Непрерывная разливка сортовой заготовки
  Раздел 8.2

Технические решения для обеспечения эффективной работы металлургических микро-заводов

Концепция создания компактных металлургических производств по переработке лома черных металлов с получением непрерывнолитой заготовки и изготовлением мелкосортного проката получает все большее распространение в мире последние два десятилетия. Как правило, производительность таких микро-заводов колеблется в пределах 30-160 тыс.т продукции в год. В тоже время реальные объемы производства на определенных временных отрезках могут быть и меньше номинальных, что определяется текущей конъюнктурой рынка. В качестве основных технологических линий на таких предприятиях используются: индукционный или электродуговой плавильный комплекс – сортовая машина непрерывного (или полунепрерывного) литья заготовки – линия сортового прокатного стана [16, 29].

Экономическая привлекательность таких производств обусловлена малыми капитальными затратами на строительство цехов и основное оборудование, технологической гибкостью, возможностью размещения предприятий вблизи мест скопления металлолома и грузовых артерий для снижения издержек на транспортировку сырья и готовой продукции, малые потребности в площадях, лимитах электрической мощности и других энергоносителей и пр. [36, 37].

В целом микро-заводы решают проблемы рационального снабжения металлопродукцией так называемых «неметаллургических» регионов, используя региональный ресурс металлолома. Кроме того, такие комплексы имеют возможность концентрировать внимание на нуждах определенного сегмента или конкурентной группы покупателей (без стремления охватить весь рынок) с целью удовлетворения потребностей выбранного целевого сегмента определенной металлопродукцией эффективнее, чем конкуренты. Конечно, для того, чтобы стать лидером в своей области, завод должен иметь высокоспециализированное производство и качественный маркетинг.

Предпочтительным направлением деятельности металлургического микро-завода является:

  • выпуск мелкосортного проката (круга, квадрата, шестигранника с характерным размером до 30-40 мм);
  • деталепрокатное производство (выпуск шаров, заготовок осей, валов, звёздочек, зубчатых колёс и т. п.);
  • производство расходуемых электродов печей электрошлакового и вакуумно-дугового переплава;
  • производство товарной непрерывнолитой сортовой заготовки для поковок и т.п.

Как правило, металлургические микро-заводы рекомендуются к применению:

  • на машиностроительных предприятиях, имеющих металлургическое производство для выпуска продукции небольших профилеразмеров;
  • на небольших металлургических предприятиях при необходимости организации производства небольших партий мелкосортного проката в короткие сроки;
  • при перепрофилировании или реконструкции машиностроительных предприятий;
  • при ликвидации или реконструкции крупных металлоёмких сооружений, для переработки металлолома непосредственно на месте производства работ.

В настоящее время сформировались две основные стратегии функционирования микро-заводов:

  • предприятие, ориентированное на производство продукции, которая предназначена для получения изделий рядового назначения (например, арматура для строительства);
  • предприятие, ориентированное на производство специальных сталей или видов металлопродукции, занимающее узкий сегмент рынка.

Основной составляющей стратегии микро-завода является минимизация издержек производства и реализации своей продукции. Это подразумевает также тщательный контроль за постоянными расходами, инвестиции в производство, тщательную проработку новой продукции, пониженные сбытовые и рекламные издержки [38-40].

Для микро-заводов, ориентированных на выпуск специальных сталей характерны относительно высокие затраты на обеспечение качества продукции (вакуумирование, разливка закрытой струей), узкая специализация и небольшой объем производимой продукции [43, 539, 540].

К основным преимуществам микро-заводов следует отнести следующие элементы:

  • небольшая мощность завода и малый единичный объем плавильных агрегатов, что позволяет производить продукцию мелкими партиями;
  • небольшие площади, требуемые для размещения оборудования (5-7 га), величина которых примерно в 8-15 раз ниже, чем для традиционных металлургических комбинатов; наибольший эффект от строительства может быть достигнут при размещении оборудования на существующих площадях, недостроенных или высвобождающихся в результате перепрофилирования производства [44];
  • сравнительно низкая стоимость строительства мини-завода;
  • пониженная энергоемкость производства, выгодно отличающаяся от высокой суммарной энергоёмкости оборудования крупных металлургических комбинатов [45];
  • относительно небольшая продолжительность проектирования и строительства микро-завода позволяют ориентировать капитальные вложения на минимальный срок окупаемости [46];
  • высокие потенциальные возможности в части реконструкции традиционных электросталеплавильных цехов в рамках реализации концепции компактного микро-завода;
  • существенное снижение трудозатрат по сравнению с заводами полного цикла: при производстве сортового проката затраты снижаются в 2,5-3 раза, а при производстве листового проката в 5-6 раз [47].
  • исключение перевозок сырья на большие расстояния за счет использования металлолома данного экономического региона, потребление значительной части проката (или заготовки) непосредственно в районе его производства позволяет существенно снизить долю транспортных расходов в структуре себестоимости продукции [48];
  • на микро-заводах наблюдается наиболее высокая отдача от внедрения комплексных автоматизированных систем управления технологическим процессом, что обеспечивает повышение производительности труда и улучшение качества продукции [49];
  • загрязнение воздушной среды при использовании микро-заводов снижается на 86%, а водной на 76% в сравнении с заводами полного цикла [50].

Наряду с широким спектром преимуществ, организация производства в условиях микро-заводов обладает и определенными недостатками, к которым относятся:

  • при использовании плавильных агрегатов малой емкости (до 10 т) проблематичным является использование традиционных агрегатов для внепечной обработки стали, а для сталеразливочных ковшей 15-30 т наблюдается повышенный износ футеровки вследствие воздействия на нее дуг электродов при обработке на УКП;
  • повышенная стоимость продувки металла в ковше, что вызвано высокой удельной долей огнеупоров (продувочного узла) в себестоимости стали [52, 541, 542];
  • низкая скорость разливки и малое количество ручьев (1-2) на МНЛЗ, что затрудняет разливку стали длинными сериями и приводит к снижению выхода годной заготовки. Кроме того, в этом случае значительно изменяются условия пребывания металла в промковше за счет значительного уменьшения его объема, что требует оригинальных подходов к его конструированию [55, 56].

Обобщая возможные варианты построения технологического цикла работы металлургического микро-завода, следует выделить четыре основных этапа:

  • подготовка стального лома и его передача на плавильный участок с применением режущего, сортировочного и подъемно-транспортного оборудования, машин и механизмов шихтового двора;
  • получение качественного расплава стали в электропечах (традиционными для таких производств являются многопостовые индукционные плавильные комплексы и электродуговые печи переменного тока);
  • производство непрерывнолитой заготовки квадратного либо круглого сечения, со стороной либо диаметром от 80 до 150 мм в машинах непрерывного литья заготовки радиального либо горизонтального типа;
  • прокатка непрерывнолитой заготовки на технологической линии прокатного стана с получением товарной продукции для отправки потребителю.

На рисунке 8.4 в качестве примера представлен план компоновки цеха для производства непрерывнолитой заготовки объемом 50 тыс. т/год [543]. В составе плавильного участка цеха применены два двухпостовых индукционных плавильных комплекса с емкостью плавильного узла 5 т и мощностью преобразователя 3000 кВт с частотой 400 Гц. Электропечи работают по схеме: два плавильных узла в работе – два на техническом обслуживании. Производительность такого комплекса составляет 5,5 т/ч.

Радиальная двухручьевая МНЛЗ с радиусом 5250 мм для литья квадратной заготовки сечением 100х100 мм, 120х120 мм, 150х150 мм. МНЛЗ оснащена гильзовыми кристаллизаторами, жесткой затравкой, пятивалковой тянуще-правильной машиной с гидравлическим механизмом прижима приводного валка, системой форсунок зоны вторичного охлаждения и гидравлическими качающимися ножницами. Объем промковша составляет 0,2 м3 с габаритами кожуха 1000х1200х960 мм. Зона вторичного охлаждения оснащена системой регулирования давления и расхода охлаждающей воды для обеспечения равномерности охлаждения слитка. Скорость вытягивания заготовки регулируется от 1,8-3 м/мин. Для порезки заготовки использованы гидравлические качающиеся ножницы.

После порезки с помощью высокоскоростного рольганга заготовка передается на прокатную линию, либо при помощи подъемного оборудования переносится на платформу для охлаждения заготовки. Для работы МНЛЗ требуется электрическая мощность до 120 кВт, а объем воды (оборотно циркулирующей) составляет не более 150 м3/ч.

План цеха производства непрерывнолитой заготовки объемом 50 тыс. т/год

Рисунок 8.4 – План цеха производства непрерывнолитой заготовки объемом 50 тыс. т/год

МНЛЗ может функционировать в непрерывной технологической цепочке с высокоскоростной линией сортового прокатного стана. В этом случае заготовка с температурой около 800-850 oС с высокоскоростного рольганга передается в индукционный подогреватель линии прокатного стана, где нагревается до ~1200oС и передается на линию прокатки. При разделении технологических операций непрерывного литья и проката может использоваться нагревательная печь.

Линия прокатки комплектуется исходя из существующих цеховых условий. Например, с линейно-шеренговым расположением клетей черновой и непрерывной промежуточной группы в комбинации с последовательной чистовой группой клетей и всей необходимой периферией (качающиеся столы, проводки, рольганги, холодильники, оборудование резки, контроля и пр.). В обжимных группах может быть применена реверсивная двухвалковая схема. При необходимости производства катанки линии комплектуются дополнительным клетьевым блоком, виткообразователем и пр. В зависимости от условий производства линии могут иметь различный уровень автоматизации управления и контроля технологического процесса.

В силу модульности построения как технологического процесса, так и оборудования, для него предназначенного, можно, например, предложить поэтапную схему создания микро-завода для производства мелкосортной продукции (рисунок 8.5).

На первом этапе целесообразно запустить плавильный агрегат – дуговую сталеплавильную печь (ДСП) емкостью 1,5-3 т. Такая печь позволяет производить 8-10 плавок в сутки, перерабатывая металлолом с выходом жидкой стали требуемых марок на уровне 12-30 т. Эту сталь можно разливать в литейные формы, получая отливки и заготовки для нужд машиностроения, ЖКХ и т.д. Далее можно ввести в технологическую цепочку агрегат «ковш-печь» (АКП), что позволит довести количество плавок до 22 и обеспечит выход жидкого металла 33-66 т/сут. На следующем этапе предпочтительным представляется сооружение МНЛЗ, что позволит получать коммерческие заготовки. Завершающей стадией формирования современного микро-предприятия может быть приобретение мини-прокатного стана для прокатки продукции, пользующейся устойчивым спросом на рынке металлоизделий.

Современное оборудование металлургических микро-модулей

Рисунок 8.5 – Современное оборудование металлургических микро-модулей

Между тем при организации микро-заводов не всегда ставится задача обязательного выпуска проката, если только не планируется потребление выпускаемой продукции непосредственно в районе её производства и при полном отсутствии производителей проката в регионе.

В связи со спецификой задач, которые решаются при применении микро-модулей в составе сталеплавильного участка может предусматриваться участок индукционных плавильных печей (ИПП), которые, как правило, применяются в основном литейном производстве.

Индукционный переплав оказывается предпочтительным в том случае, если в качестве шихты предполагается использовать возвратный лом с определённым химическим составом. Индукционный нагрев и конструктивные особенности тигельных печей позволяют выплавлять в них стали и сплавы, производство которых другими более дешевыми способами затруднено. В частности, по сравнению с дуговыми печами можно назвать следующие основные преимущества индукционных тигельных печей:

  • передача энергии с помощью электромагнитного поля исключает загрязнение металла материалом электродов;
  • отсутствие концентрированного источника тепла над металлом обеспечивает малую скорость поглощения металлом азота и водорода из атмосферы, а также незначительный угар легирующих элементов;
  • естественное перемешивание жидкого металла под действием электромагнитных сил способствует выравниванию температуры и химического состава металла и ускоряет протекание металлургических процессов;
  • процесс легко поддается регулированию температурного режима;
  • высокая производительность индукционных печей позволяет выдавать плавки через короткое время сравнительно небольшими порциями;
  • при работе индукционных печей значительно ниже уровень шума, меньше выделяется дыма, меньше тепловое излучение;
  • энергозатраты при индукционной плавке меньше, чем на дуговых печах, а выход годного составляет около 99% против 95% в ДСП, причем эксплуатационные затраты оказывается меньше на 10-40%, а загрязнение воздуха снижается в 5 раз.

Однако, помимо высокой стоимости электрооборудования, индукционным печам, как и другим сталеплавильным агрегатам, свойственны недостатки, которые заключаются в следующем:

  • нагрев шлака в них происходит, главным образом, за счет тепла, выделяющегося в металле; поэтому температура шлака в индукционных печах ниже и холодные вязкие шлаки затрудняют удаление из металла фосфора и серы;
  • рассеивание магнитного потока в зазоре между индуктором и металлом вынуждает уменьшать толщину футеровки тигля, что в совокупности с трудностью ремонта вертикальных стенок тигля служит причиной низкой стойкости футеровки.

В силу указанных причин на традиционных металлургических заводах индукционные печи находят ограниченное применение для производства особо низкоуглеродистых сталей и сплавов. В последнее время их все шире используют для плавления металла в вакууме или в атмосфере инертных газов.

Основные агрегаты, используемые для производства стали, а также вспомогательное оборудование электросталеплавильных цехов, предназначенное для обслуживания этих агрегатов, выбирают в зависимости от заданного объема производства и сортамента сталей, а также от заданного вида продукции электросталеплавильного цеха. В общем случае состав технологического оборудования микро-металлургического модуля будет подобен «традиционному» мини-заводу. В то же время, в каждом конкретном случае технологическая схема производства и технические характеристики оборудования будут соответствовать сортаменту конечной продукции и программе выпуска.

  Раздел 8.2
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ