Задача №10. Использование чугунного шлака

Хочу предложить реальную изобретательскую задачу, взятую из книги Генриха Альтшуллера «Найти идею. Введение в ТРИЗ – теорию решения изобретательских задач». Такая задача в действительности когда-то стояла перед инженерами и конструкторами на чугунном производстве.

Поскольку задача может показаться сложной, я привожу её с вариантами решений, которые Альтшуллер предложил слушателям одного своего семинара по теории изобретательства. К слову сказать, слушателями семинаров были металлурги, инженеры и студенты технических специальностей. И, несмотря на свои знания, большинству из них не удалось решить эту задачу даже с учётом готовых вариантов. При этом для нахождения «красивого» решения практически не требуется какой-то особой подготовки.

Условие задачи «Использование чугунного шлака»

При выплавке чугуна в домнах образуется расплавленный шлак (температура около 1000 С). Его сливают в ковши на рельсовом ходу и увозят на шлакоперерабатывающие установки (использование жидкого шлака экономически выгодно, «переплав» твердого шлака нерентабелен). Шлак, залитый в ковш, охлаждается, на поверхности расплава образуется твёрдая корка. Чтобы вылить шлак из ковша, в корке пробивают – с помощью специального копрового устройства – два отверстия. На это нужно время, а шлак продолжает охлаждаться, толщина корки увеличивается… В итоге удаётся слить не более 60-70% шлака. Ковши увозят на специальные эстакады, затвердевший шлак выбивают, грузят на автомашины и отправляют в отвалы, громоздящиеся вокруг заводов.

Возможные варианты решения задачи:
1. Перемешивать шлак;
2. Обогревать шлак;
3. Добавить в шлак краску;
4. Закрыть ковш съёмной крышкой;
5. Добавить в шлак лёд (снег, воду);
6. Поместить ковш в сильное магнитное поле;
7. Обрабатывать шлак ультразвуком.

Для решения задачи вам нужно выбрать один или несколько вариантов, попробовать обосновать целесообразность (прежде всего экономическую) и описать способ его реализации на производстве.

Эксперимент на семинаре

Перед тем как написать ответ к задаче, поделюсь тем, как её решали слушатели семинара по ТРИЗ в начале курса.

Участникам семинара были выданы листки с теми же вариантами. От них требовалось отметить плюсами те варианты, которые кажутся пригодными или заслуживающими проверки. Минусами – отвергаемые в принципе.

Эксперимент проводился на двух группах. Первая состояла исключительно из специалистов: 19 инженеров, 11 из которых металлурги. Вторая группа включала 8 инженеров и 12 студентов. Металлургов в группе не было вообще.

Результаты эксперимента:

Вариант решения задачи
Группа 1
Группа 2
плюс
минус
плюс
минус
1
Перемешивать шлак
2
17
9
11
2
Обогревать шлак
13
6
16
4
3
Добавить в шлак краску
-
19
2
18
4
Закрыть ковш съёмной крышкой
14
5
11
9
5
Добавить в шлак лёд (снег, воду)
-
19
-
20
6
Поместить ковш в сильное магнитное поле
2
17
14
6
7
Обрабатывать шлак ультразвуком
1
18
11
9

 

Первая группа, состоящая из специалистов, придерживается традиционных вариантов и весьма единодушно отвергает «дикие» идеи. Неспециалисты значительно более терпимы к таким вариантам. Можно было бы просто констатировать, что специалисты, лучше знающие реальные условия доменного производства, действуют увереннее, решительно отклоняя явно неподходящие варианты. Однако приходится учитывать чрезвычайно важный факт: обе группы отвергли наиболее «дикий» вариант 5, который в принципе совпадает с правильным решением…

 

Решение задачи «Использование чугунного шлака»

Эта изобретательская задача ярко демонстрирует один из законов развития технических систем – увеличения степени её идеальности. Опираясь на этот закон можно к любой задаче сформулировать идеальный вариант решения. Который, конечно, не всегда оказывается полностью реализуемым. Однако знание идеального варианта помогает направлять мыслительную деятельность и делает процесс изобретения более эффективным.

Возвращаясь к задаче… Литейные ковши уже сами по себе произведение инженерной мысли и, насколько мне удалось видеть их чертежи, они предусматривают теплоизоляцию. Таким образом, основные теплопотери происходят на поверхности жидкого шлака, в месте контакта его с холодным воздухом цеха.

Тогда решением задачи может стать теплоизолирующая крышка. Идеальным решением – крышка, которой нет, а её функции выполняются. Другими словами, идеальная крышка должна быть сделана из уже имеющихся и потому бесплатных материалов: жидкого шлака и воздуха. Простейшее сочетание шлака и воздуха – пена.

Чтобы вспенить шлак, достаточно при заполнении ковша шлаком подать немного воды. Вода испаряется и на поверхности образуется крышка из шлаковой пены, обладающая высокими теплоизолирующими свойствами. Парадоксальный ход: горячий шлак и холодный воздух сами предотвращают свое вредное взаимодействие!

Но и это ещё не всё: при наклоне ковша жидкий шлак расплавляет «крышку». Что делает ненужным использование дополнительного копрового устройства и уменьшает время нахождения шлака в ковше.

 

Задача впервые решена М. И. Шараповым (а. с. 400621), сознательно использовавшим законы увеличения степени идеальности системы. Изобретение – в силу исключительной простоты без затруднений внедрили сначала на Магнитогорском металлургическом комбинате, а затем и на многих других предприятиях.

Другие нестандартные задачи

This entry was posted in Задачи.

7 комментариев: Задача №10. Использование чугунного шлака

  1. Over говорит:

    Перемешивать. Поскольку ковши двигаются по рельсам, несложно часть энергии движения отвести на «мешалку», например, сделать на рельсах «ухабы», которые будут нарушать центры кристаллизации.

    • Артём Лесман говорит:

      Интересное решение. Весьма в духе ТРИЗ.

      Однако есть решение ещё более красивое.

  2. Константин говорит:

    Варианты 1,2,4,6,7 в топку, лишние затраты времени и средств. Зачем краска вообще не понимаю.
    А вот вариант с льдом и водой годный. Не меняет состав, не требует особых затрат.

    • Артём Лесман говорит:

      Интересное предложение. А как вы планируете использовать воду и лёд?

      • Константин говорит:

        Не знаю как на практике, никогда не имел дело со сталилитейной отраслью, руководствуюсь только знаниями по физике получеными в школе и разного рода видео с ютюба.
        Как мне кажется (сугубо в теории) если предварительно перед заливом шлака в ковш добавить лед или воду, то при смешании шлака со льдом или же водой начнется испарение, что в свою очередь должно привести к вспениванию. это должно удерживать температуру какое то время. +такой метод не будет изменять состав шлака и не понадобится ни каких дополнительных конструкций при сливе. имхо.

        • Артём Лесман говорит:

          Интересный и оригинальный вариант! Очень близок к тому, что описал Альтшуллер.

          Постараюсь завтра или послезавтра написать его вариант решения этой изобретательской задачи.

        • Артём Лесман говорит:

          Написал ответ к задаче.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>