Технология XXI века. Перспективы России

 
На установках можно было в широком  диапазоне изменять параметры разливки для изучения их влияния на свойства стальной полосы. Кроме того, установки  можно было использовать и для  детальных исследований, например изучения параметров охлаждения различных марок стали, а также для разработки и усовершенствования конструкций самих установок. 
 
После нескольких лет интенсивных исследовательских работ на экспериментальных установках были получены настолько многообещающие результаты, что фирмы Thyssen Stahl и Usinor Sacilor в октябре 1989 года приняли решение осуществить совместную промышленную реализацию проекта и провести опробование на крупномасштабной опытно-промышленной установке. Проект получил название "Myosotis". 
 
После проектирования и строительства в 1991 году установки на заводе в г. Исберг фирмы Ugine (Франция) были начаты первые опыты по разливке стали. 
 
В мае 1992 года были прокатаны 10-тонные полосы, а в 1993 году - полосы массой до 25 т. В 1995 году масса плавки составляла 92 т, плавка разливалась в течение 100 мин. 
 
В результате длительных напряженных исследований, проводившихся во многих странах ведущими металлургическими и машиностроительными компаниями, была создана промышленная технология непрерывной разливки тонкой полосы на вертикальном двухвалковом модуле. Компании, занимавшиеся этой проблемой, вначале действовали независимо, затем начали вырабатывать общие программы и вступать в партнерские отношения, объединяя свои производственные мощности, инженерно-технические разработки и ноу-хау. 
 
В Европе результаты исследований фирм Thyssen Krupp Stahl AG и Usinor по проекту Myosotis были объединены с данными фирм Acciai Special! Terni S. p. А. и CSM (Италия), Voest-Alpine Industrieanlagenbau GmbH (Австрия) в один европейский проект. 
 
Цель этого проекта заключалась в сооружении в г. Крефельд на заводе фирмы Krupp Thyssen Nirosta GmbH (KTN) первой в Европе промышленной установки для прямого литья полосы, а также расширении объемов работ на опытно-промышленной установке в г. Терни (фирма Acciai Speciali Terni AST). Партнеры учредили общество, которое начало разрабатывать проект под названием "Eurostrip" ("Европейская полоса") /16,17/. 
 
В декабре 1999 года на заводе г. Крефельд была разлита первая промышленная плавка коррозион-ностойкой стали аустенитного класса массой 36 т, и получен лист шириной 1100 мм и толщиной 3 мм. С марта 2000 года устойчиво разливается полный ковш вместимостью 90 т. Жидкая сталь поступает через промежуточный ковш на разливочную машину. Лист с помощью вытягивающих роликов передается на моталку. По окончании разливки рулон разматывается и разделяется на рулоны меньшей массы. Поверхность листа не имеет дефектов. В продольном направлении лист по форме соответствует требованиям к горячекатаному листу, а в поперечном направлении - к холоднокатаному. 
 
Кромки характеризуются очень высоким качеством. 
 
Листы обжимали до толщины 0,8 мм на стане холодной прокатки, отжигали и оценивали по действующим стандартам. Поверхностные дефекты отсутствовали. Благодаря быстрой кристаллизации чистота была выше, чем обычно. В результате возросла коррозионная стойкость. Механические свойства соответствовали свойствам обычного листа, однако относительное удлинение находилось на нижнем пределе. В рамках развития работ по проекту Eurostrip предполагается довести в 2003 году производство коррозионно-стойкой тонкополосовой стали на заводе в г. Крефельд до 400 000 т. 
 
Для отработки технологии литья углеродистых и трансформаторных сталей в рамках проекта Eurostrip используется опытно-промышленная установки в г. Терни, Италия (фирма Acciai Special! Terni, AST) /18/. 
 
В 1985 году в Австралии фирма ВНР (Broken Hill Proprietary) и японская фирма IHl (Ishikawajima Heavy Industries) начали совместные исследовательские работы по прямой отливке тонкой полосы. 
 
На основании полученных результатов в 1999 году была введена в эксплуатацию установка в г. Порт-Кемб-ла (Австралия) для отливки полосы из малоуглеродистых сталей /19, 20/. 
 
В январе 2000 года было подписано соглашение между американской фирмой Nucor, фирмами ВНР и IHI о создании совместного проекта Castrip LLC с целью внедрения разработок ВНР и IHI в США на заводе фирмы Nucor в г. Кроуфордсвилл, Проект осуществляется совместно с фирмой Industrial Solution and Servis Croup of Siemens and Siemens Energy & Automation, Inc. (Германия). Согласно проекту установка из г. Порт-Кембла перенесена на завод в г. Кроуфордсвилл с соответствующей реконструкцией и модернизацией. Фирмам Nucor и ВНР будет принадлежать по 47,5% активов новой компании, фирме IHI - 5%. Фирма ВНР обладает исключительным правом продажи новой технологии в Австралии, Новой Зеландии и Юго-Восточной Азии, фирма Nucor - аналогичным правом в США и Бразилии /21/. 
 
Ввод в эксплуатацию новой установки осуществлен в мае 2002 года /22/. 
 
В табл. 2 приведены технические характеристики наиболее крупных промышленных установок. 
 
В январе 1996 года фирма Nippon Steel сообщила о своих планах ввести в действие в ноябре 1997 года на заводе в г. Хикари установку для отливки тонкого листа из нержавеющей стали. Разработку и поставку оборудования обеспечили фирмы Mitsubishi Heavy Industries и Nippon /23/. 
 
Германская фирма SMS Demag AG и швейцарская фирма MAIN AG/Marti-Tecnologie AG подписали в августе 2000 года лицензионное соглашение с фирмой Tangshan Steel of China о строительстве промышленной двухвалковой установки по отливке тонкой полосы. Предполагаемый срок окончания строительства ~ конец 2002 года/24, 25/. 
 
Фирма Danieli совместно с заводом фирмы ABS (Италия) предполагает реализовать проект строительства двухвалковой установки ESCR /26/. 
 
В табл, 3 представлены данные о промышленных, опытно-промышленных, экспериментальных и вновь вводимых в эксплуатацию промышленных установках. 
 
Одним из существенных преимуществ нового процесса для всего металлургического производства высококачественной полосы являются менее жесткие требования к качеству стального лома, применяющегося при выплавке сталей в электропечах. 
 
Необходимо отметить, что во избежание появления поверхностных трещин при литье тонких слябов стальной лом не должен содержать более 0,15% меди и более 0,015% олова /27/. При литье тонкой полосы на двухвалковом литейно-прокатном агрегате допускается в 3,5 раза большее содержание меди в ломе (до 0,55%) и в 10 раз большее (до 0,16%) содержание олова /28/, что является следствием высокой степени отвода тепла от жидкой стали в зоне кристаллизации и соответственно высоких скоростей кристаллизации стали (табл. 4) /29/.

 
 
 
Рис. 10. Принципиальные технологические  схемы производтсва горячекатанной полосы: традиционная (а), отливка тонкого  сляба (б), отливка полосы (в)

 
Выявлены существенные преимущества новой технологии в отношении  расхода энергии и выбросов в  окружающую среду. Так, в типовых  условиях, характерных для завода в г. Крефельд, установлена возможность  экономии 2,8 ГДж при производстве 1 т стали, или 85% энергии по сравнению с традиционной непрерывной разливкой и горячей прокаткой (потребление снижается с 3,2 до 0,4 ГДж), 
 
В табл. 5 приведены данные по процессу Castrip LCC /29/.

 
Ниже представлено распределение  затрат на производство горячекатаной  полосы с использованием двухвалкового  агрегата, по данным проекта Eurostrip/35/, %: 
 
Статья затрат:

 
Фирма Castrip LLC оценивает эти затраты  следующим образом (табл. 6). 
 
За базовые приняты показатели:

·  производство горячекатаного листа -500 000 т/год;

·  средняя толщина литой полосы -1,60 мм;

·  средняя ширина литой полосы -1210 мм.  
 
Исходя из этих данных, себестоимость 1 т горячекатаного листа применительно к условиям фирмы Castrip LLC оценивается следующим образом, долл./т: 
Статья затрат:

 
Примечание. К началу производства коэффициент  выхода годного металла  К "жидкая сталь - горячекатаная полоса" был принят равным 94%, то есть стоимость  возвратных отходов составляет 7,62 долл. В процессе освоения оборудования и технологии предполагается достигнуть величины К, равной 96%. 
 
Таким образом, по предварительным подсчетам, себестоимость 1 т горячекатаной полосы составит около 205 долл. 
 
Ниже приведены данные по стоимости производства 1 т горячекатаной полосы применительно к условиям эксплуатации литейно-прокатного агрегата в Германии (данные фирм MTAG Marti Technologie - ALSTOM), долл./т: 
Статья затрат:

 
Примечание. В основу затрат на металлолом и добавки положена чистая цена на металлолом -90,0 долл./т. В сталеплавильном цехе приняты расход электроэнергии около 380 кВт-ч на тонну жидкой стали и цена 0,06 долл. за 1 кВт-ч. 
 
Для сравнения: средняя цена 1 т горячекатаной полосы эквивалентных размеров, полученной по традиционной технологии, составляет в США 250-300 долл., в Европе 280-290 долл. 
 
В целом ожидается, что 1 т полосы из нержавеющей стали, полученной на двухвалковом литейно-прокатном агрегате, будет на 50-150 долл. дешевле тонны полосы, полученной по технологии отливки тонкого сляба. При производстве полосы из низкоуглеродистой стали экономия составит 20-35 долл./т /36/. 
 
Вопросы цены горячекатаной полосы самым тесным образом связаны с качеством получаемого металла. В процессе проведения опытно-промышленных работ было установлено /37/:

• Параметры точности геометрических размеров (профиль, разнотолщинность, неплоскостность) полосы не уступают (а фактически лучше) аналогичным параметрам горячекатаной полосы, полученной традиционным способом, и соответствуют стандартам и техническим требованиям.
• Важным является вопрос состояния и количества окалины на поверхности тонких горячекатаных полос (толщиной 1,0-2,0 мм). Такой дефект, как "вкатанная окалина" при использовании нового процесса уже просто не обсуждается. В связи с уменьшением толщины окалины упрощается и становится менее энергоемким процесс травления горячекатаной полосы.
• При новом процессе также достигаются лучшие показатели шероховатости поверхности г/к полосы, что способствует получению качественных холоднокатаных полос.

Возможность соблюдения в узких пределах необходимого химического состава сталей и технологических параметров при производстве полосы (температуры горячей прокатки, величин обжатия, условий охлаждения) обеспечивает достижение необходимых механических свойств металла. 
 
В табл. 7 и 8 представлены сопоставительные данные по качеству тонкой горячекатаной полосы, произведенной различными способами. 
 
В табл. 9 сопоставлены основные качественные характеристики тонкой полосы из низкоуглеродистой стали, полученной по традиционной технологии (разливка CSP - горячая прокатка) и технологии Castrip LLC. 
 
Отмечается также, что процесс Castrip LLC обеспечивает в зависимости от скорости разливки и скорости охлаждения на рядовых марках стали (С 0,03-0,06%, Мп 0,55-0,65%, Si 0,28-0,32%, AI < 0,006%) широкий диапазон механических свойств (табл.10). 
 
При разливке коррозионностойкой стали были также достигнуты высокие качественные показатели. 
 
На заводе KTN в г. Крефельд проводится разливка коррозионностойкой аустенитной стали AISI 304, масса плавки 90 т. Там получают литую полосу длиной 3500-4500 м, шириной 1130 мм и толщиной 2,2-3,3 мм /35/. 
 
Полосы всех плавок успешно прошли холодную прокатку до конечной толщины холоднокатаных полос 0,8 мм. Полосы имели удовлетворительный профиль по толщине и очень хорошие кромки в необрезанном состоянии. На всех этапах производства на них не наблюдалось существенных эффектов поверхности. Шероховатость поверхности после холодной прокатки также была несколько лучше, чем у традиционной полосы. 
 
При одинаковых условиях производительности механические свойства стали AISI 304 укладываются в тот же диапазон разброса величин, что и механические свойства полос, полученных традиционным способом. Способность стали к глубокой вытяжке также сопоставима с показателями для традиционного материала, причем отмечалась тенденция к уменьшению анизотропии. Ввиду высоких скоростей охлаждения, характерных для процесса прямого литья полосы, наблюдалось меньшее количество неметаллических включений и была достигнута лучшая коррозионная стойкость. 
 
В табл. 11 приведены механические свойства литой полосы после различных этапов процесса (материал -сталь AISI 304). 
 
В табл. 12 приведены механические свойства холоднокатаной полосы (толщина 0,8 мм, после отжига и дрессировки). 
 
Ниже приведена стойкость к коррозии холоднокатаной полосы из стали AISI304.