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

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 3. Процессы и оборудование для внепечной обработки … 211

Рис. 3.1. Общая схема установки «ковш-печь»

Современная установка дугового нагрева стали в ковше

имеет устоявшуюся архитектуру и конструкцию, которая подоб-

на ДСП и включает следующие основные элементы:

• печной трансформатор, мощность которого обеспечивает

нагрев стали в ковше со скоростью 3–6 °С/мин;

• короткую сеть;

212 Металлургические мини-заводы

• колонны электрододержателей с приводами перемещения

электродов;

• электрододержатели различного исполнения: с трубоши-

нами или токопроводящие, могут применяться как индиви-

дуально управляемые, так и спаренные (электроды непод-

вижны один относительно другого), взаимное расположе-

ние токопроводящих элементов электрододержателей вы-

полняется триангулированным или копланарным с петлей

симметрии;

• водоохлаждаемый свод, который имеет отверстия

для

электродов, газоотсоса и технологические, что приводит к

необходимости увеличивать его поверхность за счет изме-

нения формы; наибольшее распространение получила

шляпообразная форма свода.

Вакуумирование стали (если оно предусмотрено техноло-

гическим процессом) осуществляется на отдельной установке.

Как правило, это вакууматор камерного типа VD/VAD. При этом

насыщенность процесса вакуумирования различными технологи-

ческими

операциями обусловливает дополнительные потери теп-

ла сталью в процессе обработки.

В мире накоплен большой практический опыт эксплуата-

ции агрегатов «ковш-печь», что позволило разработчикам опти-

мизировать их основные конструктивные и технологические па-

раметры. В настоящее время разработкой и изготовлением агре-

гатов «ковш-печь» занимаются более двух десятков машино-

строительных фирм. В

табл. 3.1 проведено сравнение основных

эксплуатационных параметров этих агрегатов некоторых компа-

ний. В целом проведенное сравнение позволяет сделать вывод о

том, что основная совокупность рабочих и эксплуатационных

параметров агрегатов достаточно близка, а некоторые их

колебания, наблюдаемые в табл. 3.1, находятся, на наш взгляд, в

Глава 3. Процессы и оборудование для внепечной обработки … 213

наблюдаемые в табл. 3.1, находятся, на наш взгляд, в прямой

взаимосвязи только с работой конкретного сталеплавильного це-

ха.

Таблица 3.1. Сравнение параметров агрегатов «ковш-

печь» некоторых компаний

Параметр

ASEA

-SKF

(Шве-

ция)

VAI -

Fukhs

(Г

рм

ния)

[ДМЗ]

Krupp

(Г

рм

ния)

Danieli

(Ита-

лия)

[ММЗ

Isteel]

BSW

(Анг-

лия)

НКМЗ

(Ук-

раина)

[ЕМЗ]

АКО

С-

125

(Рос-

сия)

ММЗ

(Молд

вия

а )

Вместимость

ковша, т

90-110 150 120 120 86 145

100-

125

100

Мощность

трансформат

ора, МВА

12-15 18 18/21 18 12 25 16 18

Сила тока,

кА

36 30 38 40 25 40 40 35

Диаметр

электрода,

мм

400 406 450 400 350 450 400 400

Диаметр

распада элек

тродов, мм

825 700 750 700 580 850 650 700

Скорость

нагрева,

°С/мин

4-6 4 4,3 4,6 3 4,5 3-5 4

Расход элек-

тродов, кг/т

0,85 0,46 0,3 0,45 0,2 0,25 0,3 0,3

Расход элек-

троэнергии,

кВт×час/т

80 52 30 55 20 35 25-40 36

Продолжи-

тельность об

работки, мин

60-180

(общая)

(об-

щая)

40-50

(на-

грев)

60-120

(общая

)

20-30

(нагрев

)

20-25

на-

грев)

55-60

(общая)

22-25

(нагрев)

25-50

(об-

щая)

45-50

(об-

щая)

214 Металлургические мини-заводы

ока жд вместимость

Наибольшее влияние на рабочие параметры агрегатов

«ковш-печь» зывает, пре е всего, сталеразли-

вочного ковша. Как видно из данных, приведенных в табл. 3.1,

существует зависимость между увеличением вмест мости ковша,

расходом вдуваемого аргона и мощностью трансформатора. В то

же время, скорость нагрева металла в ковше для большинства

«ковш-печей» составляет 3,5 - 4,0 °С/

мин. Исключением являют-

ся ковши малой вместимости (15 - 40 тонн), в которых скорость

нагрева может достигать 5 - 6 °С/мин, что, вероятно, объясняется

высокими удельными потерями тепла в малых ковшах.

Между тем, говоря об эффективности обработки стали в

агрегатах «ковш-печь», необходимо обязательно принимать во

внимание удельные расходы, связанные с затратами энергии на

нагрев металла и расходом огнеупоров, которые в денежном вы-

ражении составляют от 3 до 25 долларов США на тонну стали.

При этом на величину затрат существенное влияние оказывает

рациональная организация технологического процесса в сово-

купности с условиями совмещения

работы сталеплавильных аг-

регатов и МНЛЗ. Вместе с тем, следует отметить, что условия

эксплуатации ковшей в агрегатах типа «ковш-печь» могут суще-

ственно различаться по целому ряду квалификационных призна-

ков.

В настоящее время агрегатами типа «ковш-печь» оснащено

свыше четырехсот электросталеплавильных цехов мини-заводов

и более ста конвертерных цехов заводов

с полным циклом. Ха-

рактерно, что эти агрегаты сооружены в различное время в цехах

с различной стратегией функционирования и развития. Соответ-

ственно они имеют отличные друг от друга производственные

показатели, которые не всегда корректно сравнивать с показате-

лями других аналогичных агрегатов. На наш взгляд, для систем-

Глава 3. Процессы и оборудование для внепечной обработки … 215

ного анализа эффективности работы конкретных агрегатов целе-

сообразно классифицировать известные ковш-печи на опреде-

ленные группы, учитывающие внешние (макросреда) и внутрен-

ние (технологическая система) условия функционирования и раз-

вития.

Предлагаемая авторами классификация агрегатов «ковш-

печь» (табл.3.2) основана на рассмотренной ранее классификации

мини металлургических заводов в зависимости от стратегии их

развития (глава

1).

Безусловно, наибольшее распространение в мире получили

агрегаты, работающие по условиям групп 1 и 2. При этом следует

иметь ввиду, что мини-заводы группы 1 наиболее соответствуют

представлениям о современном мини-заводе со стратегией мини-

мизации затрат, что обычно характерно при производстве стали

массового сортамента [30, 31, 76] для сортового проката. В этом

случае согласованная

цикличность работы плавильной печи и аг-

регата «ковш-печь» жестко лимитирует время нахождения метал-

ла в ковше. Практическая реализация этой схемы оказалась воз-

можной в последнее десятилетие за счет большого прогресса в

области технологии электроплавки (уменьшение цикла плавки до

30-60 минут). Характерным примером этой группы ковш-печей

следует считать, например, ЗАО «

ММЗ «Istееl (Украина)» [42],

Молдавский металлургический завод [228] и завод «Huta

Czestochova» (Польша) [229]. В последние годы на территории

СНГ появилось несколько новых мини-заводов с построением,

которое характерно для группы 1: Новороссийский электрометал-

лургический завод ООО «НОВОРОСМЕТАЛЛ», Фроловский элек-

тросталелитейный завод ЗАО «Волга-Фест», JSC «Baku Steel

Co» и некоторые другие [230].

216 Металлургические мини-заводы

Таблица 3.2. Классификация агрегатов «ковш- печь» по ус-

ловиям функционирования в зависимости от тех-

нологической структуры сталеплавильного цеха

Общее технологическое построение

Группа

ДСП

ковш-

печь

вакуу-

матор

МНЛЗ слитк

Стратегия

мини-завода

Время

пребыва-

ния метал-

а в ковше,

минут

Класс

сталей

● ● - ● -

50-70

●

● - ● -

миними-

зация из-

держек

120-240

угле-

роди-

стые,

рядо-

вое

каче-

ст во

● ● ● ● (●)

100-140

●

● ● ● (●) 120-240

■■...■ ● (●) (●) ●

фиксация

опреде-

ленного

сегмента

рынка

80-150

низко-

леги-

рован-

ные,

качест-

венные

●

(●)

● ● ● ● 120-180

●

(●)

● ● (●) ● 120-180

■■…■ ● ● - ●

специа-

лизация в

производ-

стве

100-300

каче-

ствен-

ные и

высо-

кока-

чест-

венны

леги-

роан-

ные

*Примечание: ■ – мартеновская печь; (●) – возможное наличие или

отсутствие заданной позиции

Глава 3. Процессы и оборудование для внепечной обработки … 217

При этом режим работы ковш-печи соответствует технологиче-

ской цикличности разливки стали на МНЛЗ, а для обеспечения

некоторого демпфирующего резерва времени (для непрерывной

разливки стали) перед началом процесса литья предусматривает-

ся хотя бы один дополнительный ковш металла, что соответст-

венно предполагает увеличение времени пребывания стали в

ковше.

Группа 2 обычно представляет

собой мини-заводы (ЭСПЦ),

которые были построены, как правило, более 15 лет назад, то есть

во времена, когда длительность электроплавки составляла более

2-3 часов. В этом случае одной из главных функций агрегата

«ковш-печь» является совмещение работы двух дуговых печей и

МНЛЗ с целью обеспечения серийности разливки. По существу

это означает, что

перед началом разливки на МНЛЗ создается ре-

зерв жидкого металла (1-2 ковша). Поэтому достаточно часто ме-

талл может находиться в ковше 3 - 4 часа и более, что существен-

но усложняет условия работы огнеупоров и снижает их стой-

кость. Кроме того, с целью уменьшения длительности нахожде-

ния металла в печи сталь выпускают с достаточно

низкой темпе-

ратурой, что требует последующего интенсивного и длительного

подогрева ее в ковше. Это, в свою очередь, повышает скорость

износа шлакового пояса в силу высокой температуры и агрессив-

ности шлака.

Значительные отличия появляются в работе агрегатов

«ковш-печь» в случае их функционирования в структуре мини-

заводов со стратегией фиксации определенного

сегмента рынка,

то есть выпуска качественной продукции вполне конкретного на-

значения (группа 3 и 4). Для таких ковш-печей расширяются за-

дачи по рафинированию и доводке стали по химическому соста-

ву. Очень часто в технологическую цепь производства заготовки

218 Металлургические мини-заводы

включается операция вакуумирования, что предполагает увели-

чение времени пребывания стали в ковше в среднем на 40 - 50

минут и дополнительные потери тепла (на 40-60°С). Компенсация

потерь тепла осуществляется за счет подогрева металла в уста-

новке «ковш-печь». Сравнивая условия эксплуатации ковша для

группы 1 и группы 3 необходимо отметить, что для группы 3 дли

тельность пребывания металла в ковше может возрастать при-

мерно в 2 раза при увеличении нагрузки на огнеупоры шлакового

пояса. Ковш-печи группы 3 эксплуатируются, например, в элек-

тросталеплавильном цехе №2 Белорусского металлургического

завода [231, 232] и на Волжском трубном заводе [233].

Иногда в технологической структуре цехов группы 3 пре-

дусматривается также разливка стали в слитки, используемые

за-

тем для получения качественной заготовки для машиностроения.

Примером такого завода можно считать завод

«Georgsmarienhütte» (Германия), который имеет в своем составе

130-т дуговую сталеплавильную печь, агрегат «ковш-печь», ва-

кууматор, 4-х ручьевую блюмовую МНЛЗ и разливку стали в

слитки массой 4,5 - 38 т [234].

Отличия в работе ковш-печей группы 4 от группы

3 в основ-

ном аналогичны отличиям ковш-печей группы 2 от группы 1. При-

мером ковш-печей группы 4 может быть Оскольский электроме-

таллургический комбинат, который является одним из крупней-

ших мини-заводов мира [34]. Однако такое технологическое по-

строение широко используется и для мини-заводов малых объемов

производства. Например, мини-завод ДП «

Завод утяжеленных бу-

рильных и ведущих труб» СМНПО им. Фрунзе (г. Сумы), в состав

которого входят две 18-тонные ДСП, ковш-печь типа «ASEA-SKF»,

блюмовая МНЛЗ и разливка в слитки производит до 80 тыс. тонн

стали в год [235], а металлургический завод в г. Никшич (Черного-

рия), имеющий в составе две 50-тонные ДСП, «ковш

-печь» типа

Глава 3. Процессы и оборудование для внепечной обработки … 219

ASEA-SKF, сортовую МНЛЗ и разливку в слитки, производит до

180 тыс. тонн стали в год [236].

Ковш-печи группы 5 представляют собой немногочислен-

ную группу, поскольку расположены в мартеновских цехах метал-

лургических заводов, которые сохранились в Украине и России.

Практически все эти металлургические заводы соответствуют

концепции «мини-завод» со стратегией фиксации определенного

сегмента

рынка, а мартеновские печи работают скрап-процессом.

Например, ОАО «Нижнеднепровский трубопрокатный завод»

[237] и ОАО «Выксунский металлургический завод» [238] имеют в

своем составе по 2-4 мартеновских печи, «ковш-печь», вакууматор

и разливают сталь в слитки. Агрегатами «ковш-печь» оснащены

также мартеновские цехи ОАО «Донецкий металлургический за-

вод» и ОАО «Таганрогский металлургический завод» [239]. Для

работы ковш-печей в таких условиях характерна неритмичность

цикла эксплуатации ковшей, а также практически полное отсутст-

вие эффективной системы отсечки печного шлака, что снижает

возможность рафинирования стали и повышает скорость износа

огнеупоров в шлаковом поясе. Кроме того, часто «ковш-печь» в

мартеновском цехе работает в режиме параллельной обработки

металла в

двух сталеразливочных ковшах.

Значительные отличия появляются в работе агрегатов

«ковш-печь» в случае их функционирования в структуре мини-

завода со стратегией специализации производства (группа 6 и 7),

то есть выпуска высококачественной уникальной продукции.

Обычно такие мини-заводы имеют небольшие объемы производ-

ства (10 - 50 тыс. т в год) и, соответственно, не имеют требований

высокой удельной производительности сталеплавильных агрега-

тов и ковш-печей. В любом случае в технологическом построении

мини-завода имеется, по меньшей мере, одна установка для ваку-

220 Металлургические мини-заводы

умной обработки стали. Кроме того, сложный сортамент выплав-

ляемой стали предопределяет увеличение цикла нахождения ме-

талла в установке «ковш-печь», поскольку расширяется спектр

операций по легированию, рафинированию и модифицированию

металла.

Примером ковш-печи группы 6 с определенной степенью

допущений и перспектив модернизации может, вероятно, служить

«ковш-печь» сталеплавильного цеха ЗАО «Камасталь

» [240].

Ковш-печи группы 7 применяются, например, на электрометаллур-

гическом заводе ОАО «Днепроспецсталь» [241] или в ЭСПЦ-3 Че-

лябинского металлургического завода ОАО «Мечел» [242]. Они

имеют небольшую вместимость ковшей (соответственно 50 т и 15

т) и обеспечивают получение стали специального назначения при

разливке в слитки разной массы. Между тем, для таких ковш-

печей наблюдается повышенный

износ футеровки ковшей в зоне

шлакового пояса, что объясняется значительным перегревом шла-

ка и близким расположением электродов по отношению к огне-

упорному слою.

Ковш-печи группы 8 обычно используются в сталеплавиль-

ных цехах крупных заводов тяжелого и энергетического машино-

строения [243, 244]. Для этих ковш-печей характерно появление

дополнительной функции: сбор металла из

нескольких плавиль-

ных агрегатов и накопление большого количества стали для от-

ливки крупных и сверхкрупных слитков. Примером работы такого

агрегата является «ковш-печь» АО «Новокраматорский машино-

строительный завод» [244]. Эта «ковш-печь» имеет три типораз-

мера ковша (30 т, 60 т, 90 т) и позволяет собирать металл из трех

плавильных агрегатов. Следует особо отметить, что

время пребы-

вания металла в ковше при такой схеме работы ковш-печи состав-

ляет 60-360 минут, что существенно влияет на стойкость футеров-

ки ковшей. В целом агрегаты «ковш-печь» группы 8 крайне не-