Способ получения товарной продукции на литейно-прокатном комплексе металлургического мини-завода
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к технологии изготовления товарной продукции из непрерывно-литых заготовок. Способ предусматривает получение в индукционной печи из металлического лома или стружки расплава, заливку его в дуговую печь для получения стали, ее внепечную обработку и последующую разливку на машине непрерывного литья со сменным кристаллизатором в мерную заготовку квадратного и/или круглого сечения. Полученную непрерывно-литую заготовку подвергают прокатке. В качестве шихтового материала в индукционной печи используют металлический лом или стружку, или брикеты из них. В дуговую печь перед заливкой расплава на дно засыпают до 40-60% стальной стружки или окалины. Способ обеспечивает широкий сортамент продукции: длинномерный прокат в прутках диаметром 17-75 мм, угловой профиль сечением 25×25-40×40 мм, швеллер №№5-6,5, катанку диаметром 5,5-14 мм. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение 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 бозданию мини- и микрозаводов (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 способ изготовления товарной продукции на литейно-прокатном комплексе из литых и непрерывно-литых заготовок, при котором 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 Литейно-прокатный комплекс металлургического мини-завода(ЛПК) для производства сортового проката из стали включает металлургический модуль для переплава лома в объеме до 10 тыс.тонн в год [1].
Технология известного ЛПК может быть реализована только с использованием металлического лома.
В качестве прототипа принят способ изготовления товарной продукции на литейно-прокатный комплекс(ЛПК) металлургического мини-завода, включающий выплавку стали, внепечную обработку стали, разливку стали на машине непрерывного литья заготовок(МНЛЗ), нагрев заготовок под прокатку, гидросбив окалины перед прокаткой, черновую и чистовую прокатку с использованием комплекса мелкосортного стана, охлаждение и правку готового проката. Литейно-прокатный комплекс(ЛПК) металлургического мини-завода для осуществления способа включает следующие 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].
Прототип обладает теми же недостатками, что и известные аналоги, т.е. при его высокой производительности технологические возможности ЛПК ограничены, так как его технология может быть реализована 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 способе получения товарной продукции на литейно-прокатном комплексе металлургического мини-завода, включающем выплавку в элекгродуговой сталеплавильной печи железосодержащего расплава, внепечную обработку стали на агрегате внепечной комплексной обработки стали, разливку стали на машине непрерывного литья заготовок, нагрев под прокатку, гидросбив окалины, черновую и чистовую прокатку, охлаждение и правку готового проката, согласно изобретению выплавку железосодержащего расплава производят путем использования в качестве исходного материала чугунной стружки от обработки литейных форм (СЧ, хим. состав [С] - 3...3,6%, [Si] - до 1,5%), из которой получают жидкий чугун, который затем на разливочной машине разливают в товарную чугунную чушку, или путем использования в качестве шихтового материала стальной стружки или чугунной стружки или холодно- или горячепрессованных брикетов из стальной или чугунной стружки, из которого в индукционной печи получают жидкий расплав, который переливают в дуговую сталеплавильную печь, в которую на дно предварительно засыпают до 40-60% стальной стружки и окалины, после выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи ее рафинируют и доводят на агрегате внепечной комплексной обработки стали, разливают на машине непрерывного литья заготовок со сменным кристаллизатором в мерную заготовку квадратного и\или круглого сечения, после подогрева мерной заготовки в специализированной индукторе непосредственно после машины непрерывного литья заготовок, либо в пламенной нагревательной печи при использовании холодных заготовок со склада и осуществляют прокатку заготовок на агрегате чернового и чистового прокатного комплекса для получения готовой продукции.
В способе прокатку заготовок производят в обжимной клети или на стане поперечно-винтовой прокатки, после чего производят порезку проката на мерные длины, охлаждение и правку для получения готовой продукцию в виде длинномерного проката в прутках диаметром 17-75 мм.
В способе прокатку заготовок производят в универсальных клетях в виде непрерывного или линейного стана для получения углового профиля сечением 25×25-40×40 мм или швеллер №5-6,5.
В способе прокатку заготовок производят на проволочном прокатном блоке с линией охлаждения и моталкой с возможностью изготовления катанки ⊘5,5-14 мм.
В способе при выплавке стали целесообразно в электродуговую печь заливать расплав чугуна (40...60)% от общего количества шихты перегретого в индукционной печи на 50...70 градусов выше температуры ликвидус.
Для лучшего понимания изобретение поясняется чертежами, где
Фиг.1 - общая технологическая схема литейно-прокатного комплекса металлургического мини-завода;
Фиг.2 - дифференциальная технологическая схема литейно-прокатного комплекса металлургического мини-завода;
Фиг.3 - фрагмент МНЛЗ со сменными кристаллизаторами.
Способ осуществляют на примере работы литейно-прокатного комплекса металлургического мини-завода, по фиг.1 включающего 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 сталеплавильной печи 2- ДСП, агрегат 3 внепечной комплексной обработки стали(АКОС) для ее рафинирования и доводки по химическому составу и температуре, снабженный автономной машиной 4 непрерывного литья заготовок(МНЛЗ), агрегат 5 нагрева заготовок под прокатку, агрегат 6 гидросбива окалины, черновой прокатный комплекс 7 и чистовой прокатный комплекс 8, агрегат охлаждения проката 9 и агрегат 10 правки готового проката.
На фиг.2 приводится более детальная схема расположения 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 станов поперечно-винтовой прокатки 14 и универсальных чистовых клетей 15, и далее проволочного прокатного блока стана 16.
В литейно-прокатном комплексе агрегат выплавки электродуговой печи 2 может быть также 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.
Резюмируя вышеописанную технологию, новый способ получения товарной продукции на литейно-прокатном комплексе-ЛПК металлургического мини-завода может включать выплавку железосодержащего расплава в ДСП 4, внепечную обработку стали на АКОС 3, разливку стали на машине непрерывного литья заготовок(МНЛЗ) 4, нагрев под прокатку на агрегате 5, гидросбив окалины на агрегате 6, черновую и чистовую прокатку соответственно на черновом прокатном комплексе 7 и чистовой прокатном комплексе 8, охлаждение и правку готового проката. Процесс выплавки железосодержащего расплава производят путем использования в качестве исходного материала чугунной стружки от обработки литейных форм (СЧ, хим. состав [С] - 3...3,6%, [Si] - до 1,5%), из которой получают жидкий чугун, который затем на разливочной машине 2 разливается в товарную чугунную чушку. Процесс выплавки по фиг.2 железосодержащего расплава можно производить также путем использования в качестве шихтового материала стальной стружку или чугунной стружки или холодно- или горячепрессованные брикеты из стальной или чугунной стружки, из которого в индукционной печи 1 получают жидкий расплав, который переливают в ДСП 4, в которую на дно предварительно засыпают до 40-60% стальной стружки и окалины, после выплавки стали в ДСП 4 ее рафинируют и доводят на АКОС 3, разливают на МНЛЗ 4 со сменным кристаллизатором в мерную заготовку квадратного и/или круглого сечения, после подогрева мерной заготовки в индукционной печи - специализированном индукторе 12 (непосредственно после МНЛЗ) либо в газопламенной нагревательной печи 11 (при использовании холодных заготовок со склада) осуществляют прокатку заготовок на агрегате 7 чернового прокатного комплекса и агрегате 8 чистового прокатного комплекса для получения готовой продукции.
Для получения товарной продукции прокатку заготовок производят в обжимной клети или на стане 14 поперечно-винтовой прокатки, после чего производят порезку проката на мерные длины, охлаждение на агрегате 9 охлаждения проката и правку на агрегате 10 правки готового проката до получения готовой продукцию в виде длинномерного проката в прутках диаметром 17-75 мм.
При получении товарной продукции прокатку заготовок производят в универсальных чистовых клетях 15 в виде непрерывного или линейного стана до получения углового профиля сечением 25×25-40×40 мм или швеллер №5-6,5.
Прокатку заготовок производят на проволочном прокатном блоке стана 16 с линией охлаждения и моталкой с возможностью изготовления катанки ⊘5,5-14 мм.
При выплавке стали для получения заданного химического состава в электродуговую сталеплавильную печь 2 необходимо заливать расплав чугуна (40...60)% от общего количества шихты, перегретого в индукционной печи 1 на 50...70 градусов выше температуры ликвидус.
Пример. Описание схемы работы ЛПК мини-завода
Особенностью новой технологии работы 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 ДСП2 в которую на дно засыпают до 40-60% стальной стружки и окалины. В ДСП2 выплавляют сталь, которую после рафинирования и доводки на АКОС-3 разливают на МНЛ34 со сменным кристаллизатором в заготовку квадратного и/или заготовку круглого сечения.
В зависимости от технологического регламента новая конфигурация мини-завода 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 поперечно-винтовой прокатки 14, 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 поперечно-винтовой прокатки 14, позволяет получать прокат в прутках в широком диапазоне диаметров. Такая технология позволяет в дальнейшем углублять степень переработки продукции. Добавив проволочный прокатный блок стана 16 с линией охлаждения и моталкой, получаем возможность производства катанки ⊘5,5-14 мм.
Особенностью новой технологии является возможность использования при выплавке стали в элекгродуговой сталеплавильной печи 2 расплава чугуна (40...60% от общего количества шихты) (Тплав=1340...1350°С), перегретого в индукционной печи на 50...70°С выше температуры ликвидус.
В процессе теплофизических явлений, характеризующих новый способ: 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 ДСП2 жидкий металл интенсивно перемешивается с помощью продувки ванны расплава подогретым 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 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 - 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 мини-заводов реализует поставленную изобретением 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 мини-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 мини-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 технологии металлургических мини-заводов 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 изобретения является максимальная гибкость изменения ассортимента мини-завода 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 мини-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 мартенситно-ферритного класса, 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 непрерывно-литых заготовок. Москва, Интермет инжиниринг, 1998, 127 с.
2.Сивак Б., Протасов А. // Современное состояние и перспективы развития минизаводов по производству сортового проката. Национальная металлургия, 2002, №2, с.38-46.
1. Способ получения товарной продукции на литейно-прокатном комплексе металлургического мини-завода, включающий выплавку стали в дуговой сталеплавильной печи, рафинирование и доведение ее на агрегате внепечной комплексной обработки стали, разливку стали на машине непрерывного литья заготовок, подогрев мерной заготовки в индукторе непосредственно после машины непрерывного литья заготовок либо в пламенной нагревательной печи при использовании холодных заготовок со склада, гидросбив окалины, прокатку заготовок на агрегате чернового и чистового прокатного комплекса, охлаждение и правку готового проката для получения готовой продукции, отличающийся тем, что в индукционной печи с использованием в качестве шихтового материала стальной или чугунной стружки, или холодно- или горячепрессованных брикетов из стальной или чугунной стружки получают железосодержащий расплав, который затем переливают в дуговую сталеплавильную печь, в которую на дно предварительно засыпают до 40-60% стальной стружки и окалины, а разливку стали осуществляют на машине непрерывного литья заготовок со сменным кристаллизатором в мерную заготовку квадратного и/или круглого сечения.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку заготовок производят в обжимной клети или на стане поперечно-винтовой прокатки до получения готовой продукции в виде длинномерного проката в прутках диаметром 17-75 мм, после чего производят порезку проката на мерные длины.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку заготовок производят в универсальных клетях в виде непрерывного или линейного стана до получения углового профиля сечением 25×25-40×40 мм или швеллер №5-6,5.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку заготовок производят на проволочном прокатном блоке с линией охлаждения и моталкой с изготовлением катанки диаметром 5,5-14 мм.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве железосодержащего расплава в индукционной печи получают расплав чугуна, перегретого на 50...70° выше температуры ликвидус, который в количестве 40...60% от общего количества шихты заливают в дуговую сталеплавильную печь.
