Непрерывная разливка стали на металлургических мини-заводах

Прогресс в непрерывной разливке стали

Процесс непрерывной разливки стали начал получать промышленное развитие в середине 50-х годов прошлого столетия [305]. Бурное его распространение и широкое внедрение происходило с начала 60-х годов в странах Западной Европы, СССР, Японии и США. Этому способствовал экономический рост, наблюдаемый в большинстве промышленно развитых стран мира, что обусловило, по сути, быстрое внедрение многих высокоэффективных технологических процессов и стимулировало развитие новых технологических построений в черной металлургии.

По разным оценкам в 2003 г. примерно 850 - 860 млн.т стали было разлито на более, чем 1800 МНЛЗ. В большинстве стран мира доля стали, разливаемой на МНЛЗ, превышает 90 - 95%. Исключение составляют такие страны как Россия, Украина, Казахстан, Бразилия и некоторые другие, доля непрерывной разливки в которых значительно ниже в силу продолжающейся реконструкции сталеплавильного комплекса. Ожидается, что практически полное оснащение предприятий черной металлургии машинами непрерывной разливки стали произойдет примерно к 2020 г. Промышленно производятся непрерывнолитые заготовки следующих максимальных сечений: блюм 600*670 мм, сляб 250*3200 мм и круг диаметром 600 мм. На рубеже веков получила промышленную реализацию технология непрерывной разливки полосы.

Анализируя путь, который прошла непрерывная разливка стали в течение последних 40 - 45 лет, следует выделить несколько революционных этапов. На первом этапе (50-е - середина 60-х годов) осуществлена теоретическая проработка и промышленное оформление способа непрерывной разливки стали, что позволило создать объективные предпосылки для уверенного выхода на рынок новых технологий. В конструкционном плане (рис. 4.1) преобладали МНЛЗ вертикального типа (или с загибом заготовки после затвердевания). Уже тогда непрерывная разливка стали обеспечила прямое (без обжимного передела) получение промышленной заготовки различных сечений (сляб, блюм, сортовая заготовка и т.п.).

Второй этап (60-е - начало 70-х годов) характеризуется быстрым внедрением МНЛЗ на многих металлургических заводах промышленно развитых стран мира. В этот период производителям МНЛЗ пришлось конкурировать с консервативным, но сравнительно дешевым, процессом разливки стали в слитки. Это потребовало создания новой системы технологий в сталеплавильном переделе. В конечном счете, основные показатели, достигаемые при непрерывной разливке стали, заметно превзошли лучшие показатели слиткового передела. В этот период в максимальной степени проявились преимущества непрерывной разливки – высокая экономическая эффективность, энерго- и ресурсосбережение, а сурсосбережение, а также полная адаптация к конкретным сталеплавильным цехам. 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 обжимных станов рассматривалось как одно из наиболее эффективных энерго- и ресурсосберегающих мероприятий в черной металлургии в целом.

Рис. 4.1. МНЛЗ вертикального типа

Третий этап (70-е – 80-е годы) характеризуется двумя основными тенденциями. Во-первых, в этот период окончательно оформилась тенденция реконструкции сталеплавильных цехов с целью их оснащения МНЛЗ. Стратегия неуклонного повышения качества заготовки позволила существенно превысить традиционные показатели качества, достигаемые при разливке металла в слитки. Кроме того, в это же время происходит адаптация процесса МНЛЗ к различным типам заготовки, используемой в прокатном производстве (сортовая заготовка и блюм, сляб, фасонная заготовка, круг и т.п.). Но стратегически более важное значение приобрела тенденция строительства новых сталеплавильных цехов и металлургических заводов со 100% непрерывной разливкой стали, в первую очередь, на слябы и блюмы. Развитие этой тенденции во многом стимулировало совершенствование конструкции МНЛЗ, что, в конечном счете, обусловило создание промышленных образцов радиальных и криволинейных МНЛЗ (рис.4.2). Наиболее значимым явлением в этот период явилось успешное совмещение слябовых и блюмовых машин непрерывной разливки стали с кислородными конвертерами большой единичной мощности, а также оформление концепции мини металлургического завода для получения сортовой непрерывнолитой заготовки.

Основу успешного функционирования мини металлургических заводов составляет высокая экономическая эффективность работы основных технологических агрегатов, входящих в их состав, а также высокая степень их функциональной совместимости между собой в едином технологическом цикле. Исключительно важной особенностью новых мини-заводов является стремление конструкторов и технологов обеспечить максимально высокую удельную производительность плавильных агрегатов и МНЛЗ, производящих сортовую заготовку. Это достигается за счет увеличения числа ручьев сортовых МНЛЗ (6-8 ручьев) и увеличения серийности разливки (без остановки машины).

Рис. 4.2. МНЛЗ радиального и криволинейного типов

Четвертый этап, начало которого следует относить к концу 80-х или началу 90-х годов, характеризуется заметным снижением темпов прироста объемов производства стали в мире и практически полным отсутствием прироста в ведущих металлургических странах. В последнее десятилетие основной прирост был достигнут, главным образом, за счет КНР и Южной Кореи. Это стимулировало создание новых эффективных технологических процессов внепечной обработки и непрерывной разливки стали. Весьма характерным представляется тот факт, что примерно 50 - 55 % всех МНЛЗ были либо сооружены, либо реконструированы именно в последние 10 - 12 лет. Прогрессивные изменения касаются практически всех основных технологических и конструктивных аспектов и носят взаимосвязанный характер.

В целом к началу двадцать первого века непрерывная разливка стали представляет собой весьма сложную динамически развивающуюся систему технологических и конструктивных решений. Доминантные контуры этой системы можно представить следующим образом:

• теория и практика непрерывной разливки стали располагает всем необходимым комплексом решений для организации высокоэффективных технологических систем получения слябовой, блюмовой, круглой и сортовой заготовки традиционных сечений;
• ведущие машиностроительные компании мира, производящие МНЛЗ, располагают большим опытом в их создании, что позволяет им предлагать потребителям такое оборудование, которое в максимальной степени соответствует конкретному сталеплавильному цеху и концепции его развития;
• для большинства сталеплавильных цехов основной акцент делается на реконструкции действующих МНЛЗ с целью повышения качества заготовки, производительности и наиболее полного совмещения работы сталеплавильных агрегатов и МНЛЗ в единый технологический процесс;
• создание комплексной системы автоматизации процессов непрерывной разливки стали, которая включает в себя систему автоматического поддержания уровня металла в кристаллизаторе, систему контроля уровня и кондиций металла в промковше, систему динамического охлаждения заготовки в зоне вторичного охлаждения, систему диагностики качества заготовки и пр.

Непрерывная разливка стали на сортовую заготовку (сечение квадрат 100 - 180 мм) получила максимальное распространение для мини металлургических заводов. Инновационные решения в области интенсификации работы электросталеплавильной печи (плавка менее чем за 60 минут) и применение в технологической системе агрегатов «ковш-печь» обусловили в начале 90-х гг. прошлого века целесообразность создания высокопроизводительных многоручьевых сортовых МНЛЗ для многочисленных мини заводов. На начало 2003 г. в мире насчитывалось свыше 3900 ручьев сортовых МНЛЗ, что обеспечило разливку примерно 185 - 190 млн. т стали. Однако только 18 - 20% от общего количества сортовых МНЛЗ можно считать современными высокоскоростными агрегатами.

В целом развитию и тотальному применению метода непрерывной разливки сортовой заготовки способствовали следующие достижения:

• радикальное повышение производительности МНЛЗ за счет увеличения скорости вытяжки заготовки до 5-6 м/мин в совокупности с увеличением числа ручьев (до 6-8);
• большой прогресс в стойкости огнеупорных материалов, используемых для дозирования стали (стаканы-дозаторы) и для рабочего слоя футеровки промковша, что обеспечивает разливку сериями 20-30 плавок из одного промковша с последующей его заменой без остановки МНЛЗ;
• кардинальное повышение товарного качества непрерывнолитой заготовки за счет автоматизации процесса разливки и порезки;
• создание и конструктивное оформление концепции универсальных высокоэффективных технологических модулей для выплавки и разливки стали.

Тенденция увеличения производительности сортовой МНЛЗ путем повышения скорости разливки продолжает развиваться. Поэтому многие научно-технические разработки в этой области направлены на усовершенствование конструкции кристаллизатора за счет повышения интенсивности и равномерности теплоотвода. Известно, то в процессе нарастания твердой корочки затвердевшего металла тепловой поток к стенке кристаллизатора уменьшается. Этому же способствует постепенное увеличение газового зазора. Неравномерное распределение тепловых потоков при продвижении заготовки вызывает неравномерный прогрев стенки кристаллизатора. Различная температура слоев корочки затвердевшего металла вызывает различную усадку и деформацию этих слоев, что приводит к возникновению сложнонапряженного состояния затвердевшей оболочки заготовки. Ведущие фирмы-производители кристаллизаторов стремятся делать поправку на естественную усадку непрерывнолитого слитка и выполнять внутреннюю поверхность кристаллизатора в виде так называемого параболического профиля или переменного поперечного сечения.

Таким образом, бурное развитие техники и технологии позволили ведущим производителям сортовых МНЛЗ существенно повысить их производительность и обеспечить высокое качество заготовки. Современная сортовая МНЛЗ обязательно несет в себе следующие конструктивные и технологические решения: производительность одного ручья – до 250 тыс. т стали в год; скорость разливки – до 6,0-6,5 м/мин; разливка осуществляется как открытой, так и закрытой струей; кристаллизатор удлиненный параболический или другой специальной геометрической формы, способствующей эффективному формированию качественной твердой корочки; предпочтительное число ручьев 4 - 6 (иногда 7 - 8); автоматический контроль уровня металла в кристаллизаторе; электромагнитное перемешивание в кристаллизаторе и т.п.

Производство крупных заготовок прямоугольного, квадратного, круглого и фасонного (балка) сечений развивается в последние годы в направлении повышения качества заготовки при повышении производительности МНЛЗ. Мировое производство непрерывнолитых блюмов оценивается на уровне 130 - 135 млн. т в год. На начало 2003 г. в мире насчитывалось примерно 285 - 290 (1050 - 1070 ручьев) блюмовых МНЛЗ, из них около 50 машин для разливки крупной фасонной заготовки и 100 машин для получения круглой заготовки. При этом средняя производительность одного ручья для блюмовой МНЛЗ составляет соответственно примерно 125 - 130 тыс. т стали в год.

Между тем, рекордные показатели производительности одного ручья на лучших МНЛЗ мира значительно выше. Например, на японских металлургических заводах «Symitomo Metal» (размер блюма 300*400 мм) и «Daido Steel» (размер блюма 370*480 мм) она составляет 300 тыс. т стали в год, а на австралийском заводе «BHР Steel» (размер блюма 400*630 мм) - 400 тыс. т стали в год. По оценкам различных экспертов, средняя годовая производительность одного ручья для современных блюмовых МНЛЗ должна составлять 200 - 250 тыс. т в год. Следовательно, для большинства блюмовых МНЛЗ средний показатель их удельной производительности представляется достаточно низким с позиций последних достижений в области непрерывной разливки. Вместе с тем, как показывает анализ работы современных МНЛЗ, далеко не все производители стали стремятся к максимальной скорости разливки. Учитывая высокие требования машиностроителей, многие металлургические предприятия акцентируют внимание на качестве блюмовой заготовки.

В целом существующие блюмовые МНЛЗ можно условно классифицировать по следующим признакам: по назначению (для разливки рядовых и качественных сталей общего назначения; для разливки высококачественных сталей; для разливки сталей специального назначения); по конструкции (вертикальная; вертикальная с загибом после затвердевания; радиальная; криволинейная); по сечению заготовки (квадрат или прямоугольник небольшого сечения 180-280 мм; блюм большого сечения с минимальным размером стороны 300 мм; круглая заготовка диаметром более 200 мм; фасонная заготовка типа «собачья кость»); по числу ручьев: одноручьевые; двухручьевые; многоручьевые (3 - 6 ручьев).

Для разливки рядовых и качественных сталей общего назначения используются, как правило, МНЛЗ радиального и криволинейного типа. При этом сечение заготовки определяется, главным образом, требованиями сопряженных прокатных цехов. Для МНЛЗ этого класса характерно наличие возможности получения заготовок нескольких сечений. Обычно, к таким блюмовым МНЛЗ предъявляется условие обеспечения высокой производительности.

Для обеспечения высокой производительности блюмовой МНЛЗ в практике многих металлургических заводов мира применяются многоручьевые машины. Как видно из диаграммы, приведенной на рис.4.3, основная часть блюмовых МНЛЗ имеет 2-4 ручья. На долю 6-ти ручьевых машин приходится около пятой части всего количества блюмовых ручьев МНЛЗ. На наш взгляд, это следует связывать с ограниченным числом сталеплавильных цехов, где возможно применение таких МНЛЗ (большая единичная мощность сталеплавильного агрегата). Кроме того, применение 6-ти (и более) ручьевых МНЛЗ имеет ряд специфических особенностей, связанных, например, с необходимостью использования промковшей большой протяженности, повышенным требованиям к температурной однородности стали и пр.

Рис. 4.3. Доля блюмовых МНЛЗ с различным количеством ручьев (в скобках указано количество ручьев МНЛЗ)

В целом анализ находящихся в эксплуатации блюмовых МНЛЗ показывает, что в последнее десятилетие строительство новых машин носит весьма ограниченный характер, что, вероятно, объясняется насыщенностью рынка блюмовой заготовки. В то же время, большинство производителей блюмовой заготовки акцентируют свое внимание на реконструкции действующих МНЛЗ.

К числу наиболее важных конструкционных решений следует отнести:

• применение прямолинейного кристаллизатора с вертикальным участком под ним (взамен радиального);
• применение системы многоточечного загиба и разгиба заготовки;
• применение промковшей с высоким уровнем зеркала металла;
• использование сегментной направляющей системы;
• повышение скорости и серийности разливки;
• широкое использование автоматических систем управления процессом разливки;
• применение системы гидравлического качания кристаллизатора;
• применение системы «мягкого» обжатия заготовки.

Для разливки высококачественной стали используют МНЛЗ криволинейного с вертикальным кристаллизатором, а также вертикального типов (с загибом твердой заготовки). Как правило, это одно-, двух- или четырехручьевые МНЛЗ, которые расположены в электросталеплавильных цехах, оснащенных вакуумными станциями и агрегатами ковш-печь. На таких МНЛЗ разливают высоколегированную и нержавеющую сталь, а также марки стали с особыми свойствами. Скорость вытягивания заготовки при этом оказывается достаточно низкой – 0,35-0,50 м/мин.

Чисто вертикальные блюмовые МНЛЗ имеются в настоящее время во многих индустриально развитых странах: Франция, Германия, Япония, Италия, США и т.д. Однако вертикальных МНЛЗ достаточно мало. Все-таки большее распространение в последнее время получили МНЛЗ с вертикальным кристаллизатором и многоточечным загибом и разгибом заготовки.

Наиболее перспективным направлением при производстве широкополочных балок является применение фасонных двутавровых заготовок, получаемых на машинах непрерывного литья. Применение непрерывной разливки стали для получения фасонной заготовки позволяет сократить расход металла на производство 1 т широкополочных балок, исключить обжатие слитков на дорогостоящих обжимных станках, что существенно снижает себестоимость готового проката. Тип фасонной заготовки определяется минимальным числом проходов при прокатке, необходи-мым для получения заданной микроструктуры. При этом выход годного на прокатном стане увеличивается на 1,0 - 1,5 %.

В настоящее время непрерывная разливка фасонных заготовок получила широкое распространение в мире. Ведущими производителями таких МНЛЗ являются фирмы «SMS-Concast» (Германия-Швейцария) и «MDM» (Германия), а также японские концерны «Mitsubishi» и «Sumitomo». Обращает на себя внимание тот факт, что крайне слабо представлены на рынке результаты фирм «VAI» (Австрия) и «Danieli» (Италия). Наибольшее количество МНЛЗ для производства балочных фасонных заготовок расположено на металлургических заводах США, Японии и Южной Кореи. При этом основная часть МНЛЗ расположена в электросталеплавильных цехах, большая часть из которых работает с использованием шихты прямого восстановления. Практически все МНЛЗ для производства балочных фасонных заготовок в конструкционном плане являются комбинированными, что предполагает разливку на них прямоугольных заготовок.

Основные преимущества разливки балочных фасонных заготовок достигаются в следующем: экономия производственных расходов для нового балочного стана до 25-30 % (исключение черновой клети); повышение производительности на 15 % (за счет исключения черновой клети и связанных с ней черновых проходов); снижение потребности в электроэнергии на 50 % (за счет уменьшения числа обжатий); повышение выхода годного на 1,0 - 1,5 %.

Между тем, эта совокупность преимуществ хорошо проявляется при строительстве новых производств. Более проблематичным выглядит экономический эффект от применения непрерывнолитых балочных фасонных заготовок в существующем прокатном производстве. В любом случае это требует существенной коррекции режимов прокатки, а также адаптации оборудования к прокатке непрерывнолитой заготовки. Наиболее эффективным оказывается технологическое построение, в котором МНЛЗ для литья балочных заготовок совмещена непосредственно с прокатным станом.

Непрерывное литье стальных круглых заготовок, являющихся исходным продуктом для производства бесшовных труб, колес, бандажей, колец различных назначений и катанки, получило наиболее широкое развитие в последние два десятилетия, чему способствовали достижения в области внепечной обработки, а также дальнейшее усовершенствование процесса непрерывной разливки стали. Основными производителями машин для разливки круглых заготовок являются фирмы «MDM» (Германия), «Concast» (Швейцария) и «Danieli» (Италия).

Исследованиями, проведенными в ФРГ, США, Японии и бывшем СССР установлено, что использование круглой заготовки по сравнению с использованием непрерывнолитых блюмов при производстве труб имеет определенные преимущества: круглая форма заготовки способствует рассредоточению возникающей в осевой зоне центральной пористости и ликвации; поверхность заготовки имеет более высокое, чем у квадратной, качество (нет продольных и угловых трещин); в результате этого качество труб, изготовленных из круглой непрерывнолитой заготовки обычно выше, чем из квадратной; повышенная плотность равноосной структуры в осевой зоне заготовок обеспечивает снижение количества микродефектов, образующихся обычно на внутренней поверхности трубы из-за наличия осевой пористости. Размерный сортамент литых круглых трубных и колесных заготовок довольно широк: от 150 до 500 мм. Тем не менее, качественные трубные марки стали разливаются преимущественно на радиальных или криволинейных МНЛЗ с многоточечным загибом и разгибом заготовки, что позволяет получать заготовки диаметром 300 - 400 мм. Базовый радиус на этих машинах колеблется в пределах 12 - 14 м в зависимости от максимального диаметра отливаемой заготовки. Исключение, видимо, составляет пятиручьевая МНЛЗ №7 на заводе «Mannesmann» в г. Дуйсбург (Германия), имеющая базовый радиус 10,5 м и три последующих радиуса выпрямления (13,5, 18,0 и 36,6 м). На этой МНЛЗ отливают заготовки диаметром от 177 до 435 мм.

В целом же МНЛЗ для получения круглой заготовки получают все большее распространение в развитых странах с мощными металлургическим и машиностроительным комплексами, в том числе в Восточной Европе. Так, в последние годы для разливки круга диаметром 160-320 мм в Польше сооружено четыре МНЛЗ (18 ручьев), в Чехии - 6-ти ручьевая МНЛЗ для разливки круга диаметром 210 мм, в Румынии – 3-х ручьевая МНЛЗ для разливки круга диаметром 250-280 мм, в КНР – 4-х ручьевая МНЛЗ для разливки круга диаметром 180-350 мм, трехручьевая и двухручьевая МНЛЗ с максимальным диаметром заготовки соответственно 430 мм и 500 мм, в России на Нижнетагильском металлургическом комбинате – 4-х ручьевая радиальная МНЛЗ с диаметром заготовки 430 мм. Общие тенденции развития технологии непрерывной разливки стали на блюмовых МНЛЗ можно сформулировать следующим образом:

• повышение удельной производительности МНЛЗ за счет реконструкции уже существующих машин и создания новых высокоэффективных комплексов;
• развитие системы подготовки стали к непрерывной разливке и согласование работы сталеплавильных агрегатов МНЛЗ путем использования современных агрегатов типа «ковш-печь»;
• развитие функциональных возможностей промковша в части повышения его эксплуатационных показателей (стойкость) и возможностей по доводке стали (рафинирование и регулирование температуры);
• создание системы мероприятий, направленных на предотвращение загрязнения стали в промковше (эмульгирование с покровным шлаком) и в ходе перелива в кристаллизатор (вторичное окисление);
• применение вертикального кристаллизатора, а также полностью вертикальных МНЛЗ для получения высококачественной заготовки;
• применение новых конструкций кристаллизаторов и механизмов качания кристаллизаторов с гидроприводом;
• применение электромагнитного перемешивания в нескольких уровнях по длине заготовки;
• обеспечение эффективной защиты стали от вторичного окисления на участке «сталеразливочный ковш – промковш»;
• создание оптимальных условий для работы кристаллизатора путем подвода стали под уровень с помощью погружных глуходонных стаканов с боковыми отверстиями, автоматического контроля и поддержания уровня металла в кристаллизаторе;
• использование метода «мягкого» обжатия заготовки с жидкой сердцевиной с целью подавления осевой пористости и ликвации;
• повышение степени автоматизации работы МНЛЗ с включением в единую систему всех параметров жидкой стали, условий охлаждения стали в кристаллизаторе и зоне вторичного охлаждения при наличии обратной связи.

В последнее время также полностью оформилась тенденция создания комбинированных МНЛЗ, то есть машин, которые позволяют разливать несколько различных сечений блюмов, а также круглых или фасонных заготовок.

Основное производство плоской непрерывнолитой заготовки (сляба) осуществляется с применением «классической» технологической схемы: доменная печь – конвертер – внепечная обработка - непрерывная разливка – прокатный стан. Сейчас в мире насчитывается чуть более 500 слябовых МНЛЗ с общим числом ручьев свыше 700 штук. Основными производителями непрерывнолитых слябов в мире являются Япония, США, КНР, Германия, Корея и Россия. На их долю приходится более двух третей общего объема производства слябов в мире. При этом получают, главным образом, сляб толщиной 180-300 мм. Долевое распределение фирм-производителей современных слябовых МНЛЗ представлено на рис. 4.4.

Нельзя не отметить, что МНЛЗ для получения «классического» сляба претерпевают в последнее время серьезные конструкционные изменения. Эти изменения заключаются в следующем:

• предусматривается возможность изменения ширины заготовки непосредственно в ходе разливки;
• применяется криволинейная схема технологической линии МНЛЗ с многоточечным загибом и разгибом заготовки, что в совокупности со значительным уменьшением диаметра поддерживающих роликов и более плотным их расположением позволяет уменьшить деформации в твердой корочке;
• в большинстве случаев предпочтение отдается МНЛЗ с вертикальным кристаллизатором и вертикальным участком (1,5-2,5 м) под ним, что обеспечивает повышение качества заготовки;
• увеличивается вместимость промковша до 45-60 тонн, что обеспечивает увеличение времени пребывания в нем металла и более устойчивую его подачу в кристаллизатор, в том числе и при замене сталеразливочных ковшей;
• часть операций по доводке стали переносится в промковш (продувка аргоном, обработка порошковой проволокой, подогрев металла и т.п.);
• ужесточаются требования к защите стали от вторичного окисления на всем протяжении движения металла от ковша до кристаллизатора;
• обязательно используются непрерывный замер температуры металла в промковше и в отдельных зонах движения заготовки;
• применяется электромагнитное перемешивание металла ниже кристаллизатора;
• обязательно используются система автоматического поддержания уровня металла в кристаллизаторе;
• обязательно используется система автоматической подачи ШОС в кристаллизатор.

Рис. 4.4. Долевая оценка основных фирм-производителей слябовых МНЛЗ

В результате применения вышеперечисленных решений достигается существенное повышение производительности МНЛЗ, улучшение качества поверхности и внутренней структуры сляба, снижение затрат на строительство машины и ее обслуживание и т.п.

Резкое изменение представлений о современной слябовой МНЛЗ привело к тому, что большинство машин в странах Европы, Японии и США подвергаются серьезной модернизации. Новые же МНЛЗ, сооруженные по вышеперечисленным принципам, имеют производительность в 1,5 - 1,8 раза выше, чем МНЛЗ, построенные 15 лет назад. Это позволяет предположить, что существенного роста числа МНЛЗ в мире наблюдаться не будет, поскольку возрастет их удельная производительность.

Генеральным направлением развития технологии и конструктивного оформления МНЛЗ для получения плоской заготовки является уменьшение ее толщины, что обеспечивает снижение затрат на последуюую прокатку, уменьшение базового радиуса МНЛЗ и создание условий для совмещения разливки и прокатки в единый технологический цикл (например, посредством стана Стеккеля). В последнее десятилти все большее распространение получают МНЛЗ для отливки слябов средней (100 - 150 мм) толщины, тонких слябов (около 50 - 60 мм и менее), а также полосы толщиной 6-10 мм.

Наиболее серьезным научным прорывом представляется создание рядом западных компаний МНЛЗ для разливки тонкого сляба, обеспечивающей качества листа на уровне листа из традиционного сляба. Преимуществами такой технологии является: высокое качество продукции, возможность получения слябов шириной свыше 3000 мм, уменьшение потерь энергии и металла в ходе последующего прокатного передела и пр. Отличительной особенностью таких МНЛЗ является принципиально новая конфигурация внутренней полости кристаллизатора, имеющей так называемую «чечевицеобразную» форму (рис.4.5). При этом толщина сляба в осевой зоне у мениска составляет, как правило, 150-170 мм при толщине сляба на выходе из кристаллизатора 55-70 мм. Такая конфигурация кристаллизатора позволяет не только обеспечить подвод металла с помощью погружного стакана специальной плоской формы («бобровый» хвост), но и улучшить питание жидкой сердцевины заготовки за счет обжатия твердой корочки в нижних горизонтах.

Рис.4.5. Конфигурация кристаллизатора тонко слябовой МНЛЗ

В этом случае в основу технологии получения листа положена концепция литейно-прокатных модулей, представляющих собой совмещенную систему технологий по разливке и прокатке металла. В конечном счете, промышленная реализация концепции литейно-прокатных модулей позволила обеспечить все необходимые условия для строительства мини металлургических заводов для производства листа, которые конкурентоспособны по ряду параметров с интегрированными металлургическими заводами с традиционной технологией. Литейно-прокатные модули, созданные на базе непрерывной разливки стали на тонкий сляб, в настоящее время получают все большее распространение в развивающихся странах (то есть в странах, где наращивается потребность в листовом прокате). Благодаря использованию наиболее современных достижений в области непрерывной разливки стали (электромагнитное перемешивание, «мягкое» обжатие, погружной стакан типа «бобровый» хвост и пр.) эти модули будут использоваться и в будущем.

Говоря о МНЛЗ для получения тонких слябов, следует, прежде всего, иметь в виду, что такая продукция может иметь весьма ограниченное применение в силу сравнительно низкого ее качества. Вместе с тем, учитывая тот факт, что в этом случае появляется возможность создания мини-заводов по производству небольших объемов листового проката в удаленных от основных производителей листа регионах, видимо, число МНЛЗ для получения тонкого сляба будет увеличиваться. В настоящее время таких МНЛЗ (литейно-прокатных модулей) насчитывается чуть более пятидесяти, из которых около двух третей находится в США и развивающихся странах. Основными преимуществами мини металлургических заводов для производства листа являются уменьшение потерь тепла металлом за счет исключения этапа охлаждения заготовки, повышение компактности производства, уменьшение сроков проектирования и строительства мини-завода и т.п.

Технология непрерывной разливки с прямым получением листа (полосы) является едва ли не самым последним по времени концептуальным решением в области литья стали, направленным на кардинальное снижение затрат на металлопродукцию. Сама идея отливки тонкой полосы между двумя вращающимися водоохлаждаемыми валками известна достаточно давно. Еще в 1866 году Г. Бессемер запатентовал такой способ разливки стали. Однако понадобилось более 130 лет для того, чтобы были получены надежные результаты и пущены в эксплуатацию первые промышленные комплексы. Технология непрерывной разливки с прямым получением листа имеет вполне очевидные преимущества и достаточно удачно совмещает дискретный процесс выплавки стали с процессом непрерывной разливки и прокатки. При этом она исключает из технологической цепочки дорогостоящие операции повторного нагрева заготовки и многократного обжатия сляба.

Таким образом, к началу двадцать первого века в количественном плане произошло практически полное насыщение металлургических предприятий мира различного рода МНЛЗ и соответствующим технологическим обеспечением. Основные направления развития техники и технологии непрерывной разливки стали применительно к оснащению металлургических мини-заводов фокусируются на совершенствовании процессов литья сортовых заготовок традиционных сечений и на создании новых МНЛЗ для получения тонких слябов и листа.

Наблюдающееся в последнее время заметное увеличение удельной производительности сталеплавильных агрегатов способствует развитию тенденции ускоренной модернизации существующих МНЛЗ с целью повышения их производительности при одновременном повышении качества заготовки. Это, прежде всего, относится к сортовым МНЛЗ.

Дальнейшее развитие технологий и конструкций машин для непрерывной разливки стали, видимо, следует ожидать в части создания высокоэффективных комбинированных модулей или мини-заводов, которые будут иметь гибкую технологическую связь при совмещении процессов выплавки стали, ее разливки и последующей прокатки заготовки.

Продолжится ориентация на создание мини-заводов с небольшим годовым объемом производства на базе концепции литейно-прокатных модулей, что позволяет получать сравнительно малые объемы металлопродукции и обеспечивать прямые связи производителя с непосредственным потребителем и устранит затраты на услуги посредников.