Эффект из ничего

          Я продолжаю воспоминания о своём пути в науке и металлургии.
В этой статье я хочу рассказать о некоторых результатах, полученных в период после защиты кандидатской диссертации.
         Может получиться, что это часть рассказа будет больше похожа на небольшую научно-популярную лекцию, потому что простое повествование, без какой-либо конкретности  является неубедительным и декларативным.
        Я же хочу на представленном ниже примере показать, что иногда наука может приносить большой  экономический эффект, особенно, если удаётся обнаружить какую-то интересную закономерность. О таком случае ниже и будет идти речь.
        Производственный опыт,  полученный при работе на Казахском металлургическом заводе, позволял мне чувствовать себя уверенно при постановке экспериментов на производстве и прежде всего в мартеновском цехе.
        Мне удалось установить хорошие деловые отношения с начальником первого мартеновского цеха знаменитого в то время Кузнецкого металлургического комбината
 Владимиром Владимировичем Мокрушиным. Я рассказал ему о некоторых наших разработках и предложил при его поддержке реализовать одну из вскрытых путем математического моделирования закономерностей.
         В предыдущей статье (Аспирант кафедры автоматизации)  я рассказал, что «кипящая»  жидкая ванна метала  при продувке её сжатым воздухом,  может  поглощать из рабочего пространства в несколько раз больше кислорода, чем в неё непосредственно вздувается.
       Исследованиями на модели  было показано, что даже в том случае, когда кислород в ванну не вдувается,  а  углерод окисляется за счёт присадок железной руды, «кипящая» жидкая ванна тоже способна поглощать из газовой фазы большое количество  кислорода, причем нагретого до 1700 градусов.
        Но большинство сталеваров этой возможностью не пользовались, так как среди сталеваров-скоростников господствовала идея максимальной тепловой нагрузки печи:     «В печь нужно подавать максимальное количество топлива, сколько позволяет пропускная способность газового  тракта и стойкость футеровки печи». При этом, естественно,  свободного кислорода в газовой фазе рабочего пространства над ванной практически не оставалось,  и углерод окислялся преимущественно за счет кислорода из поданной в завалку руды, для расплавления которой требуется большое количество тепла.
        На основе модельных  экспериментов  мы предложили найти оптимальный тепловой и окислительный режим мартеновской печи.
         Оказалось, что для этого необходимо  перейти из области с повышенным содержанием руды (точка 1 на изображенном справа на фото холме с плоской вершиной) в область с пониженным расходом руды, но большим избытком воздуха над теоретически необходимым для сжигания топлива (точка  2). Причем, повышение избытка воздуха (график 2 на нижнем рисунке слева), а, следовательно, и окислительной способности газовой фазы достигается именно снижением тепловой нагрузки, то есть расхода топлива. А на правом нижнем рисунке (графики 1 и 2 ) видно, как «раскипается» ванна на 25-той минуте после полного расплавления, причем этому пику соответствует минимальное содержание оксида железа в шлаке и перелом на графике выгорания углерода.
     Для реализации этой идеи нашим творческим коллективом (В.Н. Буинцев, А.Г. Падалко, А.Ф. Сакун) совместно с центральной лабораторией автоматизации КМК (Е. Хорошавин, А. Безруков) были разработаны и установлены на большинстве мартеновских печей простые аналоговые вычислительные устройства, рассчитывающие избыток воздуха над теоретически необходимым для сжигания топлива, а также были разработаны необходимые инструкции по тепловому и окислительному режимам.
       Для уточнения математической модели и проверки ее адекватности по реальным производственным данным  нами был спланирован и при поддержке руководства цеха реализован активный факторный эксперимент. Основная идея этого планируемого эксперимента состояла  в том, что факторы,  влияющие на ход плавки, устанавливались не сталеваром,  а учеными (то есть нами, в опытах участвовали, кроме отмеченных выше, Т.В. Киселева и Н.А. Калиногорский) в соответствии с планом, утвержденным начальником цеха.  При реализации некоторых из спланированных вариантов этого плана возникало немало трудностей.  Особенно не нравились сталеварам (среди них были Герои социалистического труда) варианты, где заведомо снижалась производительность, но для получения объективных данных это было необходимо. Исследователям иногда приходилось выслушивать «экзотические выражения».
        Но, все-таки, запланированные 16 опытных плавок нам удалось провести и по результатам их обработки получить достаточно адекватную модель, результаты расчетов на которой были представлены в виде инструкций.
      Убедить  сталеваров в целесообразности поддержания нового теплового режима  было непросто. Единственный  сталевар, положительно  воспринявший смысл нового подхода, был Владимир Никитин, который, кстати, принадлежал к знаменитой семейной династии металлургов  и садоводов. Он с удовольствием помогал нам осваивать режим «раскипания» плавки на своей печи №7.  К большому сожалению, он потом трагически погиб на рабочем месте.
      Для отработки  рациональных навыков ведения плавки был разработан тренажёр «Сталевар»,  речь о котором  будет идти в следующей статье.
       В результате реализации этих мероприятий при поддержке руководства мартеновского цеха №1 был  получен очень большой экономический эффект: снижение железной руды на 15 кг на тонну и расхода топлива 5 килограмм на тонну. В пересчете на топливный мазут, который, кстати, в конце квартала  некуда был сливать, в годовом разрезе это выражалось (по данным теплотехнической лаборатории КМК) в 20 тысяч тонн или 400 цистерн.
       Этого количества мазута хватило бы для отопления небольшого города. Премию мы, конечно, получили, но не такую, что бы разбогатеть. Запомнилось только, что я купил своей жене, как раз к 20-летию свадьбы, красивый кулон из янтаря.
        В заключение хочу подчеркнуть, что такой значимый эффект был получен практически безо всяких затрат (из ничего – из информации о новых знаниях), если не считать копеечных затрат на простенькие аналоговые вычислительные устройства, состоящие из одной панельки с делителями, на которые поступают сигналы с расходомеров.
        Но одно дело получить эти знания, а другое дело их реализовать. Это можно сделать только при заинтересованной поддержке руководителей предприятий. И сколько бы не ругали социализм, но в то время руководители предприятий обладали  большими полномочиями, в том числе финансовыми, и самостоятельно могли внедрять научные разработки, если были убеждены в их эффективности.
        Сейчас это стало практически невозможно.
       В подтверждение этого ниже я просто приведу высказывание академика А.А. Берлина  который в течение 20-ти лет заведовал знаменитым институтом Химической физики, основанным академиком Н.Н. Семеновым (Наука и жизнь, 2019, №10, с.32):
        «Идей много, но воплотить их становится все менее возможно. Раньше, в советское время, когда была своя промышленность, мы внедряли многое из того, что придумывали.
         Сегодня у нас почти нет своей промышленности. Все заводы купленные, на них просто нельзя прийти. Это частная территория. С нами никто не станет разговаривать.
Вам продали готовый продукт. Кто будет отвечать, если что-то пойдет не так? А раньше
директор отвечал. Он разрешил – он и несет ответственность. И это работало. А теперь нет.
        Еще одна острая проблема – отсутствие специалистов. Особенно это касается министерств. Там теперь сидят не профессионалы, а менеджеры. Молодежи у нас в институте мало. И это другая молодежь. Образование тоже рухнуло…
       Почему же я продолжаю работать? Мне интересно. Я удовлетворяю свое любопытство. И не всегда за государственный счет, потому что государство про нас забыло. Но я привык работать, у меня рождаются новые идеи, я без этого уже не умею. Это школа Николая Николаевича Семенова, основавшего наш институт. Мы, его последние ученики, привыкли думать о завтрашнем  дне своей страны, и нам тяжело смириться с тем, что стране это вроде бы не нужно».
        Очень грустно это читать, но под каждым этим словом можно подписаться, потому что в российской металлургии точно такая же ситуация. Практически все построенные в последнее время новые цеха и мини-заводы полностью оснащены зарубежным оборудованием, а значит, и в будущем попадают в полную зависимость от зарубежных поставок. Исполнительные директора заводов имеют полномочия, как они сами выражаются, на уровне бригадиров.
          Нашему научному коллективу в свое время (1991-2001 годы) повезло. Пока Запсибом управляли «красные директора» Б.А. Кустов и Р.С. Айзатулов, нам удалось разработать и, при их поддержке, реализовать в виде крупномасштабной опытной установки принципиально новый струйно-эмульсионный металлургический процесс и агрегат и убедиться в его работоспособности. Но пришел новый собственник и дальнейшее продвижение разработки было заморожено, хотя для создания пилотного образца в промышленном исполнении требуются (по финансовым масштабам металлургии) не очень большие средства, соизмеримые с величиной разового подарка, который кидают иногда сильные мира сего за один вечер выступления какой-нибудь певичке.   
        Об этом процессе будет отдельный разговор.