Производство кузнечных слитков

Начиная с 80-х годов прошлого столения процессы выплавки, внепечной обработки и разливки стали рассматриваются как система совмещенных технологий. В основу развития теории и практики данного комплекса технологий положена достаточно небольшая совокупность технологических парадигм, нашедших свое воплощение в устойчивых технических системах и ограниченных проявлением базовых физических и химических закономерностей. Эти системы в настоящее время представляются достаточно хорошо продуманными и обоснованными, поскольку охватывают весь процесс производства, начиная с подготовки сырья и производства энергии и заканчивая чистотой стали и ее эксплуатационными свойствами, что обеспечивает оптимальное качество металлопродукции массового сортамента при минимальных затратах. При этом базисом современной системы производства стали массового сортамента являются техника и технология непрерывной разливки, которые продолжают совершенствоваться, обеспечивая производителям все новые возможности, как в части новых марок стали, так и в части профиля непрерывнолитой заготовки, все более приближающегося к профилю конечной продукции.

Основным производителем и потребителем слитков в настоящее время стало энергетическое и тяжелое машиностроение, где актуальность повышения качества металлопродукции продолжает возрастать. Вместе с тем производство широкого спектра типоразмеров крупного кузнечного слитка практически невозможно организовать в сталеплавильном цехе металлургического завода из-за необходимости выплавки «немерных» порций стали сложного сортамента при сравнительно малом годовом объеме производства. При этом в цехе необходимо иметь резерв производственных площадей в разливочном пролете, специальное транспортное оборудование, большой парк изложниц в широком диапазоне типоразмеров, поддонов и пр. Кроме того, экономический анализ производства стальных слитков показывает, что доля слитков массой более 20-25 т составляет примерно 10-15% от общего количества, однако на их изготовление приходится около половины всех производственных затрат вследствие высокой трудоемкости.

Специфика внепечной доводки стали при отливке крупных слитков проявляется в наличии нескольких типоразмеров плавильных агрегатов и сталеразливочных ковшей, сложном сортаменте стали, организации процесса накопления металла перед разливкой и параллельной обработке стали в двух-трех ковшах. Следовательно, к конструкции установки ковш-печь и вакууматора предъявляются особые требования. Кроме того, параметры агрегата, например, такие как мощность печного трансформатора, должны полностью соответствовать режимам форсированного проведения критических с энергетической точки зрения технологических операций в заданном ритме работы.

В процессе производства крупного слитка громадное значение имеет организация эффективной разливки стали в изложницы. Кроме того, расчет количества разливочных канав и постановочных мест производят для нескольких групп типоразмеров слитков с учетом логистики готовых слитков, изложниц и поддонов, так как охлаждение слитков разного развеса до разной температуры может отличаться довольно существенно: от нескольких часов до 2–3 суток.

Таким образом, в отличие от традиционных технологических схем, производство продукции энергетического и тяжелого машиностроения основано на применении уникальных технологических решений. Данные технологические схемы отражают производственные особенности каждого предприятия и включают выплавку и разливку стали на крупные слитки или отливки, обработку слитков методом свободной ковки, высокоточную механическую и термическую обработку, а также сборку крупногабаритных деталей, узлов, машин, агрегатов и целых секций.

Производство крупных кузнечных слитков, как правило, организовано в специализированных сталеплавильных цехах, оборудованных дуговыми и индукционными сталеплавильными печами. Планировка, а также возможности основных технологических агрегатов и подъемнотранспортного оборудования данных цехов учитывают все основные технологические аспекты производства. При этом они должны быть рассчитаны на определенную производительность по жидкой стали (часть которой, как правило, транспортируют в литейный цех) применительно к производству слитков типового развеса, а также к слиткам максимального развеса с учетом перспективы развития. Естественно, что техническая реализация столь разноплановых параметров производительности цеха существенно повышает объем капитальных затрат.

Развитие энергетического и тяжелого машиностроения, судостроения, а также металлургической техники сопровождается увеличением единичной мощности энергетических установок, что в свою очередь 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 в мире отмечена тенденция роста количества изделий, изготовляемых из слитков массой 100-200 т, а также осваивается выпуск уникальных поковок из 300-400 тонных стальных слитков и более. При этом на международном рынке крупных кузнечных слитков можно выделить следующие основные тенденции:

• повышение требований к качеству, служебным и весовым характеристикам слитков;
• выполнение заказов «точно в срок» с соблюдением индивидуальных требований заказчиков, которые часто выражаются в разделении заказа на мелкие партии слитков и ужесточении условий поставки;
• увеличение потребности в слитках из специальных марок стали и со специальными свойствами.

Украина производит разнообразное оборудование для тяжелой промышленности, энергетики (электромоторы, турбины, мощные трансформаторы), железнодорожного транспорта (локомотивы, грузовые вагоны), горнодобывающей промышленности (экскаваторы, бульдозеры, угольные комбайны), металлургии (сталеплавильные агрегаты, МНЛЗ, прокатные станы), автотранспорта (грузовики, автобусы, легковые автомобили), гражданской авиации (пассажирские самолеты, авиационные двигатели) и сельского хозяйства (тракторы, сельхозтехника) и т. п. Стратегическим направлением промышленной политики Украины является наращивание экспортного потенциала в приоритетных отраслях, таких, как авиастроение, судостроение, энергомашиностроение, тяжелое и металлургическое машиностроение и пр. На долю машиностроительного комплекса в Украине приходится почти 13,4% от общего объема промышленной продукции. На сегодняшний день стратегической задачей в отраслях тяжелого машиностроения является ускоренное проведение реконструкции и модернизации технологического оборудования заводов и повышение качества продукции в соответствии с требованиями мирового рынка.

Очевидно, что развитие сталеплавильного комплекса для производства крупного кузнечного слитка достаточно актуально и перспективно, так как обеспечивает выпуск продукции с высокой добавленной стоимостью, которая увеличивается от слитка к поковке и готовому изделию. В настоящей монографии предпринята попытка обобщения современных теоретических и технологических представлений, касающихся производства крупных стальных слитков. Основные обобщения, приведенные в настоящей работе, базируются на многолетних исследованиях, проведенных авторами в условиях нескольких крупных машиностроительных предприятий, в которых авторы принимали непосредственное участие, а также на современных достижениях в этой области, представленных в научных публикациях.

Монография предназначена для работников научно-исследовательских институтов, инженерно-технических работников металлургических и машиностроительных предприятий, преподавателей университетов, а также аспирантов, магистров и студентов старших курсов, обучающихся по направлению «Металлургия».