CC BY
52
mm г: тшшшт /07
-3 (47), 2008 / и И
до вала
В. А. МАТОЧКИН, технический директор - главный инженер РУП «БМЗ», канд. техн. наук
РАЗРАБОТКА И ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ НАУКОЕМКИХ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В МЕТАЛЛУРГИИ НА ПРИМЕРЕ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОЙ КАТАНКИ
Первая очередь Белорусского металлургического завода была пущена в эксплуатацию в 1984 г. В последующие годы в составе второй и третьей очередей были введены еще один металлургический комплекс и два цеха по производству метал-локорда и бортовой проволоки.
Интенсивное наращивание объемов производства метизного передела, а также возрастающие требования к повышению прочностных параметров армирующих материалов ведущих производителей шин послужили основанием для проведения на заводе коренной реконструкции основных
металлургических агрегатов с целью обеспечения метизного комплекса высококачественной высокоуглеродистой катанкой в значительно больших количествах и необходимого качества.
Наряду с реконструкцией и модернизацией действующих металлургических агрегатов на заводе планомерно велась разработка и совершенствование основных технологических процессов шихтовки, выплавки стали, ее внепечной обработки, разливки на MHJI3, прокатки на станах 850 и 320/150.
Найденные нами технические решения легли в основу концепции дальнейшего развития завода,
ШИХТОВКА ПО КОНТРАКТУ:
100% окатышей
РАЗРАБОТАННАЯ ШИХТОВКА:
25% окатышей
20% чугуна
55% чистый лом
РЕЗУЛЬТАТ:
Снижение себестоимости кордовой стали на 100$
Рис. 1. Мероприятия по освоению технологии производства высокоуглеродистой катанки. Отделение по подготовке лома
М/мм г: мшмгггг:п
/ 3 (47). 2008-
во главе которой были поставлены первоочередные условия: наряду с увеличением объемов производства катанки значительно улучшить ее качественные характеристики. Под выбранные технологические параметры готовой продукции было определено, спроектировано и закуплено как за рубежом, так и в Республике Беларусь соответствующее технологическое оборудование для сталеплавильного и прокатного производств.
В ходе модернизации технологического оборудования металлургического передела разрабатывалась и внедрялась новая комплексная технология производства высокоуглеродистой кордовой катанки.
Проектная технология выплавки высокоуглеродистой кордовой стали, которая основывалась на 100%-ном применении металлизованных окатышей, в 90-х годах из-за значительного роста их стоимости оказалась очень затратной. Мы разработали свою, новую технологию получения высококачественной стали с использованием ломоотхо-дов автомобилестроителей. Сейчас в шихтовке применяется только 20-25% окатышей, до 20% чугуна, остальное - пакетированный «чистый» лом. Это позволило нам снизить себестоимость 1 т кордовой стали примерно на 100 долл. без ухудшения ее качественных показателей (рис. 1).
На основе разработанной комплексной физико-математической модели тепловой работы электродуговой печи, учитывающей подплавление перехода, обезуглероживание металлической ванны переменной массы, гидродинамические и тепловые процессы, создана и реализована оригинальная ресурсосберегающая технология выплавки стали под пенистыми шлаками, в том числе с использованием донной продувки инертными газами. Аналогов подобным технологиям на металлургиче-
ских предприятиях стран СНГ на сегодня пока нет.
Внедрение новой комплексной технологии позволило существенно повысить энергоэффективность действующих технологических процессов. Несмотря на значительный рост объемов производства, удельные затраты энергоносителей на 1 т товарной продукции были снижены: по электроэнергии - на 15,5%, по природному газу - на 16,8%.
На электросталеплавильных печах разработана и внедрена автоматизированная система регулирования графитированных электродов в процессе ведения плавки, что позволило достичь экономии электродов на 17-20%, снизить удельный расход электроэнергии на 5 кВт-ч на 1 т стали.
Проведенный анализ огнеупорных материалов и их экспериментальные исследования позволили нам выбрать наиболее эффективные, вследствие чего мы добились повышения стойкости футеровки основных плавильных и разливочных агрегатов в среднем на 12-15%, а также увеличить емкость 100-тонных сталеразливочных ковшей до 108 т жидкой стали, что в целом дало прирост производительности на 3-5%.
При реконструкции машины непрерывной разливки стали № 3 для минимизации ликвации, образующейся в процессе затвердевания слитка, был применен новый, высокоэффективный процесс электромагнитного перемешивания кристаллизирующейся жидкой стали (рис. 2).
С целью окончательного исключения этого вредоносного дефекта структуры на заготовочном стане 850 силами специалистов-прокатчиков разработана и внедрена технология продольного разделения раската, позволившая исключить негативное влияние подусадочной ликвации на технологичность дальнейшей переработки металла в ме-
Создана ресурсосберегающая технология выплавки стали под пенистыми шлаками
Внедрена донная продувка инертными газами
Внедрена автоматизированная система регулирования графитированных электродов в процессе плавки
Проведен анализ и подбор наиболее эффективной футеровки для сталеплавильных агрегатов
Внедрен процесс электромагнитного перемешивания жидкой стали при кристаллизации слитка
РЕЗУЛЬТАТ:
Снижение удельного расхода электроэнергии на 15.5% на 1 тонну
Снижение удельного расхода природного газа на 16.8% на 1 тонну
Снижение расхода электродов на 17-20%
Повышение стойкости футеровки на 12-15%
Увеличение емкости сталеразливочных ковшей со 100 до 108 т.
Прирост производительности на 3-5%
Рис. 2. Мероприятия по освоению технологии производства высокоуглеродистой катанки. Электросталеплавильное производство
/идо г мяштгптг
'3 (47). 2008
/39
Традиционная
Сл итти н г-п роцесс
£
Рис. 3. Схемы получения квадратной заготовки сечением 125 мм из блюма 250x300 мм
тизном производстве. Этот технологический процесс является «ноу-хау» Белорусского металлургического завода (рис. 3).
За счет оптимизации регламента процесса «разливка стали на MHJI3-3 - прокатка блюмов на стане 850» в настоящее время эффективно используется разработанная технологическая схема так называемого «горячего посада», когда полученные на MHJI3 горячие блюмы, минуя промежуточный склад, проходят только дополнительную тепловую обработку в нагревательной печи и задаются на прокатку. Применение такого техпроцесса позво-
лило добиться экономии природного газа на стане 850 на 13-15% (рис. 4).
Для производства высокопрочного и сверхвысокопрочного металлокорда потребовалось использование катанки из стали марок 80, 85 с высоким содержанием углерода как основного упрочняющего химического элемента в пределах 0,80,9%, технология производства которой на БМЗ в то время отсутствовала.
С целью удержания имеющегося рынка сбыта БМЗ был вынужден в конце 90-х годов производить дополнительные закупки особо чистой от вредных примесей высокоуглеродистой катанки с массовой долей углерода до 0,85 %. На тот момент ни одна из сталелитейных фирм Европы и Северной Америки не производила катанку требуемого качества. Единственным ее изготовителем была японская компания «Ниппон Стил».
На заводе проводилась отработка технологии производства новых конструкций металлокорда и новых видов высокопрочной проволоки из импортной катанки. Параллельно велись работы по созданию комплексной технологии получения нового материала - катанки из высокоуглеродистой стали, способной заменить японский полуфабрикат. Необходимо было выстроить технологическую цепочку от подбора шихтовых материалов до термомеханической обработки катанки в линии стана 320/150.
ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОДОЛЬНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ РАСКАТА
ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ «ГОРЯЧЕГО ПОСАДА» ЗАГОТОВОК
РЕЗУЛЬТАТ:
Исключение негативного влияния _подусадочной ликвации_
Экономия природного газа на 13-15%
Рис. 4. Мероприятия по освоению технологии производства высокоуглеродистой катанки. Стан 850
40 / з,
им* ютмтш
(47), 2008"
1 - Методическая нагревательная пень стана 320
2 - Линия стана 320
3 - Трасса термоупрочнения проката
4 - Реечный холодильник
5 - Проволочный блок
6 - Линия водо-воздушного охлаждения катанки
7 - Методическая нагревательная печь стана 150
8 - Линия стана 150
• Старая схема про
| - Оборудование, установленное в 1984 году - Оборудование, установленное в 2000 году
- Новая схема прокатки
Рис. 5. Технологическая схема станов 320 и 150 после внедрения новых технологий
1 . ' ; 1»* § ,, »ш . Ц, ( ПРОВЕДЕНИЕ ГЛУБОКОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ СТАНА 320/150
РЕЗУЛЬТАТ:
ТЧГ 1 *v J Повышение производительности с проектных 150 до 385 тыс.т. в год
Снижение неравномерности механических свойств по длине раската
Получение требуемой однородности микроструктуры
Полное импортозамещение заготовки для метизного производства
Рис. 6. Мероприятия по освоению технологии производства высокоуглеродистой катанки. Стан 150
В ходе освоения новой комплексной технологии была проведена глубокая реконструкция комбинированного мелкосортно-проволочного стана 320/150 (рис. 5,6).
На новом стане 150 внедрено самое современное в мире на настоящий момент высокоскоростное прокатное оборудование. Наряду с повышением производительности стана более чем в 2 раза реализованные технические решения позволили наладить выпуск нового материала - катанки, соответствующей лучшим мировым образцам (табл. 1).
Собственными силами в сжатые сроки была разработана и внедрена принципиально новая комплексная технология, обеспечивающая массовое производство конкурентоспособной углеродистой катанки в условиях РУП «БМЗ».
Разработка теоретических основ и освоение технологических процессов были выполнены специалистами РУП «БМЗ» с привлечением научного потенциала Республики Беларусь. В результате чего было достигнуто значительное снижение неравномерности механических свойств по длине
_/ТГГТТгГ; ГГ /Д1
-3 (471, 2008 / 41
Таблица 1. Полученные свойства высокоуглеродистой катанки для металлокорда, проволоки рукавов высокого давления и бортовых колец шин после внедрения новых технологий
Характеристика Технические требования мировые Технические характеристики до внедрения новых технологий Технические характеристики после внедрения новых технологий
Размер перлитного зерна, балл по А8ТМ ±1 3 ±1
Разброс механических свойств по длине витка, Н/мм2 +50 до ±80 ±50
Доля пластинчатого перлита в структуре, % шах 20 более 20 шах 12
Процент феррита в структуре шах 3 около 4 шах 1-2
Масса окалины на поверхности катанки, кг/т шах 4 ДО 6 2-4
раската, получение требуемой однородности микроструктуры.
Отличительной особенностью высокоуглеродистой катанки является ее значительное превосходство практически по всем качественным характеристикам в сравнении с аналогами металлургических заводов СНГ и Европы. Так, содержание вредных примесей цветных металлов (меди, хрома, никеля) в ней ограничено до 0,05 мас.%. При высоких значениях прочностных параметров (предел прочности до 1130 Н/мм2) катанка должна обладать хорошей пластичностью и выдерживать испытания на осадку до 1/3 высоты первоначального образца. Эти параметры являются очень жесткими и достичь их можно только при строжайшем соблюдении технологического регламента на всех металлургических переделах.
Повышение функциональных характеристик катанки для металлокорда могут обеспечить такие методы, как регулирование количества неметаллических включений, фазовых выделений, фазовых
превращений и микроструктуры. Вместе с тем, при использовании катанки с повышенными прочностными свойствами возникла еще большая, чем прежде, потребность внедрения комплексной технологии, включая операции вторичной переработки и поэтапный контроль качества. В области исследований и разработок тоже возникла необходимость разработки комплексной технологии - от исходного материала до конечного продукта.
Выполненный комплекс мероприятий обеспечил гарантированное получение высокоуглеродистой катанки из сталей марок 70, 75, 80, 85, 90 для последующего производства высокопрочного металлокорда на уровне самых современных требований мировой отрасли резинотехнических изделий (табл. 2, 3).
Дальнейшее совершенствование комплексной технологии получения высокоуглеродистой катанки позволило начиная с 2005 г. экспортировать в Японию проволоку для армирования рукавов высокого давления, полуфабрикатом для производ-
Таблица 2. Химический состав катанки диаметром 5,5 мм из сталей марок 70, 80, 85, 90, 90 Сг и 95
после внедрения новых технологий
Марка стали Массовая доля элементов, %
С Si Мп не более
Р S Сг Ni Cu Al N О
По контракту 70 0,710,75 0,30 0,400,70 0,015 0,015 0,05 0,05 0,05 0,004 0,005 0,005
После внедрения новых технологий 80 0,800,85 0,30 0,400,70 0,015 0,015 0,05 0,05 0,05 0,004 0,005 0,005
85 0,850,90 0,30 0,400,70 0,010 0,012 0,05 0,05 0,05 0,004 0,004 0,005
90 0,910,95 0,17 0,30 0,400,70 0,012 0,012 0,05 0,05 0,05 0,004 0,004 0,005
90Сг 0,880,92 0,17 0,30 0,200,30 0,012 0,012 0,20 0,30 0,05 0,05 0,004 0,004 0,005
95 0,961,00 0,30 0,400,70 0,012 0,012 0,05 0,05 0,05 0,004 0,004 0,005
до гш:С: г: мткглргкп
Н£ш1 3 (47), 2008-
Таблица 3. Механические свойства катанки диаметром 5,5 мм из сталей марок 90 и 90 Сг
после внедрения новых технологий
Марка стали Предел прочности, Н/мм2 Относительное сужение, % Относительное удлинение, %
не менее
По контракту 70 970-1130 35 10
После внедрения новых технологий 80 1090-1220 30 10
85 1150-1270 28 9
90 1165-1320 28 9
90Сг 1180 28 9
95 1210-1370 26 9
ства которой служит катанка. Так, в настоящее время фирмам «Йокогама» и «Тогава» отгружено более 1700 т высокопрочной проволоки, в целом объем поставок на 2008 г. составляет около 3000 т.
Проведенные совместные исследования и отработка технологических процессов специалистами Белорусского металлургического завода и Ре-чицкого метизного завода привели к тому, что начиная с 2008 г. РМЗ полностью отказался от импорта заготовки и перешел на катанку БМЗ. Разработанные на БМЗ марки стали позволили ре-чицким метизникам освоить новые высокоэффективные виды продукции и обеспечить экспортные поставки до 85% от объемов выпускаемой продукции.
Следуя мировой динамике развития шинной промышленности, на РУП «БМЗ» также системно разрабатывались и осваивались новые высокоэффективные типы металлокорда. В результате чего на базе полученной высокоуглеродистой катанки были созданы принципиально новые типы металлокорда, которые, бесспорно, можно отнести к новым материалам. Так, одними из первых, на РУП «БМЗ» разработан целый ряд высокоэффективных конструкций металлокорда:
• высокопрочного НТ,
• сверхвысокопрочного 8Т,
• ультравысокопрочного 11Т с пределом прочности проволоки от 3800 до 4200 Н/мм2.
Два последних типа металлокорда являются приоритетными для РУП «БМЗ» (рис. 7).
Необходимо особо отметить, что разработка и внедрение высокоэффективных конструкций металлокорда типов НТ, 8Т и ИТ на заводе производились специалистами нашего завода исключительно собственными силами.
На сегодняшний день по поручению Главы государства А. Г. Лукашенко разработана и успешно
реализуется программа освоения на РУП «БМЗ» производства металлокорда для сверхкрупногабаритных шин (КГШ) карьерных самосвалов, который в настоящее время закупается в Европе по цене около 4000 евро за 1 т. На данный момент уже освоена технология производства трех конструкций металлокорда для шин такого типа. Еще две конструкции находятся в стадии опытно-промышленных испытаний с положительными предварительными результатами.
В качестве новых высокопрочных продуктов, пользующихся повышенным спросом у шинников и других производителей армированных резинотехнических изделий, на РУП «БМЗ» также разработаны проволока из заэвтектоидной стали и высокопрочная проволока для бортовых колец шин с повышенной стойкостью к расслаиванию.
РУП «БМЗ» также занимается перспективными разработками наукоемких новых продуктов, которые в настоящее время только начинают при-
N1 - обычной прочности 2700-3200 Н/мм2
НТ - высокопрочный 3200-3400 Н/мм2
БТ - сверхвысокопрочный 3400-3800 Н/мм2
1)Т - ультравысокопрочный 3800-4200 Н/мм2
Рис. 7. Изменение требований к прочности металлокорда
меняться у шинников. Так, например, о разработке катанки из заэвтектоидной стали мы впервые сообщали 5 лет назад.
Внедрение передовых наукоемких технологий, реализованных при вводе в эксплуатацию стана 150, позволило добиться выпуска высокоэффективной и конкурентоспособной продукции, не уступающей, а по ряду технических показателей, превосходящих лучшие зарубежные аналоги горячекатаного круглого проката. Это дало возможность нам в полной мере добиться полного импортозамещения высокоуглеродистой катанки, а также обеспечить ее устойчивый сбыт за рубежом.
Полученные результаты фундаментальных и прикладных исследований, по заключению ведущих ученых HAH Беларуси, имеют важное значение для развития мировой металлургической науки и создания новых технологических процессов. В настоящее время они оказывают существенное влияние на развитие экономики Республики Беларусь и повышение ее эффективности.
При выполнении научно-исследовательских работ по разработке и освоению комплексной технологии производства высокоуглеродистого горячекатаного мелкосортного проката круглого сечения на стане 150 в условиях РУП «Белорусский металлургический завод» получено 28 патентов на изобретения, опубликованы 4 монографии, две из
/ч ГГТТгГЗ Ff I ДО
-3 (47). 2008/ HPU
которых за рубежом, 44 статьи в отечественных и зарубежных научных изданиях.
По этой тематике специалистами БМЗ защищены три кандидатские диссертации, готовятся к защите еще две диссертации (докторская и кандидатская).
В результате проведенной работы производство продукции на стане 150 возросло с проектных 150 до 385 тыс. т в 2005 г. За этот период на базе новой высокоуглеродистой катанки освоено более 50 новых видов метизной продукции. Около 40% произведенного проката реализуется как товарная продукция, остальной металл подвергается дальнейшей переработке в цехах метизного комплекса завода.
Суммарный экономический эффект в виде дополнительно полученной прибыли за 2001-2005 гг. с учетом окупаемости затрат на реконструкцию стана 150 составил более 51 млн. долл. США. Кроме того, прирост объема продаж металлопроката за 2001-2005 гг. составил 1 млн. 170 тыс. т, метизной продукции - 264 тыс. т, 4to обеспечило получение дополнительной выручки от увеличения продаж за рассматриваемый период на 775 млн. долл. США.
За пятилетний период получен экономический эффект в виде дополнительной валютной выручки на сумму около 700 млн. долл. США и увеличения налоговых отчислений в бюджет Республики Беларусь в сумме 54 млн. долл. США.
