Смирнов А.Н., Сафонов В.М. и др. Металлургические мини-заводы

Подождите немного. Документ загружается.

УДК 669.013

ББК 34.314

М 54

В книге изложена современная концепция

металлургических мини-заводов. Рассмотрены классификация

мини-заводов и технологических агрегатов, тенденции их

развития, преимущества перед крупными металлургическими

комбинатами, условия создания и стратегические альтернативы

развития мини-заводов. Показаны особенности конструкций и

работы технологических агрегатов, а также современной

техники и технологии производства стали на стадиях плавки в

электропечи, внепечной обработки, непрерывной разливки

стали.

Книга предназначена для научных работников

научно-исследовательских институтов, инженерно-технических

работников металлургических и машиностроительных

предприятий, преподавателей, аспирантов и студентов старших

курсов металлургических факультетов технических

университетов.

Рецензенты: Найдек В.Л., д.т.н., профессор, академик НАН

Украины (Физико-технологический институт

металлов и сплавов Украины)

Минаев А.А., д.т.н., профессор (Донецкий

национальный технический университет)

Рекомендована к печати ученым советом Донецкого

национального технического университета.

ISBN 966-8085-74-4

Дорохова Л.В., Цупрун А.Ю. , 2005

Содержание 3

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие ………………….....……...………………………….

Глава 1. Общие тенденции развития современных метал-

лургических мини-заводов и их роль в

производстве металлопродукции…..….…..…………

1.1 Роль и место металлургических мини-заводов в

общей структуре черной металлургии ………….….....

1.2 Стратегические подходы развития концепции

металлургических мини-заводов………………….

1.3 Классификация металлургических мини-заводов

и стратегий их развития…….………………………...

1.4 Инновационные

особенности и инвестиционная

привлекательность металлургических мини-заводов

и модулей…………….……………..…………….……

1.5 Перспективы снижения энергоемкости

сталеплавильного производства на металлургических

мини-заводах……………………………..…………...….

1.6 Экологические преимущества металлургических

мини-заводов………………..……………….………...

Глава 2. Дуговая электропечь – агрегат для выплавки

полупродукта……..……………………….…..…………

2.1 Основные этапы развития промышленной дуговой

электроплавки стали...……...……..…………………....

2.2 Классификация современных дуговых

электропечей…………………………………………..

110

2.3 Конструктивное решение современной дуговой

печи…………………………………………………….

142

2.4 Техника и технология плавки в современной

дуговой печи……..…………….………………………..

164

4 Содержание

Глава 3. Процессы и оборудование для внепечной

обработки стали ….…..………………………....……...

194

3.1 Современные подходы к регламентированию качества

жидкой стали…….……...……………..………………

194

3.2 Общая классификация агрегатов «ковш-печь»

в зависимости от условий производства……….……

208

3.3 Регулирование температуры жидкой стали в

ковше…...……………………………………..…………

221

3.4 Перемешивание расплава в ковше……………………..

237

3.5 Вакуумная обработка расплава в ковше………….……

256

3.6 Огнеупоры для агрегатов

«ковш-печь»………..………

271

Глава 4. Непрерывная разливка стали на

металлургических мини-заводах….…………...……..

292

4.1 Прогресс в непрерывной разливке стали….….........…..

292

4.2 Промежуточный ковш в системе процессов

перемещения металла на участке «сталеразливочный

ковш» – «кристаллизатор МНЛЗ».…....…………......

315

4.3 Методы дозирования стали при технологических

переделах на МНЛЗ.…….……………………………

337

4.4 Общие закономерности формирования сортовой

заготовки в

кристаллизаторе………...……………….

371

4.5 Зона вторичного охлаждения заготовки….........………

386

4.6 Тенденции развития мини-заводов для получения

плоского проката и листа………………..……………

409

Литература…………………..…………….……..….……………..

421

Приложение ……..…………………………………..……………..

450

Предисловие 5

ПРЕДИСЛОВИЕ

Сталь как конструкционный материал обладает комплек-

сом уникальных физико-технических, технологических и экс-

плуатационных свойств, что позволяет ей иметь наиболее широ-

кую область применения. При этом объем производства стали в

мире растет из года в год и существенно превосходит объем про-

изводства любого другого конструкционного материала. Так, ес-

ли в 1974 г. общий годовой объем производства стали в мире

достигал 700 млн. тонн в год, то в 2004 г. он впервые превысил

один млрд. тонн в год. Примечательным для мировой металлур-

гии является также и тот факт, что сегодня сталь производится

более чем в ста странах мира.

Традиционно в мире сталь производится

на металлургиче-

ских предприятиях с различной годовой мощностью (от несколь-

ко десятков тысяч тонн до 15-20 млн. тонн в год). При этом тех-

нологический цикл производства металлургического предпри-

ятия может ограничиваться как переплавом металлолома и полу-

чением полупродукта (заготовка), так и получением стали из же-

лезорудного сырья с системой последующего передела

в высоко-

технологические виды продукции (например, автолист или раз-

личного рода машиностроительные профили и т.п.). Безусловно,

выбор рациональной схемы и стратегии развития металлургиче-

ского предприятия зависит от целой совокупности взаимосвязан-

ных факторов, учитывающих конъюнктуру на мировом и внут-

реннем рынках, энергетического и транспортного потенциала ре-

6 Предисловие

гиона, уровня развития технологии на определенный момент

времени и пр.

В настоящее время в мировой металлургической практике

в укрупненном плане принято различать предприятия полного

цикла (металлургические комбинаты) и металлургические мини-

заводы. Предприятия полного металлургического цикла (в анг-

лоязычной литературе именуемые «интегрированными металлур-

гическими заводами») предполагают переработку железоуглеро-

дистого сырья (получение агломерата

), получение жидкого пере-

дельного чугуна в доменных печах, производство стали преиму-

щественно в кислородных конвертерах, разливку стали, как пра-

вило, на МНЛЗ или в слитки, а также систему прокатных станов

для получения определенных видов металлопродукции, исполь-

зуемых в строительстве, машиностроении и т.п. Основным отли-

чием металлургических мини-заводов от

предприятий с полным

циклом является использование в качестве металлической части

шихты, главным образом, металлолома и на некоторых предпри-

ятиях металлизованного сырья (окатыши и брикеты). При этом

технологический процесс выплавки стали базируется на совре-

менных дуговых сталеплавильных печах (в отдельных случаях в

Украине и России выплавка стали осуществляется в мартенов-

ских печах

скрап-процессом). Обычно к этой категории относят

заводы с объемом производства в пределах 0,4-1,6 (2,0) млн. т

стали в год.

Сегодня в мире существует свыше тысячи металлургиче-

ских мини-заводов. Их функционирование имеет определенную

специфику в различных регионах мира. В целом же современный

металлургический мини-завод представляет собой комплекс, со-

стоящий из

следующих агрегатов: дуговая сталеплавильная печь,

установка доводки стали в ковше типа «ковш-печь», машина не-

прерывной разливки стали и группа прокатных станов. Такое

Предисловие 7

оформление металлургических мини-заводов обеспечивает им

определенные преимущества перед металлургическими комбина-

тами с полным циклом и делает их конкурентоспособными на

мировом рынке металлопродукции.

Однако нельзя не отметить тот факт, что концепция метал-

лургического мини-завода известна достаточно давно. Еще до

Второй мировой войны в мире существовала большая группа

компактных металлургических заводов

, производивших в марте-

новских (скрап-процесс) и дуговых сталеплавильных печах каче-

ственную сталь, которая затем использовалась при производстве

труб и ряда машиностроительных профилей. С начала 60-х годов

такие заводы с мартеновскими печами претерпели серьезную ре-

конструкцию, в ходе которой мартеновские печи были заменены

на дуговые сталеплавильные печи. Исключение составили разве

что некоторые заводы Украины и России (например, Нижне-

днепровский металлургический завод, Выксунский металлургиче-

ский завод, Гурьевский металлургический завод, Таганрогский

металлургический завод, Омутнинский металлургический завод,

Ревдинский металлургический завод, Северский трубный завод и

т.д).

В дальнейшем прогресс в области создания оборудования

для мини-заводов достиг крайне высоких темпов: были разрабо-

таны новые

конструктивные подходы и созданы оригинальные

технологические решения, обеспечивающие существенный рост

удельной производительности дуговых сталеплавильных печей;

отработана концепция высокоэффективного агрегата для внепеч-

ной обработки стали, получившего в литературе название «ковш-

печь»; а также реализована на практике концепция высокопроиз-

водительной многоручьевой сортовой МНЛЗ, позволившая обес-

печить совмещение дискретного цикла выплавки стали и

ее не-

прерывной разливки.

8 Предисловие

Можно с уверенностью утверждать, что в ближайшее деся-

тилетие будет развиваться тенденция повышения удельной про-

изводительности дуговых печей и машин непрерывной разливки

стали. Для этого созданы все условия. Крайне важным фактором

в грядущем десятилетии будет создание мини-заводов для произ-

водства листового проката. Уже сегодня таких заводов в мире

более четырех

десятков. Наращивание их количества может су-

щественно изменить ситуацию на рынке плоского проката.

Целью настоящей монографии является анализ достиже-

ний мировой и отечественной науки и практики в области кон-

цептуального оформления стратегии развития металлургических

мини-заводов, а также реализации современных конкурентоспо-

собных циклов производства металлопродукции с использовани-

ем технологического построения:

дуговая сталеплавильная печь,

ковш-печь и высокопроизводительная сортовая МНЛЗ.

В предлагаемой читателям монографии авторы преследо-

вали основную цель – оказать помощь научным и заводским ра-

ботникам в части расширения представлений о металлургическом

мини-заводе как о динамично развивающейся инновационной

системе, которая базируется на последних достижениях в области

науки и техники. Монография призвана

преодолеть определен-

ные трудности, связанные с выбором, разработкой и освоением

новых технологий и оборудования для металлургических мини-

заводов в производственных условиях.

Монография предназначена для научных работников науч-

но-исследовательских институтов, инженерно-технических ра-

ботников металлургических и машиностроительных предпри-

ятий, преподавателей, аспирантов и студентов старших курсов

металлургических факультетов технических университетов.

Глава 1. Общие тенденции развития современных … 9

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

СОВРЕМЕННЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МИНИ-ЗАВОДОВ

И ИХ РОЛЬ В ПРОИЗВОДСТВЕ МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ

1.1. РОЛЬ И МЕСТО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МИНИ-

ЗАВОДОВ В ОБЩЕЙ СТРУКТУРЕ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Последние годы в мировой металлургии отмечается обост-

рение конкуренции при одновременном спаде темпа прироста по-

требления металла, происходит постепенная замена стратегии

концентрации производства стали на интегрированном предпри-

ятии в пользу создания компактных и гибких технологических

модулей. Это положение существенно

стимулирует интенсивную

структурную перестройку отрасли как внутри регионов, так и на

металлургических предприятиях. Отчасти данное обстоятельство

объясняет тот факт, что современный этап развития мировой

черной металлургии характеризуется, в большинстве случаев,

низкой доходностью, обусловленной замедляющимся ростом,

возрастающей конкуренцией, избытком производственных мощ-

ностей (рис. 1.1). Мировое производство стали в 2003 г. достигло

945,14 млн.т

при наличии мощностей 1070 млн.т. Таким образом,

переизбыток мощностей в мировом производстве за 2003 г. со-

ставил около 124,86 млн.т. За последние годы (1990 - 2003 гг.)

мировое производство стали возросло на 174,6 млн.т, а мировые

мощности увеличились на 130 млн.т, т.е. имеет место опережаю-

щий рост мощностей по сравнению с производством [1, 2, 3]. Так,

если за приведенный период мировые мощности производства

стали увеличились приблизительно на 22,7 %, то коэффициент их

использования колеблется в интервале от 75,0 % до 82,4 %

(табл.1.1).

10 Металлургические мини - заводы

500

600

700

800

900

1000

1100

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

год

млн.т

Рис.1.1. Динамика мирового производства стали, млн.т

Потенциальная производственная

мощность

Мировое

производство

Основной прирост производственных мощностей происхо-

дит в Китае (250 %) и Корейской республике (150 %), некоторое

увеличение наблюдается также в странах с развитой металлурги-

ей (7 %). Такие темпы роста связаны со значительным инвести-

рованием в черную металлургию. В остальном мире отмечается

снижение производственных мощностей [4].

Избыток производственных мощностей оказывает

отрица-

тельное воздействие на конъюнктуру рынка. Отметим, что на до-

лю десяти стран: Китай, Япония, США, Россия, Германия, Рес-

публика Корея, Украина, Бразилия, Индия и Италия приходится