ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЙ КОМПЛЕКС МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО МИКРОЗАВОДА

Полезная модель относится к металлургии, к технологии изготовления товарной продукции на литейно-прокатном комплексе из литых и непрерывно-литых заготовок путем переплава шихтового материала на основе компактированной и/или не компактированной чугунной и/или стальной стружки и/или металлического лома.
За последние 20 лет металлургическая наука создала новые, эффективные технологии, что привело к строительству мини- и микро-заводов (ММЗ) и литейно-прокатных комплексов (ЛПК). США, около 50% металлопродукции производит на мини-заводах. В развитых странах на их долю приходится уже не менее 40% произведенного металлопроката. По прогнозам к 2020 году не менее 70% металлопродукции в мире будет производиться на мини - и микрозаводах.
Известен литейно-прокатный комплекс металлургического микрозавода-ЛПК для производства сортового проката из стали, включающий металлургический модуль для переплава лома в объеме до 10 тыс. тонн в год. Металл переплавляют в 6-тонной печи и разливают на одноручьевой машине непрерывного литья заготовок-МНЛЗ. Затем, в зависимости от получаемого сортамента заготовки направляют для дальнейшей переработки на прокатный модуль, который превращает заготовку в сортовой прокат на 20-50% меньшего диаметра. При этом на прокатный стан заготовка поступает без нагрева в печи, используя теплосодержание литой заготовки [1].
Технология известного ЛПК может быть реализована только с использованием металлического лома.
В качестве прототипа принят литейно-прокатный комплекс-ЛПК металлургического микрозавода, включающий агрегаты выплавки стали, внепечной обработки стали, разливки стали на машине непрерывного литья заготовок-МНЛЗ, нагрева под прокатку, гидросбива окалины перед прокаткой, черновой и чистовой прокатный комплекс мелкосортного стана, агрегат охлаждения и правки готового проката [2].
ЛПК-прототип обладает теми же недостатками, что и известные аналоги, т.е. при его высокой производительности технологические возможности ЛПК ограничены, так как он может быть реализован только для производства стального проката стали в прутках и только на основе переплава металлического лома.
Заявленное техническое решение основывается на расширении технологических возможностей путем переплава компактированной и/или не компактированной чугунной и/или стальной стружки и/или металлического лома и независимого получения товарной продукции на различных технологических стадиях: выплавка и получение товарного чугуна
в чушках и стали в виде непрерывно-литой заготовки. Новая технология менее затратна и более экологична по сравнению с известными.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, проявляется в возможности получения товарной продукции на различных технологических стадиях: выплавка и получение товарного чугуна и стали путем управления технологическим регламентом работы модулей, из которых построен ЛПК.
Поставленная задача достигается тем, что в литейно-прокатном комплексе металлургического микрозавода, включающем агрегаты выплавки железосодержащего расплава, внепечной обработки стали, разливки стали на машине непрерывного литья заготовок, нагрева под прокатку, гидросбива окалины, черновой и чистовой прокатный комплекс, агрегат охлаждения и правки готового проката, согласно полезной модели, агрегат выплавки выполнен в виде технологически связанных между собой, по меньшей мере, одной индукционной печи и одной электродуговой печи, а агрегат разливки на машине непрерывного литья заготовок выполнен с возможностью одновременно осуществлять непрерывное литье заготовок равновеликих сечений квадратного и/или круглого профиля, при этом агрегат нагрева под прокатку выполнен двухмодульным: индукционная печь газопламенная печь; а прокатный комплекс включает технологически связанные между собой черновые клети стана предварительной деформации, стана поперечно-винтовой прокатки и проволочного стана.
Конструктивно, чтобы в литейно-прокатном комплексе машина непрерывного литья заготовок была бы снабжена набором сменных кристаллизаторов для непрерывного литья заготовок круглого и/или квадратного профиля равновеликих площадей поперечного сечения.
Для лучшего понимания изобретение поясняется чертежом, где
Фиг.1 - общая технологическая схема литейно-прокатного комплекса металлургического микрозавода;
Фиг.2 - дифференциальная технологическая схема литейно-прокатного комплекса металлургического микрозавода;
Фиг.3 - фрагмент МНЛЗ со сменными кристаллизаторами.
Литейно-прокатный комплекс металлургического микрозавода, по фиг.1 включает технологически взаимосвязанные между собой автоматической системой управления агрегаты выплавки железосодержащего расплава, внепечной обработки стали, выполненные в виде технологически связанных между собой, по меньшей мере, одной индукционной печи 1 и одной электродуговой печи 2, агрегат 3 внепечной комплексной обработки стали-АКОС для ее рафинирования и доводки по химическому составу и температуре, снабженный
автономной машиной непрерывного литья заготовок 4, агрегат нагрева заготовок под прокатку 5, агрегат гидросбива окалины 6, черновой прокатный комплекс 7 и чистовой прокатный комплекс 8, агрегат охлаждения проката 9 и агрегат 10 правки готового проката.
На чертеже Фиг 2 приводится более детальная схема расположения заявляемого литейно-прокатного комплекса.
Агрегат 5 нагрева под прокатку по фиг.2 выполнен двухмодульным: газопламенная печь 11 или индукционная печь 12 (может быть использован специализированный индуктор для подогрева); при этом черновой прокатный комплекс 7 и чистовой прокатный комплекс 8 может включать технологически связанные между собой модули черновых клетей 13 чернового прокатного комплекса 7 и модули чистового прокатного комплекса 8, состоящего из универсальных чистовых клетей 14 и станов поперечно-винтовой прокатки 15 и, далее проволочного стана 16.
В литейно-прокатном комплексе агрегат выплавки электродуговой печи 2 может быть снабжен средством 17 для продувки инертным газом стального расплава в электродуговой печи. Получения товарного чугуна в чушках обеспечивается разливкой жидкого чугуна из индукционной печи 1 на разливочной машине 18.
Агрегат по фиг.3 разливки стали - машины 4 непрерывного литья заготовок снабжен набором сменных кристаллизаторов 20 для непрерывного литья заготовок снабжен набором сменных кристаллизаторов для непрерывного литья заготовок 21 круглого и/или заготовок 22 квадратного профилей равновеликих площадей поперечного сечения.
В зависимости от технологических нужд на машине 4 непрерывного литья заготовок можно разливать одновременно или порознь заготовки 21 круглого и/или заготовки 22 квадратного профилей.
Пример. Описание схемы работы ЛПК микрозавода
Особенностью нового литейно-прокатного комплекса является возможность независимого получения товарной продукции на различных технологических стадиях: выплавка и получение товарного чугуна и стали, разливка непрерывно-литой заготовки, получение готового проката в прутках и бунтах. В индукционных плавильных печах 1, используя в качестве исходного материала чугунную стружку от обработки литейных форм (СЧ, хим. состав [С] - 3...3,6%, [Si] - до 1,5%), получают жидкий чугун, который затем на разливочной машине 18 разливают в товарную чугунную чушку. Используя в качестве шихтовых материалов стальную стружку, холодно- или горячепрессованные брикеты из стальной или чугунной стружки, чугунную стружку, в индукционной печи 1 получают жидкий расплав, который затем переливают в ДСП-2, в которую на дно засыпают до 40-60% стальной стружки и окалины. В ДСП-2 выплавляют сталь, которую после
рафинирования и доводки на АКОС-3 разливают на МНЛЗ-4 со сменным кристаллизатором в заготовку квадратного и/или заготовку круглого сечения.
В зависимости от технологического регламента новая конфигурация микрозавода позволяет использовать, например две индукционные печи для прямого получения чугуна путем переплава чугунной стружки в одной из них, с последующей разливкой чугуна в чушки и, параллельно получение во второй индукционной печи передельного чугуна из стружки для его перелива на окалину и стальную стружку, загруженную в электродуговую печь, в которой, используя теплосодержание жидкого чугуна процесс выплавки стали проходит при минимальных энергозатратах. Возможен вариант одновременной работы двух индукционных печей для подготовки жидкого полупродукта с целью его доводки до готовой стали в электродуговой печи или в АКОС. Возможен вариант, когда одна индукционная печь пополняет объем жидкого остатка(болота) на подине электродуговой печи, а оставшийся чугун разливается на разливочной машине в чушки. Электродуговая печь с восполненным болотом заправляется стружкой и окалиной на болото, а затем в нее заливается порция жидкого чугуна (стали) из второй индукционной печи.
Непрерывно-литая заготовка может реализовываться как товарная продукция или направляться для последующего передела на прокатный модульный комплекс. После подогрева мерной непрерывно-литой заготовки в индукторе 12 (непосредственно после МНЛЗ либо в пламенной нагревательной печи 11 (при использовании холодных заготовок со склада) и прокатки заготовок в обжимной клети 7 или на стане 15 поперечно-винтовой прокатки, производят средством 19 порезку проката на мерные длины, его охлаждение и правку на агрегате 10, в результате чего получают готовую продукцию в виде длинномерного проката в прутках диаметром 17-75 мм. При использовании клетей в виде непрерывного или линейного стана можно получать угловой профиль 25×25-40×40 мм или швеллер №5-6,5 (13-14 Фиг.2). Непрерывно-литая заготовка, прокатанная на станах 15 поперечно-винтовой прокатки позволяет получать прокат в прутках в широком диапазоне диаметров. Такая технология позволяет в дальнейшем углублять степень переработки продукции. Например, добавив проволочный прокатный блок с линией охлаждения и моталкой, получаем возможность производства катанки ⌀5,5-14 мм.
плав
Особенностью данной технологии является возможность использования при выплавке стали в электродуговой сталеплавильной печи 2 расплава чугуна (40...60% от общего количества шихты) (Т=1340...1350°С), перегретого в индукционной печи на 50...70°С выше температуры ликвидус.
Таким образом
1) чугун отдает часть теплоты шихте (стальная стружка, брикеты и окалина - 40-60% от общего объема шихты), ускоряя процесс плавления и уменьшая расход электроэнергии;
2) защищает стружку от прямого воздействия дуги, что уменьшает ее угар;
3) является науглераживателем и восстановителем окалины, способствуя экономии дорогостоящих углеродсодержащих материалов.
В ДСП-2 жидкий металл интенсивно перемешивается с помощью продувки ванны расплава инертным газом, например, аргоном, что позволяет в конечном итоге получить расплав однородный по химическому составу и температуре и с незначительным количеством неметаллических включений и газов. После расплавления стали в ДСП металл сливают из печи в ковш и подают в агрегат 3 комплексной обработки стали АКОС, где происходит его рафинирование и доводка по химическому составу. Затем на МНЛЗ 4 со сменным кристаллизатором сталь разливают в заготовки, соответственно, квадратного (100×100 мм) и/или круглого (⌀85 мм) сечения, которые после порезки и подогрева в индукционной печи (индукторе) 12, подают в устройство 6 гидросбива окалины. В результате последующей прокатки заготовок в черновом прокатном комплексе 7 и в чистовом прокатном комплексе 8 на станах 13 и в универсальных клетях 14 получают фасонный прокат в виде уголка и швеллера, а при прокатке на станах 15 поперечно-винтовой прокатки получают круглый прокат, который является товарным или подкатом для проволочного стана 16.
Достоинства модульной конструкции литейно-прокатного комплекса
Особенностью данного литейно-прокатного комплекса является возможность независимого получения товарной продукции на различных технологических стадиях: на базе индукционных печей, используя в качестве исходного материала чугунную стружку, получают чугунную чушку; используя в качестве шихтовых материалов стальную стружку, холодно- или горячепрессованные брикеты, чугунную стружку, окалину. На МНЛЗ со сменным кристаллизатором в товарную заготовку квадратного или круглого сечения. После прокатки заготовок в черновой клети и на станах с универсальными клетями или на стане поперечно - винтовой прокатки, производят порезку проката на мерные длины, его охлаждение и правку, в результате чего получают готовую продукцию (пруток, уголок, швеллер и т.д.). Такая технологическая схема позволяет в дальнейшем углублять степень переработки продукции. Например, добавив проволочный стан, получаем возможность производства катанки ⌀5,5-14 мм.
Новая конструкция металлургических микро-заводов реализует поставленную полезной моделью цель и по сравнению с известными аналогами позволяет достигнуть:
1) использование местной сырьевой базы; 2) сравнительно невысокая стоимость строительства и быстрая окупаемость (как правило, не более 1,5 лет); 3) возможность использования существующих производственных мощностей, что существенно удешевляет строительство микро-завода; 4) максимальная гибкость ассортимента в зависимости от ситуации на рынке, или независимость от ценовой конкуренции при монопольном производстве продукции с уникальными свойствами; 5) модульный принцип организации позволяет быстро наращивать, перестраивать или тиражировать производство.
В условиях микро-завода становится рентабельным использование менее качественного вторичного сырья, например стружки, железосодержащих шламов и брикетов из них. Поэтому в строительстве металлоперерабатывающих микропроизводств заинтересованы ломопереработчики и крупные машиностроительные предприятия. Эти технологии менее затратны и более экологичны.
Новые металлургических мини-заводов технологии позволяют поднять выработку на одного работающего до 1500 тонн в год, т.е. в 5-10 раз по сравнению с традиционными металлургическими предприятиями. Мини- и микрозаводы нового поколения экологически более чистые, потребляют электроэнергии в 3-5 раз меньше, имеют массу оборудования в 50-150 раз меньшую, занимают значительно меньше места. Такой завод-цех располагается на площади 33×125 метров, и обслуживают его 15 человек в смену. Цикл получения готового проката сокращен в 100 раз. От завалки лома в плавильную печь до отгрузки проката проходит менее 3-х часов.
Новизной заявленного микро-завода является максимальная гибкость изменения его ассортимента в зависимости от ситуации на рынке. Модульный принцип создания такого производства позволяет быстро его наращивать и перестраивать, или тиражировать. При изменении ситуации на рынке его можно быстро перенести на другое место.
Характерным для микро-завода является использование известных и проверенных технологий, минимум операций, высокая автоматизация процессов и максимальное использование готовой инфраструктуры. Индукционные печи работают практически без угара железа, т.е. нет необходимости строить газоочистку, что позволяет экономить существенные средства, ликвидируются потери металла с угаром, тогда как при выплавке в электродуговых печах эти потери составляют не менее 10%.
ЛПК технологичны для производства пруткового проката диаметром 20-50 мм из специальных и инструментальных сталей. Это, прежде всего, прутки из качественных углеродистых сталей по ГОСТ 1050-88, легированных сталей по ГОСТ 4543-71, штамповых и инструментальных сталей по ГОСТ 5950-73 и 14959. К ним можно добавить хромистые
стали (ГОСТ 5632-72); марки ферритного и мартенсито-ферритного хромоникелевые аустенитные стали, хромоникелевые стали аустенито-ферритного класса.
Промышленное использование заявленного объекта предполагается на территории Республики Беларусь.
Источники информации:
1. Чигринов М.Г., Чигринов А.М., Пруцков М.Е. // Производство мелких непрерывнолитых заготовок. Москва, Интермет инжиниринг, 1998, 127 с.
2. Сивак Б., Протасов А. // Современное состояние и перспективы развития мини-заводов по производству сортового проката, Москва, Национальная металлургия, 2002, №2, с.38-46.