MPT Russian Edition 2/2019

Металлургическое производство и технология металлургических процессов

РУССКОЕ ИЗДАНИЕ ISSN 0934-8077

Новая технология вдувания кислорода в доменную печь компании thyssenkrupp (с. 6)

2019

Внедрение технологии QSP® в цехе горячей прокатки полосы компании Nucor Steel Gallatin (с. 12)

Реклама

ПРИВЕТСТВИЕ

‹‹‹

3

Уважаемые читатели! Вышел в свет новый журнала «МРТ. Металлургическое производство и технология металлургических процессов», который традиционно выпускается дважды в год к крупнейшим отечественным металлургическим выставкам, на этот раз к «Металл-Экспо 2019». Этот журнал представляет для специалистов-металлургов России и других стран СНГ недавние технические проекты зарубежных компаний, внедренные в производство за последнее время. Компания thyssenkrupp Steel Europe разработала инновационную технологию вдувания кислорода в доменную печь — так называемую технологию последовательных импульсов (Sequence Impulse Process, SIP), при которой используют индуцированные ударные волны (скачки уплотнения). Ввод в эксплуатацию первой установки такого типа на доменной печи № 1 завода Швельгерн (Дуйсбург, Германия) был запланирован на 2019 год. Вторая статья этого выпуска посвящена новому проекту компании Nucor Steel Gallatin. С целью расширения марочного сортамента продукции и повышения производительности своего оборудования эта компания заключила контракт с компанией Danieli на модернизацию цеха горячей прокатки полосы в Генте (Кентукки, США). Этот проект модернизации впервые предусматривает реконфигурацию классической компактной линии литейно-прокатного агрегата в наиболее современную установку Quality Strip Production (QSP®). В России аналогичный агрегат QSP установлен на Выксунском металлургическом заводе. Еще один крупный производитель металлургического оборудования — компания Primetals Technologies в 2018 г. провела модернизацию двухручьевой установки непрерывной разливки стали (УНРС) ССМ1, расположенной в цехе № 3 металлургического завода компании Angang Iron & Steel Group в Аньшане (Китай). Эта модернизация позволила решить проблему развития ликвации, приводящей к ухудшению свойств металла. Надежное решение этой проблемы, предложенное компанией Primetals Technologies, — мягкое динамическое обжатие DynaGap Soft Reduction — позволило компании повысить качество продукции, производительность и производственную гибкость. В разделе «Технология прокатного производства» представлена установка компанией Friedrich KOCKS GmbH & Co. KG сотого редукционно-калибровочного блока (RSB®) в Китае. Китай неуклонно наращивает производство прутков специального назначения (Special Quality Bars, SBQ), а в основе успеха немецкой компании лежит уверенность в том, что дальнейшее развитие редукционно-калиброочных блоков будет продолжаться в рамках пятого поколения этих установок. В статье также представлены сведения о заказах на блоки RSB со стороны других китайских производителей. Другая статья этого раздела посвящена инновационному автоматическому детектору отпечатков валков, разработанный специалистами компаний SR-Instruments и ArcelorMittal Research & Development. Техническое решение представляет собой установку, размещаемую на выходе стана холодной прокатки, для автоматического контроля в режиме онлайн каждого рулона на предмет наличия на полосе отпечатков от валков (включая и не видимые глазу, требующие идентификации в ручном режиме). При обнаружении первого же рулона с такими отпечатками система подает сигнал оператору, который корректирует рабочий режим без остановки стана. Результаты внедрения показали существенную финансовую экономию, а также уменьшение числа дефектов. Компания Tata Steel после длительных испытаний предложила возможную замену доменному процессу. В случае внедрения новой технологии совокупные выбросы СО2 на заводе в Эймёйдене (Нидерланды) могут снизиться на 20 %. Компания полагает, что внедрение этого процесса в металлургическую технологию будет иметь столь же революционные последствия, как внедрение непрерывной разливки стали в ХХ в. Технология HIsarna основана на использовании реактора, температура во всем объеме которого выше температуры плавления железа; поэтому вдуваемая в реактор железная руда мгновенно расплавляется, и образуется жидкий чугун. В октябре 2017 г. стартовала очередная кампания промышленного опробования процесса HIsarna. Ее задача — доказать, что установка HIsarna способна осуществлять стабильное производство чугуна на протяжении длительного периода времени. В следующей статье рассмотрены три примера реализации проектов, связанных с инвестированием средств в новые технологии, позволяющие снизить выбросы СО2 и сократить расход энергии на примере действий компаний ArcelorMittal, Salzgitter и ABB. На установке в Гамбурге будет реализован один из самых эффективных технологических процессов, внедряемых компанией ArcelorMittal, основанный на использовании природного газа для прямого восстановления железа. Конкретным шагом на пути к перспективной, экологически безопасной технологии в области черной металлургии можно считать и сотрудничество между компаниями Tenova и Salzgitter AG, которые заявили об объединении усилий в разработке проекта SALCOS® (Salzgitter Low CO2 Steelmaking), основная идея которого заключается в поэтапном переходе к прямому восстановлению железа и электродуговым печам, с постепенным сокращением суммарных выбросов СО2 на 95 %. Компания Deutsche Edelstalwerke (DEW), будучи признанным экспертом в области порошковой металлургии, освоила современные аддитивные технологии и активно сотрудничает со своими клиентами, помогая им освоить процессы прототипирования. На основе таких требований к конкретным компонентам технические специалисты компании DEW разработали оптимальные материалы, в число которых могут входить (в дополнение к традиционным стальным порошкам) и бейнитные стали. В результате подготовленного таким образом производственного процесса заказчики получают готовые к применению порошковые стали, на основе которых уже сами могут изготовить конечный продукт на собственных 3D-принтерах. Заведующий кафедрой ОМД Липецкого государственного технического университета профессор, докт. техн. наук

И.П. Мазур Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

4

СОДЕРЖАНИЕ

Производство чугуна — Производство стали 6

Новая технология вдувания кислорода в доменную печь компании thyssenkrupp Компания thyssenkrupp Steel Europe разработала инновационную технологию вдувания кислорода в доменную печь — так называемую технологию последовательных импульсов (Sequence Impulse Process, SIP), при которой используют индуцированные ударные волны (скачки уплотнения). Ввод в эксплуатацию первой установки такого типа на доменной печи № 1 завода Швельгерн (Дуйсбург, Германия) был запланирован на 2019 год.

Производство стали – Непрерывная разливка – Горячая прокатка ®

12 Внедрение технологии QSP в цехе горячей прокатки полосы компании Nucor Steel Gallatin Cтатья посвящена новому проекту компании Nucor Steel Gallatin, которая, с целью расширения марочного сортамента продукции и повышения производительности своего оборудования заключила контракт с компанией Danieli на модернизацию цеха горячей прокатки полосы в Генте (Кентукки, США). Этот проект модернизации впервые предусматривает реконфигурацию классической компактной линии литейнопрокатного агрегата в наиболее современную установку Quality Strip Production (QSP ®). В России аналогичный агрегат QSP установлен на Выксунском металлургическом заводе.

Непрерывная разливка 20 Компания Primetals модернизирует установку непрерывной разливки слябов с мягким обжатием на заводе компании Angang Iron & Steel Еще один крупный производитель металлургического оборудования — компания Primetals Technologies в 2018 г. провела модернизацию двухручьевой установки непрерывной разливки стали (УНРС) ССМ1, расположенной в цехе № 3 металлургического завода компании Angang Iron & Steel Group в Аньшане (Китай). Эта модернизация позволила решить проблему развития ликвации, приводящей к ухудшению свойств металла. Надежное решение этой проблемы, предложенное компанией Primetals Technologies, — мягкое динамическое обжатие DynaGap Soft Reduction — позволило компании повысить качество продукции, производительность и производственную гибкость.

Технология прокатного производства 24 Friedrich KOCKS: редукционно-калибровочные блоки обеспечивают повышение производительности В разделе «Технология прокатного производства» представлена установка компанией Friedrich KOCKS GmbH & Co. KG сотого редукционно-калибровочного блока (RSB®) в Китае. Китай неуклонно наращивает производство прутков специального назначения (Special Quality Bars, SBQ), а в основе успеха немецкой компании лежит уверенность в том, что дальнейшее развитие редукционно-калиброочных блоков будет продолжаться в рамках пятого поколения этих установок. В статье также представлены сведения о заказах на блоки RSB со стороны других китайских производителей.

28 Улучшение параметров стана холодной прокатки при помощи автоматического детектора для контроля отпечатков от валков на прокатанной полосе Другая статья этого раздела посвящена инновационному автоматическому детектору отпечатков валков, разработанному специалистами компаний SR-Instruments и ArcelorMittal Research & Development. Техническое решение представляет собой установку, размещаемую на выходе стана холодной прокатки, для автоматического контроля в режиме онлайн каждого рулона на предмет наличия на полосе отпечатков от валков (включая и не видимые глазу, требующие идентификации в ручном режиме). При обнаружении первого же рулона с такими отпечатками система подает сигнал оператору, который корректирует Металлургическое производство и технология, 2019

Стан 5000 производства SMS Siemag на Выксунском металлургическом заводе www.sms-group.com communications@sms-group.com

рабочий режим без остановки стана. Результаты внедрения показали существенную финансовую экономию, а также уменьшение числа дефектов.

Охрана окружающей среды 36 Новая технология Hisarna компании Tata Steel повышает надежды на более экологичное металлургическое производство Компания Tata Steel после длительных испытаний предложила возможную замену доменному процессу. В случае внедрения новой технологии совокупные выбросы СО2 на заводе в Эймёйдене (Нидерланды) могут снизиться на 20 %. Технология HIsarna основана на использовании реактора, температура во всем объеме которого выше температуры плавления железа; поэтому вдуваемая в реактор железная руда мгновенно расплавляется, и образуется жидкий чугун. В октябре 2017 г. стартовала очередная кампания промышленного опробования процесса HIsarna. Ее задача — доказать, что установка HIsarna способна осуществлять стабильное производство чугуна на протяжении длительного периода времени.

40 Расширение применения «зеленых» технологий В следующей статье на примере действий компаний ArcelorMittal, Salzgitter и ABB рассмотрены возможности инвестирования средств в новые технологии, позволяющие снизить выбросы СО2 и сократить расход энергии. На установке в Гамбурге будет реализован один из самых эффективных технологических процессов, внедряемых компанией ArcelorMittal, основанный на использовании природного газа для прямого восстановления железа. Конкретным шагом на пути к перспективной, экологически безопасной технологии в области черной металлургии можно считать и сотрудничество между компаниями Tenova и Salzgitter AG, которые заявили об объединении усилий в разработке проекта SALCOS® (Salzgitter Low CO2 Steelmaking), основная идея которого заключается в поэтапном переходе к прямому восстановлению железа и электродуговым печам, с постепенным сокращением суммарных выбросов СО2 на 95 %.

Аддитивные технологии 44 Развитие 3D-печати стальных изделий Компания Deutsche Edelstalwerke (DEW), признанный эксперт в области порошковой металлургии, освоила современные аддитивные технологии и активно сотрудничает со своими клиентами, помогая им освоить процессы прототипирования. На основе таких требований к конкретным компонентам технические специалисты компании DEW разработали оптимальные материалы, в число которых могут входить (в дополнение к традиционным стальным порошкам) и бейнитные стали. В результате подготовленного таким образом производственного процесса заказчики получают готовые к применению порошковые стали, на основе которых уже сами могут изготовить конечный продукт на собственных 3D-принтерах.

7

24

16

40

Краткие рубрики 3 5 5

Приветствие читателям Список рекламодателей Выходные данные

Список рекламодателей Friedrich Kocks GmbH & Co. KG GLAMA Maschinenbau GmbH IMS Messsysteme GmbH

Металлургическое производство и технология металлургических процессов

9 48 11

Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH & Co. KG

35

Siempelkamp Maschinen- und Anlagenbau GmbH 23

Saar-Metallwerke GmbH

34

TMT GmbH Tapping Measuring Technology

27

2

Ventilatorenfabrik Oelde GmbH

35

SMS group GmbH

Редакция: Главный редактор: Торстен Пассман

ISSN 0934 8077 Учредитель и издатель: Maenken Kommunikation GmbH Директор: Виланд Менкен Реклама: Тим Янсен Менеджер: Вольфганг Локер

Адрес редакции и издателя: Von–der–Wettern–Stra e 25 51149 Cologne, Germany Тел.: ++49 2203-3584-0 Факс: ++49 2203-3584-120 Эл. почта: forsten.passmann@maenken.com Журнал и все опубликованные в нем статьи и иллюстрации защищены авторским правом. Использование без согласия издательства, за исключением допускаемых законом случаев, карается штрафом. Это касается, в особенности, размножения, переводов, микрофильмов, хранения в З.У. и обработки в электронных системах.

© 2019 Издательский дом «Руда и Металлы» 119049, Москва, а/я 71 Тел./факс: (495) 638 45 18 955 01 23 955-01-75 Эл. почта: rim@rudmet.ru chermet@rudmet.ru Интернет: www.rudmet.ru Отпечатано: Типография ООО «ВИВА–СТАР» 107023, Москва, ул. Электрозаводская, д. 20, стр. 3 Выход из печати: 05.11.2019 Бесплатно Редакция не несет ответственности за тексты рекламных материалов. «Реклама»— материал публикуется на правах рекламы.

Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

6

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА — ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

В состав оборудования металлургического завода Швельгерн в Дуйсбурге (Германия) входят доменные печи № 1 и 2

Новая технология вдувания кислорода в доменную печь компании thyssenkrupp УДК 669.051

В последние годы компания thyssenkrupp разработала инновационную технологию вдувания кислорода в доменную печь — так называемую технологию последовательных импульсов (Sequence Impulse Process, SIP), при которой используют индуцированные ударные волны (скачки уплотнения). Первую установку такого типа сооружают на доменной печи № 1 завода Швельгерн (Дуйсбург, Германия). Ввод в действие новой технологии намечен на 2019 г. Доменные печи характеризует непрерывный ход процесса доменной плавки, параметры которого почти не изменяются. Это особенно характерно для высокопроизводительных доменных печей, к которым относится и печь № 1 завода Швельгерн. Эту печь отличает минимальное термодиДокт. Р. Клок, Т. Мёллекен, М. Петерс компания thyssenkrupp Steel Europe AG, Дуйсбург, Германия Контакт: www.thyssenkrupp.com Эл. почта: rainer.klock@thyssenkrupp.com К.-Х. Хелдт, Г. Кёниг, В. Лангкабель, компания thyssenkrupp AT.PRO tec GmbH, Эссен, Германия Контакт: www.thyssenkrupp-raw-materbals.de Эл. почта: hans-heinrich.heldt@thyssenkrupp.com

Металлургическое производство и технология, 2019

намически возможное потребление энергии и восстановительных агентов при производительности, близкой к номинальному уровню. В то же время иногда необходима большая гибкость при планировании производственного процесса, например его более частая корректировка для адаптации к изменяющимся параметрам процесса. В подобных случаях основная проблема заключается в том, что за любым заметным вмешательством в ход доменного процесса следует длительный период возвращения к оптимальным рабочим параметрам. Вследствие этого нарушается большинство условий работы печи, соответствующих оптимальному термодинамическому режиму, что немедленно сказывается на эффективности использования шихтовых материалов, т. е. на стоимости шихты и выбросах диоксида углерода.

Для эффективной работы доменной печи требуются шихтовые материалы стабильно высокого качества, поставка которых во многом связана с ситуацией на рынке металлургической шихты. Доступность высококачественных шихтовых материалов в настоящее время нередко имеет жесткие ограничения, что обусловливает поиск компромисса в соотношении качества и цены шихты. Рынок становится более динамичным, партнеры заключают контракты на более короткие сроки, закупая лишь конкретные партии. Перечисленные факторы приводят к тому, что марки шихтовых материалов и структура шихты часто изменяются. Более того, колебания и разброс показателей химического состава и физических свойств поставляемых шихтовых материалов резко увеличились. Можно предположить, что эта

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА — ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

а

‹‹‹

7

б

Рис. 1. Установка для понижения давления производительностью 25 тыс. м3/ч (при н.у.) с фильтрующим устройством (а); новая платформа с камерами для агрегатов SIP в восточном крыле литейного двора (б )

тенденция сохранится в последующие годы и вызовет большие трудности ведения доменного процесса.

Основные принципы эффективной работы доменной печи Одним из возможных путей решения, по крайней мере части перечисленных проблем, является использование технологии импульсной подачи кислорода в доменную печь. К настоящему времени компания thyssenkrupp разработала принципы этого процесса, предусматривающего вдувание больших объемов технического кислорода через сопла, расположенные в фурмах; кислород поступает в зону горения перед фурмами доменной печи. Основные факторы эффективного хода доменного процесса, газификация топлива и газопроницаемость столба шихты формируются в зоне горения перед фурмами. Поэтому периодическое вдувание кислорода именно в эту зону доменной печи в соответствии с технологией последовательных импульсов может оказать положительное влияние на химико-физические параметры процесса [1]. Детально разработанная компанией thyssenkrupp концепция этого процесса основана на результатах многочисленных исследований и промышленных экспериментов. Ожидают, что внедрение процесса значительно улучшит газификацию твердого топлива и формирование дренажных каналов в столбе шихты.

Концепция промышленной установки и камеры для реализации технологии последовательных импульсов (SIP-процесса) После совершенствования доменного процесса на протяжении нескольких лет были внесены соответствующие изменения и дополнения в металлоконструкцию доменной печи № 1 завода

Швельгерн для установки компонентов новой кислородной импульсной системы. Эти работы включали размещение камер для SIP-процесса в литейном дворе, а также установку для понижения давления кислорода с фильтровальной станцией. Посредством камер для SIP-процесса, разработанных компанией thyssenkrupp AT.PRO tec, осуществляют вдувание технического кислорода в доменную печь № 1. Для этого используют импульсную систему, создающую индуцированные ударные волны (скачки уплотнения). С этой целью каждая из 40 фурм доменной печи № 1 снабжена дополнительными соплами для вдувания кислорода. Каждое из 40 сопел имеет собственную инжекционную систему для вдувания технического кислорода и необходимые устройства, обеспечивающие безопасность работы. Наряду с периодическим вдуванием кислорода камеры для SIP-процесса обеспечивают подачу некоторого количества кислорода в периоды между импульсами для охлаждения сопел, а также для подачи азота в случаях отключения подачи кислорода или возникновения других непредвиденных обстоятельств. В SIP-камеры подают из заводской сети кислородных трубопроводов 25 тыс. м3/ч (при н.у.) кислорода через установку для понижения давления и фильтрующее устройство; в системе подачи кислорода имеется также буферная емкость объемом 50 м3 и кольцевой газопровод вокруг доменной печи (рис. 1). Азот подают из общезаводской сети через фильтрующую установку также по кольцевому газопроводу. Предусмотрена аварийная система, которая в случае необходимости прекращает подачу кислорода к доменной печи, сбрасывая газ через вентиляционный патрубок, и заполняет систему подачи кислорода азотом. Работу камер контролирует автоматизированная система с контроллерами

компании Siemens CPU (S7-1500), которую производитель характеризует как наиболее быстродействующую (время срабатывания 1 нс). Визуализацию управления осуществляют посредством портала компании Siemens — Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal), включенного в существующую автоматизированную систему управления работой доменной печи (Scalink).

Физические и металлургические основы процесса Кислород периодически вдувают непосредственно в зону горения перед фурмами, подавая за короткие промежутки времени большие объемы кислорода. Газодинамические условия на выходе сопла определяются в основном разностью давлений между инжектором и внутренним пространством печи, а также скоростью открытия клапана и длительностью импульса. В результате кратковременного переходного процесса формируется сверхзвуковая открытая струя, предваряющая возникновение ударной волны [1]. Как было сказано, новый технологический процесс thyssenkrupp разработан на основе многих исследований и производственных экспериментов с учетом опыта, накопленного при эксплуатации вагранок. Эти стадии более подробно рассмотрены далее. Традиционные методы вдувания угольного порошка и кислорода с использованием коаксиальных сопел. Начиная с 1986 г. доменная печь № 1 завода Швельгерн работает с использованием комбинированного вдувания угольного порошка и кислорода через коаксиальные сопла. Конец каждого сопла выступает из фурмы. На выходе из сопла угольный порошок контактирует с коаксиально подаваемым кислородом, и происходит воспламенение поверхности струи порошкообразного угля. Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

8

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА — ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

Сопло с коаксиальной подачей кислорода позволяет лишь улучшить условия прохождения реакций в струе

вдуваемого угля. Объем вдуваемого таким способом кислорода слишком мал и недостаточен для развития сте-

Развитие и совершенствование доменного процесса компанией thyssenkrupp Периодическое вдувание кислорода с использованием технологии последовательных импульсов (Sequence Impulse Process, SIP) разработала компания thyssenkrupp AT.PRO tec GmbH и вначале применяла его на протяжении нескольких лет в вагранках — плавильных печах литейных цехов, в которые загружают скрап и кокс [2–4]. Потребовалось трехэтапное усовершенствование этого процесса, чтобы его можно было применить в доменных печах. Далее кратко представлены эти этапы. КОМПЛЕКСНЫЙ ПРОЕКТ ASIPGO ГЕРМАНСКОГО МИНИСТЕРСТВА ОБРАЗОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЙ (BMBF) (2007–2011 гг.). Проект процесса автоматизированного импульсного вдувания кислорода в крупные печи шахтного типа — ASIPGO — был разработан доменной группой, в которую входили thyssenkrupp AT.PRO tec GmbH, thyssenkrupp Steel Europe AG и RWTH Aachen University’s Department of Ferrous Metallurgy; группу возглавил проф. D. Senk. Задачей этой группы была разработка научных и технических основ использования данной технологии в доменных печах. Проведены, в частности, многочисленные эксперименты на кафедре черной металлургии в RWTH (Ахен) с моделированием коксовой постели, а также выполнены всесторонние промышленные испытания на фурмах доменной печи № 1 завода Швельгерн [5]. РАБОТЫ ПО ДАЛЬНЕЙШЕМУ ИССЛЕДОВАНИЮ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ПРОЦЕССА (2011–2014 ГГ.). После завершения исследовательского проекта ASIPGO компания thyssenkrupp Steel Europe AG расширила масштабы исследований и перенесла часть экспериментов в производственные условия, на доменную печь № 1. Положительные результаты лабораторных экспериментов были подтверждены в промышленном масштабе, и зародилась идея использования ударных волн для улучшения хода реакций в доменном про-

Металлургическое производство и технология, 2019

цессе. Проведены разносторонние исследования, необходимые для внедрения этих разработок, и подтверждена возможность создания направленных ударных волн и введения их в доменную печь [6]. Компании thyssenkrupp AT.PRO tec GmbH и thyssenkrupp Steel Europe AG совместными усилиями разработали концепцию оборудования доменной печи № 1 системой импульсного вдувания кислорода. Были созданы специальные узлы — так называемые SIPкамеры, позволившие глубже изучить воздействие ударных волн. Затем был сооружен и испытан прототип установки, его работа оптимизирована в ходе испытаний на долговечность, которые длились несколько лет. В результате появилась возможность совместно разработать инновационную технологию для доменной печи — процесс последовательного импульсного вдувания кислорода с возбуждением ударных волн. Инженерное воплощение этой идеи было разработано применительно к доменной печи № 1. СТРАТЕГИЧЕСКОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО (НАЧИНАЯ С 2015 Г.). В сентябре 2015 г. было достигнуто соглашение о сотрудничестве «в разработке, сооружении и эксплуатации системы импульсного вдувания кислорода на доменной печи № 1 завода Швельгерн». Соглашение подписали компании thyssenkrupp AT. PRO tec GmbH и thyssenkrupp Steel Europe AG. Детальная разработка системы была завершена в 2016 г., и был начат процесс согласования и утверждения (ст. 16 Федерального акта контроля за иммиссией — внесение изменений в лицензию на эксплуатацию доменной печи № 1). Получив лицензию на начало конструирования, в середине 2017 г. приступили к сооружению установки. На стадии строительства пришлось преодолеть немало проблем, так как установку сооружали на действующей доменной печи. Тем не менее к настоящему времени выполнено 70 % общего объема работ.

хиометрической реакции во вдуваемом угле. Таким образом, уголь не полностью вступает в химическую реакцию окисления из-за кратковременного пребывания вдуваемого угля в зоне горения перед фурмами и неполного формирования газоугольной смеси. Те угольные частицы, которые не прореагировали с кислородом или вступили в реакцию не полностью, либо оседают на коксовой постели за зоной горения, либо переносятся в другие зоны печи. Мелкие частицы кокса в результате циркуляции также оседают позади зоны горения, и эти осевшие частицы оказывают негативный эффект на прохождение газов через столб шихты. Эти эффекты значительно снижают газопроницаемость столба шихты, сопротивление прохождению потока газов возрастает, траектории потоков отходящих газов смещаются к периферии внутрипечного пространства. Такие частицы могут также попасть в горн доменной печи, что оказывает отрицательное влияние на жидкие фазы (чугун и шлак) на всем протяжении их перемещения внутри печи от зоны плавления до выпускных леток. При ухудшении качества кокса, используемого в доменной плавке, эти эффекты усиливаются [7–11].

Дополнительное использование процесса импульсного вдувания кислорода В период освоения импульсной системы подачи кислорода на доменной печи № 1 завода Швельгерн необходимо было установить вторые сопла в фурменном приборе каждой фурмы. Это обеспечивает постоянную подачу струи кислорода для охлаждения основного сопла. В зависимости от расположения сопла струя дополнительно подаваемого кислорода вступает в прямой контакт со струей порошкообразного угля, на поверхности которой уголь уже подожжен коаксиально подаваемой струей кислорода. Требуется определенным образом оптимизировать ожидаемую степень вступления угольного порошка в реакцию, регулируя дополнительное количество кислорода и усиливая эффект перемешивания. Ударная волна распространяется при импульсном вдувании кислорода.

Реклама

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА — ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

Сравнение рабочих параметров на уровне фурм Рис. 2 иллюстрирует описанные стадии процесса путем сравнения соотношения рабочих параметров на уровМеталлургическое производство и технология, 2019

а

б

в

3

2 1

Температура газов, °C

Эффект ударной волны — возникающая и мощно усиливающаяся турбулентность — положительно влияет на кинетику химических реакций. Ударные волны также оказывают значительное влияние на условия зажигания топлива [12, 13]. Когда вдуваемый кислород выходит из сопла, он вначале вступает в прямой контакт со струей угольного порошка, выходящей из коаксиального сопла. В зависимости от массы порошкообразного угля вдуваемый кислород должен превосходить массу угольного порошка примерно в четыре раза, чтобы весь вдуваемый уголь вступил в реакцию. Кроме того, кратковременная открытая струя создает идеальные условия для перемешивания угольного порошка и вдуваемого кислорода. В это время может произойти полное локальное вступление вдуваемого угля в химические реакции. По мере перемещения кислорода через зону горения перед фурмами, позади вновь создаются стационарные условия. Проходя через зону горения, вдуваемый кислород вступает в непосредственный контакт с коксом и инжектированными частицами угля. Поток кислорода захватывает эти частицы, которые вступают с ним в реакцию благодаря избытку кислорода, формируя в результате диоксид углерода. Кратковременно действующее открытое сверхзвуковое сопло обладает очень высокой кинетической энергией по сравнению с энергией дутья. Поэтому бо льшая часть кислорода может пройти через всю зону горения перед фурмами и проникнуть в коксовую постель. Благодаря таким кинетическим условиям реакции кислород и диоксид углерода вовлекают в реакцию тонкие угольные частицы, осевшие на коксовой постели. Эти участки очень быстро достигают весьма высокой температуры, хотя они защищены коксовой постелью от зоны горения перед фурмами и от периферических зон внутрипечного пространства. При этом степень пористости и газопроницаемость коксовой постели возрастают. Зона горения перед фурмами также постепенно расширяется.

1

2

Tw

Tw

Tmax

Tmax

Tmax

3

Tw

Концентрация газов, % (об.)

‹‹‹

10

Расстояние от носка фурмы, м

Расстояние от носка фурмы, м

Расстояние от носка фурмы, м

Рис. 2. Сравнение параметров доменного процесса на уровне фурм для различных вариантов: а — вдувание порошкообразного угля через коаксиальное сопло (устойчивый процесс); б — эффективный период вдувания кислорода (неустановившийся процесс); в — период между импульсами вдувания кислорода, когда подают только кислород для охлаждения сопла (квазиустойчивый процесс)

не фурм, а также изменения температуры и состава газов в зависимости от расстояния от носка фурмы. На рис. 2, а представлен вариант комбинированного вдувания угольного порошка и кислорода через коаксиальное сопло, когда газ переносит осевшие на коксовую постель тонкие частицы из зоны горения перед фурмами по направлению к периферическим участкам печного пространства. Температура газов по мере снижения концентрации кислорода постепенно повышается по сравнению с температурой дутья (Tw ). Одновременно растет содержание диоксида углерода. Температура газа достигает максимума (Tmax) тогда же, когда достигает максимума содержание диоксида углерода. За счет избытка кислорода диоксид углерода восстанавливается до монооксида углерода в зоне горения перед фурмами с использованием углерода кокса и угольных частиц. Эта реакция эндотермическая, поэтому температура газа снижается до тех пор, пока весь диоксид углерода не превратится в монооксид углерода. На рис. 2, б показан локальный кратковременный эффект импульсной подачи кислорода. Многократное повторение такого эффекта способствует увеличению зоны горения перед фурмами и идеально предотвращает попадание мелких частиц угля на коксовую постель. Вследствие больших объемов холодного кислорода, подаваемого при импульсах, на выхо-

де из сопла получают температуру ниже температуры дутья (Tw ). В результате происшедшего при этом быстрого и полного включения в реакции вдуваемого порошкообразного угля концентрация кислорода несколько снижается, а температура газов — в соответствии с концентрацией диоксида углерода — повышается вблизи носков фурм. По мере прохождения вдуваемого кислорода через зону горения перед фурмами концентрация диоксида углерода и температура газов постепенно повышаются в результате вовлечения в реакцию кокса и угольных частиц. Бо льшая часть кислорода достигает границ зоны горения перед фурмами и проникает в коксовую постель. Здесь в результате происходящих реакций благодаря большой реакционной поверхности кислород быстро переходит в форму диоксида углерода (эффект большой реакционной поверхности усиливают вовлеченные в реакцию тонкие фракции угля). В результате наблюдается кратковременный пик температуры в коксовой постели за зоной горения перед фурмами. Большая реакционная поверхность вызывает также быстрое снижение температуры газов, так как реакция, в результате которой из диоксида углерода образуется монооксид углерода, является эндотермической. На рис. 2, в представлены параметры, характерные для периода между двумя импульсами вдувания кислорода. В этот момент на шихту воздействует только

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА — ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ небольшой вспомогательный объем кислорода, подаваемый для охлаждения сопла. Следует заметить, что кислород, используемый при работе импульсной системы доменной печи № 1 завода Швельгерн, поступает из общезаводской сети газопроводов. Это означает, что одновременно снижается обогащение дутья кислородом. Несмотря на подачу вспомогательных объемов охлаждающего кислорода, общая концентрация кислорода в печи во время интервалов между импульсами падает по сравнению с уровнем, показанным на рис. 2, а. Концентрация газов в зоне горения перед фурмами во время интервалов между импульсами уменьшается, что приводит к снижению температуры газов.

Выводы и перспективы Исследования и эксперименты, проведенные на доменной печи № 1 завода Швельгерн компании thyssenkrupp, подтвердили заметный позитивный эффект, получаемый при вдувании кислорода через SIP-систему с созданием ударных волн. В частности, основываясь на результатах промышленных экспериментов в фурменном поясе доменной печи № 1 завода Швельгерн, можно ожидать частичного активирования «мертвой зоны» расплавленного металла в горне печи, а также улучшения газопроницаемости столба шихты. Ввод в действие системы импульсной подачи кислорода, монтаж кото-

рой завершается на всех 40 фурмах доменной печи № 1, намечен на 2019 г. После завершения пусконаладочных работ предусмотрена стадия доводки, в ходе которой будет скоординирована работа импульсной системы и системы автоматизированного управления доменным процессом. Далее последует стадия промышленного опробования для сравнения практических показателей с экспериментальными. Библиографический список [1] Klock, R.: Hochofenbetrieb mit periodischer Sauerstoffinjektion, Dissertation RWTH-Aachen (2013) .. ..

[2] Konig, G.; Ko onig, W.; Babich, A.; Gudenau, H.W; Senk, D.; Heldt, H.-H.: Schachtofen und Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens, DE 102007029A1 .. ..

[3] Konig, G.; Konig, W.; Babich, A.; Gudenau, H.W:; Senk, D.; Heldt, .-H.: Verfahren zum Betreiben eines Hochofens und .. .. fur dieses Verfahren geeignete Hocho fen, DE 102005053505A1 [4] Heldt, H.-H.; Ilgner, C.: Einsatz des Sequenz-Impuls-Prozesses im Kupolofenbetrieb, GieEerei 101 (2014), No. 5, pp. 100–103 [5] Klock, R.; Johnen, A.; Heldt, H.-H.; Kannappel, M.; Thiede, C.; Feldhoff, M.; Senk, D.; Greibig, R.; Ramtun, J.: ASIPGO-Automatisierter Sequenz .. ..

Impulsprozess fu r GroEschachtofen, German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) Research Report (2011)

‹‹‹

11

[6] Kannappel, M.; Klock, R.: Verfahren zum Betreiben eines Schachtofens, insbesondere eines Hochofens, DE102014102913A1 [7] Blomberg, M.; Schumacher, M.; Schott, R.: Oxycoal-Modelstudie am TKSE HO2, ..

Interner Untersuchungsbericht Kuttner GmbH & Co. KG und aixprocess GmbH .. fur thyssenkrupp Steel Europe AG (2018) [8] Schott, R.: Optimization strategies for pulverized coal injection into the blast furnace, Stahl und Eisen 136 (2016), No. 3, pp. 39–47 [9] Shen, Y.; Yu, A.; Zulli, P.: CFD Modelling and Analysis of Pulverised Coal Injection in Blast Furnace: An Overview, Steel Research 82 (2011), No. 5, pp. 532–537 [10] Nightingale, R.J.; Dippenaar, R.J.; Lu, W-K.: Developments in blast furnace Process Control at Port Kembla Based on Process Fundamentals, Metallurgical and Materials Transactions B 31 (2000), No. 3, pp. 993–1003 [11] Schwalbe, R.; Klock, R.; Janhsen, U.; ..

Schmole, P.; Peters, M.: Influence of intentionally deteriorated coke properties on performance of Blast Furnace #2 Schwelgern, Proceedings METEC& 2st ESTAD (2015) [12] Gruening, C.; Mayinger, F.: Experimental Investigations of Supersonic Flame Stabilisation based on Fuel Self-Ignition, Chemical Engineering & Technology, (2000), No. 10, pp. 909–918 [13] Ben-Yakar, A.; Hanson, R.K.: Cavity FlameHolders for Ignition and Flame Stabilisation in Scramjets: An Overview, Journal of Propulsion and Power 17 (2001), No. 4, pp. 869–877

Реклама

Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

12

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ — НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА — ГОРЯЧАЯ ПРОКАТКА

Наиболее современная технология компании Danieli при производстве горячекатаной полосы Quality Strip Production (QSP®) уже внедрена на заводе компании Ezz Steel в Египте

Внедрение технологии QSP® в цехе горячей прокатки полосы компании Nucor Steel Gallatin УДК 621.771

С целью расширения марочного сортамента продукции и повышения производительности компания Nucor заключила контракт с компанией Danieli на модернизацию цеха горячей прокатки полосы в Генте (Кентукки, США). Этот проект модернизации впервые предусматривает реконфигурацию классической компактной линии литейно-прокатного агрегата в наиболее современную установку Quality Strip Production (QSP®). Расположенный в Генте (Кеттукки, США) цех горячей прокатки тонких слябов компании Nucor Steel Gallatin (NSG, ранее Gallatin Steel Company) имеет проектную производительность около 1,4 млн т/год горячекатаной полосы в рулонах толщиной от 1,4 до 12,7 мм, шириной до 1625 мм при максимальной массе рулона 31,75 т . В составе оборудования цеха 170-тонная двухкорпусная электродуговая печь постоянного тока; стенд

M. Булфоне, К. Бильген, M. Найтc Danieli & C.S.p.A., Буттрио, Италия Контакт: www.danieli.com Эл. почта: m.bulfone@danieli.it ; info@danieli.com

Металлургическое производство и технология, 2019

для внепечной обработки стали; вертикальная установка непрерывной разливки стали (УНРС), на которой отливают слябы толщиной 65 мм и шириной 1625 мм; туннельная печь длиной 206 м; 6-клетевой компактный прокатный стан; традиционная линия ламинарного охлаждения; одна подпольная моталка. Сегодня в основном на стане прокатывают конструкционные, микролегированные стали и стали для тонкостенных магистральных трубопроводных труб. Как и другие компактные литейнопрокатные агрегаты, агрегат компании NSG после сооружения обеспечил удвоение годовой производительности благодаря вводу в действие второго плавильного отделения и второй нитки на вертикальной УНРС, а также

туннельной печи с поворотным «паромным» транспортером, за которой следует 6-клетевой стан горячей прокатки полосы с последовательным расположением клетей. Первоначальный план расширения предусматривал использование УНРС и туннельной печи, аналогичных действующему оборудованию. Компания Nucor Steel, которая приобрела компанию Gallatin Steel Company в октябре 2014 г., подтвердила инвестиции в дальнейшее усовершенствование технологии и повышение конкурентоспособности стана горячей прокатки полосы. В качестве поставщика современной технологии была выбрана компания Danieli, которая должна поставить полный комплект оборудования и систем автоматизации,

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ — НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА — ГОРЯЧАЯ ПРОКАТКА обеспечивающий реализацию всего технологического процесса — от исходных материалов до рулонов горячекатаной полосы. Первый сляб намечено отлить в сентябре 2020 г., а первый рулон прокатать в ноябре того же года. Полностью проект должен быть завершен в феврале 2021 г.

Расширение производства полосы из улучшенных высокопрочных сталей В процессе конструктивного взаимодействия партнеров — специалистов компаний NSG и Danieli — было решено при реконструкции оборудования заменить реализованную ранее концепцию новой, прогрессивной концепцией Quality Strip Production (QSP ®), которая откроет дополнительные возможности термомеханической прокатки. Концепция QSP® позволит расширить производство проката из улучшенных высокопрочных сталей (AHSS), сталей для толстостенных магистральных трубопроводных труб по стандартам API и из ряда других сталей с повышенными механическими и эксплуатационными свойствами.

«Более 20 лет я работаю в области разливки тонких слябов и прокатки. Впервые я посетил завод компании Nucor Steel Gallatin еще в 2002 г., — рассказал К. Билген (Сhristian Bilgen), исполнительный вице-президент по прокатным технологиям компании Danieli. — Я горжусь тем, что специалисты компаний NSG и Danieli совместно перейдут от действующей технологический схемы к новой концепции, представляющей прогрессивное поколение технологий в области разливки и прокатки тонких слябов. После этого появится возможность значительного расширения портфеля заказов, включения в него сталей для толстостенных магистральных трубопроводных труб по стандартам API. Качество продукции значительно повысится». Модернизированное производство будет оснащено высокопроизводительной электродуговой печью постоянного тока и сдвоенным стендом для внепечной обработки, на котором в дальнейшем можно будет проводить вакуумную дегазацию стали. В сталеплавильном отделении после реконструкции будет

‹‹‹

13

внедрена наиболее современная технология плавки, в частности новый технологический пакет Q-Melt®. Автоматизированная технология электродуговой плавки повысит конкурентоспособность и производительность электродуговой печи, позволит оптимизировать расходы по переделу. «Новое сталеплавильное отделение будет самым современным в США, в нем планируется использовать новейшие разработки в области технологии выплавки стали», — говорит П. де Коста (Paulo da Costa), менеджер по продажам сталеплавильного оборудования компании Danieli. «Концепция Индустрии 4.0 является ключевым аспектом управления технологическим процессом; это относится как к плавке в 170-тонной электродуговой печи постоянного тока с применением технологии Q-Melt®, так и к использованию мехатронных технологий, которые обеспечат дистанционное управление большинством операций. Безопасность труда и высокая производительность — вот главные моменты, гарантирующие успех данного проекта», — добавил П. да Коста.

Планировка действующей линии CSP компании NSGAL Толщина слябов 65 мм

Толщина полосы 1,2–12,7 мм

Первоначально проект предполагал использование в будущем двух УНРС

Преобразование агрегата CSP по схеме QSP® Размер кристаллизатора по толщине 133 (150) мм

Интенсивное охлаждение

Индукционные нагреватели (перспективная опция)

Толщина полосы 1,2–19,1 мм (25,4 мм)

Толщина слябов 100–123 мм

Вертикальная с изгибом УНРС для литья тонких слябов обеспечивает повышение качества и производительности

Туннельная печь с поворотным «паромным» транспортером

Стан горячей прокатки полосы, расположенный по схеме 2 + 6, для неограниченного сортамента продукции

Термомеханическая обработка в линии прокатки для получения проката со свойствами, требуемыми заказчиком

Компании Nucor Steel Gallatin и Danieli заключили контракт на модернизацию действующего цеха по производству горячекатаной полосы в Кентукки (США) с применением наиболее современной технологической схемы QSP Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

14

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ — НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА — ГОРЯЧАЯ ПРОКАТКА Две обжимные клети Интенсивное охлаждение

Вертикальная с изгибом машина непрерывного литья слябов

Печь для передачи раската

Обрезные ножницы Шестиклетевая чистовая группа клетей

Система охлаждения

Участок подпольных моталок

Туннельная печь с поворотным «паромным» транспортером

Планировка агрегата компании Danieli, работающего по технологии QSP

Удвоение производственной мощности сталеплавильного отделения после модернизации требует внесения изменений в планировку и состав оборудования сталеплавильного и прокатного отделений. По завершении модернизации заготовку для прокатного цеха будут получать на одноручьевой УНРС вертикального типа с изгибом производительностью около 2,7 млн т/год. Новая УНРС является представителем пятого поколения высокопроизводительного оборудования для выпуска слябов компании Danieli. Слябы будут поступать на прокатный стан через туннельную печь с поворотным «паромным» транспортером. Новая планировка оборудования позволит

Показатели мягкого обжатия при номинальной толщине слябов 110 мм Зазор между сегментами роликов, мм

Перспектива удвоения производственной мощности сталеплавильного отделения

Повышение скорости разливки

Расстояние от входа в кристаллизатор, мм Благодаря сочетанию толщины отливаемых слябов (110 мм) и скорости разливки (более 6 м/мин) на агрегате может быть достигнута производительность до 3 млн т/год при разливке на одноручьевой УНРС

Технические характеристики агрегата Danieli QSP® Объединенная металлургическая компания (ОМК) (Выкса, Нижегородская обл.) является крупнейшим в стране производителем сварных стальных труб и железнодорожных колес. В составе оборудования компании имеется агрегат Danieli QSP® с одноручьевой УНРС, планировочная схема которого аналогична схеме агрегата компании Nucor Steel Gallatin. В начале производственной линии расположена УНРС, отливающая слябы толщиной 90 мм. Далее следуют 200-метровая тоннельная печь, две мощные обжимные клети, участок передачи раската с его промежуточным охлаждением и подогревом в печи, чистовая группа из шести клетей. Благодаря такой гибкой

Металлургическое производство и технология, 2019

схеме агрегата ОМК может производить широкий сортамент продукции — полосы толщиной от 1 до 12,7 мм из сталей по стандартам API для изделий специального назначения, шириной от 800 до 1800 мм. В 2015 г. более 50 % сортамента приходилось на долю сталей класса API (вплоть до API Х80); большая часть продукции (98,6 %) отвечала самым высоким требованиям качества, в частности, качества поверхности. В настоящее время годовая производительность агрегата постоянно превышает проектный показатель 1,2 млн т, а в 2018 г. ожидается рекордный показатель — 1,3 млн т/год. Установка новой системы интенсивного охлаждения на отводящем рольган-

ге позволит ОМК повысить механические свойства готовой продукции (прочность и ударную вязкость) и откроет возможности уменьшения легирования сталей такими дорогостоящими элементами, как марганец, кремний и ниобий. В настоящее время ОМК является одним из самых крупных в мире производителей плоского проката из трубных сталей на литейно-прокатных агрегатах, более 50 % которого соответствуют требованиям стандартов API или аналогичных. Кроме того, ОМК использует этот прокат в качестве заготовки в собственных трубных цехах для производства сварных нефтегазопроводных труб.

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ — НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА — ГОРЯЧАЯ ПРОКАТКА Тенденции сортамента на мировом рынке

Ур ове нь цен на про дук цию

Высокопрочные улучшенные марки стали с повышенными характеристиками (AHSS) и стали по стандартам API Х70/80

Высокопрочные низколегированные стали (HSLA), стали MC, стали по стандартам API Х60 Коммерческие марки стали (малоуглеродистые, например DD11)

‹‹‹

15

Сортамент продукции компании Nucor Gallatin

Прогноз Современный уровень

Прогноз Современный уровень Прогноз Современный уровень

Практическая эволюция сортамента продукции компании Nucor Steel Gallatin после совершенствования технологии отливки и прокатки тонких слябов TSCR (Thin Slab Casting & Rolling)

установить УНРС и первую очередь туннельной печи с поворотным «паромным» транспортером без сокращения общей производительности цеха. В дальнейшем две новые обжимные клети будут добавлены к прокатному стану для расширения его возможностей. Независимые операции высокоскоростной прокатки в обжимных клетях промежуточного охлаждения подката и раздельной чистовой прокатки позволят внедрить термомеханическую технологию прокатки, типичную для современных широкополосных станов горячей прокатки. Для этого потребуется полностью заменить существующую туннельную печь, расширить чистовую группу кле-

тей прокатного стана, установить новый отводящий рольганг с комбинированной системой интенсивного и ламинарного охлаждения, а также две новые подпольные моталки с оборудованием для транспортирования рулонов. Вертикальная с изгибом УНРС будет снабжена соответствующим современным пакетом технологических программ, включая одну из последних разработок компании Danieli — мультимодальную электромагнитную тормозную систему Multimodeelectromagnetic brake (MM®-EMB), позволяющую регулировать гидродинамические условия в кристаллизаторе и повысить качество отливаемых тонких слябов. Туннельная печь и промежуточный рольганг для

Самая высокая в мире производительность литейнопрокатного агрегата для прокатки тонких слябов На литейно-прокатном агрегате компании Tangshan Iron and Steel (Китай), впервые в мире был достигнут объем производства более 3 млн т/год после перехода в 2005 г. на прокатку тонких слябов. В 1997 г. компания Essar Steel Algoma (Канада) впервые в мире освоила процесс отливки и прокатки тонких слябов для производства перитектических марок стали, а также высокопрочных низколегированных сталей типа DSPC 700 c пределом текучести, превышающим 700 МПа, используемых, например, в автомобилестроении. Заказчиками, которым эта компания регулярно поставляла такие

стали, были основные североамериканские машиностроительные компании, связанные с автомобильной индустрией, сервисные центры, крупнейшие производственные предприятия. Оценив рынок электрооборудования, например потребность в пластинах сердечников трансформаторов, а также статорах и роторах электродвигателей, компания Benxi Iron & Steel (Китай) стала пионером прокатки кремнистых сталей с использованием технологии отливки тонких слябов. Прокатывают электротехнические стали с содержанием кремния до 3,2 %; при этом скорость разливки превышает 4 м/мин.

передачи горячего подката между обжимными клетями и чистовой группой клетей будут поставлены компанией Danieli Centro Combustion. Шестиклетевая чистовая группа прокатного стана будет сохранена, но ее расширят и дополнят новыми межклетевыми проводками, петлевыми устройствами и транспортными системами. Это позволит компании NSG прокатывать полосы шириной до 1870 мм (73,5"). Для дальнейшего улучшения работы чистовой группы клетей прокатного стана первые три клети будут усилены в целях восприятия больших давлений прокатки. Перед чистовой группой установят две новые мощные обжимные клети и вертикальную клеть (эджер). Путем суммарного обжатия до 100 мм вертикальная клеть обеспечит полную рекристаллизацию боковых кромок сляба и расширит возможности стана по прокатке более узкой полосы. Контроль и автоматизированное управление всем технологическим процессом — от выплавки стали до выпуска рулонов горячекатаной полосы — обеспечит компания Danieli Automation. Одной из важных задач является оптимизация работы участка плавки и непрерывной разливки в период реконструкции этого участка и контроль качества литых заготовок и горячекатаной полосы. Согласно стратегии внедрения модернизированной установки, новая автоматизированная система управления и контроля будет дублировать действующую систему, чтобы обеспечить плавное переключение. Автоматизированная система управления будет разработана Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

16

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ — НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА — ГОРЯЧАЯ ПРОКАТКА

ИНТЕНСИВНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ И СБИВ ОКАЛИНЫ ИНДУКЦИОННЫЕ НОЖНИЦЫ НАГРЕВАТЕЛИ

Участок передачи раската на агрегате, работающем по технологии Danieli Universal Endless (DUE®)

с возможностью интегрирования в концепцию Индустрии 4.0.

Спроектированная система не устареет в течение 30 лет «Компания Danieli Automation осознает, что мы намереваемся создать надежное и эффективное предприятие, — заявил А. Морделья (Antonello Mordeglia), президент компании Danieli Automation, и пояснил: Поставив цель добиться нулевых простоев и заложив перспективную концепцию, мы полагаем, что спроектированная сегодня система не устареет и через 30 лет. Мы будем планировать ремонты и техническое обслуживание, неординарные события, заказ сменных деталей и оборудования и многое другое. Расход энергии и вспомогательных материалов будет поддерживаться на минимально возможном уровне операционных затрат (OpEx) без ущерба для качества продукции и сроков поставки». Проект будет внедрен в течение трех последовательных, тщательно спланированных остановок технологической линии через 9, 15 и 23 мес. после начала работ. Стратегия предполагает также максимально использовать простои оборудования в целях ежегодных плановых ремонтов. М. Булфоне (M. Bulfone), вицепрезидент компании Danieli, ответственный за станы горячей листовой прокатки, добавил: «Мы создадим возможность прокатывать на заводе более широкие полосы из литых загоМеталлургическое производство и технология, 2019

товок, при этом сохраним шесть существующих прокатных клетей. Перепланировка задумана таким образом, чтобы крупные единицы нового оборудования можно было установить и испытать вне линии стана. В то же время мы спланировали с точностью до одного часа остановку линии для монтажа в ней нового оборудования». В течение последней остановки все оборудование черновой группы клетей, предварительно смонтированное вне линии стана, будет перемещено на линию прокатки с помощью специального устройства. Фундаменты для этого оборудования будут заранее подготовлены под действующей туннельной печью без остановки производственной линии.

Новые ориентиры развития литейно-прокатных агрегатов Определив основную цель данного проекта — превращение традиционной линии компактного производства полосы (Compact strip production, CSP) в установку QSP с высокопроизводительным сталеплавильным отделением, специалисты компаний NSG и Danieli сформулировали новые ориентиры развития литейно-прокатных агрегатов во всем мире. «Этот проект направлен на укрепление дальнейшего сотрудничества между компаниями Steel Gallatin и Danieli в производстве плоского проката. Технология QSP компании Danieli позволит компании Nucor Steel

Gallatin совершить скачок на совершенно другой, значительно более высокий уровень, удовлетворяющий самым строгим требованиям рынка», — заявил президент корпорации Danieli П. Лоссо (Paolo Losso).

Различные схемы расположения агрегатов для производства горячекатаной полосы в рулонах Технология QSP отливки тонких слябов и горячей прокатки из них широкой полосы разработана компанией Danieli Wean United для определенного сортамента продукции и определенного уровня производительности. Вскоре после первого применения этой технологии в конце 1980-х годов компания Danieli осознала необходимость разработки собственной концепции подобного агрегата для преодоления некоторых недостатков, касающихся качества продукции и производительности, присущих «первому поколению». Компания Danieli, применив комплексный подход и инновации, сосредоточила свое внимание на следующих основных направлениях: конструкция УНРС для отливки тонких слябов и конфигурация прокатного стана. Начиная с первого промышленного применения технологии CSP в 1985 г. использовали вертикальные с изгибом УНРС в сочетании с запатентованным процессом динамического

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ — НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА — ГОРЯЧАЯ ПРОКАТКА

‹‹‹

17

ВНУТРЕННЯЯ СТРУКТУРА СЛЯБОВ

Образец № 1

Образец № 2

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ПАДАЮЩИМ ГРУЗОМ ОБРАЗЦОВ К60 (API X70) 12 мм Температура

Доля вязкой составляющей в изломе Качество продукции компании Nucor Steel Gallatin значительно повысится после модернизации

мягкого обжатия. Такая конструкция позволяла получать слябы высокого качества, обеспечивала гибкость процесса; в результате можно было варьировать толщину сляба без ущерба для качества продукции и производительности. В отличие от других конфигураций прокатных станов, в которых все клети располагались компактно и последовательно, компания Danieli предложила несколько вариантов планировки с раздельным размещением обжимных и чистовых клетей. Эти варианты более соответствовали такой современной технологии производства горячекатаной полосы, как термомеханическая прокатка. Число клетей выбирали в зависимости от толщины слябов и требуемой толщины готовой полосы в рулонах. Конфигурация агрегата QSP рекомендована заказчикам с повышенными требованиями к марочному сортаменту производимой продукции. Эти агрегаты предназначены для использования более толстых слябов (толщиной до 130 мм), чем другие агрегаты, работающие по технологии прокатки полосы из тонких слябов. Благодаря такому отличию можно повысить уровень производительности до

3 млн т/год при разливке на УНРС в один ручей, а также получать прокат из широкого сортамента марок сталей, используя контролируемую технологию двухступенчатой прокатки, в частности термомеханическую прокатку. Этому способствует и специальная планировка оборудования, реализованная в данном цехе. Применение более толстых слябов и тщательный контроль температурного режима при прокатке в агрегате QSP позволяет использовать восемь прокатных клетей (два обжимных и шесть чистовых) для производства всего сортамента продукции, включая тонкие полосы толщиной до 1,2 мм, прокатываемые по дискретной схеме «рулон за рулоном» (в отличие от бесконечной прокатки). Инвестиции, требуемые для внедрения конфигурации QSP, полностью окупаются возможностью массового производства более дорогостоящей продукции. Это значит, что реконфигурация цеха оправданна даже при непрерывной разливке стали в один ручей, без необходимости расширения отделения непрерывной разливки в будущем. Конфигурация агрегата QSP обеспечивает ряд преимуществ, позволяющих получать полосу высокого качества:

использование клети с вертикальными валками, добавленной в группу обжимных клетей для более точного регулирования ширины полосы; разделение обжимной и чистовой групп клетей, что повышает общую производственную гибкость агрегата и расширяет марочный сортамент прокатываемых сталей; применение печи для передачи раската, что позволяет гомогенизировать температуру раската, соответственно повышая стабильность процесса прокатки в чистовой группе клетей; возможность установки системы промежуточного охлаждения перед печью для передачи раската при прокатке марок стали по стандартам API; установка трех окалиносбивателей высокого давления, что гарантирует получение высокого качества поверхности прокатанной полосы; применение обрезных ножниц барабанного типа на входе в чистовую группу клетей, что обеспечивает надежный и безопасный захват при прокатке тонких и особо тонких полос. Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

18

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ — НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА — ГОРЯЧАЯ ПРОКАТКА

На заводе ОМК (Выкса, Нижегородская обл.) установлен агрегат компании Danieli, работающий по технологии QSP® с одноручьевой УНРС, планировка которого аналогична планировке агрегата компании Nucor Steel Gallatin

Широкие возможности QSP Для лучшего понимания технологии QSP можно рассмотреть другие проекты, не связанные непосредственно с NSG. Альтернативная планировка QSP способствует достижению оптимального соотношения «инвестиции — повышение производительности». Эта планировка отличается меньшей общей длиной из-за отсутствия печи для передачи раската, и это позволяет ей последовательно расположить черновую и чистовую группы клетей. Кроме того, планировка при меньших габаритах агрегата сохраняет большинство преимуществ QSP: три окалиносбивателя, клеть с вертикальными валками в черновой группе, обрезные ножницы перед чистовой группой, промежуточное охлаждение и модернизированную систему охлаждения на отводящем рольганге. Сортамент продукции агрегата соответствует основным запросам рынка. Отсутствие двухступенчатой прокатки (требующей длинного промежуточного рольганга и печи для передачи раската) лишь ограничивает возможности прокатки продукции из специальных марок стали с использованием Металлургическое производство и технология, 2019

термомеханической технологии, таких как более толстые трубные заготовки для магистральных трубопроводных труб в арктическом исполнении по стандарту API X70–X80. При такой конфигурации номинальная толщина используемых слябов обычно равна 70 мм (с возможностью увеличения до 85 мм). Компактная планировка и последовательное расположение черновой и чистовой групп клетей позволяют применять такой агрегат в рамках технологии полубесконечной прокатки при производстве особо тонких полос толщиной менее 1 мм в семи клетях (две черновые и пять чистовых). При этом производство следует дополнить специальным оборудованием, например высокоскоростными ножницами, заправочным устройством и высокоскоростными моталками с четырьмя формирующими рулон роликами.

Новое поколение планировок агрегатов для литья и прокатки тонких слябов Компания Danieli совместно со своими заказчиками последовательно раз-

рабатывала планировку нового поколения литейно-прокатных агрегатов для обработки тонких слябов. Эти разработки, ознаменовавшие новую стадию эволюции процесса QSP, получили название DUE® (Danieli Universal Endless). Отличие этой концепции от других состоит в ее универсальности: она позволяет в одном цехе реализовать как схему бесконечной прокатки, так и дискретную прокатку отдельных рулонов. Такой новый подход можно рассматривать как естественную эволюцию прогрессивной исходной концепции компании Danieli, которая предусматривала получение тонких слябов отливкой на вертикальных с изгибом УНРС с последующей их прокаткой в прокатных клетях, разделенных на черновую и чистовую группы. Однако на рынке есть спрос на высокопрочную продукцию с более высокими свойствами, чем у рядового проката массового производства из малоуглеродистых сталей. В то же время реализация тонкого и особо тонкого полосового проката приносит производителям значительную прибыль. Технология DUE® гарантирует

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ — НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА — ГОРЯЧАЯ ПРОКАТКА успешное производство всего марочного сортамента прокатываемых сталей. Процесс Danieli Universal Endless является универсальным решением, способным удовлетворить все требования рынка плоского проката благодаря возможности выбрать наилучший вариант этой технологии для каждой марки стали и для каждого вида продукции. Бесконечную прокатку и дискретную прокатку в рулонах, термомеханическую прокатку и прокатку многофазных сталей, прокатку особо тонкой и толстой полосовой стали теперь можно осуществлять на одной производственной линии. Возможность подавать в прокатный стан более толстые слябы (110 мм) наряду с традиционными тонкими позволяет значительно увеличить суммарное обжатие от сляба до готовой полосы. Это, в свою очередь, дает возможность получать особо тонкие полосы (толщиной до 0,8 мм) и заготовки для особотолстостенных труб (толщиной до 25 мм) шириной от 900 до 2000 мм. Обжатие сляба по ширине в процессе разливки является неотъемлемой частью данной технологии, и это еще более повышает производственную гибкость агрегата. Благодаря сочетанию отливки слябов повышенной толщины (110 мм) и высокой скорости разливки (более 6 м/мин) можно достигнуть уровня производительности до 3 млн т/год при разливке в один ручей. При этом капитальные затраты в расчете на 1 т продукции (CapEx) выглядят весьма привлекательно. Вариант планировки DUE® в сочетании с эффективным использованием тепловой и электрической энергии (туннельная печь с газовыми горелками и индукционный нагреватель) позволяет оптимизировать энергопотребление, превращая эту технологию поистине в «зеленую». Одновременно уровень операционных затрат (OpEx) снижается на 15– 20 % по сравнению с действующими агрегатами, отливающими и прокатывающими тонкие слябы. Первый агрегат, работающий по технологии DUE, был установлен в промышленной зоне Сaofeidian (Таншань, провинция Хебей, Китай)

компанией Shougang Jingtang United Iron & Steel Co. Ltd. (SGJT). Проектная производительность агрегата DUE составляет 2,1 млн т/год высококачественной горячекатаной полосы в рулонах толщиной от 0,80 до 12,7 мм и шириной от 900 до 1600 мм из разнообразных сталей. Установленная на линии агрегата DUE вертикальная с изгибом уникальная УНРС (радиус изгиба 5,5 м) спроектирована для отливки слябов одной толщины — 110 мм (после мягкого динамического обжатия); толщина сляба на выходе из кристаллизатора — 130 мм. Скорость разливки зависит от марки разливаемой стали и может превышать 6 м/мин. Такое беспрецедентное сочетание толщины сляба и скорости разливки позволяет легко обеспечить такой массовый поток, который необходим для полной реализации технологической схемы бесконечной прокатки. Эту схему можно использовать для эффективного производства особо тонкой продукции. Туннельная печь, разработанная компанией Danieli Centro Combustion, имеет длину 80 м и выполняет важную буферную функцию — способствует повышению производственной гибкости агрегата. Печь позволяет выполнять перевалку рабочих валков прокатного стана без прекращения работы УНРС и сталеплавильного отделения, переключаясь с режима бесконечной прокатки на режим дискретной прокатки отдельных рулонов на время перевалки. При этом общая производительность агрегата не снижается. Горячая прокатка на агрегате по технологической схеме DUE® — это хорошо известная и зарекомендовавшая себя как эффективная схема, предусматривающая разделение прокатных клетей на обжимную группу и группу чистовых клетей для осуществления двухступенчатой прокатки. В состав оборудования участка передачи раската входят: ножницы барабанного типа для обрезки переднего и заднего концов, обеспечивающие максимально стабильные условия при дискретной

‹‹‹

19

прокатке по схеме «рулон за рулоном» и для автоматического предотвращения аварийных ситуаций при прокатке в бесконечном режиме; система индукционного нагрева, разработанная и изготовленная компанией Danieli Automation для устойчивого производства тонких и особо тонких полос в бесконечном режиме; эту систему можно исключить из технологической линии, если в ее использовании нет необходимости (при прокатке в дискретном режиме); специализированный окалиносбиватель высокого давления на входе в чистовую группу прокатных клетей (в дополнение к окалиносбивателю на входе в обжимные клети) для предотвращения образования отпечатков окалины на поверхности прокатанной полосы; система интенсивного охлаждения, совмещенная с окалиносбивателем на входе в чистовую группу, используемая при термомеханической прокатке или прокатке сталей по стандарту API для получения требуемого распределения температуры по сечению профиля и контролируемого процесса роста зерен, что является важной отличительной особенностью процесса термомеханической прокатки. Конструкция прокатных клетей гарантирует высокую точность геометрических размеров полосы и отличные механические свойства готовой продукции; особого контроля требует поперечный профиль полосы, причем контроль осуществляют под нагрузкой, в процессе прокатки полосы, что особенно важно при прокатке по бесконечной схеме. Также на линии установлена система ламинарного охлаждения, сочетающая естественное и принудительное охлаждение в зависимости от выбранной стратегии. Далее следует участок смотки рулонов, где располагаются высокоскоростные ножницы для резки полос по заданным размерам (при работе по бесконечной схеме), формирующие рулон ролики и подпольные моталки.

Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

20

НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА

Компания Primetals модернизирует установку непрерывной разливки слябов с мягким обжатием на заводе компании Angang Iron & Steel УДК 621.746.5

При нарушении заданных условий процесса разливки в слябах может развиваться ликвация, приводящая к ухудшению свойств металла. Надежное решение этой проблемы, предложенное компанией Primetals Technologies, — мягкое динамическое обжатие DynaGap Soft Reduction — позволило компании Angang Iron & Steel Group (Китай) повысить качество продукции, производительность и производственную гибкость. В декабре 2018 г. компании Primetals Technologies был вручен Сертификат окончательной приемки модернизированной двухручьевой установки непрерывной разливки стали (УНРС) ССМ1, расположенной в цехе № 3 металлургического завода компании Angang Iron & Steel Group в Аньшане (Китай). Эта УНРС была ведена в действие после модернизации в конце октября 2018 г., и до подписания сертификата (менее чем за 2 месяца) на ней провели разливку более 1700 плавок общей массой около 348 тыс. т. Проект реализован с целью улучшения качества продукции и роста производительности УНРС, а также повышения производственной гибкости при разливке различных марок стали и при разных режимах разливки. В отделении разливки используют современное оборудование и пакет технологических программ, включая мягкое динамическое обжатие DynaGap Soft Reduction, для улучшения внутренней структуры слябов. В целях минимизации сроков остановки оборудования проект модернизации предусматривал кратчайшие сроки внедрения — УНРС была усовершенствована в течение 30 дней.

Primetals Technologies, Лондон, Великобритания Контакт: www.primetals.com Эл. почта: rainer.schulze@primetals.com

Современный вид УНРС № 6 компании SSAB Raahe (ранее — Rautaruukki). На этой машине впервые в мире в 1997 г. была опробована динамическая система мягкого обжатия DynaGap Soft Reduction

Металлургическое производство и технология, № 2019

НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА

Слева направо: О. Шварце, менеджер по модернизации, представитель компании Primetals Technologies; Чанг Янг, начальник сталеплавильного цеха № 3; Н. Митич, руководитель пусконаладочных работ, представитель компании Primetals, в сталеплавильном цехе № 3 металлургического завода группы Angang Iron & Steel Group Со. в Аньшане (Китай)

Метод мягкого обжатия Поскольку жидкая сталь затвердевает не при фиксированной температуре, а в некотором температурном интервале, то в процессе разливки слябы в центральной (осевой) части поперечного сечения имеют квазиравновесную твердожидкую двухфазную зону, где сталь частично находится в твердом состоянии, а частично — в жидком. Если условия кристаллизации отклоняются от заданных, то в соответствующей зоне сляба образуются ликвационные дефекты. Вследствие термического сжатия при температурах, близких к точке затвердевания стали, остаточная жидкая фаза выдавливается в осевую зону. Так как для остаточной жидкой фазы характерно высокое содержание углерода, серы и других примесей, то в осевой зоне литого сляба после затвердевания содержание этих элементов и примесей оказывается выше, чем в остальных частях поперечного сечения. Результатом такого явления может оказаться формирование нежелательных свойств готовой продукции. Один из путей минимизации осевой ликвации — компенсация термического сжатия при кристаллизации целенаправленным обжатием сляба по толщине вблизи точки окончательного затвердевания. Этот метод получил название «мягкое обжатие». Вариант

технологии мягкого обжатия DynaGap Soft Reduction предполагает расчет идеальной величины зазора между обжимными роликами с использованием модели процесса, учитывающей температурное поле в ручье кристаллизатора, а также особенности разливки каждой конкретной марки стали. Даже при изменении условий разливки обжатие всегда прикладывают точно в требуемой зоне, а величину обжатия задают с помощью гидравлически регулируемых сегментов SMART, установленных по длине ручья кристаллизатора.

Положение каждого ролика регулируют отдельным гидравлическим цилиндром Автоматизированное изменение зазора между роликами с помощью гидравлически регулируемых сегментов SMART позволило значительно повысить эффективность непрерывной разливки и качество получаемой продукции. Однако при регулировании зазора между роликами путем изменения уровня сегментов одновременно изменяется положение относительно непрерывнолитой заготовки всех роликов в этом сегменте. Следовательно, положение точки окончательного затвердевания металла возможно скорректировать лишь приблизительно. Для некоторых марок стали такая точность недостаточна.

‹‹‹

21

Компания Primetals Technologies разработала сегмент DynaGap с регулированием режима на каждом ролике — Single-Roll DynaGap (SRD). Положение ролика регулируют с помощью индивидуального гидроцилиндра. Используя результаты точных расчетов по моделям вторичного охлаждения DynaPhase и Dynacs-3D, система SRD имеет возможность точно определить такое сечение ручья кристаллизатора, в котором приложение динамического обжатия даст наибольший эффект повышения качества осевой зоны непрерывнолитой заготовки. Конструкция нового сегмента обеспечивает его взаимозаменяемость с сегментами системы DynaGap SMART, равно как и с другими сегментами, поэтому новые сегменты могут быть внедрены на действующих УНРС. Так, сегменты SRD уже включены в производство на металлургическом комбинате Терниум в Санта-Крузе (Бразилия). Обнадеживающие результаты такой модернизации стали стимулом применения новой технологии еще на одном ручье УНРС компании.

Непосредственно из лаборатории мехатроники Сразу же после первого применения системы DynaGap в 1997 г. ее начали совершенствовать с целью повышения точности мягкого обжатия и перехода от регулирования сегмента к индивидуальному регулированию роликов. К настоящему времени эта новация нашла выражение в разработке систем DynaGap-3D и SingleRoll DynaGap. В 1995 г. компания Rautaruukki (Финляндия, в настоящее время — SSAB Raahe), производившая стальную продукцию для строительства и машиностроения, приняла решение о замене трех вертикальных УНРС одной новой установкой — вертикальной с изгибом непрерывнолитой заготовки, в которой сердцевина еще не затвердела, и с последующей правкой этой заготовки. При этом повышение качества слябов не являлось главной целью такой модернизации, хотя и этот фактор принимали во внимание. Сортамент продукции завода в то время требовал отливки слябов восьми различных размеров по толщине. Для этого приходилось несколько раз в день вручную Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

22

НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА

регулировать зазор между роликами. Каждая такая регулировка подразумевала двухчасовой простой и тяжелый ручной труд бригады рабочих. Проблема компании Rautaruukki тогда была решена в университетской лаборатории мехатроники в Линце (Австрия). Ранее гидравлическое регулирование зазора между роликами можно было проводить только с помощью гидравлических сервомеханизмов; такая технология была слишком дорогой и чувствительной к тяжелым условиям работы в запыленной среде металлургического цеха и потому не подходила для постоянного использования на УНРС. Исследователи и инженеры в Линце совместно со специалистами по непрерывной разливке стали компании Primetals Technologies (в то время известной как компания VAI) пришли тогда к выводу, что использование более надежных двухпозиционных клапанов, значительно менее чувствительных к атмосфере участка непрерывной разливки, позволит успешно решить эту проблему. Сочетание такой конструкции с датчиками положения позволило: резко уменьшить потребность в ручном труде и сократить простои при регулировании зазоров между роликами; регулировать толщину слябов при помощи пульта дистанционного управления. А после того, как предложенное устройство было дополнено системой автоматизированного управления и моделями процесса, динамическое регулирование сегментов с роликами дало возможность значительно улучшить внутреннюю структуру слябов. Когда инженеры компании Rautaruukki представили новую технологию на конференции по непрерывной разливке стали в Линце, она сразу же получила признание. Разработка была начата в 1996 г. и успешно завершилась в соответствии с намеченным графиком после пуска УНРС 15 декабря 1997 г. Новая технология с начала применения зарекомендовала себя с лучшей стороны, поскольку на УНРС удавалось в течение суток трижды (а позднее даже четыре раза) изменять толщину

отливаемых слябов. При этом резко сократился объем ручного труда при переналадке роликов. Тщательная проверка отделом технического контроля внутренней структуры слябов подтвердила высокий уровень качества осевой зоны. После успешного внедрения в Финляндии технология DynaGap вскоре нашла применение на заводах компаний ILVA, voestalpine Stahl, Bethlehem Steel, POSCO и Outocompu. В настоящее время система мягкого обжатия DynaGap действует почти на 300 ручьях УНРС.

Один из ведущих производителей стали в Китае Производственные мощности группы Angang Iron & Steel Group Со. размещены в Аньшане (провинция Ляонин, Китай). Группа компаний, выплавляющая в год около 35,8 млн т стали (по данным за 2017 г.), является одним из крупнейших производителей стали в стране. В цехе № 3 предприятия, расположенного в Аньшане, применяют обычный технологический процесс с выплавкой стали в основных кислородных конвертерах, обработкой плавок на установке ковш-печь и в циркуляционном вакууматоре. Сталеплавильный цех выплавляет 5 млн т/год стали; металл разливают на двух УНРС. Одна из них — ССМ2 была модернизирована компанией Primetals Technologies и успешно работает с июля 2015 г. На двухручьевой слябовой УНРС ССМ1 цеха № 3 разливают 2,5 млн т стали в год. Вертикальная с изгибом УНРС имеет радиус изгиба 9 м и металлургическую длину 36 м. На этой УНРС отливают слябы толщиной 230 мм и шириной от 990 до 1550 мм. Максимальная скорость разливки 2,1 м/мин. На УНРС разливают малоуглеродистые и высокоуглеродистые стали, перитектические и высокопрочные низколегированные стали, стали для глубокой вытяжки, а также микролегированные, низколегированные и кремнистые стали.

Повышение качества макроструктуры осевой зоны слябов Проект модернизации включал установку на слябовой УНРС ССМ1 новой

Металлургическое производство и технология, № 2019

тележки промежуточного ковша, нового промежуточного ковша с системой контроля уровня LevCon, которая позволяет оптимизировать уровень стали и достаточно малочувствительна к тяжелым рабочим условиям металлургического производства. В составе устройства кассетного типа Smart Mold — система выявления разрывов Mold Expert, система DynaWidth автоматического регулирования ширины и система DynaFlex, управляющая механизмом качания кристаллизатора. Устройство для изгиба отливки и сегменты Smart, а также ролики I-Star размещены на направляющей системе ручья. Система вторичного охлаждения Dynacs рассчитывает и динамически регулирует температурный профиль по всей длине ручья. По результатам расчетов уточняют участки охлаждения ручья и точку окончательного затвердевания металла в зависимости от скорости разливки, размеров сляба и марки стали. Систему мягкого обжатия DynaGap применяют для улучшения (повышения однородности) внутренней макроструктуры слябов. Зазор между роликами динамически регулируют на заключительных стадиях кристаллизации в соответствии с расчетными точками, определенными системой Dynacs с помощью второго уровня модели вторичного охлаждения. В результате минимизируется ликвация в осевой зоне литой заготовки. Для вторичного охлаждения используют систему разбрызгивающих сопел DynaJet, охлаждающую как середину, так и кромки заготовки. Помимо этого, компания Primetals Technologies осуществляет надзор за разработкой конструкций промежуточного ковша, погружного стакана сталеразливочного ковша, затравочного устройства, опорных конструкций и ремонтных стендов. Также проводят надзор за детальной разработкой конструкций таких узлов и механизмов, как манипулятор погружного стакана, тележка промежуточного ковша, кристаллизатор и механизм его качания, сегменты направляющего устройства, система вторичного охлаждения и затравка. Установка автоматизированного управления, как и проведение консультаций на стадиях строительно-монтажных и пусконаладочных работ, также включена в контракт.

Реклама

‹‹‹

24

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

‹‹‹

24

Сотый редукционно-калибровочный блок (RSB®) компании KOCKS для компании Yonggang Group Co. Ltd. (Китай)

Friedrich KOCKS: редукционнокалибровочные блоки обеспечивают повышение производительности УДК 621.771.25

Компания Friedrich KOCKS GmbH & Co. KG (KOCKS) поставит сотый редукционно-калибровочный блок (RSB®) в Китай. Этот факт не вызывает удивления, поскольку Китай неуклонно наращивает производство прутков специального назначения (Special Quality Bars, SBQ). В основе успеха немецкой компании лежит уверенность в том, что дальнейшее развитие редукционно-калибро-

Компания Friedrich KOCKS GmbH & Co. KG, Хильден, Германия Контакт: www.kocks.de Эл. почта: fk@kocks.de

Металлургическое производство и технология, 2019

очных блоков будет продолжаться в рамках пятого поколения этих установок. Презентация модели RSB® 5.0 показала значительное повышение уровня автоматизации и производительности этого стана за счет новой концепции приводных двигателей, использования динамичной и быстрой системы перевалки клетей, а также внедрения новой быстродействующей системы дистанционного контроля, которая позволяет регулировать параметры калибровки за миллисекунды. Сроки остановок стана

для перехода на новый размер проката или по причине износа калибров могут быть снижены до значений, практически не оказывающих влияния на показатели работы RSB®. В результате достигнут такой рост производительности, который вполне оправдывает значительные инвестиции, сделанные в развитие этого редукционно-калибровочного блока. Успех в Китае обусловлен благоприятной экономической ситуацией, в частности высокими ценами на изделия из сталей специального назна-

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

‹‹‹

25

Редукционно-калибровочный блок (RSB®) 370/4 поколения 5.0 компании KOCKS, работающий в настоящее время на заводе компании Yongxing Special Stainless Steel Co. Ltd. (Китай)

чения. Поэтому многие производители проката переводят свои производственные мощности с массовых видов продукции (таких, как низкоуглеродистые стали и арматура) в основном на выпуск прутков SBQ с соответствующей модернизацией оборудования. Редукционно-калибровочные блоки RSB® 5.0 продемонстрировали свое преимущество именно в сегменте прутков специального назначения. Этому в большой степени способствовали их высокие технические параметры, операционная надежность, низкие затраты на изменения в технологической цепочке и отличное качество прокатной продукции.

Модернизация в компании TISCO Компания TISCO является четвертым в мире производителем изделий из коррозионностойкой стали по объемам производства и входит в состав 500 китайских наиболее значимых брендов. Эта корпорация расположена в провинции Шаньси (Shanxi) и выпускает плоский и длинномерный высококачественный прокат различного назначения. Новый, сотый редукционнокалибровочный блок RSB® 5.0 компании KOCKS станет частью программы

модернизации и реконструкции существующего прокатного стана для выпуска изделий из коррозионностойких сталей. RSB® 5.0 будет производить широкий марочный сортамент из аустенитных, мартенситных и ферритных коррозионностойких сталей, а также дуплексных сталей и сплавов на основе никеля в виде круглого проката диаметром 16–100 мм. Ввод стана в эксплуатацию намечен на начало 2020 г. Блок RSB® 5.0 является последним словом в развитии редукционно-калибровочной технологии для прутков специального назначения SBQ и изделий из коррозионностойкой стали. Кроме того, работа блока обеспечивает высокое качество выпускаемых прутков, повышенную производительность стана, существенную экономию, простоту и безопасность выполняемых операций.

Компания Weifang базируется в провинции Шаньдун (Shandong) и производит главным образом катанку из углеродистой стали, сварочную проволоку и прутки SBQ для автомобильной промышленности. Поставляемый блок RSB® 5.0 предназначен для выпуска круглых прутков диаметром 18–60 мм из подшипниковых и рессорно-пружинных сталей при максимальной скорости прокатки 18 м/с. Ввод в эксплуатацию был назначен на середину 2019 г. Трехвалковая технология компании KOCKS даст возможность компании Weifang добиться устойчивого производства прутков SBQ премиального качества с совершенной поверхностью и очень узкими размерными допусками и в конечном счете — соответствовать высоким требованиям рынка такой продукции.

Сотрудничество с компанией Weifang Special Steel Iron & Steel

Поставки для компании Hunan Valin Xiangtan Iron & Steel

Другой заказ на редукционнокалибровочный блок RSB® 5.0 поступил компании KOCKS от китайского производителя специальных сталей Weifang Special Steel Iron & Steel (Weifang). Это уже второй заказ, полученный KOCKS от этой китайской компании за последние четыре месяца.

Еще один китайский производитель специальных сталей — Hunan Valin Xiangtan Iron & Steel Co. Ltd. (Xiangtan) разместил заказ на новый редукционнокалибровочный блок RSB® 370++/5 для своего строящегося сортопрокатного стана № 3, предназначенного для выпуска прутков специального назначения. Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

26

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

После успешного ввода в строй в 2005 г. и последующей эксплуатации поставленного компанией KOCKS блока RSB® 370/5 компания Xiangtan приняла решение приобрести и установить другой блок этой же компании — RSB® 5.0, представляющий собой новейшее поколение станов для выпуска SBQ-продукции. Этот новый редукционно-калибровочный блок предназначен для использования в рамках технологии гибкой термомеханической прокатки круглых прутков диметром 16–100 мм с последующим охлаждением. В комплект этой поставки, помимо блока RSB® 5.0, входят привалковая мастерская для подготовки трехвалковых клетей и трехроликовых проволок, а также соот-

ветствующие контрольные системы. Ввод в эксплуатацию запланирован на I квартал 2020 г.

Современный редукционнокалибровочный блок для компании Henan Jiyuan Iron & Steel Подобный заказ (на редукционнокалибровочный блок RSB® 300++/4) сделала и китайская компания Henan Jiyuan Iron & Steel Co. Ltd. (Jiyuan), которая тоже специализируется на производстве специальных сталей. Этот блок намечено включить в состав нового прокатного стана для выпуска прутков SBQ из качественных сталей, и он станет уже 25-м блоком из числа поставленных компанией

KOCKS на китайский рынок и вторым — для компании Jiyuan. Еще в 2008 г. эта китайская компания ввела в эксплуатацию и освоила редукционно-калибровочный блок RSB® 370/4, а теперь принято решение смонтировать самый современный блок RSB® 5.0 для нового SBQ-стана. Блок RSB® 5.0 будет задействован для термомеханической прокатки прутков диаметром 10–42 мм и их гибкой чистовой обработки на холодильнике. Как и в других подобных заказах, в комплект поставки входят привалковая мастерская для подготовки трехвалковых клетей и трехроликовых проволок, а также соответствующие контрольные системы. Ввод в эксплуатацию намечен на II квартал 2020 г.

Следующий шаг — полностью автономные и самообучающиеся редукционнокалибровочные блоки RSB® Редакция журнала MPT International побеседовала с г-ном Штефаном Шварцем (Stefan Schwarz), генеральным менеджером по продажам компании Friedrich KOCKS, об успехе последней модели редукционно-калибровочных блоков RSB® 5.0.

— Чем блоки RSB® 5.0 отличаются от предшествующих моделей и от оборудования аналогичного назначения конкурирующих фирм? Ключевые факторы успеха блоков RSB® 5.0 — их качество и надежность. Наши специалисты работают над новой концепцией привода, над разработкой более быстрого и эффективного дистанционного контроля и более оперативной системы замены клетей, учитывая при этом нужды клиентов относительно повышения экономичности работы редукционнокалибровочного блока и оптимального качества готовой продукции. Инновационное проектирование способствует в дальнейшем уменьшению гидравлических функций RSB® 5.0, что обеспечивает более безопасную и экологически приемлемую технологию прокатки. Весь наш накопленный опыт воплощен более чем в 100 блоках RSB®, внедренных во всем мире, и нацелен на дальнейшее успешное развитие с целью укрепления рыночных позиций компании в этом секторе за счет очевидных конкурентных преимуществ.

— Почему блоки RSB® 5.0 особенно популярны в Китае? Китайский рынок отличается повышенными требованиями к качеству и надежности. Кроме того, он весьма прозрачен. Сеть производителей высококачественных прутков SBQ в Китае очень широка, а уровень обмена информацией на различных коммуникационных платформах (например, WeChat) исключительно интенсивный. Поэтому информация о качестве и надежности наших блоков RSB® 5.0 очень быстро распространяется среди китайских производителей специальных сталей, а наши заказчики, заключая контракты на по-

Металлургическое производство и технология, 2019

ставку прокатного оборудования компании KOCKS, чувствуют себя, как говорится, в надежных руках. Следует отметить, что качественные стали, производимые на блоках RSB® 5.0, все активнее применяют в автомобилеи машиностроении. Для продукции SBQ в прошлые годы сформировались весьма благоприятные рыночные условия: значительный спрос на качественные стали и высокие цены на готовый прокат из этих сталей, что закрепляет наши прекрасные позиции в Китае.

— Какими будут, по вашему мнению, ближайшие технические вызовы? Все сейчас говорят об Индустрии 4.0 и, естественно, компания KOCKS также встречается с вызовами, которые поступают к нам от производителей прокатной продукции. Наша система контроля размеров SCS® в сочетании с измерительной системой 4D-EAGLE® в последнее время дала убедительный ответ на требования рынка в отношении автономной прокатки. Предполагается, что следующим шагом станут полностью автономные, самообучающиеся и самонастраивающиеся блоки RSB®, на которые будет поступать информация о параметрах прокатного стана — от нагревательной печи до адъюстажа. В настоящее время мы планируем модернизировать программное обеспечение для редукционнокалибровочного стана. Рабочая вспомогательная система охватит все подготовительные операционные этапы, связанные с калибровочными блоками. В дальнейшем компоненты модульного программного обеспечения возможно комбинировать для использования в моделировании процессов, содействия техническому обслуживанию и хранению данных. За счет этого потребуется меньше усилий при планировании и подготовке производственного процесса, что, в свою очередь, окажет непосредственное позитивное влияние на окупаемость данного проекта.

Реклама

‹‹‹

28

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Улучшение параметров стана холодной прокатки при помощи автоматического детектора для контроля отпечатков от валков на прокатанной полосе УДК 621.777

Разработан инновационный автоматический детектор отпечатков валков, направленный на предотвращение дорогостоящих ремонтов станов холодной прокатки валков. Техническое решение представляет собой установку, размещаемую на выходе стана холодной прокатки, для автоматического контроля в режиме онлайн каждого рулона на предмет наличия на полосе отпечатков от валков (включая и не видимые глазу, требующие идентификации в ручном режиме). При обнаружении первого же рулона с такими отпечатками система подает сигнал оператору, который корректирует рабочий режим без остановки стана, используя изображения, передаваемые от детектора на мониторы поста управления через интерфейс «человек — машина». Результаты, полученные в ходе полномасштабного опытного опробования детектора в конце 2015 г., показали существенную финансовую экономию, а также достижение большего времени работы стана на максимальной скорости прокатки. Кроме того, улучшены логистические показатели рулонов с меньшим числом дефектов, оптимизированы ключевые для заказчиков характеристики продукции, а стабилизация процесса прокатки обеспечила дополнительные экономические выгоды. Отпечатки от валков на прокате являются постоянной проблемой при холодной прокатке с самого начала применения этой технологии. Особенно большое воздействие этих отпечатков проявляется при производстве наиболее прибыльных видов готовой продукции без поверхностного покрытия. Общий ежегодный объем холоднокатаного проката в Европе составляет примерно 45 млн т, из них около 20 % (~9 млн т) относится к прокату без покрытий. Примерно такие же цифры зафиксированы и в Северной Америке.

М. Курт, С. Пьоррет, SR-Instruments Oy, Оулу, Финляндия Контакт: www.sr-instruments.com Эл. почта: mikael.kurth@sr-instruments.com Г. Фрикот, ArcelorMittal Global Research & Development, Мезьер-ле-Мец, Франция, Контакт: www.arcelormittal.com Эл. почта: gabriel.fricout@arcelormittal.com

Металлургическое производство и технология, 2019

а

б

в

Рис. 1. Неприемлемые отпечатки валка на образце (а ) часто невидимы на выходе стана-тандем, очень слабо видны после обработки песком (б) и очень хорошо видны и определяемы посредством нового детектора отпечатков валков (в). Изображение дефекта может быть получено при работе стана-тандем на полной скорости; оно помещается на фото для фиксации чувствительности системы

На некоторых заводах более 5 % холоднокатаного проката подвержено этим дефектам. Затраты, связанные с недостаточным качеством проката из-за отпечатков валков, можно классифицировать следующим образом: рекламации от заказчиков, получивших дефектную продукцию; дополнительные расходы на устранение дефектов, обнаруженных перед отгрузкой заказчикам [1]. Общие затраты такого рода в Европе, по оценке экспертов, превышают сумму 225 млн евро в год. Сегодня

прфилактические меры по предотвращению подобных дефектов и методы их обнаружения являются весьма дорогостоящими (рис. 1). Обычная практика — визуальный контроль одного рулона выборочно из четырех или пяти в ходе прокатки продукции без покрытия. Короткий цикл прокатки в сравнении с 12–15-минутной паузой для визуального контроля всегда приводит к появлению хотя бы единичного отпечатка от валков на множестве листов, уже смотанных в рулоны. Нельзя не принимать во внимание

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

‹‹‹

29

Рис. 2. Детекторный модуль с матрицей из 20 детекторных блоков. (Модуль расположен вне технологической линии прокатки и показан с открытой крышкой)

и человеческий фактор, говоря о пропусках дефектов при проверке. Кроме того, снижается производительность прокатки, ежегодно теряются сотни человекочасов, так как в ожидании результатов визуального контроля интенсивность прокатки падает вдвое. Природа процесса прокатки обусловливает скрытый характер дефектов в виде отпечатков валков: они не являются контрастными и очень трудно поддаются идентификации на выходе стана холодной прокатки. Специальные покрытия могут сделать эти дефекты более заметными, но ущерб для производительности стана все равно сохраняется. Для реального повышения производительности необходимо блокировать дефектные рулоны на выходе стана холодной прокатки и предпринять немедленные корректирующие действия по восстановлению качества прокатной продукции.

проблемы выявления отпечатков валков в режиме онлайн так и не было найдено. Чтобы справиться с этим вызовом, был разработан совершенно новый подход, которому соответствуют следующие основные принципы: использование измерения взамен визуального наблюдения, примене-

ние технологии датчиков взамен методики камер; многоотражательные измерения для достижения наивысшего уровня детектирования для всех видов валковых отпечатков; выявление показателя шероховатости поверхности проката в местах валковых отпечатков;

Промышленное опробование системы определения отпечатков валков Несмотря на многочисленные опробования систем автоматического контроля поверхности классического типа, удовлетворительное решение

Рис. 3. Многоотражательный принцип измерения используют в датчиках для выявления отпечатков валков Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

30

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

применение быстрых фильтров для получаемой информации о шероховатости поверхности проката; построение обобщающих и остаточных изображений для используемых алгоритмов; компактное встраивание в линию действующего прокатного стана на его выходе и контроль окружающей среды. Цели нового технического решения были определены на основе запросов промышленности и конечных потребителей. В качестве успешного был установлен уровень требуемого выявления дефектов свыше 80 %, а уровень невыявленных дефектов — менее 10 %. Время от определения дефекта до устранения его причины не должно превышать цикла прокатки одного рулона. В настоящее время предложенные инновации удовлетворяют всем этим требованиям, разработанная система по выявлению отпечатков валков является единственной системой подобного типа в мире, имеющей успешное промышленное внедрение.

а

б

Принципиально новая технология Новая система обеспечивает получение изображений, близких к классическим системам автоматического контроля поверхности (САКП), однако разработанная и применяемая в данном случае технология является принципиально иной. Вместо камер для получения изображений используют технологию измерения на основе кремниевых фотодиодных матриц. Такой подход дает возможность задействовать несколько необходимых системных свойств, позволяющих обеспечить соответствие требуемым характеристикам и запросам заказчиков. Система контроля отпечатков валков функционирует по одномодульному принципу и методу оптического отражения. Ее поставляют в стандартном комплекте оборудования для обеспечения оптимальной работоспособности и необходимого технического обслуживания. Измерительная система включает в себя три основных компонента: 1) детекторный модуль (рис. 2), куда входят: матрица независимых детекторов изображения со встроенной функцией его обработки; три светодиодных световых модуля полной ширины с необходимой оптикой; Металлургическое производство и технология, 2019

Реклама

Рис. 4. Поверхность рабочего валка с дефектами (а) и соответствующий вид с экрана монитора оператора, где показан анализ результатов детектирования (б). Вид с экрана монитора

2) панель управления с тремя компьютерами; 3) пользовательский интерфейс для оператора. Три световых модуля, полностью охватывающих ширину полосы, используют для обеспечения эмиссии фотонов к поверхности полосы. Для улавливания отраженных от поверхности полосы фотонов применяют единичную детекторную матрицу. Светодиоды в световых модулях подвергаются электрической модуляции, чтобы работать на определенных частотах. Характерными частотами являются, например, 60, 120 и 240 кГц, поскольку никакие другие источники света не работают на данных частотах

в такой же среде. Ряда преимуществ достигают за счет фиксации чувствительности детекторов только на тех частотах, на которых имеет место эмиссия светодиодов. Прежде всего, поскольку все фоновое освещение при измерении проходит через фильтры, можно добиться максимально возможного соотношения «сигнал – шум» в отношении помех. Детекторы способны лишь аккумулировать свет в трех заданных диапазонах частот. Далее модуляция светодиодов позволяет использовать так называемый метод многоотражательного измерения. Для этого необходимы все три геометрических объекта освещения

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА (яркое поле, темное поле и боковая подсветка), что дает возможность обеспечить требуемый уровень детектирования — свыше 80 % отпечатков валков. Принципиальная схема работы по этому методу с тремя объектами геометрического контроля представлена на рис. 3. Этот метод позволяет формировать на неподвижной полосе одновременно три изображения высокого качества: одно в конфигурации темного поля (dark field, DF), другое — яркого (bright field, BF), третье — при боковой подсветке (side light, SL). Таким образом, каждый элемент изображения (пиксель) имеет три значения — по одному от каждого объекта геометрического измерения. Наивысший уровень детектирования достигается при разнонаправленной диффузии фотонов от различных валковых отпечатков, которые становятся видимыми лишь при определенной оптической геометрии. Человек, в принципе, действует таким же образом — визуально с разных сторон обследует образец полосы для наилучшего обнаружения этих отпечатков. Кроме того, преимуществом модуляции является высокая компактность системы. Все три световых геометрических сигнала могут быть считаны единой измерительной матрицей.

Специальные алгоритмы для контроля большой поверхности Измерение фотонов, отражающихся от поверхности полосы, выполняют независимые, но идентичные модули, охватывающие всю ее ширину. На каждый детектор приходится 100 мм ширины полосы с наложением на области ответственности соседних детекторов, чтобы обеспечить 100%-ный контроль системой измеряемого объекта. Приемные блоки используют технологию кремниевых фотодиодных матриц, что более характерно для высокочувствительных приборов оптической лаборатории и обеспечивает измерения с должным разрешением изображения. В условиях высокоскоростной работы по выявлению отпечатков валков новые датчики изображений соотношение «сигнал – шум» является в 20 раз более высоким, чем при использовании обычной полупроводниковой камеры CCD или CMOS для контроля поверхности. Исходные данные для

алгоритма детектирования представлены в 14-битном формате. Для определения уровня шероховатости поверхности полосы в результате воздействия рабочих валков необходима определенная чувствительность, и работающие в этом формате алгоритмы обеспечивают хорошую эффективность. Другой характерной особенностью системы является то, что общая поверхность активного освещения кремниевыми датчиками достаточно велика. Кремниевые фотодиоды охватывают 66 % ширины полосы, предоставляя системе исключительную возможность аккумулировать свет по сравнению с обычными фотодиодными элементами в системе САКП. Это является важным преимуществом, особенно при высоких скоростях, минимальном времени на аккумулирование фотонов в матрицу изображения перед тем, как полоса двинется дальше по технологической линии, когда для формирования следующего изображения уже требуется новый комплект фотонов. Кроме того, такая технология обеспечивает возможность непрерывного измерения. Работа датчиков не зависит от скорости движения полосы, так же, как и работа традиционных полупроводниковых камер CCD или CMOS в САКП. Детекторы валковых отпечатков производят постоянные измерения посредством модулей с шагом 100 мм и с выводом изображения на вход тахометра в непрерывном режиме. Такое проектирование детекторных модулей позволяет также поддерживать стабильную геометрию зоны измерения по всей ширине полосы. Обработка всех данных происходит на участках детекторных блоков шириной 100 мм. Таким образом, данные локально обрабатываются там, где они получены. Каждый детекторный блок состоит из 6-контурного модуля преобразования цифрового сигнала и управляющей программы с 2 Гб памяти. При таком варианте обработки данных скорость их передачи является минимальной, так же, как и объем компьютерного оборудования на пультах управления — один такой пульт включает в себя всего три обычных компьютера. Специальные фильтрующие алгоритмы анализируют периодичность дефектов и обеспечивают существенное повышение их контрастности

‹‹‹

31

перед этапом детектирования. В результате этого объекты, которые ранее были почти невидимыми в исходном виде и даже на отобранных образцах полосы без абразивной зачистки, становятся видимыми. Алгоритм, использующий на входе только изображения, способен обеспечить прохождение эмульсионных потоков через фильтры для адаптации периодических флуктуаций, возникающих в процессе обжатия полосы и ее скольжения в контакте с валками. Это позволяет избежать неопределенности при идентификации причин появления отпечатков валков. Цикл измерений. Система реализует повторяющийся цикл измерений для контроля каждого рулона. В начале цикла система выявления валковых отпечатков обрабатывает значения двух сигналов, характеризующих натяжение полосы и готовность стана к работе. Измерительный цикл начинает работу только в том случае, если оба сигнала равны единице. В процессе работы значения этих сигналов изменяются от единицы до нуля по мере завершения измерения, которое фиксируется в момент достижения нуля с целью избежать возможных отклонений от нормального режима. Алгоритм программы дает в нужный момент команду на открытие защитного окна, и датчики начинают сбор данных на участке полосы длиной 70 м (из общей длины раската 2000–3000 м) и по всей ширине полосы. Такая геометрия измерений является достаточной для полноценного анализа, после чего защитное окно закрывается. Экспозиция системы по отношению к полосе длится менее 5 с на один рулон. Это обеспечивает максимально возможную работоспособность, поскольку система остается чистой и достаточно защищенной на протяжении 95 % времени рабочего цикла. После закрытия защитного окна система переходит в режим расчетов. Обычно полученный результат соответствует параметрам полосы в зоне тех 70 м ее длины, откуда производился сбор данных. Если отпечатки валков позднее обнаруживают на рулоне, это может быть определено только следующим измерением на следующем рулоне (рис. 4). Отпечатки валков являются периодически возникающим дефектом механического типа, и для его иденМеталлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

32

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

тификации необязательно обследовать всю длину полосы, поскольку он не исчезает сам по себе. В случае остановки работы стана система может выполнить несколько измерений одного и того же рулона. В принципе, первое измерения должно всегда выполняться в начале прокатки рулона. При этом не существует ограничений по скорости полосы в процессе измерений — она может быть как постоянной, так и меняющейся. Тахометр обеспечивает передачу сигнала об измеренной скорости в систему определения отпечатков валков. Измерения могут быть выполнены с хорошим качеством изображений при скорости до 1650 м/мин. Обработка данных начинается в каждом детекторном модуле и проходит следующие этапы: нормализация, прохождение фильтра, расчет для первого периода (длина окружности рабочего валка последней клети), сбор основных и остаточных изображений, определение валковых отпечатков. Затем повторяется та же последовательность операций для второго периода, для второго рабочего валка последней клети. После этого полученные данные и результаты их анализа поступают от каждого детекторного модуля к управляющему компьютеру, работающему в режиме реального времени (RTM), который аккумулирует и синхронизирует их. Компьютер RTM интегрирует значения положения конца полосы и генерирует итоговые изображения от детекторов для базы данных и пользовательского интерфейса. Затем все изображения и цифровые параметры передаются в головной компьютер, также находящийся на посту управления, в котором они хранятся, или отправляются на компьютеры клиентов по мере необходимости. После этого система готова к началу нового измерительного цикла, когда возникнут нужные условия, когда стан и моталка будут в готовности. Интеграция системы. Данная система по своим характеристикам, функциональным возможностям и диагностическим свойствам была спроектирована изначально для работы на выходе стана холодной прокатки. Для интеграции этой системы в технологическую линию использовано стандартное оборудование, в частности, Металлургическое производство и технология, 2019

для перехода из положения онлайн в положение офлайн, а также предусмотрены защитные системы для открывания и закрывания технологического окна. Для детекторного модуля предусмотрено воздушное питание от вентилятора для создания внутреннего положительного давления с целью предотвращения внешнего загрязнения и обеспечения необходимого охлаждения, что важно для продления срока службы этого оборудования. Другие требования по интеграции касаются нескольких сигналов от программируемых логических контроллеров, входа тахометра и TCP/IP телекоммуникационного канала на уровень 2. Полноразмерная пилотная система была установлена в 2012 г. на выходе непрерывного 5-клетевого станатандем холодной прокатки производительностью 1,9 млн т/год (рис. 5). По мере завершения разработки программного обеспечения и алгоритмической базы система в сентябре 2015 г. была передана на опробование операторам, а успешное промышленное тестирование состоялось в декабре 2015 г. В результате замены детектора в январе 2018 г. скорость расчетов была улучшена, соответственно возросла и эффективность системы при контроле каждого рулона. Данная система интегрирована с 1-м и 2-м уровнями соединения и осуществляет полное сопровождение работы прокатного стана. При возникновении нештатных ситуаций система действует в автоматическом режиме. При прокатке система собирает и заносит в базу данных информацию по всем рулонам, а при возникновении подозрения о появлении валкового отпечатка на прокатанной полосе предусмотрен звуковой сигнал для оповещения оператора. При подаче сигнала оператор стана анализирует изображения валковых отпечатков на полосе при помощи пользовательского интерфейса и принимает решение о продолжении или остановке процесса прокатки. Подобное решение может зависеть от многих факторов, например от материала полосы или от требований заказчика, но в любом случае система дает возможность персоналу своевременно получать актуальную информацию о параметрах технологического процесса. Получение данных от системы

и их обработка занимают всего несколько минут, поскольку это все же не командная, а лишь информационная система, оповещающая операторов о причинах своего срабатывания. При простейшей настройке система может автоматически блокировать все рулоны, в которых предполагается наличие отпечатков валков.

Обратная связь от опытной установки Работники прокатного стана, тестировавшие эту систему, сообщали, что операторам понадобилось около полугода для того, чтобы проникнуться доверием к ее работе и начать разбираться, какие отпечатки являются приемлемыми, а какие требуют принятия немедленных корректирующих решений. Например, при интеграции операций датчики регулярно и эффективно отслеживают такие валковые опечатки, которые было бы невозможно выявить обычными способами (зачисткой и маркировкой мелом). Существующие инструкции предписывают использовать информацию, полученную от этих датчиков, и производить перевалку даже в тех случаях, когда отпечатки валков не выявлены при выборочной зачистке полосы. Доля валковых отпечатков, обнаруженных непосредственно на выходе станатандем, увеличилась на 20 % по сравнению с аналогичным показателем при прежней системе проверки на выходе линии цинкования, что свидетельствует о существенном снижении затрат на отбраковку. Следует также отметить, что опыт операторов бригады пилотной установки позволяет им принимать квалифицированные решения по поводу валковых отпечатков, а проведенное обучение дает возможность более оптимально реагировать на различные производственные ситуации в зависимости от специализации прокатного стана, иерархии принятия решений и других факторов. Пятилетний опыт эксплуатации этой системы в режиме онлайн показал, что она нуждается в сравнительно небольшом техническом обслуживании в рамках обычной программы подобных работ. В основном обслуживание заключается в очистке защитного стеклянного окна каждые шесть недель. Вентиляторный блок следует

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

‹‹‹

33

Рис. 5. Детектор валковых отпечатков, встроенный на выходе 5-клетевого стана-тандем холодной прокатки, для контроля всех рулонов, поступающих на вторую моталку (с левой стороны)

проверять каждые полгода, а воздушные фильтры необходимо заменять ежегодно.

Улучшение характеристик стана Система распознавания отпечатков валков на полосе, конечно, не может предотвратить их появление, но предоставляет возможность оптимизации рабочих параметров стана (включая увеличение его производительности) без дополнительных инвестиций при условии соответствующей подготовки персонала. Работа системы обеспечивает оператора важной информацией пусть и не в режиме онлайн, но в близком к реальному времени. В итоге оператор получает реальные инструменты воздействия на качество продукции, на отбор и соответствующую обработку рулонов с дефектами, снижая тем самым временны е затраты на операции технического контроля. Детектор системы осуществляет проверку каждого рулона на предмет наличия отпечатков валков быстрее, чем в обычном режиме, в результате чего снижается число рулонов с таки-

ми отпечатками. Важно и то, что этот контроль осуществляют на более ранней стали — на выходе стана-тандем вместо чистовых линий, как это происходит по традиционной технологии, за счет чего обеспечивается более широкой диапазон возможностей для исправления дефектных рулонов. Экономии средств также достигают не только благодаря снижению числа требующих исправления рулонов и времени на эту операцию, но и оптимизации качества продукции для поставки заказчикам. Быстрое определение дефектов также обусловлено оптимизацией степени контроля. Каждый рулон подвергается инспекции в том случае, если система расположена перед ножницами. Каждый следующий рулон инспектируется, если система находится между двумя моталками. Раннее распознавание. Если отпечатки валков выявляют на чистовых линиях на выходе из прокатного стана, их визуально идентифицируют на стадии зачистки поверхности и помечают мелом. Таким методом обычно обнаруживают дефекты примерно

на 50 % рулонов, что приводит к большим затратам на перенастройку оборудования. Бывает и так, что дефекты обнаруживают заказчики. Предлагаемая технология раннего обнаружения отпечатков валков способна распознавать и те дефекты, которые не выявлены традиционным способом. Экономический эффект от такого роста распознаваемости дефектов очевиден и для качества продукции в целом, и для улучшения использования прокатного оборудования в технологическом режиме. Чем меньше отпечатков валков на полосе, тем выше время работы стана в режиме прокатки и тем ниже число возврата рулонов для устранения дефектов. Контроль качества каждого рулона позволяет продолжать прокатку на полной скорости, даже ожидая результатов ручного контроля качества. Обычно время такого ожидания результатов и прокатки на пониженной скорости составляет 400–1000 ч в год в зависимости от типа стана. Предложенная на основании работы опытной установки технологическая инновация заключается в замене Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

34

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

двух рабочих валков сразу после двух полученных последовательно от контрольной системы сигналов о дефектах, даже если эти дефекты не подтверждены зачисткой поверхности. Такая методика была частично опробована в 2016 г., при этом число дефектных рулонов, выявленных на выходе стана-тандем, возросло с 50 до 70 %. Также известно, что в 2016 г. было зафиксировано вдвое меньше валковых отпечатков на полосе по сравнению с предыдущим годом. Ожидается, что эти цифры будут улучшены в 2019 г. за счет оптимизации компьютерного обеспечения и расчетного быстродействия опытной установки [2].

Влияние на ручную зачистку Конечно, ручной контроль качества поверхности полосы посредством зачистки на данном этапе будет продолжен и после внедрения данной системы, поскольку последние ее усовершенствования стали применять совсем недавно. Нужно принять во внимание и тот факт, что пилотная установка позволяет контролировать вторичное качество полосы, поскольку ожидаемый уровень выявления дефектов составит 90 %, при том, что около 10 % валковых отпечатков не будут дублироваться с необходимо-

Реклама

стью их двусторонней детекции. Теперь цель традиционной операции зачистки поверхности не выявлять исходно дефекты, а лишь верифицировать их. В этих условиях оператору потребуется меньше времени на зачистку, поскольку в основном нужно будет лишь проверять показания датчиков.

Заключение Представленный новый, промышленно опробованный детектор отпечатков валков прокатного стана на полосе успешно эксплуатировали в течение нескольких лет, и в отношении него получены хорошие отзывы. Использование этого детектора позволило существенно улучшить показатели работы стана холодной прокатки производительностью 2 млн т/год. Более оперативное выявление дефектов обусловило снижение эксплуатационных расходов. Детектор дает возможность гораздо быстрее осуществлять корректирующие действия и предотвращать появление отпечатков валков на следующих рулонах. Детекторная система располагается сразу за станом-тандем, а не в зоне выхода, как ранее, что также дает сильный экономический эффект в отношении исправления обнаруженных дефектов.

Контроль каждого рулона после прокатки позволяет заметно снизить стоимость мероприятий по корректировке качества продукции. Например, не нужно снижать скорость прокатки на стане в ожидании получения результатов контроля качества. Анализ работы полноразмерной промышленной пилотной установки показал ее значительную эффективность в плане экономии средств и увеличения времени прокатки. Достигнуты повышенная производительность при меньшем числе дефектных рулонов, более высокое соответствие качества продукции ключевым требованиям заказчиков и другие преимущества, обусловленные более ориентированной на результат технологией обеспечения прокатки полосы. Такие показатели делают датчикдетектор важным инструментом для дальнейшего повышения уровня технологии прокатки и качества продукции.

Библиографический список [1] The European Steel Association, European Steel in Figures. 2016 Edition, April 2016 [2] G. Fricout, “On-Line High Sensitive Roll Mark Detection System: Industrialization and Assessment Report,” European Commission Research Program of the Research Fund for Coal and Steel, 2017

‹‹‹

36

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Установка HIsarna на заводе в Эймёйдене (Нидерланды), на которой компания Tata Steel осваивает новую технологию производства чугуна со сниженными на 20 % выбросами СО2

Новая технология HIsarna компании Tata Steel повышает надежды на более экологичное металлургическое производство УДК 502.7.719:628.5

После длительных испытаний компания Tata Steel предложила возможную замену доменному процессу. В случае внедрения новой технологии совокупные выбросы СО2 на заводе в Эймёйдене (Нидерланды) могут снизиться на 20 %. Компания полагает, что внедрение этого процесса в металлургическую технологию будет иметь столь же революционные последствия, как внедрение непрерывной разливки стали в ХХ в. Компания Tata Steel разработала новую технологию, которая, как полагают, позволит в будущем сократить выбросы СО2 металлургическими предприятиями как минимум на 20 %. Эта технология может внести существенные перемены в металлургическое производство, повысить его стабильность и улучшить показатели. Более того, компания верит, что новая разработка для металлургического производства будет иметь значение, сравнимое с непрерывной разливкой стали, внедренной в ХХ в.

Компания Tata Steel, Эймёйден, Нидерланды Контакт: www.tatasteeleurope.com

Металлургическое производство и технология, 2019

Компания Tata Steel провела длительное исследование работы установки HIsarna завода в Эймёйдене (Нидерланды). HIsarna — это совершенно новая технология производства чугуна, основанная на использовании реактора, загружаемого сверху железной рудой. В высокотемпературном циклонном конвертере руда переходит в жидкую фазу, и металл стекает на дно реактора, где в реактор вдувают угольный порошок. Это позволяет значительно сократить число энергоемких стадий, характерных для традиционного процесса выплавки стали. Результаты опробования технологии HIsarna уже показали возможность значительного уменьшения совокупного объема выбросов СО2

в процессе металлургического производства. В ходе последней пробной кампании провели эксперименты с использованием скрапа и биомассы. Установили, что в этом случае возможно снижение выбросов СО2 более чем на 50 %. Технология HIsarna позволяет уменьшить выбросы СО2 и энергопотребление несколькими путями, в том числе благодаря использованию в шихте железной руды и порошкообразного угля, что требует подготовительных операций на установках для получения кокса, агломерата или окатышей. Проведенные в прошлом году эксперименты на реакторе HIsarna с использованием скрапа показали, что до 53 % шихтовых материалов может составлять металлический скрап; при этом

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ уменьшается расход шихтовых материалов по сравнению с доменным процессом. Научно-исследовательские организации и металлургические компании во всем мире внимательно следят за совершенствованием процесса HIsarna. Ганс Фишер (Hans Fischer), руководитель и главный технолог европейского отдела компании Tata Steel, заявил: «Результаты испытаний технологии HIsarna показывают, что с помощью этой технологии мы можем внести значительный вклад в повышение стабильности и экологичности металлургического производства. Совершенствование этой технологии укрепляет наши амбиции по превращению компании в устойчивого — во всех отношениях — производителя черных металлов».

Прямое превращение шихтовых материалов в жидкий чугун Технология HIsarna имеет хорошие перспективы заменить доменный процесс. Чтобы выплавить чугун в доменной печи, требуется предварительная обработка шихтовых материалов (железной руды и коксующегося угля) для получения агломерата или окатышей и кокса. Компания Tata Steel полагает, что технология HIsarna позволяет исключить эти операции. В установку HIsarna шихтовые материалы вдувают в порошкообразной форме, и они непосредственно превращаются в жидкий чугун. Если технология HIsarna будет успешно внедрена в промышленном масштабе, то сталеплавильное производство в будущем сможет снизить выбросы углерода как минимум на 20 %. Для совершенствования и испытания этой технологии сооружена пилотная установка на заводе в Эймёйдене. С 2011 г. она прошла тестирование в пять этапов, которое дало обнадеживающие результаты. Установка HIsarna уже производит чугун, из которого успешно выплавляют сталь. Для компании Tata Steel и ее партнеров в этом проекте приведенные факты подтверждают успешное внедрение нового технологического процесса. В настоящее время компании Tata Steel, ArcelorMittal, thyssenkrupp, Voestalpine и разработчик технологии Paul Wurth совместно работают над дальнейшим исследованием и совершен-

‹‹‹

37

Технология HIsarna, при которой используют вдуваемую порошкообразную шихту и непосредственно получают из нее жидкий чугун, может в перспективе заменить доменный процесс

ствованием процесса HIsarna. Они убеждены, что эта технология может быть внедрена в промышленном масштабе в течение следующих 7–10 лет.

Как работает установка HIsarna Технология HIsarna была впервые предложена горнодобывающей компанией Rio Tinto. Но конкретно циклонный конвертер (верхняя часть установки) был разработан компанией Tata Steel в Иймуйдене, а плавильный газификатор Hismelt (нижняя часть установки) создан компанией Rio Tinto. Компания Tata Steel является полным патентовладельцем на процесс HIsarna.

Технология HIsarna основана на использовании реактора, температура во всем объеме которого выше температуры плавления железа; поэтому вдуваемая в реактор железная руда мгновенно расплавляется, и образуется жидкий чугун. В циклонном конвертере HIsarna температура во всем объеме также выше температуры плавления железа. Образующиеся в конвертере в процессе плавления газы также имеют высокую температуру. В верхней части реактора (циклоне) происходит дальнейшее повышение температуры после добавления чистого кислорода, который вступает в реакцию с присутствующим

Некоторые сведения о пилотной установке HIsarna компании Tata Steel ДРЕВНЕЕ КЕЛЬТСКОЕ НАЗВАНИЕ ЖЕЛЕЗА. Название HIsarna объединило древнее кельтское слово Isarna, означающее «железо», и название плавильного конвертера-газификатора Hismelt ИНВЕСТИЦИИ БОЛЕЕ 75 МЛН ЕВРО. До настоящего времени в развитие процесса HIsarna инвестировано более 75 млн евро. Компании-партнеры вложили 60 % этой суммы, а остальные 40 % обеспечила поддержка Европейского Союза, Министерства экономики Нидерландов и Европейского фонда исследований в области угля и стали. РЕВОЛЮЦИОННАЯ ПРОРЫВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. HIsarna — это революционная прорывная технология. Компания Tata Steel уверена, что она сыграет такую же роль, как внедрение технологии непрерывной разливки стали в ХХ в., позволившее практически полностью исключить в течение 30 лет такие стадии металлургического производства, как разливка слитков и прокатка на обжимных станах. ГОДОВОЙ ОБЪЕМ ПРОИЗВОДСТВА 60 ТЫС. Т. Максимальный объем выплавки чугуна на действующей пилотной установке HIsarna составляет 60 тыс. т/год. Для сравнения: доменная печь № 7 завода в Эймёйдене выплавляет 10 тыс. т чугуна в сутки.

Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

38

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

монооксидом углерода. Турбулентность, возникающая в циклонном конвертере, обеспечивает достаточно продолжительный контакт между горячими газами и расплавленной рудой, которую вдувают сверху. Железная руда мгновенно плавится, и жидкая фаза стекает на дно реактора. В эту часть реактора вдувают порошкообразный уголь, который отнимает кислород от оксидов железа, входящих в состав железной руды; в результате этих реакций получают газообразные оксиды углерода и чистое расплавленное железо, которое можно затем выпускать из конвертера.

Темой дальнейших исследований является подтверждение предположения, что улавливание и хранение СО2 может исключить до 80 % этого газа, образующегося при производстве черных металлов. Новая технология позволяет также расширить сортамент повторно используемых побочных продуктов, образующихся в ходе металлургического процесса, что сделает эту технологию еще более эффективной. Еще одним преимуществом HIsarna можно считать уменьшение выбросов пыли тонких фракций, а также диоксида серы и оксида азота.

Снижение производственных расходов

Необходимость финансовой поддержки

Производственный процесс HIsarna более эффективен, чем широко применяемая в доменных печах плавка, поскольку он не требует предварительной подготовки руды и кокса. Целые этапы традиционного технологического процесса могут быть исключены: коксовые батареи, фабрики по производству агломерата и окатышей. Все это дает возможность сэкономить большое количество энергии, улучшить экологическую ситуацию, сократить производственные расходы. Технология HIsarna позволяет расширить требования к качеству железной руды и угля; в результате металлургические компании могут производить сталь того же качества, используя более доступные шихтовые материалы. В случае успешного освоения технологии HIsarna в промышленном масштабе (по мнению компании Tata Steel, этот процесс займет примерно десять лет) новая технология достигнет стадии коммерческого использования, и тогда ее можно будет применять также при проектировании новых металлургических заводов.

Разработка новой прорывной технологии требует значительных финансовых расходов, которые европейская

Природоохранные преимущества Важнейшими экологическими преимуществами технологии HIsarna являются возможности сокращения энергопотребления и снижения выбросов СО2 как минимум на 20 %. Поскольку отходящие из установки HIsarna газы почти на 100 % состоят из СО2, то появляется возможность их немедленного сбора и хранения без дорогостоящих операций очистки. Металлургическое производство и технология, 2019

черная металлургия не может и не должна нести одна. Следует учитывать также трудности европейской экономики и глобальную конкуренцию с компаниями, не озабоченными торговыми схемами купли-продажи квот на эмиссии, «углеродными налогами», высокими ценами на энергоносители и высокой оплатой труда. Во многих отношениях европейские металлургические компании занимают невыгодное положение на поле мировой конкуренции. Поэтому финансовая поддержка от Европейского Союза жизненно необходима для развития столь перспективной прорывной технологии. Проект HIsarna входит в число тех инициатив, которые помогут европейскому отделу компании Tata Steel в достижении амбициозной цели: превратить производство в нейтральное по

Основные этапы долгосрочных испытаний технологии HIsarna Компания Tata Steel проводит долгосрочные испытания установки HIsarna. Перед началом каждого этапа испытаний предварительно нагревают с помощью горелок реактор установки до температуры около 1200 оC. Затем для облегчения начальной стадии процесса дно плавильного реактора покрывают слоем жидкого чугуна.

1-Й ЭТАП: ПРОВЕРКА ТЕОРИИ НА ПРАКТИКЕ. Первая испытательная кампания установки HIsarna происходила в апреле – июне 2011 г. Ее задачей была практическая демонстрация теоретической возможности производства чугуна без предварительной подготовки шихтовых материалов. Такая возможность была подтверждена первой успешной плавкой, проведенной 20 мая 2011 г.

2-Й ЭТАП: РЕАЛИЗАЦИЯ СТАБИЛЬНОГО ХОДА ПРОЦЕССА. Вторая испытательная кампания установки HIsarna, проведенная с 17 октября по 4 декабря 2012 г., ставила целью устойчивую выплавку чугуна на протяжении более длительного периода времени. Эта цель была достигнута, производительность установки на уровне 80 % проектной поддерживалась в течение 8–12 ч. В последней плавке добились проектной производительности 8 т/ч.

3-Й ЭТАП: ПРИМЕНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ. Этот период длился с 28 мая по 28 июня 2013 г. Были испытаны различные сорта шихтовых материалов. Цель этапа также была достигнута. Кроме того, из выплавленного на установке HIsarna чугуна получили сталь.

4-Й ЭТАП: СТАБИЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО. Цель этого этапа, проведенного с 13 мая по 29 июня 2014 г., — осуществление стабильного, устойчивого процесса на протяжении нескольких дней. После опробования различных режимов и шихтовых материалов эта цель была достигнута.

5-Й ЭТАП: УСТОЙЧИВОЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ НА ПРОТЯЖЕНИИ 6 мес. Пятый этап испытаний стартовал в октябре 2017 г., когда начали устойчивое производство на установке HIsarna, продолжающееся до настоящего времени. Перед началом этого этапа установка была отремонтирована и значительно изменена. Установлен новый газопровод для отходящих газов; увеличена высота установки более чем на 10 м (высотная отметка сейчас достигает 37 м). Вблизи от пилотной установки сооружены участки дробления угля, сушки и грохочения железной руды и известняка. Установлены закрытые ленточные транспортеры для подачи шихтовых материалов от складов к участку вдувания. Площадь склада шихтовых материалов удвоена. В дополнение к этому создана лаборатория газового анализа, а также полностью перепрограммирована электронная система мониторинга.

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Бункеры для хранения альтернативных шихтовых материалов

Трубопровод для отходящих газов Устройство для охлаждения газов Бункеры для хранения угля и известняка

Охлаждающие колонны Пылеуловитель с рукавными фильтрами Вторичное пылеудаление Плавильный циклонный конвертер Плавильный газификатор Форкамера для предварительного восстановления Пульт управления Установка для дробления, сушки и грохочения (сортировки) угля Установка для сушки и грохочения (сортировки) руды Склад шихтовых материалов

Офисы Мастерская

Несколько пробных кампаний, проведенных начиная с 2011 г. на пилотной установке завода в Эймёйдене, дали обнадеживающие результаты

350 тыс. т/год, что эквивалентно выбросам более 40 тыс. жилых домов. Проекты компании Tata Steel распространяются за пределы Эймёйдена. Недавно последовало заявление о намерении создать совместно с компанией Dow Chemical пилотную установку по преобразованию монооксида углерода СО, побочного продукта доменных печей, в жидкую углеводородную смесь. Такая смесь (нафта) может быть использована в качестве сырья при производстве химической продукции, и это еще один пример интеграции в экономику замкнутого цикла (безотходную экономику).

Колошниковый газ

Доменная печь Железная руда

Железная руда

Кислород Кислород

Чугун

Уголь Коксование / Агломерация

Выплавка чугуна

Уголь

HIsarna Шлак

Железная руда

Чугун

39

Г. Фишер (Has Fischer) сказал по этому поводу: «Сегодня мы являемся одной из наиболее эффективных в мире компаний относительно выбросов СО2, но наши амбиции предполагают превратиться в углеродно-нейтрального производителя стали. Отрасль черной металлургии несет коллективную ответственность за решение важнейших задач, повышение планки требований и изыскание возможностей сотрудничества на путях технического прогресса. В то же время мы осуществляем большие капиталовложения в инновации в рамках нашей стратегии развития европейского бизнеса, стремясь сделать его экологичным во всех отношениях».

Пилотная установка HIsarna

выбросам углерода к 2050 г. В этом направлении европейский филиал компании Tata Steel сотрудничает с такими партнерами, как ведущая химическая компания Nouryon и амстердамский порт, с целью создания крупнейшего зеленого водородного кластера в Европе. Совместно партнеры будут изучать возможность и осваивать производственные мощности по электролизу воды для получения кислорода и водорода на металлургическом заводе компании Tata Steel в Эймёйдене. Используя электроэнергию, получаемую из возобновляемых источников, завод сможет уменьшить выбросы СО2 на

‹‹‹

Чугун

Уголь Получение чугуна

Процесс HIsarna основан на использовании реактора, во всем объеме которого поддерживают температуру выше температуры плавления железа. Вдуваемая железная руда мгновенно расплавляется, а затем образуется жидкий чугун

Следующий этап Дальнейшие этапы исследования процесса HIsarna предусматривают: определение идеального состава шихтовой смеси; изучение опции рециклинга металлургических шлаков; исследование возможности использования СО2 для вдувания шихтовых материалов; изучение возможностей улавливания и хранения СО2 для достижения цели снижения до 80 % выбросов углекислого газа при традиционной технологии производства черных металлов. В октябре 2017 г. стартовала очередная кампания промышленного опробования процесса HIsarna. Ее задача — доказать, что установка HIsarna способна осуществлять стабильное производство чугуна на протяжении длительного периода времени. Общую стоимость этого эксперимента оценивают в 25 млн евро. Если это испытание завершится успешно, то проект сможет перейти на следующую, решающую стадию: проектирование, конструирование и испытание крупномасштабной пилотной установки. Для этого потребуются инвестиции порядка 500 млн евро. Далее последует опробование установки на протяжении нескольких лет. Крупномасштабная промышленная установка будет в два-три раза больше действующей и сможет выплавлять в 10 раз больше чугуна. Тем временем пилотная установка HIsarna переходит из категории научноисследовательского оборудования в состав основного производственного оборудования завода в Эймёйдене. Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

40

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Предприятие компании АВВ по производству СО2-нейтральной продукции (Люденшайд, Германия)

Расширение применения «зеленых» «зеленых» технологий УДК 502.36

Металлургические компании, производящие продукцию из стали и сооружающие новые производственные мощности, инвестируют средства в новые технологии, позволяющие снизить выбросы СО2 и сократить расход энергии. Рассмотрены три примера реализации такого подхода в рамках деятельности компаний ArcelorMittal, Salzgitter и ABB. ArcelorMittal на пути развития современных технологий Стремясь к постоянному сокращению выбросов СО2, компания ArcelorMittal следует стратегии развития современных технологий в этом направлении.

Однако в компании не ограничиваются использованием альтернативных сырьевых материалов и конверсии

СО2, а изучают также технологии, исключающие использование углерода (Carbon Direct Avoidance, CDA).

Компания ArcelorMittal, Люксембург Контакт: www.arcelormittal.com Эл. почта: amdsvostok@arcelormittal.com Компания Tenova, Сactellanza, Italy, Контакт: www.tenova.com Эл. почта: tenova@tenova.com Компания Salzgitter AG, Зальцгиттер, Германия Контакт: www.salzgitter-ag.com Компания Asea Brown Boveri (АВВ), Швеция Контакт: www.abb.com Эл. почта: contact.center@ru.abb.com

Металлургическое производство и технология, 2019

Компании Salzgitter AG и Tenova подписали протокол о намерениях. На снимке слева направо: доктор Ф. Хилле, технологическая корпорация Salzgitter AG; доктор М. Дорндорф, менеджер по продукции сталеплавильных цехов, компания Tenova; У. Гретхе, член Правления корпорации Salzgitter AG; П. Аргента, исполнительный вице-президент по добыче, группа Tenova; К. Шраде, генеральный директор компании Tenova Metals Deutschland GmbH; доктор А. Редениус, руководитель филиала Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH

‹‹‹

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ап

дн Приро

газ ый

ь

Же во лез сс о п та р но я вл е

го мо ния

«Сы рая» ста л

Ск р

Уг ле

Же ле зо

Водор од

«Сы ра я» аль ст

ри че ст во

р

В новом технологическом процессе сепарацию Н2 с чистотой более 95 % из отходящих газов действующего производства будут осуществлять посредством адсорбции с перепадом давления. Этот процесс был впервые испытан на «сером водороде» (полученном при сепарации газа) для оценки экономичности технологии. В дальнейшем на установке возможно использовать и «зеленый водород» (получаемый из возобновляемых источников энергии), когда его можно будет получать в достаточном количестве. Разрабатывая «водородный проект» в Гамбурге, ArcelorMittal продви-

кт

Ск

Адсорбция с перепадом давления

ле »э

На установке в Гамбурге будет реализован один из самых эффективных технологических процессов, внедряемых компанией ArcelorMittal, основанный на использовании природного газа для прямого восстановления железа. Этот процесс дает возможность выплавлять сталь с минимальными выбросами СО2. Стоимость проекта составит около 65 млн евро. Кроме того, в дальнейшем предполагают заключить договор с Фрайбургским университетом на исследование нового процесса. Восстановление железа из руды водородом вначале будет осуществлено лишь в демонстрационном масштабе на установке производительностью 100 тыс. т/год. «Наша площадка в Гамбурге предоставляет оптимальные возможности для реализации этого проекта: электродуговая печь с системой DRI, склад для хранения окатышей, а также накопленные за десятилетия ноу-хау в этой области. Использование водорода в качестве восстановительного агента будет опробовано в этом случае в новой шахтной печи», — прокомментировал ситуацию Ф. Шульц (Frank Schulz), исполнительный директор компании ArcelorMittal Germany.

ун Чуг ап

орудные окаты лез ши Же

«Зелено е

Процесс прямого восстановления железа водородом

Ки сл о

ши каты ео ны д д ро ру

д ро

В текущем году компания ArcelorMittal планирует запустить новый проект — установку на заводе в Гамбурге, на которой впервые будет применен в промышленном масштабе процесс прямого восстановления железа водородом.

41

– Прямое восстановление – Доменная технология

Схема SALCOS®, демонстрирующая, как установка реактора прямого восстановления железа на действующем металлургическом заводе способствует снижению выбросов СО2

гает прогрессивную технологию полного исключения СО2 из технологического процесса как один из нескольких возможных путей производства стали с минимальной эмиссией двуокиси углерода. Эта компания уже инвестировала более 250 млн евро в различные технологии данного направления, например на заводе в Генте, где отходящие углеродсодержащие газы будут использовать для получения альтернативного топлива или других химических продуктов. Наряду с этим исследуют возможность использования биотоплива, получаемого из отходов древесины, вместо коксующегося угля в доменных печах.

Компании Salzgitter AG и Tenova снижают выбросы CO2 Конкретным шагом на пути к перспективной, экологически безопасной технологии в области черной металлургии можно считать провозглашение сотрудничества между компаниями Tenova (входит в группу Techint, специализируется в области металлургической и горнодобывающей промышленности) и Salzgitter AG (одна из ведущих в Европе в области металлургической технологии). Эти компании подписали меморандум о намерениях, в котором официально заявили об объединении усилий в разработке проекта SALCOS® (Salzgitter Low CO2 Steelmaking). Проект SALCOS® основан на революционной концепции производства стали со значительно сниженными выбросами СО2, которую разрабатывают эти компании. Основная идея

концепции заключается в поэтапном преобразовании полного металлургического цикла, переходя от традиционной технологической схемы с доменными печами, для которой характерны интенсивные выбросы углерода, к прямому восстановлению железа и электродуговым печам, с постепенно нарастающим использованием водорода. Эта концепция может сократить суммарные выбросы СО2 на протяжении металлургического цикла на 95 %.

Технология восстановления железа Кооперация указанных компаний преследует цель объединения бюджетного финансирования проекта SALCOS®. В этом контексте группа Tenova обеспечит новую технологию прямого восстановления железа ENERGIRONZR, инновационный вариант технологии HYL, со встроенной системой абсорбции СО2, которую совместно разработают Tenova и Danieli. «На протяжении последних лет компания Tenova инвестировала крупные суммы в развитие энергосберегающих и природоохранных технологий в черной металлургии. Водород играет ключевую роль в этой технологической революции, и концепция SALCOS® может стать важной вехой в нашей отрасли производства, — отметил П. Аргента (Paolo Argenta) исполнительный вице-президент группы Tenova по вопросам добычи. — Сегодня мы участвуем в дальнейшем исследовании этой проблемы совместно с Salzgitter AG и Sunfire GmbH. Данное исследование поддерживают Hydrogen Europe и Европейская Комиссия. Это Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

42

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Установка прямого восстановления железа на заводе компании ArcelorMittal в Гамбурге

исследование станет дальнейшим шагом на пути к полномасштабной реализации идеи постепенного перехода от угля к водороду в металлургическом производстве». У. Гретхе (Ulrich Grethe), член правления корпорации Salzgitter AG, продолжил тему: «Наше соглашение с группой Tenova — еще один важный шаг на пути внедрения проекта SALCOS®. Таким образом, мы подтверждаем наше намерение реализовать в ближайшем будущем производство металлургической продукции с низкими выбросами СО2. Проект SALCOS® обеспечит устойчивое положение компании Salzgitter в отрасли и сохранение рабочих мест».

чить экономический рост без ущерба для окружающей среды. В самом деле, больше половины доходов компании получены с применением технологий, исключающих влияние на изменения климата. Компания поставила цель увеличить этот показатель с 57 % в 2018 г. до 60 % в 2019 г. Стремление компании к предотвращению изменений климата предполагает в первую очередь ограничение климатических воздействий со стороны собственных производств. Цель, поставленная компанией в настоящее время, — сократить выбросы парниковых газов в 2020 г. на 40 % по сравнению с 2013 г. для уменьшения воздействия на климат.

Компания ABB: производство без выбросов СО2

Стабильный переход к альтернативным источникам энергии

Компания Asea Brown Boveri (АВВ) располагает большим портфелем экологически эффективных решений и службами, которые могут обеспе-

Компания ArcelorMittal ориентирована на снижение выбросов СО2. На снимке — завод компании в Мехико Металлургическое производство и технология, 2019

На своей производственной площадке в Люденшайде (Германия) компания АВВ демонстрирует успешный переход на альтернативные источники энергии при цифровом контроле энергоснабжения. Завершив двухлетнюю стадию проектно-конструкторских работ в рамках проекта «Нулевая миссия», компания АВВ открыла первый в мире производственный участок без выбросов СО2, полностью обеспечивающий себя энергией. На участке установлены солнечные батареи, разработанные дочерней компанией Busch-Jaeger. Энергии, которую вырабатывают эти батареи в солнечные дни, достаточно для удовлетворения энергетических потребностей предприятия. Этот флагман-

ский участок сократит выбросы СО2 примерно на 630 т/год. Полный энергетический цикл участка обеспечивают энергетически эффективные компоненты АВВ, благодаря чему вся система потребляет значительно меньше энергии. Бо льшую часть потребляемой энергии вырабатывают солнечные батареи и тепловая электростанция с чрезвычайно высокой эффективностью. Установленная над производственными помещениями фотоэлектрическая система площадью 3500 м2 вырабатывает в год около 100 МВт.ч электроэнергии по технологии, невосприимчивой к климатическим изменениям; это соответствует энергопотреблению 3360 частных жилых домов. В сочетании с тепловой электростанцией, эффективность которой вдвое выше, чем у станций на угольном отоплении, участок производит на 14 % больше электроэнергии, чем потребляет. Избыточная энергия поступает в электрическую сеть общего пользования, внося стабильный вклад в расходуемую регионом энергию. В моменты пикового потребления дополнительная «зеленая» энергия поступает от MVV Energie AG, которая гарантирует ее выработку, на 100 % не связанную с выбросами СО2.

Интегральное решение «Фотоэлектрическая система является частью интегрального решения, охватывающего все аспекты производства и распределения энергии и позволяющего в солнечные дни на 100 % покрывать энергетические потребности», — заявил Т. Мета (Tarak Mehta), президент электротехнического отделения АВВ. — На этом современном участке мы демонстрируем преимущества энергетической системы, в которой все элементы связаны в единую сеть компьютерным управлением. Такая интеллектуальная экосистема повышает энергетическую эффективность, стабильность и ресурсосбережение, открывая возможности для подлинно нулевых выбросов в будущем». Важнейшее место на площадке в Люденшайде отведено адаптируемой энергосистеме OPTIMAX® с пакетом программ энергораспределения, разработанной АВВ Ability™. Это инновационное предложение объединяет компьютеризованное принятие

‹‹‹

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ решений и системы обслуживания на всей производственной площадке, позволяет достичь более высокого уровня производства, технической гибкости и эффективности. Современная система принятия решений OPTIMAX® непрерывно выдает исчерпывающую информацию об энергопотреблении. Это обеспечивает мониторинг в режиме реального времени и оптимизацию потребления, распределения и аккумулирования энергии. В значительной степени система работает автономно: будучи самообучающейся, она рассчитывает оптималь-

ные потоки энергии на основе анализа накопленной информации и компенсирует флуктуации в режиме реального времени, помогая компании сократить расходы на энергию и выбросы в атмосферу.

Единая система распределения энергии Помимо системы энергоснабжения и системы солнечных батарей с преобразователями (инверторами), на производственной площадке представлены и другие технологии компании АВВ, причем между отдельными

43

компонентами установлена цифровая связь. Например, система хранения энергии использует аккумуляторные батареи (battery energy storage system, BESS) с электрическими параметрами на выходе 200 кВт и 275 кВт.ч. Имеются также зарядные станции АВВ, на которых сотрудники и гости компании могут бесплатно заряжать аккумуляторы своих электромобилей; это также способствует улучшению регионального экобаланса. Так, единый источник выработки электроэнергии взаимосвязан с единой системой распределения энергии.

Закажите Ваш персональный экземпляр и сэкономьте 43 Евро при помощи годовой подписки

Ваши преимущества, которые сразу бросаются в глаза: Выход в свет каждые два месяца; Сообщения о новых технологиях и процессах непосредственно от международных лидеров по проектированию и строительству агрегатов черной металлургии; Особое внимание проектам по сооружению новых и модернизации действующих металлургических предприятий во всем мире; Практический опыт эксплуатации цехов и агрегатов, достигнутый производителями стали на своих предприятиях;

Ведущий технический журнал мировой черной металлургии: за более чем 30 лет MPT International зарекомендовал себя в качестве надежного и всеобъемлющего источника информации о новых инвестициях, компаниях и технологиях в области черной металлургии во всем мире. MPT International читают везде, где производят чугун и сталь.

Экономия 43 Евро на годовой подписке (цена подписки — 209 Евро, в то время как цена 6 отдельных выпусков — 252 Евро)!

с:

ь сейча

итес одпиш

П

Реклама

Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

44

АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Развитие 3D-печати стальных изделий УДК 539.3

Когда несколько лет назад 3D-печать приобрела широкую известность, во всем мире всеобщее изумление было огромным, но вполне хватало и скептицизма. Объемные изделия и модели принтер «печатает» с высокой точностью. Что же это — подлинная революция или хитрая уловка? Прошло немало времени, прежде чем был получен ответ на этот вопрос. В настоящее время возможно «печатать» комплексные стальные изделия даже из порошков. Однако этот процесс по-прежнему требует очень серьезной экспертизы, а для его реализации необходима мощная инфраструктура. Компания Deutsche Edelstahlwerke (DEW), будучи признанным экспертом в области порошковой металлургии, освоила современные аддитивные технологии и активно сотрудничает со своими клиентами, помогая им освоить процессы прототипирования. Эти технологии находят широкое применение при изготовлении продукции медицинского, авиационного и автомобильного назначения. Термин «аддитивное производство» сейчас можно встретить в специализированных изданиях почти ежедневно. Принцип этого процесса, пожалуй, более или менее ясен, исключение составляет производство комплексных стальных изделий. Это можно кратко пояснить так: в отличие от процессов механической обработки (например, токарной или фрезерной), аддитивные технологии используют 3D-принтер для послойного изготовления изделий. Распыляемые в виде газа металлические порошки формируют основу для этого процесса. Компания Deutsche Edelstahlwerke (DEW), участник группы SCHMOLZ+ BICKENBACH, на протяжении многих лет производит порошки для наварки металла и его термического распыления, а сегодня использует свой опыт в этой области для 3D-печати. Компания DEW, согласно портфолио Printdur, предлагает заказчи-

От идеи продукта к разработке материала с учетом идеального рециклинга для металлических порошков: аддитивное производство предполагает детальное планирование

кам широкий спектр металлических порошков, распыляемых в виде газа. Она уже выпускает более 200 наименований материалов на основе железа, никеля и кобальта. Распыление порошков и технология 3D-печати

в целом (включая высококачественный 3D- принтер от компании EOS) представлены на площадке DEW в Крефельде. Кроме того, здесь есть лаборатория для анализа химического состава и размера частиц порошков по самым современным методикам.

Не только стальные зубы Наиболее привлекательными аспектами 3D-печати для потребителей стальных изделий являются огромные возможности проектирования и короткие производственные цепочки. Эта технология создает предпосылки

Компания DEW привлекает заинтересованных заказчиков к сотрудничеству уже на этапах разработки и прототипирования изделий Металлургическое производство и технология, 2019

Компания Deutsche Edelstahlwerke (DEW) Германия Контакт: www.dew-stahl.com

АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ От порошка — к изделию

Портфолио Printdur включает широкий диапазон распыляемых порошков на основе железа, никеля и кобальта

для создания комбинированных изделий с пониженной массой и высокими прочностными характеристиками. Стоимость производственного оборудования также значительно меньше. В то время как обычный процесс производства стальной продукции включает многочисленные производственные этапы, реализуемые в больших цехах с частой заменой инструмента, для аддитивного производства на основе 3D-печати нужно только одно помещение для принтера, размеры которого не более 2–3 м2. Изготовленные таким способом изделия из металлических материалов используют в различных отраслях промышленности (например, аэрокосмической, медицинской), а также для изготовления инструментов и облегченных автомобильных кузовов. В сфере медицины 3D-печать хорошо зарекомендовала себя при производстве зубных протезов. Заметную выгоду получили с использованием этого процесса автопроизводители, особенно в развитии прототипов: теперь есть возможность «печатать» различные компоненты автомобилей самостоятельно, экономя время и деньги. Изготовленные по аддитивной технологии изделия могут быть оптимизированы в отношении снижения массы, что очень важно не только для автомобилестроения, но и для аэрокосмической промышленности. Сочетание высокой прочности, небольшого веса и широкого диапазона проектных возможностей является весьма убедительным аргументом. За счет этого летательный аппарат, к примеру, может потреблять значительно меньше топлива и, соответственно, выбрасывать в атмосферу меньше углекислого газа. Обеспечивает такие характеристики, конечно, высококачественный порошок, производство которого само по себе является инновационной технологией.

При изготовлении порошков сырьевые и другие технические материалы сначала проходят стадию сжижения в индукционной печи, а затем поступают в распылитель, где в закрытом контейнере происходит атомизация разливаемого потока под высоким давлением в среде инертного газа. Полученные частицы имеют сферическую форму. Это единственный способ получить порошок высокого качества, что кардинально важно для последующей обработки, поскольку сферическая форма улучшает дозируемость порошка. Порошок сепарируется также в среде инертного газа, который обеспечивает охлаждение порошка без окисления поверхности. Кроме того, общее содержание кислорода в порошке остается низким. Затем сырой порошок просеивают (удаляют слишком крупные и слишком мелкие частицы) и получают порошок с частицами одинакового размера, пригодный для последующей 3D-печати. Это разделение происходит на микронном уровне, так что невооруженным глазом различить частицы разного размера невозможно. Нужный размер частиц для 3D-печати лежит в пределах 10–63 нм. Затем порошок с необходимыми параметрами поступает в миксер и наполняет нужные емкости. Установлено, что компоненты становятся все более комплексными, а 3D-принтеры — все более мощными, и проектируют их со все бо льшим числом компонентов. Соответственно расширяются и требования, предъявляемые к металлическим порошкам. Поскольку не любой материал возможно использовать в аддитивном производстве, специалисты компании DEW рекомендуют применять на начальной стадии при производстве порошков специальные материалы, используемые для 3D-печати. Материалы на основе железа обычно подразделяют на аустенитные, дисперсионно-твердеющие и мартенситные марки. Аустенитные марки, например, обычно обладают высокой коррозионной и окислительной стойкостью. Если конечные изделия должны обладать повышенной коррозионной стойкостью, лучше всего подойдут порошки на основе никеля. Они содержат материалы, способные выдерживать высокие температуры и обладать

‹‹‹

45

хорошей стойкостью по отношению к кислотам (азотной, фосфорной, серной или соляной). Кроме того, они характеризуются устойчивостью к горячей газовой коррозии и высокой длительной прочностью (сопротивлением ползучести). Материалы на основе кобальта очень хорошо подходят для использования в условиях высоких температур и для производства медицинских изделий. Например, разработанный компанией DEW материал Printdur CoCrF75 в термообработанном состоянии имеет прекрасный показатель сопротивления термическим ударам (т. е. к растрескиванию при перепаде температур), а также проявляет стойкость как в окислительной, так и в восстановительной среде при температурах около 1150 оC. Эти свойства обусловливают его предпочтительное применение при высокотемпературных режимах. Кроме того, материал Printdur CoCrF75 сертифицирован по стандарту DIN EN ISO 13485 и является наилучшим выбором для изготовления изделий медицинского назначения.

От идеи — к конечному продукту: прототипирование совместно с заказчиком Компания DEW в настоящее время внимательно следит за «аддитивным наступлением» и, будучи признанным производителем порошковых материалов, стремится выйти на новый уровень развития, вовлекая заинтересованных заказчиков в процессы разработки и прототипирования. При этом производственный процесс полностью строят совместно с потребителями выпускаемой продукции — от формулирования идеи до создания сплава и выпуска готового изделия. Сюда же входит и выработка идеальных технических решений для металлических порошков, отличных от стандартных порошковых материалов. Требования к свойствам, которые заявлены заказчиками и должны быть получены в ходе 3D-печати, определяют во время совместного обсуждения. Это может быть, например, небольшое число запчастей или сменного инструмента для немедленного использования в производственных условиях. На основе таких требований к конкретным компонентам технические специалисты компании DEW разработали оптимальные материалы, в число Металлургическое производство и технология, 2019

‹‹‹

46

АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ процессы, как сваривание зерен порошка или обогащение кислородом, могут отрицательно сказаться на обработке и результатах 3D-печати.

Мыслить нестандартно

Технология создает предпосылки для создания комплексных компонентов с облегченным весом и высокой прочностью

которых могут входить (в дополнение к традиционным стальным порошкам) и бейнитные стали. В результате подготовленного таким образом производственного процесса заказчики получают готовые к применению порошковые стали, на основе которых уже сами могут изготовить конечный продукт на собственных 3D-принтерах. Чтобы убедиться в соблюдении всех технических требований со стороны заказчиков, компания DEW «печатает» прототип на своей производственной площадке в Крефельде. Затем этот прототип может быть подвергнут обычным испытаниям на нагружение и твердость. Доктор Хорст Хилл (Horst Hill), руководитель отдела специальных материалов компании EW, объясняет: «Мы помогаем нашим заказ-

чикам выполнить все операции — от реализации их собственных идей по сплавам до «печати» конечного изделия. Мы движемся вперед шаг за шагом: вместе определяем технические требования, разрабатываем материал, осуществляем атомизацию порошка, испытываем и оптимизируем материал и даже осуществляем техническую поддержку за счет рециклинга порошка. Мы также проявляем исключительную гибкость, когда речь идет об объемах заказов — можем поставлять как малые, так и большие (в несколько тонн) партии». И последнее (по счету, но не по важности). Тема рециклинга также играет важную роль, поскольку металлические порошки не должны использоваться так часто, как этого хочется, без необходимой модификации. Такие

Аддитивное производство является технологическим процессом, уже сегодня серьезно зарекомендовавшим себя в диапазоне от идеи продукта до разработки материала и в вопросе об идеальном способе рециклинга для металлических порошков. Согласно прогнозам, спрос на эти технологии будет только повышаться. Потребители получат преимущества за счет расширенных возможностей для создания новых материалов и сокращения производственных цепочек. Тем не менее аддитивное производство пока остается альтернативным способом по отношению к традиционным методам производства стали и готовых стальных изделий. Пока что выбор материалов для аддитивного производства существенно ограничен. Компания EW продолжает постоянные исследования в этой области и нацелена на расширение диапазона выпускаемых высококачественных порошков, включая новые сплавы. Девизом этой компании является уход от стандартных порошков и движение вместе с заказчиками в направлении создания прототипов, ориентированных на их требования. Это развитие является весьма интригующим, оно происходит в условиях постоянного давления со стороны рынка, но команда DEW продолжает свои исследования.

НОВЫЙ журнал для Вас Содержит информацию о торговле сталью, о черной металлургии и обработке стальной продукции. Бесплатная версия журнала Металлургическое производство и технология, 2019

Реклама

Реклама

Радиально-ковочные манипуляторы GSM и мобильные ковочные манипуляторы GFM грузоподъемностью до 200 т и 100 т соответственно

Технические ехнические характеристики для высокой производительности

Портальные высокопроизводительные роботы GIR-P производительностью 1 т

Мобильные ковочные манипуляторы GFM грузоподъемностью до 150 т

Реклама