CC BY
18
3. Колесников И.В. Экспериментальные исследования шума и вибрации в кабинах локомотивов / И.В. Колесников, Ю.В. Пронников // Вестник РГУПС. 2011. №3. С. 153-156.
4. Подуст С.Ф. Закономерности формирования спектров шума, создаваемых воздушной составляющей, на рабочих местах локомотивных бригад электровозов // Вестник РГУПС, № 1 (57). 2015. С. 40-46.
5. Подуст С.Ф. Исследование шумообразования на рабочих местах локомотивных бригад от воздействия акустического излучения внутренних источников // Вестник ДГТУ, Т. 16. № 4 (87), 2016. С. 104-109.
6. Подуст С.Ф. Спектральный состав шума в кабинах локомотивов / С.Ф. Подуст, Ю.В. Прон-ников // Тр. междунар. науч.-практ. конф. «Транспорт-2013». РГУПС. Ростов н/Д. 2013. Ч.2. С. 215-216.
7. Подуст С.Ф. Экспериментальные исследования шума и вибрации грузовых поездов // IX Промышленный конгресс юга России: сб. статей (11-13 сентября 2013 г., г. Ростов-на-Дону). Ростов н/Д: Изд. центр ДГТУ, 2013. C. 212-214.
8. Бондаренко В.А., Подуст С.Ф. Экспериментальные исследования коэффициентов потерь энергии колебаний узлов колесных пар // Вестник ДГТУ, Т. 16. № 1 (84), 2016. С. 127-135.
9. Крутова В.А., Яицков И.А. Влияние акустического излучения мостовых кранов на формирование спектров шума на рабочих местах станочников // Известия Тульского Государственного Университета. Технические науки. 2021. Вып. 2. С. 611-614.
10. Крутова В.А., Чукарин А.Н. Generation regularities of vibration and noise spectra of the gearboxes of overhead traveling crane AKUSTIKA, Studio D - Akustika s.r.o., Ceske Budejovice, VOLUME 32. 2019. P. 120-122.
Фролова Дарья Сергеевна, ассистент, [email protected], Россия, Ростов-на-Дону, Ростовская Ростовский государственный университет путей сообщения
EXPERIMENTAL STUDIES OF THE NOISE OF DIESEL GENERA TORS OPERA TED IN CARS OF PO WER
PLANTS OF VARIOUS ROLLING STOCK
D.S. Frolova
The object of the study is a diesel power station wagon, which is part of various rolling stock. This is understandable from the point of view of various innovations, the number and capacity of diesel generators. The measurements were carried out in the range of standard speeds. The study of vibroacoustic characteristics of diesel power plant wagons was carried out taking into account the official structures developed for the personnel servicing the power plant wagons. The measurement results showed the excess of sound pressure levels at workplaces and staff rest areas inside the power plant car over sanitary standards.
Key words: noise levels, spectra, power car, diesel generator.
Frolova Darya Sergeevna, assistant, [email protected], Russia, Rostov-on-Don, Rostov Rostov State University of Railway Transport
УДК 303.732.4; 621.771
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-3-539-547
ОСОБЕННОСТИ ВЕЩЕСТВЕННЫХ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ «ГОРЯЧЕЕ ЦИНКОВАНИЕ СТАЛЬНОГО
ПРОКАТА»
М.А. Полякова, О.В. Седлецкая
Отмечено, что технологический процесс является частью производственного процесса. С учетом сложности структуры технологического процесса горячего цинкования стального проката целесообразно провести анализ существующих вещественных, энергетических и информационных потоков в данной системе. Выбранный объект исследования относится к востребованным видам металлопроката с покрытием. Представлено описание последовательности преобразования исходной заготовки (холоднокатаной полосы) в горячеоцинкованный прокат на непрерывном агрегате горячего цинкования. Проведен системный анализ операций процесса горячего цинкования. Установлены особенности и взаимосвязь основных потоков вещества, энергии и информации для каждой технологической операции.
Ключевые слова: системный анализ, технологический процесс, стальной прокат, горячее цинкование, поток вещества, поток энергии, поток информации.
Системный анализ представляет собой комплекс исследований, направленных на выявление общих тенденций и факторов развития организации и развития деятельности по улучшению системы управления и всей производственной и хозяйственной деятельности организации. При системном
анализе обеспечивается эффективный способ поиска основ математического моделирования многомерных технологических процессов, где эффективно используются решения сложных производственных задач, когда процесс принятия решений зависит от множества факторов в условиях неопределенности [14]. Кроме того, формализация структуры технического объекта в виде построения его структурной схемы является эффективным инструментом для разработки математических моделей, учитывающих информацию о внешних воздействующих на систему факторах, что позволяет прогнозировать ее поведение при их изменении [5].
Усложнение структуры технических объектов, появление новых и совершенствование существующих технологических процессов, повышение требований потребителей к уровню свойств и качеству продукции являются стимулом для использования системного анализа как самих существующих систем, так и их взаимодействий друг с другом [6-8]. Сущность технологического процесса производства заключается в постепенном преобразовании исходного материала (сырья) в готовое изделие путем в ходе осуществления технологических операций. При этом основу каждой технологической операции составляют процессы различной физической или химической природы. Это является отличительным признаком любой технологической операции, указывая на ее индивидуальность и специфические особенности [9, 10]. Кроме того, для осуществления такого преобразования необходимо либо оборудование, либо инструмент (а во многих случаях и то, и другое), необходимые для осуществления воздействия в одно оперативное время в одном оперативном пространстве. С этой точки зрения технологический процесс производства можно представить в виде иерархической системы, объединяющей технологические переходы от одной операции к другой и ряд воздействий, которые осуществляет инструмент и/или оборудование на обрабатываемый материал или полупродукт [11].
Если рассматривать данные аспекты шире, то для протекания технологического процесса необходимы ряд вспомогательных и обслуживающих операций (например, транспортировка полупродукта от одной операции к другой, упаковка готового продукта, контрольные операции и др.). Поэтому технологический процесс производства невозможен без соответствующих затрат труда. Из этого следует, что совершенствование технологического процесса производства неизбежно связано с необходимостью проведения системного анализа материальных, энергетических и информационных потоков, которые являются обязательным условием получения продукции с требуемым комплексом функциональных свойств [12, 13].
Особенности системного анализа технологического процесса горячего цинкования. Технологический процесс - это часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) последующему определению состояния предмета труда. При реализации технологического процесса происходит изменение качественного состояния объекта производства (химических, физических свойств материала, форм, размеров, качества поверхности внешнего вида объекта и т.д.). Технологический процесс горячего цинкования представляет последовательность технологических операций по предварительной подготовке металлической поверхности перед оцинковкой, в процессе цинкования и во время финишной обработки. Качество цинкового покрытия напрямую зависит от тщательного соблюдения режимов технологического процесса горячего цинкования. Горячее цинкование считается одним из самых надёжных, экономичных и потому распространённых методов защиты стали от коррозии.
В производственных условиях процесс нанесения цинкового покрытия на стальной прокат осуществляется на агрегатах непрерывного горячего цинкования. Агрегат непрерывного горячего цинкования стального проката состоит из двух разматывателей, сварочной машины, входного накопителя, секции очистки полосы, печи термохимического отжига, ванны цинкования, дрессировочной клети и узла правки полосы, узла пассивации, выходного накопителя, кромкообрезных ножниц, промасливающей машины и моталок. На рис. 1 представлена принципиальная схема технологического процесса горячего цинкования.
Рис. 1. Технологический процесс непрерывного горячего цинкования стального проката
540
Системный анализ операций технологического процесса горячего цинкования позволяет определить потоки вещества, энергии и информации, что является основой для формализации структуры исследуемого объекта.
После входного накопителя, где происходит загрузка, крепление и подготовка к сварке концов рулонов металлопроката, происходит сварка хвостовой части последующего рулона с головной частью предыдущего, обеспечивая непрерывность прохождения стального проката через весь агрегат. Сварка (рис. 2) производится машиной роликовой контактной сварки за один проход. Одновременно со сваркой производится раскатка сварного шва. После сварки участок полосы со сварным швом перемещается на инспекционный стол, где производится оценка качества шва. Процесс сварки и наполнение входного накопителя контролирует оператор главного поста управления, он же оперативно снижает скорость технологической секции или принимает решение об остановке агрегата. Это является потоком информации для данной операции.
Тепловая энергия Электрическая энергия
Холоднокатаная полоса
Хнмичесгатн состав стальной основы, %:
51 <0,03; С<0,07; Р<0,020; Мп <0,35;
3<0,030; А]«0,2-0,7.
Толщина полосыотО.25 до 2,5 мы
Холоднокат аная пол оса
Химический состав стальной основы, % $¡<0.03; С<0,07; Р<0,020; Мп<0,35; _У5<0.030; А]<0.2-0.7.
Толщина полосы от 0,25 до 2,5 мм
Количество сварных швов. 1-2
Рис. 2. Операция сварки технологического процесса непрерывного горячего цинкования
После сварки стальная полоса передается на участок химической очистки поверхности, где проходит ванну щелочной и участок электролитической очистки (рис. 3).
Химическая энергия Электрическая энергия
Холоднокатаная полоса
ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛОСЫ
Холоднокатаная полоса
Загрязненность поверхности не более 1200 м: м"
_)
' ^Состав химического раствора" КаОН, КаЗР04 12Щ0
Температура раствсраооез^ифнвання £0-90 "С" Температура воды для продывкн 60 °С Сила тока 2,5-4,5 кА
Рис. 3. Операция химической очистки поверхности стального проката технологического процесса
непрерывного горячего цинкования
Операция очистки необходима для удаления загрязнений с поверхности стальной полосы, образовавшихся на предыдущих операциях. В процессе очистки полоса последовательно проходит через очистительные ванны в следующем порядке: ванна щелочной химической очистки методом подачи на полосу струй горячего щелочного раствора и трехступенчатая ванна струйной промывки горячей деминерализованной водой; после чего следует обработка в отжимных роликах и сушка горячим воздухом.
После очистки и сушки поверхности полоса подается в горизонтальную печь для термообработки - рекристаллизационного отжига, обеспечивающего необходимые механические свойства готового оцинкованного проката (рис. 4).
Печь состоит из камеры предварительного нагрева (250-300 °С), секции выдержки при температуре отжига (450-500 °С) и секции охлаждения. При этом происходит химико-термическое взаимодействие атмосферы с поверхностью полосы, необходимое для восстановления окислов, деструкции и испарения остатков смазки. После нагрева и выдержки при соответствующей температуре производится охлаждение полосы до температуры цинкования.
Отожженная полоса подается в ванну цинкования, где формируется цинковое покрытие (рис. 5). Температура цинкового расплава в ванне поддерживается на уровне от 450 0С до 470 0С главным образом за счет тепла, вносимого нагретой на предыдущей операции полосой.
Тепловая энергия
Холоднокатаная полоса
Загрязненность поверхности не оолее 400 мг м~ на одну сторону
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Холоднокатаная оточенная полоса
V
Загрязненность поверхности н: оолее 400 мг >:: на одну сторону
' Температура атмосферы но зонам печн: -зона нагрева - 790 С, -зона выдержки- 850'С; -зона охлаждения - 470 :С. Атмосфера защитного газа в печн: температура точки росы не выше -20 ХС: ооьемнаядоля кислорода 0-50 ррт, водорода от 5 до 15 %, остальное - азот.
Рис. 4. Операция термической обработки технологического процесса непрерывного
горячего цинкования
Химическая анергия Тепловая анергия
Холоднокатаная отожженная полоса
НАНЕСЕНИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ
ЦИНКОВОГО ПОКРЫТИЯ
Оцинкованная полоса
Химический состав ванны цинкования, %: 2п не менее 99,95. .МО,25-0.35, РЬ 0.1-0,2, Ре 0.01; Си 0.002; Эй 0.001; Аз 0.0005. Температура цинкового расплава 450-470 'С Длительность контакта полосы с расплавом цинка при скорости движения полосы 0,5-3,0 м. с составляет 1-6 с.
Рис. 5. Операция нанесения и формирования цинкового покрытия технологического процесса
непрерывного горячего цинкования
Формирование требуемой толщины покрытия происходит путем сдува излишек жидкого цинка с поверхности полосы при прохождении узла воздушных ножей. Давление воздуха перед подачей в щелевые сопла воздушных ножей составляет от 45 до 520 мбар (45*102 - 520*102 Па). Кроме того, происходит охлаждение горячего цинка на поверхности стальной полосы, и начинается процесс кристаллизации и формирования покрытия необходимой толщины. После формирования цинкового покрытия воздушными ножами оцинкованная полоса охлаждается воздухом в блоках струйного охлаждения и полностью кристаллизуется при прохождении системы воздушных вентиляторов башни охлаждения.
Последующая дрессировка (рис. 6) проводится с целью снижения неплоскостности оцинкованной полосы, улучшения качества ее поверхности, устранения характерного рельефа цинкового покрытия, образующегося при его кристаллизации, что необходимо для оцинкованного проката, предназначенного для последующего нанесения полимерного покрытия, а также для повышения и сохранения его способности к вытяжке при производстве металлоизделий.
Механическая энергия
з
Электрическая энергия
Оцинкованная полоса
ДРЕССИРОВКА
Оцинкованная полоса с обжатием до 2%
Деформация дрессировки до 2 % Усилие прокатки 500- 5000 кН Натяжение полосы 7-145 кН
Рис. 6. Операция дрессировки технологического процесса непрерывного горячего цинкования
542
Покрытие, полученное в результате дрессировки стального проката с цинковым покрытием (с нормальным или минимальным узором кристаллизации), характеризуется уменьшенной шероховатостью покрытия.
Для предохранения цинкового покрытия от коррозии при транспортировке и хранении полоса подвергается пассивации (промасливанию) специальным раствором (рис. 7).
Химическая энергия
Оцинкованная полоса
Оцинкованная полоса ■->
' ^Температура раствора пассивации 20-40 :С Конпекграцня растисра от 83 до 133 гдм* Температура воздета при сушке от 60 :С
Рис. 7. Операция пассивации технологического процесса непрерывного горячего цинкования
Пассивация проводится химически путем разбрызгивания на поверхности полосы пассивирующего раствора. В состав пассиватора входят ионы Сг3++, Сг6++, модификатор с добавлением фосфорной кислоты, акрилового полимера, гидроксид тетраамина цинка 2п(ЫН3)4(ОН)2 и деминерализованной воды. Для обеспечения защиты цинкового покрытия толщина пассивной пленки шестивалентного хрома на полосе должна составлять 15-40 мг/м2.
Операция смотки является заключительной в технологии производства оцнкованного проката. Несмотря на простоту ее осуществления, товарное качество оцинкованного проката зависит от качества смотки готовой продукции в рулон, требования к которому представляют поток информации, как показано на рис. 8.
Механическая энергия Электрическая энергия
Г~
Оцинкованная полоса
СМОТКА
Рулон
Размеры рулона:
- наружный диаметр от 900 до 2-100 мм включительно; -внутренний диаметр 508= 10 либо 610=10 мы;
- масса от 5 до 35 т. Размеры полосы:
-толшина - от 0,25 до 2,5 мы включительно;
- шнрннз - от 700 до 1476 мм включительно. Тел иконичность рулона должна быть не более 20 мм. Длина рулона 1500-2000м.
Рис. 8. Операция смотки технологического процесса непрерывного горячего цинкования
Рассмотрим основные виды энергии, которые затрачивает или получает система при осуществлении основных технологических операций горячего цинкования стального проката. Энергия - это скалярная физическая величина, определяющая взаимодействие, формы и движения материй. Получение требуемого количества энергии связано с затратой какого-либо рода энергетического ресурса. Протекающие при горячем цинковании процессы не являются адиабатными, т.е. в ходе осуществления всех технологических операций происходит теплообмен с окружающей средой. Необходимо заметить, что технологические операции также как и энергетические превращения, происходящие в агрегате, не являются стабильно текущими. При работе агрегата на энергетические превращения будут влиять установившиеся и неустановившиеся режимы работы. К неустановившимся режимам работы относятся: начало процесса (запуск), ускорение (разогрев), замедление (остывание), останов. К установившимся режимам можно отнести стабильный технологический процесс производства в бесконечно малый момент времени. Для начального и условного понимания энергетических балансов опишем установившиеся процессы с помощью уравнения теплового баланса, где условно выражаются переходы энергии в системе через зависимость
&выдел1 ^ ^выдел2 ^ ... ^ &выделп ~ &погл1 &погл2 ^ ... ^ &поглп , (1)
где Qвыдел и Qпогл - количество выделившейся и поглощенной энергии на каждой операции технологического процесса, соответственно.
Для сварки концов обрабатываемых рулонов потребуется количество энергии, вычисляемое по следующему выражению
& = & 1 + & 2 + & 3 + ^ , (2)
где Qэ - электрическая энергия, преобразуемая в механическую энергию Qм на передвижении рамы сварочной машины, а также в тепловую на нагрев сварочными дисками концов свариваемых концов QТ1, расплавление и диффузию металла полосы Qт2 и тепловое излучение в окружающую среду Qтз.
Очистка поверхности полосы осуществляется при поступлении энергии, определяемой следующим выражением
Qп + Qэ = Qт 2 + Qт 3 + Qт 4 + Qx + Qм + Qк, (3)
где Qэ - электрическая энергия, которая преобразуется в механическую энергию Qм на вращение приводных роликов, щеток щеточно-моечной машины, вентиляторов, а также передачу кинетической энергии жидкости циркуляционными насосами (с потерями на трения в гидравлических каналах) Qк. Тепловая энергия пара Qтl затрачивается на нагрев щелочного раствора Qт2 и нагрев металлической полосы от раствора и осушивание полосы QТ3, а также тепловое излучение в окружающую среду QТ4. Дополнительно происходит химическая реакция с поглощением теплоты на удаление жировых загрязнений щелочным раствором Qx.
Термохимическая обработка подката цинкования проводится при условии поступления на данную операцию энергии, определяемой выражением
QХ1 + & = + & 2 + & 3 + & 4 + QХ 2 + ^ + ^ , (4)
где Qxl - тепловая энергия окислительной реакции природного газа с кислородом, которая преобразуется в тепловую энергию на нагрев полосы QТ1, тепловую энергию на диффузию элементов при рекристалли-зационном отжиге нагартованной полосы QТ2, нагрев защитной атмосферы печи QТ3 и тепловые потери в окружающую среду с выносом отработавшими газами и излучением брони печи QТ4. Дополнительно Qэ электрическая энергия преобразуется в механическую энергию Qм на вращение приводных роликов, вентиляторов, а также передачу кинетической энергии жидкости циркуляционными насосами (с потерями на трения в гидравлических каналах) Qк.
Операция нанесения цинкового покрытия осуществляется при следующем энергетическом балансе
^ 1 + &м + & = & 2 + & 3 + ^, (5)
где нагретая до 460 0С полоса с тепловой энергий QТ1 и электромагнитное поле Qэм поддерживают в жидком состоянии расплав цинка с излучением тепла в окружающую среду QТ2 и затрачивают свою энергию на диффузию элементов цинка, алюминия и железа в процессе нанесения покрытия QТ3. Дополнительно электрическая энергия Qэ преобразуется в механическую энергию вращения роликов погружного оборудования и транспортировку полосы Qм.
Для проведения операции дрессировки оцинкованной полосы и правки с растяжением необходимо следующее количество энергии
^ 1 + & = & 2 + & 3 + & 4 + ^ + QК , (6)
где Qэ - электрическая энергия, преобразуемая в механическую энергию Qм для вращения дрессировочных валков, вентиляторов, а также передачу кинетической энергии дрессировочной жидкости циркуляционными насосами (с потерями на трения в гидравлических каналах) Qк. Тепловая энергия QТ1 затрачивается на нагрев дрессировочного раствора смазывающе-охлаждающей жидкости Qт2, а также тепловое излучение в окружающую среду QТ3. Дополнительно, происходит деформационное воздействие на полосу за счет механической энергии Qм для правки и поверхностного упрочнения с поглощением тепловой энергии Qт4.
Поток информации - это совокупность сообщений, циркулирующих в системе, необходимых для осуществления процессов управления. Поток информации характеризуется источником возникновения, направлением, периодичностью, степенью постоянства, структурой, объемом и плотностью, видом носителя информации, информационной емкостью отдельных сообщений, степенью использования. Рассмотрим особенности системы управления агрегатом непрерывного горячего цинкования стального проката, обеспечиваемой соответствующими потоками информации на соответствующих технологических операциях (рис. 9).
Для получения адекватных данных о существующих на агрегате горячего цинкования потоках информации установлены датчики и контроллеры, которые считывают режимы работы агрегата в целом и каждого элемента оборудования и затем передают информацию для формирования отчетов и анализа технологического процесса. Контроль за параметрами каждой операции осуществляет технологический персонал, что нормировано соответствующими технологическими инструкциями. При необходимости осуществляется корректировка режимов. Контроль технологии предусматривает проверку качества поступающих в цех для горячего цинкования химикатов, химического состава блоков или слитков цинка и
цинкалюминиевого сплава, проверку качества стального проката для покрытия цинком, анализ растворов и расплава, применяемых на агрегате, контроль соблюдения технологических параметров обезжиривания, термохимической обработки, цинкования, отжига цинкового покрытия и отделочных операций, контроль работы оборудования, а также контроль соответствия продукции требованиям российских и зарубежных стандартов.
Показания
приборов 11 датчиков
5изая«ш ла&орноркы*
В*02*Еа1Л информация г» ыетату иари
хшсосш, г«к«р«кни ршидо
(Мфп,
Бя1а данных агрегата
Дакки*
ибораторних
КС ГШТ1МИК концентрации распорок, гсаиши ВДЧККОК
температуры раеткорок
По»
£аТЧКкОК «МТЯратур по юнаы мчи.
калкчн* шамечн ка горелках
Покамкш измерителя толшнкы цинкового покрыли.
осмотр шкти
ПОМрХНОСТИ
Данные лаоорэторна» испытаний
сюйсп
осмотр качесты покер хм остн
Випаании
осмотр качества реха. кнструыентап ькые замеры г*ом*трик полосы
Оператор полной :екпнж {выбор режимов сырки)
Лппяртпк
(гсррияросш теняерстур к кокхкгршэ» растров)
Старили термист («к€ор режимов к*греи по зонам печи)
Оаия^ьщик:
(корректировка »»рок воздушных
ЮЗЕуи)
(корректировка режимов обида £рессхросочнох
№№1 X
ВДШПОВВВМ)
Терчп<т
(коктрокь я геометрическим я р»$м<рамх
покосы.
зазоров и пирекрыткя ножей)
Оаератор яыходвов <»ишя
(ПрО ИЗВОДИТ Е4П«0« р>Х0К01
^ОН» ШЦ.
ксррекгкрует пчкпо смоги* р>ХС*01
т
Система управления агрегатам
Рис. 9. Система управления агрегатом непрерывного горячего цинкования стального проката
Одним из важных потоков информации являются результаты контроля горячеоцинкованного проката, который осуществляет оператор выходной секции перед смоткой в рулоны, сущность которого заключается в визуальном осмотре поверхности обеих сторон полосы, измерении ширины и толщины проката с цинковым покрытием, измерении отклонения от плоскостности и серповидности готовой продукции. Принятые рулоны маркируют с указанием номера рулона, партии, плавки; номера бригады; названия стандарта, по которому поставляется горячеоцинкованный прокат; толщины и ширины рулона; группы и категории вытяжки металла; класса цинкового покрытия; номера заказа; вида консервации для защиты при последующей транспортировке; наличия сварного шва.
Таким образом, существующая система организации вещественных, энергетических и информационных потоков позволяет производить горячеоцинкованный прокат в соответствии с действующей нормативной и технической документацией, востребованный потребителями и конкурентоспособный на рынке металлопродукции с покрытием.
Заключение. Совершенствование промышленного производства неизбежно связано с уровнем развития технологий, которые составляют ядро любого производственного процесса [14, 15]. Конкурентные преимущества одного производства перед другим, прежде всего, оценивается по показателям, характеризующим технологический процесс производства продукции, к которым можно отнести матери-ало- и энергоемкость, производительность, степень автоматизации и др. Поскольку конкурентоспособность предприятия является базисом, который, в конечном счете, определяет конкурентоспособность отрасли в целом, то любой технологический процесс следует рассматривать как необходимое условие прогрессивного развития промышленности. Исходя из этого, для анализа любого технологического процесса следует применять системный подход, который доказал свою эффективность как для разработки новых, так и совершенствования существующих технологических процессов.
Проведенный системный анализ вещественных, энергетических и информационных потоков, реализуемых на агрегате непрерывного горячего цинкования стальной полосы позволяет не только определить «узкие» места существующего технологического процесса, но также является основой для разработки конкретных мероприятий по его совершенствованию.
Список литературы
1. Берталанфи Л. фон. Общая теория систем: критический обзор // Исследования по общей теории систем. М.: Прогресс. 1969. С. 23 - 82.
2. Берталанфи Л. фон. История и статус общей теории систем // Системные исследования. Ежегодник. М.: Наука. 1973. С. 20 - 37.
3. Аверьянов А.М. Системное познание мира. М.: Политиздат. 1985. 263 с.
4. Шлеер С., Меллор С. Объектно-ориентированный анализ: моделирование мира в состояниях. Пер. с англ. Киев: Диалектика, 1993. 240 с.
5. Хубка В. Теория технических систем: пер. с нем. М.: Мир, 1987. 208 с.
6. Арбиб М., Мейнс Э.Дж. Основания теории систем: разложимые системы // Математические методы в теории систем. М.: Мир. 1979. С. 7 - 49.
7. Рябинин И.А. Надежность и безопасность структурно-сложных систем. Санкт-Петербург: Политехника, 2000. 248 с.
8. Shiriaeva E., Polyakova M. Design of pipe steel hot rolling technological process based on system analysis. Solid State Phenomena. 2021. Vol. 316. P. 449-454.
9. Полякова М.А., Ширяева Е.Н., Звягина Е.Ю. Системный анализ горячей прокатки стального листа как основа выбора метода определения надежности технологической системы // Теория и технология металлургического производства. 2019. №4 (31). С. 39-44.
10. Полякова М.А., Ширяева Е.Н., Налимова М.В. Системный анализ технологического процесса горячей прокатки стальной полосы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. С. 360-369.
11. Ширяева Е.Н., Полякова М.А., Терентьев Д.В. Анализ взаимосвязей технических систем на иерархически связанных уровнях производства стального листа горячей прокаткой // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2020. Т. 76. № 8. С. 847-855.
12. Винограй Э.Г. Основы общей теории систем. Кемерово: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. 1993. 339 с.
13. Бахматов Ю.Ф., Голубчик Э.М. Системный анализ структуры оборудования обработки металлов давлением: учеб. пособие. Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова, 2001. 59 с.
14. Поляков Б.Н. Оптимизация технологических режимов и параметров управления процессом прокатки на реверсивных и непрерывных прокатных станах // Промышленные АСУ и контроллеры. 2007. № 7. С.12-16.
15. Румянцев М.И. Некоторые результаты развития и применения методологии улучшения листопрокатных технологических систем // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2017. Т. 15. №1. С. 45-55.
Полякова Марина Андреевна, д-р техн. наук, профессор, m. polyakova@,magtu.ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
Седлецкая Ольга Владимировна, исследователь, sedletskaya. ov@mmk-metiz. ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский метизно-калибровочный завод
PECULIARITIES OF MATERIAL, ENERGY, AND INFORMATION FLOWS IN THE TECHNOLOGICAL SYSTEM «HOT DIP GALVANIZING OF STEEL ROLLED SHEET»
M.A. Polyakova, O. V. Sedletskaya
It is noted that the technological process is part of the manufacturing process. Taking into consideration the complexity of structure of steel rolled sheet hot-dip galvanizing technological process, it is advisable to analyze the existing material, energy, and information flows in this system. The chosen object of study belongs to the demanded kinds of coated rolled metal products. The description of the sequence of transformation of the original material (cold rolled steel sheet) into hot dip galvanized steel on a continuous hot-dip galvanizing line is presented. A systematic analysis of the hot-dip galvanizing process operations has been carried out.The peculiarities and interrelation of the main flows of material, energy, and information for each technological operation are established.
Key words: system analysis, technological process, steel rolled sheet, hot dip galvanizing, flow of material, flow of energy, flow of information.
Polyakova Marina Andreevna, doctor of technical sciences, professor, m.polyakova@magtu. ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University,
Sedletskaya Olga Vladimirovna, researcher, [email protected], Russia, Magnitogorsk, OJSC Magnitogorsk hardware and sizing plant «MMK-METIZ»
УДК 004
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-3-547-551
ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ КАРЬЕРА С ПОМОЩЬЮ БЕЗМЕРНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИНДЕКСОВ
М.С. Ивлиева
При ведении открытых горных работ в процессе разработки карьера опасные компоненты воздействуют на окружающую среду: атмосферу, грунтовые и поверхностные воды, растительность и животный мир. В приземную атмосферу происходит выделение таких загрязняющих веществ, как: азота диоксид, сажа, сера диоксид, взвешенные вещества, пыль неорганическая. Разработка карьера ведет за собой изменение гидрологического режима, проникновение мелкодисперсных частиц в водоносный горизонт, изъятие земель, изменение рельефа, уничтожение почвенно-растительного слоя, размещение отходов рабочей деятельности и обслуживания и ремонта горных машин, утрата биоразнообразия. Для оценки техногенного воздействия использованы безмерные экологические индексы безопасности, граничные условия которых показывают предел самого воздействия. Они количественно характеризуют степень техногенного воздействия на компоненты экосистемы карьера. Так, в работе отмечено, что для оценки воздействия отходов приведен индекс безотходности Зт1, для оценки естественного режима подземных вод использован индекс безотходности воды для оценки индекса безопасности атмосферы введен индекс безопасности 1са. Далее в работе предложен факторных анализ ключевых причинных признаков с помощью фундаментальной факторной теоремы Л.Л. Тэрстоуна, которая дает возможность воспроизведения исходной корреляционной матрицы через матрицу факторного отображения. Факторный анализ даёт возможность отобразить наличие скрытых факторов, и может указать на адекватность аналитических выводов. Совместная оценка с помощью безмерных индексов безопасности и факторного анализа позволяет получить совокупный результат и в полной мере дать комплексную характеристику эксплуатации разрабатываемого карьера.
Ключевые слова: открытые горны работы, карьер, индекс безотходности, загрязнение, экосистема, техногенное воздействие, нарушение гидрологического режима, факторный анализ, теорема Л.Л. Тэрстоуна.
Анализ технологий, используемые на карьере, с точки зрения их влияния на окружающую среду, позволяет определить наиболее узкие с экологической точки зрения технологические участки, определяющие экологические параметры всей технологии разработки. Собранные и систематизированные данные позволяют установить уровень изменений качества околокарьерной территории, построить распределение уровней загрязнений природных сред [2].
В результате разработки полезного ископаемого происходит выведение нарушенных земель из оборота, деградация почв, образование новых форм рельефа (котлована и отвалов). При погашении горных работ выработанное пространство будет представлять собой карьерную выемку с отчужденной площадью. Частичное перераспределение поверхностного и внутрипочвенного стока на территории, примыкающей к карьеру, может повлечь за собой некоторое усиление процессов минерализации гумуса почв на окружающей территории в результате повышения аэрации и интенсификации деятельности микроорганизмов, что может сказаться на общей устойчивости ландшафта.
В процессе разработки карьера, в результате эксплуатации технических средств выделяются твердые, жидкие и газообразные вещества и соединения, способные привести к загрязнению окружающей среды. Основные факторы негативного воздействия на компоненты экосистем при разработке карьера представлены в нижеследующей табл. 1.
Определение количественных характеристик техногенных воздействий на окружающую среду территории разрабатываемого карьера с использованием индексного подхода совместно с факторным анализом.
Объективность ранжирования техногенных и природно-ресурсных воздействий по степени экологической опасности обеспечивает эффективность системы управления предприятия, так как позволяет выявить наиболее уязвимые с точки зрения экологической безопасности позиции и выстроить реальные программы по снижению экологического риска.
Методика оценки воздействия карьера на экологическую подсистему включает в себя оценку допустимости уровня воздействия, а также оценку безопасности. Данная работа представляет один из возможных подходов для оценки опасности воздействия на основе безразмерных экологических индексов [3].
