Автор: Денис Овчаренко
Будущее металлургии — в развитии технологий
Сегодня непрерывная разливка стали — это целая подотрасль в сталеплавильном производстве: с машиностроительной базой, высокотехнологичным оборудованием, мощным инжинирингом и высокой степенью автоматизации. За успехами широкого внедрения технологии стоит труд целого поколения отечественных ученых и металлургов, а переход от разливки в изложницы к машине непрерывной разливки стали стал самой масштабной технологической революцией в металлургическом производстве. Вопросы развития технологии специалисты обсудили в Москве на научно-технической конференции, которую провел Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии имени И. П. Бардина.
Обложка: unsplash.com
В 2027 году исполнится 80 лет запуску экспериментальной машины непрерывного литья заготовок ПН-3 ЦНИИчермет. Ее разработали и изготовили в условиях опытного завода института и запустили для исследования и разработки технологического процесса разливки стали и спецсплавов в заготовки мелких сечений.
В 1945 году ученые института ввели в эксплуатацию первую в стране опытную установку разливки стали ПН-1−2. В дальнейшем — в 1948-м, 1949-м и в 1950-е годы — была создана серия экспериментальных установок ПН-4, ГТН-5 и ПН-6, на которых проводились исследования и разрабатывался технологический процесс полунепрерывной разливки стали. ЦНИИчермет стал не только основоположником непрерывной разливки стали в нашей стране, но и выполнил большой объем работ по развитию и масштабированию технологии на ряде металлургических комбинатов.
Современный этап развития также связан с модернизацией оборудования и агрегатов машин непрерывной разливки стали. И здесь снова востребован опыт отечественных высококвалифицированных конструкторов и инженеров.
Установки проектировались по технологическим заданиям института, специалисты ЦНИИчермет принимали участие в пуске установок, в пуске и освоении конвертерных цехов. Сегодня эта технология активно развивается по пути полной автоматизации с применением искусственного интеллекта и создания «бесконечных» литейно-прокатных агрегатов. Используются интеллектуальные системы управления, роботизация «горячей» зоны, внедряются инновации в конструкции и охлаждении, применяется прямая совмещенная прокатка и идет работа над улучшением энергоэффективности процессов разливки.
Так, к примеру, в 2024−2025 годах Инжиниринговый центр ЦНИИчермет разработал конструкторскую документацию (базового и детального инжиниринга) для модернизации машины непрерывной разливки стали, которая была введена в промышленную эксплуатацию Трубной Металлургической Компанией (ТМК) на Волжском трубном заводе (ВТЗ) в составе комплекса оборудования для производства непрерывнолитой заготовки из углеродистых и нержавеющих марок стали.
[01]
Основоположник непрерывной разливки
При активной поддержке основателя института академика И. П. Бардина уже в 40-е — 50-е годы в ЦНИИчермет активно работал отдел непрерывной разливки стали. Одним из основных направлений в области технологических разработок ЦНИИчермет была непрерывная разливка стали через водоохлаждаемый кристаллизатор. В 1945 году в институте была введена в эксплуатацию первая в стране опытная установка разливки стали ПН-1-2 ЦНИИчермет — для отливки заготовок круглого и квадратного сечения. Опыт работы на этой установке позволил определить требования к конструкции кристаллизатора и зоны вторичного охлаждения.
В 1947 году запущена экспериментальная МНЛЗ ПН-3 ЦНИИчермет, предназначенная для исследования и разработки технологического процесса разливки стали и специальных сплавов в заготовки мелких сечений.
В дальнейшем для исследований и разработки технологического процесса полунепрерывной разливки стали в 48-м, 49-м и в 50-е годы в институте была создана серия экспериментальных установок ПН-4, ГТН-5 и ПН-6. Эти установки были разработаны и изготовлены в условиях опытного завода института.
В дальнейшем для исследований и разработки технологического процесса полунепрерывной разливки стали в 48-м, 49-м и в 50-е годы в институте была создана серия экспериментальных установок ПН-4, ГТН-5 и ПН-6. Эти установки были разработаны и изготовлены в условиях опытного завода института.
ЦНИИчермет выполнил теоретические исследования гидравлических и теплофизических процессов формирования непрерывнолитого слитка, послужившие основой для создания первой полупромышленной установки полунепрерывного литья. Она была введена в эксплуатацию в 1952 году в электросталеплавильном цехе завода «Красный Октябрь». Институт принял активное участие в создании и освоении этой установки.
Прорывным этапом для ЦНИИчермет в области отработки промышленной технологии непрерывного литья заготовок разного марочного и профилеразмерного сортамента стал ввод в эксплуатацию в 1953 году в сталелитейном цехе Новотульского металлургического завода первой в стране многоцелевой вертикальной опытно-промышленной установки непрерывной разливки стали.
[02]
Прорыв в отработке технологии
непрерывной разливки
непрерывной разливки
Прорывным этапом для ЦНИИчермет в области отработки промышленной технологии непрерывного литья заготовок разного марочного и профилеразмерного сортамента стал ввод в эксплуатацию в 1953 году в сталелитейном цехе Новотульского металлургического завода первой в стране многоцелевой вертикальной опытно-промышленной установки непрерывной разливки стали.
Эта установка, созданная по инициативе академика И. П. Бардина, была базовым агрегатом на многие последующие годы для технологических разработок ЦНИИчермет, а в дальнейшем и для других исследовательских организаций страны, занимавшихся работами в области непрерывной разливки. Расположение этой установки в цехе, оснащенном сталеплавильными агрегатами различных типов, позволило проводить комплексные работы по сквозной технологии непрерывной разливки.
Впервые за последние три десятилетия в нашей стране была создана комплектная машина непрерывного литья заготовок по отечественному инжинирингу.
С учетом особенностей формирования непрерывного слитка были отработаны основные технологические требования к подготовке металла для разливки на МНЛЗ, регламентированы требования к ограничению содержания в стали вредных примесей, газов и неметаллических включений. Именно эти особенности процесса непрерывной разливки заготовок дали толчок развитию внепечной обработки разных видов, в частности, на установках типа «ковш-печь».
На опытно-промышленной установке ЦНИИчермет отработал базовые параметры технологии производства мелкосортных заготовок для металлопродукции разных назначений, блюмов для трубных заготовок, конструкционного сортопроката, рельсов, балок, слябов для листового проката разного сортамента, круглых заготовок (в том числе полых) для изготовления бесшовных труб на трубопрокатных агрегатах, железнодорожных колес.
[03]
Пуск первой промышленной установки непрерывной разливки стали
ЦНИИчермет принял участие в пуске и освоении первой в стране промышленной установки непрерывной разливки стали. Установка была введена в эксплуатацию в 1955 году на заводе «Красное Сормово», оснащенном 50-тонными печами. Это двухручьевая УНРС вертикального типа была предназначена для отливки заготовок сечением 175×420 мм, использовавшихся на заготовочном и мелкосортных прокатных станах завода. Проект установки был выполнен по техническому заданию ЦНИИчермет конструкторским бюро завода.
В ходе освоения основных принципов работы установки ЦНИИчермет выполнил ряд принципиально важных технологических работ: были исследованы закономерности нарастания фронта кристаллизации при затвердевании металла и изучены факторы, влияющие на возникновение и развитие внутренних трещин и характер их трансформации при прокатке литых заготовок. Также были проведены исследования тепловой работы промежуточного ковша, изменения температуры металла по ходу разливки в промковше и испытаны стойкие огнеупоры для стаканов-дозаторов и погружных стаканов.
В 1959 году на НЛМК был введен в эксплуатацию электросталеплавильный цех, где впервые в мире весь выплавляемый металл разливался только на установке непрерывной разливки стали. Бригада сотрудников ЦНИИчермет принимала участие в пуске и освоении обоих конвертерных цехов НЛМК.
[06]
Инжиниринг ЦНИИчермет — для
металлургических комбинатов
металлургических комбинатов
ЦНИИчермет активно развивает инжиниринговое направление: действует Инжиниринговый центр, в состав которого входят Конструкторское Бюро Металлургического оборудования (Уральское отделение), Научный центр металлургических технологий и Центр реализации промышленных проектов. Одним из ключевых инжиниринговых проектов 2024—2025 годов стала разработка конструкторской документации (базового и детального инжиниринга) для модернизации МНЛЗ-2.
Она была введена в промышленную эксплуатацию Трубной Металлургической Компанией на Волжском трубном заводе в составе комплекса оборудования для производства непрерывнолитой заготовки (НЛЗ) из углеродистых и нержавеющих марок стали. Впервые за последние три десятилетия в нашей стране была создана комплектная машина непрерывного литья заготовок по отечественному инжинирингу.