На вопросы о своём исследовании нам подробно ответила кандидат технических наук, доцент кафедры Металлических и деревянных конструкций НИУ МГСУ Туснина Ольга Александровна ⤵️
➡ Ольга, расскажите коротко, что такое конвертерное отделение? Какие технологические процессы там происходят? Какие нагрузки испытывают конструкции его каркаса?
В конвертерном отделении происходит процесс получения стали в конвертерах путем продувки жидкого чугуна кислородом. Для этого в конвертер (это специальная емкость большого объема вместимостью до 350 т, футерованная изнутри жаростойким кирпичом) загружается металлолом, затем заливается чугун, после чего осуществляется продувка кислородом. Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению кислородом содержащихся в чугуне примесей (кремния, марганца, углерода и др.) и последующему удалению их из расплава в виде шлака. Температура в конвертере при плавке достигает 1600-1800 градусов. В связи с особенностями производства стали каркас работает в очень сложных условиях, подвержен действию больших технологических нагрузок, в том числе динамических, например, в здании работают мостовые краны особо тяжелого режима работы 8К грузоподъемностью до 400 т.Некоторые конструкции подвержены действию повышенных температур, а иногда и непосредственному воздействию огня – например, при устаревшем оборудовании в процессе ускоренной заливки чугуна в конвертер, часто наблюдается развитие пламени, поражающего подкраново-подстропильные фермы.
➡ В чем была особая сложность расчетов для подготовки реконструкции каркаса здания конвертерного отделения?
Сложность расчетов заключалась в большом размере каркаса и сложности его конструктивных решений. Кроме того, с момента постройки в 1974 году каркас претерпел большое количество изменений – некоторые конструкции демонтированы, а новые наоборот встроены в состав каркаса. В связи с этим для создания расчетной модели каркаса, соответствующей его фактическому состоянию, пришлось обрабатывать большой объем проектной документации и данных обследований. Расчетная схема каркаса конвертерного отделения содержит около 141000 конечных элементов и 102000 узлов, 3542 типа жесткостей. Большое количество технологических нагрузок требовало комплексного анализа их возможных сочетаний, для сокращения количества загружений и ограничения времени расчета в приемлемых границах. Слишком большая длительность расчета и объем результатов затрудняли бы его практическую реализацию с учетом жесткой ограниченности в сроках проведения проектных работ и научно-технического сопровождения, которая была обусловлена требованиями заказчика.
➡ Как решалась задача по научно-техническому сопровождению реконструкции? Какие решения помогли ускорить проектирование и монтаж конструкций объекта?
При реконструкции применялись BIM-технологии. Разработанная расчетная пространственная модель конвертерного отделения использовалась проектировщиками НЛМК-Инжиниринг, как основа при формировании совокупной информационной 3D модели конвертерного цеха, включающей в себя строительные конструкции, технологическое оборудование, трубопроводы, газоходы и т.д. Применение BIM позволило существенно снизить сроки проектирования и монтажа конструкций, выявить и устранить пространственные коллизии строительных конструкций и технологического оборудования.
➡ В чем уникальность разработанной вами пространственной и расчетной модели каркаса объекта?
Насколько мне известно, подобные пространственные модели для расчета существующих конвертерных цехов в России не выполнялись. Следует отметить, что и строительство новых конвертерных цехов в последние 30 лет в нашей стране не выполнялось тоже.
Как ранее говорилось, из-за большой размерности, выполнение расчета пространственного каркаса конвертерного цеха является весьма ресурсоемкой задачей, занимающей большое количество машинного времени и памяти, что затрудняет его применение при практическом проектировании, учитывая ограниченность во времени и жесткие требования заказчика по проектированию в сжатые сроки.