Steel Times International May 2016 Russian Issue

ЖЕЛЕЗО ПРЯМОГО ДОМЕННЫЕ ПЕЧИ ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПЕЧИ ВЫСОКОПРОЧНЫЕ СТАЛИВОССТАНОВЛЕНИЯ

Показаны реальные Инновационные гидравлические Инновационные концепции Инновации в производстве

преимущества использования устройства для загрузки шихты проектирования и работы высокопрочной листовой стали

DRI/HBI при завалке в ЭДП в доменную печь современных ДСП типа HHS и AHSS

СТИЛ ТАЙМС ИНТЕРНЭШНЛГордимся служением черной металлургии 150 лет

www.steeltimesint.comМай 2016 Вып. №36

На русском языке

SMS GROUP GMBH

Ohlerkirchweg 6641069 Mönchengladbach, Германия

Тел.: +49 2161 350-0Факс: +49 2161 350-1667

[email protected]

SMS group предлагает экономичное и эффективное

оборудование для любой технологии производства

труб – независимо от диаметра, толщины стенок и

сорта стали. Являясь надежным партнером в сфере

технологий, компания предлагает инновационный

ассортимент продукции, ориентированной на запросы

клиентов, а также услуги по техническому обслужи-

ванию на протяжении всего жизненного цикла уста-

новок. Именно поэтому во всем мире знают, что наша

компания занимает передовые позиции в области

производства труб.

Качество объединяет – эту идею наши клиенты и мы

подтверждаем каждым новым проектом. Мы совмест-

но разрабатываем решения, которые обеспечивают

нашим деловым партнерам реальные конкурентные

преимущества. Благодаря успешному сотрудничеству

с клиентами SMS group является сегодня ведущей

компанией в области производства станков и оборудо-

вания.

Установки для производства бесшовных труб

Трубосварочные агрегаты Адъюстажное оборудованиеУстановки для производства спиральношовных труб

Инновационные и эффективные решения для производства труб.

Мы преображаем ...мир производства труб.

СОДЕРЖАНИЕ МАЙ 2016 1

www.steeltimesint.com Steel Times International на русском языке – Май 2016

ISSN 1475-455X

ЖЕЛЕЗО ПРЯМОГО ДОМЕННЫЕ ПЕЧИ ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПЕЧИ ВЫСОКОПРОЧНЫЕ СТАЛИВОССТАНОВЛЕНИЯ

Показаны реальные Инновационные гидравлические Инновационные концепции Инновации в производстве преимущества использования устройства для загрузки шихты проектирования и работы высокопрочной листовой стали DRI/HBI при завалке в ЭДП в доменную печь современных ДСП типа HHS и AHSS

СТИЛ �А�� ИНТЕРНЭШНЛГордимся служением черной металлургии 150 лет

www.steeltimesint.comМай 2016 Вып. №36

На русском языке

©Quartz Business Media ltd 2016

2Колонка редактораВсе системы для черной металлур-гии устремятся в Иран

4 Новости Магнитогорский металлургическийкомбинат укрепляет позиции наприоритетных рынках

11

5

4

РЕДАКЦИЯ

Главный редактор

Matthew Moggridge

Teл.: +44 (0) 1737 855 151

[email protected]

Редактор-консультант

Dr. Tim Smith PhD, CEng, MIM

Русскоязычный редактор-консультант

Александр Гуров

Выпускающий редактор

Annie Baker

Производство рекламы

Martin Lawrence

ОТДЕЛ РЕКЛАМЫ

Международный менеджер

Paul Rossage

[email protected]

Teл.: +44 (0) 1737 855 116

Директор по продажам рекламы

Ken Clark

[email protected]

Teл.: +44 (0) 1737 855 117

Управляющий директор

Steve Diprose

[email protected]

ОТДЕЛ ПОДПИСКИ

Elizabeth Barford

Teл.: +44 (0) 1737 855 028. Факс: +44 (0) 1737 855 034

Email: [email protected]

Стоимость годовой подписки (8 англоязычных номеров)

с почтовой доставкой в Россию £240.00.

E-mail: [email protected]

ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ

Quartz Business Media ltd,

Quartz House, 20 Clarendon Road,

Redhill, Surrey, RH1 1QX, England

Tel: +44 (0)1737 855000. Fax: +44 (0)1737 855034

www.steeltimesint.com

ЦГБЖ-2 на ЛГОКе был пущен в эксплуатацию в конце 2007 года ив апреле 2015 года выпустил свою десятимиллионную тонну ГБЖ,успешно работая выше проектной мощности и выпуская болеечем 1,4 млн т ГБЖ в год. Лебединский ГОК – единственный вРоссии и СНГ производитель ГБЖ.

Технология MIDREX® обеспечивает наивысшую гибкость любогопроцесса получения железа прямого восстановления.www.midrex.com

Фото на обложке: Установка MIDREX® HBIцеха горячебрикетирован-ного железа №2 (ЦГБЖ-2)с производительностью1,4 млн т/год в г. Губкин(Россия) на Лебединскомгорно-обогатительномкомбинате, входящем вметаллургический холдинг«Металлоинвест»

5

Железо прямого восстановления Сара Хорнби, Хорхе Мадиас, Франциско ТорреDRI/HBI – разрушение мифов

11

Доменное производствоПитер C. Витфильд, Джозеф Сак-сингер, Аль КолуччиИнновации в системе загрузкишихты в доменную печь

15

Специальный выпуск для бесплатного распространенияна международной выставке Металлургия-Литмаш,Трубы Россия, Алюминий/Цветмет, Москва, Экспоцентр, 6–9 июня 2016 года

11

15Электродуговые печиЛука Гемо, Йохим ЭхлеГруппа INTECO: уникальные про-дукты для уникальных решений

18Горячая прокаткаДжозеф Ли, Джон Хинтон, ПитерХант, Френк ван ден Берг, ХайбингЯнгИнновация в производстве высоко-прочной листовой стали типа HHS

22Прокатное производствоЭрик МагадуПроцесс и технологии отжига по-лос из сверхпрочной стали классаAHSS

КОЛОНКА РЕДАКТОРА2

Все системы для черной металлургии устремятся в Иран

Теперь, когда после знакового ядерногосоглашения санкции со стороны Западасняты, все ожидают новых контрактовмежду Ираном и западными поставщи-ками технологий.

Тревожный признакПоявление Ирана на мировой арене ста-нет новой причиной беспокойства для ми-ровой металлургии, которая уже испыты-вает проблемы из-за избытка производ-ственных мощностей в Китае.

Иран становится перспективным на-правлением для работы западных компа-ний. По данным МВФ иранская эконо-мика вырастет в 2016 г. на 4,3 % и про-должит рост. Иран намерен увеличить им-порт в следующие два года на 18 % и14 %, соответственно.

Усугубятся ли нынешние проблемы сизбыточными мощностями после возвра-щения Ирана на мировую арену?

Коннор Кэмпбелл, старший рыночныйаналитик компании Spreadex, говорит:«Сегодня разговоры о снятии санкций сИрана в основном сосредоточены на воз-можных последствиях для рынка нефти,но это снятие может привести к пробле-мам и для другого ресурса: стали. Ме-таллы испытывают перепроизводство, иесли дешевые цены могут способствоватьросту сектора последующей переработкиметаллов, то производители стали могутсильно пострадать».

Гарет Стейси, директор компании UKSteel, говорит: «Еще до окончательного ре-

Matthew Moggridge, главный редактор

Steel Times International

[email protected]

шения вопроса о снятии санкций с Иранамы в Европе уже с середины 2015 годаощутили всплеск поставок иранских го-рячекатаных рулонов по крайне низкимценам. Это тревожный признак, посколькупри низком внутреннем спросе мы можеможидать наплыва дешевой иранскойстали в Европу».

Развитие бизнесаСегодня кажется, что весь мир желает по-лучить выгоду от сделок с Ираном (быв-шей «оси зла», по мнению бывшего пре-зидента США Джорджа Буша). Это нетолько западные компании, но и китайцы,японцы и индийцы.

Как сообщает Reuters, индийская гос-компания KIOCL планирует инвестиро-вать US$ 59 млн в строительство в Иранекомплекса по производству железоруд-ных окатышей для снабжения заводовболее дешевым сырьем. Компания такжеможет поставить 2 млн т руды в Иран.Индийский производитель алюминияNALCO планирует строительство в Иранеалюминиевого комплекса стоимостьюUS$ 2 млрд.

Инвестиции KIOCL могут столкнуться струдностями из-за начала производства в2016 году окатышей (более 5 млн т/год)

ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ОТ QUAKER – ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ ДЛЯ СТАНОВ

quakerchem.com

®2014 Quaker Chemical Corporation. All Rights Reserved

Металлургия меняется. Мир становится всё более взаимосвязан и конкуренция растёт. В этих условиях надо идти вперед без ущерба для качества и безопасности. Поэтому компания Quaker –правильный выбор. Свыше 90 лет мы являемся лидером в поставках технологических жидкостей и специализированных смазок для крупнейших производителей металлургии. И мы преданы нашему делу, как никогда, с полным ассортиментом продукции, разработанной нашими высококлассными экспертами. Это залог нашего успеха –полная линейка продуктов, опыт и знания каждого из наших специалистов. Поэтому в самом сердце металлургии, вы найдёте нас. Важно то, что внутри.

КОЛОНКА РЕДАКТОРА 3

двумя национальными иранскими компа-ниями (Gol-e-Gohar и Sangan Mines).

Турция не испытывает энтузиазма отнового статуса Ирана. Черная металлур-гия в Иране и Турции похожи, а энергия вИране дешевле. При одинаковой струк-туре готовой продукции это может приве-сти к ужесточению конкуренции этихстран на экспортных рынках.

Другим негативным фактором могутстать иранские «консерваторы», считаю-щие, что природные и финансовые ре-сурсы Ирана разграблены западнымикомпаниями, поэтому нужно противосто-ять бизнес-сделкам Ирана и Запада.

Возможные сценарииАссоциация Worldsteel подчеркивает, что«Иран является крупнейшим потребите-лем стали на Ближнем Востоке с годовымпотреблением около 18 млн т. Соци-ально-экономическая обстановка в странеможет обеспечить рост спроса на сталь втечение многих последующих лет. Странаимеет молодое население и амбициозныепланы по наращиванию своей производ-ственной базы. В 2016 г. спрос на сталь вИране может вырасти на 6 %. В кратко-срочной перспективе Иран останетсянетто-импортером. Влияние повторноговыхода Ирана сначала проявится в ре-гионе Ближнего Востока, прежде чем ока-жет глобальное воздействие».

Фил Уорд (Phil Ward), президент Ассо-циации производителей стальной продук-ции США, комментирует: «Черная метал-лургия стран Ближнего Востоке и Север-ной Африки – ключевые точки мировогороста. Внутренние потребности Ирана винфраструктуре очень высоки, а обилиеприродного газа для эффективного про-изводства ЖПВ является важным факто-ром. Если сталеплавильные мощностиИрана будут нацелены на удовлетворениевнутреннего и регионального спроса, тократко- и среднесрочное влияние на ми-ровые рынки стали должно быть мини-мальным».

Рафаэль Рубио, генеральный директорассоциации черной металлургии Латин-ской Америки Alacero, предложил двавозможных сценария. С одной стороны,

если повышенный спрос со стороныИрана может быть удовлетворен за счетместного производства и импорта, то этохорошая новость. Но Иран может выбратьпуть самостоятельного насыщения своихвнутренних потребностей в стали, тогдатакая стратегия окажет негативный эф-фект. Капиталоемкий характер производ-ства стали может привести к росту им-порта стали в Иран, что может стать поло-жительным для отрасли. В конце концов,считает Рубио, только время покажет, яв-ляется ли благословением или прокля-тием для мировой черной металлургииповторное появление Ирана. Европейскиепоставщики технологий готовы к расши-рению своего бизнеса.

По данным New York Times, в то времякак администрация Обамы пропаганди-рует получаемые преимущества в сференераспространения и глобальной без-опасности от ядерной сделки, в США«мало говорят о пользе этого решения длябизнеса».

Санкции по-прежнему в силеСША до сих пор оставили санкции противИрана в сфере борьбы с терроризмом инарушением прав человека. Это означает,что американские компании не смогутпродавать трубы нефтяного сортамента(OCTG) иранцам, хотя смогут торговатьперсидскими коврами и коммерческимисамолетами.

Россия, сохраняющая хорошие дипло-матические отношения с Ираном на про-тяжении многих лет, имеет с ней, по мне-нию New York Times, «глубокие и тесныесвязи в области поставок вооружения».Все это служит хорошим знаком для рос-сийских поставщиков технологий и про-изводителей труб нефтегазового сорта-мента, особенно для компании ТМК.

Итальянская Danieli Group недавно под-писала в Риме соглашение на сумму около5,7 млрд евро, имеющее отношение к со-вместному предприятию (СП) и заказам напоставку машин и установок Ирану.

«Persian Metallics» –это название СП синвестициями около 2 млрд евро, в кото-ром примут участие международные ииранские инвесторы. Здесь будут исполь-

зовать железную руду и энергию для про-изводства около 6 млн т/год DRI для пита-ния электродуговых печей. Другие согла-шения, связанные с поставкой иранскимкомпаниям оборудования заводов дляпроизводства стали и алюминия, могут вобщем объеме превысить 3,7 млрд. евро.

Южнокорейская сталелитейная компа-ния POSCO объявила о подписании пред-варительного соглашения с иранской ком-панией PKP на US$ 1,6 млрд.

Опора на собственные силыИранские производители расширяют своепроизводство. Компания Kish South KavehSteel Co. (SKS), уже выпускающая 1,2 млнт/год стали с использованием современ-ного электроплавильного оборудования инепрерывной разливки, расширяет про-изводство стали. После завершения вто-рого этапа проекта в марте 2017 годакомпания SKS на трех заводах будет про-изводить около 2,4 млн т/год стали. Ком-пания East Kaveh Co. занимается добычейи производством окатышей и концентра-тов железной руды для производствастали, а компания Kaveh Arvand Steel Co.производит сортовой прокат.

Завод SKS находится в Особой эконо-мической зоне Персидского залива, неда-леко от морского порта Shahid Rajaee, гдеесть неограниченный доступ к морскойводе для опреснения. Энергетическаякомпания Southeast Saba Power GenerationCo. (SSPGC) строит в этой зоне электро-станцию комбинированного цикла мощ-ностью 1 этапа 500 МВт электроэнергии.

На заводе SKS планируют построитьдва кислородных блока и три опресни-тельных установки, которые будут пода-вать в общей сложности 32 тыс. м3 воды впроизводственный цикл.

Иран планирует вложить около US$ 20млрд в развитие своей промышленности.Кроме стали, есть также потенциал дляразвития и других отраслей промышлен-ности, таких как алюминий.

Полную версию статьи на английскомязыке «All systems go for steel in Iran»можно бесплатно скачать с сайта:www.steeltimesint.com/Features

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ЭТИКЕТКИ И БИРКИ СО ШТРИХ-КОДОМ

WWestmoreland, NH США / www.polyonics.com / 888.765.9669 / [email protected]

НОВОСТИ4

Steel Times International на русском языке – Май 2016 www.steeltimesint.com

Магнитогорский металлургический комбинат укрепляет позициина приоритетных рынкахОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») – крупнейшее предприятие черной металлургииРоссии, производящее пятую часть всей металлопродукции, реализуемой на внутреннем рынке страны.

История ММК неразрывно связана с исто-рией всей страны, комбинат был заложенв 1932 году у подножья Уральских гор вгороде Магнитогорске. Магнитка всегдаудивляла. Удивляла американских инже-неров, не веривших, что промышленныеобъекты можно строить в такие рекорд-ные сроки. Удивляла весь мир, когда в су-ровые годы Великой Отечественнойвойны сумела всего за месяц наладить вы-пуск столь нужной стране броневой стали.

Сегодня это крупный металлургиче-ский комплекс с полным производствен-ным циклом, начиная с подготовки желе-зорудного сырья и заканчивая глубокойпереработкой черных металлов. ММКпроизводит широкий сортамент металло-продукции с преобладающей долей про-дукции с высокой добавленной стои-мостью.

В 2015 году общая отгрузка товарногометаллопроката ММК составила 11 млн т,при этом на внутренний рынок было от-гружено 8,4 млн т, экспорт составил около2,6 млн т. Несмотря на привлекательностьэкспорта, ослабление рубля и снижениеспроса на внутреннем рынке, стратегиче-ской целью ОАО «ММК» остается ориен-тация на внутреннего потребителя. Этомуспособствует и географическое располо-жение ММК. Крупнейшими регионамисбыта ММК на внутреннем рынкеостаются Урал и Поволжье, регионы Си-бири.

Крупнейшими потребителями нарынке РФ остаются компании трубной,машиностроительной и строительной от-раслей, метизные и передельные заводы.За последние несколько лет на комбинатесоздан ряд современных высокотехноло-гичных производств, ориентированных навыпуск высококачественного листовогопроката. Были введены в строй комплексыстана «5000» по производству толстоли-стовой стали и стана «2000» холоднойпрокатки, четыре агрегата горячего цин-кования, два — нанесения полимерныхпокрытий, три сортовых стана «170»,«370» и «450».

Производственные мощности пред-приятия рассчитаны на выпуск 2,3 млн тгорячекатаного проката, 750 тыс. т холод-

год (заменит две старые печи), агломера-ционной фабрики и коксовой батареи.Эти проекты позволят снизить себестои-мость производства слябов на 10–20долл. США. Доля внутренних продаж, в2005 году, составлявшая всего 50 %, к2025 г. должна возрасти до 84 %. Приэтом, объем продаж продукции с высокойдобавленной стоимостью в России плани-руется увеличить с 3,9 млн т в настоящеевремя до 4,5 млн т через десять лет.

В прокатном переделе стратегия разви-тия до 2025 г. предусматривает рекон-струкцию стана горячей прокатки «2500»и запуск в 2017 году новой линии цинко-вания мощностью 450 тыс. т в год.

«После длительного периода модерни-зации производства и масштабных строекмы решили сосредоточиться на повыше-нии эффективности и снижении затрат,все наши новые проекты нацелены надальнейшее снижение себестоимости ме-таллопродукции при неизменном повы-шении ее качества, – говорит генеральныйдиректор ОАО «ММК» Павел Шиляев.

Свою миссию Группа ММК видит втом, чтобы стать надежным поставщикомвысококачественной металлопродукции,удовлетворяющей потребностям россий-ских клиентов. Целью развития компанииявляется достижение уровня мировоголидера по эффективности, создание вы-сокой добавленной стоимости для акцио-неров и улучшение качества жизни со-трудников и людей в местах расположе-ния активов компании. n

нокатаного проката, 900 тыс. т оцинко-ванных рулонов, 400 тыс. т проката с по-лимерным покрытием.

Сейчас в Магнитогорске в Группе ММКработает свыше 40 тысяч человек, каждыйдесятый житель города связан с компа-нией трудовыми отношениями. На протя-жении последних 10–15 лет комбинатстарается последовательно решать задачипо существенному сокращению вредныхвыбросов в атмосферу, сбросов в водо-емы, рекультивации земель и утилизацииотходов, внедряя в производственныйцикл все лучшее из мировых передовыхтехнологий.

В 2015 году ММК принял стратегиюразвития компании до 2025 года. Новаястратегия уделяет значительное вниманиеэкологической составляющей производ-ственного процесса. Проект «чистый го-род» является одним из ключевых в новойстратегии ММК на ближайшие десять лет.

Группа ММК по итогам 2015 года по-лучила 1008 млн долл. США свободногоденежного потока. Это абсолютный мак-симум для компании и выводит ее доход-ность на уровень 35,2 %. Еще один ло-кальный рекорд – наибольший с 2007года показатель рентабельности поEBITDA, который составил 28,6 % за 12месяцев 2015 г. Компания продолжила в2015 году снижать долговую нагрузку. Се-бестоимость ММК в 2015 году снизиласьна 13,8%, до 893 млрд долл. США.

Из крупных инвестпроектов компаниив десятилетней перспективе – строитель-ство доменной печи на 2 млн т чугуна в

ЖЕЛЕЗО ПРЯМОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ 5


DRI/HBI – разрушение мифовПолвека электродуговые печи (ЭДП) используют железо прямого восстановления в виде DRI/HBI, что в сочетании с недо-рогим природным газом (ПГ) в США позволяет рассмотреть тенденции и спорные вопросы, связанные с этим альтерна-тивным источником железа (АИС). Требуют решения вопросы качества железной руды и ее подготовки; самовозгоранияDRI при складировании и транспортировке; оптимального состава шихты, температуры и механизма загрузки; влияниякомпозиции шихты на работу и производительность ЭДП; баланса кислорода/углерода и химической энергии.

Сара Хорнби, Хорхе Мадиас, Франциско Торре*

ПРОИЗВОДСТВО железа прямого восста-новления в виде металлизованных окаты-шей (DRI) и горячебрикетированного же-леза (HBI) непрерывно растет с моментаначала его применения в семидесятых го-дах [1]. Мексиканские, тринидадские иаргентинские металлургические заводыстали пленниками DRI. Венесуэла про-изводит DRI и экспортирует HBI, но недав-нее сокращение в ней производства при-вело к всемирной нехватке АИС. Зависи-мость от этих поставок возобновили вСША интерес к производству DRI/HBI.

В этой статье рассматриваются во-просы производства и использованияDRI/HBI, включая качество железнойруды, накопление запасов и транспорти-ровку, оптимальные методы завалки; тем-пературу и химию; влияние на работуЭДП, энергетический баланс и произво-дительность.

Качество железной рудыБольшинство производителей DRI на ос-нове восстановления руды газом исполь-зуют окатыши, поскольку требуемое ка-чество кусковой руды редко доступно.Подготовка железной руды включаетэтапы концентрации, которые недоста-точно влияют на содержание пустой по-роды и фосфора, чтобы компенсироватьснижение качества из-за чрезмерной экс-

В 2013 году эти поставки составили:8,56 млн т DRI и 5,65 млн т HBI. Суда с DRIобычно ходят на меньшие расстояния,хотя компании Acindar и Nucor импорти-руют DRI из Тринидада. Увеличение мор-ских поставок и запасов DRI на зиму (длякомпенсации возможного снижения про-изводства из-за дефицита ПГ) вызвало не-давний интерес к проблеме самовоспла-менения DRI [8, 9].

Завалка в ЭДП Оптимальный дизайн завалки Оптимизация завалки очень важна, по-скольку затраты на завалку в ЭДП состав-ляют от 73 до 89 % в общей себестоимостижидкой стали [12, 13]. Исторически за-воды рассчитывали на премию от DRI/HBIв размере $US 8-30 из-за повышенияэнергоемкости стали, продолжительностиплавки, флюсов и содержания в шлакеFeO, износа огнеупоров и электродов, по-тери выхода годного. Поэтому использова-ние DRI на ЭДП было ограничено про-изводством высококачественных сталей снизким содержанием включений остаточ-ных элементов. Сегодня, когда операторыЭДП понимают уникальные свойства DRI имодернизируют стандартные практики, ис-пользование DRI не только устраняет этинедостатки [13], но и снижает производ-ственные расходы (табл. 1).

плуатации природных ресурсов в про-шлом веке [2].

Пустая порода, фосфор и сера, выде-ляющиеся в процессе восстановления ока-тышей имеют важное значение для моду-лей с технологическим газом в рефор-мере. В процессе окомкования железнойруды содержание пустой породы (SiO2 иAl2O3) может повышаться из-за связую-щих, а также выделений серы из топлива.Многие производители металлизованныхокатышей используют вместо бентонитаорганические связующие [3, 4], чтобыснизить содержание пустой породы и по-высить металлургические и химическиесвойства продукта, что улучшает работуЭДП и снижает общие затраты на вы-плавку стали.

Для повышения качества бедной рудышахтеры меняют схемы концентрации[5, 6] с учетом взаимосвязи между мине-ралогией и поведением при окомкованиии восстановлении [7].

Риск самовозгорания DRIНесмотря на известные риски самовос-пламенения при складировании и транс-портировке DRI, ежегодные поставки DRIпревышают (рис. 2) поставки HBI с 2006года. Изменения в правилах пассива-ции/доставки в 2011 году повлияли напоставки DRI.

*Sara Hornby - президент компании Global Strategic Solutions Inc.,16317 Woolwine Road, Charlotte, NC 29278, USA. T: 704-488-7969 [email protected]

Jorge Madias, Metallon, 432 9 de Julio St, San Nicolas, Buenos Aires, B2900HJG, Argentina. T: 011-54-336-442-1318 [email protected] Francisco Torre, Formerly Acindar ArcelorMittal, 1930 Ayacucho St., Rosario, Santa Fe 2000, Argentina. T: 011-54-341-482-9302 [email protected]

Рис. 1. Мировое производство DRI/HBI в период 1970-2014 гг. [1] Рис. 2. Основные мировые производители и поставщики DRI и HBI [10]

Год Всего Год Всего Год CDRI HBI HDRI Всего

1970 0.79 1988 14.09 2006 48.41 8.60 2.69 59.701971 0.95 1989 15.62 2007 55.79 8.34 2.99 67.121972 1.39 1990 17.68 2008 56.52 8.19 4.24 67.951973 2.90 1991 19.32 2009 52.54 6.93 4.86 64.331974 2.72 1992 20.51 2010 56.60 7.21 6.47 70.281975 2.81 1993 23.65 2011 59.41 7.60 6.20(e) 73.211976 2.02 1994 27.37 2012 59.51 7.90 5.73(e) 73.541977 2.52 1995 30.67 2013 62.80 6.17 6.25(e) 75.221978 5.00 1996 33.301979 6.64 1997 36.191980 7.34 1998 36.961981 7.92 1999 38.601982 7.28 2000 43.781983 7.90 2001 40.321984 9.34 2002 45.081985 11.17 2003 49.451986 12.53 2004 54.601987 13.52 2005 56.87

1970

HDRIHBI 75.22MtCDRI

2013

• LISCO0.65mt HBI1.1mt DRI

• Trinidad & Tobago (DRI):ArcelorMittal and Nucor

captive plants - 3.6mt

• Qatar Steel1.5mt DRI/HBI

• Antara Steel 0.9mt HBI• Lion DRI 1.54mt DRI

Лебединский ГОК 2,3 млн т ГБЖ

• Jubdak Shadeed1.5mt HBI/DRI

• Welspun Maxsteel 0.9mt DRI/HBI• sponge iron producers using rotary

kilns fired with coat±20mt

• Comsigua 1.3mt HBI• Briqven 1.5mt HBI

• Venprecar 0.9mt HBI• CVG-FMO 1.0mt HBI

• Orinoco iron 2.2mt HBI



Рис. 3 показывает, что даже при 50 %DRI (состав: 93 % Fe, 1,8 % С, 1,5% (СаО+ MgO), 1,9% (SiO2 + Al2O3), 0,003 % S)снижается энергоемкость и цикл плавкипо сравнению с завалкой 100% лома.

Для снижения производственных за-трат металлургические заводы должныоценивать текущую операционную эф-фективность, оптимизировать практикуработы путем определения точной смесизавалки и выхода годного. Количествен-ная оценка стоимости переменных, свя-занных с использованием DRI: непрерыв-ной завалки, безопасности, морской до-ставки и хранения, мощностей по удале-нию азота, эффективности углерода, атакже необходимых изменений практикиработы, покажет истинную ценность ис-пользования DRI и металлошихты. Для оп-тимизации состава шихты с учетом эф-фективности использования DRI вводят[12, 13, 14, 15] критерий ценности в ис-пользовании: Value-In-Use (VIU).

Компания Tenova продемонстриро-вала, как стоимость DRI, значение VIU ме-таллошихты и остаточные элементы в ко-нечном продукте влияют на использова-ние DRI и себестоимость жидкой стали[12]. Краткий обзор полученных результа-тов (три цены DRI и семь марок стали) по-казан на рис. 3.

Методологии завалки шихтыРасширение использования DRI во всеммире привело к изменению методов за-валки. Рис. 4 демонстрирует изменения впрактике завалки DRI с различной темпе-ратурой и долей в шихте. Непрерывныйспособ загрузки DRI обычно применяютпри доле свыше 25% для облегчения со-гласованной подачи энергии, флюсов ихимической энергии, управления образо-ванием шлака (высоты вспенивания, вяз-кость и др.).

Например, среднее значение 80 мВтактивной мощности при плоской ванне эк-вивалентно 1333 кВт·ч/мин. При потреб-лении для плавки с DRI 500 кВт·ч/т стали,скорость питания печи составит 2,7 т/минили 33,75 кг/МВт/мин [13, 16].

При загрузке шихты порциями в бадьеиспользуют от 25 до 30% DRI/HBI, хотяпредпочтительнее непрерывная загрузкаDRI. Добавление DRI/HBI в бадью повы-шает плотность укладки шихты и снижаетостаточные элементы в жидкой стали.

Загрузка HBI сверху тяжелого лома илипачек (рис. 5) для уплотнения завалки[13, 16] обеспечивает улучшение окисли-тельного рафинирования расплава (высо-кое FeO/низкое C). Остальные загрузкипроводятся в соответствии с заводскойпрактикой [13, 16].

Пятое отверстие (крыша) для завалкипредпочтительна при доле DRI свыше30 %. Заводы, работающие из-за низкойдоступности лома с завалкой от 60 до100% DRI (Аргентина, MENA), хранят ме-таллизованные окатыши в бункерах илискладируют их, когда цех с ЭДП останав-ливают для технического обслуживания.

Непрерывный способ загрузки посравнению с загрузкой порциями [12, 15]исключает поворот крыши (потери теплаи времени), что значительно снижаетэнергетические потери и захват распла-вом азота (из атмосферного воздуха).

Табл. 2 показывает, что непрерывнаязавалка 33% DRI обеспечивает наивыс-шую эффективность с экономией50,6 кВт·ч/т стали и сокращением на че-тыре минуты цикла плавки по сравнениюс завалкой двумя бадьями. Даже непре-рывная подача 43% DRI экономит только37,4 кВт·ч/т стали.

Сравнение холодной загрузки (CDRI) сгорячей загрузкой (HDRI).

Завалка горячих окатышей снижает(рис. 6) потребление энергии на 20–30кВт·ч/100°С [12]. По данным компанииTenova [17] на плавку шихты из 100 % DRI(4% С; т-ра 600 °С; подача 42 м3 O2/т) по-требуется только 375 кВт·ч/т стали. Не-прерывная завалка DRI при т-ре 600 °Сснижает энергозатраты на 16–20 %.

В табл. 3 приведены данные по эконо-мике процесса с завалкой HDRI (3,1% C).

Компания Metallon провела сравнениеработы 150 ЭДП в мире, использующихзавалку HDRI. Рис. 7 представляет удель-ный расход энергии на ЭДП, работающихс завалкой от 20 до 80% жидкого ме-талла, чугуна, CDRI/CHBI или HDRI. Неко-торые ЭДП с завалкой HDRI достигаютуровня энергозатрат печей, работающихна скрапе. Конкретные значения удель-ного потребления энергии составляют:

– PI от 325 до 400 кВт·ч/т стали;– CDRI от 470 до 600 кВт·ч/т стали;– HDRI около 425 кВт·ч/т стали;– скрап от 320 до 520 кВт·ч/т стали;– HM от 180 до 300 кВт·ч/т стали.

УглеродВысокое содержание FeO в шлаке уве-личивает эрозию огнеупоров. Для нейтра-лизации этого требуется DRI с содержа-нием 0,215% C на каждый % Fe в видеFeO. Так, при 93 % металлизации DRI тео-ретически требуется 1,4 % C для «нейтра-лизации». Любой избыток углерода мо-жет сгорать с кислородом и снижать по-требление электроэнергии на 9,09кВт·ч/кг С при 100 %-ной эффективности.Избыток углерода также способствует бо-лее раннему вспениванию шлака, по-скольку СО и/или СО2 входят в расплав ввиде FeO.

В начале 1990-х большинство про-изводителей стали заказывали DRI с со-держанием С от 1,6 до 1,8 %. Это былосвязано с недостатком инструментов по-дачи O2 для экономичного обезуглерожи-вания, поскольку удлинение процессаобезуглероживания снижает производи-тельность. Появление более эффективныхинструментов подачи кислорода и количе-

Рис. 3. Обобщенные результаты оценки ценности использования DRI

(VIU) для 7 марок стали [12]

Рис. 4. Стандартная номинальная практика завалки ЭДП с разной долей

DRI/HBI [12]

800

700

600

500

400

300

200

100

0

Мин

имал

ьная

себ

есто

имос

ть ж

идко

й ст

али,

U

S$/т

ста

ли

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20

Сумма остаточных элементов (Cu, Ni, Мо, Sn), % по массе

DRI цена = 420

DRI цена = 330

DRI цена = 150

Горя

чий

DRI

Смесь с ломом

Порционая загрузка

0 25 35 95–100

% DRI/HBI в металлошихте

Непрерывная подача

Непрерывная подача

Непрерывно

Холо

дны

й D

RI

L Fr

eeD

Dra

win

gD

raw

ing

F w

ine

C qu

ality

Stru

ctur

al

Reba

r

DRIМакс. содержание

остаточных, %IF 0.106DOQ 0.145Drawing Q 0.210Fine wine 0.250Commercial 0.295Structural 0.390Rebar 1.060

Таблица 1. Влияние доли DRI в шихте ЭДП на рабочие параметры

Доля DRI, %Энергозатраты,

кВт•ч/т сталиЦикл плавки,

мин

Скрап 421 61

25 375 52

30 377 53

35 380 54

40 393 55

45 399 57

50 408 59

© 2015 Midrex Technologies, Inc. All rights reserved.© 2015 Midrex Technologies, Inc. All rights reserved.

Engineered for Tomorrow™

Learn more at www.midrex.com

enx Techeedrx TMie© 2015 M2015 Midr

e at

echneTx Te© 2015 Midr© 2015 Midr

arn moreL

eseed.hts reservevchnologies, Inc. All rigologies, Inc. All rights r ed.

.c

edveservl i I All i htchnologies, Inc. All rights r

midrex.wwwe at om.c Engineered f

omorrow™or TToEngineered f

Технология должна быть ...

• разработана в соответствии с вашими потребностями

• разработана для надежной работы

• разработана, чтобы сделать жизнь проще

Технология DRI разработана компанией Midrex, чтобы работать для Вас.

Технология MIDREX® обеспечивает наивысшую гибкость любого технологического процесса прямого восстановления оксидов железа (DRI).

• Гибкость в исходных материалах

• Низкое потребление энергии

• Высокая доступность, минимальные простои

• Непревзойденная степень повышения/снижения

производительности

• Разнообразные виды топлива/восстановителя

• Независимое регулирование степени

металлизации/содержания углерода

• Простая и экологически чистая

• Одновременное производство нескольких продуктов

Технология помогает людям адаптироваться к меняющимся условиям среды. Она дает вам контроль, но никогда не должна управлять вами.

Есть несколько факторов, которые необходимо учитывать металлургам, чтобы оставатьсяконкурентоспособными в современном меняющемся рынке. Из-за колебаний на волатильных рынках цен на энергоресурсы и сырьевые материалы часто появляется множество переменных, которые могут выходить из под вашего контроля. Технология прямого восстановления железа не должна быть одной из них.

Узнайте больше на



ственный анализ экономики углерода при-вели к росту содержания С в поставках DRI.

На сегодняшний день оптимум содер-жания С в DRI является спорным и требуетанализа значения VIU с учетом затрат наинжектируемый углерод в условиях кон-кретного завода. Так, на заводе AM Mex-ico эффективность углерода достигает95% [13, 15]. Для оценки оптимальногоуровня углерода в DRI необходимо опре-делить операционную эффективность(потенциал декарбюризации, циклплавки, т-ра DRI) и потребности в про-изводительности ЭДП.

Компания Tenova HyL рекомендует DRIс ≥4% C, в то время как компания Midrexнедавно заявила [18], что «правильныйпроцент С существует в виде спектра сор-тов DRI, а не является постоянной точкой».«Повышенное содержание углерода недобавляет производительности или даль-нейшего сокращения цикла плавки», –считает компания. Следовательно, надоопределять значение VIU. HDRI включаетскрытую теплоту, передает больше энер-гии в расплав, но снижает доступноевремя декарбюризации и ухудшает воз-можность загрузки DRI с более высоким C.

На заводе AM Mexico модифициро-вали практику работы для повышения вDRI углерода с 2,7 до 3,1 % C [13]. Нега-тивное влияние дополнительного угле-рода подавляется за счет раннего приме-нения O2 и ускоренного питания DRI,обеспечивающих раннее наведение пени-стого шлака, лучшие теплопередачу и ре-акции с углеродом в ванне.

Табл. 3 показывает, что завалка шихтыс 94,4 % DRI обеспечивает экономию $US4,64/т стали (при $ 0,035/кВт·ч), не счи-тая прироста производительности на 14

Ternium Guerrero [4] и отрасли в целом. Назаводе Acindar (рис. 8, а и 8, б) обес-печена экономия на каждой тонне стали от10 до 25 кВт·ч электроэнергии, 0,425 кгогнеупоров и 0,0375 кг электродов с ро-стом выхода годного до 2%. Повышениестепени металлизации с 91 до 95% эко-номит до 40 кВт·ч/т стали энергии и повы-шает выход годного на 1,5% на каждый1% роста металлизации. Аналогичные ре-зультаты были достигнуты и на заводеQatar Steel [21].

Пустая породаВысокое содержание оксидов негативновлияет на процесс плавки. При 10 % DRI в

т/час [15]. Эта эффективность DRI С, в со-четании с низкими остаточными элемен-тами, обеспечивает следующие преимуще-ства: низкое содержание [N] и [Н], сниже-ние энергозатрат и цикла плавки, износаогнеупоров, себестоимости жидкой стали(табл. 3, рис. 6), повышение выхода год-ного и производительности [12, 15, 17].Точное управление процессом позволяетстрого контролировать химию, повыситьвыход годного и качество продукта [12].

Степень металлизацииТабл. 4 показывает преимущества, полу-ченные от повышения степени металлиза-ции на 1% на заводах Acindar [13,19],

Рис. 5. Пример послойной загрузки бадьи с ГБЖ [13, 16] Рис. 6. Экономия, доступная при разных вариациях загрузки DRI [12]

Рис. 7. Зависимость

удельного потребле-

ния энергии от вида

загружаемой шихты

Легкий лом

Средний лом

ГБЖ

Тяжелый лом

Горючие/уголь

кВт•ч/т стали

мин/плавку

100°C 1 %C 1 % металлиз.

Экон

омия

эле

ктри

чест

ва, %

25

2

1.5

25

1

0

30

25

20

15

10

5

0

Экон

омия

на

врем

ени

рабо

ты п

од то

ком

, %

Жидкий чугун

Чугун

Скрап

Холодный CDRI

Горячий HDRI

700

600

500

400

300

100

0

- 0,500 1,000 1,500 2,000

Удельная мощность, MVA/т стали

Удел

ьны

й ра

сход

эне

ргии

, кВт

•ч/т

ста

ли

Таблица 2. Сравнение непрерывной подачи DRI с загрузкой ЭДП порциями [13, 14]

кВт•ч/т стали Цикл плавки, мин33% DRI – завалка двумя корзинами 426 58

33% DRI – непрерывная подача 380 54

43% DRI = 33% непрерывно и 10% порциями 390 55

43% DRI – непрерывная подача 392 58

Таблица 3. Экономическое воздействие загрузки HDRI с 3,1 % C в ЭДП [15]

CDRI на заводе AM Mexico Проект с HDRIУглерод в DRI, % 2.08% 3.10% 3.10%

Доля DRI/лом в шихте, % 94.4/5.6 (252/15)

Т-ра DRI (°C) 25 700

Т-ра лома (°C) 25

Металлизация, % 95

Выход годного, % 90

Подвод энергии (мин) 66 57 38.9

Цикл плавки (мин) 80 71 53.9

Энергия всего (kWh/т стали) 585.9 527 (-58.9) 419.1(-191.11)

Производительность (т/час) 163 177 (+14) 222 (+59)

Экономия $/т@$0.035/kWh 4.64 9.27

$/т@$0.050/kWh 5.53 12.14



завалке потребление электроэнергии по-вышается на 15 кВт·ч/т стали, расходэлектродов на 0,19 кг/т, до 2,5 минувеличивается цикл плавки, образуетсябольше шлака (рост затрат на удалениешлака) и снижается на 0,4% выход год-ного и производительность. Снижениеметаллизации на 1% повышает расходэлектроэнергии на 8–16 кВт·ч/т стали. На-против, 10 % PI (4% C) снижает энерго-затраты на 27,1 кВт·ч/т стали.

Повышение кислотности пустой по-роде на 1 % требует для офлюсовываниявведения основных флюсов (MgO, CaO),чтобы удовлетворить соотношение V4шлака в ЭДП.

При SiO2 > 2% экспоненциальный рост2% CaO/1% SiO2 требует повышенияэлектроэнергии на 20 кВт·ч/т стали, растутзатраты на утилизацию шлака. Кислыекомпоненты пустой породы (SiO2 и Al2O3)повышают затраты на основные флюсы иснижают выход годного [12, 13, 14, 15].Для помощи флюсам и растворению изве-сти для раннего формирования жидкогошлака требуется FeO. 67% FeO в DRI вос-станавливается углеродом, а газовый по-ток СО способствует более раннему наве-дению вспененного шлака.

Химическая энергияОсновными параметрами, влияющими наэнергозатраты ЭДП, являются: составсырьевых материалов (химсостав, метал-лизация, содержание энергии), опера-ционные практики (профили подводамощности, добавки углерода, вспенива-ние шлака и практики плавки), конструк-ция печи (с «болотом», использование O2,отвод газов, система завалки, AC/DC). Ра-зумное использование DRI может обеспе-чить значительные операционные выгоды[15, 19, 20, 21, 22].

Химическая энергия от сгорания С (со-держащегося, загруженного, инжектиро-ванного), O2, НГ (топлива) и сгорающие вванне элементы (Fe, Si, Al) дают около35 % от общего расхода энергии. При эф-фективной экономике (VIU) эта энергиядолжна быть максимизирована.

Высокая химическая энергия повышаетобъем и потери энергии с отходящими га-зами (в стандартных ЭДП на 17–22%; в

системе Consteel® на 10 %; в шахтных пе-чах на 7%). Система отвода газов должнабыть достаточно мощной и/или модифи-цирована, а процесс сгорания долженбыть оптимизирован за счет пониманияVIU характеристик материалов, балансахимической и электрической энергии [14,15], анализа отходящих газов (темпера-туры и состава).

Завалка горячих металлизованных ока-тышей (HDRI) значительно снижает рас-ход энергии и влияние пустой породы[12], но удлинение периода декарбюри-зации может стать проблемой (снижениепроизводительности).

После модернизации системы инжек-ции на двух ЭДП с непрерывной загрузкойDRI на заводе Krakatau Steel был сниженрасход энергии до 155 кВт·ч/т стали, рас-

ход электродов и износ огнеупоров, повы-шена производительность [22].

Заключение: DRI/HBI здесь, чтобы остаться● Непрерывное снижение качества желез-

ной руды улучшается горняками за счетполучения связанных окатышей.

●Морские поставки DRI в тоннаже сего-дня превышают объемы поставок HBI.

● Высокая эффективность углеродной(химической) энергии при использова-нии DRI на заводе может быть суще-ственно улучшена после проведенияоценки ценности в использовании набазе Value-In-Use (VIU).

● Специфическое для каждого заводазначение VIU позволяет поставить во-прос о возможности внедрения работы

Рис. 8, а. Зависимость удельного потребления энергии от степени метал-

лизации [13, 19]

Степень металлизации, %

750

725

700

675

660

625

600

575

550

525

500

Удел

ьны

й ра

сход

эне

ргии

, кВт

•ч/т

ста

ли

90 90.5 91 91.5 92 92.5 93 93.5 94 94.5 95 95.5 96

y= 7.6107x2 -1468.5x + 70418

Рис. 8, б. Выход годного при загрузке DRI с разной металлизацией на за-

воде Acindar [13]

Степень металлизации, %

93

92

91

90

89

88

87

86

85

Выхо

д го

дног

о D

RI, %

90 90.5 91 91.5 92 92.5 93 93.5 94 94.5 95 95.5 96

y= -0.2997x2 + 57.203x - 2637.4

Таблица 4. Преимущества повышения на 1 % степени металлизации DRI/HBI

Категория преимущества Общее по отрасли Завод Acindar [13] Завод Ternium GuerreroЭкономия энергии, кВт·ч/т стали 10–25 25 12

Экономия огнеупоров (кг или $/т стали) 0.425 $0.70

Экономия электродов (кг/т стали) 0.0375 0.15

Рост выхода годного (%) 0.3–2 1 0.4

Экономия кокса (кг/т стали) 0–4 5.8

Рост производительности (%) До 5 До 5

Сокращение затрат (VIU) ($/т стали) $0.68–$2.96 $6.00–$8.09 $5.00

Повышение степени металлизации (%) 92–93 93.5–94.5

Использование DRI/HBI на ЭДП – разрушение мифов [23]Миф Реальность

Завалка DRI существенно повышаетпроизводственные затраты на сталь

Нет, если рабочие операции сталеплавильногоцеха оптимизированы

Качество железной руды остаетсяпостоянным Нет, оно ухудшается

DRI не могут транспортироваться моремна большие расстояния

DRI в больших объемах, чем HBI, отгружаетсясегодня по морю

Использование DRI в шихте повышаетпроизводственную себестоимость жидкойстали

Нет, если заводы используют критерий“Metallics’ VIU” для определения оптимальнойсмеси завалки

DRI отрицательно сказывается наксплуатации ЭДП

Нет, если практика работы (SOP) печиоптимизирована

DRI не добавляет химическую энергию вванну ЭДП

DRI с углеродом является наиболееэффективным источником химической энергии

DRI/HBI в завалке применяют только тогда,когда качество скрапа плохое или егодоступность низкая, а также при выплавкевысококачественной стали

Оптимизация состава шихты по “Metallics’ VIU” ипрактики работы печи, более низкая стоимостьпроизводства DRI/HBI обеспечит более широкоеиспользование ЖПВ


ЭДП с повышенным содержанием в DRIуглерода (инструменты декарбюриза-ции, отвода газов, пустой породы; орга-нические связующие DRI/HBI; горячаязавалка), чтобы снизить эксплуатацион-ные расходы.

● Практики работы ЭДП потребуют внесе-ния изменений для работы с загрузкойDRI, максимального использования пре-имуществ и VIU DRI при минимизациинегативных последствий.

● Оптимизация работы каждой ЭДПдолжна быть проведена для баланси-ровки с практикой работы полученнойоценки DRI и металлошихты по VIU.

● Полученные значения VIU для загрузкиDRI существенно изменят производ-ственные затраты.

● Дешевый сланцевый газ в США будетстимулировать новые инвестиции вустановки для производства DRI и гаран-тировать долгосрочные поставки каче-ственных металлизованных окатышей.

● Использование DRI в мире будет расти,поскольку «цена будет правильной»!

● Обоснованное использование DRI (VIUи конкретные практики работы с DRI)позволит таким заводам производитьнедорогую жидкую сталь столь же эф-фективно, как и из металлолома. n

Список литературы

1. 2013 World Direct Reduction Statistics. Direct from Midrex Second

Quarter 2014.

2. A. Grazziuti, private communication, July 2014.

3. Valadares de Andrade Resende, et al. Performance Analysis of Or-

ganic Binder Compared to the Sodium Bentonite and the Over-acti-

vated Sodium Bentonite in the Production of Direct Reduction Pellets.

43rd Raw Materials and Iron Ore Ironmaking Seminar, Sept. 2014, Brazil,

pp. 1009–1013.

4. S. Hornby. EAF Optimization. 2007 Intertech Conference on Scrap

Substitutes, Oct. 2007.

5. Pereira Lima, et al. Process Routes for the Exploitation of Poor

Itabirites of the Iron Quadrangle. 41st Raw Materials and Iron Ore Iron-

making Seminar, Sept. 2011, Brazil, pp. 587–594.

6. A. Uliana, et al. Characterization of Compact Itabirites of Alegria Mine

– SAMARCO Mineracao (part 1). 42nd Raw Materials and Iron Ore Iron-

making Seminar, Sept. 2012, Brazil, pp. 1551–1562.

7. J.M. de Pinho Rochaet, et al. Detailed Investigation on Goethites Present

in Altered Amphibolitic Itabirites (MG-Brazil). 42nd Raw Materials and Iron

Ore Ironmaking Seminar, Sept. 2012, Brazil, pp. 1754–1764.

8. F.M. Ajargo, et al. Methods and Experiences in Open Air DRI Storage

in Tenaris-Siderca”. 7th IAS Ironmaking Conference, November 2009,

Argentina, pp. 64–71.

9. A.G. Grazziutti, et al. Development of Laboratory Tests to Evaluate

the Reactivity in Sponge Iron. 6th Int. Congress on the Science and

Technology of Ironmaking – ICSTI, Oct. 2012, Brazil, pp. 932–942.

10. A. Hassan. Ore-Based Metallics 101. Int. Iron Metallics Association

(IIMA) Seminar, October 2012, USA.

11. N. Noel, et al. Shipping of DRI – The Nu-Iron Experience. AISTech

2014 Proceedings, pp. 823–829.

12. S. Hornby. Mini-Mill Burdening for Maximum Efficiency and Yield?.

AISTech 2014 Proceedings pp. 1027–1038. Re-published in Iron and

Steel Technology, January 2015, pp. 50–62.

13. Midrex Melt Seminar, May 2000. Tuscaloosa, AL, USA.

14. HBI and DRI Melting Seminar, May 2002, Singapore, Co-hosted by

Midrex and BHP Australia.

15. S. Hornby-Anderson. The Educated Use of DRI/HBI Improves EAF

Energy Efficiency and Yield and Downstream Operating Results. Euro-

pean Electric Steelmaking Congress, Italy, May 2002.

16. IIMA Seminar in conjunction with the AIST Scrap Supplements &

Alternative Ironmaking VI Conference, October 2012, USA.

17. F. Memoli, et al. The Use of DRI in a Consteel® EAF Process. Iron and

Steel Technology, January 2015, pp. 72–80.

18. Direct From Midrex First Quarter 2014.

19. F. Torre, et al. Results of CoJet technology (gas and coal fines injec-

tion system) in ACINDAR S.A., with continuous DRI charging”, 15th IAS

Steelmaking Conference, November 2005, pp. 24–32.

20. M.M. Al Saif, et al. Improvements in graphite electrode consump-

tion in HADEED long products. 8th European Electric Steelmaking Con-

ference, 2005, pp. 173–182.

21. J. D’Souza, et al. Use of High Percentage Quality DRI in EAF and Its

Benefit in Cost Reduction. AISTech 2011 Proceedings–Volume I,

pp. 955–972.

22. P. Stagnoli. Smart injection tools in DRI-based EAF steelmaking at

Krakatau Steel. Steel Times International, November/December 2011,

pp. 13–16.

23. S. Hornby et al. Myths and Realities of Charging DRI/HBI in Electric

Arc Furnaces. AISTech 2015, PR-368-204.5664. The 7th International

Conference on the Science and Technology of Ironmaking. Cleveland,

Ohio, USA.

Messe Düsseldorf GmbH

P.O. Box 10 10 06 _ 40001 Düsseldorf _ Germany

Phone +49 (0) 2 11/45 60-77 00/-77 79 _ Fax +49 (0) 2 11/45 60-85 29

[email protected] _ [email protected]

www.messe-duesseldorf.de

www.metallurgy-tube-russia.com

METALLURGY_TUBE_ALU_Russia 2015_Anzeige_190x127mm.indd 1 15.10.14 15:36

ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО 11


Инновации в системе загрузки шихты в доменную печьОбеспечение надежной и простой системы загрузки шихты в доменную печь сразвитым управлением процессом, объединенным с оптимизирующими и экс-пертными пакетами, может составлять костяк работы современной доменнойпечи. Но каковы ожидаемые преимущества от замены традиционного двухконус-ного загрузочного устройства на инновационный вариант с использованием за-грузочного гидравлического устройства с распределительным желобом?

Питер C. Витфильд, Джозеф Саксингер, Аль Колуччи*

СОВРЕМЕННОЕ производство чугуна ис-пытывает вызовы по обеспечению болеевысокой производительности при одно-временном удовлетворении требований,связанных с постоянно снижающейся рен-табельностью и ужесточением природо-охранного законодательства. КомпанияPrimetals Technologies Ltd, ранее известнаякак Siemens VAI MT, и промышленная кор-порация Wooding’s Industrial Corporation,имеют долгую историю поставки пред-приятиям черной металлургии пакетовуправления и систем автоматизации длядоменных печей (ДП). В рамках своихдавних отношений компании Primetals иWooding’s совместно разработали порт-фель гидравлических систем распределе-ния шихтовых материалов, позволяющихрешать подобные проблемы.

С момента введения в 1970-е годы си-стем бесконусных загрузочных устройств(БЗУ) с лотковым распределителем шихтыстало общепризнанным, что техника бес-конусной загрузки с распределительнымлотком обеспечивает наилучший способреализации стабильной, топливосбере-гающей работы доменных печей боль-шого диаметра.

В результате этого БЗУ стали вытеснятьна доменных печах конусный вариант ЗУи все недавно построенные новые печи(или даже модернизированные печи),имеют на колошнике распределительныелотки для завалки/распределения шихто-вых материалов. Тем не менее, на боль-шинстве старых ДП в США и других стра-нах мира, по-прежнему полагаются на си-стему двухконусного ЗУ шихтовых мате-риалов в печь. Из-за меньшего диаметрагорловины на этих доменных печах пре-имущества ЗУ с распределительным лот-ком не столь очевидны.

Оценка воздействияДля рассмотрения потенциальных пре-имуществ новых загрузочных систем не-обходимо оценить их влияние на двеобласти эксплуатации. Во-первых, улуч-шение операционной эффективности и

наклона различных слоев от стенки печи кцентру, распределение этих материаловпо окружности можно точно контролиро-вать по матрице системы загрузки. Конт-ролируемые углы наклона слоев позво-ляют оператору определять количествоскатывающихся и смешивающихся компо-нентов шихты, которые будут уклады-ваться между отдельными слоями прираспределении материала. Распределе-ние шихтовых материалов можно точнорегулировать независимо от уровня за-сыпки, поскольку каждый слой разгружа-ется в печь таким же образом как и преды-дущий, независимо от высоты завалки.

На небольших доменных печах задачанесколько отличается, поскольку зона воз-действия вращающегося лотка на поверх-ность шихты не зависит от размера печи.На больших печах, с типичным диаметромгорловины приемной камеры 10 метров,традиционные 11 колец с большой гиб-костью реализуют стратегию послойногораспределения материалов шихты. Наменьших печах, которые могут иметь диа-метр горловины приемной камеры допяти метров (что будет ограничивать гиб-кость загрузки пятью или шестью коль-цами), оператору трудно реализоватьгибкие стратегии распределения шихты.Также будет наблюдаться повышенныйудельный расход топлива.Несмотря на такие ограничения из-за раз-мера доменной печи, на каждой из нихпо-прежнему остается возможность улуч-шения их работы.

Послойная укладка шихтыНа доменной печи с двухконусным загру-зочным устройством на колошнике ших-товые материалы, как правило, опус-каются из большого конуса по всей егоокружности одновременно. Вся разгрузкаобычно занимает около шести секунд. Из-за характера разгружаемого материала и

во-вторых, потенциальные преимуществав реализации программы техническогообслуживания печи. Часто бывает трудночетко разделить эти преимущества, по-скольку хорошая практика обслуживаниябудет обеспечивать максимальный коэф-фициент использования печи и способ-ствовать стабильной работе ДП.

Операционная эффективностьВведенные в 1970-е годы на колошникахДП бесконусные ЗУ хорошо зарекомендо-вали себя во всем мире, обеспечивая экс-плуатационные преимущества в загрузкепечи с контролируемым распределениеми шлюзовыми газоуплотненными бунке-рами.

Принципиальные преимущества такихсистем по сравнению с работой на печиконусных ЗУ, представлены ниже.● Стабильная работа доменной печи, оп-

тимизированная с точки зрения расходатоплива.

● Повышенное рабочее давление на ко-лошнике.

● Увеличенная степень вдувания пылеу-гольного топлива, обеспечивающая по-вышение производительности.

● Улучшенный контроль распределенияшихтовых материалов.

● Температурный контроль стен печи, сни-жение тепловых нагрузок и расширениесрока эксплуатации печи.

На большинстве крупных современныхдоменных печей площадь горловины при-емной камеры разделена по окружности,как минимум, на 11 равных областей,обычно называемых кольцевыми зонамиколошника. По мере того, как шихтовыйматериал разгружается в печь из находя-щихся под давлением верхних бункеров,непрерывно вращающийся распредели-тельный лоток (воронка-склиз) уклады-вает кокс и железосодержащие мате-риалы в равномерно распределенныхслоях от внешних до внутренних кольце-вых зон по предопределенным системамзагрузки шихты. Массу, толщину и угол

*Peter C. Whitfield – Primetals Technologies Ltd, Stockton-on-Tees, Великобритания. Тел.: +44 (0) 1642 662261 Email: [email protected] Saxinger – Wooding’s Industrial Corporation, США. Тел.: +1 7244 526065 Email: [email protected].

Al Colucci – Wooding’s Industrial Corporation, США. Тел.: +1 7246 256735 Email: [email protected]

ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО12


его движения, материал сначала попадаетна стенку печи и затем сталкивается кцентру печи. Этот эффект приводит к по-явлению конусообразной горки между за-грузками кокса и руды, общему соскаль-зыванию и смешиванию разгружаемыхслоев компонентов шихтовых материаловв центре печи. На таких печах истинныеслои кокса и руды находятся только устенке печи, где контроль минимален. Длярешения этой проблемы компании DavyUniversal, McKee и Yawata разрабатывалисложные двухконусные ЗУ.

Компания Primetals Technologies и кор-порация Wooding’s производят и постав-ляют новые системы распределенияшихты на доменных печах, которые обес-печивают автоматизированную компью-терно-контролируемую систему, предна-значенную для выполнения следующихопераций.● Прием загружаемой руды, кокса и дру-

гих материалов в шлюзовом бункере,независимо от последующей системыраспределения шихты.

● Выпуск и контроль этих разгрузок (назы-ваемых подачами) в течение определен-ного периода времени до динамическираспределяющего желоба, расположен-ного ниже шлюзового бункера.

● Распределение заданным способомсыръевых материалов в печи в соответ-ствии с заранее определенной загрузоч-ной матрицей.

Запатентованная система с обратнойсвязью управляет распределяющим жело-бом и полностью интегрирована в про-граммное обеспечение верхней части ДП.Система позиционирует распределитель-ный желоб таким образом, чтобы по всейповерхности печи поддерживать слои сзаданным оператором соотношениемруды к коксу. Конструкция позволяют за-программировать систему управления дляреализации моделей загрузки на различ-ной скорости, включая кольцевую, спи-ральную, центральную, точечную, сег-ментную или секторную, а также обес-

печивать полный контроль загрузки мате-риалов в печь. Оператор может контроли-ровать восстановительный газовый поток,поднимающийся по каналу печи черезрудные слои, обеспечивая более высокуюэффективность процесса.

В смешанных слоях после конусооб-разного ЗУ контакт газового потока ишихты неконтролируем, что приводит кпеременной среде восстановления и по-ниженной проницаемости шихты.

На действующих небольших печахпосле такой смены метода загрузки шихтынаблюдалось заметное снижение удель-ного расхода топлива.

Коксовая шахтаСпособность распределять кокс при цент-ральной загрузке контролируемым обра-зом вокруг центральной оси позволяетформировать коксовую шахту или «коксо-вый дымоход», который весьма полезенпри использовании пылеугольного вдува-ния. Создание «коксовой шахты» усили-вает тягу и позволяет максимально повы-сить степень вдувания угля и обогащениякислородом. Экономическую эффектив-ность устранения этого ограничения на ДПможно полностью оценить только при зна-нии доступного угля, типа и качествакокса, наличия кислорода, а также подго-товки угля и установленного инжекцион-ного оборудования, но этот фактор суще-ственно снижает общие затраты на топ-ливо.

Улучшенное распределение мате-риала с контролируемым соотношениемруда/ кокс по всему объему печи обес-печивает лучшую структуру газового по-тока. Это позволяет оператору следить засостоянием футеровки и регулироватьгазовый поток и температурный профильза счет корректировки программы рас-пределения загрузки.

Лучший контроль температуры у стенпечи и снижение тепловой нагрузки (присравнению с двухконусной системой)обеспечивает минимизацию локальныхремонтов футеровки и значительно про-длевает кампанию печи.

Современные методы загрузки шихтыПри современном складировании мате-риалов с эффективным просеиваниемшихтовых материалов система распреде-ления на печи должна обеспечивать воз-можность загрузки в печь различных ви-дов сырья и вторичных материалов. Ры-ночные условия могут привести к постав-кам шихтовых материалов с переменнымкачеством и неоднородными свойствами.Источником дешевого железа или угле-рода могут стать некомпактные или из-мельченные материалы, такие как шре-дерный лом, конвертерный или домен-ный шлак, брикеты, руда или коксовыйорешек. Завалка таких материалов с по-мощью конусной системы может нега-тивно повлиять на работу печи, но приправильной завалке распределительнымжелобом обеспечить выгоду.

Современные степени завалки угля от100 до 250 кг/т чугуна приводят к сниже-нию загрузки кокса и, следовательно, бо-лее высокой доли черных металлов вшихте. Такая завалка может иметь пони-женную проницаемость, что приводит кнеравномерному или неэффективномураспределению газов.

Доменная печь часто работает с превы-шением ее номинальной проектной мощно-сти, поэтому весьма важно иметь загрузоч-ное устройство, которое обеспечивает гиб-кость в выборе компонентов шихты и пра-вильную подачу разных видов сырья в печь.

Фактическая экономия может бытьопределена только при знании материа-лов и общего состава завалки, но гибкостьв выборе материалов обеспечивает сни-жение эксплуатационных затрат. Есть идругие возможности для снижения расхо-дов, но приводимые ниже примеры яв-ляются наиболее существенными.

Техническое обслуживаниеДля небольшой доменной печи наиболеезначимые успехи в снижении эксплуата-ционных затрат связаны с выполнениемработ по техническому обслуживанию иих влиянием на работу печи.

Рис. 1. Управление распределением материалов шихты Рис. 2. Газовый поток и зона когезии в доменной печи

14,5

13,5

12,5

11,5

10,5

9,5

8,5

7,5

6,5

5,5

4,5

3,5

2,5

Высота, м

Радиус (м)0 1 2 3 4 5 6

Высота, м Зонакогезии

коксагломерат+окатышиагломерат

1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6Радиус, мм

Скорость газа при входе в зонукогезии

7,5

7,0

6,5

6,0

ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО 13


Замена конусаНаиболее значительным видом затрат,связанных с эксплуатацией конусного ЗУ,являются затраты на замену больших ималых конусов, бункеров и приемныхбункеров на верху печи. Очевидно, что ча-стота замены конуса прямо пропорцио-нальна объему материала, проходящегочерез него. Обычно их меняют через пятьлет эксплуатации с остановкой печи на 12дней для ремонта. Очевидно, что такойремонт является сложной задачей, сопро-вождаемой потерями производства чу-гуна, расходами на остановку и запусквоздуходувки. Одно только дополнитель-ное требование по объему кокса можетпривести к потере до US$ 1 млн. Кромеэтого, потери тепла могут привести к об-разованию «козла» в печи и нарушениюфутеровки пода. Установка загрузочногогидравлического устройства с распреде-лительным лотком полностью исключаетэтот режим обслуживания.

Хотя лоток и требует более частой за-мены чем конус, стоимость замены и пла-нового технического обслуживаниязначительно ниже, чем замена конуса. Не-обходимое для смены лотка или распре-делителя шихты отключение электриче-ства может быть запланировано в рамкахграфика технического обслуживания. Этотакже верно для планового техническогообслуживания бункеров, клапанов и вен-тилей, где замена изнашивающихся дета-лей (уплотнений и плит), также можетбыть выполнена в пределах нормальногографика техобслуживания. Общее влия-ние установки новой системы загрузки наработу печи может быть огромным.

Управление выбросамиКаждый менеджер печи, работающей сконусным ЗУ, стремится продлить времядо замены малого или большого конусов.Принято считать, что после половины пол-ного срока работы большого конуса онуже не в состоянии поддерживать давле-ние, что приводит к выделению пылии/или несгоревшего угля в атмосферу. Ре-монт на месте (облицовка конуса или ре-монт сваркой) никогда не обеспечит дол-госрочной работы. В такой ситуации опе-

Гидравлический распределительшихты Wooding’sГидравлическое загрузочное (HD) устрой-ство Wooding's заменяет традиционнуюмеханическую функцию привода, исполь-зуя два типа движения для управленияраспределительным желобом, наклон ивращение. Наклонное движение обес-печивают гидравлические цилиндры дляточной локализации позиции распреде-лительного желоба. Для легкого доступа иобслуживания цилиндры смонтированысверху и вне корпуса распределителя.

Вращение распределительного лоткаосуществляется с помощью простого ре-дуктора и электродвигателя (без сложнойпланетарной коробки передач тради-ционных конструкций). Новый дизайн от-вечает требованиям избыточности за счетдублирования движений наклона и пово-рота, обеспечивающих работу распреде-лительного желоба даже при выходе изстроя одного гидравлического цилиндра.Характер вращения и наклона повышаетнадежность работы распределительногожелоба и обеспечивает его длительнуюработу. Уникальное крепление желобаобеспечивает его легкую и быструю за-мену. Конструкция распределителя вклю-чает в себя надежную душирующую си-стему водяного охлаждения. Устройствообеспечивает взаимозаменяемость примодернизации с существующими короб-ками передач бесконусной загрузки.

ЗУ SIMETAL Gimbal TopЗагрузочное устройство Gimbal Top компа-нии Primetals Technologies использует ко-нический распределительный желоб,поддерживаемый концентрическимикольцами в карданном устройстве, обес-печивающим независимое и комбиниро-ванное наклонное перемещение оси же-лоба. Наклонный желоб оснащен двумягидравлическими цилиндрами, каждыйиз которых соединен через вал, шатун иуниверсальный шарнир для управлениякарданными кольцами. Такой тип под-вески и расположение приводов не поз-воляют наклонному желобу вращаться, нодопускают его перемещение по кругу прикомбинировании обоих наклонных дви-

ратору приходится снижать продувку,давление или степень пылеугольного вду-вания, что негативно отражается на про-изводстве (рост затрат на топливо и сни-жение производительности печи).

Эти условия будут ухудшаться по мереизноса поверхности конуса до тех пор,пока не будет принято решение о заменеконуса на одно из решений, которые пред-лагают предсказуемую работу печи и конт-роль за производственными расходами.

Решения с гидравлическойсистемой распределения шихтыКроме операционных преимуществ, до-стигаемых при переходе от традицион-ного бесконусного загрузочного устрой-ства к новому решению, необходимо учи-тывать следующие аспекты.● Взаимозаменяемость нового распреде-

лителя шихты с существующим беско-нусным загрузочным устройством приобновлении или модернизации.

● Более простая конструкция, устраняю-щая сложные планетарные и ненадеж-ные наклонные коробки передач тради-ционных ЗУ.

● Гидравлический привод обеспечиваетповторяемость и точность по всему жиз-ненному циклу.

● Увеличенный период времени работымежду необходимыми заменами же-лоба.

● Снижение капитальных затрат и расхо-дов на интеграцию.

● Снижение эксплуатационных затрат засчет минимизации простоев печи и сни-жения затрат на жизненный цикл обору-дования.

Для достижения этих целей компанияPrimetals Technologies и корпорация Wo-oding’s в ходе совместной работы с 1998года разработали современную техноло-гию доменной печи для меткомбинатов вСША с портфелем гидравлических системраспределения материалов, пригодныхдля малых, средних и крупных доменныхпечей по всему миру.

Технологический портфель, включаю-щий гидравлический распределительшихты Wooding’s (HD) и SIMETAL GimbalTop, обеспечивает полный ассортиментзагрузочного оборудования печи, вклю-чая распределительную качалку, верхнееуплотнение клапанов, бункеры, нижнееуплотнение клапанов, вентили потока ма-териалов и клапаны Google – все для вы-грузки через гидравлически приводимыераспределительные желоба.

Портфель этих продуктов обеспечи-вает повышение гибкости управленияпроцессом загрузки, рост производи-тельности ДП и сокращение простоев наплановое техническое обслуживание. Засчет снижения ежедневных периодовпростоя печи по итогам года работыбольшой печи может быть обеспеченодополнительное производство до 10 тыс.т металла.

Рис. 3. Гидравлический распределитель шихты

(HD) Wooding's

Рис. 4. Распределитель шихты Gimbal Top

ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО14


жений. За счет независимой или комби-нированной работы цилиндров ось же-лоба может смещаться под любым угломи по любой траектории во время раз-грузки материала, обеспечивая точноераспределение материала по моделям за-грузки на различной скорости (кольцевой,спиральной, центральной, точечной, сег-ментной или секторной).

Оба цилиндра оснащены линейнымидатчиками для контроля движения.Смазка шатуна и карданных компонентовосуществляется простой системой прину-дительной смазки.

Конструкция включает в себя газоне-проницаемый корпус распределительногожелоба с аварийной системой охлажде-ния за счет распыления азота (с проверен-ной надежностью работы в экстремальныхусловиях на доменной печи). Как и гид-равлический распределитель шихты этоустройство спроектировано взаимозаме-няемым с существующими коробками пе-редач бесконусного ЗУ для простого об-новления/модернизации.

Техническое обслуживание и заменаЗУ Gimbal основаны на модульном прин-ципе. Все рабочие элементы узла распре-делителя (кожух, валы, цилиндры, же-лоб) снимаются и заменяются как единоецелое.

Преимущества технологииАвтоматизированные решенияЦель любой технологии загрузки шихтызаключается в предложении клиентамполностью интегрированного решения,обеспечивающего значительные улучше-ния в работе ДП за счет снижения расходатоплива, стабильных затрат на эксплуата-цию и техническое обслуживание. Новыеконструкции Primetals и Wooding’s позво-ляют реализовать бесконечные возмож-ности загрузки и призваны дополнитьуникальный ассортимент решений компа-нии Primetals Technologies по автоматиза-ции ДП, включая экспертную систему с об-ратной связью VAiron.

Система VAiron, разработанная в тес-ном сотрудничестве с металлургическойкомпанией Voestalpine Stahl (Линц, Ав-

стрия), работает на базе высокоразвитыхмоделей технологического процесса, ис-кусственного интеллекта, усовершенство-ванного прикладного ПО, графическихинтерфейсов пользователей и ноу-хау вобласти эксплуатации оборудования. Гиб-кая и надежная система управления тех-нологическим процессом – основа работысовременной доменной печи.

Система автоматизации доменнойпечи и пакет с проверенными моделямиоптимизации процессов, используемых взамкнутой системе Expert, предлагает:● сочетание знаний и опыта в области тех-

нологии, эксплуатации и автоматиза-ции;

● полностью автоматический режим ра-боты доменной печи;

● управление распределением шихтовыхматериалов в замкнутом контуре;

● всестороннее понимание металлургиче-ского процесса;

● простую интеграцию системы в суще-ствующую среду автоматизации.

Получаемые улучшения от внедрениятакой системы, по сравнению с конуснойзагрузкой, хорошо проверены.

Конечные пользователи получат до-менную печь, работа которой оптимизи-рована по расходу топлива с потенциаломснижения расхода кокса до 20 кг/т чугуна.Ежегодная экономия на расходе кокса мо-жет составить от US$ 4,3 до 7,2 млн. По-лучаемые улучшения в утилизации газа ипроницаемости шихты обеспечивают воз-можность интенсификации пылеуголь-ного вдувания, повышения температурыдутья и обогащения кислородом, позво-ляющие повысить производительностьпечи до 10 %.

Такая технология обеспечивает поль-зователю высокоэффективную работу до-менной печи с дополнительной эконо-мией кокса до 5 кг/т чугуна.

Капитальные и эксплуатационныезатратыПри рассмотрении капитальных затратдля внедрения этой технологии в суще-ствующую инфраструктуру доменной печи

необходимо сравнить расходы, связанныес ремонтом или сменой конусов, бункерови вспомогательных рабочих механизмовдля двухконусного загрузочного устрой-ства. Хотя это сравнение должно прово-диться индивидуально для каждого слу-чая, общие затраты не будут значительнопревышать представленный ниже общийуровень.

Капитальные затраты и объем работ,связанный с установкой новой техноло-гии хорошо известны. Эти затраты могутварьироваться в широких пределах в за-висимости от имеющегося оборудова-ния, месторасположения печи и необхо-димого оборудования для загрузки. Приправильном предварительном планиро-вании и подготовке такая смена техноло-гии загрузки может быть сравнима с пе-риодом простоя, необходимым для про-ведения рутинной замены конуса. Самособой разумеется, что установка новогоЗУ может быть реализована в ходе пла-новой замены футеровки или пере-стройки ДП.

Простота технического решения при-водит к значительному улучшению пока-зателей обслуживания и связанных с этимзатрат. Требуемая программа техниче-ского обслуживания может осуществ-ляться во время плановых остановок печибез дополнительных остановок. Крометого, уникальные особенности гидравли-ческого распределителя HD и распредели-тельных желобов Gimbal способствуютдлительной эксплуатации до замены ибыстрой замене.

Поддержка жизненного цикла Опыт обеспечивает разницуПри установке вместо устаревшего ЗУ но-вой загрузочной системы очень важно вы-брать опытного поставщика технологий,который сможет предоставить полныйспектр услуг для перехода. Опытнаякоманда специалистов будет консульти-ровать, оценивать и эффективно решатьоперативные или эксплуатационные во-просы.

Установка ЗУ с распределительнымжелобом обеспечивает при пониженныхинвестиционных затратах значительныеулучшения в работе доменной печи, сни-жает эксплуатационные расходы и еже-годно экономит несколько миллионовдолл. США. В итоге, выбор подходящейтехнологии загрузки шихты как альтерна-тивы методу двухконусной загрузки небудет затратным, если принимать во вни-мание получаемые выгоды. Выбор техно-логии определяется требованиями кли-ента и месторасположением печи, на но-вой или реконструируемой доменнойпечи. n

Выражение признательностиАвторы выражают благодарность за по-мощь и поддержку со стороны своих кол-лег из компаний Wooding’s и PrimetalsTechnologies в подготовке этой статьи.

Рис. 5. Система автоматизации и

оптимизации работы доменной

печи

Диагностика

Терапия

Объяснение

Соотношение коксаОсновность шихтыИнжекция угля, нефти и газаОбогащение кислородомДополнительный парТонкая настройка распределенияшихты

Управление процессом в замкнутом контуре

Совм

естн

о

ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПЕЧИ 15


Группа INTECO: уникальные продукты для уникальных решенийОтвечая на требование развивающегося рынка в непрерывной оптимизации производства стали компания INTECOпроектирует и поставляет интеллектуальные и проверенные решения по утилизации энергии на электродуговых печах,которые эффективно возвращают энергию отходящих газов и работают с комбинированными схемами входного сырья(ломом и другими железосодержащими материалами) в различных пропорциях. Такая стратегия обеспечивает производи-телям стали множество преимуществ в текущих условиях работы, когда требуется снижать затраты и оптимизироватьэксплуатационные расходы.

Лука Гемо, Йохим Эхле*

КОМПАНИЯ INTECO (Австрия) – частнаяинжиниринговая компания, основанная в1973 году. Компания конструирует, изго-тавливает и поставляет высококачествен-ное оборудование для металлургическойпромышленности. Компания специализи-руется во всех технологиях обработкижидкой стали и ферросплавов, являетсяпризнанным мировым авторитетом в уз-коспециализированных областях метал-лургии: процессах рафинирования жид-кой стали (LF, VD, VOD, RH), специальнойэлектрометаллургии (ESR, VIM, VAR),литья слитков и непрерывной разливки(заготовки, блюмы), плавильных агрега-тах с электродуговыми печами (ДСП).

В последние годы совокупный опытпрофессиональных металлургов и инже-нерных специалистов был существеннорасширен за счет приобретения несколь-ких компаний, обладающих инновацион-ными технологиями и передовым опытомпроектирования. К ним относятся: компа-ния INTECO atec – поставщик комплексныхсистем автоматизации с системой регули-рования электрода, а также компанияINTECO PTI (США) – мировой лидер с ноу-хау в области интегрированных систем хи-мической энергии и вдувания для электро-дуговых печей. В марте 2015 года ГруппаINTECO приобрела патенты на современ-ные технологии электродуговой печи и«печь-ковш», другие права на интеллекту-альную собственность компании FUCHSTechnology AG – поставщика полной линиикомплектного оборудования сталепла-вильного цеха, включая первичную метал-лургию с плавкой на основе ДСП.

Концепция проектирования ДСПЭлектродуговая печь уже перестала бытьединственным базовым сталеплавильнымагрегатом, но она остается областью инте-реса для металлургов, стремящихся сни-зить эксплуатационные расходы.

Динамика рыночных цен стальноголома и его заменителей показывает, что всталеплавильном цехе можно получитьсущественную экономию за счет примене-ния различных комбинаций сырьевых ма-териалов в шихте. Сокращение затрат привыплавке стали также может обеспечить

раметры, которые влияют на общую про-изводительность печи. Должны быть рас-смотрены геометрические условия и «ин-дивидуальные требования заказчика кпроцессу» с учетом опыта, накопленного втечение многих лет использования ДСП вкачестве оптимизированного плавильногоагрегата.

Система утилизации энергииОсновная часть улучшения показателейработы ДСП и снижения производствен-ных затрат может быть получена за счетуменьшения потерь.

Хорошо известно, что потери энергиив процессе выплавки стали главным обра-зом связаны с отходящими газами,охлаждающей водой и шлаком. Два пер-вых элемента являются теми областями,которые к настоящему времени наиболеехорошо изучены технологически. Потен-циальные возможности утилизации теплаотходящих газов ДСП были тщательнопроанализированы и разработаны про-

повышение эффективности процессаплавки, снижение потерь и утилизацияэнергии.

Современная конструкция ДСП должнапредложить сталеплавильщикам высокуюгибкость в выборе сырьевых материалов.Состав шихты должен быть тщательно по-добран для обеспечения оптимальногорешения. Но поскольку на практикетрудно получить наилучший балансмежду абсолютной производительностьюи производственными затратами, тодолжны быть приняты во внимание неко-торые компромиссы. Основное преиму-щество гибкости в загрузке ДСП заключа-ется в возможности перехода от одногосостава шихты завалки к другой, чтобы со-ответствовать рыночным условиям илитребованиям к качеству выплавляемойстали без каких-либо эксплуатационныхпроблем на этой конструкции ДСП.

Для реализации процесса плавкишихты с различными свойствами на ДСПвнедряют различные конструктивные па-

*Luka Gemo, главный металлург компании Inteco (Австрия); дипл. инж. Joachim Ehle, консультант

ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПЕЧИ16


Рис. 1. Электродуговая печь

Inteco Fuchs COSS

в эксплуатации

мышленные технологии, несколько из ко-торый уже установлены в электростале-плавильном производстве.

Реальное преимущество рекуперацииэнергии наблюдается в условиях, когдатепло отходящих газов передается непо-средственно в металлолом. Впечатляющиерешения и промышленные технологии,обеспечивающие преобразование теплаотходящих газов в чистую электрическуюэнергию не являются устойчивыми с точкизрения термодинамики. Переход от «низ-кокачественной» энергии (тепловой) к«высококачественной» энергии (электро-энергии) на базе термодинамическогоцикла требует заплатить цену в виде низ-кого выхода, который существенно сни-жает реальную пользу такого вида утили-зации энергии.

Завалка в печь предварительно нагре-той шихты является гораздо более эффек-тивным процессом, поскольку при этомпроисходит только процесс переносатепла отходящих газов к металлолому.Для обеспечения гибкости процесса пред-варительного нагрева шихты требуетсяподогрев не только металлолома среднегоразмера или низкой плотности, но и неко-торых количеств железа прямого восста-новления DRI/HBI или чугуна.

Кроме того, система предварительногонагрева шихты должна быть спроектиро-вана с возможностью ее отключения отДСП в случае технического обслуживанияили изменения стратегии загрузки печи. Сучетом этих условий, комбинация непре-рывной подачи шихты и периодическогопредварительного нагрева порциями, вы-глядит наиболее выгодной.

Телескопическая печьКомпания INTECO Fuchs ответила на опи-санные выше отраслевые вызовы своейинновационной запатентованной техно-логией Telescope EAF – телескопическойДСП. Такое решение ДСП с телескопиче-ским закрытием свода позволяет прово-

дить операцию загрузки одной завалоч-ной корзины даже с низкой плотностьюметаллолома.

Система позволяет постепенно сокра-щать объем корпуса печи с учетом ходапроцесса плавки, что обеспечивает сни-жение потерь энергии через водоохлаж-даемые панели кожуха. Подвижная си-стема подъема электродов и свода сни-жает длину электрода под зажимнымустройством, что обеспечивает значитель-ную экономию. Потребление энергии напечи снижается на 30–40 кВт·ч/т благо-даря следующим особенностям.

● Для прямого возврата энергии уве-личена высота верхней части кожухаДСП с отношением H/D около 0,6. Эф-фективность предварительного нагревалома в кожухе печи достигается за счеттепла, выделяемого горячей «пяткой»предыдущей завалки («болотом» состатком жидкого металла), горел-ками, инжекцией кислорода и повы-шенной степени дожигания СО благо-даря чрезвычайно высокому отвалу за-валки в расширенном объеме кожуха.Благодаря применению высокого на-пряжения и серийного реактора обвалскрапа сведен к минимуму даже припервой завалке.

● Завалка одной корзины и связанное сэтим сокращение потерь энергии за счетоткрытия свода обеспечивает снижениепылевой нагрузки в здании ЭСПЦ.

● Возможно улучшение баланса затратмежду химической и электрическойэнергией.

● Эффективная работа при наивысшемкоэффициенте выхода химической иэлектрической мощности.

Решение реализовано с простыми, на-дежными конструктивными особенно-стями для обеспечения высокой доступно-сти работы и легкой замены компонентов(цилиндров, подшипников и др.). Благо-даря проверенной конструкции и отказуот использования экзотических решений,обслуживание печи сводится к минимуму.● Снижение периодов отключения тока,

так как заваливается меньше корзин. Не-обходимо меньшее выравнивание лома,возможно лучшее распределение лома водной корзине и лучшее самоуплотне-ние легкого лома в той же корзине.

● Снижение расхода электродов (на прак-тике достигнуто на среднем уровне ниже1,0 кг/т).

●Меньше поломок электрода по сравне-нию с другими технологиями завалкиодной корзины.

Отличный потенциал для снижения за-трат на загрузку металлической шихты:● Больший объем корпуса ДСП позволяет

загружать более легкий и/или дешевыйлом.

● Гибкий ввод комбинированного вход-ного сырья, совместимость легкого и тя-желого лома.

Безопасность работы печи повышеназа счет следующих факторов.● Упрощение процессов и режима работы

приводит к меньшему количеству отка-зов.

● Повышение эксплуатационной готовно-сти завода со сниженным объемом тех-нического облуживания.

●Минимизация неотъемлемых рисковвзрыва во время завалки второй кор-зины (очень чувствительно во время ра-боты в зимнее время с обледенелойшихтой).

Рис. 2. Телескопическая печь Inteco Fuchs в эксплуатации

ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПЕЧИ 17


● Работы с системой Swing Door® компа-нии INTECO PTI для контроля удаленияшлака из ДСП и общего повышения про-изводительности.

Сокращение выбросов обеспечивают:● Снижение пылевой нагрузки, связанное

с уменьшением количества загруженныхкорзин.

●Меньшее выравнивание шихты.● Сопоставимо с классической ДСП, рабо-

тающей с предварительным нагревомбез очистки отходящих газов от ЛОС.

● Непроницаемая электродуговая печь снизким уровнем выбросов.

Лучшие показатели расходов и производительности:● Электрическая энергия: 340 кВт·ч/т;● Потребление кислорода: 27,5 нм3/т;● Цикл плавки от выпуска до выпуска:

41,4 мин;● Средняя мощность: 112,6 МВт;● Производительность: 225,1 т/ч (годные

заготовки);● Производительность: 155,1 т/плавку

(годные заготовки).

Эволюция процессапредварительного нагрева ломаОдним из патентов компании INTECOFuchs является непрерывная система опти-мального предварительного нагрева ломаCOSS (Continuous Optimised Shaft System).Система COSS состоит из шахты, котораяпринимает лом, чтобы его предвари-тельно нагреть отходящими газами передзавалкой в печь.

Шахта установлена рядом с корпусомэлектродуговой печи, чтобы воспользо-ваться самой высокой температурой отхо-дящих газов и дожиганием оставшегосяСО.

Скрап вводится внутрь кожуха ДСП спомощью толкателя, активируемого гид-равлическими цилиндрами с простым иточным регулированием скорости (нет не-обходимости прерывать подачу тока,чтобы загрузить лом в кожух ДСП).

Основные усовершенствованныефункции системы:●Шахта не имеет водяного охлаждения

(меньше тепловых потерь и объем тех-нического обслуживания).

● Отсутствие пальцев (меньше тепловыхпотерь и технического обслуживания).

● Работа с плоской ванной приводит кснижению шума и более низкомууровню эффекта «мерцания».

● Независимость загрузки корзин от ходапроцесса плавки – завалка не требуетпериода отключения питания, никакихреакций или взрывов, вызванных в про-цессе загрузки.

● Оптимизация загружаемого лома.● Устранение выделения запахов.

Печь работает в течение всего процессаплавки в условиях плоской ванны с вспе-

дого материала, предназначенный длявысокоскоростной подачи материалов,таких как известь, уголь, доломит, ферро-силиций или мелкая фракция DRI.

При любых изменениях сырьевого со-става шихты (например, повышенныйпроцент DRI в завалке) эта горелка позво-ляет очень легко настроить требуемыескорости вдувания кислорода, углерода,извести и потоки газа в каждой точкевпрыска новой смеси.

Управление вспениванием шлака иг-рает важную роль в процессе плавки. Ещеодин технологический инструмент компа-нии INTECO PTI представляет собой си-стему шлаковой двери SwingDoor, котораяобеспечивает контроль процесса удале-ния шлака и надлежащего количествашлака в печи (для полного закрытия дугив любой момент процесса плавления).SwingDoor действует как «пропорцио-нальный клапан» для регулирования ко-личества шлака и проведения операцийскачивания шлака. При этом присутствиеоператора перед шлаковым окномбольше не требуется.

Работа с надлежащим количествомшлака в любое время оказывает положи-тельное влияние на общее повышениестабильности и теплообмена электриче-ской дуги, а также коэффициент инжек-ции кислорода и углерода.

ЗаключениеINTECO Group сегодня является постав-щиком полного ассортимента металлур-гического оборудования для выплавкистали, включая первичную металлургиюна базе ДСП. Компания разрабатывает ипроектирует все компоненты и вспомога-тельные блоки с особенными и уникаль-ными дизайнерскими решениями, чтобывыполнить все требования рынка и кли-ентов.

Существует широкий разброс в доступ-ности и ценах железосодержащих мате-риалов. Металлурги вынуждены изменятьсоставы своих сырьевых смесей с цельюснижения производственных издержек.

Теперь современная ДСП больше невыполняет только простую роль основногоплавильного агрегата. Печь следует рас-сматривать в качестве одного из основныхинструментов сокращения операционныхрасходов. Конструкция современной ДСПдолжна включать инновационные меха-нические решения и будущие дополни-тельные пакеты, которые направлены не-посредственно на дальнейшую оптимиза-цию процесса выплавки жидкой стали вотношении к ассортименту шихтовых ма-териалов и лигатур. n


1. A. Partyka, L. Gemo, R. Gottardi, S. Miani. The Energy Recovery And

the Raw Material Flexibility Are the Keys for the Design of a New EAF.

Proceedings of the ICS Conference, Beijing 2015.

Контакты

www.inteco.at

ненным шлаком, что обеспечивает сниже-ние «мерцаний» и лучший выход годногопроцесса.

Система COSS устанавливается на рамевесов, которые в режиме реального вре-мени показывают точный вес металло-лома в шахте и позволяют оператору рас-считать массу загруженного лома. Такимобразом, шахта в любое время остаетсязагружена ломом для продолжения про-цесса предварительного нагрева.

Лучшие показатели расходов и производительности:● Потребление электрической энергии:

300 кВт·ч/т.● Потребление кислорода: 27 нм3/ т.● Цикл плавки от выпуска до выпуска:

53 мин.● Средняя мощность: 50 МВт.● Производительность: 128,2 т/ч (жидкая

сталь).● Производительность: 113,2 т/плавку

(жидкая сталь).

Технологические инструментыКомпания INTECO PTI (США) – один из ли-деров мирового класса по химико-энер-гетическим комплексам, предлагает ши-рокий спектр систем вдувания в ДСП итехнологических инструментов. В основекаждой из систем INTECO PTI лежит соче-тание высокой надежности с высокой эф-фективностью. Инструменты для инжек-ции устанавливаются на небольшом рас-стоянии от уровня поверхности жидкойванны, что повышает эффективность вду-вания и передачи тепловой энергии пла-мени горелки к металлу.

Наиболее интересной с точки зренияповышения операционной гибкости ДСПявляется одна из последних разработок:горелка Annulus Burner. Горелка AnnulusBurner объединяет три функции горелки водном инструменте: сверхзвуковую кис-лородную фурму, а также инжектор твер-

Рис. 3. Система SwingDoor™ компании Inteco

PTI в работе

ГОРЯЧАЯ ПРОКАТКА18


Инновация в производстве высокопрочной листовой стали типа HHSНа полосовых станах горячей прокатки модели формирования микроструктуры часто являются элементом системы управ-ления Уровня 2. Компания Primetals Technologies разработала систему мониторинга и прогнозирования микроструктурыстали для управления формированием структуры в потоке прокатного стана, позволяющую использовать гибкость компо-новки прокатного стана для оптимизации технологических параметров прокатки на основе моделирования микроструктуры.

Джозеф Ли, Джон Хинтон, Питер Хант, Френк ван ден Берг, Хайбинг Янг*

С РОСТОМ требований к качеству полосо-вой стали доступные на практике техноло-гические маршруты прокатки (сочетаниестратегий легирования стали и темпера-турно-деформационных режимов обра-ботки) могут стать недостаточными дляполучения необходимых конечных меха-нических свойств. Для производства улуч-шенных высокопрочных марок стали тре-буется более высокий уровень и точностьуправления процессом. Современныекомплексы полосовой горячей прокаткииспользуют сложные модели процессов исистемы управления, обеспечивающиевысокую производительность и получениекачественных готовых продуктов. Конеч-ная цель состоит в оптимизации и много-кратном воспроизводстве в промышлен-ной среде заданного материала с контро-лируемой микроструктурой и свойствами,без дефектов. В таблице приведены неко-торые аспекты материалов и производ-ства, имеющие отношение к моделирова-нию процесса.

Традиционно, владение тонкостямипроизводственных процессов ложится напроизводителя. Специфические условиякаждого конкретного прокатного стана сразличными характеристиками часто длядостижения тех же результатов требуютлокальных знаний. Общепринятый под-ход заключается в следующем. Поставщикоборудования предлагает собственноеинженерное решение с управлением про-цессами на базе своего опыта и эффектив-ном вводе агрегата в эксплуатацию. Ос-новной упор при этом делается на обес-печение заданных допусков на размерыконечной продукции, которые позволяютточно оценить показатели работы прокат-ного стана. Эффективность обеспеченияметаллургических свойств готовой про-дукции является вторичным акцентом, ко-торый остается в ведении заводского опе-ратора.

На современных полосовых станах го-рячей прокатки математические моделипрогнозирования микроструктуры сталичасто входят в состав системы управленияУровня 2 [1,2]. Они либо разрабаты-

управление переменными, перечислен-ными в таблице. Для обеспечения каче-ства своих собственных продуктов кли-енты нуждаются в материале улучшенногокачества, а сложные марки стали требуютболее строгого контроля и воспроизводи-мости условий процесса. Это ставит воглаву угла инструментальные возможно-сти и измерительные системы в режимеонлайн, которые связаны с измерениемфизических свойств (традиционно, в чер-ной металлургии измеряют температуруповерхности заготовки). Принимая вовнимание влияние окружающей среды(пар) и состояние поверхности горячегораската (окалина, загрязнения, вода) тем-пературу не измеряют непрерывно повсему технологическому маршруту. Какправило, для контроля хода производстваи обеспечения обратной связи для си-стемы 2-го уровня планирования и моде-лей в линии стоит несколько пирометров.

Потребность в измерении внутреннейструктуры стали в процессе деформациивостребована уже многие годы. Моделипроцесса, позволяющие следить за разви-тием микроструктуры с целью оценки из-мельчения зерна и проникновения де-формации, были бы весьма полезны.Природа стальных сплавов с широчайшимдиапазоном составов, конечных свойств иобластей применения продукта придаетэтому более глубокое значение, посколькупозволяет проводить количественныйанализ опытных схем прокатки вне линиистана для получения наилучших рабочихпараметров.

Методы металловедения позволяютизмерять внутреннюю структуру стальныхсплавов. В ходе высокотемпературной де-формации с контролируемым охлажде-нием происходит преобразование аусте-

ваются на заводе, либо приобретаются упоставщика, как например, модель мони-торинга микроструктуры МСМ (Micro-structure Monitor) компании Primetals Tech-nologies.

Внедрение модели МСМ на стане горя-чей прокатки позволяет использовать гиб-кость компоновки прокатного стана дляоптимизации режимов прокатки по ре-зультатам моделирования микрострук-туры. Цель состоит в моделировании раз-вития микроструктуры в реальном вре-мени. Базовая модель описывает про-цессы рекристаллизации, роста зерен ивыпадения твердых растворов, а нейро-нные сети моделей прогнозируют механи-ческие свойства стали данного химиче-ского состава и необходимые режимы об-работки.

Последние обновления этой моделивключают новый пакет анализа и работы вавтономном режиме, позволяющий опе-ратору стана оценивать ожидаемые ре-зультаты, разрабатывать надежное окнорежима обработки и определять опти-мальные рабочие характеристики микро-структуры и свойств, до того, как будутпроведены рискованные опытные про-катки на стане. Реализация в промышлен-ности модели МСМ показывает наиболь-ший прогресс среди материалов в управ-лении свойствами стали. Это объясняетсядовольно широким диапазоном техноло-гических режимов процесса и ответомсвойств стали на практику горячей дефор-мации. Задача сводится к управлениюпроцессом по полученным на модели дан-ным и прогнозированию свойств на ос-нове моделей.

В условиях растущей конкуренции тре-бования к характеристикам марок стализаставляют производителей улучшать

*Joseph Lee, John Hinton – Primetals Technologies Ltd, Sheffield, UK. Phone: +44 (0) 1707 726500 Email: [email protected]; [email protected];Peter Hunt - Primetals Technologies Ltd, Dorset, UK. Phone: +44 (0) 1202 331389 Email: [email protected];

Frenk van den Berg, Haibing Yang – Tata Steel, IJmuiden, The Netherlands. Phone: +31 2514 95186 Email: [email protected]; [email protected]

Таблица. Основные материальные и производственные аспекты, которые могут быть решены с по-мощью моделирования процесса

Материальные аспекты Производственные требованияМикроструктура Повышение производительности

Оптимальные условия Повторяемость качества

Допустимые технологические пределы Повышение выхода годного

ГОРЯЧАЯ ПРОКАТКА 19


Рис. 1. Схема головки

датчика EM

нитной фазы и формирование конечноймикроструктуры на базе морфологийферрита, которые обеспечивают механи-ческие свойства конечного продукта,включая предел текучести, ударную вяз-кость, пластичность и формуемость. Посути, это реализация высокотемператур-ного кондиционирования аустенитнойфазы путем регулирования фазового пре-вращения для получения конечной струк-туры, которая будет преимущественно со-держать феррит, но с вторичными фа-зами, такими как, карбиды, перлит,игольчатый феррит/бейнит и/или мар-тенсит. Известно, что трансформация вразличные ферритные морфологии встали сопровождается изменением маг-нитной проницаемости у различных фаз спереходом из парамагнитного в ферро-магнитное состояние. Возможность изме-рения этого перехода хорошо известна, нодля измерения электромагнитного импе-данса необходимо выделить два основ-ных условия: «холодное» и «не холодное».В втором случае труднее разместить дат-чик близко к поверхности раската(обычно с воздушным зазор в несколькомиллиметров) и конструкция датчика ста-новится сложнее (например, требуетсяводяное охлаждение и дополнительнаянадежность).

Задача развития простых датчиков вконструкцию датчика, который может из-мерять преобразования в стали в режимереального времени, является предметомисследований, проводимых в университе-тах Манчестера и Бирмингема (Велико-британия). Проводимые исследованияохватывают оценку изменения магнитныхсвойств трансформаторной стали элек-тромагнитным датчиком (технология EM-Spec университета Манчестера). Недавнобыл разработан новый инструмент, кото-рый обеспечивает онлайн измерение фа-зовых превращений в стали (детектирова-ние микроструктуры).

В университете Манчестера исследо-вали эффект магнитной проницаемости взависимости от частоты электромагнит-ного возбуждения, излучаемого датчиком[3,4]. На основе оценки влияния фазовогопревращения и частоты на магнитнуюпроницаемость была разработана кон-струкция датчика с некоторым спектромчастот возбуждения (рис. 1). Принцип его

работы заключается в том, чтобы проана-лизировать комплексное сопротивление(импеданс) для каждой частоты и оценитьразвитие фазового превращения по изме-ренному углу поворота векторов импе-данса [5]. За счет измерений в спектре ча-стот датчик становится менее восприим-чивым к потенциально возможным поме-хам в процесса работы.

Исследователи из Манчестера провелипромышленные испытания датчика натрех заводах компании Tata Steel в Европе(Порт Талбот и Сканторп в Великобрита-нии, Эймейден в Голландии), которые до-казали работоспособность датчика и на-дежность его работы в жесткой средестана горячей прокатки.

Позднее компания Primetals Technolo-gies (бывшая Siemens Metals Technologies)заняла центральное место в развитии этогопромышленного датчика, электроники дляобработки сигналов и программного обес-печения. Первоначальные испытания дат-чика были проведены на заводе в Эймей-дене с установкой системы из трех датчи-ков на отводящем рольганге промышлен-ного полосового стана горячей прокатки№ 2. Компания Primetals Technologies по-ставила комплект оборудования с тремядатчиками, которые были установлены ря-дом с существующими пирометрами дляизмерения преобразований структуры отчистовой клети до подпольных моталок[5]. На рис. 2 показан датчик EM, разрабо-танный в Университете Манчестера с уча-стием Tata Steel, который доказал работо-способность концепции на промышлен-ном прокатном стане.

Применение на полосовых станахгорячей прокаткиНа полосовых станах горячей прокаткипроцесс деформации может быть на-строен для получения конечных микро-структур с широким спектром прочностиполос в рулонах из различных сталей: сочень низким содержанием углерода(практически одна фаза феррита) и довысокопрочных сталей с двойной илитройной фазой, где предел прочности нарастяжение может превышать 1000 МПа.Переменные процесса и режимы прокатки(температура на выходе из последнейклети стана, режим охлаждения и конеч-ная температура смотки) для этих ком-плексных трехфазных сталей должны на-ходиться в довольно узком диапазоне.Управление этими переменными во времяпоследовательности охлаждения имеетрешающее значение для получения пра-вильной окончательной микроструктуры,стабильного и повторяемого процесса.

На рис. 3 представлена схема отводя-щего охлаждающего рольганга полосо-вого стана горячей прокатки для примераприменения модели МСМ Primetals Tech-nologies. Показано типичное местораспо-ложение установленных онлайн измери-тельных приборов и трех дополнительныхEM датчиков в ходе проведения испыта-ний на прокатном стане в Эймейдене.Зона охлаждения полос является жесткойи агрессивной средой для внедрения тра-диционных методов мониторинга (напри-мер, вода приводит к неточности работыпирометров). Дополнительное преиму-щество EM датчиков заключается в том,

Целевой потокзондирования

Активная стороназондирующего потока

Активная сторона

Холостая сторона

Общая катушкивозбуждения

Ферритовый сердечник

Холостая стороназондирующего потока

Активнаявоспринимающая

катушка

Холостаявоспринимающая

катушка

Рис. 2. Прототип датчика Университета

Манчестера/Tata Steel и место его уста-

новки в линии отводящего рольганге

полосового стана

Рис. 3. Типичные измерительные приборы в линии стана и предлагаемые места расположе-ния датчика EM в промышленных испытаниях на полосовом стане горячей прокатки

Последняя финишнаяпрокатная клеть (F7)

n Давлениеn Крутящий моментn Натяжениеn Межвалковый зазорn Скорость прокатки

n Пирометрn Датчик EM

n Датчик EM n Пирометрn Датчик EM

Контролируемое ламинарное водяное Подпольные моталки охлаждение полосы на отводящем рольганге

ГОРЯЧАЯ ПРОКАТКА20


что обратная связь напрямую зависит отусловий трансформации микроструктуры.Это отличает его от косвенных измеренийтемпературы, результаты которых необхо-димо коррелировать с моделями процес-сов (таких, как МСМ) и окончательноймикроструктурой смотанной в рулон по-лосы.

Интерпретация сигнала EM датчикаКлючом для разработки этой техники яв-ляется понимание и интерпретация значе-ния сигнала EM датчика в контексте мик-роструктуры стали. Как показали «холод-ные» эксперименты с датчиком EM, это нетак просто. На измеряемый сигнал влияютмногие микроструктурные составляющие.Например, низкие частоты индуктивностиобеспечивают лучшую чувствительность кизменениям относительной проницаемо-сти при изменении ферритной фракции.Откалиброванный датчик EM может бытьиспользован для оценки двухфазной фер-ритно-перлитной микроструктуры бес-контактным, неразрушающим способом.Он также позволяет измерить предше-ствующий размер зерен аустенита (темпе-ратурно-деформационный режим) и ихориентацию. Полосчатая структура и текс-тура в стали могут влиять на измененияимпеданса [3]. Требуется дальнейшее глу-бокое изучение чувствительности датчикаEM к этим изменениям микроструктуры,особенно для условий толстолистовойпрокатки.

Понятно, что существуют четкие ком-мерческие преимущества примененияэтого датчика в сочетании с другими ме-тодами измерения в линии полосовогостана горячей прокатки. При тонколисто-вой прокатке такой датчик работает эф-фективно за счет однородности микро-структуру и температуры по толщине по-лосы. Для лучшего понимания работыдатчика во всем диапазоне толщин прока-тываемых полос запланировано продол-жение полномасштабных испытаний [5].Прямое измерение развития микрострук-туры обеспечивает лучшее пониманиепроцессов охлаждения/трансформации ипозволяет более последовательно дости-гать требуемую микроструктуру и свой-ства.

Кроме изменения микроструктуры потолщине, она меняется и по ширине сталь-ного листа (шириной от 1,5 до 4,8 м длятипичного толстолистового стана 5000).При производстве ответственных сталь-ных листов для производства толстостен-ных магистральных трубопроводов воз-можно измерение микроструктуры и тем-пературы в нескольких точках по ширине.Для достижения этой цели между роли-ками рольганга можно установить(рис. 5,а) три датчика на всей ширине ли-ста (на осевой линии и по краям). Прибольшом диапазоне прокатываемых ши-рин можно два внешних датчика сделатьподвижными. На рис. 5,б и рис. 5,в пока-зан корпус датчика Primetals и сам датчик.В зависимости от компоновки стана, ас-сортимента продукции и функциональныхвозможностей системы управления суще-ствует много потенциальных позиций дляустановки EM датчиков в линии стана.

Для нового стана с системой ускорен-ного охлаждения (ACC) и широким сорта-ментом проката следует рассмотреть триместа установки (рис. 6).

По своей сути, датчик EM можно ис-пользовать в виде триггера для предска-зания старта стадии процесса прокатки.Позиция первого датчика перед клетьюлистового стана позволяет проводить де-формацию за один проход с трансформа-цией определенной объемной доли аусте-нита. Такой подход чаще используется настанах без АСС для термомеханическойпрокатки высокопрочной стали. При на-личии ACC общим подходом является вы-полнение последнего прокатного прохода

Применение на толстолистовыхстанахСистема МСМ уже продемонстрировалаэффективность управления работой поло-совых станов горячей прокатки на базе мо-дели формирования микроструктуры. Не-давно она пришла и на толстолистовыестаны (ТЛС). Задержка в применении объ-ясняется двумя причинами: неоднороднымразвитием микроструктуры по толщине иналичием большого числа разнообразныхкритических применений готовых толстыхлистов. Цель для листовых продуктов за-ключается в достижении конкретныхсвойств, таких как стойкость стали к зарож-дению трещины и ударная вязкость.

Кроме того, применение этого методак толстолистовой стали требует дополни-тельной оценки и интерпретации сигналовдатчика EM. При этом необходимо учиты-вать дополнительные факторы: ● изменения температуры по толщине ли-

ста;● неоднородность микроструктуры (рас-

пределение частиц по размерам, влияю-щее на количество и расположениецентров кристаллизации в процессетрансформации);

● влияние ориентации зерен (от направ-ления прокатки) и полосчатой микро-структуры (например, включения MnS ицентральная сегрегация);

● текстуру (хотя обычно она менее выра-жена, чем на других марках сталей, та-ких как электротехнические и IF-сталидля глубокой вытяжки).

Требуется также рассмотреть особен-ности конструкции головки датчика. Дляполосового стана она имеет поперечноерасположение полюсов вдоль высоты 120мм, что обеспечивает проникновение сиг-нала через проходящий стальной лист наглубину 5-10 мм (рис. 4).

Для более глубокого измерения на ти-пичных толщинах толстолистовой сталитребуется увеличение расстояния междуполюсами. Это означает, что показаниядатчика будут усредненными по глубине,где температура и микроструктура изме-няются при разных температурно-дефор-мационных режимах. Следует расширитьпонимание влияния компонентов микро-структуры на сигнал датчика.

Рис. 4. FEM модель поля проникновения

60

50

40

30

20

10

00 20 40 50 80 100 120

1000 мм

x10-5

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

50 м

м

BМ

агнитуда

а) б) в)

Рис. 5. а) Положение трех датчиков по ширине отводящего рольганга; б) Контейнер датчика и его корпус; в) Датчик

ГОРЯЧАЯ ПРОКАТКА 21


вблизи температуры превращения аусте-нита в феррит (Ar3), поэтому датчик мо-жет быть использован для контроля каче-ства и проверки завершения деформациипо длине листа выше температуры Ar3.

Второй датчик устанавливается передмашиной ускоренного охлаждения. Этотдатчик может инициировать охлаждениесразу после формирования определеннойобъемной доли пре-эвтектоидного фер-рита. Оставшийся аустенит переходит вболее прочную фазу, такую как бейнит(после ACC). Этот метод может быть при-менен для производства трубных сталей,разработанных на основе деформацион-ного дизайна [8-10], где сочетание «мяг-кой» (феррит) и твердой (бейнит) фаз мо-жет быть использовано для получениянизкого соотношения предела текучести кпределу прочности (Y/T) по заданнойкривой напряженно-деформированногосостояния. Высококачественные стальныелисты для производства толстостенныхтруб магистральных трубопроводов, про-катанные на основе деформационной мо-дели, должны полностью сохранять своюфункцию при пластической деформации(продольном изгибе). Такие трубы при-меняют в арктических регионах, где про-цессы заморозки/оттаивания почвы могутвызывать их движение, в районах с высо-кой сейсмической активностью и для под-водных трубопроводов, где в процессеукладки возникают деформации. Стали сдвухфазной микроструктурой также могутподходить для трубных сталей повышен-ной прочности. Проверку микроструктурыможно выполнять для контроля качествана классах сталей, где нежелательно начи-нать охлаждение ниже Ar3.

Третий датчик расположен на выходеиз машины ACC. Обратная связь по мик-роструктуре может дать информацию дляонлайн-моделей (таких как МСМ) с цельюпрогнозирования микроструктурныхсвойств или проверки эмпирических рас-четов на других моделях. Адаптируя мо-дели охлаждения, которые полагаются нарасчеты объемной доли феррита и аусте-нита с собственными термическими свой-ствами, можно повысить точность про-цесса охлаждения.

Установка датчика EM в этой областитакже может дополнить новейшие пере-довые технологии, такие как процесс го-

рячей обработки онлайн HOP (heat-trea-tment on-line process), разработанныйкомпанией JFE Steel Corporation [11].

Технология НОР позволяет реализо-вать нестандартное управление процес-сами формирования структуры. Благо-даря немедленному нагреву листа послеускоренного охлаждения появилась воз-можность контролировать процессы пре-вращения, выделения карбидов и образо-вания второй фазы, не достигаемые тра-диционным способом. В этом случае ма-шина охлаждения АСС останавливаетсяпри микроструктуре из бейнита и непре-вращенного аустенита перед повторнымнагревом. Остаточный аустенит, обога-щенный диффундированным из бейнитауглеродом, трансформируется до остров-ков твердой мартенсит/аустенитной фазы(МА). Главным преимуществом процессаHOP является получение МА фазы с одно-родной и мелкодисперсной высокоугле-родистой фазой, твердой второй фазой,которая повышает предел прочности наразрыв материала и соотношение Y/T, де-лая полученный материал пригодным длятрубных сталей, спроектированных на ос-нове деформационного подхода. Ост-ровки MA могут оказывать негативноевлияние на показатели ударной вязкости,если их размер и распределение не конт-ролируются. Описанные усовершенство-ванные марки стали требуют большихусилий при разработке, специальных зна-ний, точного понимания и контроля про-цесса горячей деформации. Внедрениесистем с обратной связью по микрострук-туре позволит ускорить развитие такихсталей с меньшим объемом исследова-ний, что сделает их привлекательнымидля более широкого круга производите-лей [12].

ЗаключениеРазработка метода измерения в режимеонлайн эволюции микроструктуры сталиоткрывает возможности для внедренияуправления на прокатном стане с замкну-тым контуром по моделям микрострук-туры стали. Это позволит сократить объемфизических испытаний прокатываемыхпродуктов при совершенствовании про-цессов управления и сертификации про-дукции на базе моделирования. Новыйдатчик, работая в сочетании с традицион-

ными системами измерения, обеспечи-вает дополнительные преимущества засчет непосредственного отражения и про-гнозирования изменений в микрострук-туре, более последовательного достиже-ния требуемой микроструктуры и конеч-ных свойств продукта. Новый датчик обес-печит дальнейшие совершенствованиепроцесса прокатки, позволит быстрее идешевле разрабатывать новые прогрес-сивные марки стали в будущем. Такойдатчик предоставит большему числу ком-паний новые возможности для конкурен-ции в этой привлекательной нише рынка,обеспечит глубокое понимание процессадля улучшения качества продукции у тех,кто уже находится на переднем крае этойобласти. n


1. J. Hinton, J. Lee, H.U. Löeffler. The Industrial Application of Mi-

crostructure Modelling; a View out of the Process Window. Materials

Science Forum, Vol. 753 (2013) p. 31.

2. H.U. Löeffler. New Analysis and Simulation Features of the Mi-

crostructure Monitor and First Results from Plate Mills. AISTech 2011,

Indianapolis, USA, 2–5 May 2011.

3. M.P. Papaelias, M. Strangwood, A.J. Peyton, C.L. Davis. Measurement

and Modelling of the Electromagnetic Response to Phase Transforma-

tions in Steels. Met. Mat. Trans. A, 35A (2004), p. 965.

4. C.L. Davis, S.J. Dickinson, A.J. Peyton. Impedance Spectroscopy for

remote analysis of steel microstructures. Ironmaking and Steelmak-

ing.Vol. 32, no. 5 (2005), p. 381.

5. P. Hunt, F. Van Den Berg, H. Yang. The Real Time Transformation Con-

trol at Hot Strip Mill. Metec 2015.

6. L. Zhou, J. Liu, X.J. Hao, et Al. Quantification of the Phase Fraction in

steel using an electromagnetic sensor. NDT&E Int. 67 (2014), p. 31.

7. Y. Shinohara et Al. Development of a high strength steel line pipe

for strain-based design applications. 17th International Offshore and

Polar Engineering Conference, Lisbon, Portugal, 2007.

8. S-H. Chon, J-Y. Yoo, J-S. Kang. Development of Heavy Gauge X80

Linepipe Steels for Low Temperature Usage. Rio Pipeline Conference &

Exposition 2011, Rio de Janeiro, Brazil.

9. T. Hara et Al. Metallurgical design and development of high-grade

line pipe. The International Pipeline Conference, Calgary, Canada, 2012.

10. I. Robinson, M. Hulley. Control of plate thermomechanical proper-

ties using MULPIC® plate cooling technology. AISTech 2013, Pittsburgh,

USA.

11. M. Okatsu, N. Shikanai, J. Kondo. Development of a High-Deforma-

bility Linepipe with Resistance to Strain-aged Hardening by HOP®

(Heat-treatment On-line Process). JFE Technical Report No. 12 (Oct.

2008).

http:// www.jfe-steel.co.jp/en/research/report/012/ pdf/012-03

12. K. Jonnson et Al. The effect of microstructure on tensile behaviour

of X80 microalloyed steel. The International Pipeline Conference, Cal-

gary, Canada, 2012.

Рис. 6. Три потенциальных места расположения датчиков EM в линии толстолистового стана

1. Вход в клеть 2. Вход в систему 3. Выход из системы кварто ТЛС ускоренного ускоренного

водяного охлаждения водяного охлаждения

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО22


Процесс и технологии отжига полос из сверхпрочной стали класса AHSSПроизводство полос из сверхпрочной стали класса AHSS для автомобилестроения требует строгого контроля режимаохлаждения на линии непрерывного отжига, чтобы ограничить отклонения прочности полосы внутри рулона с целью улуч-шения однородности и формуемости. Для достижения требуемых характеристик сверхпрочной стали AHSS группа Fives(Франция) разработала новую систему мгновенного охлаждения Wet Flash Cooling.

Эрик Магаду*

ТЕХНОЛОГИЯ водяного охлаждения, ис-пользуемая на непрерывных линиях от-жига прокатанных полос уже более чем 30лет, в настоящее время применяется и дляобработки полос из высокопрочных марокстали (HSS). Под воздействием ростаспроса на высокопрочные стали HSS былиразработаны различные марки сверхпроч-ной стали (AHSS), для которых также оце-ниваются предел текучести и другие свой-ства, обеспечивающие их улучшеннуюформуемость. Производство стали классаAHSS на линии непрерывного отжига тре-бует строгого контроля режима охлажде-ния для ограничения колебаний показате-лей прочности в рулоне, чтобы повыситьоднородность и улучшить способность кформованию. Для достижения требуемыххарактеристик сталей AHSS группа Fivesразработала новую систему мгновенногоохлаждения Wet Flash Cooling.

Эта технология предлагает более гиб-кое управление циклом охлаждения по-лосы, включая начальную и конечную тем-пературы охлаждения полосы и модуля-цию скорости охлаждения. Технология ус-пешно работает с 2009 года на линии не-прерывного отжига большой производи-тельности одного из ведущих металлурги-ческих заводов в мире.

Характеристики стали класса AHSSСпрос на сталь класса AHSS динамичнорастет, особенно на автомобильномрынке. Специально для автомобилестрое-ния были разработаны многочисленныемарки такой стали [1]. Производствосверхпрочных марок стали, основанных наформировании мартенситной структуры,должно точно соответствовать требова-ниям к скорости охлаждения согласно диа-грамме превращений при охлаждении(CCT). Если скорость охлаждения будет не-достаточно высокой, то для того, чтобы из-бежать образования вместо мартенситаверхних фаз, таких как перлит и бейнит,марка стали должна быть обогащена болеевысоким содержанием некоторых допол-нительных элементов, таких как кремнийили молибден. Однако эти дополнитель-ные легирующие элементы могут оказы-вать негативное влияние на качество точеч-ной сварки и формуемость.

Следовательно, на перспективных ли-ниях непрерывного отжига полос в буду-

наиболее предпочтительным является по-лучение наивысшего значения пределапрочности на разрыв при химсоставестали с низким содержанием C. Такиемарки стали обеспечивают улучшенноеповедение полос при формовке и позво-ляют снизить возможность проявленияхрупкости и внутреннего излома при то-чечной сварке.

Технологический процессПроцессы для получения сверхвысокойскорости водяного охлаждения были раз-работаны и внедрены на промышленныхлиниях отжига уже более 30 лет назад. Сцелью улучшения механического поведе-ния упрочненной стали после закалки во-дой может быть проведен процесс после-дующего отжига. Типичный цикл закалкиводой с последующим отжигом схема-тично представлен на рис. 1.

Следует отметить, что такая закалка споследующим отжигом требует примене-ния высокомощного индукционного на-грева после водяного охлаждения.

Процесс водяного охлаждения долженотвечать следующим требованиям.

щем встанет вопрос о возможном сниже-нии в составе стали таких дополнительныхэлементов, что потребует значительногоболее высоких скоростей охлаждения вцикле отжига.

Повышенная скорость газового охлаж-дения может быть достигнута за счет при-менения атмосферы с более высоким со-держанием H2 в секции охлаждения. Этатехнология позволяет достигать скоростиохлаждения до 200 °C/с/мм толщины, ко-торые подходят для производства боль-шинства высокопрочных двухфазных ма-рок сталей (DP). Для сталей типа AHSS

*Eric Magadoux, инженер департамента НИОКР, компания Fives Stein (Франция), группа Fives [email protected] По материалам доклада автора на конференции METEC в июне 2015 года в Дюссельдорфе, Германия

Рис. 1. Типичный цикл отжига

с процессом закалки водой WQТемпература

Закалка с отпуском

Время

Рис. 2. Схема испытательного стенда

1. Коллектор с форсунками2. Манометр 3. Испытываемый стальной лист 4. Привод с тросиком5. Балка 6. Вертикальная тележка с датчиком положения и регистрирующимустройством для записи температуры и положения тестируемого листа7. Нагревательное устройство 8. Резервуар для воды 9. Насос 10. Регулирующий клапан

1

28

910

36

4 7

5

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 23


1. Высокая интенсивность охлажденияполосы со скоростью до 1000 °С/с (ско-рость охлаждения, которая традиционноожидается металлургами, составляетоколо 400 °С/с).

2. Для достижения хороших механиче-ских свойств и высокой плоскостности навсей длине полосы требуется точное регу-лирование скорости охлаждения и обес-печение высокой термической однород-ности полосы в течение всего процессатермообработки.

3. Гибкость в выборе температуры по-лосы как для начала, так и для конца во-дяного охлаждения.

Технологический процесс группы Fivesоснован на принципе формирования «ки-пящей пленки» на поверхности полосы засчет водораспыления для того чтобы соот-ветствовать этим требованиям.

Разработка технологииСовременные технологии закалки позво-ляют обеспечивать достаточные показа-тели в отношении ожидаемой интенсив-ности охлаждения даже для относительнотолстой полосы (типичная толщина по-лосы для этих марок стали составляетоколо 1,5 мм). Тем не менее, не все тех-нологии доказали свою эксплуатацион-ную гибкость в отношении температур-ного режима (в частности, возможность

остановить процесс охлаждения при лю-бой температуре полосы при хорошейтемпературной однородности по всей по-лосе). В связи с этим группа Fives разрабо-тала программу создания новой техноло-гии, которая включала проведение об-ширных исследований:● численное моделирование и расчеты; ● эксперименты на испытательном стенде

для изучения характеристик теплопере-дачи распыляющих сопел, чтобы иссле-довать равномерность охлаждения игибкость проведения термической обра-ботки;

● конструирование оборудования для ра-боты в вертикальном расположении иподходящего для всех марок стали;

● ввод в промышленную эксплуатацию.

Скорость охлажденияВо время реализации этой программыбыли протестированы различные геомет-рические конфигурации распылительныхсопел с целью оптимизации сетки охлаж-дающей форсунки. Цель состояла в том,чтобы изучить характеристики и улучшитькоэффициент теплопередачи в соответ-ствии с некоторыми параметрами фор-сунки. Для экспериментов был разработаниспытательный стенд, обеспечивающийнагрев и охлаждение полосок стальныхобразцов (рис. 2). Испытательный стендвключал в себя:

● тестируемый стальной лист с термопа-рами;

● вертикальную тележку для зажима сталь-ного листа, обеспечивающую возмож-ность его перемещения вверх и вниз;

● пластины нагревательного устройства;● систему охлаждения.

Перед проведением теста на охлажде-ние стальной лист поднимается вверх длянагрева до 900 °С. Затем включается си-стема охлаждения и стальной лист пере-мещается вниз с постоянной скоростью180 м/мин. Этот полномасштабный тестмоделировал промышленные условия игеометрию форсунки водораспылитель-ного охлаждения, которая затем былаустановлена на производственную линию.

Группа Fives продолжила совершен-ствовать свою технологию, что привело кразработке более эффективной конструк-ции второй опрыскивающей форсунки. Вэтой новой геометрии сетка форсункистала плотнее, а форсунка была прибли-жена к полосе (на 100 мм вместо 250 ммдля первого варианта геометрии). Основ-ное улучшение в повышении эффективно-сти охлаждения обеспечило меньшее рас-стояние между полосой и форсункамипри исключении взаимовлияния междураспыляющими форсунками.

Хорошо известно, что коэффициенттеплообмена лучше, когда проходящая

Рис. 3. Влияние конечной температуры полосы на глобальную скорость

охлаждения (начальная температура составляет 900 °С)

Конечная температура полосы (°C)

Глоб

альн

ая с

коро

сть

охла

жде

ния

(°C/

c)

200 400 600

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

Рис. 4. Влияние давления воды на усредненную скорость охлаждения от

900 до 200 °C для двух конфигураций водораспылительных форсунок

Давление воды (бар)

Сред

няя

скор

ость

охл

ажде

ния

(°C/

c)

0 2 4 6 8 10 12 14

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

Геометрия 2

Геометрия 1

Рис. 5. Пример цикла термообработки Q&P

Дробная обработка

Время

Температура

Ac 1

Ms

WQ

Mf

Рис. 6. Различные скорости охлаждения на типичной CCT диаграмме

(С 0,2 %, Mn 1,2%, Si 0,2%) и сравнение их с традиционной технологией

охлаждения газовой струей

Время, сек

Тем

пера

тура

пол

осы

(°С)

0,01 0,1 1 10 100 1000

1000

800

600

400

200

0

Газовое охлаждение

75% H2

5% H2

F

P

B

M

12 bars 13 bars 0,07 bar

ПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО24


полоса холодная (температура ниже точкиЛейденфроста, обычно 400-600 °С в за-висимости от конфигурации). На рис. 3четко видно влияние конечной темпера-туры полосы на общую скорость охлажде-ния (начальная температура составляет900 °С).

На рис. 4 приведены полученные ре-зультаты, отражающие влияние давленияводы на среднюю скорость охлаждения.Геометрия 1 форсунки обеспечивает оп-тимальную производительность при дав-лении воды приблизительно 5 бар. Гео-метрия 2 является более эффективнойпри любом давлении воды. При давлении12 бар средняя скорость охлаждения оттемпературы 900 °C до 200 °C составляетоколо 1500 °С/с.

В форсунку промышленной конструк-ции подают воду и азот. В испытательнойустановке азот заменили воздухом. Ско-рость охлаждения полосы контролируетсядавлением подаваемой воды (рис. 4),расход газа также корректируется соответ-ствующим образом.

Давление воды можно регулироватьиндивидуально в каждой группе форсу-нок (или даже в каждой форсунке), атакже и в поперечном направлении, чтопозволяет контролировать скорость

струями сухого газа, при которой скоростьохлаждения контролируется содержа-нием Н2 в обдувающей атмосфере, про-цесс мгновенного охлаждения Wet FlashCooling® предлагает более широкие тех-нологические возможности (рис. 6).

Промышленное внедрениеЭта концепция успешно доказала свою ра-ботоспособность в течение четырех летпромышленной эксплуатации на непре-рывной линии отжига одного из ведущихметаллургических заводов в мире. Типич-ная схема охлаждающего прохода полосыпоказана на рис. 7. Конфигурация линиипрохождения полосы может быть верти-кальной (с проходом вверх или вниз).Расход воды, применяемый для питанияводораспылительной форсунки, являетсядовольно низким (рис. 8), особенно посравнению с другими технологиямиохлаждения [3]. Промышленная эксплуа-тация подтвердила хорошую термическуюоднородность по всей длине и ширине по-лос при обработке.

ЗаключениеСистема мгновенного охлаждения WetFlash Cooling® является эффективной тех-нологией в процессе производства любыхтипов полосовой стали на линии непре-рывного отжига, от марок стали CQ домартенситных классов. Конструкция фор-сунки и геометрия сетки обеспечиваютвысокую гибкость процесса охлаждения.Очевидно, что возможность остановкипроцесса охлаждения при любой темпе-ратуре полосы представляет наибольшийинтерес для производства конкретных ма-рок стали, таких как Q&P. n


1. B. Mintz. Hot dip galvanizing of transformation induced plasticity

and other inter-critically annealed steels. International Materials Re-

views, 2001, Vol 46, No 4, p. 169.

2. B.C. De Cooman, J. G. Speer. Quench and partitioning steel: a new

AHSS concept for automotive anti-intrusion applications. Steel re-

search int. 77 (2006) No 9-10, p. 634.

3. D. Bourquegneau, A. Fouarge, V. Lhoist, J. Crahay, P. Klinkenberg, P.

Simon. Production d’aciers à haute résistance par un dispositif de re-

froidissement à turbulence controlee. La Revue de Métallurgie-CIT, Juil-

let-Août 2003, p. 697.

охлаждения в течение всего периодаохлаждения. Кроме того, для измененияусловий охлаждения образца можно вы-ключать некоторые группы форсунок.

Эксплуатационная гибкость При применении традиционных процес-сов водяного охлаждения конечная тем-пература полосы близка к температуреводы (в любом случае ниже точки Mf).Для продолжения закалки с последующимотпуском требуется дальнейший повтор-ный нагрев полосы.

Технология мгновенного охлажденияWet Flash Cooling позволяет полностьюконтролировать процесс охлаждения, т.е.начальную и конечную температуры по-лосы и скорость охлаждения. Это обес-печивает возможность получения марокстали TRIP, но также и марки стали Q&P [2].Для получения стали марки Q&P с частич-ным превращением аустенита в мартенситтребуется охлаждение стали до заранееопределенной температуры закалки, а за-тем проведение при подходящей темпе-ратуре последующей дробной стадииохлаждения, при которой углерод мигри-рует из перенасыщенного мартенсита ваустенит. Пример такого цикла отжига по-казан на рис. 5.

Благодаря хорошей контролируемостискорости охлаждения можно сделать вы-вод, что этот процесс хорошо подходитдля получения желаемой структуры. Посравнению с технологией охлаждения

Рис. 7. Пример планировки процесса быстрого

охлаждения Wet Flash Cooling®

Секцияохлаждения 1

Секцияохлаждения 2

Рис. 8. Тепловой поток и расход потока воды на

полосу при температуре полосы 400 °C

Тепл

овой

пот

ок (к

Вт/м

2 /сто

рону

)

Расход воды (м3/ч/м2)

5000

4000

3000

2000

1000

00 50 100 150 200

Furnaces International: новый формат специализированного журналана английском языке Издательского Дома Quartz Business Media Ltd.

(Великобритания) для специалистов во всем мире в областиоборудования и технологий различных видов промышленных печей!

Журнал издается только в цифровом формате и отправляется побесплатной подписке в электронном виде прямо на почтовый ящикспециалистам всего мире из разных секторов черной металлургии,алюминиевой и стекольной промышленности.

Первый апрельский номер 2016 года уже в рассылке.Подпишитесь сегодня на бесплатную рассылку:www.aluminiumtoday.com/furnaces/subscribe

+ 1 . 4 4 0 . 2 3 2 . 5 8 8 7 U S Aw w w . g u i l d i n t . c o m

сваритьНаше оборудование для стыковки рулонов поможет Вам связать

все свободные концы!

Компания Guild International (США) может спроектировать и построить необходимые Вам

сварочные машины для поддержания на ваших технологических линиях гладкого процесса

и непрерывной работы с ростом рентабельности.

Наша компания является мировым лидером в области поставки оборудования для стыковки рулонов

на технологических линиях для обработки стальных полос и производства сварных труб.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы Ваши линии работали непрерывно!

Полностью автоматизированная установка RCM ZipwelderTM является самымпрогрессивным техническим решением для

стыковой сварки прокатанных полос из всех доступных на рынке

Машина контактной электросваркиNB Overlap Resistance ZipweldersTM

обеспечивает быструю сварку с высокопрочными сварными швами

Сварочные машины SeamweldersTM серии QMобеспечивают высококачественную сварку

полос встык с превышением толщинысварного грата не более чем на 10%

толщины основной полосы

��

�� !"#!$�� !�� " ��#��$��!�

�$�$%��& '(!$�! �)!$�� %�� %��$�$$�� *�� '(!$�&'()*+)�,-./+)(0�� 123�� #�� 4��

��4��%4�� 5��

�+��,��-�,�� .��/�

) ��.��0��+��

��.��

111�234567589:;6<754=�26��

�� ♦♦♦♦��>��,��0��+�0��♦♦♦♦��-��,��0��

?��-��♦♦♦♦�@�� .�

) ��.��0��+��

��.��

111�234567589:;6<754=�26��

Documents

Steel Times International May 2016 Russian Issue