автореферат диссертации по транспорту, 05.22.12, диссертация на тему:Совершенствование технологии внутриузловых перевозок жидкого чугуна в вагонах-миксерах

ВВЕДЕНИЕ.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Актуальность проблемы и цель работы.

1.2. Обзор выполненных работ по теме исследования

1.3. Динамика роста производства и перевозок жидкого чугуна в нашей стране

1.4. Общие сведения о производстве и перевозках жидкого чугуна за рубежом.

1.5. Анализ перевозок жидкого чугуна

1.5.1. Общая характеристика способов перевозок и хранения 'жидкого чугуна

1.5.2. Анализ перевозок жидкого чугуна в вагонах-миксерах в СССР

1.5.3. Анализ перевозок жидкого чугуна в вагонах-миксерах по магистральным железным дорогам за рубежом

1.6. Анализ методов расчета потребности транспортных, средств для перевозок чугуна.

1.7. Задачи исследования.

ВЫВОДЫ.

П. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТИЧЕСКОЙ ВМЕСТИМОСТИ ВАГОНОВ-МИКСЕРОВ

И ПОТЕРЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКОГО ЧУГУНА ПРИ ПЕРЕВОЗКЕ

2.1. Анализ эксплуатации и использования вместимости вагонов-миксеров

2.2. Методика проведения опытных перевозок по определению фактической вместимости вагонов-миксеров

2.3. Результаты экспериментального исследования по определению фактической вместимости вагонов-миксеров

2.4. Теоретические основы расчета фактической вместимости вагонов-миксеров

2.5, Исследование потерь температуры чугуна при перевозке . . . Т<

2.5.1. Программа, методика проведения экспериментальных исследований и оборудование . . 7Е

2.5.2. Результаты экспериментального исследования по определению потерь температуры чугуна

ВЫВОда

Ш. СТАТИСТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ ПРОЦЕССА ПЕРЕВОЗКИ ЧУГУНА В ВАГОНАХ-МИКСЕРАХ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ИХ ПОТРЕБНОСТИ

3.1. Необходимость статистического исследования

3.2. Исследование колебаний процесса перевозки жидкого чугуна

3.3. Методика расчета потребности вагонов-миксеров с использованием методов теории массового обслуживания и статистического моделирования

3.4. Определение резерва вагонов-миксеров для замены, отправляемых в ремонт

ВЫВОДЫ .НО

1У. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПЕРЕВОЗКИ ЖИДКОГО ЧУГУНА В ВАГО

НАХ-МИКСЕРАХ МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

4.1. Постановка задачи •••••••••

4.2. Выбор метода оптимизации целевой функции

4.3. Общее описание моделирующего алгоритма

4.4. Структура моделирующего алгоритма и описание программы

4.4.1» Структура моделирующего алгоритма .••••••

4.4.2., Описание программы

4.5. Обзор основных результатов исследования на модели и разработка технологических графиков обработки составов и перевозки спецпоездов .••••.•••.

4.6. Экономическая эффективность совершенствования перевозки жидкого чугуна

ВЫВОДЫ

Одной из главных задач в области железнодорожного транспорта в одиннадцатом пятилетии и на период до 1990 года является повышение эффективности и качества его работы. С этой целью необходимо: совершенствовать организацию перевозочного процесса; повысить уровень использования транспортных средств [ I].

Из общего объема перевозок, выполняемых сетью железных дорог страны, более 36% - грузы черной и цветной металлургии. Номенклатура этих грузов постоянно расширяется, а их характеристики изменяются в сторону увеличения части грузов, требующих выполнения специальных условий при их перевозках (окатыши, агломерат, горячекатаная сталь в рулонах,жидкий чугун в вагонах-миксерах и др.).

Диссертация посвящена вопросу совершенствования внутриузло -вых перевозок жидкого чугуна в вагонах-миксерах с целью повышения их эффективности. В работе впервые дан анализ и выполнено комплексное исследование технологии перевозки жидкого чугуна с использованием магистрального транспорта.

На основании изучения отечественного и зарубежного опыта приведен анализ существующих условий налива и перевозки жидкого чугуна по железным дорогам. Рассмотрены причины, обуславливающие недостаточное использование вместимости вагонов-миксеров и большие потери температуры чугуна в процессе перевозки. Намечены два пути повышения эффективности перевозок: увеличение массы наливаемого чугуна в вагоны-миксеры за счет применения прогрессивных норм налива и снижение потерь температуры чугуна,сливаемого в заливочные ковши на фронте слива, за счет использования оптимальных режимов перевозок.

Изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований по определению фактической вместимости вагонов-миксеров и установлению потерь температуры чугуна. С использованием ЭВМ разработана методика расчета вместимости вагонов-миксеров. Для различных материалов огнеупорной футеровки вагонов-миксеров установлены технические нормы налива чугуна, В результате анализа существующих методов расчета потребности вагонов для спецперевозок и проведенного статистического исследования процесса перевозки чугуна разработана методика, позволяющая определять инвентарный парк вагонов-миксеров,

С использованием метода статистического моделирования разработан алгоритм, имитирующий процесс перевозки чугуна. Проведенные исследования на имитационной модели позволили установить вли-1, яние на снижение температуры чугуна длины формируемых груженых; спецпоездов и продолжительности их накопления, выявить для различных режимов (вариантов) перевозок зависимость величины суммарных издержек в системе от числа вагонов-миксеров и локомотивов, участвующих в перевозке, определить оптимальный вариант перевозок для существующего объема и на перспективу с учетом длины спецпоездов, числа пар поездов (ниток графика) в сутки и конечной температуры чугуна, выявить зависимость количества вагонов-миксеров I в спецпоезде от величины объема перевозок, установить дальность! перевозок.

На основе результатов исследования по модели для существую-; I щего объема перевозок разработаны технологические графики обра-! ботки составов и комплексный контактный график перевозки спецло-ездов.

Предложенный метод оптимизации процесса перевозки чугуна позволяет экономически обоснованно выбрать оптимальный вариант перевозок для заданного объема и определить потребное число транспортных средств с учетом надежности их работы.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Актуальность проблемы и цель работы

В результате бурного развития народного хозяйства, особенно за последние годы, значительно возрос объем перевозок грузов по железным дорогам. Уже в десятом пятилетии достигнуто увеличение объемов грузовых перевозок на 11,4$ больше, чем в предыдущем пятилетии,, и в перспективе тоже намечается их дальнейший рост [2].

Особое место в общем грузообороте железных дорог занимают специальные перевозки наливных грузов, в том числе и жидкого чугуна в вагонах-миксерах. Объем перевозок жидкого чугуна магистральным железнодорожным транспортом возрос в 1981 г. в 2,5 раза по сравнению с 1975 г. и в 1983 г. составит около I млн.т.

В перспективе развитие металлургического производства будет осуществляться за счет строительства агрегатов большой единичной о мощности, в частности, доменных печей объемом 5000-5500 м и кислородных конвертеров емкостью 350 т; реконструкции старых и концентрации производства [3].

В этой связи потребность в перевозках жидкого чугуна между металлургическими заводами магистральным железнодорожным транспортом в дальнейшем будет возрастать.

Перевозки жидкого чугуна имеют ряд специфических особенностей, существенно отличающих их от других перевозок наливных грузов и оказывающих большое влияние на условия налива, слива и работу металлургических предприятий. Из этих особенностей главными являются соблюдение определенного теплового режима чугуна»жесткая связь технологии перевозочного процесса с режимом работы доменных печей и конвертеров. Незначительные задержки в выполнении транспортных и технологических операций вызывают нарушение ритма работы металлургических агрегатов, их простои, что приводит к невосполнимым потерям производства. Так, например, на Кузнецком металлургическом комбинате (КМК) годовая продолжительность простоев только двух доменных печей за 1979 г. из-за несвоевременной подачи вагонов-миксеров для налива составила 34,6 ч, а на Западно-Сибирском металлургическом заводе (ЗСМЗ) продолжительность простоев конвертеров за этот же период равнялась 14,4 ч. В результате производительность доменных печей и конвертеров недоиспользована соответственно на 6,1 тыс.т чугуна и около 5,0 тыс.т стали. Необходимо отметить, что значения указанных величин простоев металлургических агрегатов приведены без учета их простоев, связанных с основными объемами перевозок жидкого чугуна внутризаводским транспортом, которые на много превышают приведенные выше.

Не менее важной проблемой в настоящее время является сокращение потерь температуры жидкого чугуна, доставляемого в конвертерный цех. Снижение температуры чугуна в процессе перевозки происходит в основном при наливе, сливе, накоплении и формировании специализированных поездов. Средняя величина потерь температуры чугуна за период перевозок 1975-1979 гг. составила 148 К. Расчеты показывают, что сокращение потерь температуры чугуна на 50 К позволит уменьшить расход перевозимого I млн.т дорогостоящего чугуна для производства стали на 24,5 тыс.т и за счет увеличения доли металлолома в производстве стали сэкономить около 574 тыс.руб/год.

Одним из резервов увеличения и ускорения перевозочной работы железнодорожного транспорта является улучшение использования грузоподъемности вагонов^ Опыт перевозки жидкого чугуна по Кемеровской железной дороге показал, что средняя масса чугуна, наливаемого в вагоны-миксеры вместимостью 150 т,составляет I09-II0 т.Ос- I новными причинами недоиспользования грузоподъемности вагонов-миксеров является неполнота налива и ограничение их вместимости конструкцией огнеупорной футеровки, которая в процессе эксплуатации при взаимодействии с жидким чугуном выгорает, в результате чего J фактическая вместимость с каждым наливом (перевозкой) увеличива—^ ется. В настоящее время отсутствует какая-либо методика для определения фактической вместимости вагонов-миксеров. Статическая нагрузка для этого рода спецподвижного состава планируется по результатам отчетных данных и не имеет достаточного обоснования.

По этому все вышеизложенное вызывает необходимость исследования фактической вместимости вагонов-миксеров.

Особенности технологии перевозок и производства жидкого чугуна оказывают существенное влияние на работу промышленного и магистрального транспорта. Отсутствие четко отработанной технологии перевозок приводит к нарушению ритма их работы, снижает пропускные способности производственных мощностей'^

В настоящее время вопросы перевозок жидкого чугуна в вагонах-миксерах как магистральным, так и внутризаводским железнодорожным транспортом не нашли достаточного освещения в специальной и учебной литературе. Имеется только опыт.

Таким образом,проблема совершенствования технологии перевозки жидкого чугуна в условиях роста его производства и объема перевозок является важной, и разработка научно обоснованных рекомендаций необходима. Актуальность проблемы, а также потребности теории и практики определили выбор темы настоящей работы.

Целью диссертационной работы является исследование и выбор оптимальных параметров перевозок жидкого чугуна для повышения их эффективности.

12. Результаты исследования и предложения, данные в работе, могут быть использованы предприятиями магистрального и промышленного транспорта при разработке технологических процессов работы станций, а также проектными организациями при анализе и проектировании перевозок жидкого чугуна магистральным и внутризаводским железнодорожным транспортом.

1. Тихонов Н.А; Основные направления экономического и социального развития СССР на 1.8I-I985 годы и на период до 1990 года.- М.: Политиздат, 1981. 46 с.

2. Павловский И.Г. Железнодорожный транспорт в планах партии.- Ж-д,трансп., 1981, № 4, с. I-I2.

3. Перспективы развития технологии черной металлургии (научные предпосылки) /И.Н. Голиков, Г.В. Губин, А.К. Каркмит и др.- М.: Металлургия, 1970. 568 с.

4. Авербух А.Е. Организация железнодорожных перевозок на металлургических заводах. М.: Металлургиздат,1959. - 483 е.,ил.

5. Костенецкий К.П. Развитие транспорта в металлургии (Во -просы генерального плана и транспорта металлургических заводов).- М.: Металлургиздат, 1963. 332 е., ил.

6. Хаустов Г.Г. Анализ перевозок доменного цеха и их оптимизация. : Автореф. Дисс. . канд.техн.наук. Л.: 1975. - 25 с.

7. Нормы технологического проектирования, основные положе -ния по эксплуатации и технико-экономические показатели железнодорожного транспорта металлургических заводов. М.: Гипромез,1973.- 122 с.

8. Нормы технологического проектирования доменных цехов.- М.: Гипромез, 1976. 67 с.

9. Кугушин A.A., Сельский Б.И., Борисов Ю.Н. и др.Опыт эксплуатации и вопросы транспортировки жидкого чугуна в ковшах мик-серного типа; Сталь, 1977, № 7, с. 620-622.

10. Доломитовая футеровка миксерных ковшей. Экспресс-ин -формация, Черная металлургия, 1974, & 30, с. 19-21.

11. Coordes H.,Klein W.,Wlach G. Lining technology of modern torpedo mixer trucks in relation to working conditions. -Interceram, 1976, 25, N 1, 64, 66, 68, 70.

12. Muller C. Derzeitige Entwicklungen bei der Zustellungvon Torpedo Pfannen. - Fachber HÜttenpracx Metallweiterverarb, 1976, 14, N 2, s.130-134, 136.

13. Aliprandi G. Pezzi speciali per cerri siluro. -Eefrattari, 1975, 5, N 5, s.317-318.

14. Лындина Е.Я. Чугуновозные ковш сигарообразной формы.- М.: Информация ин-та Черметинформация, 1974, сер. 16, вып. 3, с. 1-6.

15. Применение чугуновозных ковшей миксерного типа. Экс-пресс-иврормация по зарубежной черной металлургии, ин-т Черметинформация, 1974, & 14-И, с. 2.

16. Транспортировка жидкого чугуна со скоростью до 80 км/ч.- Экспресс-информация, Черная металлургия, 1968, )£ 33, с. 1-3.

17. Gerard M.,Nizet J.M.,Lecomte J. The long-distance transport of molten pig iron. J.Iron and Steel Inst.,1969, 207, N8, p.IO97-IIO3.

18. Schienentransport fon flussigem kohiesen für Sanerstoff-blasstahewerks.-Stahi und Eisen,l973,B.d.93,N 25,s.1229-1230.

19. Stone Joseph K. ,Tietig Rudolph. J. The hot metal mixer in modern iron and steelmaking plants. Iron and Steel Engr.,1968, 4-5, N6, p.91-97 Discuss., p.97-98.

20. Вигапд Э., Реш В., Нолле Д., Банзен Х.Новый кислородно-конвертерный цех на заводе в Зальцгиттере. Черные металлы,1970, № 26, с. 19-26.

21. Eine neue Generation von Huttenfahrzeugen. -Bundesbahn, 1979, 52, N s.7-8.

22. Neue Eohrfanne für Roheisentransport. -Stahl und Eisen, I975, 95, H 20, s.94-8.

23. Krupp. Krupp Torpedopfannenwagen transporturen flüssiges Roheisen. - Öster.Ing.- Z.,1976, 19, N 1, s.31-32.

24. Liquid iron Transport st ion in 150 ton Ladle Trucks.Steel Tines, 1969, 197, N 10, s.675-676.

25. Torpedomischerwagen rationalisiert HÜttenchnik.- Dtsch. Hebe und Fordertechn.,1968, 14, N 6, s.60.

26. Коробкин A.B., Залесский B.C. Перевозка жидкого чугуна в передвижных миксерах. Промышленный транспорт, 1976, 5, с. 4-5.

27. Казанец И.П., Борисов А.Ф., Ванчиков В.А. и др. Основные этапы развития черной металлургии, Черная металлургия,бш. ин-та Черметинформация, 1977, № 20 (808), с. 3-33.

28. Миненко В.А., Клюева Е.П., Иванов Д.Г. и др. Производительность труда в доменных цехах предприятий черной металлургии. Черная металлургия, бюл. ин-та Черметинформация,1976,$ 14(778), с. 3-10.

29. Жеребин Б.Н. Практика ведения доменной печи. М.: Металлургия, 1980. - 248 с.

30. Миксеры для жидкого чугуна на современных металлургических заводах. Экспресс-информация. Черная металлургия, 1968, J® 35, с. 1-30.

31. Шмидт К. Столетие миксеров для чугуна. Черные металлы, 1973, Jé 16, с. 21-26.

32. Арист Л.М., Городецкий А.Н., Тылкин М.А. и др. Механизация работ в конвертерных цехах. М.: Металлургия,1977.- 288 с.

33. Писчиков М.М. Организация, планирование и управление на предприятиях черной металлургии. М.: Металлургия, 1976. - 424 с; с ил.

34. Ройтбурд Л.Н., Штец К.А. Организация и планирование предприятий черной металлургии. М.: Металлургия, 1967. - 512 с.

35. Лифишц А.Г. Себестоимость стали и пути ее снижения. М.: Металлургия, 1974. - 96 с.

36. Кацеп Л.Г., Еуйневич С.М., Подопричора И.Д. и др. Снижение себестоимости кислородно-конвертерной стали. Донецк»Донбасс, 1972. 92 с.

37. Экономический справочник железнодорожника /А.П.Абрамов, М.Г.Ахшарумова, А.Н.Барков и др. Под ред. Б.И.Шафиркина 2-е изд. перераб. и доп. - часть I. - М.: Транспорт, 1978. - 398 с.

38. Гершгорин С.Е., Логоватовский А.А. Организация и норми -рование труда рабочих железнодорожных цехов предприятий черной металлургии. М.: Металлургия, 1974. - 215 с.

39. Богатов В.А. Исследование влияния ритмичности работы основных металлургических агрегатов по производству продукции на величину потребного рабочего парка вагонов .для межцеховых перевозок.: Автореф. Дисс. . канд.техн.наук. Л.: 1979. - 22 с.

40. Дунин-Барковский И.В., Смирнов Н.Б. Теория вероятностей и математическая статистика в технике. М.: Гостехиздат, 1955.- 556 с., ил.

41. Кнотек М., Войта Р., Шефц Н. Анализ металлургических процессов методами математической статистики. М.: Металлургия, 1968. - 212 с.

42. Айвазян С.А. Статистическое исследование зависимости.- М. : Металлургия, 1968. 297 с.

43. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике.- М.: Наука, 1964. 608 е., ил.64:. Алексеев А.В. Программа полного корреляционного и регрессионного анализа. Новокузнецк, 1976. - 8 с1, (рукописный фонд/ВШМГидроуголь).

44. Езекиел М., Фокс К, Методы анализа корреляции и регрессий. М.: Статистика, 1966, - 216 е., ил.

45. Падня В.А. Применение теории массового обслуживания на транспорте. М.: Транспорт, 1968. - 207 е., ил.

46. Поттгофф Г. Учение о транспортных потоках.(Пер. с нем.).- М.: Транспорт, 1975. 344 с.

47. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероят -ностей е: математической статистики. Для технических приложений.- М.: Неука, 1965. 511 с,

48. Федотов Н.И., Быкадоров A.B. Применение теории вероятностей в транспортных расчетах. Новосибирск,1968. - 185 е.,ил.

49. Алексеев A.B. Инструкция к программе № 22 расчета на ЭВМ "Мир-2П. Выравнивание статистических рядов. Новокузнецк, 1974. - 13 с. (рукописный фонд/ВНИИГидроуголь).

50. Коробкин A.B., Островский A.M. Оптимизация парка вагонов-миксеров для перевозки жидкого чугуна в специализированных поездах,. В кн.: Вопросы рационального использования вагонов и обеспечения сохранности грузов. - Новосибирск, 1980. - с.113-123.

51. Коробкин A.B. Оптимизация парка вагонов-миксеров. Промышленный транспорт, 1980, № 10, с. 22.

52. Математические методы и ЭВМ в экономической работе на металлургических предприятиях /Л.Н. Ройтбурд, Б.П. Бельгольский, P.C. ГеЕфман и др. М.: Металлургия, 1972. - 296 с.

53. Логоватовский A.A. Организация и нормирование трудовых и технологических процессов в черной металлургии. М.: Металлур -гия, 1973. - 542 е., ил.

54. Штец К.А., Либерман Л.М., Самет И.М. Организация и планирование производства на металлургических предприятиях. Киев: Техническая литература, 1981. - 693 с.

55. Банный Н.П., Банный Д.Н. Технико-экономические расчеты в черной металлургии. М.: Металлургия, 1968. - 472 с.

56. Бусленко Н.П. Метод статистического моделирования. М.: Статистика, 1970. - III с.

57. Положение о планово-предупредительных ремонтах механического оборудования предприятий черной металлургии СССР. М.: МУМ, 1970. - 21 с.

58. Инструкция по эксплуатации и ремонту вагонов-миксеров грузоподъемностью 150 т (Утвержц. ЦВ МПС от 22.03.78 г.). М.: МУМ, 1978. - 8 с.

59. Бешелев С.Д., Гуревич Ф.Г. Экспертные оценки. М.: Наука, 1973. - 157 с.

60. Акулиничев В.М., Бодюл В.И., Казюлин Г.Е. Определение межоперационных простоев вагонов на сортировочных станциях. В кн.: Математические методы в эксплуатации железных дорог. - М.: 1974. - с. 3-32 (труды МИИТа, вып.379).

61. Оптимизация процессов грузовой работы /А.А.СмеховД.М.Лазарев, А.Т.Дерибас и др. М.: Транспорт, 1973. - 264 с.

62. Акулиничев В.М., Бодгол В.И., Александров В.И. Статистическое моделирование работы сортировочной станции. В кн.: Математические методы в эксплуатации железных дорог. - М.: 1974.- 74-91 (труды МИИТа, вып.379).

63. Квитко М.П., Афанасьев С.Г. Кислородно-конвертерный процесс. М.: Металлургия, 1974. - 343 с.93,. Конвертерные процессы производства стали /В.Н. Лапицкий, С.А. Левин. М.: Металлургия, 1970. - 293 с.

64. Еурдун Г.Д. Справочник по Международной системе единиц.- 3-е изд., доп. М.: Изд-во стандартов, 1980. - 232 с.

65. Кудрин В.А. Металлургия стали. М.: Металлургия, 1981.- 478 с.

66. Дж. Хедли. Нелинейное и динамическое программирование.- М.: Икр, 1967. 506 с.

67. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. М.: Наука, 1980. - 208 с.

68. Нестеров Е.П. Транспортные задачи линейного программирования. М.: Транспорт, 1971. - 218 с.

69. Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования. М.: Наука, 1965. - 392 с.

70. Розенберг В.Я., Прохоров А.И. Что такое теория массового обслуживания. М.: Советское радио, 1962. - 254 с.

71. Новиков O.A., Петухов С.И. Прикладные вопросы теории массового обслуживания. М.: Советское радио, 1969. - 399 с.

72. Кофман А., Крюон Р. Массовое обслуживание (теория и приложения). М.: Мир, 1965. - 302 с.

73. Саати Т. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. М.: Мир, 1965. - 520 с.

74. Бусленко Н.П. Математическое моделирование производст -венных процессов на цифровых и вычислительных машинах. М.: Наука, 1964. - 362 с.105'. Дусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978. - 400 е., ил.

75. Бусленко В.Н. Автоматизация имитационного моделирова -ния слокных систем. М.: Наука, 1977. - 240 е., ил.

76. ГОСТ 19428-74. Обработка данных и программирование схе-мм алгоритмов и программ. М.: Изд-во стандартов, 1974. - 14 с.

77. Фортран ЕС ЭВМ /З.С. Брич, Д.В. Капилевич, С.Ю. Котик и др. М.: Статистика, 1978. - 264 е., ил.

78. Инструкция по определению экономической эффективности использования в черной металлургии новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Минчермет СССР,1979.- 109 с;