Как повысить качество стального лома? Опыт ВМЗ

Город Выкса, расположенный в Нижегородской области России, смело может именоваться одним из старейших металлургических центров страны. И город, и работающий здесь завод основаны ещё при Елизавете Петровне. А вот литейно-прокатному комплексу только 15 лет — работники завода называют его визитной карточной современной металлургической Выксы. В последние годы в ЛПК реализовали несколько мероприятий по оптимизации производства, чтобы решить возникающие проблемы с одним из видов сырья — стальным ломом.

Как рассказал начальник отдела по металлургическим процессам и технологии инженерно-технологического центра ВМЗ Сергей Сомов, выступая на международном металлургическом саммите «Металлы и сплавы — 2024», сегодня литейно-прокатный комплекс в Выксе производит порядка 1,5 млн т стальной продукции в год. За 15 лет работы ВПК освоил выпуск более 400 видов проката из различных марок стали.

Конечной продукцией ВПК является горячекатаный рулонный прокат. Он отправляется в трубоэлектросварочные цеха завода и превращается в трубы малого, среднего и большого диаметров (от 21 до 530 мм). Это оборудование в первую очередь для нефтяной и газовой отрасли, кроме этого завод выпускает трубы общего назначения.

«Пламенным сердцем ЛПК является дуговая сталеплавильная печь, и этого монстра нужно чем-то кормить. Одним из основных видов сырья является стальной лом: как известно, это достаточно экономичное и доступное сырьё. Однако мы столкнулись с тем, что качество лома начинает ухудшаться», — обозначил проблему Сергей Сомов.

Актуальна она не только для выксунского завода, но и для металлургической отрасли в целом.

О ломе и его качестве

Итак, как лом в принципе может быть некачественным? Ведь только с одной стороны он является металлургическим сырьём, с другой же — это один из видов отходов.

В том-то и проблема, объясняет специалист ВМЗ. Говоря о качестве лома, он выделил три основные характеристики. Первая — это физические параметры: насыпная плотность и геометрия кусков лома. Вторая — наличие неметаллических примесей: пластика, бетона, земли и всевозможного мусора. И третья — загрязнённость лома примесями цветных металлов, таких как олово, медь, никель и свинец.

Количество примесей в металле с каждым годом растёт: этот факт фиксируют не только выксунские металлурги, но и специалисты отрасли по всему миру. Сергей Сомов, например, привёл данные, собранные японскими аналитиками, отражающие содержание меди и олова в стальном ломе. Так вот, согласно этому отчёту, первый показатель с 1985 по 2020 годы вырос с 0,3 до 0,45%, а второй — с 0,2 до 0,38%.

«С этим нужно что-то делать, поскольку цветные примеси оказывают негативное влияние на качество наших готовых изделий», — пояснил Сергей Сомов.

Что касается насыпной плотности, то специалисты ВМЗ отмечают снижение этого показателя за счёт увеличения процента легковесного лома. Это заставляет металлургов шихтовать печь в два, а то и в три этапа, что снижает производительность плавильного агрегата и в целом негативно влияет на производственные показатели.

«Здесь же нужно учитывать и расходный коэффициент металла, который так же ухудшается. Конечно же, это тоже влияет на себестоимость, в структуре которой до 75% приходится на сырьё», — добавил Сергей Сомов.

На начальном этапе специалисты завода проанализировали производственные потери и затраты на выплавку. Оказалось, что использование легковесного лома вело к срыву графика производства, поскольку шихтовать приходилось в 3 бадьи. Чтобы загрузить третью бадью, требовалось около 4 минут, плюс расплавление этой бадьи занимало ещё 3 дополнительные минуты.

Итого 7 минут, что составляет 10,6% от общего цикла плавки. Кроме того, трамбовка лома также подразумевала затраты. Всё это суммарно и вело к значительной потере производительности, а для обеспечения проектного цикла плавки завалку необходимо было проводить в две бадьи.

Расчёты также показали, что для оптимальных показателей производительности насыпная плотность металлолома должна составлять не менее 0,75 т/м3. Металлургам не удавалось получать необходимое количество тяжеловесного лома, и они вынужденно заменяли последний чугуном, стоимость которого выше стоимости металлолома — это напрямую отражалось на себестоимости выплавленной стали.

Шредирование лома

Чтобы решить возникшие проблемы, завод предпринял несколько шагов, и первым из них стал запуск установки измельчения лома. Этот проект компания начала разрабатывать ещё в 2010 г., а в 2013 г. оборудование запустили в работу. Через шредер металлолом проходит, прежде чем попасть в сталеплавильную печь.

Этот этап позволил не только придать фрагментам лома нужные размеры, но и очистить его от посторонних примесей, включая цветные металлы. Элементы с большим содержанием алюминия, никеля или меди на заводе отсортировываются: в дальнейшем их можно продать или использовать в собственном производстве для легирования.

Установку завод выбрал немецкую — в тот период это оборудование ещё было доступно российским промышленникам. Производительность шредера — 1 млн тонн измельчённого лома в год.

«Кто-то скажет, что присутствие меди и никеля в составе стали — это очень даже хорошо. В целом да, но это справедливо не для всего сортамента. Нам важно иметь прогнозируемый химический состав металла для нашей продукции», — объяснил Сергей Сомов.

Специалист также рассказал, что дополнительным бонусом внедрения установки шредирования стало снижение дефектов, например таких, как сталеплавильная плена. Исследуя готовую сталь, металлурги обнаруживали в зоне дефектов скопление примесей меди и никеля, вместе с которыми группируются мышьяк, свинец и олово. Когда же содержание таких примесей снизилось, сократилось и количество дефектов.

Внедрение сушильной установки

Следующим шагом выксунских металлургов стало внедрение сушильной установки. Этот агрегат особенно востребован в зимний период, ведь вместе с ломом на производство естественным образом попадает много влаги в виде налипшего льда и снега.

В таком виде, объясняет Сергей Сомов, лом нельзя загружать в дуговую сталеплавильную печь. Возникают такие явления, как хлопки и выбросы металла в процессе загрузки шихты. Если же сушить скрап в корзине над печью, возникают простои ДСП.

Поэтому сегодня весь лом, который участвует в технологическом процессе ЛПК, проходит этап сушки. Длительность цикла сушки не превышает 60 мин., температура теплоносителя на входе скраповой бадьи составляет порядка 200 градусов, в патрубке отходящих газов — не менее 65 градусов.

На заводе работают пять установок: три железнодорожных и две автомобильных. По словам специалиста предприятия, решение это довольно простое: снизу в корзину с ломом подаётся энергоноситель, а сверху работает установка для удаления отходящих газов. Тем не менее это нехитрое оборудование позволило заметно повысить производительность и безопасность производства.

Внедрение пресс-ножниц

В 2023 году на предприятии появился и ещё один агрегат, призванный обеспечить требуемую насыпную плотность стального лома, — пресс-ножницы PIRANHA. Их основанная задача — измельчение крупногабритного лома. Выходная плотность продукции составляет не менее 0,75 т/м3, которых и стремился достичь завод.

Производительность пресс-ножниц составляет 38 т/ч. Они могут перерабатывать лом круглого сечения толщиной до 200 мм, квадратного — до 180 мм, а также сляб 100×1000 мм.

Организационные мероприятия

Параллельно на предприятии повысили стабильность обеспечения ЛПК ломом, безопасность и точность учёта сырья.

Так, завод оптимизировал схему складирования лома, скорректировал логистические потоки таким образом, что доставка сырья к ДСП стала быстрее и удобнее.

Изменили на предприятии и схему шихтовки. Типовая схема подразумевает послойную укладку в две бадьи: общий вес первой составляет 126 т, второй — 60 т. Конвейер подаёт в ДСП также 10 т горячебрикетированного железа. По словам Сергей Сомова, такая схема шихтовки обеспечивает оптимальную производительность комплекса.

Сократить простои позволила также корректировка режимов плавления печи. Для этого на предприятии внедрили систему автоматического управления процессом плавки Q-MELT. Она интегрирует параметры, поступающие с различных анализаторов, идентифицирует отклонения и регулирует параметры печи.

На любом металлургическом предприятии неизбежным является образование побочных продуктов. В случае ЛПК это стальные полупродукты: пыль газоочистки, окалина, стружка, обрезь, брак. Они появляются на всех этапах: от выплавки стали в ДСП до формирования листа и штрипса. На комбинате уверены, что при правильном подходе и умелой обработке все эти полупродукты можно эффективно вовлечь в производство. Над этим сегодня работают специалисты ЛПК, эти задачи выделены в отдельное направление.

Текст: Кира Истратова