НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Оценка проблем технологии будущего для металлургии и прокатного производства, в частности, должна опираться на законы, определяющие развитие технологии. К ним можно было бы отнести следующие: развитие и замещение одной технологии другой, более прогрессивной, что представляет собой 5образную кривую насыщения в координатах время — анализируемый показатель (в общем случае анализируемый показатель может представлять собой эффективность технологии); развитие технологии характеризуется стремлением дифференцировать ее на отдельные операции с последующим объединением их в дискретнонепрерывный либо в непрерывный процесс.

К числу главных ограничений, влияющих на развитие технологии прокатного производства, относятся вид, форма и размеры исходной заготовки, требующей в дальнейшем пластической деформации для получения готовой продукции; требования рынка к количеству, качеству и видам готовой металлургической продукции.

Примеры развития технологии, удовлетворительно описываемые кривой насыщения и позволяющие сделать некоторый прогноз путей развития, можно было бы продолжить. Так, развитие технологии производства листа толщиной 0,3—0,6 мм, сортовая прокатка мелких и средних профилей и др. подчиняются тем же закономерностям. Эти закономерности подтверждаются и другими исследователями, позволяющими проследить закономерности изменения технологии производства [1—4].

Так как повышение эффективности прямо пропорционально связано с повышением объема выпуска продукции в единицу времени, то легко показать, что непрерывные процессы позволяют вести технологический режим с перекрытиями.

Закономерность возникновения дискретнонепрерывных или непрерывных процессов может быть прослежена и на электросталеплавильном

производстве, где процессы рафинирования и доводки стали представляют собой отдельные операции в процессе "Констил", в проекте "Рудасталь" и др.

Примером дифференцирования и объединения процессов в единый конвейер могут служить непрерывные сортовые станы, непрерывные станы спиральной сварки труб, создание непрерывных комплексов при холодной прокатке, в которых отдельные технологические операции производства холоднокатаного листа объединены в непрерывный процесс и т.д.

Объединение отдельных технологических операций в непрерывный процесс имеет ряд ограничений, связанных с возможностью синхронизировать ' время выполнения отдельных операций, надежностью оборудования, физическими законами.

Не затрагивая вопроса определения вида функции, описывающей связь числа "перекрытий" п (числа отказов системы и увеличения времени текущих простоев), можно схематически показать взаимосвязь уменьшения времени цикла т и возможное увеличение времени текущих простоев ттп (рис.1).

При прогнозировании возможности появления непрерывных технологических процессов следует учитывать особенности работы такой системы, а также ограничения, накладываемые

физическими законами. Вопрос о целесообразности создания дискретнонепрерывного или непрерывного технологического процесса является вопросом оптимизации при заданных исходных данных.

Таким образом, создание непрерывных металлургических процессов является объективной закономерностью развития металлургической технологии. Однако степень непрерывности должна приниматься с учетом указанных ограничений.

Экспертные оценки возможности появления научных открытий в 2000—2050 гг. показывают, что таким направлением при производстве стали через жидкую фазу может быть открытие катализаторов, способных ускорить физикохимические и кинетические процессы жидкой металлургии, а также поиски промышленно пригодных способов воздействия на кристаллическую решетку металла с целью увеличения подвижности дислокаций в поле напряжений, создаваемых пластической деформацией.

Наконец, нужно остановиться на ограничениях, которые влияют на прогноз оценки путей развития прокатного производства.

Первыми такими ограничениями шляются вид, форма и размеры исходной заготовки, подвергающейся пластической деформации.

Эра обжимных станов. закончилась с появлением установок непрерывной разливки стали. Хотя масса садки кислородных конвертеров увеличилась и достигает сейчас 400 т, заготовка, которую получают для дальнейшей пластической деформации, не требует мощных обжимных станов для пластической деформации.

На характер технологического процесса и состав оборудования влияют появившиеся возможности производить на машинах непрерывного литья полую заготовку для производства труб, фасонную заготовку для производства двутавровых балок и др.

Вторым ограничением являются требования рынка к количеству, качеству и видам готового проката. Оценка влияния рынка на количество выпускаемой стали и видов продукции, производимой из этой стали, шляется чрезвычайно сложной и неблагодарной задачей.

В настоящее время выработаны определенные критерии по оценке эффективности размещения металлургических предприятий различной мощности в зависимости от сырья, топлива, расстояний до потребителя, наличия трудовых ресурсов и др. Сумма этих критериев определяет возможность появления супергигантов металлургии, а также возникновения минизаводов.

Основываясь на анализе общих тенденций, можно прогнозировать увеличение количества ?гали, выплавляемой и перерабатываемой на минизаводах (рис.2). Стимулом к повышению количества минизаводов может послужить внедрение научных разработок, позволяющих получать тонкую фасонную заготовку на машинах непрерывного литья стали.

Не касаясь конъюнктуры рынка, остановимся на граничных условиях, определяющих подходы к прогнозному анализу проблем прокатного производства, которые обозначены как ограничения по виду, форме и размерам исходной заготовки.

Чтобы рассмотреть эти граничные условия, нужно ответить на вопрос: каковы перспективы технологии производства стали?

Оценка металлофонда мира, его роста, несмотря на снижение металлоемкости машин [5, 6], экспертные оценки дают возможность утверждать, что в обозримом будущем ведущей технологией производства стали будет технология получения стали через жидкую фазу. Повышение эффективности этого процесса пройдет через дифференцирование технологии и создание дискретнонепрерывных или непрерывных процессов производства стали с применением более дешевых энергоносителей, чем в настоящее время. Можно сослаться на технологические процессы, которые следуют этой закономерности: восстановительная плавка, процесс ’'Констил1', проекты непрерывных сталеплавильных агрегатов, процесс ЕОФ и др. [7, 8].

Можно прогнозировать также, что когда процесс производства стали через жидкую фазу достигнет своего насыщения, он будет существовать, так как потребуется переработка накопленного металлолома.

Таким образом, обсуждая перспективы развития прокатного производства, следует в качестве заготовки рассматривать, во первых, заготовку, полученную из жидкой стали.

В соответствии с общими объемами производства прокатной продукции наиболее целесообразно рассматривать некоторые проблемы развития листопрокатного (горячекатаных и холоднокатаных листов) и сортопрокатного производства.

В 90х годах в Мексике начали работать три установки по получению железа прямого восстановления X и ЛШ фирмы "СИКАРТСА" [12] . Эти установки шахтного типа позволили почти в 2 раза сократить расход энергии с 17—19 гДж/т в установках ретортного типа до 10—Ц гДж/т губчатого железа в установках шахтного типа.

Высокие температуры и давления (5,5 кПа) в зоне восстановления, а также высокое содержание водорода в газевосстановителе обеспечивают достижение рекордных показателей удельной производительности по губчатому железу — почти в 3,5 т/(ч • м2) по поперечному сечению шахты. Печь оборудована прессами для горячего брикетирования.

Таким образом, за сравнительно короткое время эффективность процесса значительно повысилась.

Развитие технологических процессов производства железа прямого восстановления можно было бы прогнозировать двояко. Производство железа прямого восстановления как . полупродукта для получения жидкой стали будет идти по сценарию оптимистического пути развития. Производство железа прямого восстановления как исходной заготовки для пластической деформации будет идти по сценарию пессимистического пути. Таким образом, железо прямого восстановления может рассматриваться как исходная заготовка для создания прокатной продукции в будущем.

Производство тонких металлических волокон из жидкого расплава [13] дает возможность прогнозировать появление металлических композиционных материалов, матрицей которых является железо прямого восстановления. Другим путем создания готового проката из железа прямого восстановления может быть использование технологии СВС (для создания прокатываемых композиционных материалов). В этом случае могла бы быть создана упрочняющая фаза в металлической матрице, содержание углерода в которой поддается регулировке.

Работы в этом направлении только начаты. Перед прокатчиками стоит задача создания технологии и оборудования для этих процессов.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 3, Москва 1994