НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА

ИСТОРИЯ ОДНОЙ ОСЕЧКИ

К пятидесятилетию непрерывной
разливки стали в Украине
Алексей Смирнов

Украина — один из пионеров непрерывной разливки стали в мире. Ровно 50 лет назад она ввела эту технологию в промышленное производство. Но это не помешало нашей стране спустя полстолетия стать металлургической державой с самой низкой долей непрерывной разливки в сталеплавильном производстве. Таково следствие несовершенной концепции развития черной металлургии Украины в восьмидесятые и девяностые годы. К 2020 году в мире практически не останется предприятий, выплавляющих сталь в слитки. Если Украина не успеет к этому времени провести модернизацию, она может превратиться в этакий музей старинной металлургии.

Непрерывная разливка

Достижения технологии НРС. Непрерывная разливка стали как промышленный метод формообразования стальных заготовок является, по сути, наиболее молодой и быстро развивающейся технологией в системе производства и разливки металла. В настоящее время непрерывная разливка стали освоена более чем в 90 странах мира. Успешно действуют примерно две тысячи машин для непрерывной разливки заготовок (МНЛЗ) различной конструкции и назначения, что позволяет отливать на них свыше 93% всей выплавляемой в мире стали. В большинстве развитых стран мира доля непрерывной разливки колеблется от 95% до 100%. В 2008 году был зафиксирован рекордный показатель непрерывной разливки стали, когда этим способом было отлито 1,228 миллиарда тонн заготовки при суммарном производстве 1,33 миллиарда тонн стали. В промышленном производстве непрерывнолитые заготовки достигли следующих максимальных сечений: блюм 600х670 мм, сляб 250х3200 мм и круг диаметром 600 мм. Процесс непрерывной разливки стали продолжает совершенствоваться и развиваться в конструкционном и технологическом плане. В последние два десятилетия получила широкое промышленное развитие концепция изготовления плоского проката на литейно-прокатных агрегатах (ЛПА), совмещающих процессы затвердевания и прокатки. Буквально в последние годы промышленно освоены технология и оборудование для разливки стали на тонкую полосу, что открывает новые возможности в части энергосбережения. Примерно к 2020 году ожидается практически полное оснащение предприятий черной металлургии машинами непрерывной разливки стали.

Хронология НРС в Украине. Технология непрерывной разливки стали и оборудование для этого процесса пришли в промышленные сталеплавильные цеха в конце 1950-х — начале 1960-х годов прошлого века. Одна из первых в мире крупных промышленных установок для непрерывной разливки слябов была успешно запущена в июне 1960 года в мартеновском цехе Донецкого металлургического завода. Строительство машины и периферийных объектов на ДМЗ было начато во второй половине 1958 года. Примечательно, что эта машина продолжает работать и в настоящее время. Так, ею была разлита вся сталь, произведенная в мартеновском цехе в 2009 году. Рассматривая это событие в историческом ракурсе, можно утверждать, что пятьдесят лет назад в Украине появились технологии и оборудование, которые олицетворяли собой будущий прогресс в мировой черной металлургии. Эта машина для непрерывной разливки заготовок (МНЛЗ) фактически стала базовым объектом для дальнейших исследований и развития процессов литья, а также обучения кадров для многих металлургических предприятий в СССР и за его пределами. В течение многих лет промышленная эксплуатация донецкой МНЛЗ сопровождалась эффективной совместной работой ученых-теоретиков, исследователей, конструкторов и заводских специалистов. В разное время в состав таких научно-исследовательских групп входили ставшие затем известными учеными профессор Дюдкин Д.А. (первый мастер МНЛЗ), член-корреспондент АН СССР Ефименко С.П., член-корреспондент НАН Украины Пилюшенко В.Л. Первая в Украине установка для непрерывной разливки стали в Донецке была результатом колоссальных усилий ведущих институтов, специальных лабораторий и конструкторских бюро: ЦНИИчермет имени И.П. Бардина, СКБ института СТАЛЬПРОЕКТ, Всесоюзный институт огнеупоров, ВНИИметмаш, ЮжноУральский машиностроительный завод, УРАЛМАШЗАВОД. В Украине основные усилия по изучению процесса непрерывной разливки в шестидесятые-семидесятые годы прошлого века были сконцентрированы в научно-исследовательском институте УкрНИИмет в Харькове. В отличие от преобладающей в ЦНИИчермет идеологии развития вертикальных МНЛЗ в УкрНИИмет развивали концепцию радиальных МНЛЗ (В.Т.Сладкоштеев). В дальнейшем значительные усилия специалистов УкрНИИмет были сконцентрированы на разработке концепции горизонтальных машин непрерывной разливки металла, получившей широкое распространение в цветной металлургии. Значимую роль в успешной реализации непрерывной разливки в мартеновском цехе сыграла тщательная подготовка кадров: бригадиров, операторов и мастеров. Декан металлургического факультета и заведующий кафедрой “Металлургия стали” Донецкого политехнического института М.Н.Стрелец за несколько лет до пуска подобрал группу студентов, которые проявили интерес к работе на установке непрерывной разливки. Эта группа студентов прошла практику на промышленной установке непрерывной разливки в городе Сормово и выполнила дипломные работы по данной теме. Учитывая отсутствие достаточной для обучения студентов информации о непрерывной разливке, М.Н.Стрелец издает в 1961 году первое в своем роде учебное пособие “Непрерывная разливка стали”. В последующие годы кафедра “Металлургия стали” совместно с инженерно-техническими специалистами Донецкого металлургического завода стала главным центром подготовки кадров для непрерывной разливки. В это время прошли промышленное опробование и были реализованы многие концептуальные решения, которые касались прогрессивных идей в части технологии разливки и конструкции МНЛЗ, а также ее отдельных узлов. Работы по совершенствованию технологических и конструктивных решений для МНЛЗ мартеновского цеха Донецкого металлургического завода начались практически с момента ее пуска и продолжаются по сегодняшний день. Так, совершенствование механизма качания кристаллизатора, зоны вторичного охлаждения и тянущей клети было объектом комплексных исследований ученых Донецкого политехнического института под руководством М.З.Левина. В Институте проблем литья АН Украины были выполнены многочисленные прикладные исследования, позволившие расширить представления о процессах затвердевания стали в кристаллизаторе. Руководителем этого направления в течение многих лет был академик Ефимов В.А.

В течение многих лет установка непрерывной разливки стали Донецкого металлургического завода была объектом пристального изучения не только для специалистов СССР, но и для металлургов многих других стран мира. Ее посещали десятки делегаций из Европы, Азии и Америки.

динамикка непрерывной разливки стали в Украине 2001 - 2009 год

В шестидесятые и в начале семидесятых годов прошлого века процесс непрерывной разливки стали получил достаточное распространение и был внедрен на ряде металлургических заводов ведущих стран мира. Тем не менее объемы непрерывной разливки стали еще в начале семидесятых годов были малы и составляли около 4%. В этот период производителям МНЛЗ пришлось конкурировать с консервативным, но сравнительно дешевым процессом разливки стали в слитки, а также инерционностью мышления ряда руководителей отрасли. Однако опыт ряда сталеплавильных цехов, спроектированных исключительно под разливку стали непрерывным способом (например, первый конвертерный цех Новолипецкого металлургического комбината), убедительно доказал его преимущества. Мировая практика показала, что наиболее эффективно непрерывная разливка адаптируется в конвертерных и электросталеплавильных цехах.

В этот период в максимальной степени проявились преимущества непрерывной разливки: высокая экономическая эффективность, энерго- и ресурсосбережение, а также полная адаптация к конкретным требованиям прокатного передела. В целом к концу этого периода стало совершенно очевидным, что непрерывнолитая заготовка не уступает по качеству заготовке, полученной прокаткой на обжимном стане. Выход годной заготовки составлял уже 94-97% (против 78-82% при разливке в слитки), что в совокупности с исключением из системы технологических процессов энергоемких обжимных станов рассматривалось как одно из наиболее эффективных энерго- и ресурсосберегающих мероприятий в черной металлургии.

В Украине же ко второй половине шестидесятых годов основные сталеплавильные цеха были уже построены или находились в стадии завершения строительства. Поэтому распространение непрерывной разливки сдерживалось вполне объективными причинами: отсутствием новых цехов и наличием большого количества мартеновских цехов (и блюмингов), где реализация технологии непрерывной разливки представлялась наиболее затруднительной. Это привело к формированию целого спектра противоречивых проблем в металлургическом комплексе Украины, которые предопределили ее несбалансированность в экономическом и технологическом плане, проявившуюся наиболее остро в последние два десятилетия. Объективным следствием несовершенной концепции развития черной металлургии Украины в восьмидесятые и девяностые годы стал нынешний высокий уровень потребления сырья, огнеупоров, топлива и энергии, который на 20-30% выше соответствующих показателей в развитых странах.

В 1975 году в институте ДонНИИчермет создается лаборатория непрерывной разливки стали под руководством Д.А.Дюдкина, в которой большое внимание уделяется совершенствованию процесса разливки стали на МНЛЗ. Среди оригинальных разработок лаборатории необходимо, например, выделить обоснование и создание МНЛЗ наклонного типа. Опытно-промышленная наклонная МНЛЗ с сечением сляба 150х500 мм была сооружена в мартеновском цехе ДМЗ в конце семидесятых годов.

Следующий шаг в освоении непрерывной разливки стали в Украине был сделан только в 1977 году. На Мариупольском металлургическом комбинате АЗОВСТАЛЬ был пущен в эксплуатацию один из крупнейших в мире кислородно-конвертерных цехов (два конвертера по 330 тонн) со 100-процентной разливкой стали на слябовых МНЛЗ. Максимальный размер сляба достиг 315х1900 мм. Всего были построены и пущены в эксплуатацию три двухручьевые слябовые машины с годовым номинальным объемом производства 4,5 миллиона тонн. Этот цех и в настоящее время остается одним из ведущих производителей сляба в Украине. Уже в 2005 году две МНЛЗ были реконструированы. Проект реконструкции осуществил Новокраматорский машиностроительный завод. Там же было изготовлено оборудование. В 2008 году на комбинате была введена в эксплуатацию современная слябовая МНЛЗ производства Danieli (Италия).

В 1984 году в недавно построенном электросталеплавильном цеху Донецкого металлургического завода была пущена в эксплуатацию вертикальная четырехручьевая блюмовая МНЛЗ. В течение ряда лет на этой машине был отработан комплекс технологических процессов по внепечной обработке (вакуумированию) и разливке качественных низколегированных сталей, в том числе трубных и подшипниковых. В девяностые годы эта МНЛЗ была выведена из эксплуатации по ряду соображений технического характера.

В 1985-1987 годах на Константиновском огнеупорном заводе было организовано производство изостатических огнеупоров для непрерывной разливки стали: стопора-моноблоки, погружные стаканы, защитные трубы. К тому времени на Красноармейском динасовом заводе уже было освоено производство цирконовых стаканов-дозаторов для промковшей, которые использовались на большинстве машин непрерывной разливки стали металлургических заводов СССР. Несколько позднее на Красногоровском огнеупорном заводе было освоено производство кварцевых шликернолитых погружных стаканов и защитных труб. Все технологии производства огнеупоров были разработаны во Всесоюзном научно-исследовательском институте огнеупоров (Ленинград).

В 1987 году на Сумском научно-производственном машиностроительном объединении имени Фрунзе был построен и введен в эксплуатацию уникальный мини-завод по производству утяжеленных бурильных и ведущих труб для нефтяной промышленности. Итальянская фирма Danieli создала завод малой мощности, специализирующийся на производстве высококачественной конкурентоспособной на мировом рынке продукции с номинальным годовым объемом производства около 80 тысяч тонн стали. Выплавка металла осуществляется в двух двадцатитонных дуговых сталеплавильных печах, а внепечная обработка — на установке “ковш-печь” типа ASEA-SKF. Непрерывную разливку стали производит двухручьевая вертикальная МНЛЗ, позволяющая получать блюмы сечением от 190х190 до 650х650 мм. Кроме этого, в цехе запущена в эксплуатацию установка вакуумкислородного обезуглероживания (VOD) для производства коррозионностойких сталей и углеродистых сталей с ультранизким содержанием углерода.

В 1988 году в Донецке был создан завод УНИВЕРСАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, на котором впервые в СССР было организовано промышленное производство порошковых проволок на основе силикокальция для обработки стали (в ковше и промковше), которая затем разливалась на МНЛЗ. Это предприятие в течение многих лет поставляет продукцию на заводы в Украине, России и Белоруссии.

В 1989 году в мартеновском цехе Краматорского металлургического завода была сооружена четырехручьевая сортовая МНЛЗ горизонтального типа конструкции ВНИИметмаш, которая предполагала получение квадратной заготовки сечением 175х175 мм, производительностью 80 тонн в час. Несмотря на значительные усилия, приложенные сотрудниками института и специалистами завода в течение нескольких лет, стабильной разливки и проектных показателей достигнуто не было. Это объясняется, прежде всего, определенными концептуальными недоработками в конструкции МНЛЗ (в частности, узла сопряжения промковша и кристаллизатора), а также сложностями в подготовке стали к разливке в условиях старого мартеновского цеха. В девяностые годы эта МНЛЗ была демонтирована.

В 1993 году, после завершения реконструкции кислородно-конвертерного цеха Мариупольского металлургического комбината имени ИЛЬИЧА, имеющего в своем составе три конвертера емкостью 160 тонн, были запущены в эксплуатацию две одноручьевые МНЛЗ с максимальным сечением сляба 315х1900 мм. В течение последующих лет комбинат достиг выдающихся результатов в части эффективности работы МНЛЗ. Так, серийность разливки из одного промковша составляет в среднем 20-24 плавки при работе машины в режиме “nonstop” в течение 120-130 часов. В 2006 году запущена в эксплуатацию третья слябовая МНЛЗ (производитель — австрийская фирма VAI). В этом цехе полностью освоена технология химического подогрева стали и обработки ее порошковыми проволоками различного химического состава.

В 1994 году выполнена реконструкция кислородно-конвертерного цеха Днепровского металлургического комбината, имеющего в своем составе два конвертера емкостью 250 тонн каждый и две шестиручьевые блюмовые МНЛЗ. На ДМК впервые в странах СНГ была освоена разливка длинными и сверхдлинными сериями (20-24 плавки) из шестиручьевого промежуточного ковша. Кроме того, в промышленном масштабе была освоена разливка сортовой заготовки закрытой струей “под уровень” на двух ручьях одновременно с разливкой блюмовой заготовки на остальных ручьях. В 2008 году в конвертерном цехе Днепровского МК успешно запущена в эксплуатацию семиручьевая сортовая МНЛЗ номинальным объемом производства 1,7 миллиона тонн заготовки в год (производитель — Siemens-VAI). В настоящее время на месте снесенной блюмовой МНЛЗ сооружается вторая сортовая МНЛЗ с аналогичными эксплуатационными параметрами. С ее пуском в 2010 году на комбинате будут созданы условия для разливки на машинах непрерывного литья практически всей выпускаемой стали.

В 1999 году после выделения из состава Донецкого металлургического завода ряда цехов и создания нового предприятия — мини-металлургического завода ИСТИЛ (УКРАИНА) — запущена шестиручьевая сортовая МНЛЗ производства Danieli. Эта машина позволяет получать высококондиционную сортовую заготовку квадратного и круглого сечения при разливке открытой и закрытой струей. МНЛЗ входит в состав сталеплавильного комплекса, включающего современную 120-тонную электродуговую печь, ковш-печь и вакуумную станцию VD/VOD. Достигнутый рекордный объем разливки стали на сортовой МНЛЗ составил 970 тысяч тонн в год.

В 2002-2003 годах после реконструкции кислородно-конвертерного цеха Енакиевского металлургического завода в эксплуатацию были запущены две шестиручьевые сортовые МНЛЗ для производства квадратной заготовки. Машины были сконструированы и изготовлены на Новокраматорском машиностроительном заводе. В период 2007-2009 годов ежегодный объем разливаемой стали составил 2,27 миллиона тонн в год. При этом рекордная месячная производительность одной МНЛЗ была равна 108-110 тысячам тонн. Высокие производственные показатели енакиевских МНЛЗ достигнуты в результате комплекса технологических мероприятий, обеспечивающих гармонизацию процессов выплавки, внепечной обработки и разливки стали. Благодаря этому осуществляется разливка стали сверхдлинными сериями (среднемесячный показатель серийности — 35-43 плавки), что обеспечивает существенный энерго- и ресурсосберегающий эффект, а также повышение производительности машин. В настоящее время Енакиевский металлургический завод является одним из крупнейших производителей сортовой заготовки в Европе. Дальнейшее развитие процесса производства сортовой заготовки на ЕМЗ рассматривается в ракурсе повышения экспортного потенциала и конкурентноспособности металлопродукции.

В 2005-2006 годах в рамках коренной реконструкции производства и сооружения современного конвертерного цеха на Алчевском металлургическом комбинате успешно введены в работу две высокопроизводительные двухручьевые слябовые МНЛЗ производства Siemens-VAI. Построен конвертерный цех, оснащенный двумя 300-тонными конвертерами с комбинированной продувкой, двухпозиционной установкой “ковш-печь” и вакууматором VD/VOD. Номинальная мощность цеха — 5,5-6 миллионов тонн стали в год. Конвертерный цех Алчевского МК и работающая в нем машина непрерывного литья заготовок — это высокофункциональное технологическое построение, соответствующее лучшим мировым аналогам. На комбинате освоены производство и разливка широкого спектра высококачественных сталей — начиная со сверхнизкоуглеродистых и заканчивая высокопрочными для производства труб ответственного назначения.

Весной 2008 года в Курахово Донецкой области состоялся пуск сталеплавильного комплекса ЭЛЕКТРОСТАЛЬ, построенного по концепции мини-завода со стратегией минимизации издержек. В состав комплекса входят 50-тонная дуговая печь, ковш-печь и трехручьевая сортовая МНЛЗ. Уже после трех месяцев работы комплекса была достигнута его проектная мощность на уровне 25 тысяч тонн заготовки в месяц. А по итогам 2009 года выплавлено 418 тысяч тонн стали, что почти в полтора раза превышает проектный показатель. Разливка стали производится с использованием системы быстрой замены стаканов-дозаторов, что обеспечивает среднюю серийность на уровне 40 плавок (рекордная серия — 63 плавки длительностью 60 часов 40 минут при средней производительности 62тонны в час).

Осенью 2008 года в Мариуполе начал работу еще один мини-завод —АЗОВЭЛЕКТРОСТАЛЬ, построенный на базе электросталеплавильного цеха концерна АЗОВМАШ. В состав сталеплавильного комплекса входит 50-тонная дуговая сталеплавильная печь, установка “ковш-печь”, вакуумная станция VD/VOD, установка “ковш-печь” ASEA-SKF и двухручьевая блюмовая МНЛЗ, позволяющая получать квадратную и круглую заготовку. Основным поставщиком оборудования выступила итальянская фирма SТВ. Проектная мощность комплекса оценивается специалистами на уровне 300 тысяч тонн качественной заготовки в год. Завод ориентирован на получение товарной непрерывно-литой заготовки, поскольку не располагает собственным прокатным производством. В конце 2009 года стартовало сортовое производство на новом мини-металлургическом заводе СТИЛ ГРУПП ТСА в Павлограде Днепропетровской области. Сталеплавильный комплекс оснащен двумя 15-тонными дуговыми сталеплавильными печами, установкой “ковш-печь” и двухручьевой сортовой МНЛЗ. Проектный объем производства — 200 тысяч тонн заготовки в год. Предполагается, что в будущем получаемая заготовка будет перекатываться непосредственно на заводе.

Плюсы и минусы эволюции НРС в Украине. Подводя итоги пятидесятилетнего промышленного применения непрерывной разливки стали в Украине, необходимо отметить, что эта технология во многом повлияла на развитие отечественного сталеплавильного комплекса. В Украине за последние десятилетия сформировалось не только мощное сталелитейное производство, базирующееся на непрерывной разливке стали, но также и научное, проектное и машиностроительное ее обеспечение.

Так, проектные институты ГИПРОсталь (Харьков) и УкрГИПРОмез уже достаточно давно выполняют весь комплекс проектирования металлургических заводов и цехов с машинами непрерывной разливки стали для многих предприятий в странах СНГ. Новокраматорский машиностроительный завод успешно реализовал проекты высокопроизводительных сортовых и слябовых МНЛЗ и вполне конкурентоспособен ведущим производителям МНЛЗ в мире. Технологии непрерывной разливки металла широко используются при производстве цветных металлов и сплавов. На Артемовском заводе по обработке цветных металлов успешно эксплуатируются вертикальные машины для полунепрерывной разливки меди и ее сплавов на круглые и плоские слитки крупных сечений, горизонтальные МНЛЗ для получения круглой и трубной полой заготовки, а также литейно-прокатный модуль для получения катанки.

Среди положительных моментов в эволюции металлургического комплекса Украины в XXI веке можно выделить следующее:

  • По объемам разливаемой непрерывным способом стали в 2009 году украинская металлургия занимала двенадцатую позицию в мире и четвертую (после России, Германии и Италии) в Европе.
  • Непрерывная разливка стали как базовый технологический процесс присутствует на 11 металлургических предприятиях Украины, из которых 5 являются предприятиями полного металлургического цикла с производством стали в конвертерах.
  • Доля конвертерной стали в общем объеме стали, разливаемой непрерывным способом, составляет 88-89%; при этом 61,8% конвертерной стали разливается на МНЛЗ.
  • Процесс непрерывной разливки стал стержневым элементом в электросталеплавильных цехах и на мини-заводах Украины и обусловил появление новых конкурентоспособных предприятий; доля электростали, разливаемой непрерывным способом, составляет более 85%, а на ряде заводов разливка в слитки вообще не предусмотрена технологическим построением.
  • Отечественная металлургия располагает собственным производителем оборудования для слябовых и сортовых МНЛЗ — это Новокраматорский машиностроительный завод, который успешно конкурирует с ведущими мировыми производителями на внутреннем и мировом рынках.
  • В Украине успешно функционируют два проектных института, которые выполняют комплекс услуг по проектированию сталеплавильных цехов и комплексов для непрерывной разливки стали. В качестве негативных моментов следует обратить внимание на следующие обстоятельства.
  • Доля стали, разливаемой в Украине непрерывным способом, по данным 2009 года, составляет чуть менее 50%, что является крайне низким показателем для металлургических стран.
  • В Украине нет производителей высококачественных огнеупоров, которые обеспечивали бы нужды МНЛЗ (огнеупоры для промковшей и дозирования стали).
  • Украина не располагает промышленным производством ряда крайне важных для функционирования МНЛЗ сменных и расходуемых деталей (например, кристаллизаторов, форсунок для распыления воды, устройств для быстрой замены стаканов и прочих изделий).
  • В стране отсутствуют разработки литейно-прокатных модулей и машин для непрерывной разливки литья, которые соответствовали бы передовому уровню развития науки и технологии непрерывной разливки.

СТАТЬИ

ПОПУЛЯРНОЕ

КОНФЕРЕНЦИИ

КНИГИ