIb-hoh juiHHbi jxo 6 m h Beca ao 36 toh; r0ji0B0e np0H3B0flCTB0 CTajiH 3LUri-a coctabjiaet okojio 4.300 toh. AccopTHMeHT npoH3BoacTBa 0XBaTbiBaeT 6 rpynn CTajiH, a H.MeHHo: — HHCTpyMeHTanbHbie CTajiH juih pa6oTbi b ropaieM co-ctohhhh (20—25 %); — jieae6ypHTHbie HHCTpyMeHTanbHbie h 6biCTpope>KymHe CTanH (10-15 %); — HHCTpyMeHTaiibHbie CTajiH hjih pa6oTbi b xo.io.anoM coctohhhh (npH6ji. 5 %); — CTajiH fljia xojioaHbix BajiKOB (35—45%) h Hep»aBe-RjiUHe h orHeynopHbie ctsjth (2%); — KOHCTpyKUHOHHbie CTajIH C CneUHajlbHblMH CBOHCTBa-MH (15-25%). npiiBejieHbi nojryMeHHbie onbiTbi npn ynoTpe6jieHHH CTa-jiefi 3LLin nepenjiaBa, bjthhhhh nepenuaBKH Ha cbohctb3 CTa-jih, T3K>Ke cneuH(j)HHecKHe CBOHCTBa HeK0T0pbix rpynn H3ae-J1HH, HTO MOJKeT nOCJiy>KHT KaK HOKa3aTejIbCTBO He06x0JIHM0-cth npuMeHeHHH cnoco6a 3LUri-a npn np0H3B0iiCTBe cnemi-ajibHbix coptob CTajieii. yka3aho Ha HanpaBJieHne hjih aajib-Heiimero pa3BHTHa 3Toro cnoco6a. Računalniško podprto krmiljenje EPŽ procesov in proizvodnje UDK: 669.187; 861.142 ASM/SLA: D8p X14k Segel Jože (1) s sodelavci (2): Velike možnosti uporabe mikro računalniške tehnike so segle tudi na področje krmiljenja EPŽ procesov in proizvodnje. V okviru mednarodnega projekta je železarna Ravne na osnovi know-how tehnologije firme Inteco in lastnih izkušenj izdelala več programskih paketov za področje krmiljenja, proizvodnje in razvoja EPŽ tehnologije. Že uporaba osnovnega programskega paketa ESR-BA-SIC nekajkrat izboljša enakomernost hitrosti taljenja in s tem homogenost posameznega EPŽ ingota, kakor tudi več ingotov iste kvalitete. V prakso uvedeni programi se prilagajo različnim vrstam in velikostim EPŽ peči. UVOD Predstavljeni bodo rezultati mednarodnega projekta AUTO-ESR, pri katerem sta sodelovali avstrijska firma INTECO in železarna Ravne. Projekt je bil zasnovan po dobrih izkušnjah j>ri uvajanju in uporabi procesnih računalnikov in EPZ peči v železarni Ravne, »know-how« firme Inteco in pripravljenosti obeh partnerjev za organizacijo in izvedbo mednarodnega projekta. Od projekta smo pričakovali znatne kakovostne in ekonomske učinke v EPŽ obratu železarne Ravne in prve izkušnje to potrjujejo. Izdelana računalniška rešitev je primerna za inštalacijo na ključ. Železarna Ravne ima v EPŽ obratu dve peči: EPŽ1: To je peč ruske izdelave (1973), tip R-951U, ki je namenjena za proizvodnjo ingotov v stabilnem kri-stalizatorju kv. 400 mm, in teže 2 toni. Z uvedbo dvižnih kristalizatorjev in z manjšimi rekonstrukcijami danes izdelujejo ingote premera od 220 mm do 500 mm in teže do 4 ton. EPŽ2: INTECO peč (1982) za ingote, premera od 500 do 1000 mm in nazivne teže do 36 ton. Na obeh pečeh se v praksi pretaljuje preko 100 zelo različnih vrst jekla z vrsto različnih elektrod in kristalizatorjev. Računalniško podprto krmiljenje proizvodnje EPŽ procesov predstavlja razmeroma samostojni segment uporabe računalnika v jeklarni železarne Ravne, kjer se postopoma gradi računalniški hierarhični sistem. Na sliki 1 je prikazan močnejši mikro računalnik za dve EPŽ peči z industrijskim vmesnikom, konzolnim terminalom in 10 MB magnetnim diskom, ki krmili procese in proizvodnjo v EPZ obratu železarne Ravne. (1) — Jože Šegel, dipl. inž. metalurgije je vodja službe za avtomatizacijo proizvodnih procesov v Železarni Ravne. (2) — V projektu so sodelovali: P. Rane, W. Holzgruber, J. Rodič, M. Živič, M. Švajger, I. Ci-gale. Slika 1 Mikro računalnik za krmiljenje procesov in proizvodnje dveh EPZ peči Fig. 1 Micro computer for process produetion control of two ESR fur-naces NAMEN UPORABE RAČUNALNIKA PRI KRMILJENJU PROIZVODNJE Izboljšanje nivoja in enakomernosti kakovosti izdelkov iz EPŽ jekla Hitrost pretaljevanja ima neposreden vpliv na izceje in dendrite EPŽ ingotov ter s tem na homogenost in kakovost izdelkov iz EPŽ jekla. Iz EPŽ procesa želimo dobiti v prvi vrsti VISOKO KAKOVOST IZDELKA. Za kupce je pomembna poleg enakomerne kakovosti posameznega izdelka enakomerna kakovost med izdelki iste vrste. Kadar se presek elektrode po dolžini spreminja ali kadar je potrebno za en EPŽ ingot pretaliti več elektrod, je potreben dinamičen izračun električnih parametrov. Izračun upošteva številne medsebojno odvisne vplivne parametre in metalurške reakcije, tako da je hitrost pretaljevanja med taljenjem konstanta. Kakovost je močno odvisna od pogojev strjevanja. Tipični primeri elektrod, pri katerih je treba električne parametre dinamično prilagajati, so prikazani na sliki 2. Pri večjem številu elektrod upoštevamo poznano stopničasto spreminjanje omske in induktivne upornosti. Sproti se mora registrirati teža in dolžina elektrode ter izračunavati trenutna in poprečna hitrost taljenja. J=L T=r Končna elektroda Zvtrjen Umin elMrodi Elektroda z Vali za pretal/evan/e Več elektrod za en ngot Slika 2 Nekateri tipični primeri EPŽ elektrod, pri katerih je treba dinamično spreminjati električne parametre Fig. 2 Some typical examples of ESR electrodes where electrical par-ameters must be dynamically controlled BOLJŠE ZADEVANJE CILJANE HITROSTI VEČJA TALJENJA PROIZVODNJA hitrost taljenp (kg/h) Slika 3 Kvaliteta računalniško in »ročno« krmiljenih EPŽ procesov Fig. 3 Quality of computer and manual controlled ESR processes Subjektiven vpliv posadke na vodenje procesa se z uvedbo računalnika postopoma zmanjšuje. Z uporabo računalnika se poenoti način določitve električnih parametrov, poveča se nadzor nad delom in zmanjšujejo človeške napake, kar ugodno vpliva na enakomerno kakovost iste vrste izdelkov. Topilcu je v vsakem trenutku na razpolago najboljša poznana tehnologija in tehnološki predpis. Tako dosežemo boljše zadevanje željene načrtovane hitrosti taljenja (Slika 3). Odločilna je težnja, da s čim višjo produktivnostjo in čim manjšo s_pecifično porabo energije zagotovimo proizvodnjo EPŽ ingotov z dobro površino, enakomerno strukturo, dobro čistostjo in visokim izkoristkom. Zmanjšan je riziko izmečka. Pri klasičnem vodenju EPŽ procesov brez uporabe računalnika je toleranca hitrosti pretaljevanja več kot ± 10% od načrtovane hitrosti med šaržami istega izdelka, pri vodenju s procesnim računalnikom lahko realno pričakujemo zmanjšanje te tolerance na ± 2 do 3%. To bi npr. pomenilo zmanjšanje nihanja hitrosti taljenja od ± 50 kg/h na ± 15 kg/ h, kar se močno odraža v kakovosti in homogenosti EPŽ ingotov. Predpis željene hitrosti taljenja v tolerancah velja predvsem za hitrost taljenja med procesom, to je med izdelavo enega ingota. Dejanski podatki brez uporabe računalnika kažejo velika nihanja hitrosti taljenja v teku izdelave ingota in ostopanja od predpisane hitrosti. To neposredno vpliva na neenakomernost lastnosti po višini ingota. Primerjava nihanja hitrosti taljenja pri ročnem in računalniškem krmiljenju EPŽ procesa na sliki 4 kaže izredno izboljšanje enakomernosti hitrosti taljenja. Izboljša se tudi krmiljenje moči ob zamenjavi elektrod in zaključevanju taljenja (»hot toppin-gu«). S pomočjo računalnika torej dosežemo večjo enako-mernost kakovosti jekla znotraj ene šarže in med šaržami iste kvalitete. „ Ročno " • menjava elektrode Slika 4 Primerjava nihanja talilne hitrosti pri ročnem in računalniškem krmiljenju EPŽ procesov Fig. 4 Comparison of variation of melting rate in manual and computer control of ESR processes EKONOMSKI UČINKI RAČUNALNIŠKEGA VODENJA EPŽ PROCESOV Povečanje produktivnosti Produktivnost se poveča zaradi boljše organiziranosti dela in zaradi povprečnega povečanja hitrosti taljenja znotraj predpisanega območja. Na sliki 3 je prikazan tudi princip doseganja višje povprečne hitrosti taljenja. Za »ročno« vodenje procesa je značilna razmeroma velika standardna deviacija hitrosti taljenja med šarža-mi enega tehnološkega predpisa. S pomočjo računalnika in ustreznega modela vodenja procesa lahko deviaci-jo zožimo in povprečje premaknemo k višjim načrtovanim vrednostim, ne da bi bilo ogroženo odstopanje od tehnološkega predpisa. Enakomernejšo hitrost taljenja med šaržami istega izdelka pričakujemo zaradi enotnega načina odločitve parametrov pretaljevanja, enotnih izkušenj, ki so vgrajene v računalniški model, izključevanja človeških napak in boljšega sistema nadziranja. Topilci bodo imeli na razpolago v računalniku vgrajeno najboljšo poznano tehnologijo. Pričakuje se 8—12% povečanje produktivnosti. Znižanje specifične porabe električne energije Teoretično se za taljenje jekla porabi okoli 450 kWh/t, poraba energije pri EPŽ procesu pa znaša, odvisno od velikosti ingota, 900—1800 kWh/t. Torej je izkoristek energije zelo majhen; kakšen bo dejanski, pa je odvisno od vrste vplivnih dejavnikov: — količino in sestavo žlindre, — polnilnega faktorja, — fizikalnih in kemičnih lastnosti elektrodnega materiala, — površino elektrode, — atmosfero nad žlindro, — hitrosti taljenja, — razmerja električnih parametrov. Vodenje procesa na minimalno specifično porabo energije pomeni znatno zmanjšanje proizvodnih stroškov in tako enega od ekonomskih ciljev uporabe računalnika. Z računalnikom lahko vplivamo predvsem na zadnja dva vplivna dejavnika, to je hitrost taljenja in razmerje električnih parametrov. Izkoristek in poraba žlindre Ker je z računalniškim vodenjem omogočena kontrola kakovosti žlindre, bo mogoče postopoma (in previdno) povečati količino povratne žlindre od normalnih 20—30% na skrajno mejo 50—60%. Povečanje izkoristkov Velika prednost računalniškega vodenja v primerjavi s programsko regulacijo je v tem, da računalniškemu vodenju lahko prepustimo tudi fazo starta in začetka pretaljevanja ter fazo zaključevanja z dinamično optimizacijo in programskim vodenjem. Prav v teh fazah pa so največje rezerve za povečanje izkoristkov. Izboljšanje organizacije in vodenja EPŽ proizvodnje V železarni Ravne gradimo integralen računalniško podprt informacijski sistem na področju poslovanja, vodenja laboratorijev, operative in proizvodnih procesov. Že več let je v uporabi centralni računalnik za: — sprejemanje naročil, — izdajo delovne dokumentacije, — materialno poslovanje, — obračun proizvodnje, — finančno poslovanje, — integralno krmiljenje kakovosti, — druge sorodne obdelave podatkov. Poleg centralnega računalnika IBM 4341 uporabljamo v železarni Ravne za računalniško podprto krmiljenje proizvodnje in procesov še 13 mini in mikro računalnike ter preko 90 terminalov. V ta razvejen računalniški informacijski sistem se vgrajuje razmeroma samostojen nov segment za EPŽ obrat. Posredno ali neposredno je povezan z ostalimi računalniškimi sistemi v jeklarni^ kemijskem laboratoriju in pri internih naročnikih EPŽ ingotov. Računalniški sistem AUTO-ESR delno nadomesti običajno delovno dokumentacijo in način registriranja poteka šarže. V računalniku so podatki organizirani v taki obliki, da so mogoče učinkovite analize in sistem povratnih informacij. Računalniška dokumentacija zamenjuje subjektivno odčitavanje, merjenje in beleženje. Še posebej pomembna je avtomatska registracija vseh alarmnih signalov, ki se kasneje analizirajo in uporabljajo pri ugotavljanju zaporedja dogodkov in vzrokov za nastalo alarmno situacijo. Banka podatkov o pretaljevanju daje številne možnosti korelacijskih in regresijskih analiz, ki vodijo k zanesljivejšemu in kvalitetnejšemu vodenju procesa. Identificirajo se lahko mrtvi časi v toku obratovanja. Sistem omogoča tekoče ali občasno izpopolnjevanje s spremembami tehnoloških pogojev na osnovi povratnih informacij iz proizvodnje (pretaljevanja in predelave). To področje tehnološke in kontrolne dokumentacije, obdelave podatkov in izkoriščanje povratnih informacij je izredno pomembno za izboljšanje kakovosti in zagotavljanje enakomernosti procesa in kakovosti izdelkov. Računalniško podprt je tudi informacijski sistem vodenja proizvodnje. Računalnik daje operativnemu osebju pregled nad aktualnimi naročili, zalogami in nabavo EPŽ elektrod, kar omogoča lažje terminiranje in planiranje kapacitet proizvodnje EPZ obrata. FUNKCIJE IN VSEBINA UPORABE RAČUNALNIKA Značilnosti celega programskega paketa Predhodno poglavje o smernicah in ciljih je osnova za opredelitev primarnih in sekundarnih nalog uporabe računalnika. Nekatere naloge in funkcije so v predhodnem poglavju že opisane. Celotno področje je tako široko in kompleksno, da je razdeljeno v dva programska paketa: — bazični programski paket za primarne naloge in — razširjen programski paket. Bazični paket pomeni izhodiščne programske module, ki so osnova tudi za razširjen programski paket. Upoštevati je treba, da razširjen programski paket zahteva večjo aparaturno in programsko opremo in se nudi kot opcija ali alternativa k bazičnemu paketu. V vsakem primeru je mogoče programske pakete uporabiti za eno alj več EPŽ naprav. Bazični paket je izdelan za eno EPŽ napravo. Razdelitev bazičnega in razširjenega programskega paketa AUTO-ESR je prikazana na sliki 5. B a z i č n i prog ram i Prikaz stanja, Dinamično Formiranje m zbiranje podatka krmiljenje vzdrzevanje m izpG protokola taljenja datotek D o d a t rt i programi Slika 5 Bazični in razširjen programski paket za krmiljenje procesov in proizvodnje EPŽ obrata Fig. 5 Basic and extended program pack for controlling processes and the produetion of ESR plant Naloge bazičnega programskega paketa (primarne naloge): a.) Zbiranje podatkov in prikaz stanja b.) Formiranje in vzdrževanje matičnih datotek c.) Krmiljenje taljenja z dinamičnim računanjem: • hitrosti taljenja • globine potopitve elektrode • moči, napetosti in toka • dodatka legur in dezoksidantov ter • dajanje know-how navodil na zaslon terminala pri peči. d.) Poročila in izpis šaržnega protokola Naloge razširjenega programskega paketa (sekundarne naloge): a.) Priprava tehnologije za nove vrste izdelkov in vložkov b.) Vodenje knjige naročil za EPŽ obrat c.) Vodenje evidence nabave EPŽ elektrod d.) Vodenje zalog elektrod, ingotov in ostalega materiala e.) Direktna povezava z nadrejenim računalnikom f.) Matematično statistične analize g.) Vodenje in optimiranje naročil za EPŽ obrat h.) Parcialni obračun proizvodnje i.) Obdelava podatkov s področja kontrole kakovosti, neuspele proizvodnje in laboratorijev DINAMIČNO KRMILJENJE PRETALJEVANJA Ključnega pomena je vodenje hitrosti taljenja in globine potopitve elektrode. V obeh primerih računalnik zbira podatke, prikazuje stanje na zaslonu terminala in posredno ali neposredno dinamično nastavlja že-ljene vrednosti za hitrost taljenja in globino potopitve elektrode. Pri spreminjanju hitrosti taljenja se spremeni samo napetost in temu se glede na razmerje U/I prilagodi električni tok. Na ta način se spremeni tudi elektri- čna moč. Pri regulaciji globine potopitve elektrode se nastavi velikost nihanja toka, ki se spreminja s polnilnim faktorjem. Pri pomičnem dnu in merjenju hitrosti taljenja s pomočjo meritev dolžine elektrode mora biti urejena regulacija in sinhronizacija hitrosti pomika dna s hitrostjo taljenja elektrode. V komandni kabini EPŽ obrata je inštaliran video industrijski terminal, s pomočjo katerega topilec (operater) komunicira z računalnikom. Topilec spremlja na zaslonu prikazano sliko stanja EPŽ procesa. V obliki histrograma in številčnih podatkov, kot jih prikazuje slika 6, dobi topilec naslednje aktualne informacije: — vrednost in nihanja hitrosti taljenja za preteklih 60 minut — prikaz predpisane tolerance in odstopanja — poprečne hitrosti taljenja zadnjih 5 minut (ali kakšnega drugega časovnega intervala) — poprečno hitrost taljenja za ca. 1 uro taljenja — oznako morebitnega alarmnega ali drugega pomembnega signala — aktualna dolžina elektrode in ingota, — moč (kW), sekundarni tok in napetost. — V primeru, da je hitrost taljenja zunaj predpisanih toleranc, pošlje računalnik zvočni signal in izpiše opozorilo na zaslon terminala. Poleg opozorila izpiše še obvestilo, da je treba moč in napetost zmanjšati ali povečati ter informativno še druge aktualne podatke. \ X, i ^ •• ' • 4 Slika 6 Topilec pri uporabi računalnika Fig. 6 Smelter using the computer Za delovanje računalnika pri krmiljenju EPŽ procesov so odločilnega pomena vhodne in izhodne informacije krmiljenega sistema. Na sliki 7 so prikazane te informacije vezane na mi-kro računalnik s pomočjo primernega vmesnika in terminalov. Pri peči je inštaliran industrijskim pogojem prilagojen video terminal, v pripravi dela pa je običajen video in tiskalni terminal. Mikro računalnik je lahko povezan z glavnim računalnikom jeklarne. Ta povezava služi za prenos informacij o kemijskih analizah, naročilih za EPŽ obrat, spremljanju proizvodnje in polnjenju banke podatkov o dejanskem poteku EPŽ šarž. Moč IMW) Napetost IV) Jok (k A) Energija tkWh) Teža ingota (kg) Pomik elektrod Pomik ingota in dna Predsignal in skjial menjav elektrod_ Avtomatika Mjučena OAAE Razlika temp. Nad vode l°C) Pretok hladilne vode VAROVALA Slika 7 Vhodne in izhodne informacije AUTO-ESR sistema Fig. 7 Input and output informations of the AUTO-ESR system Programski paket je razvit tako, da so v računalniškem sistemu shranjeni in na razpolago podatki o najboljši poznani tehnologiji in zadnjih veljavnih tehnoloških predpisih. V prvi fazi razvoja in uvajanja računalniškega krmiljenja taljenja priporočajo odprto zančno krmiljenje, ki mu sledi zaprto zančno krmiljenje. RAČUNALNIŠKO PODPRTO KRMILJENJE PROIZVODNJE Osrednji programira računalniško podprto krmiljenje proizvodnje v EPŽ obratu so prikazani na sliki 8. Računalnik vodi knjigo naročil in s tem ob vsaki od-premi odpiše izvršena naročila, obenem pa tudi odpiše iz zaloge porabljene elektrode. Na terminalu v EPŽ obratu imajo tekoč pregled nad celotno situacijo glede naročil in zalog elektrod. Na razpolago imajo »menu«, kot ga kaže slika 9. Med drugim so izračunane tudi zasedene kapacitete ene ali več EPŽ peči, kar se uporablja pri planiranju kapacitet in terminiranju proizvodnje. S pomočjo posebnih programov se vodijo zaloge in nabave elektrod. Planer tekoče vnaša dobave in porabe elektrod. Po potrebi se izpiše stanje zalog na video ali tiskalni terminal. Kot se na sliki 10 vidi, vsebuje izpis O Računalniško podprto krmiljenje EPŽ procesov Slika 8 Programi za računalniško podprto krmiljenje proizvodnje v EPŽ obratu Fig. 8 Programs for the computer-supported production control in the ESR plant stanja zalog podatke o: vrsti jekla, šarži, tipu elektrode, teži elektrode, morebitni rezervaciji elektrod, številu kosov in teži elektrod. MATEMATIČNO STATISTIČNE ANALIZE Za potrebe kontrole kakovosti EPŽ izdelkov, razvoja, raziskav in tehnologije pridejo do veljave matematično statistične analize. Poleg matematično statistične obdelave podatkov posamezne šarže so koristne obdelave podatkov večjega števila šarž ene vrste jekla, elektrode in kristalizatorja. i04-v1.0 program za vmifn.if JC.F NAfrOriL F F'7 OKRATA l?!f.O tlHtHMIiMtllltlMtlMMtl < GLAVfl h f H i ♦ M t t t t t 1 i I t 1 t t t t t M t t * t t I t t t I iflL 1 VNASANJF NOVI - izpisovan ie naroČil 7, - SPREMINJAN.IF NAROČIL 4 - PklSAN.iE NAROČI l 7 E L I S ? ^ C Rt TURh "i emo naročilo - STANJA NAROČIL - NAROČENA JEKLA - FOTRFfiNF FICKTF:oriE - zasedenost \afac1tet Slika 9 Možnosti uporabe programa za vodenje knjige naročil Fig. 9 Possibility of applying the program for bookkeeping the orders EPEL-V1.0 --- PROGRAM ZA VODENJE ZALOG ELEKTROD EPZ OBRATA 11:59 12-DEC-83 1 - Dobava elektrod 2 - Poraba elektrod 3 - Stanje zaloS KAJ ZELIS ■» 3 Zel is izpis na terminal ali printer C T/P 3 ? T STANJE ZALOG ELEKTROD li:59 12-DEC-83 JEKLO BRC3 SARZA EL. TIP EL. KG/KOS REZERVIRANO KOSOV 11657 11674 11830 11842 11983 12010 L016 L016 L016 L016 L016 L016 436. 436. 436. 3924. 3924. 3924. 3852. 3510. 4680. Slika 10 Primer izpisa stanja zalog elektrod ene vrste jekla Fig. 10 An example of the copy of stock of electrodes of one steel type ZAKLJUČEK Računalniško odprto krmiljenje EPŽ procesov omogoča povečanje nivoja in enakomernosti kakovosti produktov EPŽ peči. Zaradi 2—4 krat boljše enakomernosti hitrosti taljenja ene šarže in več šarž iste kvalitete se doeže visoka kakovost EPŽ izdelkov. Za predstavljeno računalniško rešitev je značilna modularnost in celovitost obravnave EPŽ procesov in obrata. S pomočjo strukturno grajene programske opreme se za posamezno peč ali več EPŽ peči pripravi ra- cionalna programska in aparaturna rešitev. Poleg bazičnega ESR-BASIC programskega paketa so razviti še drugi programi, kot je vodenje aktualnih naročij in zalog elektrod v EPŽ obratu, on-line povezava EPŽ mikro računalnika z glavnim računalnikom jeklame ali kova-čnice, matematično statistične analize, razna operativna poročila in drugo. Računalniška aparaturna oprema bazira na mikro računalniku, industrijskem video terminalu in potrebnih vmesnikih za povezavo s senzorji in ser-vo motorji. Prvi rezultati so vzpodbudni in že dajejo pričakovane rezultate. ZUSAMMENFASSUNG Die grossen Moglichkeiten der Mikrorechner haben sich auch auf dem Gebiet der Steuerung der ESU Prozesse durch-gesetzt. Im Rahmen eines internationales Projektes hat Hut-tenvverk Ravne auf Grund der Know-how Technologie der Firme Inteco und der eigenen Erfahrungen mehrere Programm-pakete fiir das Gebiet der Steuerung der Produktion und der Entvvicklung der ESU Technologie ausgearbeitet. Schon die Anwendung des Grundprogrammpaketes ESU- BASIC verbessert einige Male die Gleichmassigkeit der Schmelzge-schvvindigkeit und damit die Homogenitat der ein zelnen ESU Blocke wie auch mehrerer Blocke derselben Stahlsorte. In die Praxis eingefiihrten Programme sind verschiedenen Ar-ten und grossen der ESU Anlagen angepasst. SUMMARY Great possibilities in application of micro-computer tech-niques reached also the control of ESR processes and the pro-duction. In the frame of an international research project the Ravne lronworks prepared some program packs for control, production and development of ESR technology being based on the know-how of the Inteco company and own experiences. Already the application of the basic program pack ESR-BASIC improves for few times the uniformity of the remelting rate and thus the homogeneity of a single ESR ingot and of group of ingots of the same quality. Into the practice intro-duced programs are adapted to various types and sizes of ESR furnaces. 3AKJ1IOMEHHE IllHpOKOe npHVteHeHMe BblHHCJlHTejlbHOH TeXHHKH flOCTHT-jia TaKJKe o6jiacTb ynpaBJieHHH npoueccoM 3Uin-a h npoH3-BOHCTBa CTajiH. B paMKax MeiKziyHapoflHoro npoeKTa b \te-TajuiyprHHecKO\i 3aBOje )Kejie3apHa PaBHe pa3pa6oTaHbi Ha 0CH0BaHHH know-how TexH0Ji0rHH <}>HpMbi Inteco h co6ct-BeHHbix onbiTOB naiceTbi jijih o6jiacTH ynpaBJieHHH, npon3-BOHCTBa h pa3BHTHH TexH0Ji0rHH 3JieKTpouiJiaKOBoro nepenjiaBa (3iiin). y»e npHMeHeHne ochobhoto npoi paMMHoro naKeTa ESR-BASIC Ha HecKOJibKO pa3 y.nyHtuHJia paBHOMepHOCTb 6bicTpo-rbi njiaBKH h, raKHM 06pa30M, roMoreHHoeTb OTflejtbHoro cjiHTKa 311111 nepenjiaBa, a TaioKe \iHontx cjihtkob ojiHoro h Toro »e kaiectba CTajiH. BBejteHHbie b npoMbitiiJieHHOH npan-THKH npOrpaMMbl COOTBeTCTByiOT pa3JlHHHbIM COpTa.M CTajiH h BejtHMHHe rienn 311111 nepenjiaBa. Gospodarjenje z električno energijo v Železarni Ravne UDK: 621.316.003 ASM/SLA: U7C, WU Janez Bratina UVOD Kot posledica eksplozivnega večanja cen energije prihaja v metalurški proizvodnji vse bolj do pomembne veljave energetski menagement, ki kot oblika vodenja in upravljanja procesov v industriji izpolnjuje naloge in cilje, ki so v neposrednih ekonomskih učinkih proizvodnje, pa tudi v posrednih učinkih ohranjanja narodnega bogastva in okolja, v katerem živimo. Obravnavana sta dva vidika elektroenergetskega menagementa, ki ga zajemata pojma racionalna raba električne energije kot način porabe električne energije z doseganjem njene najnižje cene in racionalna izraba električne energije kot način vodenja proizvodnje z doseganjem najnižje specifične porabe električne energije na enoto proizvoda. Na področju gospodarjenja z električno energijo smo v železarni Ravne realizirali nekaj načel energetskega menagementa, ki so v članku prikazana kot poizkus optimiranja tehniških parametrov s pomočjo ekonomskih vrednosti in kot poizkus izpeljave optimalnih elektroenergetskih odnosov v elektroobločnih pečeh za proizvodnjo jekla. I. VODENJE ELEKTRIČNE MOČI ŽELEZARNE O racionalni rabi električne energije tako velikega porabnika energije, kot je železarna Ravne, lahko govorimo le v okviru elektroenergetskega sistema Slovenije, o racionalni izrabi električne energije pa je znotraj delovne organizacije mogoče govoriti predvsem na področju metalurške elektrotermije. Racionalno rabo električne energije zahteva elektroenergetski proizvodno-pre-nosni sistem Slovenije, in sicer s težnjo, da bi vsakokratna poraba električne energije v sistemu omogočala njeno najcenejšo proizvodnjo. Neposredni odjemalci električne energije (TGA Kidričevo, TD Ruše, Slovenske železarne) prevzamejo letno več kot 25 % proizvedene električne energije in s svojim gospodarjenjem z njo bistveno pripomorejo k znižanju njenih proizvodnih stroškov. Intenzivnost porabe električne energije v elektroenergetskem sistemu Slovenije se v teku dneva spreminja: najnižja je v nočnem času, mnogo večja pa je v dopoldanskem času, ko obratuje večina industrije. Kot je s slike 1 razvidno, nastopajo znotraj dneva pasovi izrazito velikih obremenitev (konic obremenitve), ki so predvsem posledica navad in razvad gospodinjskih odjemalcev, katerih poraba nastopa v času kuhanja obrokov, v času nizkih temperatur, z nastopom mraka, itd. Janez Bratina, dipl. inž. elektrotehnike, je ravnatelj TOZD ETS Železarne Ravne \ \ / \ / \ \ 1 \ t \ S V \ \ s" 1 \ \ \ \ \ \ \ \ \\ i \ s \ \ \ ^ | \ \ \ \ \ \ \ x\ \ s \ \ VT MT \ \ \ \ s \\ MT \ \ \ \ \ * S 1 1 \ \ \ \ \ \ \ Slika I Obremenilni diagram električne moči za SRS Fig. 1 Load diagram of electric power in SR Slovenia ter tiste industrije, ki proizvaja v eno ali dvoizmenskem ciklusu. Praviloma nastopata v zimskem času dve konici (jutranja in večerna), v letnem času pa le večerna. Celodnevna zimska poraba električne energije je v sistemu višja kot celodnevna letna, tudi dnevne konične obremenitve so v zimskem času višje kot v dnevnem. Zaradi znanega vsakokratnega ravnotežja med porabo električne energije in njeno proizvodnjo so zaradi takega načina odjema električne energije proizvodne in prenosne zmogljivosti v elektroenergetskem sistemu neenakomerno izrabljene, saj morajo biti grajene (upoštevajoč še nujne rezervne kapacitete) za maksimalno moč, ki nastopi le enkrat v teku 24 ur oz. le enkrat v teku 365 dni celega leta. Vsak posamezni porabnik električne energije ima svoj lasten obremenilni diagram, ki kaže, kako intenzivno porablja energijo v teku dneva, meseca, leta. Če delimo porabljeno količino električne energije (kWh) v nekem obdobju z največjo močjo (kW), s kate- ro smo porabljali električno energijo v tem obdobju, dobimo tako imenovane obratovalne ure (h), ki so neposredno merilo enakomernosti (intenzivnosti) porabe. Če bi imeli na pr. mesečne obratovalne ure 720 h (24 ur x 30 dni), bi to pomenilo, da smo porabljali električno energijo skozi ves mesec absolutno enakomerno. Industrijski porabniki električne energije z enoizmen-skim ali z dvoizmenskim delom dosegajo na pr. 100—300 obratovalnih ur, posamezno gospodinjstvo okrog 20 obratovalnih ur na mesec. Proizvodnja električne energije v elektroenergetskem sistemu Slovenije je tako popolnoma v rokah porabe, uporaba proizvodnih in prenosnih zmogljivosti je odvisna od vsote obratovalnih karakteristik vseh porabnikov v sistemu. V vsaki proizvodnji pa so stroški proizvodnje bistveno odvisni od obratovalne izkoriščenosti naprave: čim več ur naprava obratuje, tem nižji so njeni specifični fiksni stroški. Kapitalno intenzivne gospodarske panoge (elektrogospodarstvo, metalurgija) nastopajo z velikimi deleži fiksnih stroškov v skupnih stroških poslovanja: če upoštevamo za gibljive stroške le stroške energetskega goriva (ter stroške neposredno vezane na gorivo), dobimo kljub podcenjenim osnovnim sredstvom elektrogospodarstva in skoraj tržnim cenam goriva razmerje med celoletnimi fiksnimi in gibljivimi stroški, ki je večje od ena. Podobna visoka razmerja (tudi preko 2) dosegajo tudi druga zapadno-evropska elektrogospodarska podjetja. Upoštevajoč ekonomske zakonitosti, po katerih naj kupec krije stroške za prevzeto in porabljeno električno energijo, se iz navedenega dajo izluščiti elementi tarifnega sistema za prodajo električne energije: — postavka za električno energijo (din/kWh) naj pokriva gibljive stroške (gorivo), — postavka za angažirano moč (din/kW) naj pokriva fiksne stroške. Postavke pa se ločijo po sezonah: v času zimske sezone, ko nastopa v sistemu višja poraba, je potrebno angažirati termoelektrarne z dražjim gorivom, imamo višje sezonske postavke; v času poletne sezone, ko je poraba manjša in obratujejo elektrarne z najnižjimi proizvodnimi stroški, kot napr. hidroelektrarne, pa imamo nižje sezonske postavke tako za moč kot energijo. Postavke se ločujejo tudi v odvisnosti od ur dneva: manjša tarifa traja v času noči ter v času popoldanske energijske doline (13 h do 16 h), višja tarifa traja v času dneva, za določene kategorije odjemalcev pa je določena tudi tako imenovana konična tarifa, ki traja v času, ko nastopajo v elektroenergetskem sistemu najvišje obremenitve (glej si. 1). Ker se vse omenjene postavke (kakor tudi postavke za jalovo energijo) ločujejo tudi po napetostnih nivojih, kjer so porabniki priključeni na omrežje, se iz množice postavk na kraju obračunskega obdobja (mesec, leto) dobi sestavljena povprečna cena za kWh električne energije, ki je (poleg splošnega nivoja) odvisna predvsem od obratovalnih karakteristik posameznega industrijskega odjemalca. Gospodinjstva po veljavnem tarifnem sistemu še nimajo sezonskih postavk, značilnost sedanjega tarifnega sistema pa je tudi tako imenovani poseben odjem na 110 k V napetostnem nivoju, ki izloča porabo električne energije v elektroke-mičnih in elektrometalurških pečeh kot posebno kategorijo odjema. Racionalna raba električne energije mora torej zagotavljati najnižje stroške za njeno proizvodnjo, istočasno pa bi ob dosledno izpeljanem stroškovnem načelu tari-firanja morali s tako rabo električne energije dosegati porabniki zase najnižjo ceno. Če gledamo odnos cene za kWh iz postavke za moč in iz postavke za energijo v odvisnosti od obratovalnih ur, so razmere enostavne in jasne. Kot je razvidno s si. 2, se z večanjem obratovalnih ur delež moči v skupni 8X SOJ <00 300 WO \ \ \ (57 tntrgp 00 200 300 (00 S00 600 T00 Chl Slika 2 Cena električne energije v odvisnosti od obratovalnih ur Fig. 2 Priče of electric energy depending on operational hours ceni za električno energijo zmanjšuje, čeprav ne postane nepomemben. Porabnik, ki kontinuirano obratuje vse leto s konstantno močjo (kot napr. elektroliza aluminija), doseže izredno visoke obratovalne ure in s tem nizko povprečno ceno. Visoke obratovalne ure pa se ne dosežejo le z enakomernim, temveč tudi s takoimenova-nim inverznim obratovanjem, ki ga na podlagi tarifnega sistema omogočajo v posebnih pogojih neposredni dogovori med Elektrogospodarstvom in velikimi porabniki električne energije. Osnovni pogoj za tako obratovanje je poleg tehniških možnosti porabnika ustrezna registracija porabe oz. moči. Obračunska moč se namreč meri kot povprečna četrturna poraba in jo je potrebno s posebnimi napravami registrirati vsakih 15 minut. Tako inverzno obratovanje je prikazano na si. 3. V času trajanja višje tarife (podnevi) obratujemo na pr. s 100% močjo. Ker smo se obvezali, da bomo v kritičnem času konične obremenitve sistema obratovali z zmanjšano močjo (na pr. za 15 %), smemo v času trajanja manjše tarife (ponoči) obratovati s 40 % višjo močjo. Tako inverzno obratovanje razbremenjuje elektroenergetski sistem v času sistemskih konic in ga obremenjuje v času, ko je v sistemu na razpolago dovolj moči. Obratovalne ure takega porabnika pa se zvišujejo zaradi tega, ker je pri tem obračunska moč, iz katere slede obratovalne ure, tista moč, ki je bila dosežena v času konične tarife, in ne moč, dosežena v času višje tarife (podnevi) ali celo moč, dosežena v času manjše tarife (ponoči). Čas trajanja konične tarife je različen glede na mesec: v zimskih mesecih traja do 6 h na dan, v poletnih mesecih pa do najmanj 2 h na dan. Začetek oz. konec konične tari- KO'/. II5% 100'/. nov. 115% 100% KT KT \ v MT VT 1 mt 1 /jn/> v\ NN § i K s \ \\ VT MT t S S MT i \W S s i A \ \\\ \ s \ decei riber % svs s \ električne energije še obremenitev ostalih metalurških in mehanskih obratov. Shemo pretoka električne energije kaže si. 4, ki ponazarja tudi sistem merjenja porabe el. energije. Ostalo 10 12 U 16 18 20 22 2i 2 4 6 Ch Slika 3 Inverzno obratovanje Fig. 3 Inverse operation fe se spreminja v glavnem od dolžine dneva oz. od nastopa svetlobe in je vnaprej določen za posamezne mesece leta. Prednosti porabnikov, ki lahko prilagajajo svojo porabo razmeram v elektroenergetskem sistemu, se ne kažejo zgolj v višjih lastnih obratovalnih urah (in s tem v višjih obratovalnih urah proizvodnih in prenosnih naprav elektrogospodarstva), temveč služijo tudi kot rezervna proizvodna kapaciteta v elektroenergetskem sistemu. Prilagajanj imamo več vrst in je s posebnimi kriteriji tudi različno ovrednoteno: — takojšnje nenapovedano prilagajanje poteka s pomočjo samodejnega izklopa velikih porabnikov (elektroobločnih peči, elektroplavžev, elektroliz) s pod-frekvenčnimi releji. Ob motnjah v elektroenergetskem sistemu, ko grozi njegov razpad, pade frekvenca napetosti pod 50 Hz; sistem se s samodejno razbremenitvijo, ki jo omogoča tako prilagajanje, lahko ujame in ponovno uravnovesi; — napovedano prilagajanje nastopa ob večjih okvarah proizvodnih ali prenosnih enot ali pa ob pomanjkanju moči ali energije v sistemu, ko so angažirane že vse proizvodne kapacitete in druge možnosti oskrbe. Tako prilagajanje, ki ga zahteva republiški dispečer na podlagi dogovora oz. sporazuma, ima več stopenj različne intenzivnosti redukcije porabe. Pogoj za tako prilagajanje porabe je seveda možnost, da se dispečerjeva zahteva v določenem času pri porabniku izvede, za kar je potrebna neprekinjena stikalničarska služba. Kako voditi porabo električne energije železarne, da bo izpolnjevala opisane zahteve (po si. 3), je elektrotehniški, pa tudi ekonomski problem. Največji porabnik električne energije v železarni Ravne so elektroobločne peči in srednjefrekvenčne talilne peči na katerih temelji celotna proizvodnja surovega jekla. Naloga je toliko za-pletenejša, ker ima železarna pet elektroobločnih peči različnih velikosti in različnih moči transformatorjev ter dve vakuumski napravi, ki sta nameščeni v dveh elek-trojeklarnah, in nastopa poleg naštetih porabnikov Slika 4 Merjenje električne energije v železarni Ravne Fig. 4 Measuring electrical energy in the Ravne Ironvvorks Kot je znano, ima elektroobločna peč karakteristični obremenilni diagram, po katerem je obremenitev v času taljenja zelo visoka (20 % do 30 % višja od moči trans- formatorja) in je prekinjena v času ponovnega zalaganja peči z vložkom, obremenitev v času raztaljenega vložka (čas rafinacije oz. oksidacije) pa je 1/3 nazivne obremenitve ali še manj in je prav tako pogosto prekinjena zaradi različnih posegov v peč. Proces izdelave jekla v peči je tipičen diskontinuirni proces, ki se razlikuje od šarže do šarže, odvisno od vložka in od kvalitete izdelanega jekla. S postavitvijo vakuumskih naprav, ki s pomočjo električne energije prav tako dogrevata tekoče jeklo kot v obločni peči in kamor se prenese končna faza izdelave jekla, se elektroenergetske razmere še zaostrijo: čas izdelave jekla v elektroobločni peči se skrajša, povprečna obtežba peči se povečuje, istočasno pa se v izrazitih elektroenergetskih blokih nepredvideno pojavi obremenitev vakuumske naprave. Dokler smo neposredni porabniki električne energije ugotavljali maksimalno konično obremenitev v razdobju enourne porabe, je stikalec v centralni transformatorski postaji še mogel spremljati gibanja obeh kazalcev »čuvaja konic«, od katerih je eden kazal dejansko vrednost obremenitve, drugi pa dopustno, in ukrepati z zahtevo za zmanjšanje moči pri peči ali pa z odklopom peči. Z uvedbo četrturnega ugotavljanja konice pa je postal čas za odločanje in ukrepanje zelo kratek. Ker je za vodenje obremenitve celotne železarne potrebna še vrsta drugih informacij o stanju peči, je bilo jasno, da te naloge človek ne zmore zanesljivo opravljati 24 h na dan, temveč le računalnik. Procesni računalnik opravlja to delo v železarni že 6 let. Za program vodenja za obremenitve potreben pretok informacij je razviden s si. 5. Pripomniti je treba, da smo zmogljivosti .O i O, ,o JO' Pcrabo el tnt< EOP f^raba ti mer g nsrema FKJ 26 Ji 22 20 15 16 U 12 10 n% j 12 10 I2<0 KU1 B.0 6,0 Slika 5 Pretok informacij EOP — procesni računalnik Fig. 5 Flow of informations between are furnace and process computer računalnika izkoristili tudi za evidenco vseh dogodkov na elektroobločni peči, kakor tudi za zapis alarmnih signalov, ki omogočajo nadzor nad obratovanjem peči. Elektroobločnih peči ni mogoče voditi po voznem redu tako, da bi se faze taljenja enih peči prekrivale s fazami raztaljenega stanja drugih peči in da bi nam tako dobljene vsote obremenitev zagotavljale konstantno obremenitev v vsakem 15-minutnem razdobju. Pri zelo malo reduciranem obratovanju, kakor ga imamo na pr. v času manjše tarife (ponoči, nedelje), se četrturne obremenitve porazdele po tipični normalni distribuciji (si. 6), kar dokazuje naključnost nastanka razredov moči. Celotno moč, s katero železarna prevzema iz električnega omrežja energijo, je možno po programu posameznih tarifnih nivojev (po si. 3) voditi le tako, da se znotraj vsakega 15-minutnega merilnega obdobja ustrezno zmanjšuje električna moč posamezne obločne peči ali 1 1 k; Psr=29ji : SJHMW3 Pmai -- 33.0 [MWJ 1 n 1 0 3 6 9 12 B « 21 2i 27 30 i3 J6 39 fa [MM VT Psr=27.6'-7,16 CMW Pmax- 373 [MW3 1 1 MT Py=26J9tZ26CW, Pmax = i2,B0[MW] 1 I 1 , Slika 6 Porazdelitev 15-minutne moči v posameznih tarifnih obdobjih Fig. 6 Distribution of 15 minute-power in single tariff periods več peči istočasno. Zmanjševanje moči peči je možno izvesti z neposrednim posegom v elektrodno regulacijo obločne peči ali pa z odklopom (dvigom elektrod). Ker je proizvodnemu procesu najmanj škodljiva prekinitev v času taljenja in ker so efekti zaustavitve obratovanja peči v tej fazi zaradi velikih moči taljenja največji, se peči načeloma izklapljajo le v času taljenja, v odvisnosti od prioritete po principu last in — first out: najnižjo prioriteto ima peč, ki je zadnja pričela taliti, najvišjo pa ima tista, ki je v zaključni fazi izdelave jekla. Efekti takega načina vodenja so razvidni s si. 6, kjer so moči nad določenimi vrednostmi enostavno odrezane. Ker se vrednosti na si. 6 nanašajo na isto mesečno obdobje, je razvidna razlika v največji moči, ki jo je železarna prevzela v času konične tarife in v času manjše tarife in ki znaša za ta mesec 9,2 MW oz. 27,5 % od v konični tarifi doseženih vrednosti. O stopnji izkoriščenosti proizvodnih naprav železarne v posameznem času trajanja tarif govore dosežene obratovalne ure v teh obdobjih. Ker je čas trajanja posameznih tarifnih obdobij različen, nam absolutne obratovalne ure povedo manj kot njihove relativne vrednosti, ki jih dobimo tudi iz razmerja med srednjimi in maksimalnimi vrednostmi moči posameznega tarifnega obdobja. V naslednji preglednici so za enomesečno obdobje prikazane srednje dosežene in maksimalne dosežene 15-minutne moči ter izkoriščenosti te moči za posamezno tarifno obdobje. Tarifno obdobje Psr(MW) Mmax (MW) Izkoriščenost MT (»ponoči«) 26,29 42,6 61,8 VT (»podnevi«) 27,66 37,3 74,1 KT (»v konici«) 29,44 33,4 88,1 Mesečne obratovalne ure železarne Ravne, izračunane iz moči v KT, prikazuje za nekaj let si. 7. Na si. 8 pa je prikazana poraba električne energije v preteklosti in poizkus prognoze do leta 2000. fgrthj rX/X//, //V/' rfj *9m> soira nape — f- / f\ -J- — / / Slika 8 Poraba električne energije Fig. 8 Consumption of electric energv ga sovpadanja obratovanja elektroobločnih peči, saj predpostavljamo, da je preostala obremenitev železarne mnogo bolj konstantna; razne energetske doline preostale proizvodnje (napr. zaradi malic) samodejno zapolnijo obločne peči z zmanjšanjem časa čakanja. Skupen čas zastojev elektroobločnih peči zaradi takšnih internih redukcij je neposredno obratno sorazmeren nivoju električne moči v času konične tarife oz. v času višje tarife ter seveda od časa trajanja konične obremenitve, ki pa je v posameznih mesecih različna. Čas zastojev in proizvodnje elektroobločnih peči v odvisnosti od konične obremenitve železarne prikazuje za določen mesec si. 9: razvidno je, da od neke moči naprej omejitev CfJ A4- i / AJ f F fj^ Hi v -V- 8000 7000 6000 5000 iCOC — Slika 7 Mesečne obratovalne ure Fig. 7 Operational hours per month Ko se postavlja vprašanje, kako nizko naj vodimo obremenitve v posameznih tarifnih obdobjih, se reducira paleta problemov na iskanje optimalnih vrednosti. Če odmislimo organizacijske prijeme, s katerimi lahko vplivamo na vrstni red obratovanja elektroobločnih peči, in s tem na nivo električne moči, s katero prevzema delovna organizacija električno energijo, je edina preostala možnost zniževati električno moč, izklapljati obločne peči znotraj 15-minutnega obdobja, tako da 15-minutna vrednost porabe ne preseže vnaprej določene vrednosti. To opravlja računalnik, upoštevaje prioriteto, in tudi vsakokratni trend celotne porabe. Računalnik nekaj prvih minut 15-minutnega obdobja le opazuje rast porabe, s tem da obračunava vsako minuto vse vrednosti: ukrepa pa zadnjih 12 minut. Vsakokratna zaustavitev taljenja v elektroobločni peči pomeni nekajminutni zastoj proizvodnje, in s tem seveda njeno zmanjšanje. Število zaustavitev taljenja in trajanja teh prekinitev je predvsem odvisno od različne- TCkgJ 21.00 * tO" 20.60 20.00 /9,50 xlO* 8000 Slika 9 Zastoji zaradi internih redukcij in proizvodnja surovega jekla Fig. 9 Stillstands due to interna! reductions and the production of raw steel obratovanja peči ni več (dosežena je maksimalna proizvodnja), saj razpoložljiva električna moč zadošča vsem kombinacijam obratovanja elektroobločnih peči. Ob obravnavi časa trajanja redukcij je potrebno upoštevati, da je elektroobločna peč proizvodni agregat, ki obratuje sicer letno več kot 8600 h, proizvaja pa le 80 % tega časa. Ca. 20 % razpoložljivega časa odpade na razne tehnološko pogojene zastoje, kot so: obnova obzidave, menjava obokov in elektrod, popravila, čiščenje, čakanje itd. Iz letnih podatkov povzemamo, da je pripisana le ena desetina vseh zastojev omejevanju obratovanja zaradi redukcij el. energije. Pri tem seveda ni znano, koliko takega časa je bilo izkoriščenega za posege, ki bi sicer povzročili zastoj obratovanja, kakor tudi ni znano, kolikšen del tehnoloških zastojev je bilo izkoriščenih za čas redukcij. Elektrotehniške možnosti, ki nam jih za vodenje obremenitve elektroobločnih peči daje procesni računalnik, so le potreben pogoj za doseganje optimalnih obratovalnih režimov. Očitno pa je, da so zadosten pogoj za dosego željenega obratovanja optimalna razmerja, ki jih določajo stroški, katerih del pada z zmanjšanjem električne moči in drugi del raste, ker jih manjša proizvodnja več ne pokriva v celoti. Rast cene električne energije prikazuje si. 10. V prikazano ceno so vključeni le prispevki, ki so vezani na kWh. dnlHVh GOIŽK 3.0 / / / 20 COIŽR N / > v/ J' W ■p /S7< 1975 1976 1977 I97S 1979 1980 I9SI /962 /983 Slika 10 Cena električne energije Fig. 10 Priče of electric energy Upoštevajoč še preostale dogovorjene obveznosti, bi bila cena kWh še višja. Zanimivo je, da sledi časovni potek rasti cene zelo dobro eksponentni funkciji (kore-lacijski faktor R2 = 0,99) in da je čas podvojitve cene električne energije kot karakteristični podatek, za ŽR :t2 = 2,94 let (ZJ: t2 = 2,72 let, ŽŠ :t2 = 2,77 let). Podatki so za obdobje 1974—1983, medtem ko podvojitev cene električne energije v letu 1984 poopolnoma izsto- pa iz dosedanjih gibanj. Za primerjavo je na si. 10 prikazana tudi cena električne energije za gospodinjstva, ki sicer ob višjem nivoju izkazuje mnogo počasnejšo rast (GO : t2 = 3,40 let). Cene gotovih proizvodov železarne Ravne so se gibale po enakih eksponentnih zakonitostih, vendar počasneje, saj je čas podvojitve za isto 10-letno obdobje :t2 = 3,05 let. Razmerje med povprečno letno kg ceno gotovih izdelkov in povprečno letno ceno kWh se je v istem obdobju gibalo med 47 kWh/kg in 37 kWh/kg. Pravilneje bi bilo prikazati cene in ustrezna razmerja iz surovega jekla, vendar nas tu bolj zanima, kako se gibljejo stvarna razmerja. Cena surovega jekla pa je planska postavka, saj železarna s surovim jeklom ne nastopa na trgu. Znotraj desetletnega obdobja so se cene električne energije in cene proizvodov sicer različno hitro gibale, vendar ne tako različno, da ne bi mogli ugotavljati letnih optimalnih obratovalnih stanj. Rezultati stroškovne analize so prikazani na slikah 11 in 12, in sicer so vsi podatki naneseni v odvisnosti od Slika 11 Optimalni obratovalni režimi železarne za čas visoke sezone Fig. 11 Optimal operational regimes in the ironvvorks for the period of high season moči v konični tariti, tj. od takoimenovane obračunske moči. Strošek za moč je premica (1) in je enak : Sk = S|< • P, pri čemer je sk (din/M W) tarifna postavka za moč. Stroški zaradi zastojev peči (internih redukcij) so sorazmerni času trajanja teh redukcij (po si. 9), izračunani pa so na osnovi podatka, kolikšni so fiksni stroški (sz), (amortizacija, investicijsko vzdrževanje, obresti, režija) na minuto obratovanja. Celotni strošek zastoja peči je: P = s -t k ^z z9 s [drlkgl ,<0K S C dri] 2? 2P '70 \ \ O C- £22 4000 ? * > \ v v< k \ o V- vo, n, <3 v. Tx" \ ___: ^£50 na a sen joo -1- 1 0 = a + blnPo tzl=a + blnP, dobimo vrednosti konstant tudi brez statistične obdelave. b= -- t, a = t, lnP0/P, lnP„ 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 3B 39 40 41 PCMWJ Slika 12 Optimalni obratovalni režimi železarne za čas nizke sezone Fig. 12 Optimal operational regimes in the ironworks for the period of low season pri čemer je tz (min) čas zastoja peči v obračunskem obdobju. Vrednost izpadlega dohodka izračunamo na osnovi podatka o izpadu proizvodnje peči ip (kg/min) in o vrednosti dohodka v enoti proizvoda vp (din/kg). Celoten izpad dohodka je: Sd = ip-vp-tz Vsota nepokritih stroškov in izpada dohodka je sorazmerna s časom zastoja peči: S = Sz + Sd = sz • tz + ip-vp • tz = c-t2, pri čemer je c (din/min) specifična vrednost nepokritih stroškov in izpadlega dohodka. Na si. 11 in 12 je prikazan karakterističen potek stroškov za razne vrednosti stroškovne konstante c. Matematična obravnava stroškovnih odnosov je bistveno odvisna od funkcijskega poteka zastojev tz v odvisnosti od nivoja zahtevane konične moči P. Na si. 9 je prikazan iz evidence zastojev potek teh vrednosti, ki pa ni linearen. S pomočjo statističnih regresijskih odnosov obdelanih podatkov smo ugotovili, da nastopa najvišji korelacijski faktor pri logaritmičnem odnosu med časom zastojev tz in pripadajočim nivojem moči P: tz = a + blnP Če vzamemo, da je P0 moč, pri kateri zastojev ni več (tz = o) oz. da imamo pri neki moči Pj velikost zastojev tzl, lahko iz pogojev: "inPo/P,* pri čemer lahko dobi konstanta a fizikalni smisel kot vrednost zastojev pri moči 1 MW. Jasno je tudi, da ima relacija smisel samo pri vrednosti tz>0 oz. pri močeh P0, oziroma daje Pf>CMtVJ / / V /ns / / NS v s / / / vs / / / / / y / i/ / S 20000 30000 iOOOO 50000 60000 70000 80000 CCMmrJ Slika 13 Optimalne konične moči in njih odvisnosti od stroškov zastojev Fig. 13 Optimal peak povvers and their dependence on the standstill costs Na si. 13 so iz logaritmične enačbe izračunane vrednosti za Ps, tj. moč, kjer nastopajo najmanjši specifični proizvodni stroški v odvisnosti od specifičnih stroškov zastojev (c) ter od stroškov moči (sP) v posamezni sezoni ter vrednosti za Ps, tj. moč, kjer nastopajo najnižji skupni stroški. Slika daje jasen odgovor na vprašanje, kako spreminjati konično moč glede na sezonske cene energije. V teh izvajanjih niso bili upoštevani direktni stroški substance jekla (vložek, legure) niti ostali variabilni stroški proizvodnje. Visoke cene električne energije oz. visok delež moči v ceni električne energije zahteva posebno v visoki sezoni zaostreno prilagajanje moči oblo-čnih peči razmeram v elektroenergetskem napajalnem sistemu, kar pomeni visoke interne redukcije. Zahteva proizvodnje, da naj se jeklo proizvaja z najnižjimi specifičnimi proizvodnimi stroški pa bo ob ceneni energiji ter pri velikih fiksnih stroških zastojev in velikega izpada dohodka zaradi zgubljene proizvodnje pomenila obratovanje s čim manj zastoji in relativno velikimi močmi. II. VODENJE SPECIFIČNE PORABE ELEKTRIČNE ENERGIJE OBLOCNE PECl O racionalni izrabi električne energije govorimo kot o kazalcu , ki nam pove, kaj nam je uspelo ustvariti s kWh električne energije v proizvodnem procesu ali pogosteje: koliko električne energije smo porabili na enoto proizvoda. Specifična poraba električne energije (kWh/t) je torej nekakšna elektroenergetska produktivnost. Zakaj nam včasih uspe izdelati tono odlitega jekla s porabo 530 kWh, drugič pa za enako tono jekla potrebujemo 800 kWh ali skoraj 50 % več? Ker je za raztali-tev tone starega železa teoretično potrebno 340 kWh energije, pomeni, da vodimo proizvodni proces s 65 % izkoristkom, drugič pa le s 43 %. Kje so skrajni dosegi največjih energetskih izkoristkov v elektroobločni peči, ki so že tehniško izvedljivi in ekonomsko opravičljivi, nam govore podatki o doseženih vrednostih v japonskih jeklarnah. V domačih razmerah, kjer ne poznamo zelo velikih peči z UHP transformatorji, ki bistveno pripomorejo k ugodnim rezultatom, lahko razpravljamo le o praktično izvedljivih ukrepih in vplivnih dejavnikih. V osnovi delimo te v dve skupini: organizacijske in teh-niško-tehnološke. Organizacijski vplivni dejavniki, ki vplivajo na velikost specifične porabe električne energije v obločni peči, so pravladujoči. Ker obratuje obločna peč z relativno velikimi toplotnimi izgubami, ca. 30 % v času razta-ljenega vložka (temperature okrog 1600°C), je prvi vplivni dejavnik čas trajanja šarže od preboda do preboda. Pogosto objavljene relacije (glej si. 14) samo dokazujejo znano dejstvo, da z večjo produktivnostjo (t/h) pada specifična poraba energije: vsak zastoj v obratovanju elektroobločne peči pomeni le nepotrebno dodatno pokrivanje izgub; energija, ki jo dovajamo v peč z raztalje-nim vložkom, služi le za ohranjanje temperature. Posebno izrazit in boleč je ta odnos pri obločnih pečeh, ki imajo namesto ognjevzdržne obzidave vgrajene vodo-hlajene panele. Ti so se sicer razvili iz UHP obločnih peči, ko klasične obzidave peči niso več vzdržale silnih toplotnih obremenitev v času taljenja, vendar so prodrli zaradi svoje velike trajnosti tudi v področje HP peči ali pa tudi običajnih elektroobločnih peči, predvsem onih, ki so namenjene bolj taljenju in katerih rafinacijski del se prenaša v vakuumsko napravo. SI. 15 kaže povečanje specifične porabe električne energije za 40-t obločno peč za obdobje, ko se je v njej izdelovalo jeklo v celotnem tehnološkem postopku. Povečanje porabe za 8 % do 10 % je v skladu s podatki drugih jeklarn in potrjuje podatek, da pri vodohlajenih panelih pomeni podaljša- [Mmill 800 700 O o ( o 1 o o/ > 500 iOO m < /o o * tf - čas rafmoje ' 2 3 lr[hJ Slika 14 Specifična poraba električne energije Fig. 14 Specific consumption of electric energy Slika 15 Specifična poraba električne energije 40 t EOP Fig. 15 Specific consumption of electric energy for 40 t are furnace nje rafinacijskega časa za 30 minut povečano specifično porabo za 25 kWh/t. Pričakuje se, da bi specifična poraba teh peči s prenosom rafinacije v vakuumsko napravo morala biti nižja od one pred uvedbo vodohlaje-nih panelov. Malo premalo upoštevanimi organizacijskimi dejavniki je tudi premajhna skrb za hitro zalaganje peči, menjavo oboka, elektrod ter seveda skrbna priprava vložka, ki je v domačih razmerah eden glavnih vzrokov za doseganje slabših rezultatov. Tipa vložka, ki bi omogočal enkratno ali dvakratno zalaganje peči, skoraj ne poznamo. Kratek čas od preboda do preboda, posebno pa še kratek čas raztaljenega vložka je zagotovilo za dobre rezultate. Med organizacijske vplivne dejavnike, ki lahko bistveno vplivajo na znižanje specifične porabe električne energije v obločni peči, je tudi potrebno znanje in izkušnje poslužujočega osebja. Elektrotehniške in tehnološke vplivne dejavnike moramo iskati v pogojih, s katerimi dosegamo optimalne elektroenergetske razmere v obločni peči. To je predvsem obratovanje z maksimalnimi energetskimi izkoristki, ki je poleg območij z maksimalno produktivnostjo med najzanimivejšimi obratovalnimi stanji. Na si. 16 PCMWJ Slika 16 Obratovalni diagram 5 t EOP Fig. 16 Operational diagram of 5 t are furnace so ta območja prikazana. Iz njih lahko zaključimo, da je za območje taljenja enostavno določljivo: — območje največje delovne moči na transformatorju (fazni faktor 0,71): Jhmax — območje največje delovne moči na loku (fazni faktor 0,77-0,74): JPlmax — območje največjih energetskih izkoristkov (fazni faktor 0,78-0,75): J,raax Karakteristike obratovalnega diagrama na si. 16 so po znanih relacijah določene z napetostjo, tokom ter induktivno upornostjo transformatorja, dušilke in visoko-tokovnih dovodov k peči. Kako z najrazličnejšimi možnimi kombinacijami teh vrednosti izvesti fazo taljenja, upoštevajoč pri tem še razmere v peči, da bo opravljeno najhitreje in s čim manj izgub, je problem, pred katerega sta z enako težo postavljena konstrukter in projektant obločne peči kot njen upravljalec. Običajno se projektant izogne obratovalnim pastem tako, da predvidi nemogoče širok razpon napetostnih in tokovnih stopenj ter dušilko z več odcepi, češ, imate vse možnosti izbire! Zanesljivo pa te mnoge možnosti bolj pripomorejo k slabemu obratovanju kot k optimalnemu: slabih kombinacij je mnogo, dobrih pa je, razmeram v peči ustrezno, le nekaj. V tej zvezi je zanimiv podatek, da je običajno število stopenj pečnih transformatorjev v ZDA 6 do 8, v Evropi pa imamo običajnih 16 ali celo preko 20 napetostnih stopenj. Taljenje vložka naj poteka s konstantno močjo in z največjo možno preobremenitvijo transformatorja. To splošno načelo zahteva takšno induktivno upornost v pečnem krogu, da lahko električni lok gori enakomerno kljub slabim jonizacijskim pogojem, ki vladajo v peči zaradi nizkih temperatur. Pri UHP obločnih pečeh dosegamo te zahteve z izredno velikimi elektrodnimi tokovi. Kazalec toka na krožnem diagramu obločne peči na si. 17 leži skoraj točno pod faznim kotom 45° oz. s faznim faktorjem 0,71. Pri večjih pečeh dosežemo take razmere že brez posebne dušilke, saj predstavljajo visoko-tokovni vodi na peč že dovolj veliko oz. preveliko induktivno upornost. UHP peči zagotavlja tudi v času taljenja zelo čist sinusni potek toka, čeprav ima sicer električni lok tipično nelinearno uporovno karakteristiko in je povzročitelj popačenj toka in napajalne napetosti. Taljenje vložka v UHP peči je zaradi svoje visoke specifi- Jd CAJ Slika 17 Krožili diagram karakterističnih obratovalnih območij Fig. 17 Circle diagram of characteristic operational regions čne moči (600—800 kVA/t) transformatorja in zaradi vodohlajenih panelov okarakterizirano kot surovo oz. divje, saj talimo od prvega trenutka do skoraj dokončne raztalitve z maksimalno napetostjo in maksimalnim tokom. Bojazni zaradi obzidave ni, saj je pri modernih pečeh tudi že obok vodohlajen. Pri srednjih in manjših pečeh pa so omejitve za dosego optimalnega taljenja številnejše. Ker velikost toka ne zadošča za dosego faznega faktorja 0,71, moramo v tokokrog vključiti ustrezno induktivno upornost (dušilko), ki nam zagotavlja stabilno gorenje loka in s tem enakomeren dovod moči v peč. Ker s tem pri največji možni napetosti in največjem možnem elektrodnem toku z večanjem dušilke večamo fazni kot (slabšamo fazni faktor), se nam zmanjšuje v peč dovedena delovna moč. Kompromis pri taljenju z nekaj večjim faznim faktorjem, kot je 0,71, je očiten in utemeljen tudi s tem, ker dobimo maksimalno moč, ki nam jo pokažejo instrumenti, pri faznem faktorju okrog 0,76 (glej si. 16). Pri običajnem preveč volumi-noznem vložku se elektrode takoj prebijajo v notranjost peči in ni nevarnosti, da bi zaradi direktnega sevanja električnega loka poškodovali ali obok ali obzidavo. Zaradi tega tudi niso neobičajni višji fazni faktorji v času taljenja (0,80 ali več), bistveno je, da imamo stabilen električni lok. Tega zagotavljata poleg naštetih električnih parametrov vložek in elektrodna regulacija, ki ima nelahko nalogo, da zagotavlja loku v času obratovanja konstantno impedanco. Elektrodna regulacija mora s hitrim pozicioniranjem položaja elektrod nasproti vložku skrbeti, da se lok ali ne trga ali pa da ne prihaja do kratkih stikov. Odziv elektrodne regulacije na izmerjene spremembe v peči ter mehanska togost pozicionirnega izvršnega organa regulacije imata odločilno vlogo pri kvaliteti elektrodne regulacije. Kaj pripomore sodobna elektrodna regulacija k zmanjšanju specifične porabe električne energije, prikazuje si. 18, kjer so prikazane mesečne specifične porabe za 10-t in 5-t elektroobločno peč v železarni Ravne pred rekonstrukcijo in po njej. Pri 10-t peči je bila zamenjana stara amplidinska elek-tromotorna regulacija s sodobno elektronsko-hidravli-čno, sistem Demag — Rade Končar, elektroenergetski del vključno s transformatorjem pa je ostal isti. Rekonstrukcija, ki je zajemala tudi mehaniko elektrodnih ročic (in ki je bila opravljena v 20. dneh), je prinesla poleg 5 % povečane produktivnosti tudi 6% znižanje specifične porabe. 5-t elektroobločna peč je bila zaradi dotrajanosti zamenjana. Stara peč je imela trans- Slika 18 Specifična poraba električne energije 10 t EOP in 5 t EOP Fig. 18 Specific consumption of electric energy for 10 t and 5 t are fur-naces formator moči 4,5 MVA in Tirilov regulator za elektro-motorsko pozicioniranje elektrod, nova pa transformator moči 3/3,6 MVA in elektronsko-hidravlično regulacijski sistem Demag — Rade Končar. Efekti so vidni na si. 16, kjer se vidi, da se je znižala specifična poraba za 11 %, povečala pa se je tudi produktivnost. Povečanje produktivnosti je tu izrazitejše kot pri 10-t peči, ker je bil spremenjen tudi način zalaganja peči. Ali pričeti taljenje z znižano napetostjo oz. z manjšim tokom, ni samo vprašanje vložka v peči, ampak predvsem razmerij v peči, ki določajo takoimenovano obratovalno impedanco peči. Vse meritve namreč dokazujejo, da je dejanska obratovalna impedanca mnogo višja kot kratkostična, tj. ona, ki smo jo izmerili pri preizkusu kratkega stika. Razlaga pojava je v tem, da nam popačitve toka, ki so posledice nelinearne upornosti loka, dajo višje harmonske tokove, ki z delom višjih frekvenc dodatno povečujejo induktivno upornost v pe-čnem tokokrogu. Meritve dokazujejo, da se obratovalna impedanca približuje dejanski sorazmerno porabljeni energiji: ob raztaljenem vložku so jonizacijski pogoji za gorenje loka idealni, tok je mnogo manj popačen, dodatnih induktivnih upornosti zaradi višje harmonskih tokov ni. Za fazo taljenja odločujoča pa je z meritvami dokazana povezava med obratovalno induktivno upornostjo in razmerjem napetost/elektrodni tok. Z rastočim razmerjem raste obratovalna induktivna upornost (si. 19), kar pomeni, da pri majhnih tokovih z večanjem napetosti ne bomo dosegli efektnega zvečanja moči taljenja: praktiki vedo, da je začetna moč taljenja skoraj neodvisna od višine napetosti. Zniževanje toka v začetni fazi taljenja ima torej dvakrat negativne posledice. Primernejše bi bilo pričeti taljenje z nižjo napetostjo, kar ima dvojni pozitiven efekt: zaradi poslabšanja faznega faktorja se poveča stabilnost gorenja loka, zmanjša pa se tudi obratovalna impedanca, kar omogoča večji dovod moči v peč. Vendar se tak način začetnega taljenja redko izvaja, predvsem zaradi nezaželjenih pogostih preklopov napetostnih stopenj transformatorja in zaradi slabega efekta: slab vložek ima namreč to prednost, da so elektrode hitro »na dnu« peči, kar pomeni ob predpostavki, da smo dno dobro založili, da dobimo kmalu stacionarnejše razmere v peči. To pa seveda povzroči zmanjšanje obratovalne impedance in enak efekt povečanja moči taljenja kot z znižanjem napetosti. Ker je pri konstantni napetosti obratovalna induktivna upornost odvisna neposredno od toka, se nam kro- Slika 19 Obratovalna induktivna upornost EOP Fig. 19 Operational inductance of are furnace žni diagram obločne peči spremeni v ovalni diagram obločne peči. Konstrukcija je razvidna s si. 20, kjer je tudi prikazano, da obratovalna induktivna upornost postane enaka kratkostični šele pri kratkem stiku. S slike je tudi razvidno, kolikšen tok oz. moč smemo pričakovati pri določenem razmerju omenjenih upornosti oz. kakšno zmanjšanje moči pri tem dobimo. Slika 20 Realni krožni diagram EOP Fig. 20 Real circle diagram of are furnace Če zaključimo razpravo o fazi taljenja v obločni peči, lahko za večino primerov rečemo, da talimo pri določeni napetosti (ne vedno najvišji) z regulatorjem toka, nastavljenim na največjo vrednost. Tok in moč bosta postopoma naraščala, dokler ne bosta v prvi tretjini faze taljenja dosegla maksimalne vrednosti. Tako postane vprašanje izteka taljenja mnogo kritičnejše in pro-blematičnejše kot njegov začetek. Zamujeno zmanjšanje moči taljenja ob raztalitvi vložka pomeni lahko nevarno posledico za ognjevzdržno obzidavo pečne kadi in oboka, saj lok ni več zakrit z vložkom, ampak neposredno seva na obzidavo. Ni pa potrebno samo zmanj- šanje moči, lok pri raztaljenem vložku ne potrebuje več dodatne dušilke. Izklopljena dušilka pomeni večji krog krožnega diagrama (pri isti napetosti), zato višji fazni faktor, skratka nesprejemljivo stanje za obzidavo peči. Tu se pokažejo prednosti vodohlajenih panelov proti občutljivi klasični obzidavi, zato je vodenje izteka tu temvažnejše. Toplotnotehniške razmere v peči v stanju raztaljene-ga vložka opisujejo z erozijskim indeksom kot številom za toplotno obremenitev obzidave. Indeks je enak produktu med napetostjo in močjo. Avtor članka je dokazal, da maksimalni erozijski indeks nastopa vedno pri faznem faktorju 0,82, zato se je treba temu stanju v peči pri raztaljenem vložku izogibati. Elektrotehniško so razmere v obločni peči v fazi raztaljenega vložka ugodne. V peč dovedena moč je potrebna le za kritje toplotnih izgub peči oz. za dogrevanje taline na določeno temperaturo. Električni lok gori mirno, popačenje toka je minimalno. Edina omejitev je sevanje na obzidavo, definirano z erozijskim indeksom, ter tehnološka zahteva, da elektroda ne sme biti potopljena v talino (zaradi nevarnosti neogljičenja). Zaradi relativno majhnih moči obratujemo z nizkimi napetostmi in s tokovi, ki zagotavljajo fazni faktor, ki je nižji od onega, pri katerem nastopa maksimalni erozijski indeks. Že pri pogledu v peč vidimo, da pomeni majhen tok oz. dober fazni faktor relativno dolg električni lok, ki ga žlindra nad talino ne more zaslanjati, da pa pomeni povečevanje toka istočasno skrajševanje električnega loka. Povečevanje toka daleč preko faznega faktorja 0,71 je seveda tehniški nesmisel, ker prične padati delovna moč na loku. Zato je pravilno izbrana za določeno moč tista kombinacija napetosti in toka, ki da fazni faktor od 0,66 do 0,74 in predvsem zagotavlja takšno dolžino loka, da lok lepo odriva žlindro od elektrode in da žlindra zaslanja sevanje loka na obzidavo. Ustreznih napetostnih stopenj ni potrebno dosti: ena do dve višji napetostni stopnji za hitro segrevanje kopeli ter ena ali dve nižji napetostni stopnji z različnimi tokovnimi kombinacijami za obdr-žanje tekočega jekla na potrebni temperaturi. Optimalno vodenje obločne peči v raztaljeni fazi ima torej dva cilja: energetski, da spravimo čimveč toplotne energije v kopel in ne v obzidavo, tehnolooški pa, da obzidavo s prevelikim direktnim sevanjem električnega loka ne preobremenjujemo. Za vsako fazo izdelave jekla so karakteristični elektrotehniški parametri obločne peči, prikazani na si. 17, in sicer za vsako proizvodno fazo po eno stanje. Iz že povedanih razlogov potrebujemo za vsako fazo obratovanja vsaj dve kombinaciji, skupaj torej nekako 6 do 8 napetostnih stopenj s točno ustreznimi velikostmi elektrodnih tokov. Klasična elektrodna regulacija je zahtevala vsakokratno ročno prilaganje elektrotehniških parametrov razmeram v peči, kar je pomenilo, da je optimalno vodenje obločne peči stvar znanja in vestnosti posluževalcev. Tu smo dosegli precejšen napredek s takoimenovanim optimeltom, tj. z zmožnostjo elektrodne regulacije, da se vsaki napetostni stopnji prej nastavi ustrezni elektrodni tok: poslu-ževalec izbira le napetostne stopnje, tokovne se mu pri-lagode same oz. jih ne more po svoje spreminjati. Poizkušali so tudi z neposrednim računalniškim vodenjem elektroobločnih peči, posebej še fazo taljenja, vendar je prevelika diskontinuiranost procesa, različnost vhodnih parametrov in njih premalo zanesljivo obvladovanje bil vzrok, da računalnik še ne more prevzeti vseh nalog vodenja elektroobločne peči. Za določitev elektrotehniških parametrov obločne peči in za nastavitev nakazanih optimalnih vrednosti je potrebno te meriti in nastaviti. Najenostavnejša je meri- tev s pomočjo registratorja delovne in jalove moči ali pa s pomočjo števcev delovne in jalove energije. Ker je zaradi posebno nestacionarnega stanja v fazi taljenja uporaba klasičnih merilnih instrumentov nemogoča, se da fazni faktor iz zgornjih povprečkov najzanesljiveje ugotavljati. Registrirni kW in kVAR-meter je postal obvezen instrument obločne peči in če je ustrezno dušen, je nepogrešljiv pripomoček. Z meritvijo kratkega stika določimo induktivne in omske upornosti. Spreminjanje obratovalne induktivne upornosti je možno meriti le s posebnimi registrirnimi napravami. V železarni Ravne smo zgradili mikroprocesorsko merilno napravo, ki omogoča merjenje vseh faznih napetosti, tokov, delovnih in jalovih moči v enominutni povprečni vrednosti, izračunavanje vseh elektrotehniških parametrov ter njih kontinuirni izpis. Tako lahko zasledujemo celotno obratovanje obločne peči v vseh fazah obratovanja, spreminjanje obratovalnih upornosti, tokovno in ener- gijsko simetričnost obremenitev posameznih elektrod itd. Določanje elektroenergetskih parametrov, kontrola nastavljenih zaščitnih vrednosti, vrednosti parametrov, regulacijskega kroga, vzdrževanje pravilne funkcionalnosti posameznih sklopov obločne peči, nadzor nad dogajanjem v topilnici, analiza rezultatov in ukrepanje za izboljšanje stanja je vrsta spremljajoče proizvodne dejavnosti, ki poleg ustrezne organiziranosti in opremljenosti zahteva tudi posebna tehnološka znanja. Le tako je mogoče krčiti poti racionale rabe in izrabe električne energije: doseči za enako količino porabljene energije nižjo ceno za kWh in izdelati enako količino jekla z manj porabljene energije. Opomba: Pri razreševanju problematike poglavja I Gospodarjenje z električno energijo v železarni Ravne je sodeloval Bertalanič Anton, inženir elektrotehnike — Vodja odd. za elektroenergetske naprave železarne Ravne. ZUSAMMENFASSUNG Im Beitrag wird die Bevvirtschaftung der Elektrischen Energie so wie die im Huttenvverk Ravne ausgefuhrt wird aus zvvei Standpunkten dargelegt und zwar: als Fuhrung der Bela-stung des Hiittenvverkes bzw. deren elektrischen Kraft mit dem Ziel moglichst niedrigen Preis fiir die verbrauchte kwh zu er-reichen, was als rationelle Verwendung der elektrischen Energie genannt wird, und als Fuhrung der Lichtbogenofen mit dem Ziel den Stahl mit moglichst niedrigem Aufwand der Elektrischen Energie zu erzeugen, was als rationelle Ausnii-tzung dieser Energie genannt wird. Die Methoden der optimalen Fuhrung der Belastung des Hiittenvverkes, vvo der Stahl in Lichtbogenofen erzeugt vvird vverden beschrieben, und die hochstekonomischen Betriebsre-gime auf Grund der technischen und Kostenaufvvandparame-tern vverden bestimmt. Die vvachsenden festen Kosten fiir die Storungen vvegen der internen Einschrankung und die vvach- senden Kosten des ausgefallenen Einkommens verschieben den optimalen Betrieb zu hoheren Spitzenkraften; umgekehrt aber verlangen die immer hoheren Preise fiir die Elektrische Energie bzvv. deren Kraft das verschieben dieser Betriebsfiih-rung zu kleineren Spitzenbelastungen. Der analitische Zutritt zu der Losung des Optimierens und die Ergebnisse dieser Me-thode vverden angegeben. Die Optimierung der elektroenergetischen Betriebsregime des Lichtbogenofens fiir die Stahlerzeugung ist der Inhalt des zvveiten Teiles dieses Betrages vvo der Betrieb des Lichtbogenofens in der Einschmelz und in der Raffinationsphase behandelt vvird. Die Einfliisse der elektrotechnischen Parameter auf das energetisch gunstigste Betreiben des Ofens vverden beschrieben und die Ergebnisse solcher Betriebsfiihrung am Bei-spiel der Lichtbogenofen im Huttenvverk Ravne vverden ge-zeigt. SUMMARY The paper presents tvvo vvievvpoints of povver management being used in the Ravne Ironvvorks, i. e: control of the load of ironvvorks or its electric povver vvith the aim to achieve the lovv-est possible priče for the consumed kWh, vvhich can be deseribed as rational use of electric energy; control of electric are furnaces vvith the aim to manufacture steel vvith the lovvest possible consumption of electric energy vvhich can be de-seribed as rational yield of this energy. The methods for optimal control of load of sueh ironvvorks are deseribed vvhere steel is manufactured in are furnaces, and the most economic operational regimes based on technical and cost parameters are determined. Increasing fixed costs of standstills due to internal reductions and the increasing costs of lost income shift the optimal operation tovvards higher peak povvers, on the other hand the increasing prices of electric en-ergy or its povver demand the shift of operation to lovver peak loads. Analytical approach to the solution of optimizing and the results obtained by this method are presented. Optimizing the operating povver regimes of are furnaces for steelmaking is the content of the second part of the paper in vvhich the operation of are furnace is treated by stages of smelting and refining. Influences of electrotechnical parameters on the energetically most suitable operation of the furnace are deseribed and the results of sueh operation are illustrated by the examples of the are furnaces in the Ravne Ironvvorks. 3AKJIKDHEHHE B CTaTbe paccMOTpeHbi ABa bh,aa skohomhh b ofijiacTH 3JieKTpo3HepreTHKH, KOTOpbie BbinoJiHHtoT b MeTajmyprHHe-ckom 3aBoaa )Kene3apHa PaBHe a hmchho: ynpaBJieHHe Ha-rpviKoit 3aB0.ua oth. ee sjieicrpHHecKOH chjioh c uejibto, hto-6bl CTOHMOCTb paCXOflOBaHHOH KBT. 3T0H 3HeprHH 6bIJia HeM HHJte- STO 3H3HHT paUHOHajIbHOe HCn0Jlb3OBaHHe SJieKTpHHe-ckoh SHeprHH h ynpaBJieHHe 3jieKTpoayroBbtMH nenaMH c ue-JlblO, HT06bI ana H3rOTOBJieHHOH CT3JIH yTpaTHJTH HeM MHHbUie 3JieKTpHMeCKOH SHepTHH — 3T0 3H3HHT pauHOHajlb-Hblii paCXOH 3TOH SHeprHH. OnHcaHbi MeTonbi onTHMajibHoro ynpaBJieHHS Harpy3KH 3aBoaa, KOTopbifi 3aHHMaeTcs c np0H3B0flCTB0M CTann b ny-roBbix 3jieKTponeMax, TaK>Ke onpeaejieHHe HaH6ojiee skoho-MHHeCKHX peiKHMOB B35IB BO BHHM3HHe TeXHHHeCKHe h 3koho-MHHecKHe napaMeTpbi. noBbiuieHHe nocTosiHHbix pacxoaoB Ha 3aCTOH BCJieaCTBHH BHyTpeHHbIX peayKUHH H nOBbtmeH- Hbie pacxoabi BCjie;icTBttn Bbina;tenns! aoxona cnBHHynn onTHMaJibHyto pa6oTy b HanpaBJieHHe k 6onee bhcokhm nH-kam moiuhocthm, Hao6opoT >Ke nocTOHHHoe noBbimeHne cto-hmocth 3JieKTpHHecK0H SHeprHH oth. ee mouihocth b HanpaBJieHHe MeHbiiiHX nHK Harpy3KH. npeaJio>keh aHajiHTHMecKHH noaxofl k peuieHHio onTHMH-3auHH, a TaK3Ke pe3yjibTaTbt, KOTOpbie nojiyHeHbi npHMeHeHH-eM 3Toro MeToaa. OnTHMH3auHa oth. ycTaHOBJieHHe oiith-MajibHbix 3JieKTpo3HepreTHHecKHX paSoTbi flyroBoft nenH nnst np0H3B0flCTBa CTajiH npuBeaeHa bo btopoh HacTH tioh CTa-TbH rae aeiicTBHe ayroBoii nenH paccMaTpHBaeTca no (j>a3aM njiaBJieHHH H pa(j)HHHpOBaHHH. OnHcaHO BJiHflHHe 3jieicTpoTexHHHecKHX napaMeTpoB Ha 3HepreTHMecKH HaH6ojiee 6jiaronpnHTHyio pa6oTy neHH, a TaK»e npHBeaeHbt pe3yjibTaTbi TaKoiS pa6oTbi, nojiyHeHHbie npn ztyroBbix nenax MeTajuiyprHHecKoro 3aBOna )Kejie3apHa PaBHe. Odpadna energija v Železarni Štore UDK: 620.97 ASM/SLA: W11 Zoran Veber Zvone Markovič Viktor Logar Opisani so rezultati in ugotovitve izdelane študije odpadnih energij z opisom kombiniranega rekuperatorja za kupolki, ki smo ga razvili zaradi tehnoloških potreb, rezultatov omenjene študije in njegove ekonomske upravičenosti. 1. UVOD Večletna intenzivna razvojna aktivnost v železarni Štore na področju energetike, katere sestavni del je racionalna proizvodnja, kvalitetna distribucija, pretvorba in poraba energije, obsega: — energetsko oskrbo železarne Štore in vodenje energetike glede na tarifne sisteme, — razvoj in izdelavo metalurških naprav, — izkoriščanje odpadne energije in zmanjševanje porabe energije. Rezultati dela na tem področju so razvidni s si. 1 in si. 2, saj se poraba energije od leta 1981 kljub povečani proizvodnji zmanjšuje. 2. Odpadne energije železarne Štore Izdelava študije odpadnih energij je bila nadaljevanje raziskovalnega dela, ki je bilo opravljeno z izdelavo materialnih in toplotnih bilanc metalurških naprav in dveh katastrov odpadnih toplot. Študija obsega: — analizo stanja, — urno povprečno razpoložljivo odpadno energijo, — temperaturne nivoje nosilcev odpadne energije, — kontinuiteto razpoložljivosti odpadne energije, — tehnične rešitve za uporabo odpadne energije, — višino doseženih prihrankov pri uvedbi obdelanih tehničnih rešitev, — ukrepe za racionalnejšo porabo energije brez finančnih vlaganj. Ugotovili smo, da se v železarni Štore vrača energija, pridobljena iz odpadnih toplot in delne porabe plavžnega plina, v višini 4 % celotne dovedene primarne energije. Stanje na toplotnih izmenjevalcih, ki so instalirani v železarni, je zaskrbljujoče, saj so starejši od 10 let, dotrajani, v nekaterih primerih pa obratujejo z nepravilnim režimom. Obdelali smo metalurške naprave v tistih TOZD, ki porabijo 93 % energije v železarni Štore. V tabeli 1 je Avtorji članka so: Zoran Veber, dipl. inž. met. — tehnolog v livarni II Zvone Markovič, dipl. inž. str. — vodja projektivnega oddelka Viktor Logar, dipl. inž. met. — vodja TOZD energetike -----el. energija -----koks ------poraba ptina -------skupna poraba plina in mazuta - poraba primarne energije Slika 1 Poraba energije v Železarni Štore Fig. 1 Energy comsumption in the Štore Irontvorks prikazana povprečna urna razpoložljiva odpadna energija. Ekonomska opravičljiva pridobljena energija iz odpadnih energij je v višini 35,15%. Letno bi pridobili 327,75. 10" J energije. Ta količina pa predstavlja že 15,23 % porabe primarne energije železarne v letu 1983. Veliko energije pa se lahko prihrani tudi z ukrepi, za katere ni potrebno investicijskih vlaganj. Ti ukrepi so: — dvigati izobrazbeni in tehnični nivo delavcev in jim pri izobraževanju prikazati ekonomski smisel pravilnega in vestnega ravnanja z napravami. — dodatno stimulirati tista delovna opravila, ki vplivajo na zmanjševanje specifične porabe energije. — stalen nadzor agregatov proizvodnih in vzdrževalnih TOZD, takojšnje obveščanje o nastalih pomanjkljivostih ter njihova odprava, ---gen plin ------T H plin ................rjavi premog -----mazut ----ZP+ TNP , Ž d s 1978 1979 1980 1981 1982 1983 Skupna proizvodnja ---Specificna poraba energije Slika 2 Specifična poraba energije in proizvodnja v Železarni Štore Fig. 2 Specific energy consumption and the production in the Štore Ironworks Razpoložljiva toplota po TOZD C9 J/h Elektroplavž 5 7,82 Jeklarna 33,67 Valjar na 1 10,22 Valjarna II 16,87 Livarna / 4.60 Livarna II 4,67 Jekbvlek 1,80 Ogrevanje DO 1,76 Skupaj 131,41 — tromesečni pregled agregatov in njihova optimizacija, — pred vsako novo investicijo (izdelavo investicijskega programa) in med njeno izgradnjo najtesnejše sodelovanje med proizvodnimi TOZD, ustreznimi službami in vzdrževalnimi TOZD, — izvesti optimizacijo naprav po kakršnikoli njihovi rekonstrukciji ali pa pred začetkom obratovanja novih naprav, — pri načrtovanju in nabavi novih naprav izbira ali izdelava takšnih, ki imajo čim manjše specifične porabe in kompleksne rešitve. 3. SEVALNI IN KONVENCIJSKI REKUPERATOR Z DODATNIM IZKORIŠČANJEM TOPLOTE PRI KUPOLKI NA VROČI ZRAK TOZD livarna strojne litine ima v svojem obratu instalirani kupolki s svetlim premerom 650 mm in storilnostjo 4 t/h. Kupolki imata skupni sevalni rekuperator, ki zaradi dotrajanosti ne obratuje. S tem rekuperator-jem smo ogreli zrak za podpih do 320°C pri 70% porabi proizvedenih kupolnih plinov in stalnim dodatnim kurjenjem s plinskim gorilnikom, zmogljivosti 450. 106J/h. Varovanje sevalnega rekuperatorja je bilo le na max. dovoljeno temperaturo v zgorevalni komori (900°C). Kupolni dimni plini, ki so neuporabljeni izhajali na prosto s temperaturo cca 460°C in pa plini iz rekuperatorja (temperatura 650—700°C) so onesnaževali okolico s prašnimi delci. Zaradi tehnoloških potreb, velikih izgub obstoječe naprave z onesnaževanjem okolice, smo pristopili k izdelavi takšne naprave, ki bo odpravila te pomanjkljivosti. Na podlagi spoznanj iz študije odpadnih energij je bil izdelan elaborat in projekt za izvedbo novega rekuperatorja. Glavna vodila pri razvoju in projektiranju rekuperatorja so bila: — varnost obratovanja, — velika zanesljivost obratovanja, Dimnik Vroča voda 110° C Voda 90 "C Zrak za podpih 20'C Ogreti zrak 200°C .....mm' j - -i m • < Toplotni izmeni evalnik Hladilni zrak Konvekajskirek up eralor Hladilni zrak U___ Ogreli zrak za r' podpih 500° C ^ Gorilnik Vario 0 600 ZPZ-CV Jaskovni plini --=- -- Sevalni rekuperator Zgorevalna komora Hladilni zrak Zrak za zgorevanje Ciklon Prah Slika 3 Shema rekuperatorja Fig. 1 Scheme of recuperator — maksimalna dopustna velikost delavcev v dimnih plinih pri izstopu iz rekuperatorja 0,004 mm, — uporaba celotne količine kupolnih plinov, — ogretje zraka iz 20 °C na 500 °C, — maksimalna izstopna temperatura dimnih plinov iz rekuperatorja 250 °C, — maksimalna zunanja temperatura sklopov reku-peraotrja (razen toplotnih mostov) 70 °C, — dodatno kurjenje rekuperatorja samo v začetku obratovanja, — temperatura vstopne vode v tekočinski izmenje-valnik 90 °C, — temperatura izstopne vode iz tekočinskega izme-njevalnika 110°C. Shema rekuperatorja je vidna na si. 3 Zaradi spreminjajočih se obratovalnih pogojev (neenakomerna višina vsipa, neenakomeren odvzem taline, spreminjajoča kosovnost vložka in različna kvaliteta koksa) se med obratovanjem spreminja sestava, količina in temperatura kupolnih plinov. Te spremembe pa povzročajo termične preobremenitve naprave. Na si. 4 je prikaz varovanja. Od razpoložljive odpadne energije kupolk in dodatno dovedene energije v rekuperator (5.955.554.000 J/h) se je pri starem rekuperatorju uporabilo le 21,5 %. Tok energije novega rekuperatorja pa je prikazan na si. 5. Enlatpija zraka za podpih 36,79'/. Entalpija tople wde 23J54'/. Entalpija dimnih plinov na izpustu \ Toplotne 286,3% f /izgube r* rx Kpdv. Entalpija zraka za zgo-~ revanje 0J3V. Entalpija zraka za podpih 1,42'/. Entalpija jaš-kovnih plinov 36,87'/. Kemična toplota jaškov -nih plinov 61,38'/. naprave TTI --GT- M ® M—I^T vard vanje KR ®—m o—m- varovanje S R ^rfc-M- CIKLON} jaškovni plini iz kupolk var dvqnj£—L_ RE6/5TRAT0R Slika 4 Varovalno regulacijska blokovna shema Fig. 4 Protection-control block scheme of recuperator Slika 5 Toplotni tok rekuperatorja Fig. 5 Heat flow of the recuperator ZAKLJUČEK V Železarni Štore je urna količina odpadne energije 131.41 . 109 J. Ekonomsko opravičljivo vrnjena energija na uro je 46,19.10'J, kar predstavlja letno 327,75■ 1012J energije, kar je 15,23% porabljene primarne energije v letu 1983. S postavitvijo novega rekuperatorja se bo letna porabe energije zmanjšala za 28,803 . 1012 J, kar je 1,34 % porabljene primarne energije leta 1983 v Železarni Štore. Literatura 1. Kataster odpadnih toplot 1 del — MI Ljubljana — 1978 2. Kataster odpadnih toplot II del — MI Ljubljana — 1980 3. Optimizacija žarenja v kontinuirani peči — MI Ljubljana - 1980 4. Materialna in energetska bilanca TH peči Železarne Štore I in II del - MI Ljubljana - 1963, 1966 5. Toplotna bilanca peči z dvižno mizo za ogrevanje gredic - MI Ljubljana - 1972 6. Vpliv mešanega plina — propan-butan-zrak na kvaliteto valjanega materiala — MI Ljubljana — 1971 7. Energetska bilanca kupolk v livarni II I in II del — MI Ljubljana — 1976 8. Werner Heiligenstaedt — Warmetechnische Rechnungen fiir Industrieofen — 4 Auflage Dusseldorf — 1966 9. Metalurški priročnik — ZTS Ljubljana — 1972 10. Strojarstvo 2 — Školska knjiga Zagreb — 1973 11. Strojniški priročnik — St. Vestnik Ljubljana — 1981 12. Parni kotlovi — Mašinski Fakultet Beograd — 1980 13. Vpliv prehodne funkcije toplotnega agregata na porabo energije — FNT Ljubljana — 1981 14. Izkoriščanje odpadnih toplot metalurških in pirotehničnih agregatov — MI Ljubljana — 1982 15. Termodinamika — Školska knjiga Zagreb — 1980 16. Anhaltszahlen fiir die Warmewirtschaft in Eisenhiitten-werken — 6 Usflage Dusseldorf — 1968 17. Z. Veber, Z. Markovič, V. Logar — Odpadne toplote v Železarni Štore in možnosti izkoriščanja — 1982 18. B. Sicherl s sodelavci — Sevalno-konvekcijski rekuperator pri kupolkah na vroč zrak — FNT Ljubljana — 1982 ZUSAMMENFASSUNG Die allgemeine Energiewirtschaftskrise hat einen durchaus kvalitativen Zutritt zu der L6sung der Energetischen Probleme, die die Verminderung aller Energiesorten umfassen verur-sacht. Das Energiesparen muss deshalb an langfristigen und klaren Ziehlen und iiberlegenen Efekten basieren. Im Hiitten-werk Štore ist eine Studie iiber die Abfallenergie und die Mog- lichkeit der Ausbeutung derselben ausgearbeitet worden. In der Studie vverden die Mengen der Abfallenergie mit den tech-nischen Losungen fiir die wiederholte Anvvendung behandelt. Eine von der technischen Losungen aus dieser Studie war die Entvvicklung des Rekuperators fiir die Kuppolofen. SUMMARY Tense energy situation caused a better and a more com-plete approach to solving the energetis problems vvhich in-clude the reduction in comsumption of ali kinds of the energy. Thus the energy economy must be based on longterm clear aims and well considered effects. In the Štore Ironvvorks a study of waste energy and the possibility of its use was made in which the amount of waste energy was presented together with the technical solutions for its use. One of the technical so-lutions presented in the study was the development of a recu-perator at cupola furnaces. 3AKJ1I04EHHE 06ocTpeHHbie 06cT0HTejibCTBa b o6jiacTH 3HepreTHKH Bbi-3BajiH k 6ojiee KanecTBeHHOMy h KOMnjieKCHOMy peuieHHio 3HepreTHHecKHX npo6neMOB c uejibio yMeHbuiHTb pacxoa Bcex BHflOB 3HepTHH. ri03T0My MeponpHHHTHfl B uenax 3K0H0-MHH flOJUKHbl 6bITb pa3pa60TaHbI Ha OCHOB3HHH HCHbIX /ioji-rocpoHHbix uenax c o6ayMaHHbiM aeficTBHeM. B MeTaj7.nyprHHecK0M 3aBoae )Kejie3apHa LLlTope pa3pa6o-tahbi hccjieflobahna o noSoHHOH SHeprtiH h bo3mo>khocth ee hcn0jtb30bahha. nphbeaeho kojihhbctbo no6oHHoii sheprhh h yKa3aHH« Ha TexHHHecKoe peiueHHe ee npHMeHeHH. oflho H3 texhhheckhx pemehhh b 3tom HCCJienoBaHHH npeucTaBJiaeT pa3BHTHe peKynepaTopa np« BarpaHKax. Vsebina XVIII. letnika Železarskega zbornika stran Švajger Milan, I. Rane — Železarna Ravne Možnosti sprememb kemične sestave jekla med procesom električnega pretaljevanja pod žlindro 1 Vodopivec Franc, M. Kmetic — Metalurški inštitut Ljubljana A. Rodič — Železarna Ravne O zadrževanju rekristalizacije, avstenita pri vročem valjanju cementacijskih jekel v več vtikih pri padajoči temperaturi 9 Kmetič D., F. Vodopivec — Metalurški inštitut Ljubljana F. Vizjak, F. Haler — Železarna Štore Vpliv stopnje predelave na lastnosti konti jekla Uranc Franc — Železarna Ravne Vpliv toplotne obdelave na žilavost bainita Cr-W-V jekel Macur Vlado, J. Bratina — Železarna Ravne Razvoj in uvedba vakuumske ponovčne peči v Železarni Ravne Petovar Stanko, A. Rozman, A. Lesnik — Železarna Štore Opis, zagon in tehnološki rezultati VAD naprave v jeklarni II. Železarne Ravne Šegel Jože, A. Rozman — Železarna Ravne Uporaba računalnika na EO peči in VAD napravi Žlof Jože — Železarna Ravne Kemijska problematika ob uvajanju ponovčne metalurgije v Železarni Ravne Tehnične novice Macur Vlado — Železarna Ravne Specifične prednosti uporabe težkega paletnega transporta v jeklarni Železarne Ravne 17 27 39 45 49 35 65 stran Todorovič G., J. Lamut, B. Dobovišek — Metalurški inštitut Ljubljana I. Šketa, M. Tolar, D. Gregorič — Železarna Jesenice Študij uporabe ljubijskega siderita za izdelavo sintra 69 Smajič Nijaz — Metalurški inštitut Ljubljana Pomen in vloga silicija pri izdelavi nerjavnega jekla 75 I. del: Termodinamično ravnotežje Si-C v EO peči Pelhan C., J. Lamut, R. Kotlica — Metalurški inštitut Ljubljana Oksidacija litin legiranih z bakrom, nikljem in kromom 81 Kveder A., J. Žvokelj — Metalurški inštitut Ljubljana F. Legat — Veriga Lesce Visokotrdne kvalibrirane verige za dvigala.in elevatorje 89 Tehnične novice Prešern V., M. Debelak Tretje posvetovanje o kontinuirnem vlivanju jekel z naslovom: »Continuous casting conference 1984 Linz« 9. do 12. april 101 Holzgruber Wolfgang — Inteco Današnje stanje razvoja in razvojne smeri postopka električnega pretaljevanja pod žlindro 105 Rodič Jože — Železarna Ravne Razvoj električnega pretaljevanja jekel pod žlindro v Železarni Ravne 113 Šegel Jože — Železarna Ravne Računalniško podprto krmiljenje EPŽ procesov in proizvodnje 125 Bratina Janez — Železarna Ravne Gospodarjenje z električno energijo v Železarni Ravne 131 Veber Zoran, Z. Markovič, V. Logar — Železarna Štore Odpadna energija v Železarni Štore 143 Odgovorni urednik: Jože Arh, dipl. inž. — Člani dr. Jože Rodič, dipl. inž., Franc Mlakar, dipl. inž., dr. Aleksander Kveder, dipl. inž., dr. Ferdo Grešovnik, Darko Bradaškja, tehnični urednik Oproščeno plačila prometnega davka na podlagi mnenja Izvršnega sveta SRS — sekretariat za informacije št. 421-1/172 od 23. 1. 1974 Naslov uredništva: ZPSŽ — Železarna Jesenice, 64270 Jesenice, tel. št. 81-341 int. 800 — Tisk: TK »Gorenjski tisk«, Kranj VSEBINA UDK: 669.162.263 ASM/SLA: D8n Metalurgija — Sekundarna rafinacija W. Holzgruber Današnje stanje razvoja in razvojne smeri postopka električnega pretaljevanja pod žlindro Železarski zbornik 18 (1984) 4 s 105-112 Podan je pregled razvoja od uvedbe prvih EPŽ naprav do današnje stopnje z glavnimi značinostmi razvojnih stopenj. Podani so ključni kazalci porabe žlindre, energije, izplenov ter osnovni tehnološki parametri pretaljevanja. S posebnim poudarkom je opisan razvoj naprav z značilno električno izbedbo. današnja tehnika EPŽ naprav in stanje regulacijske tehnike. Poseben pomen imajo vodno hlajeni visokotokovni drsni kontakti. Nov koncept je bil prvič uporabljen v Železarni Ravne. Poleg tega je novost tudi elektronska regulacija globine potapljanja elektrode ter računalniško krmiljenje hitrosti pretaljevanja. kar je odločilni parameter za kakovost EPŽ ingotov. Prikazane so tudi razvojne smeri s pretaljevanjem v varovalni atmosferi, pod povečanim plinskim tlakom in izdelava oblikovanih EPŽ teles. Te smeri bodo prav gotovo v naslednjih letih še pridobivale na pomenu. Avtorski izvleček UDK: 669.162.263 ASM/SLA: D8n Matalurgija — sekundarna rafinacija J. Rodič Razvoj električnega pretaljevanja jekel pod žlindro v Železarni Ravne Železarski zbornik 18 (1984) 4 s 113-123 Opisan je desetletni razvoj proizvodnje in raziskav na področju električnega pretaljevanja jekel pod žlindro v Železarni Ravne z dvema napravama (EPŽ 1. za ingote 0 220—500 mm do največje teže 41 in EPŽ 11. za ingote 0 500—0 1000 mm in brame 1000 mm x 500 mm, največje dolžine 6 m in največje teže 36 t) proizvede 4300 ton EPŽ jekla letno. Proizvodni asortiment obsega 6 skupina orodna jekla za delo v vročem (20—25%), ledeburitna orodna in brzorezna jekla (10— 15%), orodna jekla za delo v hladnem (ca. 5%), jekla za hladne valje (35—45%), nerjavna in ognjeodporna jekla (2%), konstrukcijska jekla s posebnimi lastnostmi (15—25%). Prikazane so izkušnje iz uporabe EPŽ jekel, vplivi pretaljevanja na osnovne lastnosti jekel in specifične lastnosti nekaterih skupin proizvodov, kar so razlogi za uporabo EPŽ postopka v proizvodnji specialnih jekel. Nakazane so usmeritve nadaljnjega razvoja. , , . . Avtorski izvleček UDK: 669.187.6; 861.142 ASM/SLA: D8p, XI4k Metalurgija — elektro pretaljevanje jekla pod žlindro — uporabe procesnih računalnikov Šegel Jože s sodelavci Računalniško podprto krmiljenje EPŽ. procesov in proizvodnje Železarski zbornik 18 (1984) 4 s 125-130 Izdelani so računalniški programski paketi za področje krmiljenja, proizvodnje in razvoja EPŽ tehnologije. Že uporaba osnovnega programskega paketa ESR-BAS1C nekajkrat izboljša enakomernost hitrosti taljenja in s tem homogenost posameznih EPŽ ingotov, kakor tudi več ingotov iste kvalitete. V prakso uvedeni programi in uporaba mikro računalnika je prilagojena različnim vrstam in velikosti EPŽ peči. Avtorski izvleček UDK: 621.316.003 ASM/SLA: U7c. W11 Elektrotehnika — distribucija energije J. Bratina Gospodarjenje z električno energijo v Železarni Ravne Železarski zbornik 18(1984) 4 s 131-142 V članku sta opisana dva vidika gospodarjenja z električno energijo: — kot metoda optimalnega vodenja električne moči železarne, ki proizvaja jeklo z elektroobločnimi pečmi, s ciljem, da se doseže čim nižja cena električne energije. — kot način določanja optimalnih elektroenergetskih režimov obločne peči po karakterističnih fazah njenega obratovanja. Avtorski izvleček UDK: 620.97 ASM/SLA: Wll Metalurgija — energetika — varčevanje z energijo — rekuperator Z. Veber. Z. Markovič. V. Logar Odpadna energija v Železarni Štore Železarski zbornik 18 (1984) 4 s 143-146 Članek daje pregled stanja v energetiki v Železarni Štore s poudarkom na področju odpadnih energij in opisom sevalno in kon-vekcijskega rekuperatorja z dodatnim izkoriščanjem odpadne toplote pri kupolki na vroč zrak. Avtorski izvleček INHALT UDK: 669.162.263 ASM/SLA: D8 Metallurgie — Sekundare Raffinalion J. Rodič Die Entvvicklung des Elektroschlackeumschmelzens im Hiittenvverk Ravne Železarski zbornik 18 (1984) 4 S 113-123 Eine zehnjiihrige Entwicklung der Erzeugung und der For-schung auf dem Gebiel des Eleklroschlackeumschmelzens im Hiit-ienwerk Ravne an zvvei Anlagen (ESU 1 fiir Blocke 220—500 mm bis zu dem hochsten Gewichi von 4i und ESU 11 fiir Blocke 500—1000 mm und Brammen 1000 mm x 500 mm der hochsten Liinge bis 6 m und grossten Gevvichtes von 36 1). erzeugt 4300 Tonnen ESU Slahl jiihrlich. Der Erzeugungsasorliment umfasst sechs Gruppen: Heissar-beilswerkzeugsiiihle (20—25%), ledeburilische VVerkzeugsnihle und Schnellarbeitsstahle (10—15%), Kaltarbeitsvverkzeugstiihle (ca 5%), Stiihle fiir Kaltvvalzen (35—45%), nichlrostende und feuerbslandige Sliihle (2%), Baustahle mit besonderen Eigenschaften (15—25%). Die Erfahrungen bei der Anwendung der ESU Slahle so vvie die Einfliisse der Umschmelzung auf die Grundeigenschaften der Stalile und die spezifischen Eingeschaften eineiger Erzeugungsgruppen werden gezeigt, was auch die Ursachen fur die Anvvendung des ESU Verfahrens bei der Erzeugung der Spezialstahle sind. Die Richlungen der weiteren Entwicklung werden angezeigt. Auszug des Autors UDK: 669.162.263 ASM/SLA: D8n Metallurgie — Sekundare Raffinalion W. Holzgruber Heutiger Stand der Entvvicklung und die Enhvicklungsrichtungen beim Elektro-Schlacke-Umschmelz-Verfahren Železarski zbornik 18 (1984) 4 S 105-112 Eine Ubersicht iiber die Entvvicklung von der Einfiihrung der ersten ESU Anlagen bis zu dem heuligen Stand mit den Haupt-eigenheiten der Entvvicklungsstufen vvird gegeben. Die VVichtigsten Parameter des Schlackenverbrauches, des Energieaufvvandes. des Ausbringens. so vvie die technologischen Grundparameter der Umschmelzung vverden angegeben. Besondere Betonung gilt der Be-schreibung der Entvvicklung der Anlagen mit der charakteristi-schen elektrischen Ausfuhrung, der heuligen Technik der ESU Anlagen und dem Stand der Regel technik. Von besonderer Bedeutung sind die vvassergekiihlten Hochstromschleifkontakte. Das neue Konzept vvar das erstemal im Hiittenvverk Rovne angevvendet. Aus-erdem ist eine Neuheil auch die elektronische Regelung der Ein lauchtiefe der Elektrode und die rechnerische Steuerung der Umschmelzgeschvvindigkeit vvas von entscheidender Bedeutung fiir die Giite der ESU Blocke ist. Angezeit vverden die Entvvicklungs-richtungen und zvvar die Umschmelzung in einer Schutzgasatmo-sphare. unler hoherem Gasdruck und die Erzeugung forgeformter ESU Blocke. Diese Richtungen vverden in den niichsten Jahren be-stimmt an VVichtigkeit gevvinnen. Auszug des Autors UDK: 621.316.003 ASM/SLA: U7C, W11 Eleklrotechnik — Energieverteilung J. Bratina Bevvirtschaftung der elektrischen Energie im Hiittenwerk Ravne Železarski zbornik 18 (1984) 4 S 131-142 Im Artikel wird die Bevvirtschaftung der Elektrischen Energie aus zvvei Standpunkten beschreiben: — als Methode der optimalen Fuhrung der elektrischen Kraft des Hiittenvverkes wo der Slahl in Lichtbogenofen erzeugt vvird, mil dem Ziel moglichst niedrigen Preis fiir die elektrische Energie zu erreichen, und — als Methode der Bestimmung der optimalen elektroenergeti-schen Verhaltnisse des Lichtbogenofens vvahrend der charakteristi-schen Phasen des Betriebes. Auszug des Autors UDK: 669.187.6: 861.142 ASM/SLA: D8p. XI4k Metallurgie — Elektroschlackeumschmelzen — Anvvendung der Prozessrechner Jože Šegel und Mitarbeiter Rechnerisch unterstiitzte Steuerung der ESU Prozesse und der Pro-duktion. Železarski zbornik 18 (1984) 4 S 125-130 Programpakete fiir den Rechner auf dem Gebiet der Steuerung. der Produktion und der Entvvicklung der ESU Technologie sind er-arbeitet vvorden. Schon die Anvvendung des Grundprogrammpake-tes ESU — BASIC verbessert einige Male die Gleichmiissigkeit der Schmelzgeschvvindigkeit und damit die Homogenital der einzelnen ESU Blocke. vvie auch mehrere Blocke derselben Stahlsorte. In die Praxis eingefiihrten Programme und die Anvvendung des Mikro-rechners sind verschiedenen Arten und grossen der ESU Anlagen angepasst. Auszug des Autors UDK: 620.97 ASM/SLA: Wl 1 Metallurgie — Energievvirtschaft — Energiesparen — Rekuperator Z. Veber. Z. Markovič. V. Logar Die Abfallenergie im Hiittenvverk Štore Železarski zbornik 18 (1984) 4 S 143-146 Im Artikel vvird ein Uberlick iiber die Energievvirtschaft im Hiittenvverk Štore gegeben. Besondere Aufmerksamkeit gilt der Abfallenergie. Ein Strahlungs und Konvektionsrekuperalor mit zusatz-licher Alisnutzung der Abfallvviirme beim Warmluftkupolofen vvird beschrieben. Auszug des Autors CONTENTS UDK: 669.162.263 ASM/SLA: D8n Metallurgy — Secondary Refining W. Holzgruber Present State of Development and Development Trends of Electroslag Remelting Železarski zbornik 18 (1984) 4 P 105-112 The rčvievv of development from the introduction of the first ESR set-ups till today is given with the basic characteristics of the development stages. The principal parameters of slag and energy consumptions, yields and basic technological parameters of remelting are presented. A special emphasis is given to the development of the equipment with a characleristic electrical design, to the present techniques of the ESR equipment and the state of conlrol tech-niques. Specially important are the water-cooled high-current slide contacts. The new conceipt was for the first time applied in the Ravne lronworks. Besides, the novelty is also the electronic regula-tion of the electrode dipping depth and the computer control of the remelting rate vvhich is the decisive parameter for the quality of ESR ingots. Also the development trends of remelting in proteclive atmo-sphere. under increased gas pressure, and making of shaped ESR sections are presented. These trends will in the future gain the im-portance. Author's Abstract UDK: 669.162.263 ASM/SLA: D8n Metallurgy — Secondary Refining J. Rodič Development of Electroslag Remelting of Steel in the Ravne Ironvvorks Železarski zborn i k 18 (1984) 4 P 113 -123 A ten-year development of manufacturing and investigations on the ESR process for steel in the Ravne Ironvvorks with two set-ups is described, i. e. ESR 1 for 220 do 500 mm round ingots with vveights up to 4 t, and ESR 11 for 500 to 1000 mm round ingots, and 1000x500 mm slabs wilh the lengths up to 6 m and vveights up to 36 t, vvhich produce 4300 t ESR steel per year. The production assortment includes 6groups: hot-vvorking tool steel (20 to 25%), ledeburite tool and high-speed steel (10 to 15%). cold-working tool steel (about 5%), steel for cold rolls (35 to 45%). stainless and heat-resisting steel (2%), structural steel vvith special properties (15 to 25%). Experiences in application of ESR steel, influences of remelting. basic properties of steel and specific properties of some groups of products are given vvhich are the reasons for application of ESR process in manufacturing special steel. Trends of further development are presented. Authors Abstract UDK: 669.187.6; 861.142 ASM/SLA: D8p. XI4k Metallurgy — Electroslag remelting — Application of process com-puters J. Šegel and coworkers Computer-Supported Control of ESR Processes and of the Produc-tion Železarski zbornik 18 (1984) 4 P 125—130 Computer program packs for control, production, and the development of ESR technology were prepared. Already the application of the basic program pack ESR-BASIC improves for few times the uniformity of the remelting rate and thus the homogeneity of a single ESR ingot and of series of ingots of the same qualily. Into the praclice introduced programs are adapled to various types and sizes of ESR furnaces. Author*s Abstract UDK: 621.316.003 ASM/SLA: U7c, Wll Electrotechnics — Energy distribution J. Bratina Economizing vvith Electric Energy in Ravne Ironvvorks Železarski zbornik 18 (1984) 4 P 131 — 142 The paper presents two vievvpoints of economizing vvith electric energy: — as the method of optimal controlling the electric povver in the steelvvork producing steel in electric are furnaces vvith the aim to achieve the lovvest possible priče of electric energy, — as the way to determine optimal povver regime of are furnaces according to the characteristic phases of their operation. Author's Abstract UDK: 620.97 ASM/SLA: W11 Metallurgy — Energetics — Energy Economizing — Recuperator Z. Veber, Z. Markovič, V. Logar VVaste Energy in the Štore Ironvvorks Železarski zbornik 18 (1984) 4 P 143-146 The paper gives a review of the state in energetics in the Štore Ironvvorks with the emphasis on the vvaste heats and the description of a radiation-convection recuperator with an additional exploita-tion of waste heat of the hot-biast cupola furnace. Author's Abstract COAEP)KAHHE UDK. 669.162.263 ASM/SLA: D8n MeTajuiypnifl — BTopHHHoe pa4)HHHpoBaHHe J. Rodič PaiBHTiie 3.ieKTpimecKOH nepen.iaBKH CTajiefi noj ui.iaKOM b \ieTa.uiyp-rnneCKOM 3aBoje /Ke.ie3apHa PaBne. Železarski zbornik 18 (1984) 4 C 113-123 OriHcaHO jecHTHJieTHee pa3BHTHe np0H3B0jcTBa n hccjicjobshhh b o6jiacTH 3jieKTpHHecKOH nepenjiaBKH crsjien noj wji3kom b \ieTajijiyp-rHHecKOM 33Boje )Kejie3apHa PaBHe, K0T0p0e BbinojiHfleTca b jByx yctahobkax 311111-3 / 3U1I1 1 jjih cjihtkob 0220—500 mm, thhcccth he 6ojiee 4toh h 31UI1 11 jjih cjihtkob 0 500—1000 mm h jjih 6paM 1000 x 500 mm, MaKCHManbHOH jjiHHbi jo 6 m h Beca jo 36 toh / c npo-H3B0JCTB0.m 4300 TOH CT3J1H Silili b TOJ. AccopTHMeHT np0H3B0jcTBa 0XBaTbiBaeT 6 rpynn CTajiH, a hmchho: — HHCTpyMeHTajibHbie ctsjih jjih pa6oTbi b ropaneM coctohhhh (20—25 %), Jieje6ypHTHbie nHCTpy.MeHTajibHbie ctsjih h 6biCTpope>Ky-mne CTajiH (10—15 %), HHCTpyMeHTajibHbie ctsjih jjih paooTbi b xojioj-HOM COCTOHHHH (npw6jl. 5 %), ct3j1h JJfl xoj!OJHbIX b3j1k0b (35 —45 %), Hep*aBeK)LUHe h orHeynopHbie CTajiH (2%), KOHCTpyKUHOHHbie CTajiH c cneunanbHbiMH cbohctbsmh (15—25%). ripHBejeHbi nojyMeHHbie onbiTbi npn ynoTpe6neHHH CTajren 311111-a, BJiHflHHe nepen.iaBKH Ha cbohctbs CTajien h cneiw4)HHecKHe cbohctbs HeK0T0pbix rpynn H3jejiHH, hto cjiy>KHT KaK j0K333Te.ribCTB0 Heo6xojn-mocth npH.vieHeHHfl cnoco6a 3111(1-3 npn npon3BojCTBe cneuna.ibHb[x coptob CTajien. Yk333ho HanpaBJieHHe jjih jsjibHeniiiero P33bhthh 3to-ro cnoco6a. ABTope<}). UDK. 669.162.263 ASM/SLA: D8n MeTa;iJiyprnH — BTopHHHoe pat|)HHHpoBaHHe W. Holzgruber CoBpeMeHHoe no.iO/KeHHe paiBHihh »i iiaiipaBieiuiH pajBinitH 3;ieKTpHHecKOH nepen.iaBKH noj ui.iaKOM. Železarski zbornik 18 (1984) 4 C 105-112 PaccMOTpeH o63op P33bhthh h BBejeHne nepBbix ycTponcTB 3111 ri-a jo TenepeiiiHero coctohhhh, b3hb bo BHHMaHHe xapaKTepncTHKH ot-jeJlbHbIX (})a3 3toto pa3BHTHfl. llpHBejeHbl OCHOBHbie VK333TeJlH pacxo-ja iujaKa, 3Heprnn, BbixojOB, TaK»ce OCHOBHbie TexH0Ji0rnHecKHe napa-MeTpbi nepennaBa. Oco6eHHoe BHHMaHHe yjejieHO p33bhthio ycTponcTB c xapaKTep-HbiM BbinojiHeHHeM 3JieKTpH4ecKoro coopy)KeHHfl, TenepeiuHen koh-CTpyKUHH ycTponcTB 311111-3 h TexHHKH aBTOMaTHHecKoro peryjinpoBa-hhh. Oco6eHHoe 3H3HeHne hmchdt MOLHHbie T0K0np0B0jHiuHe CKo.ib3fl-tnne KOHTaKTbi. cobpemehhbih npoeKT 6bin nepBbin pa3 npiiMeHeH b MeTajjiyprHMecKOM 3aB0je )Kejie3apHa PaBHe. KpoMe 3Toro ocooeHHoe BHHMaHHe cjiejyeT o6paTHTb Ha 3JieKTpoHHyio peryjinpoBKy rjy6nHbi norpy)KeHHfl 3JieKTpoj, a T3K>Ke ynp3BJieHHK> 6biCTpoTbi nepen.naBKH c npifMeHeHHe.vi cneTHHKa, hto npejcTaBJiaeT co6oii cy meCTBeHHbiH napa-vteTp KanecBa cjihtkob 3Uiri-a. TaK)Ke paccMOTpeHbi H3np3B.neHHH P33bhthh npn nepenjiaBe b 3t-moc(J)epe 3amHTHoro ra3a, npn y beji n ne h h bi m jsbjichhh ra3a n H3r0T0-BJieHHe c(})0pM0BaHHbix H3jejiHH 3llin-a. 3th HanpaBjieHHfl HaBepHO nojiyHaT b tenehnn cjiejyioLiiHX rojax 6oJiee Bbijaioiuee 3HaHeHne. ABTope(J). DK: 621.316.003 ASM/SLA: U7c, W11 3jieKTpoTexHHKa — pacnpejejieHHe 3HeprwH J. Bratina Xo3HMCTBeHHoe ncii0.ib30bahne 3JieKTpHHecKOH 3HeprMH b MeTajuiyprH-necKOM 3aBoje vKe.ie3apHa PaBHe. Železarski zbornik 18 (1984) 4 C 131 142 B CTaTbe jaHO onncsHHe jByx bhjob 3kohomhh 3JieKTpn4ecK0H 3HeprHH, a hmchho: — KaK MeTOj onTHMajibHoro ynp3BJieHHH 3JieKTpHHecKon chjioh 33-Boja, KOTOpbIH np0H3B0jHT CTajb b jyroBbix 3jeKTpHMecKHX nenax c uejibK), HTo6bi ueHa 3JieKTpHHecKOH 3HeprHH 6biJia neM HHace, h — KaK cnoco6 onpejejieHHfl onTHMajibHbix 3jieKTpHMecKHX peacn-mob jyr0B0H 3/iektphfeckoh nefH Ha ochobslhuh xapaKTepHb/x (f>a3 ee pa6oTbi. ABTopetJ). UDK: 669.187.6: 861.142 ASM/SLA: D8p. X14k MeTajJiyprnfl — sjieKTponepenjiaBKa CTajiH noj iujiaKOM — npHMeHe-HHe b bi h hcji HTe ji bH bi x MauiHH jjifl ynpaBJieHH$i npoueccoM. Šegel Jože c coTpyjHHKa.viH ripon JBOJCTBO CTaJIH C lipHMeHeHHCVl 311111 npH nOMOIllH BblHHC.IHTeJIb-Hbix MauiHH jjih viipaB.ieHUH npoueccoM. Železarski zbornik 18 (1984) 4 C 125 130 Pa3pa6oTaHbi BbiMHCJiHTejibHbie nporpaMMHbin naKeTbi jjia o6jia-cth ynpaBJieHHA, np0H3B0jCTBa h pa3BHTHH TexH0Ji0rnn 311111. ynoTpe6jieHHe 0CH0BH0r0 nporpaMMHoro naKeTa ESR-BASIC b He-CKOJibKO pa3 yjiyMUJHTb paBHOMepHOCTb 6bicrpoTbi njiaBKH n, t3khm 06-P330M, TOMOreHHOCTb OTjeJIbHbIX CJIHTKOB 311111-3, 3 T3K)Ke MHOTHX CJIHTKOB OJHOrO H TOrO >KČ K3HeCTBa. BBejeHHbie nporpaMMbi h npHMeHeHne mhkpocmctmhks b npoMbiuj-JieHHOH npSKTHKH COrJI3COB3HbI C p33J!HHHbIMH C0pT3MH CT3JIH, 3 T3K-HCe C BejlHMHHOH neMH, B KOTOpbIH BbinOJlHJieTCfl 3JieKTpOLUJ13KOBbIH ne-penji3B (3lim). ABTopeKejie33pH3 lllTope nojnepKHyB 3H3neHHe o6ji3Cth nočoHHoii 3HeprHH. IlpHBejeHO T3K)Ke 3H3MeHHe C OnHC3HHeM p3JH3UHOHHOrO h kohbck-THBHoro peKynep3Tops npn jonojiHHTejibHOM Hcn0Jib30B3HHK> no6oH-HOH 3HeprHH npn B3rp3HKH H3 TOpHHHH B03jyx. ABTopecJ).