Новые технологии в черной металлургии. Новые технологии в металлургии

Мировой кризис негативно отразился на экономике России, но металлургическая промышленность сохранила свои возможности благодаря предшествующим крупным денежным вкладам. Металлургия – это основная отрасль государственной промышленности, своеобразный фундамент для развития экономики в целом.

В общем экспорте страны доля металлургии составляет 14%. Экспортируется более 40 % стали, выплавляемой в РФ. Продукция металлургов в ВВП составляет 5 %, во всем промышленном комплексе – 17%. Металлургическая отрасль вносит существенный вклад в экономику страны и наполняет бюджет. В связи с неблагоприятной экономической обстановкой принят также план по замещению импортной продукции на отечественную. Повышение конкурентной способности отрасли входит в стратегические планы государственного уровня. Предприятия отрасли модернизируются и применяют .

Востребованные инновации касаются обновления технологий, снижения ресурсоёмкости, улучшения экологической составляющей в металлургии. Особый упор делается на продукцию электродную, углеграфитовую, твёрдосплавную, полупроводниковую, прокатную. Чтобы избежать упадка в металлургической промышленности, необходимо активизировать инновационную деятельность. Научно-исследовательские учреждения оказывают существенную помощь в модернизации отрасли.

10 инноваций в металлургии 2018

Инновации в металлургии:

Карусельная печь. Задействована в чёрной металлургии, снижает напряжение в подовой части печи.
Спроектирован и введён в эксплуатацию печи Ванюкова для переработки шлаков и отходов в цветной металлургии. Аналог этой инновации – печь Ромелт, задействованная в чёрной металлургии. Преимущество её – возможность работы на низкосортном угле и переработка шлакоотходов. Хотя КПД такой печи ниже, чем у доменной, последняя не способна перерабатывать отходы и шлаки. Это большой рывок вперёд, ведь металлургические комбинаты завалены отходами, которые некуда девать. Стоимость проекта около 250 млн рублей, а строительство вне металлургического комбината будет стоить миллиард рублей. Инновация осуществлена за счёт частных инвестиций.
Предприятие «Челябинский цинковый завод» осваивает флотационную технологию получения серебра из кеков цинкового производства. Инновационная технология даёт до 98 кг серебра из 100 килограммов сульфидного флотоконцентрата.
Создана мембранная технология очистки сложных растворов в металлургии. Инновация позволяет очищать растворы от сульфатов тяжёлых цветных металлов на 99%. Новшество открывает возможность создания закольцованного водооборота на заводах отрасли.
При плавке чугуна и стали используют синтетический легкоплавкий флюс. Инновация помогает увеличить способность шлаков к рафинированию.
Динамический нанотестер. С помощью изобретения исследуют физико-механические параметры материалов разного происхождения, определяют коэффициент трения, модуль
Юнга, нанотвёрдость и др.
Комплекс для исследования и диагностики сыпучих нановеществ (нанотрубки, порошки для спекания и катализа, медпрепараты). Инновация предназначена для быстрого определения свойств и характеристик материала на разных этапах производства.
Инновации касаются также водоснабжения производств чёрной металлургии. Для расчёта концентраций соли в подразделах, оптимизации структуры систем водоснабжения
разработана технологическая модель с её математическим описанием.
Индукционная плавильная установка ТВЧ Элсит позволяет экономить электроэнергию. Благодаря высокой мощности печь моментально нагревается и позволяет сразу
плавить металл.
Плоское прокатное оборудование для поперечно-клиновой прокатки заготовок применяют в изготовлении высокоточных деталей сложной конфигурации. Автоматизированный комплекс позволяет повысить производительность в 2 раза, уменьшить на 30% расход металлопроката, повысить точность изготовления и снизить трудоёмкость дальнейших операций.

Развитие металлургической промышленности закономерно входит в стратегическое планирование федерального уровня. Использование инноваций в металлургии, внедрение современной техники, модернизация действующей увеличивают коэффициент обновления основных производственных фондов до 5%. В перспективе, к 2020 году металлургическая промышленность выйдет на мировой уровень по количеству произведенной продукции.

Чёрная металлургия

Инновации в чёрной металлургии задействованы в отдельных направлениях производства:

Доменном.
Предусмотрено строительство установок по вдуванию угольной пыли, увеличение выплавки чугуна до 20% и уменьшением расхода природного газа.
Сталеплавильном.
Отказ от использования мартеновских печей для производства стали, уменьшение расхода металлопроката до 1088 кг/т в 2020 году с нынешних 1142
кг/т. Использование сверхмощных печей для экономии электроэнергии(350 кВт*ч /т в сравнении с нынешними 500 кВт*ч/т).
Прокатном.
Увеличение выпуска листового металла в общем выпуске металла до 65%, доведение до уровня экономически развитых стран.
Цветная металлургия
Темп роста отрасли вызван необходимостью заместить импорт отечественной продукцией. Быстрый рост требует инновационного подхода к технологии, технике и организации производства. Нестабильность внешнего рынка и недостаточная ёмкость отечественного требуют развития последнего.

Главенствующими вопросами цветной металлургии являются: возрастание части выпуска алюминия в электролизерах и наращивание мощностей в производстве тяжёлых цветных металлов по технологии автогенных процессов. До конечного срока «Стратегии развития чёрной и цветной металлургии России на 2014-2020 годы» их часть должна составить 97% от общего производства.

Комбинат «Североникель»

Предприятие с давней историей, с 1998 года комбинат «Североникель» входит в состав АО «Кольская ГКМ». Сейчас на нём перерабатывается файнштейн и завершается производственный цикл.

«Норникель» инвестировал в обновление производства никеля Кольской ГМК более 20 млрд рублей. Планируется освоить новую технологию электроэкстракции для рафинирования никеля. Никелевые аноды не будут плавить, так как сырьём выступит никелевый порошок. Постепенно старые ванны для электролиза заменят новыми. Всего планируется постепенно заменить 476 ванн в цехе электролиза.

Кольская горно-металлургическая компания модернизирует обогатительную фабрику. Усовершенствования касаются АСУ ТП. Комплекс замещается новым, поскольку прекращено производство запасных комплектующих и возможны аварийные ситуации. Новое оборудование устанавливают поэтапно. Уже произведена замена на пульпонасосной станции, сейчас модернизируются 3 секции флотации. За 2018 год будет заменён весь аппаратный комплекс предприятия.

Предприятие планирует модернизировать всю систему управления до начала 2019 года и соединить в одну централизованную систему управления обогатительной фабрики СУ отдельных производственных участков. Это позволит далее совершенствовать технологический процесс, проявлять гибкость при смене технологических циклов.

Комбинат «Североникель» осваивает новый способ переработки платинорениевых катализаторов, результатом которой является концентрат платины и перренат аммония.

Для предприятия разрабатывается технологическая линия очистки стоковых вод до приемлемого уровня.

На сегодняшний день металлопрокат является основной огромного количества производств. Арматура, швеллер, листовая сталь, уголок – все это абсолютно незаменимо в строительстве, автомобилестроении, производстве мебели и дверей. Если потратить немного времени и попытаться составить список направлений, где используют металлопрокат, то становится понятно, что список этот на самом деле бесконечный.

Соответственно, нет ничего удивительного, что металлообрабатывающая отрасль всячески старается внедрять достижения науки и техники в процесс обработки металла – чтобы убыстрить и улучшить производство. Это касается и резки металла. Например, если ваша компания занимается изготовлением металлоконструкций, то недостаточно просто купить арматуру , зачастую ее нужно правильно порезать. Самые часто встречаемые станки для такой резки – токарные и фрезерные. Однако в последнее время все более популярными становятся лазерные технологии.

Лазерные станки позволяют не только получить качественный рез, но и произвести деталь очень сложной формы. Это становится возможным потому, что управление процессом идет через компьютерную систему. Как результат – исключаются этапы «доведения» детали и финиширования, что в общей сложности удешевляет производство.

Еще одно преимущество лазерной резки – возможность работы с объемными или листовыми заготовками. Например, резка труб относится к объемным заготовкам. И что самое главное – деталей вы можете изготовить сколь угодно много, и все они будут идентичны и по внешнему виду, и по размеру.

Само собой, лазерные станки также отличаются своими параметрами, характеристики и мощностями. Это вполне оправдано, поскольку продажа металлопроката тоже носит различный по интенсивности и сортаменту характер. Если фирма торгует только листовой сталью, то нет смысла приобретать лазерный станок для объемной резки за повышенную цену. Гораздо эффективнее приобрети станок для лазерной листовой резки, с одной стороны, сэкономив деньги, с другой – существенно расширив спектр услуг для клиентов.

Сегодня лазерная технология дает возможность быстро получить нужное количество деталей при вполне адекватных затратах на их изготовление. А поскольку управление происходит на уровне компьютера, достаточно всего одного специалиста, контролирующего процесс.

Различают три основных направления:

Формоизменение при помощи высокоточных методов пластического деформирования.
Применение традиционных способов металлообработки, но отличающихся повышенной точностью и производительностью.
Использование высокоэнергетических методов.

Выбор оптимального метода обработки определяется производственными требованиями и серийностью производства . Например, переутяжелённые конструкции оборудования вызывают повышенный расход энергии, а сниженная точность изготовления отдельных деталей и узлов – низкую производительность техники. Некоторые технологии не могут обеспечить необходимые прочностные свойства и микроструктуру металла, что в итоге сказывается на долговечности и стойкости деталей, пусть даже и изготовленных с минимальными допусками. Новая технология обработки металла основана на использовании нетрадиционных источников энергии, которые обеспечивают его размерное плавление, испарение или формообразование.

Мехобработка, связанная со снятием стружки, развивается в направлении изготовления особо высокоточных изделий преимущественно в мелкосерийном производстве. Поэтому традиционные станки уступают место оперативно переналаживаемым металлообрабатывающим комплексам с ЧПУ. Сравнительно невысокий коэффициент использования материала (при мехобработке он редко когда превышает 70…80% ) компенсируется минимальными допусками и высоким качеством финишной поверхности изделий.

Производители систем с числовым управлением делают основной упор на расширенные технологические возможности рассматриваемого оборудования, использовании современных высокостойких инструментальных сталей и исключении ручного труда оператора. Все подготовительно-заключительные операции на таких комплексах выполняет робототехника.

Энергосберегающие методы пластического деформирования металлов

Технология обработки металлов давлением, кроме повышенного коэффициента использования металла, обладает и другими существенными достоинствами :

В результате пластического деформирования улучшается макро- и микроструктура изделия;
Производительность оборудования для штамповки в разы превышает аналогичный показатель для металлорежущих станков;
После обработки давлением повышается прочность металла, возрастает его стойкость от динамических и ударных нагрузок.

Прогрессивные процессы холодной и полугорячей штамповки – дорнование, точная резка, выдавливание, ультразвуковая обработка, штамповка в состоянии сверхпластичности, жидкая штамповка. Многие из них реализуются на автоматизированном оборудовании, оснащаемом компьютерными системами контроля и управления. Точность изготовления штампованных изделий во многих случаях не требует последующей их доводки – правки, шлифования и т.д.

Высокоэнергетические способы формоизменения

Высокоэнергетические технологии применяются в тех случаях, когда традиционными методами изменять форму и размеры металлической заготовки невозможно.

При этом используются четыре вида энергии :

Гидравлическая - давления жидкости, либо отдельных элементов, приводимых ею в движение.
Электрическая , при которой все процессы съёма материала выполняются с помощью разряда – дугового или искрового.
Электромагнитная , реализующая процесс металлообработки при воздействии на заготовку электромагнитного поля.
Электрофизическая , действующая на поверхность направленным лучом лазера.

Существуют и успешно развиваются также комбинированные способы воздействия на металл, при которых используются два и более источника энергии.

Основана на поверхностном воздействии жидкости высокого давления. Подобные установки применяются, в основном, с целью повышения качества поверхности, снятия микронеровностей, очистки поверхности от ржавчины, окалины и т.п. При этом струя жидкости может воздействовать на изделие как непосредственно, так и через абразивные компоненты, находящиеся в потоке. Абразивный материал, содержащийся в эмульсии, постоянно обновляется, чтобы обеспечить стабильность получаемых результатов.

– процесс размерного разрушения (эрозии) поверхности металла при воздействии на него импульсного, искрового или дугового разряда. Высокая плотность объёмной тепловой мощности источника приводит к размерному плавлению микрочастиц металла с последующим выносом их из зоны обработки потоком диэлектрической рабочей среды (масла, эмульсии). Поскольку при металлообработке одновременно происходят процессы локального нагрева поверхности до весьма высоких температур, то в результате твёрдость детали в зоне обработки существенно увеличивается.

Заключается в том, что обрабатываемое изделие помещается в мощное электромагнитное поле, силовые линии которого воздействуют на заготовку, помещённую в диэлектрик. Таким способом производят формовку малопластичных сплавов (например, титана или бериллия), а также листовых заготовок из стали. Аналогичным образом на поверхность действуют и ультразвуковые волны , генерируемые магнитострикционными или пьезоэлектрическими преобразователями частоты. Высокочастотные колебания применяются также и для поверхностной термообработки металлов.

Наиболее концентрированным источником тепловой энергии является лазер. – единственный способ получения в заготовках сверхмалых отверстий повышенной размерной точности. Ввиду направленности теплового действия лазера на металл, последний в прилегающих зонах интенсивно упрочняется. Лазерный луч способен производить размерную прошивку таких тугоплавких химических элементов, как вольфрам или молибден.

– пример комбинированного воздействия на поверхность химическими реакциями, возникающими при прохождении через заготовку электрического тока. В результате происходит насыщение поверхностного слоя соединениями, которые могут образовываться лишь при повышенных температурах: карбидами, нитридами, сульфидами. Подобными технологиями может выполняться поверхностное покрытие другими металлами, что используется для производства биметаллических деталей и узлов (пластин, радиаторов и т.д.).

Современные технологии обработки металлов непрерывно совершенствуются, используя новейшие достижения науки и техники.

Несмотря на недавний кризис, металлургическая промышленность сохраняет инвестиционный потенциал благодаря предыдущим крупным вложениям частных капиталов

Несмотря на недавний кризис, металлургическая промышленность сохраняет инвестиционный потенциал благодаря предыдущим крупным вложениям частных капиталов в развитие отрасли и активной поддержке государства. Еще в мае 2014 года Минпромторг утвердил «Стратегию развития черной и цветной металлургии России на 2014-2020 годы и на перспективу до 2030 года», в которой предусмотрено развитие индустрии на новом качественном уровне. В апреле 2015 года были согласованы планы мероприятий по импортозамещению в отраслях черной и цветной металлургии, скорректированные на текущую экономическую ситуацию. При этом в металлургической промышленности полным ходом идут инновационные проекты и модернизация предприятий.

Металлургия — одна из базовых отраслей мировой экономики, в нее вложена огромная масса ресурсов и инвестиций, в ней задействовано большое число людей, от ее продукции зависят многие другие направления бизнеса, и именно она влияет на развитие технологий в экономике той или иной страны.
Доля продукции металлургов в российском ВВП составляет порядка 5%, в промышленности — более 17%. Кроме того, металлургия является экспортно ориентированной отраслью, она составляет порядка 14% в совокупном экспортном объеме страны.

Господдержка и частные инвестиции

Поэтому увеличение конкурентоспособности продукции металлургической индустрии, расширение поставок такой продукции становятся стратегическими задачами федерального уровня. Так, в сентябре 2015 года глава российского правительства Дмитрий Медведев заявлял: «Сегодня металлургическая промышленность в целом работает неплохо, несмотря на непростую ситуацию в экономике. Конечно, мы будем всячески вас (металлургов. — Прим. ред.) поддерживать». Он также отмечал, что положение отрасли более-менее приличное, что связано с рыночной конъюнктурой, модернизированными мощностями и ослаблением отечественной валюты, что дает возможность наращивать экспорт. Только в первом полугодии текущего года, по оценкам экспертов, прибыль металлургов достигла 600 млрд рублей. Легко подсчитать, что металлургические предприятия — крупные и важные налогоплательщики, формирующие львиную долю бюджетных поступлений.

Развитие металлургической индустрии и инноваций в отрасли происходит не только при государственной поддержке, но и при участии частных инвестиций. При этом, согласно последним отраслевым новостям, сегодня инвестиционная активность в индустрии находится на довольно высоком уровне. Топливно-энергетические гиганты воплощают в жизнь масштабные инфраструктурные проекты, требующие металлургических мощностей и технологичной продукции, машиностроительные компании создают собственные цеха порошковой металлургии, региональные предприятия возводят современные заводы вторичной металлургии.
Инновационные трубы

Российские металлургические компании активно внедряют технологии, инновационные разработки, строят современные цеха, применяют новое оборудование и так далее.

Так, только за последний год ЧТПЗ неоднократно представлял на профильных мероприятиях модифицированную продукцию, соответствующую самым высоким стандартам качества. Например, трубы, предназначенные для строительства скважин и транспортировки нефти и газа на шельфе, в частности обсадные и насосно-компрессорные трубы с резьбовыми соединениями класса премиум, нефтегазопроводные трубы повышенной эксплуатационной надежности с содержанием коррозионно-активных компонентов, трубы в коррозионно-стойком исполнении для сред с повышенным содержание сероводорода и углекислого газа, хладостойкие обсадные и насосно-компрессорные трубы для эксплуатации при температурах до −60 °С и многое другое. Это трубы с повышенной коррозийной стойкостью, которые можно эксплуатировать даже в сложных климатических условиях Арктики. Они, например, применяются для добычи газа и нефти в скважинах с осложняющими факторами, такими как высокое давление газа, скважины с наклонными, горизонтальными участками и другими, не позволяющими использовать стандартные резьбовые соединения.

Вообще трубы повышенной надежности и износоустойчивости ранее практически не производились в России, а только импортировались. Сегодня в рамках курсах страны на импортозамещение металлурги освоили и успешно создают надежные трубы, которые уже востребованы не только крупнейшими компаниями ТЭК, но и иностранными предприятиями. Так, в августе 2015 года Первоуральский новотрубный завод выполнил первый клиентский заказ на поставку термообработанных прецизионных труб в Германию. Данный вид продукции предназначен для автомобильной промышленности.

Модернизированные мощности

В последние годы российские металлургические предприятия также модернизируют и обновляют свои рабочие площадки. И это позволяет не только производить технологичную продукцию, но и заметно влияет на ситуацию в регионах, городах, где данные компании работают. Они создают рабочие места, платят налоги, инвестируют в социальную жизнь регионов: спонсируют мероприятия, оказывают поддержку образовательным учреждениям и даже создают собственные программы обучения и т. д.

В 2010 году был запущен новый современный цех ЧТПЗ по производству труб большого диаметра «Высота 239». В него было инвестировано около 900 млн долларов США, а сегодня он обеспечивает работой более 1000 человек и выпускает высококачественную продукцию — трубы с наружным и внутренним покрытием, которые могут использоваться в суровых климатических условиях (например, в Восточной Сибири, где увеличивается объем разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений), при повышенной сейсмоактивности и при прокладке трубопроводов по дну морей. В этом же году компания ЧТПЗ запустила в эксплуатацию новый современный электросталеплавильный комплекс «Железный Озон 32» на Первоуральском новотрубном заводе. В него было инвестировано 570 млн долларов. Он способен обеспечить 75% требуемых группе ЧТПЗ объемов заготовки для производства бесшовных труб, его мощность — 950 000 тонн в год.

В 2015 году стартовал еще один инновационный проект — завод «Этерно», который является совместной работой ЧТПЗ и «Роснано». «Этерно» — предприятие, которое будет выпускать соединительные детали трубопроводов с использованием наноструктурированных материалов. Продукция завода — штампосварные детали трубопроводов (ШСДТ), в первую очередь — отводы для поворота трубопровода в нужном направлении и тройники для сооружения ответвлений, а также детали для герметизации трубопровода и перехода с одного диаметра трубопровода на другой.
Помимо высококвалифицированного персонала, обучением которого занимается сам ЧТПЗ, завод обладает уникальными технологическими преимуществами, которые позволяют обеспечить мировые стандарты качества при конкурентоспособной себестоимости и минимальных сроках поставки. Мощность «Этерно» — 10 000 тонн штампосварных деталей трубопроводов в год. По оценкам экспертов, качество продукции завода позволяет говорить о том, что она также будет востребована не только на российском рынке, но и в других странах.
Вопрос экологии

Еще одна технологичная тенденция металлургической отрасли — забота о вопросах экологичности производимой продукции. До недавнего времени принято было считать металлургию, особенно черную, устаревшей отраслью. Но сегодня, как и во многих других отраслях промышленности, в металлургической индустрии большое значение приобретают экологичность и энергетическая эффективность. И решение этих вопросов также невозможно без развития новых технологий, внедрения современного оборудования. Разрабатываются целевые программы, проекты, изобретаются новые виды сплавов с экологичными характеристиками. Возводятся заводы, где объемы загрязняющих выбросов в атмосферу сокращены до минимума. И, опять же, это происходит и при государственном субсидировании, и самостоятельно металлургическими корпорациями.
Тенденции в металлургической отрасли перемещаются и в смежные индустрии: машиностроение, станкостроение и др. В свою очередь, они также начинают модернизироваться, осваивать технологические разработки, новое оборудование — не только иностранное, но и производимое в России и соответствующее мировым стандартам.

Процесс Consteel является инновационным решением в электросталеплавильном производстве, которое позволяет значительно экономить энергоресурсы и повышает эффективность и экологичность производства стали в электропечах.

Рис. 47. Схема установки Consteel: 1 – загрузка металлолома; 2 – конвейер; 3 – подогрев шихты горелками; 4 – отвод отходящих газов на установку газоочистки; 5 – подогрев шихты отходящими газами; 6 – электросталеплавильная печь; 7 – фурма для продувки ванны кислородом и углеродом

Особенностью этой технологии является непрерывная подача металлолома по конвейеру в электросталеплавильную печь (рис 47). Таким образом, процесс плавки становится фактически непрерывным. При этом обеспечивается постоянное плоское зеркало металла, над которым горят электроды, а расплавление поступающего металлолома происходит в ванне жидкого металла, что приводит к повышению стабильности процесса. Емкость таких печей составляет от 40 до 320 т. Внешний вид установки приведен на рис. 48.

Рис. 48. Внешний вид установки Consteel

В соответствии с технологией, шихта, с помощью электромагнитного крана, из вагонов подается на загрузочный конвейер, подогреваемый отходящими печными газами, который транспортирует ее к ДСП. Существует вариант технологии с дополнительными горелками, установленными над конвейером. Преимуществом процесса является отсутствие необходимости окускования металлолома, возможно использование даже стружки.

Подогретая шихта загружается в ДСП, где происходит ее расплавление в ванне жидкого металла. Отходящие с ДСП печные газы подогревают движущуюся по конвейеру шихту, после чего направляются на станцию газоочистки.

В отличие от загрузки, выпуск стали из печи осуществляется периодически, а для автоматического обнаружения шлака при выпуске используется устройство на основе инфракрасного датчика.

В печь также можно заливать жидкий чугун, который непрерывно подается в рабочее пространство печи по специальному футерованному желобу.

Преимущества технологии Consteel:

сокращение расхода электроэнергии на 80…120 кВт·ч/т и электродов за счет повышения стабильности процесса и подогрева шихты;
повышение производительности печи за счет непрерывности процесса;
лучшие условия для шлакообразования и более благоприятная атмосфера в печи.
повышение стойкости футеровки печи;
снижение более чем на 40% затрат на материально-техническое обеспечение, персонал и обработку отходов производства.
пониженное содержание FeO в шлаке, снижение содержания азота, фосфора и водорода в стали;
снижение уровня шума и повышение экологичности производства.

Двухкорпусные печи

Двухкорпусные печи в первую очередь характеризуются повышенной производительностью. Такая печь состоит из двух ванн (корпусов) и одной системы питания с одним (печь постоянного тока) или тремя (печь переменного тока) электродами, которые переставляются с одной ванны на другую. Схема расположения оборудования двухкорпусной печи постоянного тока приведена на рис. 49, а внешний вид на рис. 50.

Рис. 49. Схема двухкорпусной электросталеплавильной печи: 1 – корпус, в котором происходит подогрев шихты.; 2 –
корпус, в котором происходит выплавка стали; 3 – канал для отходящих газов; 4 – канал к системе газоочистки; 5 – электрод с держателем; 6 – положение электрода на второй стадии; 7 — электрические кабеля к верхнему электроду; 8 — электрические кабеля к нижнему электроду

Пока в одном корпусе идет плавка металла с помощью электродов в другом корпусе происходит подогрев шихты отходящими газами из первого корпуса или газовыми горелками. При этом время плавки сокращается на 40%, а за счет подогрева шихты достигается снижение расхода электроэнергии на 40…60 кВт·ч/т. Встречаются печи, в которых электроды установлены на двух ваннах, однако в этом случае теряется экономический эффект от сокращения капитальных затрат на строительство агрегата.

Рис. 50. Двухкорпусная сталеплавильная печь постоянного тока

Еще одним вариантом реализации двухкорпусных печей является агрегат CONARC (СONverter + electric ARC furnance). Этот агрегат также имеет два корпуса печи, но помимо одного комплекта электродов на нем установлена и фурма для подачи кислорода (как в конвертере). Внешний вид агрегата приведен на рис. 51. Преимуществом данного агрегата является возможность выплавки стали из жидкого чугуна и металлолома (или DRI) практически в любых пропорциях.

Рис. 51. Агрегат CONARC

Процесс выплавки стали разделен на две стадии (рис. 52). Вначале в один корпус заливают чугун, в печь устанавливают фурму и начинают продувку кислородом. На этой стадии производится обезуглероживание металла.

Рис. 52. Схема агрегата CONARC: 1, 2 – корпуса печи; 3 – кислородная фурма; 4 – электроды; 5 — газоотвод

Во избежание перегрева ванны из-за происходящих во время продувки процессов окисления углерода, кремния, марганца и фосфора, в печь добавляют охладители в виде металлолома или DRI. После завершения продувки, кислородную фурму переставляют на второй корпус (или отводят в сторону), а на первый корпус устанавливают электроды. На этой стадии в печь добавляют оставшееся количество твердой шихты и начинают ее расплавление с помощью электродов.

После достижения необходимой температуры металл выпускают в ковш. Затем процесс циклически повторяется снова. Таким образом, выплавка стали идет одновременно в двух корпусах печи, а электроды и фурма переставляются на них поочередно, что обеспечивает высокую производительность агрегата, которая на 30 % выше чем у двух обособленных агрегатов аналогичной емкости). Время плавки составляет от 40 до 60 мин.

Аналогичный принцип использован и в агрегате «Arcon-процесс», разработанном компанией «Concast Standard AG». Отличием является то, агрегат питается постоянным током и корпус агрегата фактически соответствует корпусу конвертера. Поскольку используется постоянный ток, то на агрегате установлено не три, а два электрода – один верхний графитовый и один донный пластинчатый медный электрод (см. рис. 49).

Агрегат «Arcon» имеет производительность 1,6 млн.т/год. В качестве металлошихты используют жидкий чугун (40%), гранулированный чугун (5%) и HBI (55%). Масса выпускаемой плавки — 170 т. Цикл работы каждого корпуса агрегата составляет 92 мин.

В целом, комбинация конвертера и дуговой печи в одном агрегате дает следующие преимущества по сравнению с обычной дуговой печью:

широкий выбор металлошихты;
высокая производительность;
низкий расход электроэнергии в результате использования химической энергии окисления примесей металлошихты;
уменьшение требуемой электрической мощности;
снижение удельного расхода электродов;
меньшее влияние на токоподводящие сети, возможность работы при маломощных электросетях;
снижение затрат на электрооборудование.

Шахтные электросталеплавильные печи

Особенностью конструкции шахтной электросталеплавильной печи является наличие шахты, в которой производится подогрев металлолома перед загрузкой его в печь. Такая шахта устанавливается сверху над сводом обычной дуговой печи. Шахт может быть одна или две. Температура до которой можно подогреть металлолом составляет 800 °С. Экономия электроэнергии за счет такого предварительного подогрева металлолома составляет 70…100 кВт·ч/т. Через шахту загружается до 60% металлолома, остальной (например крупногабаритный) загружается в саму ванну печи, для этого шахта отодвигается в сторону. Цикл плавки составляет 35…50 минут от выпуска до выпуска. Кроме экономии электроэнергии обеспечивается также сокращение расхода электродов на 30% и повышение производительности на 40%.

Данный процесс появился сравнительно недавно (в конце 80-х годов 20 века), поэтому поиск оптимальных конструкции такой печи продолжается. Рассмотрим два наиболее современных варианта.

SIMETAL EAF Quantum – самое современное конструкторское решение печи с подогревом металлома. На настоящий момент установлена только одна печь на заводе мексиканской сталелитейной компании Talleres y Aceros S.A. de C.V. (г. Тиаса).

Масса плавки по выпуску составляет 100 т, но при этом масса болота (металл и шлак, оставленный после предыдущего выпуска) составляет 70 т. Схема печи приведена на рис 53.

Рис. 53. Схема расположения оборудования печи SIMETAL EAF Quantum: 1 –бадья с металлоломом; 2 – загрузочный лоток; 3 – наклонный подъемник; 4 – система газоочистки; 5 — загрузочное устройство; 6 – шахта для подогрева шихты; 7 – ДСП; 8 – сталеразливочный ковш; 9 – держатель с электродами; 10 – трансформатор

Металлолом краном загружается в бадью и перегружается в подъемник, который поднимается на верх шахты и после открытия люка высыпается вовнутрь, где происходит его подогрев. В этой печи применена новая конструкция шахты, с удерживающими металлолом водоохлаждаемыми пальцами (рис. 54).

Рис. 54. Конструкция шахты печи SIMETAL EAF Quantum (а) и конструкция водоохлаждаемых пальцев (б)

После подогрева пальцы разводятся в стороны и металлолом высыпается в ванну печи. Всего за цикл плавки, продолжительность которого составляет 33 мин, предусмотрена подача трех порций металлолома. Продолжительность нагрева каждой порции – 9 минут. Выпуск металла осуществляется через канал в виде сифона (рис. 55) что позволяет наклонять печь всего на 4° и отсекать полностью шлак.

Рис. 55. Выпуск стали в печи SIMETAL EAF Quantum

Еще одним инновационным решением, которое совмещает в себе преимущество шахтных печей и печей с непрерывной загрузкой является система EPC (Environmental Preheating and Continuous Charging), которую разработали компании CVS MAKINA и KR Tec GmbH (Турция).

Схема печи с установкой EPC приведена на рис. 56.

Рис. 56. Дуговая печь с системой ЕРС: 1 — ДСП; 2 — система ЕРС; 3 – завалочная камера; 4 – система газоотвода; 5 – шахта для подогрева шихты; 6 – телескопический толкатель

Система ЕРС работает следующим образом (рис. 57). С помощью завалочной корзины шихта загружается в завалочную камеру системы EPС, через отрытую крышку (рис. 57, а).

Рис. 57. Схема работы установки ЕРС: а – загрузка шихты; б – нагрев; в – выгрузка шихты в печь; г – окончание выгрузки нагретой шихты и загрузка новой порции

В этой позиции передняя стенка завалочной камеры закрывает шахту (камеру предварительного нагрева) в которой уже подогревается первая порция шихты. Во время загрузки шихты в завалочную камеру процесс плавления в ДСП и процесс предварительного нагрева шихты не останавливаются.

После загрузки шихты из корзины в завалочную камеру крышка закрывается и с помощью гидравлических цилиндров завалочная камера помещается сверху шахты, в которую высыпается шихта для ее предварительного нагрева (рис. 57, б).

После подогрева шихты, с помощью толкателя часть ее ссыпается в пространство печи (рис 57, в), а затем происходит загрузка новой порции металлолома (рис 57, г).

Время плавки в печи, оснащенной системой ЕРС составляет 36 мин, масса плавки по выпуску – 100 т, температура подогрева шихты 800 °С.

Преимущества системы EPС:

энергосбережение до 100 кВт·ч/т;
увеличение производительности на 20%;
независимая завалка лома;
минимальный выброс пыли;
быстрая окупаемость (около 12 месяцев).