Проектирование электротехнических устройств Курс лекций по электротехнике Курс лекций по теории электрических цепей Курс лекций по информатике

Проектирование и моделирование электротехнических устройств

«МИКРОЗАВОД» - НОВАЯ КОНПЕПТТИЯ В МЕТАЛЛУРГИИ

Усиление конкуренции и необходимость снижения цен на стальную полосу в сочетании с другими факторами (рост заработной платы, повышение расходов на электроэнергию и сырьевые материалы) оказали сильное влияние как на мини-заводы, так и на металлургические заводы с полным циклом. Для того чтобы быть конкурентоспособным и удерживать свою долю на будущих рынках, заводы должны использовать новые эффективные технологии, способные обеспечить поставку стальной полосы высокого качества при низкой стоимости. Большие инвестиции, сделанные в разработку технологии непрерывного литья полосы, объясняются возможностью существенно сократить объем капиталовложений в процесс производства стальной полосы. В данной статье рассмотрены современные тенденции в производстве стальной полосы; преимущества полосы, полученной непосредственно из расплава; процесс непрерывного литья полосы; качество литой полосы; промышленные литейные агрегаты и затраты на научно-исследовательские разработки в этой области.

Идея литья полосы принадлежит известному металлургу Бессемеру, который начал с простых экспериментов, взяв два закаленных валка и небольшой тигель емкостью 9 кг. Несколько позже он подал заявку и в 1865 г. получил патент на установку для литья полосы из стали и чугуна, показанную на рис. 1 [1,2].

 Первое промышленное использование технологии литья полосы началось с небольших объемов и для от­носительно простых материалов (с точки зрения литейных свойств). В 1934-1950 гг. в СССР этот метод успешно использовался для отливки чугунных листов для кровли крыш [3-5]. В 1950 г. Дж. Хантер и У. Лау-энер и др. начали отливку листов из шпоминия и его сплавов [6, 7].

 Особые теплофизические свойства стали делают литье полосы достаточно сложным процессом. Дополнительно для обеспечения экономической эффективности процесса к ней предъявляются высокие требования по производительности [8]. Поэтому, несмотря на огромные усилия исследователей, литье стальной полосы стало возможно только в наши дни [9-12].

 В статье рассмотрены современные тенденции производства стальной полосы; преимущества полосы, полученной непосредственно из расплава; процесс непрерывного литья полосы; качество литой полосы; промышленные литейные агрегаты и затраты на научно-исследовательские разработки в этой области.

 

 Рис. 105 Схема первой установки литья полосы Г. Бессемера

В данной статье под тонкой полосой понимается полоса толщиной 0,1—5 мм. Технологии литья более толстой полосы [13—15], а также более тонкой полосы (фольги) с «аморфной» и микрокристаллической структурой [16] не рассматриваются.

Современные тенденции в производстве стальной полосы. В настоящее время стальная полоса производится на предприятиях двух типов, отличающихся друг от друга не только размерами, но также и структурой организации производства [17].

 К первому типу относятся интегрированные металлургические заводы с полным циклом, имеющие большие объемы производства (3—5 млн. т/год) [18]. Такие предприятия ориентированы на крупных потребителей, предъявляющих высокие требования к качеству стали при большом объеме производства. На заводе с полным циклом применяется технология непрерывного литья слябов толщиной около 250мм (рис. 2) [19.20], из которых затем получают полосы толщиной 3-20 мм. Непрерывнолитой сляб проходит длинную цепочку технологических операций, многочисленные этапы нагрева и прокатки позволяют устранить недостатки литой структуры и получить полосу высокого качества. Однако такая структура производства требует использования мощного прокатного и нагревательного оборудования, большого штата сотрудников и, следовательно, значительных производственных расходов [22]. Такой тип заводов рентабелен только при больших объёмах производства, как правило, несколько миллионов тонн в год.

 Ко второму типу относятся мини-заводы с годовой производительностью 0,5—2 млн. т [ 18, 24]. Такие заводы располагают вблизи потребителей продукции, не требующих больших объемов производства и высокого качества поверхности стали. Непрерывное литье тонких слябов толщиной 50 мм [19, 25] является технологической основой мини-завода (см. рис. 2). Снижение себестоимости производства тонкого сляба достигается за счет исключения некоторых технологических этапов, в частности, горячей прокатки и промежуточного нагрева [22, 26, 27]. Производство на таком заводе является компактным, легко управляемым, не требует больших капитальных вложений в оборудование и персонал. Однако, наряду с сокращением технологической цепочки, уменьшилась и возможность исправления дефектов непрерывнолитого сляба. Поэтому для литья тонких слябов пригодна лишь сталь определенного химического состава [28]. Мини-заводы являются наиболее рентабельными в случае использования стального лома, собираемого в радиусе до 200 км от предприятия, и наличия потребителей относительно дешевого рядового листового проката (из средне- и низкоуглеродистых и высокопрочных низколегированных сталей) в радиусе до 500 км [29-31].

Рис. 106 Периоды развития технологии непрерывного литья заготовки (а), срав­нительная стоимость литейного передела (б); за 100 % принята себе­стоимость полосы, полученной из непрерывнолитого тонкого сляба

 Первый мини-завод был построен в 1989 г. в США фирмами Nucor и SMS [32].

 Доля мини-заводов постоянно увеличивается, однако в ближайшем будущем возможно замедление темпов этого роста по нижеприведенным причинам [33].

 Около 60 % металлургического оборудования, используемого сегодня на крупных металлургических предприятиях, было построено более четверти века назад (табл. 1) и в ближайшее время потребует замены [34]. Модернизация существующих заводов полного цикла путем совмещения старых технологий с новыми позволяет более быстрыми темпами снижать себестоимость продукции, чем строительство новых мини-заводов (рис. 3) [27]. Это приводит к частичной потере мини-заводами потенциального рынка.

Другой причиной являются рост использования электроники в автомобилестроении [35] и развитие методов нанесения покрытий на стальную продукцию [36], которые ведут к повышению концентрации трудноудаляемых вредных примесей в металлическом ломе, таких, как медь и олово [36, 37] (рис. 4). В связи с этим цены на лом с низким содержанием остаточных примесей в ближайшие годы будут возрастать (до 8 долл. США за снижение на 0,1 % доли остаточных примесей) [38, 39]. Поскольку стоимость продукции мини-заводов в значительной мере зависит от колебаний цен на лом [18, 40] (табл. 2), то это за медлит дальнейшее инвестирование в мини-заводы.

Таблица №8

Таблица 1.

Производственные мощности по выплавленной стали,

степень использования оборудования, возраст предприятий

и потенциал замены действующих предприятий

Производственные мощ-

Степень использования

Доля сталеплавильных

Потенциал замены дей-

Регион

ности по выплавленной

оборудования, %

предприятий,

ствующих предприятий,

стали, млн. т/год

построенных до 1975 г., %

млн. т/ год

Западная Европа

212

81,5

58,1

4,8

Центральная/Восточная Европа

45

64,3

75,2

1,3

СНГ и страны Балтии

137

57,0

77,5

4,2

Ближний и Средний Восток,

14

85,1

14,6

0,8

Северная Африка

Другие страны Африки

13

63,4

63,1

0,3

Индия

29

85,0

45

0,5

Китай

124

87,7

20

1,0

Корея (Южная)

56

104,7

15

0,3

Япония

132

79,0

67

3,4

Австралия, Новая Зеландия

10

97,8

68

0,2

Юго-Восточная Азия

18

56,2

17,7

0,1

Северная Америка

149

86,5

62,4

3,6

Латинская Америка

46

77,0

31,5

0,6

Всего в мире

985

79,2

53,4

21,1

Рис.107 Схема действующего (а) и модернизированного (б) завода с полным циклом

Рассмотренные причины уже сегодня стимулируют разработку нового поколения мини-заводов.

В разработке новой технологии также заинтересованы и предприятия полного цикла [18, 41]. Структура спроса на сталь в последние годы претерпела серьезные изменения. Выживаемость и конкурентоспособность производителей стали в значительной степени определяется стоимостью продукции и возможностью учитывать запросы конкретных потребителей [42]. В условиях крупномасштабного производства трудно предлагать широкий марочный сортамент сталей индивидуальным и малым потребителям. Требования современного рынка охватывают производство множества сталей с различными свойствами, качеством поверхности и геометрическими параметрами, что особенно важно для коррозионностойких сталей [43]. Кроме того, современные производители коррозионностойкой стали не способны предлагать свою продукцию на долгосрочной основе и по фиксированным ценам из-за сильной зависимости от колебаний цен на легирующие элементы (никель, хром) [41, 44]. Это заставляет предприятия с полным циклом искать новые технологии, позволяющие производить продукцию высокого качества небольшими партиями по низкой цене [10, 41].

Таблица №9

Влияние цены лома на стоимость производства непрерывнолитого метал-

ла (на тонну жидкой стали)

Затрать

i (долл. США)

при ценах за

1тлома

водство непрерывнолитой

Мини-завод

Металлургический завод

заготовки

с полным циклом

100 долл.

150 долл.

100 долл.

150 долл.

Лом 100

150

25

37

Руда —

41

41

Кокс/уголь —

33

33

Электричество 20

20

5

5

Заработная плата 10

10

20

20

Прочие 28

28

30

30

Капитальные затраты 25

25

65

65

Итого 193

248

219

231

Рис. 108 Прогноз динамики содержания олова и меди в ломе

Все более активное использование легких сплавов взамен стали при производстве упаковок и банок, в автомобилестроении и строительстве также заставляет, производителей стали искать новые пути снижения стоимости производства для сохранения рынка своей продукции [18, 35, 45].

 Таким образом, рост конкуренции и постоянное снижение стоимости стальной продукции на фоне растущей заработной платы, электроэнергии и стоимости сырья заставляют как мини-заводы, так и заводы с полным циклом искать источники сохранения прибылей за счет использования новых эффективных технологий, способных поставлять на рынок стальную полосу по стабильной и более низкой цене при сохранении, а возможно даже улучшении ее качества [17, 46-48].


На главную