Z-concast

Две основные причины, по которым предлагаемые металлургические производства сегодня не находят широкого распространения, это:

1.  Высокий уровень рыночной цены на металлолом, при неуклонном росте в ней транспортной составляющей затрат, достигающей 45-:-60 %;
2. Высокий уровень производственных затрат, вызванный несоответствием применяемой технологии для ограниченных объёмов производства.

Избыточная металлоемкость и энергоёмкость используемой технологии, основу которой составляет непрерывная разливка стали с получением непрерывно-литой заготовки сечением 125-:-150мм, приводит к необходимости предварительного нагрева или подогрева заготовки перед прокаткой. Недостаточно высокое качество исходной литой заготовки с высоким уровнем внутренних литейных дефектов, вызванных несовершенной технологической схемой формирования непрерывно литого слитка приводят к избыточным степеням прокатной деформации, которые при производстве мелкосортного проката с сечением 12мм достигают 100-:-120 единиц.

Существует зависимость оптимальной величины размеров исходной заготовки от годового объёма производства, которая представлена на рисунке 2.
На рисунке 2 видно, что область оптимальных объёмов производства для сечения слитка 125-:-150мм лежит в интервале 150-:-500 тыс. тонн в год. При годовом производстве 50-:-80 тыс. тонн оптимальное сечение заготовки находится в интервале 40-:-60 мм. Следовательно, предлагаемая зарубежными компаниями технология не оптимальна по применяемой заготовке. Как следствие, это чрезмерно высокая стоимость создаваемого производства 20-:-35 млн. $ и, при ограниченном объёме производства 50-:-100 тыс. тонн в год, длительные сроки окупаемости вложений — 5 и более лет. В тоже время запрашиваемая производительность металлургических комплексов обусловлена физическими ограничениями на собираемость металлолома с территории с транспортным плечом 150 км, которая составляет 30-:-60 тыс. тонн в год. Кроме того существует цикличность работы пунктов заготовки металлолома, существуют периоды накопления металлолома и периоды его отгрузки.
Таким образом, сегодня сформировался спрос на металлургическую технологию и комплекс оборудования, которые бы удовлетворяли следующим требованиям:

1. Производительность по мелкосортному прокату 30-:-80 тыс. тонн в год;
2. Оптимальное сечение технологической заготовки 40-:-60 мм;
3. Уровень качества технологической заготовки по внутренним литейным дефектам обеспечивает минимальную степень прокатной деформации не превышающую 3-:-6 единиц.
4. Короткий металлургический цикл, обеспечивающий проведение всего металлургического передела с одного сталеплавильного нагрева;
5. Равномерная температура 1150-:-1200 ˚С технологической литой заготовки по длине, после разливки, обеспечивающая её прокатку без дополнительного нагрева/подогрева;
6. Минимальная металлоёмкость и энергоёмкость технологического оборудования, общий вес оборудования составляет 300-:-500 тонн, общая установленная мощность оборудования не должна превышать 10 МВт;
7. Компактность размещения металлургического производства. Общая протяженность технологической линии 60-:-85 метров, и занимаемая производственная площадь не должна превышать 6000 м2;
8. Высокая технологичность оборудования, допускающая ограниченное число обслуживающего персонала.
9. Невысокая общая стоимость МК не превышающая 10-:-12 млн. $, с общими сроками окупаемости не более 2,5 лет.
10. Короткий срок создания и начало работы МК не более 6-:-9 месяцев.Металлургический комплекс, удовлетворяющий всем выше перечисленным требованиям, обеспечивает высокую инвестиционную привлекательность и существенные конкурентные преимущества.
    Такие высокотехнологичные компактные металлургические комплексы (ВКМК) для эффективного производства мелкосортного проката, стержневой арматуры и катанки в бунтах при ограниченных объёмах выпуска 30-:-80 тысяч тонн разработаны ИНМЕТ.
    В данной статье подробно рассмотрим вариант ВКМК -50 для производства стержневой арматуры №12-:-25 в объёме 50 тысяч тонн в год.
    В Таблице 1 представлены параметры и технические характеристики металлургического оборудования ВКМК-50. В дополнении к параметрам указанным в таблице 1, ММК-50 оборудован двухконтурной системой оборотного водоснабжения мощностью 600м3/час, системой пыле газоочистки – 50 тыс. м3/час, адсорбционной кислородной установкой АКС-100 производительностью 100м3/час., тремя мостовыми кранами грузоподъёмностью 15 тонн.

На Рисунке 3 показан базовый вариант технологической линии ВКМК-50. Обозначения и нумерация соответствует Таблице 1.
Новый подход и принципиальное отличие рассматриваемой металлургической технологии, состоит в том, что исходная технологическая заготовка отливается на специализированной центробежной литьевой машине в виде кольца. Отлитое кольцо при температуре 1150-:-1200 ˚С выдаётся из литьевой машины без остановки вращения кристаллизатора, с темпом 60-:-180 шт./час, режется и правится прокаткой в прямолинейную полосу, которая затем, без предварительного подогрева прокатывается в чистовой группе клетей в прокат требуемой длины. Размеры кольцевой заготовки (толщину hзаг и ширину bзаг ), для минимизации концевой обрези, рассчитывают из выражения
hзаг = dпр* Lпр/(Кд*Dзаг), мм
где dпр – диаметр проката, 8-:-25 мм;
Lпр –требуемая длина проката, 6-:-12 м;
Dзаг – средний диаметр кольцевой заготовки, 0,7-:-1,5 м;
Кд – коэффициент деформации, находится в интервале 3,5 -:- 8,0.
bзаг = kф*(dпр )2/hзаг*n, мм;
где n – количество линий прокатки 1-:- 6;
kф – коэффициент формы, находится в интервале 2,0 -:-3,5.

На рисунке 4 и 5 показаны конструкции специализированной центробежной литьевой машины (СЦЛМ) и правильно деформирующей машины (ПДМ).

Рис.4 1. Сталеразливочный ковш, 2.Корпус, 3.Кристаллизатор, 4.Кольцевая заготовка, 5. Опускающаяся стенка кристаллизатора, 6. Привод вращения опускающейся стенки кристаллизатора, 7. Привод вертикального перемещения опускающейся стенки кристаллизатора, 8. Опорные ролики привода вращения кристаллизатора, 9. Кольцевая канавка капле видной формы, 10. Трубчатый питатель, 11. Направляющий желоб, 12. Камера замедления, 13. Замедлители из стальных цепей.

Рис.5 1. Рама роликовой проводки, 2. Приводные ролики роликовой проводки, 3. Ролики гидравлического разгиба, 4. Гидроцилиндр гидравлического разгиба, 5. Гидравлические ножницы, 6. Консольные прокатные валки, 7. Входная проводка, 8. Выходная проводка, 9. Исходная кольцевая заготовка, 10. Промежуточная заготовка С-образной формы, 11. Прямолинейная полоса, 12. Шестерённая клеть, 13. Первая прокатная клеть чистовой непрерывной группы, 14. Гидропривод поворота на 90˚ рамы роликовой проводки.

Поскольку размеры сечения исходной кольцевой заготовки выбраны максимально приближенными к размерам готового мелкосортного проката и толщина hзаг находится в интервале 15-:-35 мм, то время кристаллизации исходной кольцевой заготовки не превышает 60 секунд. При этом под действием гравитационных сил и высоких скоростей охлаждения формируется плотная мелкокристаллическая структура сечения кольцевой заготовки без литейных пороков присущих литым заготовкам по известным способам. Кольцевая заготовка по окончании кристаллизации по всей длине имеет одинаковую температуру 1150-:-1250 ˚С, и появляется возможность прокатного передела без предварительного подогрева. По окончании кристаллизации исходной кольцевой заготовки её, при температуре 1150-:-1250 ˚С, удаляют из кристаллизатора без остановки его вращения, при этом обеспечивается темп выдачи кольцевых заготовок 60-:-180 штук в час. Далее исходную кольцевую заготовку в правильно деформирующей машине разрезают на ножницах, предварительно разгибают гидравлическим разгибом с величиной деформации изгиба εизг поперечного сечения кольцевой заготовки, не превышающей 0,5-:-0,9%, с получением промежуточной заготовки С-образной формы. Затем, промежуточную заготовку С-образной формы правят прокаткой между двух валков в один проход в прямолинейную полосу. Величина относительного обжатия при этом, составляет 12-:-15 %. Величина предварительной деформации εизг выбрана из условия предотвращения появления поверхностных трещин на кольцевой заготовке в зоне растягивающих напряжений. На получение прямолинейной полосы в правильно деформирующей машине затрачивается 5-:-10 секунд, что, при скорости снижения температуры 15-:-20 град/сек приводит к потере температуры полосы на 100-:-150 градусов. Температура полосы 1050 -:- 1100 ˚С обеспечивает прокатку без предварительного подогрева. Поскольку прямоугольная форма и толщина полосы максимально приближены к размеру готового мелкосортного проката, то оборудование стана тоже минимизировано и состоит только из чистовой непрерывной группы прокатных клетей. Прокатку ведут с продольным разделением полосы на 2-:-6 линий прокатки с величиной суммарной деформации 2,5-:-3,5, с получением на выходе из последней чистовой прокатной клети сортового проката требуемой длины Lпр. Данная технология многониточной прокатки разработана фирмой Даниели Италия, и с успехом применяется в современных мелкосортных прокатных станах.

На рисунке 6 представлена схема калибровки валков в чистовой прокатной группе. Целесообразность прокатки в несколько линий обусловлена достижением требуемого оптимального веса заготовки 45-:-50 кг, соответствующего запрашиваемому объёму производства 50 тыс. тонн мелкосортного проката, и требуемой длиной проката Lпр находящейся в интервале 6-:-12 метров. Температура окончания прокатки составляет 900-:-950 оС. Далее, прокат поступает в линию ускоренного охлаждения. В линии ускоренного охлаждения происходит закалка проката с формированием высокого уровня механических характеристик стали (предела текучести, предела прочности на разрыв, ударной вязкости). После линии ускоренного охлаждения прокат с температурой поверхности 350-:-400 оС поступает на холодильник, где происходит его дальнейшее охлаждение. Охлажденный прокат по холодильнику поступает на участок обрезки концов. Ножницами холодной резки прокат обрезается одновременно с обоих концов с получением требуемой длины штанги. Полученная штанга сбрасывается в карман-накопитель, оснащенный весами. При достижении требуемого веса пакета производится его обвязка, и передача на склад готовой продукции.

На рисунке 7 представлена планировка производственного корпуса ВКМК-50.
Металлургический комплекс ВКМК-50 расположен в производственном корпусе общей площадью 5,2 тыс. м2. Производственный корпус состоит из двух пролетов длиной 145 метров и шириной по 18 метров. В каждом пролете установлены мостовые краны грузоподъёмностью 15 тонн. В первом пролете расположено основное технологическое оборудование — это производственный пролёт. Во втором пролете, расположен склад металлолома с участком подготовки, механической мастерской с металлорежущими станками, ремонтно-слесарного участка, мастерской по ремонту электрического оборудования.
Рассматриваемая новая металлургическая технология позволяет снизить капитальные затраты на тонну производимой продукции в 2,5-:-3,2 раза. Расходы при создании металлургического производства мощностью 250 000 тонн в год составляют 160-:-180 млн. $, расходы на создание ВКМК-50 составляют 10,5-:-12,0 млн.$. Таким образом удельные затраты снижены с 700-:-730 $/тонну до 210-:-250 $/тонну.

Снижение удельных затрат достигнуто за счет:
-сокращения энергоёмкости и материалоёмкости технологического оборудования;
— уменьшения производственных площадей на единицу выпускаемой продукции;
— отсутствием уникальных сталеплавильных, сталеразливочных и прокатных устройств и механизмов, требующих, высокий уровень подкрановых путей и высокую грузоподъёмность кранов.
Рассматриваемая новая металлургическая технология позволяет также снизить производственные затраты на 20-:-25% . Снижение производственных затрат достигнуто за счет:
— применения заготовки с размерами максимально приближенными к размерам готового проката;
— исключения предварительного нагрева исходной заготовки перед прокаткой;
— отсутствием избыточной прокатной деформации, при формировании готового профиля;
— повышением процента мерности проката и выхода годного до 0,985;
— сокращением численности производственного персонала и вспомогательных служб;
-исключением или существенным снижением транспортной составляющей затрат по перевозке исходного сырья и готовой продукции.
В перспективе целесообразно рассмотреть возможность создания специализированных сервисных метало центров, в которых будет сконцентрированы: вторичная переработка и первичное накопление металлолома, и мелкооптовая метало торговля готовым мелкосортным прокатом, связанные между собой компактным металлургическим комплексом. Тогда конечный потребитель металлопродукции будет просто менять свой привезенный металлолом на требуемый произведенный здесь же сортовой прокат. Будет исключена длинная цепочка из двух или более операторов-посредников, одни из которых, занимаются доставкой металлолома на крупное металлургическое предприятие – производитель металлопроката, другие — вывозом готовой продукции с одним или двумя промежуточными складами крупно- и мелкооптовой торговли. Исключение этих длинных логистических схем позволит снизить цены на металлопрокат для конечного потребителя на 20-:-25 % и обеспечить высокие конкурентные преимущества создаваемой структуры. Предлагаемая новая концепция, ядром которой является массовое использование компактных металлургических комплексов ограниченной производительности, для переработки металлолома в местах его первичного накопления, позволит, по мнению автора, оздоровить конкурентную среду в отечественной металлургической отрасли, которая, в последнее время, страдает от излишней монополизации со стороны крупных игроков рынка. Дальнейшие исследования и разработки ИНМЕТ в области ВКМК направлены на расширение сортамента выпускаемой продукции, совершенствование технологического оборудования комплекса. Так ведутся работы по переводу приводов технологического оборудования (за исключением электросталеплавильного) на гидропривод. Это позволит сократить габаритные размеры центробежной литьевой машины и прокатной группы, уменьшить общее потребление электроэнергии.