06.02.2015

О необходимости использования инновационных моделей развития как горно-металлургического комплекса Украины в целом, так и отдельных его переделов писалось неоднократно. Сталеплавильное производство Украины открывает в этом отношении громадные возможности. Об этом свидетельствует то, что около 40% стали выплавляется в мартеновских печах и лишь около 10% в электропечах (остальные - в конверторах); доля стали, разлитой на МНЛЗ, перешагнула рубеж 50% и то только в последние два года; недостаточно развита внепечная обработка стали. Причем объемы выплавки мартеновской стали в первые годы XXI века несколько возросли после спада металлургического производства в 90-х года прошлого века. Причиной этого стало то, что мировая конъюнктура цен на металлопродукцию создала благоприятные условия для эксплуатации имевшихся в наличии незагруженных мартеновских печей на отечественных предприятиях.
Такие подходы к применению мартеновского производства стали находятся в полном противоречии с мировыми тенденциями. От него отказались практически все развитые металлургические страны. Примерно такое же, как в Украине, производство стали в мартеновских печах сохранилось только в России. Более того, в работе отмечается, что мартеновское производство стали (и особенно скрап-процесс) по-прежнему остается достаточно конкурентоспособным по сравнению с другими процессами по энергоемкости, себестоимости и сортаменту. Оно еще не исчерпало свои возможности по улучшению технико-экономических показателей и качеству стали.
Устойчивость мартеновского процесса определяется не только необходимостью крупных капиталовложений на модернизацию самого сталеплавильного производства и на создание внешней инфраструктуры (добыча и транспорт топлива, генерирующие мощности, электрические сети и прочее), но и главным образом более низкой себестоимостью мартеновской стали по сравнению со сталью, выплавленной в конвертерах или электродуговых печах. Это объясняется тем, что в структуре себестоимости стали затраты на оплату труда значительно ниже, чем затраты на энергию.
Наиболее объективная оценка энергопотребления путем расчета сквозных энергетических затрат на конечную продукцию по всей технологической цепи взаимосвязанных производств - технологическое топливное число - была развита в 80-х годах прошлого века, а позднее дополнена представлением об энергетическом эквиваленте трудовых затрат.
В табл. 34 приводится сравнительные значения энергоемкости основных сталеплавильных процессов, полученные путем расчета сквозных затрат энергии.
По расходам энергетических затрат наиболее эффективным является скрап-процесс в мартеновской печи, при этом применение ковшовой металлургии при правильно построенной технологии может уменьшить расходы энергии примерно в полтора раза и увеличить производительность печи на 12-20%. На дуговой электросталеплавильной печи, стоящей на втором месте по энергетическим затратам, при использовании установки «ковш-печь» они несколько возрастают, зато производительность может быть увеличена почти в два раза. В конвертерном и мартеновском скрап-рудном процессе энергетические затраты также несколько возрастают, а производительность увеличивается незначительно.
Применение ковшовой технологии коренным образом улучшает качество слитка или заготовки, позволяет в любом массовом процессе производства получать любые марки стали и приводит в большинстве случаев к экономии дефицитных и энергоемких ферросплавов. В то же время ковшовая металлургия при всех технологических, а в вышеуказанных случаях и экономических выгодах не упрощает, а серьезно усложняет имеющиеся производственные процессы и требует тщательного улучшения организации и технической культуры производства.
Производство стали

В работе предложена тактика замены мартеновского процесса конвертерным или электросталеплавильным, включающая в себя следующие этапы:
- повышение эффективности работы мартеновского производства в переходный период;
- первоначальное создание инфраструктуры двойного назначения: с одной стороны, помогающей повышению эффективности мартеновского процесса, а с другой - предназначенной для дальнейшего использования в последующем высокопроизводительном сталеплавильном процессе (шихтопереработка, шихтоподача, сооружение кислородной станции, агрегата «ковш-печь», установки непрерывной разливки стали, создание резерва прокатных мощностей и проч.);
- накопление необходимых средств за счет увеличения прибыли от мартеновского производства и использования всех его резервов;
- при создании благоприятных рыночных условий быстро перейти на более высокопроизводительные процессы.
Повышение эффективности работы мартеновского производства и улучшение качества металла в переходной период возможно за счет совершенствования организации производства, конструкции печей и топливосжигающих устройств, теплоэнергетической части газоотводящего тракта и технологии, применения кислорода (для интенсификации горения топлива) и установок «ковш-печь», разливки стали на МНЛЗ.
И все-таки автор работы рассматривает сохранение мартеновского производства стали как временный фактор, обеспечивающий «мягкий» переход на современные способы производства стали.
Удачным примером в Украине является реструктуризация ОАО «Днепровский металлургический комбинат им.Дзержинского» (ДМКД), приходящаяся уже на период новейшей истории Украины. Мартеновский цех этого предприятия (в составе 4 печей садкой 250 т и 6 печей садкой 500 т каждая) с годовыми объемами производства около 3,3 млн.т стали был полностью остановлен в 1999 г. Тогда же выплавку стали на комбинате перенесли в конвертерный цех, оснащенный двумя 250-тонными конвертерами и двумя шестиручьевыми блюмовыми МНЛЗ. Программа развития конвертерного цеха еще не завершена и предполагает запуск в эксплуатацию установки «ковш-печь», вакууматора, строительство новых сортовых МНЛЗ и реконструкцию устаревших блюмовых машин.
Определенные сдвиги сделаны на ОАО «Алчевский металлургический комбинат», на котором, кстати, можно купить сталь 4х5мфс в любых количествах. На комбинате введен в эксплуатацию кислородно-конвертерный цех с двумя 300-тонными конвертерами, два агрегата «ковш-печь» и две двухручьевых МНЛЗ. Годовая производительность цеха 6 млн.т стали. Пока сохраняются два двухванных сталеплавильных агрегата. Опыт реструктуризации сталеплавильного передела ОАО «Алчевский металлургический комбинат» лишний раз подтверждает целесообразность полной замены мартеновского цеха на конвертерный.
На первый взгляд, именно создание эквивалентного по объемам производства конвертерного цеха с двумя или тремя плавильными агрегатами вполне может выступить в качестве альтернативы мартеновским печам. Это позволит использовать существующий на заводе промышленный ресурс по производству жидкого чугуна и обеспечить заготовкой имеющиеся прокатные цехи. Однако мартеновские печи работают, как правило, на металлической шихте, состоящей из примерно 50% жидкого чугуна и 50% металлического скрапа. Соответственно, при создании конвертерного цеха эквивалентной мощности возникает значительный дефицит жидкого чугуна (поскольку в шихте для конвертера его доля оставляет 85-90%), который невозможно покрыть без существенного наращивания объемов производства в доменном цехе и повышения уровня потребления топливно-энергетических ресурсов. Это противоречие фактически удорожает саму реконструкцию металлургического завода и существенно ограничивает возможности проектов по замене мартенов в режиме «без остановки производства».
Можно и не согласиться с авторами статьи. Дело в том, что большинство мартеновских печей работают с разливкой стали в слитки, а при одновременной установке конверторов и МНЛЗ потери металла в обрезь существенно сократятся и конвертерный цех может иметь меньшую мощность, чем мартеновский, без снижения производства по готовому прокату.
Имеется три основных фактора, которые однозначно диктуют замену мартеновских печей более современными агрегатами:
- мартеновские печи плохо «стыкуются» с МНЛЗ по циклам работы из-за нестабильного времени выплавки стали;
- снижение конкурентоспособности продукции, полученной из мартеновской стали на фоне повышения требований к ее качеству;
- при выплавке стали в мартеновских печах широко используют природный газ, а цены на него постоянно повышаются.
Ученые Украины, и в частности ученые ДонНТУ, не раз озвучивали на конференциях и публиковали статьи об угрозе интересам черной металлургии Украины крайне медленной реализации инновационных технологий в сталеплавильном производстве.
В газете «Коммерсант», вышедшей в сентябре 2008 г., сообщалось о том, что экспорт металлургической продукции достиг 79%, и эта новость для Украины хорошая. Нет, это плохая новость! Это стало понятно уже в сентябре и октябре 2008 г. Мировой финансовый кризис и резкое увеличение экспорта аналогичной продукции из Китая создали в металлургии Украины катастрофическую ситуацию. При наличии емкого внутреннего рынка и современных технологий в металлургии, что создало бы условия для существенного снижения себестоимости продукции, ситуация была бы другой.
Говоря о сталеплавильном производстве Украины и выборе рациональных путей его развития, можно воспользоваться материалами «Предложения по выбору направления реконструкции сталеплавильного производства ОАО ДМЗ», разработанного учеными ДонНТУ под руководством автора монографии в 2004 г.
На основе анализа мировой структуры сталеплавильного производства, тенденций его развития и конкретных условий ОАО ДМЗ рассмотрены три пути инновационного развития завода.
Кислородно-конвертерное производство стали. Оно имеет три основные разновидности:
- продувка металла в конвертере газообразным кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму - LD-процесс;
- продувка металла через фурмы в днище конвертера - ОВМ-, QBOP-процессы;
- комбинированная продувка металла сверху и снизу через днище.
Основные достоинства и недостатки реализации перечисленных классов кислородных конвертеров в условиях ОАО ДМЗ.
Верхняя продувка металла
Достоинства: высокая производительность; универсальность (может перерабатывать чугуны разного химического состава); качество металла не уступает металлу, полученному в мартеновских печах; возможность согласования цикла выплавки с циклами работы установки внепечной обработки стали и МНЛЗ; хорошо разработана в Украине и на предприятиях СНГ; есть база для профессиональной подготовки специалистов.
Недостатки: повышенный угар металла и, как следствие, повышенный вынос пыли (160-400 г/м3); потери металла с выбросами из конвертера -1% от массы плавки; для установки на старой площадке необходима реконструкция части здания мартеновского цеха, в котором будет размещено конвертерное отделение; необходимо строительство вспомогательных отделений (мощной кислородной станции, мощной системы газоочистки, системы утилизации выносимой пыли -1,3% от массы плавки); необходимость решения вопроса избытка жидкого чугуна на предприятии - при установке одного агрегата, обеспечивающего выход жидкого металла в пределах 125-145 т, достигается требуемая годовая производительность в 1,5 млн.т, однако фонд фактического времени работы при этом составит 287-399 суток; необходимость решения вопроса утилизации шлака, так как существующая инфраструктура скорее всего не позволит пропустить образующееся количество шлака (-15% от массы плавки) для отправки его на полигон для захоронения.
Донная продувка металла
Предварительный расчет производительности конвертера с донной продувкой показывает, что для обеспечения заданного объема годового производства в 1,5 млн.т стали достаточно одного агрегата номинальной емкостью 150 т.
Достоинства (дополнительно к достоинствам конвертеров с верхней продувкой): низкая высота агрегата в целом, позволяющая вписать его в существующее здание мартеновского цеха; сниженные окисленность шлака, угара металла и образования пыли (вынос пыли в 6-13 раз меньше, чем при верхней продувке), резкое сокращение выбросов металла обеспечивают увеличение выхода годного по сравнению с конвертером с верхней продувкой на 0,7-1,5% и сокращение расхода раскислителей; увеличенные по отношению к конвертеру с верхней продувкой возможности по десульфурации и дефосфорации металла; состав металла после продувки отличается пониженным содержанием серы, фосфора, азота и углерода с повышенным остаточным содержанием марганца по сравнению с конвертером с верхней продувкой; большой опыт металлургических заводов США по реконструкции мартеновских цехов в 70-е годы XX века и стран Европы по реконструкции томасовских цехов на производство стали в кислородных конвертерах с донной продувкой.
Недостатки: на пространстве СНГ данная технология не разработана, поэтому ее необходимо покупать за рубежом и там же проводить обучение специалистов; низкая стойкость днища конвертера - в среднем 200-800 плавок (есть сведения о достигнутой стойкости 2000 плавок), что обусловливает дополнительное снижение фонда рабочего времени конвертера для смены днища по сравнению с агрегатами с верхней продувкой и повышенный расход огнеупоров; высокая запыленность отходящих газов (хотя и гораздо ниже, чем при верхней продувке) - 8-32 г/м3; дополнительный расход природного газа или жидкого топлива для защиты донных кислородных фурм; невозможность использования кусковой извести, а только порошкообразной, что обусловливает дополнительное строительство помольного отделения свежеобожженой извести и аспирационной установки для него недалеко от цеха; сложность оборудования для вдувания порошкообразной извести в конвертер; трудность производства средне- и высокоуглеродистых сталей; снижение на 2-5% доли металлолома в шихте по сравнению с конвертером с верхней продувкой; необходимость решения вопроса избытка жидкого чугуна на предприятии, так как фонд фактического времени работы при этом составит около 280 суток; необходимость решения вопроса утилизации шлака, так как существующая инфраструктура скорее всего не позволит пропустить образующееся количество шлака (~11% от массы плавки) для отправки его на полигон для захоронения.
Комбинированная продувка металла
Комбинированная продувка сочетает в себе характеристики процессов с верхней и донной продувкой. На сегодняшний день существует большое разнообразие комбинированных способов продувки металла в конвертере, которое обусловлено как стремлением максимально усовершенствовать конвертерный процесс, так и стремлением обойти авторские права первооткрывателей.
В целом конвертеры с комбинированной продувкой отличаются стабильностью параметров. О распространении процессов с комбинированной продувкой свидетельствует число введенных в работу конвертеров для ее реализации (изобретение комбинированного процесса - начало 80-х годов XX века): 1983 г. - 63, 1988 г. - 140, 1990 г. - 228 конвертеров. В таких странах, как Австрия, Австралия, Бельгия, Италия, Канада, Люксембург, Португалия, Франция, Швеция, Южная Корея во всех или почти всех конвертерах используют комбинированную продувку. He пользуются популярностью процессы с чисто донным кислородным дутьем (Q-ВОР, ОВМ, LWS). В 1983 г. таких конвертеров в работе было 26, а в 1990 г. их осталось 18 (в основном это агрегаты, которые устанавливали при реконструкции мартеновских цехов непосредственно в старом здании).
Достоинства дополнительно к достоинствам конвертеров с верхней продувкой: повышенный выход годного, хотя и ниже, чем у конвертеров с донным кислородным дутьем; достижение более низких концентраций азота, водорода, чем в конвертере с верхним дутьем; возможность получения металла с низким содержанием углерода (0,02%) при невысокой окисленности металла; возможность выплавки легированных марок стали; гибкость ведения технологического процесса выплавки за счет широких пределов варьирования интенсивности продувки через донные устройства; пониженный расход раскислителей из-за достигаемой низкой окисленности металла и шлака; снижение вероятности выброса металла по сравнению с конвертером с верхней продувкой.
Недостатки: в Украине не разработана технология изготовления пористых огнеупорных блоков для осуществления донной продувки инертными газами в конвертере; необходимость решения вопроса избытка жидкого чугуна на предприятии, так как фонд фактического времени работы при этом составит 280-300 суток; необходимость решения вопроса утилизации шлака, так как существующая инфраструктура не позволит пропустить образующееся количество шлака (-12-15% от массы плавки) для отправки его на полигон для захоронения.
Анализируя современные тенденции в развитии кислородноконвертерного процесса, сортамент сталей, выпускаемый ОАО ДМЗ, его сырьевые возможности, при выборе для реализации конвертерного производства стали вместо мартеновского следует отдать предпочтение кислородноконвертерному производству стали с комбинированной продувкой кислородом, в котором кислород подается в агрегат через верхнюю водоохлаждаемую фурму, а через днище конвертера подается инертный газ (аргон или азот) для перемешивания расплава.
Во всех способах получения стали в конвертерах применяется высококачественная известь, получаемая во вращающихся печах или печах кипящего слоя. Расход извести 8-9% от массы металлической части шихты. Таким образом, либо годовая производительность собственного обжигового отделения должна составлять 133-150 тыс.т, либо поставка извести от стороннего производителя в количестве 83-100 тыс.т (при условии использования всей производимой сейчас извести для собственных нужд). При этом известково-обжиговое отделение должно быть оснащено вращающимися печами или печами кипящего слоя.
Для продувки металла применяется технически чистый кислород с чистотой не менее 99,5%. Давление кислорода в магистрали 12-15 атм. Расход кислорода на выплавку 1 тонны составляет 60 м , часовой расход кислорода составит около 13 тыс.м3. Таким образом, необходимо наличие кислородной станции, производящей в час 12,5-13,2 тыс.м3 кислорода с годовой производительностью не менее 90 млн.м3.
Для выплавки 1,5 млн.т стали в год необходимо иметь в составе цеха один конвертер емкостью 140-150 т или два конвертера номинальной емкостью 80 т.
Переход на производство стали кислородно-конвертерным способом потребует от предприятия увеличения потребляемой воды. Только для охлаждения фурмы в кислородном конвертере расход воды составляет 60 л/с или 220-260 м3/час. При длительности продувки 12 мин. для конвертера емкостью 100 т расход воды составит 0,5 м3/т стали. При заданном годовом объеме производства в 1,5 млн.т потребность в воде на охлаждение фурмы составит 750тыс.м3. Поэтому возникает необходимость создания оборотного цикла воды. Такими же оборотными циклами, скорее всего, необходимо будет оснастить сортовую МНЛЗ, газоочистку конвертера.
Все способы продувки требуют установки газоочистных сооружений. Учитывая высокие показатели запыленности отходящих из конвертера газов, производительность газоочистных сооружений для конвертера должна быть примерно в 5-6 раз выше, чем для сверхмощной дуговой печи. Расположение же предприятия в центре города диктует необходимость установки таких сооружений с запасом на будущее ужесточение норм по экологическому загрязнению. Уже сейчас необходимо закладывать в проектные показатели запыленность выбрасываемых в атмосферу газов не выше 10 мг/м3.
Перевод мартеновского передела на кислородно-конвертерный возможен без остановки производства стали. Необходимо будет решить следующие задачи:
- автоматизации конвертерного процесса, причем существующие наработки позволяют говорить о безоговорочном преимуществе разработок ДонНТУ, поскольку речь идет о действительном динамическом управлении конвертерной плавкой, с перспективой проведения процесса полностью в автоматическом режиме и без взятия промежуточной пробы металла из плавильного агрегата, что даст предприятию при годовом производстве в 1,5 млн.т дополнительный прирост в 150-180 тыс.т стали за счет сокращения цикла плавки;
- согласования работы основных агрегатов цеха в технологической цепи конвертер - установка «ковш-печь» - МНЛЗ, с учетом работы двух разных МНЛЗ;
- утилизации пыли, образующейся в результате очистки отходящих из конвертера газов;
- утилизации сталеплавильных шлаков (кислородно-конвертерных и рафинировочных с установки «ковш-печь» и МНЛЗ);
- выбора футеровки для конвертера.
Электросталеплавильное производство стали. В мировой практике при реконструкции мартеновского производства, как правило, производят замену мартеновских печей на одну или несколько дуговых, то есть один тип подового сталеплавильного агрегата заменяют другим подовым агрегатом, более производительным и эффективным. При этом удается в значительной степени сохранить структуру, материалопотоки и идеологию производственного процесса, ориентированного на использование значительной доли лома в шихте. Современные технологии выплавки стали в дуговых печах обеспечивают высокую производительность процесса и достаточную гибкость в выборе шихтовых материалов.
Применительно к условиям ОАО ДМЗ предложение по замене существующего мартеновского способа производства на электросталеплавильное может базироваться на следующих положениях:
- мировой опыт эксплуатации дуговых печей показывает, что для обеспечения годового производства стали в 1,5 млн.т можно использовать один агрегат;
- длительность цикла выплавки в дуговой печи наиболее близка к длительности цикла внепечной обработки для низколегированных сталей и циклу разливки на МНЛЗ, что положительно скажется при согласовании графиков работ основных агрегатов сталеплавильного цеха;
- предприятие уже имеет опыт работы с дуговыми печами;
- существующие электросталеплавильные технологии позволяют использовать в завалке дуговых печей жидкий чугун в широких пределах (от 0 до 70%), что позволит, при желании, либо сохранить соотношение лом-чугун на существующем в мартеновском цехе уровне, либо варьировать этим соотношением в зависимости от конъюнктуры рынка на металлический лом и чугун;
- предприятие имеет устойчивых поставщиков электроэнергии и линии высоковольтной электропередачи протянуты к новой площадке ОАО ДМЗ;
- в Донецке имеются квалифицированные кадры для работы на дуговых печах и существует система подготовки и переподготовки таких кадров.
Для реализации производственного процесса производства стали по рассматриваемой схеме с обеспечением необходимого уровня качества металла необходимо наличие следующего основного технологического оборудования: дуговая сталеплавильная печь; установка «ковш-печь»; вакууматор типа VD/VOD. Сталеплавильный цех ОАО ДМЗ располагает современной установкой «ковш-печь» и в процессе реконструкции потребуется приобретение ДСП и вакууматора.
Этот вариант реконструкции можно реализовать на старой площадке. При этом сталеплавильный агрегат монтировать на участке существующего мартеновского цеха в печном пролете от миксерного отделения до установки «ковш-печь». В этом случае сохраняется существующее производство и структура цеха.
Для обеспечения работы цеха, помимо комплекса технологического оборудования, необходимо строительство:
- электрической подстанции, прилегающей к старой площадке цеха или увеличение мощности электроподстанции «ДМЗ 220» и обеспечение питания по существующей схеме для установки «ковш-печь»;
- кислородной станции мощностью не менее 12 тыс.м3 в час (зависит от выбора варианта электродуговой печи);
- отделения подготовки сыпучих материалов;
- оборотного цикла водяного охлаждения для ДСП, новой МНЛЗ;
- газоочистных сооружений;
- комплекса переработки пыли.
При применении электросталеплавильного производства возможны к реализации два принципиальных варианта:
- сверхмощная дуговая электропечь с возможностью заливки жидкого чугуна как части металлозавалки;
- универсальная дуговая электропечь, аналогом которой является агрегат CONARC, сочетающая в своей конструкции и технологическом процессе элементы дуговой печи и кислородного конвертера.
Сверхмощная дуговая электропечь
Предварительная оценка возможности установки сверхмощной ДСП в здании мартеновского цеха при максимальном сохранении инфраструктуры цеха, с учетом мирового опыта применения жидкого чугуна в качестве компонента металлозавалки, показывает, что экономически выгодная максимальная доля жидкого чугуна в металлозавалке составляет 30% от массы завалки.
Для обеспечения планируемой производительности 1,5 млн.т стали возможны следующие варианты:
- строительство крупнотоннажной ДСП (с трансформатором мощностью 95-120 MBA) с подачей в завалку 30% жидкого чугуна, сохранении выхода жидкого металла из печи на уровне 160-165 т (для использования существующего парка сталеразливочных ковшей). Суточная производительность агрегата составит 4380 т (при фактическом времени работы 340 суток) при обязательном наличии подогрева металлического лома;
- строительство двух агрегатов либо сдвоенного агрегата (два корпуса, один трансформатор) пониженной номинальной емкости 100-120 т, что также ведет к увеличению затрат на закупку всего оборудования, а также приводит к необходимости рассмотрения вопроса о строительстве в цехе второй установки внепечного рафинирования стали типа «ковш- печь»;
- строительство шахтной дуговой печи - при номинальной емкости печи в 170 т часовая производительность агрегата при работе на металлоломе составляет 165 т/ч или -1,36 млн.т в год, а при работе с 30% жидкого чугуна в завалке часовая производительность составляет 202 т/ч или -1,7 млн.т в год, при этом должны выполняться ряд более жестких требований к используемому лому. Вторым важным отличительным моментом является наличие шахты над печью, что обусловливает необходимость увеличения высоты печного пролета цеха (опыт эксплуатации подобного агрегата в условиях СНГ есть в ОАО «Северсталь»).
В любом из рассмотренных вариантов сохраняется ограничение на использование жидкого чугуна в завалке не более 30-35% для обеспечения экономической эффективности производства.
Универсальная дуговая печь
Фирма «SMS-Demag» разработала новую технологию выплавки стали в двухкорпусном агрегате CONARC (объединение двух понятий CONverter + electric ARC furnace), являющимся комбинацией дуговой печи и конвертера. Схема технологического процесса и расположения оборудования агрегата CONARC показана на рис. 155.
Разработка такого агрегата была обусловлена тем, что при содержании в шихте обычной дуговой печи доли жидкого чугуна более 50%, на стадии кислородного рафинирования (из-за относительно плоской поверхности металлической ванны и малой интенсивности массообмена) имеет место задержка кипения, что может привести к возникновению опасных выбросов жидкого металла.
По геометрическим параметрам камера агрегата CONARC сходна с конвертером: отношение глубины металлической ванны к ее диаметру такое же, как и у конвертера. Объем реакционного пространства над уровнем ванны увеличен. Камера оснащена сводовой кислородной фурмой и системой донной продувки. Благодаря этому в процессе кислородного рафинирования создаются условия, аналогичные условиям конвертерной плавки. Так как удельный расход кислородного дутья значительно ниже по сравнению с обычным конвертерным процессом, то опасность задержки кипения или сильного выброса жидкого металла (даже при содержании чугуна более 50%) сведена к минимуму. Агрегат CONARC имеет один трансформатор, один комплект электродов и одну кислородную фурму на два корпуса. Такой агрегат может работать на шихте, включающей в различном сочетании жидкий и твердый чугун, лом, металлизованные окатыши, горячебрикетированное железо. Процесс начинают с загрузки твердой металлошихты и заливки чугуна в один из корпусов печи. Шихту расплавляют в режиме трехфазной дуговой печи. По расплавлению шихты электроды поднимают и отводят на второй корпус. На первый корпус поворачивают кислородную фурму и начинают работу в режиме конвертера. Доля жидкого чугуна в завалке от 0 до 70%, остальное металлический лом или различные составы трех компонентов: горячебрикетированное железо - металлизованные окатыши - металлический лом. Качество выплавляемой стали - на уровне конвертерной, производительность печи при доле чугуна в шихте от 5 до 70% составляет от 125 до 230 т/ч. Агрегат CONARC действует на заводе «Салдана Стил».
Производство стали

Однако имеющаяся в открытых источниках информация о технологии и конструкции этого агрегата недостаточно полно освещена.
В целом же вариант с установкой универсальной дуговой печи предпочтительнее установки конвертера, помимо приведенных выше, по следующим причинам:
- установка универсальной ДСП позволит оперативно реагировать на изменения на рынке металлического лома и чугуна и уйти от зависимости как поставщиков металлолома с одной стороны, так и от поставщиков руды - с другой;
- установка универсальной ДСП по сравнению с установкой конвертера дороже за счет строительства электрической подстанции, ЛЭП, закупки печного трансформатора, но обходится значительно менее мощными системами газоочистки за счет более плавного режима продувки;
- существует потенциальная возможность создания универсальной дуговой печи и технологии для нее отечественными производителями, что позволит резко сократить затраты на проведение реконструкции.
ДонНТУ располагает разработками, позволяющими в режиме реального времени управлять производственным процессом в дуговой печи, осуществлять оперативный расчет шихтовки ДСП в зависимости от цен на исходные материалы и сложности заказа, исходя из условия минимальности затрат на производство. Реализация этих разработок позволит всегда иметь оптимальные затраты на производство жидкого металла, независимо от ситуации на рынке шихтовых материалов для сталеплавильного и доменного передела.
Мартеновское производство стали. Существуют два способа повышения производительности мартеновских печей: комбинированный ввод газообразного кислорода в мартеновскую печь и замена мартеновской печи двухванным сталеплавильным агрегатом.
Комбинированное использование кислорода предусматривает подачу кислорода в факел в периоды завалки и прогрева шихты и продувку жидкого металла кислородом в технологические периоды. Это позволяет в 1,5-2 раза увеличить производительность мартеновской печи и существенно снизить расход условного топлива. Высокая эффективность применения кислорода в мартеновской печи достигается при высокой скорости завалки шихтовых материалов и высокой (0,1 м3/т-мин и более) интенсивности продувки металла в периоды плавления и доводки. Высокая скорость завалки шихтовых материалов может быть достигнута при применении тяжеловесного лома и высокой производительности завалочных машин. Поэтому для всех печей цеха очень трудно проводить ускоренную завалку шихтовых материалов.
Мартеновская печь как металлургический агрегат не приспособлена для высокоинтенсивной продувки металла кислородом. Это обусловлено тем, что при продувке металла кислородом в мартеновской печи резко снижаются стойкость свода и насадки генераторов, высоко содержание пыли в отходящих газах, а также из-за преждевременного «старения печи» (что ухудшает ее тепловую работу). Эти причины привели к замене мартеновских печей двухванным сталеплавильным агрегатом.
Практика показала, что наиболее эффективным является двухванный агрегат, установленный на месте 500-600-тонных мартеновских печей, с емкостью каждой ванны 250-300 т. При этом продолжительность цикла между выпуском металла составляет 1,5-2 часа. Установка двухванного агрегата на месте 160-тонной мартеновской печи сильно осложнена как конструктивно, так и с точки зрения осуществления технологии. К этому следует добавить, что в сочетании с мартеновской печью должна работать и МНЛЗ. О сложности временного сочетания работы этих агрегатов нами было сказано ранее.
В результате обсуждения первых двух вариантов реконструкции существующего сталеплавильного цеха был принят вариант производства стали в электропечах. Начальный этап работы на ОАО ДМЗ уже происходит.
Столь подробный анализ возможности замены мартеновского производства стали на более современную технологию приведен в качестве примера, который может быть использован на других металлургических предприятиях Украины.
Далее нами приведено описание инновационных технических решений в электросталеплавильном производстве, уже достаточно широко реализованных за рубежом и которые могут быть применены в Украине.
Крайне быстро распространяется разработанный в конце 80-х годов прошлого века фирмой «Тенова Метал Макинг» (Италия) процесс «Consteel» [396-399]. По данным на начало 2008 г., в мире действовало 27 агрегатов с процессом «Consteel». Впервые такая установка введена в действие в США, а затем в Японии, Китае, Таиланде, Италии, Корее и ряде других стран. В 2009 г. запланировано введение такой установки на ОАО «Ашинский металлургический завод» (Россия).
Процесс «Consteel» предусматривает непрерывную загрузку скрапа в электропечь с помощью системы транспортеров (рис. 156), связывающих участок подготовки металлолома с печью. Скрап загружает на транспортер кранами шихтового двора. Прежде чем попасть в печь, скрап проходит через участок предварительного нагрева. Здесь он нагревается горячими газами, отходящими из электродуговой печи и подаваемыми противотоком к направлению движения транспортера. На участке предварительного нагрева моноокись углерода, содержащаяся в отходящих газах, окисляется до двуокиси углерода с помощью воздуха, инжектируемого в контролируемом количестве; тем самым повышается эффективность утилизации энергии в системе.
При работе с непрерывной загрузкой ванна металла в печи постоянно поддерживается в расплавленном состоянии, и скрап, попадающий в нее, при погружении расплавляется. Электрическая дуга взаимодействует с жидким металлом, а не с твердым скрапом. В этом случае дуга остается стабильной и не подверженной влиянию твердых масс, как при порционной загрузке шихты коробами (с предварительным нагревом или без него).
Производство стали

Две основные особенности отличают эту технологию от большинства других процессов, применяемых для расплавления скрапа в электродуговой печи: непрерывная загрузка и предварительный нагрев. Предварительный нагрев загружаемого металла позволяет снизить энергопотребление в электродуговой печи. Приняв температуру предварительного нагрева в пределах 400-600°С и общую эффективность плавления 70-80%, можно получить экономию энергии от 80 до 120 кВт-ч/т жидкой стали. Эти показатели были подтверждены опытом эксплуатации действующих установок «Consteel».
Непрерывная загрузка означает распределение подачи скрапа в печь на весь период включения нагрузки. При загрузке не используют коробы. Транспортер подает скрап с шихтового двора непосредственно в электродуговую печь. При этом крышка печи постоянно находится в закрытом положении, а удаление газов происходит без использования зонтов вторичной вытяжной системы.
Автоматизированная система управления работой электродуговой печи регулирует интенсивность подачи чугуна и скрапа, что позволяет поддерживать заданную температуру расплавленного металла, а также дозирует инжекцию кислорода и углерода для получения вспененного шлака.
Время работы печи под током составляет 90-95% от всего времени от выпуска до выпуска. Снижается содержание в стали азота и водорода, уменьшается количество выбрасываемой пыли примерно на 30-40% по сравнению с печами порционной загрузки, и выбросы CO2 - на 10-30%. Система «Consteel» обеспечивает работу с более низким уровнем шума (в среднем ниже 90 дБ). На 60-70% уменьшается воздействие на питающую электрическую сеть (фликкер-эффект). Предварительный подогрев металлошихты и непрерывная загрузка обеспечивают такие важные преимущества процесса как низкая стоимость производства, высокая производительность, гибкость технологии, снижение нагрузки на окружающую среду и повышение безопасности условий работы.
Для водоохлаждаемых стенок печи, крышки и сопел исключается проблема повреждений, связанных с электрической дугой или ударами крупнокусковым скрапом, сводится к минимуму риск попадания воды в печь. Все это обеспечивает более безопасную и комфортабельную обстановку на рабочем месте, чем обычно характерную для сталеплавильного производства.
Оригинальное техническое решение принято при реконструкции завода фирмы «Нилинд-Питсбург Стил» (США). Дуговую печь, работающую по технологии «Consteel», расположили в шихтовом пролете действующего кислородно-конвертерного цеха. Это позволило использовать краны для загрузки шихты, устройства для заливки чугуна и системы подачи флюсов в дуговую печь, а также после выплавки стали — оборудование ковшовой металлургии, МНЛЗ и стан горячей прокатки полос. В составе завода остались одна доменная печь и два конвертера. В зависимости от соотношения цен на лом и на чугун, используют доли одного или другого производств. Основное снижение производственных издержек при использовании чугуна в электропечи связано с экономией энергии и снижением расхода электродов.
Объем примененной дуговой печи 225 т, номинальная мощность трансформатора 140 MBA. Установлено, что использование в загрузке 40% жидкого чугуна позволяет увеличить производительность печи с 225 до 295 т/час при использовании 100% лома.
С целью использования тепла отходящих газов электроплавки фирмой «ФАИ-Фукс» разработана шахтная дуговая печь (рис. 157).
За счет применения шахты для подогрева лома используется тепло отходящих газов, и дуговая печь емкостью 120 т позволяет обеспечить годовое производство стали до 2 млн.т (продолжительность плавки 40 минут).
Производство стали

Подводя итог тому, какие способы производства стали следует использовать в Украине, можно дать такой ответ.
Мартеновское производство стали перспектив не имеет. Есть трудности в замене мартеновских печей конвертерами или дуговыми печами и требуется время для такой замены. В настоящее время маршрут «доменная печь - кислородный конвертер» является основным в мировой практике выплавки стали. На его долю приходится 70% выплавляемой стати в мире. О целесообразности маршрута «доменная печь (высокотехнологичный и высокопроизводительный агрегат) - кислородный конвертер» для металлургического завода большой мощности в условиях Германии пишет и автор работы.
При рассмотрении перспектив развития тех или иных способов выплавки стали в Украине необходимо учитывать сырьевую базу. Украина располагает большими собственными запасами железорудного сырья (рис. 158), которые обеспечат работу металлургических предприятий на 60 лет. При этом недалеко от границ Восточной Украины расположены в России крупнейшие месторождения руд Курской магнитной аномалии, которые при определенных условиях могут быть использованы и украинскими предприятиями. В этом случае именно конвертерный способ производства стали представляется наиболее приоритетным для металлургии Украины. Этот способ хорош еще и тем, что не требует применения природного газа или мазута.
Производство стали в дуговых печах безусловно предпочтительно на мини-металлургических заводах, предприятиях, специализирующихся на выплавке высоколегированных сталей. Массовое производство стали в дуговых печах требует либо соответствующего наличия высококачественного лома, либо дешевого природного газа для получения губчатого железа.
Производство стали

При реструктуризации сталеплавильного передела нельзя забывать, что металлургическая промышленность является совокупностью динамически взаимодействующих факторов, к числу которых следует отнести:
- расширение и повышение требований к технологическим и эксплуатационным свойствам стали как конструкционного материала;
- стремление уменьшить энерго- и ресурсопотребление на 1 т выпускаемой металлопродукции;
- повышение требований к экологической безопасности металлургических технологий и утилизации металлургических отходов;
- интенсивное внедрение в производство новых решений, базирующихся на последних достижениях научно-технического прогресса.
Для ГМК Украины путь инновационного развития следует рассматривать как наиболее эффективный с точки зрения поддержания его стабильного функционирования. Это обусловлено, прежде всего, тем фактором, что Украина продолжает оставаться одним из ведущих мировых нетго-экспортеров металлопродукции и в значительной мере зависит от конъюнктуры мирового рынка стали. При этом важнейшей составляющей стратегического развития черной металлургии является повышение конкурентоспособности металлургических предприятий на мировом рынке путем совершенствования основных технологических систем в соответствии с требованиями научно-технического прогресса.
В настоящее время решающим фактором для любого металлургического предприятия является сбалансированная система технологий по всем основным металлургическим переделам.
Технологическое построение сталеплавильного цеха, базирующееся на современной стратегии внепечной обработки и непрерывной разливки стали, обеспечивает значительный энерго- и ресурсосберегающий эффект в совокупности с минимальным воздействием на окружающую среду. По усредненным оценкам, комплексная технология внепечной обработки стали («ковш-печь») в совокупности с высокопроизводительными сортовыми МНЛЗ позволяет:
- повысить производительность плавильных агрегатов в среднем на 12-20%;
- уменьшить расход электроэнергии на 30-50 кВт*ч/т;
- сократить расход чугуна на 15-20 кг/т и огнеупоров на 25-30%.
При этом выход годной металлопродукции увеличивается в среднем на 17-20%.
Для любого металлургического предприятия существуют специфические особенности, которые необходимо рассматривать при создании бизнес-плана реконструкции. В их числе:
- наличие сталеплавильных агрегатов с большой единичной мощностью и определенной периодичностью выпуска стали;
- отсутствие в генеральном плане сталеплавильного цеха отделения для внепечной обработки и непрерывной разливки стали и участков по обеспечению их деятельности (на части заводов эти участки предусмотрены, но они, как правило, не соответствуют современным требованиям);
- наличие в сталеплавильном цехе большого количества морально и физически устаревшего оборудования, которое требует замены в процессе реконструкции;
- отсутствие возможности (в большинстве случаев) серьезного увеличения объемов производства в условиях повышения требований к обеспечению ритмичности подачи стали на МНЛЗ.
Важным условием является, как правило, поддержание требуемого объема производства стали непосредственно в ходе реконструкции, что значительно затрудняет условия процесса трансформации технологической схемы сталеплавильного цеха. При этом необходимо иметь в виду, что в ходе реконструкции создаются достаточно сложные (критические) условия для поддержания стабильности функционирования основного производства как технологической системы. И весьма важным при реконструкции сталеплавильного цеха является определение критических параметров возмущения, при которых нарушается устойчивость системы в целом (или система теряет равновесие).
Эффективная трансформация технологической системы в сталеплавильном производстве представляется достаточно сложной задачей, которая может быть решена только при условии совмещения действующих агрегатов и технологий с прогрессивными методами и технологиями внепечной доводки и непрерывной разливки стали. Такой подход требует оригинальных решений в части создания новых образцов оборудования и соответствующих технологий, что, по сути, и предполагает именно инновационный путь развития. В пользу инновационного подхода к развитию сталеплавильного комплекса свидетельствуют и основные мировые тенденции, суть которых сводится к повышению удельной производительности плавильных агрегатов и МНЛЗ в совокупности с обеспечением высокого уровня качества заготовки (рынок непрерывнолитой заготовки достаточно быстро расширяется, а требования к качеству постоянно растут).
Анализируя накопленный в мире опыт реконструкции сталеплавильных цехов, следует выделить едва ли не главную тенденцию, заключающуюся в повышенном внимании к эффективному совмещению процессов выплавки стали, характеризующихся обязательной дискретностью, с процессами ее непрерывной разливки (квазинепрерывный процесс). Как показывает практика, высокую гибкость и устойчивость системе производства и непрерывной разливки стали придает использование агрегатов для комплексной внепечной доводки стали в установках «ковш-печь», которые выполняют функции доводки стали по температуре и химическому составу, а также ее рафинирования. Наличие функции подогрева стали в ковше обеспечивает решение важнейшей организационной проблемы - подачи стали на МНЛЗ в заданное время с требуемыми кондициями, что существенно повышает устойчивость технологической системы производства и разливки стали в целом.
Сегодня производительность одного ручья блюмовой МНЛЗ должна составлять 220-250 тыс.т, а для одного ручья слябовой МНЛЗ - 1,5-1,7 млн.т заготовки в год. Такие показатели в 1,5-2,3 раза превосходят рабочие параметры тех МНЛЗ, которые было построены еще 15-18 лет назад. Соответственно, новые высокие требования к производительности МНЛЗ в целом вызывают дополнительные требования к функционированию всей технологической системы производства и разливки стали, что предполагает корректировку некоторых положений в базовых проектах агрегатов «ковш-печь» и МНЛЗ, а также расширение области применения АСУ и повышение роли сервисного обслуживания основных технологических агрегатов.
Именно при использовании высокопроизводительных МНЛЗ удается реализовать концепцию модульного построения сталеплавильных технологий, что предполагает наличие одного агрегата для выплавки стали, одного агрегата «ковш-печь» и одной МНЛЗ в единой технологической цепочке. Такое построение получило широкое распространение в современной концепции мини-металлургического завода со стратегией развития «минимизация издержек».
Высокую эффективность концепции современного мини-металлургического завода доказывают, например, показатели работы ЗАО «ММЗ «ИСТИЛ (Украина)» (г. Донецк), которое было создано на базе электросталеплавильного цеха ДМЗ). В результате комплексной реконструкции в рамках уже существующего с 1980 г. цеха и его инфраструктуры за последние годы были запущены в эксплуатацию высокоэффективные технологические агрегаты для выплавки (120-тонная ДСП), внепечной обработки (установка «ковш-печь» и агрегат вакуумирования в ковше) и непрерывной разливки стали (высокоскоростная шестиручьевая сортовая МНЛЗ).
Вторым удачным примером является реструктуризация ОАО ЕМЗ, которая осуществлена без остановки и сокращения объемов основного производства, что следует рассматривать как уникальное решение, не имеющее прямых аналогов в мировой металлургической практике. После выполнения соответствующих пусконаладочных работ и отработки системы промышленных технологий комплекс «ковш-печь» - МНЛЗ начал функционировать в штатном режиме (с июля 2003 г.).
С учетом того, что оборудование и соответствующие технологические решения выполнены ЗАО «Новокраматорский машиностроительный завод», следует признать, что в Украине созданы все необходимые предпосылки для перевооружения сталеплавильных цехов металлургических предприятий отечественным оборудованием и технологиями, соответствующими лучшим мировым образцам. Создание отечественной базы для производства современного оборудования для сталеплавильных цехов, которое конкурентоспособно с образцами лучших зарубежных фирм, представляется приоритетной задачей украинских машиностроителей.
Ведущие украинские металлургические холдинги, вкладывая огромные средства в модернизацию и реконструкцию принадлежащих им предприятий, при выборе исполнителя контракта на проведение строительных работ, поставку и монтаж технологического оборудования, как правило, отдают предпочтение известным иностранным фирмам. Зарубежные поставщики технологий и оборудования - фирмы «Сименс-VAI», «Даниэли» и «SMS-Демаг» ощутимо потеснили украинских производителей металлургического оборудования на рынках СНГ. Конкуренты сумели добиться существенного перевеса при участии в тендерах на модернизацию сталеплавильных заводов в странах СНГ по двум основным причинам.
Во-первых, имея богатейший практический опыт и являясь, по сути, законодателями в области проектирования и строительства высокоэффективных сталеплавильных комплексов, известные иностранные фирмы пользуются среди покупателей более высоким рейтингом по сумме таких показателей, как цена, качество и сроки ввода в эксплуатацию.
Во-вторых, благодаря финансовой поддержке крупных западноевропейских банков эти фирмы располагают широкими возможностями по предоставлению долгосрочных и выгодных кредитов на оплату дорогостоящих мероприятий по модернизации основных производственных фондов.
Единственным на сегодняшний день украинским производителем, способным на равных конкурировать с иностранными фирмами в области проектирования и изготовления дорогостоящего современного оборудования для внепечной обработки и непрерывной разливки стали, является ЗАО «Новокраматорский машиностроительный завод». Современные проекты по оборудованию, реализованные на НКМЗ, успешно функционируют в Украине, России и ряде других стран.
Существует еще одна причина, по которой украинские машиностроительные предприятия объективно не могут сократить отставание от зарубежных компаний в генерации новых технических идей и занимать конкурентную позицию при участии в конкурсах на получение заказов от потенциальных покупателей технологического оборудования.
Сопоставление структурной организации ведущих западноевропейских фирм и отечественных акционерных обществ, специализирующихся на выпуске аналогичного оборудования, показывает их различие, заключающееся в наличии на зарубежных фирмах подразделений, функциональным назначением которых является разработка новых перспективных технологических решений и предварительная оценка их эффективности в лабораторных условиях с использованием физических моделей с размерами, часто соответствующими реальному объекту, с помощью которого будет реализована новая технология. На создание материально-технической базы таких лабораторий и оплату труда их персонала, а также на привлечение ученых университетов зарубежные фирмы ежегодно затрачивают серьезные средства, которые возвращаются после продажи оборудования по подписанным контрактам.
Отсутствие подобных подразделений в структуре отечественных производственных объединений можно объяснить, с одной стороны, недооценкой их значимости для достигаемого конечного коммерческого успеха, а с другой -отсутствием в штате подразделений машиностроительных предприятий в нужном количестве персонала соответствующей научной квалификации.
Важной стратегической задачей для черной металлургии Украины является реструктуризация сталеплавильных цехов тех заводов, которые ориентированы на производство плоского проката. Сегодня уже достаточно очевидно, что для обеспечения конкурентоспособности украинской металлопродукции (слябы и плоский прокат) необходимо коренным образом изменить подход к концепции внепечной обработки и непрерывной разливки на слябовых МНЛЗ. Это, в первую очередь, относится к проблеме повышения качества металлопродукции, а также к освоению новых марок высокопрочных сталей типа Х70 или высокочистых сталей повышенной пластичности типа ULC или IF. В этом плане представляется целесообразным широкое применение внепечной обработки на установках «ковш-печь» и агрегатах вакуумирования стали в ковше типа VD/VOD. Одновременно для повышения качества сляба необходимо предусматривать определенную систему технических и технологических решений непосредственно в цикле разливки стали. Отметим, что МНЛЗ для получения «классического» сляба претерпевают в последнее время серьезные конструкционные изменения. Эти изменения заключаются в следующем:
- предпочтение отдается МНЛЗ с вертикальным кристаллизатором, что обеспечивает повышение качества заготовки при одновременном увеличении производительности в 1,4-1,5 раза;
- применяется криволинейная схема технологической линии МНЛЗ с многоточечным загибом и разгибом;
- предусматривается техническая возможность изменения ширины заготовки непосредственно в процессе литья;
- увеличивается емкость промежуточного ковша до 40-60 т и используется система перегородок для управления течением металла;
- обязательно используется непрерывный замер температуры металла в промежуточном ковше и в отдельных зонах движения заготовки;
- часть операций по доводке стали переносится в промежуточный ковш (продувка аргоном, обработка порошковой проволокой, подогрев металла и т.п.);
- наблюдается тенденция уменьшения шага поддерживающих роликов в ЗВО с обязательным предотвращением прогиба за счет применения системы многоопорных роликов;
- обязательно используется система автоматического контроля уровня металла в кристаллизаторе, а также система контроля положения жидкой лунки и динамического управления процессом затвердевания заготовки.
Обобщая опыт реструктуризации ряда сталеплавильных цехов в Украине, России, а также в странах Европы и Северной Америки, можно выделить следующие доминантные тенденции:
- повышение удельной производительности сталеплавильных агрегатов за счет применения комплекса технических решений, интенсифицирующих процесс выплавки стали при снижении энерго- и ресурсопотребления;
- повышение производительности МНЛЗ как за счет увеличения скорости вытяжки заготовки, так и за счет повышения серийности разливки без остановки МНЛЗ, что обусловливает необходимость разработки определенной совокупности новых технических решений в части расширения функциональных возможностей основных элементов МНЛЗ;
- широкое применение агрегатов «ковш-печь» с целью оптимизации совмещения работы технологического агрегата для выплавки стали с МНЛЗ при условии повышения удельной производительности и качества стали;
- интенсивное внедрение в производство новых методов литья стали, ориентированных на получение заготовки с размерами, близкими к конечным (например, заготовка для широкой горячекатаной полосы);
- расширение применения методов управления процессами формирования заготовки в ходе затвердевания (виброимпульсное и электромагнитное воздействие, «мягкое» обжатие и т.п.);
- широкое внедрение в производство систем автоматического управления процессами внепечной обработки и разливки стали, обеспечивающих оптимизацию технологических параметров непосредственно в ходе технологического процесса
Важный момент отмечен автором работы, касающийся тенденции использования так называемого «оборудования, бывшего в эксплуатации». Источником такого оборудования служат многочисленные выведенные из эксплуатации заводы в Западной Европе и США. Причиной остановки таких заводов является, как правило, моральное старение, а также низкая экономическая эффективность производства. Кроме того, этот процесс активизируется вследствие политики ряда промышленно развитых стран, которая направлена на ограничения в области производства металлопродукции низких кондиций.
Компании, торгующие оборудованием, которое уже было в эксплуатации, проявляют высокую активность на рынке Украины и России. Такое оборудование имеет возраст 12-15 лет или более.
Концепция применения оборудования, бывшего в эксплуатации, обладает рядом крайне негативных свойств, а именно:
- низкая технологичность оборудования, связанная с его моральным старением в ракурсе научно-технического прогресса;
- отсутствие полной информации об оборудовании и его реальном состоянии, что впоследствии требует дополнительных капитальных вложений на модернизацию оборудования;
- нанесение прямого морального и материального ущерба экспортному потенциалу страны вследствие использования устаревших технологий и оборудования;
- дискриминация отечественных производителей оборудования;
- низкая эффективность возврата вложенных средств (инвестиций) с учетом конечных результатов.
В работах описаны инновационные технологии и усовершенствования узлов МНЛЗ,
Так, в работе описаны технологии удаления серы с применением порошковой проволоки как для чугуна после его выпуска, стали перед разливкой ее на МНЛЗ, так и в промежуточном ковше МНЛЗ для модифицирования и микролегирования стали. В связи с этим изменены форма и размеры промежуточного ковша.
Для повышения качества стали за счет снижения осевой пористости и сегрегации примесей применяют электромагнитное торможение потоков жидкого металла в кристаллизаторе и мягкое обжатие заготовок в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ.
В работах рассмотрены основные виды дефектов непрерывнолитой заготовки, которые связаны с отклонениями от установленных параметров процесса и технологии и могут быть устранены при рациональной организации производства и разливки стали.
Основными источниками дополнительного загрязнения металла неметаллическими включениями служат вторичное окисление стали при ее движении от сталеразливочного ковша до кристаллизатора, а также огнеупорные и вспомогательные материалы, с которыми сталь вступает в контакт в процессе движения. Динамика формирования и движения неметаллических включений в стали от сталеразливочного ковша до кристаллизатора показана на рис. 159.
Существует проблема образования различных по структуре включений Al2O3 в сталях, раскисленных алюминием: от мелкодисперсных до конгломератов с другими включениями (например, сульфидами), что вызывает зарастание дозатора. Попадание конгломератов неметаллических включений в поверхностные слои сортовой заготовки ухудшает качество ее поверхности. Для повышения качества сортовой заготовки целесообразно применять схему подачи металла из промежуточного ковша в кристаллизатор с помощью системы стопор-моноблок - стакан-дозатор - погружной стакан с защитной трубой для струи из главного ковша, что снижает вторичное окисление стали, позволяет предотвратить быстрое зарастание дозатора и бурление металла в кристаллизаторе, в том числе при использовании шлаковых смесей.
Основной проблемой по-прежнему остается обеспечение качества осевой зоны заготовки, отличающейся значительной химической неоднородностью, пористостью и усадочной рыхлостью.
Конъюнктура рынка благоприятна для производителей сортовой заготовки малыми партиями, что делает перспективным установку сортовых МНЛЗ горизонтального типа в небольших сталеплавильных цехах с емкость плавильных агрегатов 10-20 т и менее на базе существующих металлургических и литейных цехов.
Производство стали

Перспективным путем является создание комбинированных машин в комплексе с универсальными агрегатами для внепечной обработки стали. В этом случае удается обеспечить высокое качество непрерывнолитой заготовки в сочетании с размерами, оптимальными с точки зрения получения конечной продукции. При создании новых МНЛЗ в их базовые технологические параметры закладывается возможность получения квадратных и прямоугольных заготовок размером 100-200 мм, может предусматриваться производство круглой заготовки.
Основными направлениями развития техники и технологии непрерывной разливки стали будут совершенствование процессов литья заготовок традиционных сечений (сляб, блюм) и создание новых МНЛЗ для получения сортовых заготовок квадратного и круглого сечений, тонких слябов, листа и фасонных профилей. Наблюдающееся в последнее время заметное увеличение удельной производительности сталеплавильных агрегатов будет способствовать развитию тенденции ускоренной модернизации существующих МНЛЗ с целью повышения их производительности при одновременном повышении качества заготовки. Это прежде всего относится к слябовым и сортовым МНЛЗ.
Одним из определяющих направлений в части развития концепции непрерывной разливки стали является также сокращение объемов инвестиций и срока их окупаемости как при строительстве новых цехов, так и при реконструкции существующих. При этом особое внимание уделяется уменьшению затрат на производство металлопродукции, в том числе за счет оптимизации сечения исходной непрерывнолитой заготовки при использовании в производстве многопрофильных МНЛЗ.
Дальнейшее развитие технологий и конструкций машин для непрерывной разливки стали следует ожидать и в части создания высокоэффективных комбинированных модулей или мини-заводов, которые будут иметь гибкую технологическую связь при совмещении процессов выплавки стали, ее разливки и последующей прокатки заготовки.
Продолжится ориентация на создание мини-заводов с небольшим годовым объемом производства на базе концепции литейно-прокатных модулей, что позволяет получать сравнительно малые объемы металлопродукции, при этом обеспечивая прямые связи производителя с непосредственным потребителем.