20. Исходные данные для технол проектирования.

Исходные данные для технологического проектирования

Результатом первых двух уровней проектирования является комплекс данных, которые можно разделить на две группы. Первую составляют данные, имеющие относительно устойчивый характер, фиксируемые в нормативных актах и в равной мере относящиеся к различным проектам, вторую - строго индивидуальные данные. К данным первой группы относятся временной лаг, социальный стандарт и основные направления в проектировании технологических комплексов. К данным индивидуального характера, строго индивидуальным для каждого объекта, относится проектная производственная программа, а также регламент от-грузки продукции и используемые ресурсы.

20.1. Временной лаг

Промежуток времени между принятием проектного решения и моментом реализации его экономической эффективности называют временным лагом. Для промышленных объектов лаг складывается из продолжительности разработки проектной и рабочей документации, строительства и освоения проектных мощностей. В настоящее время в черной металлургии эти продолжительности относятся примерно как 1:1:3. В абсолютных цифрах время лага может достигать 5-10 лет.

Временной лаг находится во взаимосвязи с прогнозами развития ситуации в данной области промышленности, полученных на первом и втором уровнях проектирования. Существует два вида взаимнопротиво-положных типов прогнозов – отстающий и опережающий.

Отстающий прогноз характеризуется занижением уровня развития науки и техники за временной лаг. Это приводит к тому, что используемые проектные, технические, технологические и организационные решения уже устаревают до реализации экономической эффективности возводимого технологического комплекса, т.е. качество и типоразмер выпускаемой продукции может быть уже недостаточными для удовлетворения требований рынка.

Опережающий прогноз характеризуется завышением уровня развития науки и техники за временной лаг и приводит к тому, что оборудование и проектные решения для данного уровня развития науки и техники являются труднодостижимыми. При проектировании будет необходимо использовать уникальные для существующего уровня развития науки и техники решения и оборудование. Опережающий прогноз неизбежно удорожает объект.

Временной лаг оказывает прямое влияние на точность прогнозов. Чем больше лаг, тем ниже точность прогнозов. Это объясняется тем, что прогноз в долгосрочной перспективе менее точен, чем в краткосрочной. Поэтому необходимо максимально уменьшать временной лаг.

Уменьшение времени лага обеспечивает уменьшение срока окупаемости объекта, своевременность выпуска продукции и повышение экономической эффективности возводимого объекта. Сокращению лага может способствовать комплексное совершенствование всех звеньев хозяйственного механизма:

- создание систем автоматизированного проектирования;

- совмещение проектирования со строительством;

- разработка инструкций на период освоения мощностей и др.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) – это комплекс средств автоматизации проектирования, включающий в себя:

- технические средства, обеспечивающих автоматизированное получение проектных решений;

- программное обеспечение, управляющих работой технических средств и выполняющих проектные процедуры;

- данные, необходимые для работы программного обеспечения и др.

САПР обеспечивает рациональное распределение функций между человеком и ЭВМ и уменьшает трудозатраты и сроки выполнения проектных работ.

Совмещение процессов проектирования и строительства так же позволяет существенно сократить временной лаг. Однако этот процесс связан с определенными трудностями. К ним можно отнести высокую сложность проектных работ, т.к. отсутствует время для качественной увязки всех проектных решений, очень высока вероятность ошибок, наложений и т.д. Выполнять такие работы могут только крупные проектные институты, обладающие высококвалифицированными и опытными специалистами, особенно в ведущих отделах.

Разработка инструкций на период освоения мощностей технологического комплекса позволяет сократить время его освоения, снизить количество получаемого при освоении оборудования брака и используемых на этом этапе ресурсов. Разработка этих инструкций особенно актуальна для технологических комплексов, состоящих из машин и агрегатов разных производителей. Отсутствие же таких инструкций заставляет технологический персонал работать методом проб и ошибок.

20..2 Социальный стандарт

Социальный стандарт составляют такие понятия, как режим работы и квалификационный состав трудящихся, уровень механизации труда и его оплаты, комплекс условий безопасной и безвредной работы людей, и бытового обслуживания на производстве и в жилой зоне, защиты окружающей среды.

Режим работы персонала определяется графиком работы оборудования, уровнем его развития и местом в технологическом процессе. В настоящее время в технологическом процессе черной металлургии выделяют следующие комплексы или переделы:

- первый передел – аглодоменный. Получаемая продукция – чугун;

- второй передел – сталелитейный. Получаемая продукция – сталь в слитках;

- третий передел – прокатный - горячая прокатка. Получаемая продукция – горячекатаная сталь в листах или рулонах;

- четвертый передел – прокатный - холодная прокатка. Получаемая продукция – холоднокатаная сталь в рулонах;

- пятый передел – глубокая переработка. Получаемая продукция – прокат с покрытиями, электросварные трубы, товары народного потребления, детали машин и т.п.

В первых трех переделах технологический процесс осуществляется непрерывно. Основная причина этого – нагрев заготовки, необходимый для осуществления дальнейших технологических операций. В связи с этим, прерывание технологического процесса, т.е. запуск печей и их остановка, чревато большими затратами используемых для нагрева заготовки энергоносителей. Кроме этого, прерывистый режим работы негативно влияет на состоянии печей и приводит быстрому выходу из строя их футеровки. В связи с этим для этих переделов характерен непрерывный трехсменный восьмичасовой график работы персонала.

В четвертом и пятом переделах заготовки обрабатываются, как правило, без нагрева (за исключением операций термообработки) и по-штучно. Все это позволяет отказаться от непрерывного технологического процесса. На этих производствах устанавливаются прерывные графики: шестидневная рабочая неделя при трехсменной работе, пятидневная неделя при двухсменной работе и др.

В условиях современного производства простои оборудования, связанные с прерывными графиками труда, приводят к резкому сокращению эффективности капиталовложений и невыгодны собственникам производственных предприятий. Поэтому все большее распространение получают непрерывные графики труда, даже на предприятиях четвертого и пятого переделов.

В проектах новых цехов применение ручного труда в операциях основного производства должно быть полностью исключено. Использование ручного труда невыгодно по двум причинам:

1. Экономическая причина. Производительность ручного труда в сотни раз ниже производительности труда с применением средств механизации и автоматизации.

2. Организационная причина. Ручной труд, как правило, подразумевает низкую квалификацию и заработную плату персонала, большие трудозатраты на выполнение операций. Использование такого труда идет вразрез с государственной политикой в сфере образования и труда.

Нормы безопасности труда, бытового обслуживания, охраны окружающей среды задаются проектировщику в государственных стандартах 12.ХХХ-ХХ, 17.ХХХ-ХХ и других стандартах, строительных нормах и правилах, Правилах безопасности в прокатном, сталеплавильном, доменном и т.п. производствах и других документах. Однако эти нормы удовлетворяются, главным образом, не при технологическом проектировании (третий уровень проектирования), а лишь на следующих уровнях (четвертый, пятый) - при разработке проектной и рабочей документации, и не технологами, а специалистами иного профиля: разработчиками оборудования и инженерами-проектировщиками.

Задача технолога - разработать и выдать проектной организации данные о численности работающих в цехе, наиболее многочисленной смене, категориях тяжести физических работ, избытках тепла и других вредных выделений, уровнях звука, излучений и т. п.

Задача специалистов-проектировщиков - на основании требований технологов и действующих социальных норм разработать безопасные и безвредные для человека и природы конструкции оборудования, спроектировать производственные и административно-бытовые здания с системами освещения, отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и др.

20.3. Основные направления в проектировании технологических комплексов

К основным направлениям в проектировании технологических комплексов относятся:

- использование современных технологий, обеспечивающих низкую себестоимость производства, высокое качество продукции, увеличение производительности оборудования и персонала, расширение сортамента выпускаемой продукции, возможность быстрого перехода с производства одного вида продукции на другой;

- повышение механизации и автоматизации технологических процессов;

- повышение безопасности труда и снижение влияния производства на экосистемы;

- применение ресурсосберегающих технологий.

В качестве примера можно рассмотреть третий и четвертый переделы – прокатное производство. Технический уровень прокатного производства предприятия определяется такими факторами, как производительность прокатных станов и производительность труда персонала, сортамент, качество проката. Основными направлениями развития прокатного производства являются производство дефицитных и новых видов проката повышенного качества и прочности, применение прогрессивных технологических схем производства, увеличение единичных мощностей цехов и агрегатов, повсеместное применение АСУ и АСУ ТП, разработка рациональных компоновок оборудования и объемно-планировочных решений цехов с поэтапным вводом крупных мощностей и др.

В области технологии производства при проектировании прокатных цехов следует предусматривать: использование в качестве исходного металла для получения проката литых слябов и заготовок; использование при прокатке и отделке исходных заготовок максимальной массы, а для нагрева металла печей с шагающим подом, а также электрических печей; применение поточности на всех стадиях процесса изготовления и отделки проката, включая регулируемое охлаждение и термическую обработку в потоке, а также контроль качества, сортировку, маркировку и упаковку; совмещение в одном агрегате максимального числа операций; полную механизацию всех производственных операций и экономически оправданную их автоматизацию в рамках автоматизированной системы управления. С точки зрения автоматизации производства целесообразной является установка датчиков на оборудовании с целью получения необходимой информации о процессах и состояниях оборудования со сведением всей информации в информационные сети различных уровней (технология, качество и т.п.).

20.4. Проектная производственная программа

Производственную программу задают при проектировании не детально, а укрупнено по видам продукции и группам сортомаркоразмеров. Укрупненную производственную программу надо понимать как проявление тенденции изменения потребности в продукции на отрезке времени, равном временному лагу. Некоторая неопределенность, закладываемая при проектировании исходя из такой программы, обеспечивают относительную свободу оперативного планирования после пуска цеха.

Проектная производственная программа определяет так называемую проектную мощность производственной системы, которая, в отличие от производственной мощности, колеблющейся при отклонении фактических условий от проектных, является величиной постоянной. На основании проектной производственной программы осуществляется построение технологического процесса и выбор оборудования.

Проектная производственная программа цеха должна содержать перечень видов продукции с указанием диапазона и распределения существенных потребительских характеристик, прежде всего, размеров; шифры стандартов на сортамент и условия поставки; годовой объем выпуска продукции каждого вида и общий выпуск либо общий выпуск и долю каждого вида продукции в сортаменте. Каждый вид продукции в проектную производственную программу записывают одной позицией.

Под видом продукции цеха понимают группу изделий с близкими параметрами и технологическими свойствами, требующую одинакового объема обработки, например:

Для первого передела:

- чугун жидкий различного химического состава и др.

Для второго передела:

- сталь углеродистая обыкновенного качества;

- сталь легированная и др.

Для третьего передела:

- рельсы железнодорожные, балки и швеллеры;

- сталь толстолистовая горячекатаная в листах или рулонах;

- сталь тонколистовая горячекатаная в листах или рулонах и др.

Для четвертого передела:

- сталь полосовая холоднокатаная в рулонах;

- сталь тонколистовая холоднокатаная в рулонах и др.

Для пятого передела:

- сталь с покрытиями по видам;

- электросварные трубы и др.

20.5. Регламент отгрузки продукции

Регламент отгрузки продукции - это набор сведений о периодичности отгрузки готовой продукции, выпускаемой проектируемым технологическим комплексом, размерах партий, видах используемого для до-ставки потребителям продукции транспорта. Регламент отгрузки определяющим образом влияет на тип производства цеха, монтаж партий, площади и подъемно-транспортное оборудование складов металла и др.

Вид готовой продукции так же оказывает большое влияние на регламент отгрузки. При производстве жидких чугуна и стали (первый и второй переделы) используются специализированный железнодорожный транспорт – чугуно- сталевозы-миксеры. Это соответствие объемов плавки вместимости миксеров и наличие специальных сливных устройств для чугуна и стали вместо складов готовой продукции. При производстве стали в слитках, листах (пачках) и рулонах (второй, третий, четвертый и пятый переделы) возникает необходимость в площадях для складирования готовой продукции - участках отгрузки. Они оснащаются грузоподъемными электрическими мостовыми кранами, передаточными тележками, зонами упаковки и маркировки готовой продукции, зонами контроля и т.д. Как правило, для отправки готовой продукции в этом случае используется железнодорожный транспорт. При негабаритный размерах готовой продукции применяется специальный транспорт. Например, для отгрузки широкого горячекатаного листа в условиях участка отгрузки готовой продукции стана 5000 горячей прокатки ЛПЦ№9 ОАО «ММК» используются специализированные поворотные железнодорожные платформы, работающие следующим образом. На горизонтально расположенную платформу грузоподъемным электрическим мостовым краном с магнитной траверсой укладывается пачка листов, затем она фиксируется на платформе. После этого платформа поворачивается на угол около 60°, обеспечивая требуемый габарит подвижного железнодорожного состава.

При выборе типа транспорта для проектируемого технологического комплекса необходимо учитывать следующее. Для внутренних перевозок металла должен предусматриваться механический транспорт: конвейера, транспортеры, передаточные тележки и т.д. Для внешних перевозок преимущество следует отдавать железнодорожный транспорту, однако при доставке на расстояния до 500 км перспективным является автомобильный транспорт.

Если эти сведения специально не оговариваются, в расчет следует принимать равномерную отгрузку готовой продукции в течение нормативного времени работы оборудования участка отгрузки. Эта цифра составляет порядка 20 час/сутки. Необходимо учитывать, что партии отгружаемой продукции должны быть кратными транспортной (вагонной) норме.

Прогрессивной тенденцией организации снабжения потребителей металлом в настоящее время является перемещение части отделочных операций, прежде всего, раскроя и сортировки проката на общезаводские склады готовой продукции или даже районные металлобазы, расположенные в непосредственной близости от крупных потребителей данного вида продукции.

20.6. Ресурсы

Для каждого вида продукции должна быть определена исходная заготовка: ее размеры, способ получения, источники получения. В качестве источников получения заготовки могут быть рассмотрены собственное производство и её приобретение у других производителей. Для первого передела в качестве заготовки выступают железорудное сырье, кокс, флюсы и т.д. Для второго – жидкий чугун, металлолом, известь, легирующие добавки и т.д. Для третьего – литая стальная заготовка – слябы (прямоугольная в сечении заготовка) и блюмсы (квадратная в сечении заготовка). Для четвертого передела – горячекатаный прокат в рулонах. Для пятого холоднокатаная полоса и лента в рулонах и листах.

Помимо заготовки для получения готовой продукции необходим еще целый ряд ресурсов. При описании ресурса всегда необходимо указывать его характеристики, т.к. они определяющим образом влияют на способ получения ресурса и его стоимость. Основные ресурсы:

1. Электроэнергия. Является источником работы всего электрооборудования технологического комплекса. Характеристики: род тока (постоянный - переменный), частота переменного тока, напряжение, количество фаз и т.д.

2. Горючие газы. Используются в качестве топлива. К ним относят природный, доменный, коксовый, конверторный и некоторые другие газы. Характеристики: химический состав с процентным указанием доли каждой составляющей, теплотворная способность, температура, давление, влажность, расход.

3. Защитные газы. Применяются в качестве защитной среды, например, для предотвращения образования оксидов на поверхности готовой продукции при термообработке. Характеристики: химический состав с процентным указанием доли каждой составляю-щей, температура, давление, влажность, расход.

4. Кислород. Применяют для интенсификации процессов окисления (например, при получении стали конвертерным способом). Характеристики: чистота (процент содержания кислорода, процент содержания примесей), температура, давление, влажность, наличие масел, расход.

5. Сжатый воздух. Используется в пневматических приводах или для обдува оборудования. Характеристики: температура, давление, влажность, наличие масел, расход.

6. Вода. Из-за высокой теплоемкости применяется как теплоноситель и охладитель. Характеристики: химический состав с процентным указанием доли каждой составляющей, температура, давление, рН-фактор (кислотность - щелочность), содержание взвесей, масел, их состав, сухой остаток и др.

7. Эмульсии. Применяют для уменьшения трения и улучшение качества поверхности изделия на третьем, четвертом и пятом переделах. Характеристики: химический состав с процентным указанием доли каждой составляющей, плотность, вязкость, загрязненность и т.д.

8. Кислоты. Используются в технологических операциях четвертого передела для очистки поверхности полосы от окалины и прочих загрязнений. Характеристики: химический состав с процентным указанием доли каждой составляющей, плотность, вязкость, допустимая загрязненность и др.

9. Консистентные и жидкие смазки. Используют для смазывания узлов оборудования основного и вспомогательного производств. Характеристики: тип масла, вязкость, диапазон рабочих температур и др.

10. Гидравлические масла. Применяют в качестве рабочей жидкости в гидравлических системах основного и вспомогательного производств. Характеристики: тип масла, вязкость, диапазон рабочих температур и др.

Помимо этого, к ресурсам можно отнести и получаемые в качестве побочной продукции основными и вспомогательными производства-ми технологического комплекса отходы. К ним относятся:

1. Первый передел - доменный, коксовый газы, нагретая вода и др.

2. Второй передел - конвертерный газ, нагретая вода и др.

3. Третий передел – окалина, скрап и др.

4. Четвертый передел – скрап, железосодержащие отходы процессов травления и др.

5. Пятый передел – скрап и др.

В процессе проектирования необходимо определять регламент поставок ресурсов, способ их доставки на территорию комплекса, регламент отгрузки отходов производства.

Способы доставки ресурсов могут быть следующими:

1. Для электроэнергии – линии электропередач надземного и подземного исполнения.

2. Для газообразных и жидких ресурсов – системы трубопроводов, емкости и баллоны.

3. Для твердых ресурсов – емкости, железнодорожные вагоны и т.д.

Как правило, характеристики ресурсов в центральных сетях предприятия, снабжающих ресурсами проектируемый технологический комплекс, не соответствуют требованиям потребителей комплекса. Поэтому в состав комплекса или предприятия обязательно входят вспомогательные структурные подразделения, которые осуществляют доведение характеристик получаемых ресурсов до требований потребителей технологического комплекса, а для отходов - до условий реализации или сброса в окружающую природную среду. К ним можно отнести очистку подпиточной воды перед подачей в замкнутые оборотные циклы водоснабжения, осушение окалины, фильтрацию и осушение сжатого воздуха и др.

Зачастую, при проектировании встает вопрос о степени централизации таких вспомогательных структурных подразделений, т.к. они могут одновременно обслуживать не один, а несколько комплексов. Чем выше уровень централизации, тем более высокой производительности труда следует ожидать в комплексе производств. Однако необоснованная централизация, не учитывающая сложившегося технического уровня производства, может привести к потерям вместо эффекта. В настоящее время перспективным направлением при проектировании таких вспомогательных производств является их выделение в отдельные предприятия, так называемые сервисные службы.