В чем находят применение агрегатам «ковш-печь» на металлургических предприятиях СНГ
Цели и средство
Алексей Смирнов, Владимир Сафонов, Донецкий национальный технический университет
В чем находят применение агрегатам «ковш-печь» на металлургических предприятиях СНГ
Функционирующие ныне в мире агрегаты «ковш-печь» сооружены в различное время и в цехах с отличающейся стратегией функционирования и развития. Соответственно, они демонстрируют отличные производственные показатели, которые не всегда корректно сравнивать с показателями других аналогичных агрегатов.
Поэтому проводить сравнительный анализ эффективности того или иного технологического построения, включающего в себя агрегаты «ковш-печь», допустимо лишь при наличии разработанной классификации данных установок с отнесением их в определенные группы. Такая разбивка учитывает внешние (макросреда) и внутренние (технологическая система) условия функционирования и развития, которые будут более или менее общими в рамках одной группы.
С учетом этих соображений мы разработали собственную классификацию агрегатов «ковш-печь» (см. таблицу) по четырем группам. Ее подробное разъяснение с примерами из практики украинских и российских метпредприятий представлено в настоящем материале.
Группа I: в конфигурации конвертерного цеха
Использование агрегатов «ковш-печь» в конвертерных цехах (КЦ) позволило существенным образом гармонизировать технологическую систему выплавки и непрерывной разливки стали. При этом на установках «ковш-печь» здесь может обрабатываться весомая доля выплавляемой стали. Например, в конвертерном цехе комбината «Северсталь» через эти агрегаты сегодня пропускается примерно 2/3 всей производимой стали. А современные конвертерные цехи (допустим, на Алчевском металлургическом комбинате) предусматривают уже 100%-ю обработку стали на установках «ковш-печь».
Основные преимущества применения данных агрегатов в КЦ заключаются в следующем:
• снижение температуры стали на выпуске на 50-70°С, что уменьшает цикл работы конвертера на несколько минут, а также сокращает удельный расход огнеупоров на тонну стали, благодаря снижению скорости износа футеровки;
• расширение сортамента производимых сталей за счет ее рафинирования и легирования непосредственно в ковше;
• гармонизация работы конвертеров и МНЛЗ в цехе с целью обеспечения разливки длинными сериями для достижения определенного энерго- и ресурсосберегающего эффекта. Во многих современных КЦ также предусмотрено вакуумирование определенного количества стали в ковше. В этом случае температурный диапазон подогрева стали в агрегате «ковш-печь» расширяется на 40-50°С и более. Соответственно, увеличивается цикл обработки стали на установке «ковш-печь» (на 10-15 минут). Однако, как правило, вакуумированию подвергается только определенная часть конвертерной стали.
В большинстве случаев для КЦ агрегаты «ковш-печь» выполняются двухпозиционными, что повышает их производительность и ритмичность работы, а также снижает удельные затраты на обработку. Одно из таких построений (двухпозиционная «ковш-печь» – вакууматор VD/VOD) реализовано в конвертерном цехе Алчевского МК для ковшей вместимостью 300 т.
Группа II: атрибут мини-милла
Агрегаты «ковш-печь» являются обязательным элементом в системе технологий современных мини-металлургических заводов. В качестве наиболее распространенной стратегии развития последних выступает «минимизация издержек». Это предполагает использование в металлической части шихты металлолома при минимальных затратах энергии и расходуемых материалов на технологический цикл получения заготовки для получения продукции обыкновенного качества. При этом «ковш-печь» как технологический агрегат обеспечивает подогрев стали в ковше, а также позволяет осуществить корректировку химического состава стали в соответствии с заданными техническими условиями.
В подобных ситуациях предназначение агрегата «ковш-печь» несколько «смещается». В конфигурации мини-милла данная установка работает не совсем и не столько для обеспечения технологических операций по рафинированию, легированию и раскислению стали. Основная задача «ковша-печи» здесь – это совмещение цикла выплавки стали в ДСП с ее непрерывной разливкой длинными сериями.
Примером такого построения (мы относим его в подгруппу 2А) является Молдавский металлургический завод и ЭСПЦ-1 Белорусского металлургического завода. В последние годы на территории СНГ появилось еще несколько новых мини-заводов разной мощности с такого рода конфигурацией: ООО «Новороссметалл» (г. Новороссийск), ЗАО «Волга-Фест» (г. Фролово, Волгоградская обл.), Нижне-Сергинский метизно-металлургический завод (г. Ревда, Свердловская обл.), Электрометаллургический завод г. Ярцево (Смоленская обл.), ООО «Электросталь» (г. Курахово, Донецкая обл.) и др.
В противовес этому иную роль агрегату «ковш-печь» отводят на мини-заводах, специализирующихся на выпуске продукции для строго определенного сегмента потребителей/рынка (подгруппа 2Б). На таких предприятиях «ковш-печь» эксплуатируется по наиболее целевому назначению – для рафинирования и доводки стали по химическому составу. Очень часто в технологическую цепь производства заготовки на таких мини-миллах включается операция вакуумирования. Это предполагает увеличение времени пребывания стали в ковше в среднем на 30-40 минут и дополнительные потери тепла (40-50°С). Компенсация потерь тепла осуществляется за счет подогрева металла в установке «ковш-печь».
Примером подобного техпостроения является ЭСПЦ Оскольского электрометаллургического завода в составе четырех 150-тонных ДСП, двух агрегатов «ковш-печь», двух установок циркуляционного вакуумирования стали RH, четырех 4-ручьевых радиальных блюмовых МНЛЗ и одной сортовой 6-ручьевой МНЛЗ. Также к этой подгруппе следует отнести ЭСПЦ-2 Белорусского металлургического завода, в состав которого входит 100-тонная ДСП, установка «ковш-печь», вакууматор RH, вакууматор VD/VOD и 4-ручьевая блюмовая МНЛЗ.
Иногда в технологической структуре цехов мини-миллов предусматривается разливка некоторой части стали в слитки. Затем они используются при получении качественной заготовки для машиностроения или трубной промышленности. Это позволяет разнообразить продукцию мини-завода, обеспечивая ему дополнительную финансовую устойчивость в условиях динамически изменяющихся условий рынка металлопродукции.
С учетом данной стратегии работает ММЗ «ИСТИЛ» (Украина)», имеющий в составе оборудования 120-тонную ДСП, «ковш-печь», вакууматор VD/VOD, 6-ру-чьевую сортовую МНЛЗ, а также участок для разливки слитков. Для сравнения: в Западной Европе схожий вектор развития избрал немецкий завод Georgsmarienhutte (Основное технологическое оборудование – 130-тонная ДСП, «ковш-печь», вакууматор, 4-ручьевая блюмовая МНЛЗ и отделение разливки стали в слитки массой 4,5-38 т).
Группа III: специальный вариант
Особняком представлены агрегаты «ковш-печь», входящие в состав цехов со специализацией производства на выпуске качественной и высококачественной продукции. Обычно такие цехи ориентированы на изготовление кузнечных слитков большой массы, а также непре-рывнолитых заготовок специального назначения (например, для производства труб). Особенностью работы «ковшей-печей» этой группы является увеличение длительности нахождения стали в ковше (до 2,5-3,0 часов и более), поскольку расширяется спектр операций по легированию, рафинированию и модифицированию металла.
Годовые объемы выпуска продукта здесь могут составлять порядка 50-150 тыс. т, что не выдвигает особых требований к высокой удельной производительности сталеплавильных агрегатов и «ковшей-печей». Но, в любом случае, при таком технологическом построении в сталеплавильном цехе имеется, по меньшей мере, одна установка для вакуумной обработки стали. Характерный пример тому – мини-завод ДП «Завод утяжеленных бурильных и ведущих труб» СМНПО им. Фрунзе (г. Сумы), выпускающий до 80 тыс. т стали в год. В состав этого предприятия входят две 18-тонные ДСП, «ковш-печь» типа ASEA-SKF, вакууматор VD/VOD, блюмовая МНЛЗ и участок разливки в слитки.
Еще более специфической представляется работа «ковшей-печей» в сталеплавильных цехах крупных заводов тяжелого и энергетического машиностроения. Здесь эти агрегаты наделяют дополнительной функцией, а именно: сбор металла из нескольких плавильных агрегатов в один ковш и накопление большого количества стали для отливки крупных и сверхкрупных слитков (то есть слитков, чья масса больше, чем масса плавильного агрегата).
Эта концепция используется при эксплуатации установки «ковш-печь» на Новокраматорском машзаводе – агрегат имеет три типоразмера ковша (30 т, 60 т, 90 т) и позволяет собирать металл из трех плавильных агрегатов. Особо отметим, что время пребывания металла в ковше при такой схеме работы установки составляет 120-360 минут, что существенно влияет на стойкость футеровки ковшей.
Группа IV: «мартеновские исключения»
Наконец, немногочисленная группа «ковшей-печей», расположенных в мартеновских цехах металлургических заводов, которые сохранились в Украине и России. Практически все эти предприятия соответствуют концепции «мини-завод» со стратегией фиксации определенного сегмента рынка, а мартеновские печи работают скрап-процессом.
Так, украинский Нижнеднепровский трубопрокатный завод и российский Выксунский металлургический завод имеют в своем составе по 2-3 мартеновских печи, «ковш-печь», вакууматор и разливают сталь в слитки. Агрегатами «ковш-печь» оснащены также мартеновские цехи Донецкого МЗ и Таганрогского МЗ, где также функционируют машины для непрерывной разливки стали. И одной из важнейших задач «ковшей-печей» на этих производствах является обеспечение серийной разливки на МНЛЗ.
Но в целом агрегаты «ковш-печь» данной группы крайне немногочисленны, а их работа в технологическом цикле с мартеновскими печами объясняется, главным образом, незавершенностью модернизации металлургического производства. Да и по большому счету их эксплуатация в подобных условиях не позволяет извлечь все полезные эффекты из оборудования, ведь «ковш-печь» почти обречен на неритмичную работу при практически полном отсутствии эффективной системы отсечки печного шлака. Это непосредственно приводит к снижению возможностей по рафинированию стали, с одной стороны, и к ускорению износа огнеупоров в шлаковом поясе – с другой.
В будущем следует ожидать, что в указанных цехах мартеновские печи будут заменены на эквивалентные по объему ДСП или конвертеры.
Безусловно, данная классификация агрегатов «ковш-печь» носит в некотором плане условный характер, что особенно проявляет себя в части выбранных доминантных признаков. И совсем не исключено, что в формате конкретного метпредприятия агрегат может одновременно соответствовать или выполнять функции, характерные для нескольких групп. В этом случае следует просто говорить о той или иной степени универсальности установки «ковш-печь».