ZMĚNY PARKU ELEKTRICKÝCH OBLOUKOVÝCH PECÍ V POSLEDNÍCH 45 LETECH V ČESKÉ A SLOVENSKÉ REPUBLICE

Transkript

1 . -.., Karlova Studánka ZMĚNY PARKU ELEKTRICKÝCH OBLOUKOVÝCH PECÍ V POSLEDNÍCH LETECH V ČESKÉ A SLOVENSKÉ REPUBLICE Martin MRÁZEK ), Václav KAFKA ), Lenka FIRKOVÁ ), Václav FIGALA ) ) VŠB TU Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, Katedra ekonomiky a managmentu v metalurgii, 7. listopadu/7, 78, Ostrava Poruba, Česká republika, martin.mrazek86@gmail.com ) Racio & Racio, Vnitřní 7, 7 Orlová, Česká republika, vaclav.kafka@upcmail.cz ) Vítkovice Heavy Machinery, Ruská 887/, 7 Ostrava - Vítkovice, Česká republika, lenka.firkova@seznam.cz ) Václav Figala, Plk. Rajmunda Prchaly 8, 78 Ostrava, figala@volny.cz Abstrakt Práce se zaměřuje na zásadní proměny parku elektrických obloukových pecí v České a Slovenské republice v uplynulých létech. Šetření vychází z prací bývalého Ústavu elektrometalurgie VŠB Ostrava z let 967 a 968 []. Tehdy zjištěné skutečnosti se porovnávají s údaji poskytnuté členy Odborné komise tavení oceli na odlitky ČSS a pracovníků elektrooceláren a sléváren z roku. Předběžně provedené analýzy dokládají zásadní odlišnosti prakticky všech znaků (atributů) těchto tavících jednotek oproti současnému stavu. Klíčová slova Elektrická oblouková pec, Česká a Slovenská republika, změny parametrů pecí, porovnání za let. ÚVOD Vývoj technologií v oblasti elektrometalurgie za posledních let zapříčinil změnu v mnoha oblastech výroby tekutého kovu. Jedním ze základních prostředků jeho výroby je elektrická oblouková pec. Předběžné posouzení změn, kterými prošly konstrukční prvky a vybrané parametry těchto pecí po letech, jsou předmětem tohoto článku. Elektrická oblouková pec (EOP) je poměrně složitým metalurgickým agregátem, jehož specifická a nejkomplikovanější část souvisí s charakterem dodávání tepla tedy s elektrickou energií, jejím rozvodem, transformaci na požadované napětí a udržování elektrických parametrů oblouků, tedy s regulací elektrod. Kromě elektrické části je pak každá EOP vybavena mechanickou částí, která zabezpečuje regulaci elektrod, posun víka, naklápění pece, sázení pece atd. A rovněž vybavením pro chlazení pece a odsávání a čištění pecních plynů [].. CHARAKTERISTIKA POSUZOVANÝCH SOUBORŮ ELEKTRICKÝCH OBLOUKOVÝCH PECÍ V r. 968 a Východiskem pro srovnání je archivní materiál [] zpracovaný Ústavem elektrometalurgie v tehdejším Československu. Při posouzení parku EOP z roku 968 bylo sledováno celkem 8 pecí v podnicích. Je třeba říci, že celkem bylo v té době provozováno na území naší společné republiky EOP. Tedy šetření zahrnuje 79, % všech tehdejších pecí. Všechny EOP byly plně v provozu. Mezi závody, které poskytly v roce 968 informace o svých pecích, patřily: ČKD Blansko, ČKD Kutná hora, ČKD Praha, KPS Brno, Metaz Týnec nad Sázavou, MŽ Olomouc, NHKG Ostrava, PS Přerov, ROSS Roudnice, Škoda Rotava, Severočeská armaturka Ústí nad Labem - závod Chabařovice, Slévárna Slatina Brno, SMZ Dubnica, SONP Kladno Poldy, SONP Kladno Koněv, Strojárne Piesok - závod Hronec, Strojírny Prakovce, ŠŽ Podbrezová, Škoda Plzeň, Šmeralovy závody Brno, Tatra Kopřivnice, Transporta Chrudim, Turčianske strojárne Martin, Třinecké železárny Třinec, Uničovské strojírny, VŽKG Ostrava, ZJF Chomutov, ZPS Gottwaldov, ŽBC Hrádek, ŽD Bohumín, Žďárské strojírny a slévárny Žďár nad Sázavou. V současné chvíli máme k vyhodnocení data z celkem pecí z aktuálního parku EOP z 8 společností, konkrétně z: EUROCASTU Košice; KRÁLOVOPOLSKÉ SLÉVÁRNY, s.r.o. Brno; MENCL GUSS s.r.o. Roudnice nad Labem; Pilsen Steel s.r.o. Plzeň; VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. Ostrava; Vítkovické slévárny, s r.o. Ostrava; ŽĎAS, a.s. Žďár nad Sázavou; Železárny Podbrezová a.s. Jistým problémem je

2 . -.., Karlova Studánka v současné době stanovit počet EOP, které jsou jak instalovány tak provozovány. Do šetření jsme zahrnuli všechny pece, které jsou instalovány, byť jsou provozovány pouze částečně nebo jsou plně odstaveny. Zatím podle předběžných odhadů se jeví, že by mohlo být instalováno (provozováno je méně) maximálně EOP. To by nasvědčovalo tomu, že došlo zásadnímu poklesu počtu těchto agregátů. Může to být pokles na méně než polovinu instalovaných agregátů. Přijmeme-li předpoklad, že v České a Slovenské republice je nyní maximálně EOP, pak náš vzorek obsahuje asi jejich třetinu. Údaje o dalších pecích se snažíme průběžně doplňovat.. SLEDOVANÉ PARAMETRY ELEKTRICKÝCH OBLOUKOVÝCH PECÍ Šetření, které bylo provedeno v r. 968 [] zahrnovalo celkem parametrů. Byly to: závod, typ pece, interní číslo pece, rok uvedení do provozu, výrobce pece, nominální hmotnost vsázky, skutečná hmotnost kovové vsázky, způsob vyzdívání a druh vyzdívky, instalovaný výkon transformátoru, regulace elektrod, poslední generální oprava, způsob sázení, poměr výroby ingoty/odlitky, celková doba tavby, doba natavování, specifická spotřeba elektrické energie na t tekutého kovu, specifická spotřeba elektrické energie na t tekutého kovu na natavování, maximální sekundární napětí a vnitřní průměr pece. Detailní hodnocení všech uvedených parametrů si vyžádá potřebnou dobu. Pro tento příspěvek byly vybrány pouze některé údaje. To mimo jiné tedy charakterizuje předkládaný příspěvek jako předběžný. Pro úvodní posouzení v tomto příspěvku jsme vybrali tyto parametry: nominální hmotnost vsázky, skutečná průměrná hmotnost vsázky, výkon transformátoru, celkovou dobu tavby, specifickou spotřebu elektrické energie na tunu tekutého kovu, maximální sekundární napětí a vnitřní průměr pece.. PŘEDBĚŽNÉ VÝSLEDKY POROVNÁNÍ OBOU SOUBORŮ EOP Pro zvolené parametry byla provedena základní posouzení statistickou analýzou. Ta zahrnovala stanovení minimální a maximální hodnoty, aritmetického průměru, výpočet modu, mediánu, variačního rozpětí, variačního intervalu, rozptylu, směrodatné odchylky a variačního koeficientu. Grafickým výstupem statistické analýzy byly histogramy četnosti. Následně se zaměříme na úvodní posouzení vybraných hodnocených faktorů... Posouzení nominální hmotnosti kovové vsázky První analyzovanou položkou je nominální hmotnost tavby. Jak je patrné z tab., nominální hmotnost vsázky se v roce 968 pohybovala od,8 do t, kdežto v současné době je tento rozsah od do 7 t. Průměrná hmotnost kovové vsázky se zvýšila z 8,6 t,9 t. Dle zjištěné hodnoty modu, můžeme konstatovat, že nejčastěji se vyskytovaly a také vyskytují pece s hmotností t. Zastoupení pecí rozdělených do tříd zachycují histogramy četností zobrazené na obr.. Nominální hmotnosti tavby jsou rozděleny do tříd o velikosti t. Jak je zřejmé, nejčastěji zastoupené jsou t pece. Maximální hodnota se výrazně zvýšila z t v roce 968 na 7 t v roce.

3 . -.., Karlova Studánka Tab. Nominální hmotnost vsázky statistické ukazatele Ukazatel Rozměr 968 Minimum t Maximum t 7 Průměr t 8 6 Modus t Medián t 7 6 Variační rozpětí t Variační interval t <;> <;7> 8 Rozptyl Směrodatná odchylka 8 7 Variační koeficient % 98 Histogram četnosti - Nominální hmotnost tavby (968) Histogram četnost - Nominální hmotnost tavby () 6 Nominální hmotnost tavby [t] Nominální hmotnost tavby [t] Obr. Histogram četnosti nominální hmotnosti vsázky Shrneme-li tedy výsledky u nominální hmotnosti vsázky: - došlo v průměru k zásadnímu navýšení hmotnosti vsázky až třikrát, - pece zásadně zvyšují svojí tonáž (viz histogramy četnosti v r. ), - nejčetnější jsou však jak v r. 968 tak i nyní pece o hmotnosti t, - registrujeme zásadní zvýšení měnlivosti u tonáží pecí (viz rozptyl, variační koeficient atd.)... Posouzení skutečná hmotnost vsázky Dalším zkoumaným parametrem je skutečná průměrná hmotnost vsázky. V tab. jsou zachyceny posuzované statistické veličiny. Rozsah skutečné hmotnosti vsázky se v roce 968 pohyboval mezi hodnotami, a 8,6 t a v současné době se pohybuje mezi, a 6 t. Průměrná hodnota se zvýšila z původních,8 t na současných 6,9 t. Nejčastěji vyskytující se hodnotou byla 8 t v roce 968 a v současnosti jí je hodnota 6,7 t. Zastoupení pecí rozdělených do tříd zachycují histogramy četností zobrazené na obr.. Skutečné hmotnosti vsázky jsou rozděleny do tříd o velikosti t.

4 . -.., Karlova Studánka Tab. Skutečná hmotnost vsázky statistické ukazatele Ukazatel Rozměr 968 Minimum t Maximum t 9 6 Průměr t 6 Modus t Medián t Variační rozpětí t Variační interval t <;8> <,;8,6> 8 Rozptyl Směrodatná odchylka Variační koeficient % Histogram četnosti - Skutečná průměrná hmotnost vsázky (968) 6 Histogram četnosti - Skutečná průměrná hmotnost vsázky () 6 6 Skutečná průměrná hmotnost vsázky [t] Skutečná průměrná hmotnost vsázky [t] Obr. - Histogram četnosti skutečné hmotnosti vsázky Shrneme-li tedy výsledky u skutečné hmotnosti vsázky: - došlo v průměru k zásadnímu navýšení hmotnosti vsázky, třikrát. To je poněkud nižší oproti nominální hmotnosti vsázky, - nejčetnější skutečnou hmotností bylo 8 t. Nyní modus signalizuje pokles na 6,7 t. Tuto hodnotu ve slévárnách je třeba brát s velkou rezervou pro nízký počet dat. Nejčetnější z histogramu zjišťujeme dále asi t hmotnosti vsázky. - skutečná hmotnost vsázky jistým způsobem koreluje s nominální hmotnosti... Instalovaný výkon transformátoru Instalovaný výkon transformátoru dostál značných změn. V roce 968 se pohyboval mezi a kva, kdežto současné pece disonují transformátory o výkonu od do kva. Nejčastěji se vyskytující hodnota je shodně kva pro oba sledované soubory. Průměrná hodnota vzrostla v roce na kva z kva z roku 968. Hodnoty statistické analýzy zobrazuje tab.. Na obr. jsou znázorněny histogramy četností pro výkony transformátorů pecí v letech 968 a.

5 . -.., Karlova Studánka Tab. - Instalovaný výkon transformátoru - statistické hodnoty Ukazatel Rozměr 968 Minimum kva 8 Maximum kva 99 Průměr kva 7 Modus kva Medián kva Variační rozpětí kva Variační interval kva <;> <;> 8 Rozptyl Směrodatná odchylka Variační koeficient % 7 Histogram četnosti - Instalovaný výkon transformátoru (968) Histogram of Instalovaný výkon transformátoru () Výkon [kva] Obr. - Histogram četnosti Instalovaný výkon transformátoru -6 Výkon [kva] Výsledky instalovaného výkonu transformátoru: - došlo téměř ke čtyřnásobnému průměrnému nárůstu instalovaného průměru transformátoru, - nejčetnějším instalovaným příkonem bylo a je kva tento důsledek vyvolávají slévárenské pece... Celková doba tavby Doba tavby má velký vliv na spotřebu el. energie a tedy na nákladovost celé tavby. Jak je patrné z tab. celková doba tavby se výrazně zkrátila. V roce 968 se pohybovala v rozpětí mezi 89 a 7 minutami, kdežto v roce od 6 do 6 minut. Minimální doba tavby se snížila ze 89 na 6 minut. Průměrná hodnota klesla z na minut. Dle zjištěného modu, nejčastěji zastoupenou hodnotou v roce 968 byla minut, v roce 6 minut. Opět musíme velice kriticky hodnotit tento ukazatel. Vyskytuje se v posuzovaném vzorku pecí celkem třikrát. A je to vždy u pecí, které jsou používány pouze zcela výjimečně. Histogramy četnosti na obr. zachycují zastoupení celkových dob taveb. Hodnoty jsou rozděleny do tříd po minutách.

6 . -.., Karlova Studánka Tab. - Doba tavby celkem statistické ukazatele Ukazatel Rozměr 968 Minimum min Maximum min Průměr min -7 Modus min 6 6 Medián min -8 6 Variační rozpětí min Variační interval min <89;7> <6;6> 8 Rozptyl Směrodatná odchylka Variační koeficient % 6 7 Histogram četnosti - Doba tavby celkem (968) Histogram četnosti - Doba tavby celkem () Doba tavby celkem [min] 6 Doba tavby celkem [min] 6 Obr. - Histogram četnosti - doba tavby celkem Shrnutí pro dobu tavby: - došlo k významnému snížení doby tavby. V průměru je to o 7 min (%). Tento ukazatel není zcela vypovídající, poněvadž posuzovaný výběrový soubor taveb je ovlivněn ukazateli EOP, které jsou v provozu pouze výjimečně. - přesnější závěry můžeme dělat z histogramů četnosti. Tam zjišťujeme doby tavby v oblasti až min... Specifická spotřeba elektrické energie na tavbu Specifická spotřeba elektrické energie na tavbu vztažená na tunu tekutého kovu zobrazuje tab. významně poklesla. V roce 968 se pohybovala od do kwh/t, u současného parku EOP se pohybuje mezi 8 a 76 kwh/t. Průměrná hodnota klesla ze 7 kwh/t na 6 kwh/t. Obr. znázorňuje histogramy četností spotřeby elektrické energie. Hodnoty jsou rozděleny do tříd po kwh/t.

7 . -.., Karlova Studánka Tab. - Specifická spotřeba elektrické energie na tavbu - statistická data Ukazatel Rozměr 968 Minimum kwh/t 8 - Maximum kwh/t 76-9 Průměr kwh/t Modus kwh/t Medián kwh/t Variační rozpětí kwh/t Variační interval kwh/t <;> <8;76> 8 Rozptyl Směrodatná odchylka - Variační koeficient % 6 6 Histogram četnosti - Spotřeba elektrické energie (968) Histogram četnosti - Spotřeba elektrické energie () Spotřeba elektrické energie [kwh/t] Spotřeba elektrické energie [kwh/t] Obr. - Histogram četnosti - Specifická spotřeba elektrické energie na tavbu Shrnutí pro spotřebu elektrické energie: - došlo k významnému snížení průměrné spotřeby el. energie (průměr signalizuje téměř 9 %) na 6kWh/t, - u EOP je zřejmý top ve spotřebě 6kVh/t. Bude třeba dělat zvlášt hodnocení u pecí v trvalém provozu..6. Maximální sekundární napětí transformátoru Další analyzovanou veličinou je maximální sekundární napětí transformátoru. Minimální hodnota zjištěná v roce 968 byla V (tab. 6), v současnosti je V. Maximální hodnota v roce 968 byla 7 a v roce 8 V. Průměrná hodnota vstoupla z v roce 968 na 6 v roce. Nejčastější hodnotou dle zjištěného modu je v obou souborech V. Obr. 6 znázorňuje histogramy četností hodnot, kde jsou hodnoty rozděleny do tříd se šířkou V.

8 . -.., Karlova Studánka Tab. 6 Maximální sekundární napětí statistická data Ukazatel Rozměr 968 Minimum V 6 Maximum V Průměr V 6 8 Modus V Medián V 6 Variační rozpětí V 6 7 Variační interval V <;7> <;8> 8 Rozptyl Směrodatná odchylka 8 7 Variační koeficient % 69 Histogram četnosti - Maximální sekundární napětí (968) Histogram četnosti - Maximální sekundární napětí () Maximální sekundární napětí [V] 8-6 Maximální sekundární napětí [V] 8 Obr. 6 - Histogram četnosti - Maximální sekundární napětí Shrnutí pro maximální hodnotu sekundárního napětí: - došlo k významnému zvýšení maximální hodnoty (na 8V), - nejčastější maximální hodnotou je v obou souborech V..7. Vnitřní průměr pece Vnitřní průměr pecí v obou sledovaných rocích se pohybuje v podobných mezích: až 9 mm v roce 968 a v současnosti od 8 do mm. Nejčastěji se vyskytující hodnota byla mm a mm (tab. 7). Obr. 7 znázorňuje histogramy četností tohoto parametru rozdělených do tříd se šířkou třídy mm.

9 . -.., Karlova Studánka Tab. 7 -Vnitřní průměr pece - statistická data Ukazatel Rozměr 968 Minimum mm 8 - Maximum mm 9 8 Průměr mm - Modus mm - Medián mm Variační rozpětí mm Variační interval mm <;9> <8;> 8 Rozptyl Směrodatná odchylka 778 Variační koeficient % 6 Histogram četnosti - vnitřní průměr pece (968) Histogram četnosti - vnitřní průměr pece () vnitřní průměr pece [mm] 6 vnitřní průměr pece [mm] 6 Obr. 7 - Histogram četnosti - Vnitřní průměr pece Shrnutí pro vnitřní průměr pece: - dochází ke zdánlivě překvapivé skutečnosti, že tento rozměr se v průměru dokonce zmenšil na mm samozřejmě to souvisí s odlišnou konstrukcí pece, - vyžaduje podrobnější rozbor.. ZÁVĚR Předběžně sdělené informace z porovnání obou souborů EOP dokládají významný pokrok v této oblasti. Nicméně bude třeba současný soubor pecí pokud možno ještě rozšířit. Dále provést posouzení všech sledovaných atributů, které archivní materiál umožňuje. Dále uskutečnit porovnání parametrů našich EOP se světem. A zejména se pokusit kvantifikovat vlivy jednotlivých faktorů na nákladovost výroby. PODĚKOVÁNÍ Je milou povinností autorského kolektivu poděkovat členům OK tavení oceli na odlitky při ČSS, pracovníkům elektrooceláren a sléváren za poskytnutí dat k tomuto hodnocení. Práce vznikla za podpory specifického univerzitního výzkumu Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky č. SP/9.

10 . -.., Karlova Studánka LITERATURA [] Kafka, V., Bůžek, Z.: Archivní materiál vybraných parametrů elektrických obloukových pecí v Československé socialistické republice, Ústav elektrometalurgie, Hutnická fakulta, Vysoká škola báňská Ostrava, 968. [] MICHÁLEK, K. Elektrometalurgie a výroba feroslitin. Studijní opora k předmětu; VŠB-TU Ostrava, kat. Metalurgie; 8 8s.