Украинская Ассоциация Сталеплавильщиков

Спецразлив. Кузнечные слитки для машиностроения: эффективная конфигурация производства в современных условиях

А.Н.Смирнов, В.М. Сафонов
ДонНТУ, Донецк

Развитие энергетического и тяжелого машиностроения, судостроения, а также металлургической техники сопровождается увеличением единичной мощности энергетических установок. В свою очередь, это требует изготовления крупногабаритных, а порой, уникальных, роторов турбин и генераторов, бандажей, прокатных валков, а также валов для силовых агрегатов большой мощности. В связи с этим в последнее время отмечается глобальная тенденция роста количества изделий, изготовляемых из слитков массой 100-200 т, а также осваивается выпуск уникальных поковок из 300-400-тонных стальных слитков. Другими словами, крупный кузнечный слиток и сегодня остается востребованным как в машиностроении, так и на мировом рынке металлопродукции. Втоже время сталеплавильные комплексы по производству крупных кузнечных слитков, за редким исключением, нуждаются в серьезной реструктуризации в части оснащения современными плавильными агрегатами и комплексами внепечной обработки стали.

Общие положения "металлургии крупного слитка"

Кузнечный слиток

На данный момент производство крупных кузнечных слитков является достаточно привлекательным в коммерческом плане, т.к. обеспечивает выпуск продукции с высокой добавленной стоимостью, которая увеличивается от слитка к поковке и готовому изделию. Вместе с тем производство широкого спектра типоразмеров крупного кузнечного слитка практически невозможно организовать в сталеплавильном цехе «типового» металлургического завода из-за необходимости выплавки «немерных» порций стали сложного сортамента при сравнительно малом годовом объеме производства.

Для обеспечения эффективного производства таких слитков в своем распоряжении необходимо иметь специальное транспортное оборудование, большой парк изложниц в широком диапазоне типоразмеров, поддонов и проч. К тому же анализ производства стальных слитков показывает, что их доля с массой более 10 т, составляет примерно 5-7% от общего количества, однако на их изготовление уходит около трети всех производственных затрат вследствие высокой трудоемкости.

Поэтому производство крупных кузнечных слитков, как правило, организовывают в специализированных сталеплавильных цехах. При этом широкие возможности в достижении конкурентоспособных показателей открываются лишь при условии индивидуального и взвешенного подхода к организации современной системы технологии производства крупного кузнечного слитка с учетом особенностей модернизируемого производства.

Прежде всего, необходимо учитывать, что возможности основных технологических агрегатов и подъемно-транспортного оборудования таких специализированных цехов должны быть рассчитаны на определенную производительность по жидкой стали, причем применительно к производству слитков и типового, и максимального развеса.

Указанное обстоятельство прямо влияет на вместимость используемых в производстве сталеплавильных агрегатов; этот параметр электропечи (а чаще - нескольких ДСП) тесно увязан с максимально допустимым развесом слитков. Последнее, в свою очередь, определяет набор вместимости сталеразливочных ковшей и возможность гармоничного взаимодействия участка вне-печной обработки со сталеплавильным агрегатом.

Данный подход естественным образом повышает объем необходимых капитальных затрат на организацию производства крупных кузнечных слитков - уровень инвестиций здесь возрастает примерно в 1,5-2,0 раза при сравнении с конфигурацией типового электросталеплавильного комплекса, рассчитанного на производство того же объема жидкой стали. Но в данном конкретном случае экономия себя не оправдывает. Ведь, скажем, выбор вместимости ДСП по принципу минимизации капитальных затрат и обеспечения заданной производительности по жидкой стали приводит к появлению технического и технологического барьера при разливке слитков большой массы, доля которых в перспективе может существенно возрасти.

Поэтому для сохранения перспективы развития при создании технологического построения цеха по производству крупных кузнечных слитков принято увеличивать вместимость ДСП до уровня, обеспечивающего выплавку слитка максимального развеса, а массу плавки выбирают кратной массе самого крупного слитка.

Выбор оптимальной схемы получения кузнечного слитка

Так, для отливки слитка в 200 т масса плавки дуговой сталеплавильной печи может составлять 200,100 или 50т. При этом количество печей и их вместимость во многом зависят от уровня техники и технологии плавки, а также внепечной обработки. Допустим, если возможности внепечной обработки ограничены, а продолжительность плавки велика, то для разливки слитка в печном пролете необходимо иметь две ДСП-100, которые последовательно выпустят сталь в два 100-тонных ковша. При наличии же современных технологических агрегатов отливка слитка реализуема по схеме «одна современная высокопроизводительная ДСП-50 - агрегат «ковш-печь».

Такая схема предусматривает выплавку в течен ие каждых 1-1,5 часов 50-55 т жидкого полупродукта с последующим выпуском его в 100-тонный ковш, который отправляют на агрегат «ковш-печь». По заполнении первого ковша металл доводят до марочного химического состава, после чего периодически компенсируют тепловые потери, параллельно накапливая сталь во втором. Наполнение изложницы, как и в первом случае, производят последовательно из двух 100-тонных ковшей.

Специфика внепечной доводки стали при отливке крупных слитков проявляется в наличии нескольких типоразмеров разливочных ковшей, сложном сортаменте стали, организации накопления металла перед разливкой и параллельной его обработке в двух-трех ковшах. Следовательно, конструкция установки «ковш-печь» должна быть универсальной. Кроме того, параметры агрегата (например, мощность печного трансформатора) должны полностью соответствовать режимам форсированного проведения критических (с точки зрения энергетики) технологических операций в заданном ритме работы.

Для достижения необходимого максимально допустимого предела содержания водорода, как правило, выбирают путь камерного вакуумирования раскисленной стали в разливочном ковше непосредственно перед разливкой в слитки с применением способов принудительного перемешивания для усиления массообмена между металлом и газовой фазой. Оборудование камерного ваку-уматора не контактирует с жидкой сталью, не требует специальных огнеупоров для футеровки камеры; отсутствует также необходимость в предварительном подогреве рабочих узлов установки.

Немаловажное значение следует придавать и организации процесса разливки стали в изложницы. Расчет количества разливочных канав и постановочных мест производят для нескольких групп типоразмеров слитков с учетом логистики готовых слитков, изложниц и поддонов. Следует также учитывать, что охлаждение слитков разного развеса до разной температуры (в зависимости от назначения - товарный или передельный) может отличаться довольно существенно от нескольких часов до 2-3 суток. Для успешной реализации заключительной стадии процесса разливочные канавы часто оборудуют автономными полукозловыми кранами.

Эффективная работа электросталеплавильного мини-завода, конфигурированного под выпуск специализированной продукции, прямо подразумевает бизнес-деятельность согласно стратегии гибкого производства. Она позволяет успешно конкурировать в условиях как современного рынка металлопродукции в целом, так и сегмента стальных слитков в частности. При этом на международном рынке крупных кузнечных слитков можно выделить следующие основные тенденции:

  • повышение требований к качеству, служебным и весовым характеристикам продукта;
  • выполнение заказов «точно в срок» при соблюдении индивидуальных требований заказчиков - они часто выражаются в разделении заказа на мелкие партии продукции и ужесточении условий поставки;
  • рост потребности в слитках из спецмарок стали и со специальными свойствами. Не менее важным аспектом, без которого производство крупных кузнечных слитков невозможно реализовать, является наличие в стране предприятий энергетического, транспортного и тяжелого сектора машиностроения, которые формируют достаточно емкий и относительно стабильный внутренний рынок.