Литейно-прокатный комплекс металлургического микрозавода

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Тимошпольский Владимир Исаакович Витязь Петр Александрович Кухарев Анатолий Васильевич Герман Михаил Леонидович Стеблов Анвер Борисович Кабишов Сергей Михайлович(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) 1. Литейно-прокатный комплекс металлургического микрозавода, включающий агрегаты выплавки железосодержащего расплава, внепечной обработки стали, разливки стали на машине непрерывного литья заготовок, нагрева под прокатку, гидросбива окалины,черновой и чистовой прокатный комплекс, агрегат охлаждения и правки готового проката,отличающийся тем, что агрегат выплавки выполнен в виде технологически связанных между собой, по меньшей мере, одной индукционной печи и одной электродуговой печи,а агрегат разливки на машине непрерывного литья заготовок выполнен с возможностью одновременно осуществлять непрерывное литье заготовок равновеликих сечений квадратного и/или круглого профиля, при этом агрегат нагрева под прокатку выполнен двухмодульным индукционная печь - газопламенная печь причем прокатный комплекс включает технологически связанные между собой черновые клети стана предварительной деформации,стана с универсальными клетями, стана поперечно-винтовой прокатки и проволочного стана. 22572005.12.30 2. Литейно-прокатный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что агрегат разливки стали на машине непрерывного литья заготовок снабжен набором сменных кристаллизаторов для непрерывного литья заготовок круглого и/или квадратного профиля равновеликих площадей поперечного сечения.(56) 1. Чигринов М.Г., Чигринов , Пруцков М.Е Производство мелких непрерывнолитых заготовок // Интермет инжиниринг. - 1998. - С 127. 2. Сивак Б., Протасов А. Современное состояние и перспективы развития минизаводов по производству сортового проката // Национальная металлургия. - 2002. -2. С. 38-46. Полезная модель относится к металлургии, к технологии изготовления товарной продукции на литейно-прокатном комплексе из литых и непрерывно-литых заготовок путем переплава шихтового материала на основе компактированной и/или некомпактированной чугунной и/или стальной стружки и/или металлического лома. За последние 20 лет металлургическая наука создала новые, эффективные технологии,что привело к строительству мини- и микрозаводов (ММЗ) и литейно-прокатных комплексов (ЛПК). США около 50 металлопродукции производят на мини-заводах. В развитых странах на их долю приходится уже не менее 40 произведенного металлопроката. По прогнозам к 2020 г. не менее 70 металлопродукции в мире будет производиться на мини- и микрозаводах. Известен литейно-прокатный комплекс металлургического микрозавода - ЛПК - для производства сортового проката из стали, включающий металлургический модуль для переплава лома в объеме до 10 тыс. т в год. Металл переплавляют в 6-тонной печи и разливают на одноручьевой машине непрерывного литья заготовок - МНЛЗ. Затем в зависимости от получаемого сортамента заготовки направляют для дальнейшей переработки на прокатный модуль, который превращает заготовку в сортовой прокат на 20-50 меньшего диаметра. При этом на прокатный стан заготовка поступает без нагрева в печи, используя теплосодержание литой заготовки 1. Технология известного ЛПК может быть реализована только с использованием металлического лома. В качестве прототипа принят литейно-прокатный комплекс - ЛПК металлургического микрозавода, включающий агрегаты выплавки стали, внепечной обработки стали, разливки стали на машине непрерывного литья заготовок - МНЛЗ, нагрева под прокатку, гидросбива окалины перед прокаткой, черновой и чистовой прокатный комплекс мелкосортного стана, агрегат охлаждения и правки готового проката 2. ЛПК - прототип обладает теми же недостатками, что и известные аналоги, т.е. при его высокой производительности технологические возможности ЛПК ограничены, так как он может быть реализован только для производства стального проката стали в прутках и только на основе переплава металлического лома. Заявленное техническое решение основывается на расширении технологических возможностей путем переплава компактированной и/или некомпактированной чугунной и/или стальной стружки и/или металлического лома и независимого получения товарной продукции на различных технологических стадиях выплавка и получение товарного чугуна в чушках и стали в виде непрерывно-литой заготовки. Новая технология менее затратна и более экологична по сравнению с известными. Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, проявляется в возможности получения товарной продукции на различных технологических стадиях выплавка и получение товарного чугуна и стали путем управления технологическим регламентом работы модулей, из которых построен ЛПК. 2 22572005.12.30 Поставленная задача достигается тем, что в литейно-прокатном комплексе металлургического микрозавода, включающем агрегаты выплавки железосодержащего расплава,внепечной обработки стали, разливки стали на машине непрерывного литья заготовок, нагрева под прокатку, гидросбива окалины, черновой и чистовой прокатный комплекс, агрегат охлаждения и правки готового проката, согласно полезной модели, агрегат выплавки выполнен в виде технологически связанных между собой, по меньшей мере, одной индукционной печи и одной электродуговой печи, а агрегат разливки на машине непрерывного литья заготовок выполнен с возможностью одновременно осуществлять непрерывное литье заготовок равновеликих сечений квадратного и/или круглого профиля, при этом агрегат нагрева под прокатку выполнен двухмодульным индукционная печь - газопламенная печь а прокатный комплекс включает технологически связанные между собой черновые клети стана предварительной деформации, стана поперечно-винтовой прокатки и проволочного стана. Конструктивно, чтобы в литейно-прокатном комплексе машина непрерывного литья заготовок была бы снабжена набором сменных кристаллизаторов для непрерывного литья заготовок круглого и/или квадратного профиля равновеликих площадей поперечного сечения. Изобретение поясняется чертежом. Фиг. 1 - общая технологическая схема литейно-прокатного комплекса металлургического микрозавода. Фиг. 2 - дифференциальная технологическая схема литейно-прокатного комплекса металлургического микрозавода. Фиг. 3 - фрагмент МНЛЗ со сменными кристаллизаторами. Литейно-прокатный комплекс металлургического микрозавода по фиг. 1 включает технологически взаимосвязанные между собой автоматической системой управления агрегаты выплавки железосодержащего расплава, внепечной обработки стали, выполненные в виде технологически связанных между собой, по меньшей мере, одной индукционной печи 1 и одной электродуговой печи 2, агрегат 3 внепечной комплексной обработки стали АКОС - для ее рафинирования и доводки по химическому составу и температуре, снабженный автономной машиной непрерывного литья заготовок 4, агрегат нагрева заготовок под прокатку 5, агрегат гидросбива окалины 6, черновой прокатный комплекс 7 и чистовой прокатный комплекс 8, агрегат охлаждения проката 9 и агрегат 10 правки готового проката. На чертеже фиг. 2 приводится более детальная схема расположения заявляемого литейно-прокатного комплекса. Агрегат 5 нагрева под прокатку по фиг. 2 выполнен двухмодульным газопламенная печь 11 или индукционная печь 12 (может быть использован специализированный индуктор для подогрева) при этом черновой прокатный комплекс 7 и чистовой прокатный комплекс 8 может включать технологически связанные между собой модули черновых клетей 13 чернового прокатного комплекса 7 и модули чистового прокатного комплекса 8, состоящего из универсальных чистовых клетей 14 и станов поперечно-винтовой прокатки 15 и далее проволочного стана 16. В литейно-прокатном комплексе агрегат выплавки электродуговой печи 2 может быть снабжен средством 17 для продувки инертным газом стального расплава в электродуговой печи. Получение товарного чугуна в чушках обеспечивается разливкой жидкого чугуна из индукционной печи 1 на разливочной машине 18. Агрегат по фиг. 3 разливки стали - машины 4 непрерывного литья заготовок - снабжен набором сменных кристаллизаторов 20 для непрерывного литья заготовок, снабжен набором сменных кристаллизаторов для непрерывного литья заготовок 21 круглого и/или заготовок 22 квадратного профилей равновеликих площадей поперечного сечения. 3 22572005.12.30 В зависимости от технологических нужд на машине 4 непрерывного литья заготовок можно разливать одновременно или порознь заготовки 21 круглого и/или заготовки 22 квадратного профилей. Пример. Описание схемы работы ЛПК микрозавода. Особенностью нового литейно-прокатного комплекса является возможность независимого получения товарной продукции на различных технологических стадиях выплавка и получение товарного чугуна и стали, разливка непрерывно-литой заготовки, получение готового проката в прутках и бунтах. В индукционных плавильных печах 1, используя в качестве исходного материала чугунную стружку от обработки литейных форм (СЧ, хим. состав С - 33,6 ,- до 1,5 ), получают жидкий чугун, который затем на разливочной машине 18 разливают в товарную чугунную чушку. Используя в качестве шихтовых материалов стальную стружку, холодно- или горячепрессованные брикеты из стальной или чугунной стружки, чугунную стружку, в индукционной печи 1 получают жидкий расплав, который затем переливают в ДСП-2, в которую на дно засыпают до 40-60 стальной стружки и окалины. В ДСП-2 выплавляют сталь, которую после рафинирования и доводки на АКОС-3 разливают на МНЛЗ-4 со сменным кристаллизатором в заготовку квадратного и/или заготовку круглого сечения. В зависимости от технологического регламента новая конфигурация микрозавода позволяет использовать, например, две индукционные печи для прямого получения чугуна путем переплава чугунной стружки в одной из них, с последующей разливкой чугуна в чушки, и, параллельно, получение во второй индукционной печи передельного чугуна из стружки для его перелива на окалину и стальную стружку, загруженную в электродуговую печь, в которой, используя теплосодержание жидкого чугуна, процесс выплавки стали проходит при минимальных энергозатратах. Возможен вариант одновременной работы двух индукционных печей для подготовки жидкого полупродукта с целью его доводки до готовой стали в электродуговой печи или в . Возможен вариант, когда одна индукционная печь пополняет объем жидкого остатка (болота) на подине электродуговой печи,а оставшийся чугун разливается на разливочной машине в чушки. Электродуговая печь с восполненным болотом заправляется стружкой и окалиной на болото, а затемв нее заливается порция жидкого чугуна (стали) из второй индукционной печи. Непрерывно-литая заготовка может реализовываться как товарная продукция или направляться для последующего передела на прокатный модульный комплекс. После подогрева мерной непрерывно-литой заготовки в индукторе 12 (непосредственно после МНЛЗ) либо в пламенной нагревательной печи 11 (при использовании холодных заготовок со склада) и прокатки заготовок в обжимной клети 7 или на стане 15 поперечно-винтовой прокатки, производят средством 19 порезку проката на мерные длины, его охлаждение и правку на агрегате 10, в результате чего получают готовую продукцию в виде длинномерного проката в прутках диаметром 17-75 мм. При использовании клетей в виде непрерывного или линейного стана можно получать угловой профиль 2525-4040 мм или швеллер 5-6,5 (13-14 фиг. 2). Непрерывно-литая заготовка, прокатанная на станах 15 поперечновинтовой прокатки позволяет получать прокат в прутках в широком диапазоне диаметров. Такая технология позволяет в дальнейшем углублять степень переработки продукции. Например, добавив проволочный прокатный блок с линией охлаждения и моталкой, получаем возможность производства катанки 5,5-14 мм. Особенностью данной технологии является возможность использования при выплавке стали в электродуговой сталеплавильной печи 2 расплава чугуна (4060 от общего количества шихты), (Тплав 1340 1350 С), перегретого в индукционной печи на 5070 С выше температуры ликвидус. Таким образом 1) чугун отдает часть теплоты шихте (стальная стружка, брикеты и окалина - 40-60 от общего объема шихты), ускоряя процесс плавления и уменьшая расход электроэнергии 4 22572005.12.30 2) защищает стружку от прямого воздействия дуги, что уменьшает ее угар 3) является науглераживателем и восстановителем окалины, способствуя экономии дорогостоящих углеродсодержащих материалов. В ДСП-2 жидкий металл интенсивно перемешивается с помощью продувки ванны расплава инертным газом, например аргоном, что позволяет в конечном итоге получить расплав, однородный по химическому составу и температуре и с незначительным количеством неметаллических включений и газов. После расплавления стали в ДСП металл сливают из печи в ковш и подают в агрегат 3 комплексной обработки стали , где происходит его рафинирование и доводка по химическому составу. Затем на МНЛЗ-4 со сменным кристаллизатором сталь разливают в заготовки, соответственно, квадратного(100100 мм) и/или круглого (85 мм) сечения, которые после порезки и подогрева в индукционной печи (индукторе) 12 подают в устройство 6 гидросбива окалины. В результате последующей прокатки заготовок в черновом прокатном комплексе 7 и в чистовом прокатном комплексе 8 на станах 13 и в универсальных клетях 14 получают фасонный прокат в виде уголка и швеллера, а при прокатке на станах 15 поперечно-винтовой прокатки получают круглый прокат, который является товарным или подкатом для проволочного стана 16. Достоинства модульной конструкции литейно-прокатного комплекса. Особенностью данного литейно-прокатного комплекса является возможность независимого получения товарной продукции на различных технологических стадиях на базе индукционных печей, используя в качестве исходного материала чугунную стружку, получают чугунную чушку используя в качестве шихтовых материалов стальную стружку,холодно- или горячепрессованные брикеты, чугунную стружку, окалину. На МНЛЗ со сменным кристаллизатором в товарную заготовку квадратного или круглого сечения. После прокатки заготовок в черновой клети и на станах с универсальными клетями или на стане поперечно-винтовой прокатки производят порезку проката на мерные длины, его охлаждение и правку, в результате чего получают готовую продукцию (пруток, уголок,швеллер и т.д.). Такая технологическая схема позволяет в дальнейшем углублять степень переработки продукции. Например, добавив проволочный стан, получаем возможность производства катанки 5,5-14 мм. Новая конструкция металлургических микрозаводов реализует поставленную полезной моделью цель и по сравнению с известными аналогами позволяет достигнуть 1) использования местной сырьевой базы 2) сравнительно невысокой стоимости строительства и быстрой окупаемости (как правило, не более 1,5 лет) 3) возможности использования существующих производственных мощностей, что существенно удешевляет строительство микрозавода 4) максимальной гибкости ассортимента в зависимости от ситуации на рынке или независимости от ценовой конкуренции при монопольном производстве продукции с уникальными свойствами 5) модульный принцип организации позволяет быстро наращивать, перестраивать или тиражировать производство. В условиях микрозавода становится рентабельным использование менее качественного вторичного сырья, например стружки, железосодержащих шламов и брикетов из них. Поэтому в строительстве металлоперерабатывающих микропроизводств заинтересованы ломопереработчики и крупные машиностроительные предприятия. Эти технологии менее затратны и более экологичны. Новые металлургических мини-заводов технологии позволяют поднять выработку на одного работающего до 1500 тонн в год, т.е. в 5-10 раз по сравнению с традиционными металлургическими предприятиями. Мини- и микрозаводы нового поколения экологически более чистые, потребляют электроэнергии в 3-5 раз меньше, имеют массу оборудования в 50-150 раз меньшую, занимают значительно меньше места. Такой завод-цех располагается на площади 33125 метров, и обслуживают его 15 человек в смену. Цикл получения готового проката сокращен в 100 раз. От завалки лома в плавильную печь до отгрузки проката проходит менее 3 ч. 5 22572005.12.30 Новизной заявленного микрозавода является максимальная гибкость изменения его ассортимента в зависимости от ситуации на рынке. Модульный принцип создания такого производства позволяет быстро его наращивать и перестраивать или тиражировать. При изменении ситуации на рынке его можно быстро перенести на другое место. Характерным для микрозавода является использование известных и проверенных технологий, минимум операций, высокая автоматизация процессов и максимальное использование готовой инфраструктуры. Индукционные печи работают практически без угара железа, т.е. нет необходимости строить газоочистку, что позволяет экономить существенные средства, ликвидируются потери металла с угаром, тогда как при выплавке в электродуговых печах эти потери составляют не менее 10 . ЛПК технологичны для производства пруткового проката диаметром 20-50 мм из специальных и инструментальных сталей. Это, прежде всего, прутки из качественных углеродистых сталей по ГОСТ 1050-88, легированных сталей по ГОСТ 4543-71, штамповых и инструментальных сталей по ГОСТ 5950-73 и 14959. К ним можно добавить хромистые стали (ГОСТ 5632-72) марки ферритного и мартенсито-ферритного хромоникелевые аустенитные стали, хромоникелевые стали аустенитно-ферритного класса. Промышленное использование заявленного объекта предполагается на территории Республики Беларусь. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.