СПРАВКА
Источник публикации
Документ опубликован не был
Примечание к документу
Документ введен в действие с 01.01.2024.
Взамен ИТС 27-2021.
Название документа
"ИТС 27-2023. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Производство изделий дальнейшего передела черных металлов"
(утв. Приказом Росстандарта от 05.12.2023 N 2610)
"ИТС 27-2023. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Производство изделий дальнейшего передела черных металлов"
(утв. Приказом Росстандарта от 05.12.2023 N 2610)
Содержание
Приказом Росстандарта
от 5 декабря 2023 г. N 2610
ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК
ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ
ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ДАЛЬНЕЙШЕГО ПЕРЕДЕЛА ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ
Manufacture further processing ferrous metals
ИТС 27-2023
Дата введения
1 января 2024 года
Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям "Производство изделий дальнейшего передела черных металлов" (далее - справочник НДТ) разработан на основании анализа распространенных в Российской Федерации и перспективных технологий, оборудования, сырья, других ресурсов с учетом климатических, экономических и социальных особенностей Российской Федерации.
В соответствии с положениями Федерального закона от 10 января 2002 г. N 7-ФЗ "Об охране окружающей среды" [1] объекты, оказывающие воздействие на окружающую среду, подразделяются на четыре категории. Производство изделий дальнейшего передела черных металлов относится к I категории и включено в область применения наилучших доступных технологий (НДТ). Профильные предприятия рассматриваются как объекты, деятельность которых оказывает значительное негативное воздействие на окружающую среду, поэтому они обязаны получать комплексные экологические разрешения на осуществление своей деятельности. Общая цель комплексного подхода к экологическому нормированию хозяйственной деятельности заключается в совершенствовании регулирования и контроля производственных процессов с целью обеспечения высокого уровня защиты окружающей среды. Хозяйствующие субъекты должны принимать все необходимые предупредительные меры, направленные на предотвращение загрязнения окружающей среды и рациональное использование ресурсов, в частности, посредством внедрения НДТ, обеспечивающих выполнение экологических требований.
Термин "наилучшие доступные технологии" определен в статье 1 Федерального закона N 7-ФЗ "Об охране окружающей среды" [1], согласно которому НДТ - это технология производства продукции (товаров), выполнения работ, оказания услуг, определяемая на основе современных достижений науки и техники и наилучшего сочетания критериев достижения охраны окружающей среды при условии наличия технической возможности ее применения.
Справочник НДТ разработан взамен справочника НДТ ИТС 27-2021 "Производство изделий дальнейшего передела черных металлов" в соответствии с распоряжением Правительства РФ от 10 июня 2022 г. N 1537-р "Об утверждении поэтапного графика актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям" [2].
Структура настоящего справочника НДТ соответствует ГОСТ Р 113.00.03-2019 [3], формат описания технологий - ГОСТ Р 113.00.04-2020 [4], термины приведены в соответствии с ГОСТ Р 56828.15-2016 [5].
Краткое содержание справочника НДТ
Введение. Представлено краткое содержание настоящего справочника НДТ.
Предисловие. Указана цель разработки настоящего справочника НДТ, его статус, законодательный контекст, краткое описание процедуры создания в соответствии с установленным порядком, а также взаимосвязь с аналогичными международными документами и другими справочниками ИТС НДТ.
Область применения. Описаны основные виды деятельности, на которые распространяется настоящий справочник НДТ.
В разделе 1 представлена общая характеристика производства изделий дальнейшего передела черных металлов в Российской Федерации:
- основные экономические показатели отрасли;
- сырьевая база;
- предприятия по производству изделий дальнейшего передела черных металлов (перечень предприятий и их специализация);
- географическое расположение предприятий;
- виды перерабатываемого сырья и их характеристика.
В разделе 2 представлено описание технологий производства изделий дальнейшего передела черных металлов.
Описаны основные процессы производства.
В разделе 3 приведена информация о регламентируемых и фактических уровнях эмиссий в окружающую среду для применяемых технологических процессов, сырья, топлива, вторичных сырьевых и энергетических ресурсов с указанием применяемых методов определения.
Раздел подготовлен на основе данных, представленных предприятиями Российской Федерации в рамках разработки настоящего справочника НДТ, а также различных литературных источников.
В разделе 4 описаны подходы к определению НДТ, примененные при разработке настоящего справочника НДТ.
В разделе 5 приведены идентифицированный в результате бенчмаркинга отрасли перечень НДТ при производстве изделий дальнейшего передела черных металлов и их характеристики, в том числе перечень основного технологического оборудования, позволяющего сократить эмиссии в окружающую среду, обеспечить рациональное потребление сырья, воды, энергии и снизить образование отходов.
В разделе 6 приведен перечень перспективных технологий и технологий, находящихся на стадии научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ или опытно-промышленного внедрения, позволяющих повысить эффективность производства и сократить эмиссии в окружающую среду, с указанием сроков, в течение которых перспективные технологии могут стать экономически и технически доступными.
Заключительные положения и рекомендации. Приведены сведения о членах технической рабочей группы, принимавших участие в разработке справочника НДТ, рекомендации предприятиям по дальнейшим исследованиям экологических аспектов их деятельности и сборе информации в области НДТ.
Приложения. Приведены перечень маркерных загрязняющих веществ, перечень технологических показателей, перечень НДТ, сведения о ресурсной (в том числе энергетической) эффективности, индикативные показатели удельных выбросов парниковых газов, а также "Заключение по наилучшим доступным технологиям" для рассматриваемой отрасли промышленности.
"Заключение по наилучшим доступным технологиям" включает части ИТС НДТ, содержащие:
- область применения;
- описание НДТ, уровни эмиссий, соответствующие НДТ (технологические показатели), а также информацию, позволяющую оценить их применимость;
- методы производственного экологического контроля (прежде всего подходы к организации измерений, в том числе касающиеся систем автоматического контроля).
"Заключение по наилучшим доступным технологиям" сформировано для использования заинтересованными лицами, в том числе промышленными предприятиями, при формировании заявок на комплексные экологические разрешения, а также надзорными органами при выдаче комплексных экологических разрешений и является кратким описанием основных положений ИТС НДТ, включая описание наилучших доступных технологий, информации, позволяющей оценить их применимость, уровни эмиссий и потребления ресурсов, методы производственного экологического контроля.
Библиография. Приведен перечень источников информации, использованных при разработке настоящего справочника НДТ.
ИС МЕГАНОРМ: примечание. В официальном тексте документа, видимо, допущена опечатка: имеется в виду п. [6] Библиографии к предисловию, а не [1]. |
Федеральный закон от 10 января 2002 г. N 7-ФЗ [1] совершенствует систему нормирования в области охраны окружающей среды и вводит в российское правовое поле меры экономического стимулирования хозяйствующих субъектов для внедрения наилучших технологий.
Федеральный закон от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ [2] содержит положения, закрепляющие статус информационно-технических справочников как документов национальной системы стандартизации.
Цели, основные принципы и порядок разработки информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям установлены постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. N 1458 [3]. Перечень областей применения наилучших доступных технологий определен распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. N 2674-р [4].
Статус документа
Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям (далее - справочник НДТ) является документом по стандартизации, разработанным в результате анализа технологических, технических и управленческих решений для производства изделий дальнейшего передела черных металлов и содержащим описание применяемых в настоящее время и перспективных технологических процессов, технических способов, методов предотвращения и сокращения негативного воздействия на окружающую среду, из числа которых выделены решения, признанные НДТ для производства изделий дальнейшего передела черных металлов, включая соответствующие параметры экологической результативности, ресурсо- и энергоэффективности, а также экономические показатели.
Информация о разработчиках
Настоящий справочник НДТ разработан технической рабочей группой "Производство изделий дальнейшего передела черных металлов" (ТРГ 27), состав которой утвержден приказом Минпромторга России от 06 марта 2023 г. N 709 "О создании технической рабочей группы "Производство изделий дальнейшего передела черных металлов" [5].
Перечень организаций и их представителей, принимавших участие в разработке настоящего справочника НДТ, приведен в разделе "Заключительные положения и рекомендации".
Краткая характеристика
Настоящий справочник НДТ содержит описание применяемых при производстве изделий дальнейшего передела черных металлов технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, в том числе позволяющих снизить негативное воздействие на окружающую среду, потребление воды и сырья, повысить энергоэффективность. Из описанных технологических процессов, оборудования, технических способов, методов определены решения, являющиеся НДТ. Для НДТ в настоящем справочнике НДТ установлены соответствующие технологические показатели НДТ.
Взаимосвязь с международными, региональными аналогами
Настоящий справочник НДТ разработан в соответствии с Федеральным законом [6] (статья 28.1, пункт 7) на основе результатов анализа отрасли в Российской Федерации. Аналогичный справочник Европейского союза по наилучшим доступным технологиям для предприятий отсутствует.
Сбор данных
Информация о технологических процессах, оборудовании, технических способах, методах, применяемых при производстве изделий дальнейшего передела черных металлов в Российской Федерации, собрана в соответствии с Порядком сбора и обработки данных, необходимых для разработки и актуализации информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям и анализа приоритетных проблем отрасли, утвержденным приказом Минпромторга России от 18 декабря 2019 г. N 4841 [7].
Взаимосвязь с другими справочниками НДТ
Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ, разрабатываемыми (актуализируемыми) в соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации 10 июня 2022 г. N 1537-р "Об утверждении поэтапного графика актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям" [8], приведена в разделе "Область применения".
Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие
Справочник НДТ утвержден приказом Росстандарта от _______ 2023 г. N ____.
Справочник НДТ введен в действие с 01 января 2024 года, официально опубликован в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru).
Настоящий справочник НДТ распространяется на следующие основные виды деятельности:
- производство горячего проката;
- производство холоднокатаного проката;
- производство длинномерной продукции;
- производство горячекатаных труб;
- производство горячепрессованных труб;
- производство холоднодеформированных труб;
- производство прямошовных труб, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса (ТБД);
- производство электросварных труб;
- производство труб непрерывной печной сваркой;
- производство труб сваркой в среде инертных газов;
- производство труб с покрытием.
Настоящий справочник НДТ также распространяется на процессы, связанные с основными видами деятельности, которые могут оказать влияние на объемы эмиссий и (или) масштабы загрязнения окружающей среды: методы предотвращения и сокращения эмиссий и образования отходов.
Дополнительные виды деятельности при производстве изделий дальнейшего передела черных металлов и соответствующие им справочники НДТ приведены в таблице 01.
Таблица 01
дальнейшего передела черных металлов и соответствующие
им справочники НДТ
Вид деятельности | Соответствующий справочник НДТ |
Очистка сточных вод, направленная на сокращение сбросов загрязняющих веществ в водные объекты | ИТС 8-2022 "Очистка сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных предприятиях" |
Очистка сточных вод поселений и городских округов | ИТС 10-2019 "Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов" |
Использование отходов в производстве | ИТС 15-2021 "Утилизация и обезвреживание отходов (кроме обезвреживания термическим способом (сжигание отходов)" |
Хранение и захоронение отходов на собственных объектах размещения отходов | ИТС 17-2021 "Размещение отходов (производства и потребления" |
Эксплуатация промышленных систем охлаждения, например градирни, пластинчатые теплообменники | ИТС 20-2016 "Промышленные системы охлаждения" |
Очистка выбросов вредных (загрязняющих) веществ | ИТС 22-2016 "Очистка выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при производстве продукции (товаров), а также проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях" |
Осуществление производственного экологического контроля | ИТС 22.1-2021 "Общие принципы производственного экологического контроля и его метрологическое обеспечение" |
Очистка стоков при производстве изделий дальнейшего передела черных металлов на предприятиях полного цикла | ИТС 26-2022 "Производство чугуна, стали и ферросплавов" |
Обработка поверхностей металлов | ИТС 36-2017 "Обработка поверхностей металлов и пластмасс с использованием электролитических и химических процессов" |
Выработка пара и электроэнергии на тепловых станциях | ИТС 38-2022 "Сжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии" |
Хранение и обработка материалов | ИТС 46-2019 "Сокращение выбросов загрязняющих веществ, сбросов загрязняющих веществ при хранении и складировании товаров (грузов)" |
Повышение энергетической эффективности производства | ИТС 48-2023 "Повышение энергетической эффективности при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности" |
Сфера распространения настоящего справочника НДТ приведена в таблице 02.
Таблица 02
Наименование продукции по ОК 034-2014 (КПЕС 2008) [12] | Наименование вида деятельности по ОК 029-2014 (КДЕС Ред. 2) [13] | ||
Прокат листовой горячекатаный стальной, без дополнительной обработки | Производство листового горячекатаного стального проката | ||
Прокат листовой холоднокатаный стальной, без дополнительной обработки, шириной не менее 600 мм | Производство листового холоднокатаного стального проката | ||
Прокат листовой стальной, плакированный, с гальваническим или иным покрытием, и прокат листовой из быстрорежущей и электротехнической стали | Производство листового холоднокатаного стального проката, плакированного, с гальваническим или иным покрытием | ||
Прокат сортовой и катанка горячекатаные стальные | Производство сортового горячекатаного проката и катанки | ||
Профили незамкнутые горячей обработки стальные, прокат листовой стальной в пакетах и профиль рельсовый для железных дорог и трамвайных путей стальной | Производство незамкнутых стальных профилей горячей обработки, листового проката в пакетах и стального рельсового профиля для железных дорог и трамвайных путей | ||
Прокат черных металлов прочий, не включенный в другие группировки | Производство прочего проката из черных металлов, не включенного в другие группировки | ||
Трубы, профили пустотелые и их фитинги стальные | Производство стальных труб, полых профилей и фитингов | ||
Полуфабрикаты стальные прочие | Производство прочих стальных изделий первичной обработкой |
Раздел 1 Общая информация о производстве изделий дальнейшего передела черных металлов в Российской Федерации
Металлургическая промышленность является одной из ведущих отраслей российской экономики. Ее продукция служит основой развития машиностроения, строительства, а также находит широкое применение во всех отраслях народного хозяйства.
По данным Федеральной службы государственной статистики (Росстата), за последние 5 лет доля металлургической промышленности в валовой добавленной стоимости России неуклонно растет и по итогам 2020 года достигла 3,0% (в текущих основных ценах, в процентах к итогу), при этом вклад металлургии в общий объем обрабатывающего производства РФ составил 20%. По подсчетам Росстата, в 2020 году было произведено по видам продукции:
- зеркального и передельного чугуна в чушках, болванках и прочих первичных формах - 52,0 млн тонн;
- нелегированной стали в слитках и прочих первичных формах - 58,8 млн тонн;
- легированной стали в слитках и полуфабрикатах - 14,8 млн тонн;
- готового проката - 61,8 млн тонн;
- труб, профилей пустотелых и их фитингов стальных - 10,9 млн тонн;
Основным показателем работы черной металлургии является количество выплавленной стали. Производство стали в мире за период с 2000 по 2020 год выросло в 2,5 раза с 800 млн тонн до 1 829,1 млн тонн. По данным Росстата, в 2020 г. выпуск стали в РФ составил 73,6 млн тонн. По результатам 2020 года, согласно данным World Steel Association, Россия поднялась на четвертое место, обогнав США, в списке крупнейших производителей стали в мире и обеспечивает 4,0% в общем мировом производстве. Лидерами по выпуску стали в мировом производстве являются Китай (1 053,0 млн тонн, 57,6%), Индия (99,6 млн тонн, 5,44%) и Япония (83,2 млн тонн, 4,55%). Оценочный объем производства стали на душу населения в РФ в 2020 г. составил 503 кг/чел, потребление - 291 кг/чел, что является достаточно высоким показателем среди развитых стран [3].
Металлургия является ведущей экспорто-ориентированной отраслью России. В 2020 году предприятиями металлургической отрасли на экспорт была отправлена продукция на сумму 34,9 млрд долларов США (10,4% от общего годового объема экспорта). Из них на долю экспорта сырья, ферросплавов, стальных слитков, заготовки и проката пришлось 55,6% [4]. По сравнению с 2019 г. суммарный стоимостной объем экспорта продукции предприятий черной металлургии сократился на 11,8%.
На металлургических предприятиях занято более 900 тыс. человек, более чем в 55 городах металлургические предприятия являются градообразующими.
Доля металлургической промышленности в налоговых платежах во все уровни бюджетов составляет более 5%. Отрасль оказывает значительный мультипликативный эффект на смежные отрасли: один человек, занятый в металлургии, обеспечивает занятость до 7 человек в смежных отраслях экономики. Черная металлургия использует более 5% электроэнергии, более 8% природного газа от общего внутреннего потребления в России, ее доля в грузовых железнодорожных перевозках составляет более 15% [5].
Особенность российской металлургии заключается еще и в том, что более 70% предприятий являются градообразующими и выполняют функции основного наполнителя местных бюджетов. Поэтому состояние и развитие предприятий комплекса оказывают существенное влияние на экономику и социальную стабильность регионов.
Развитию металлургии в России в немалой степени способствовало наличие крупных месторождений железной руды. По количеству запасов железной руды Россия занимает третье место в мире, уступая по этому показателю Австралии и Бразилии. Объем разведанных запасов железной руды в России около 25 млрд тонн, что в пересчете на чистое железо составляет 14 млрд тонн [5].
Система производства черных металлов охватывает весь процесс - от добычи и подготовки сырья, топлива, вспомогательных материалов до выпуска проката и других изделий дальнейшего передела. Собственно, металлургический цикл производства изделий состоит из последовательности производственных этапов (переделов), в ходе которых изменяются химический состав, физические и механические свойства, агрегатное состояние перерабатываемого материала. При этом выделяют 4 основных передела:
- производство чугуна (первый передел);
- производство стали, включая непрерывную разливку (второй передел);
- производство металлических изделий заданных форм и размеров (третий передел);
- дополнительная обработка изделий для улучшения их свойств, повышения точности размеров, осуществляемая, например, за счет холодной прокатки, волочения, калибровки, профилирования, нанесения защитных покрытий и пр. (четвертый передел).
Существует несколько разновидностей предприятий черной металлургии:
- металлургические предприятия полного цикла (предприятия, производящие чугун, сталь и прокат, например: Магнитогорский металлургический комбинат, Новолипецкий металлургический комбинат, Череповецкий металлургический комбинат, Челябинский металлургический комбинат). В данной группе предприятий отдельное место занимает Оскольский электрометаллургический комбинат (ОЭМК им. А.А. Угарова) - металлургическое предприятие полного цикла, где реализована так называемая бездоменная технология прямого восстановления железа и выплавка стали в электропечах;
- предприятия "передельной" металлургии - предприятия без выплавки чугуна, а иногда и стали (например, изготовители сортового проката, предприятия трубной отрасли);
- предприятия "малой" металлургии (машиностроительные заводы, осуществляющие выпуск стали и проката);
- особую группу по технико-экономическим признакам составляют предприятия, производящие ферросплавы и электростали.
Конечной продукцией предприятий третьего (следующего после получения чугуна и стали) передела являются изделия разнообразной формы из стали и сплавов, полученные с применением процессов обработки металлов давлением (ОМД), основными из которых являются следующие:
- прокатка - самый высокопроизводительный и наиболее распространенный процесс ОМД, через который проходит примерно 90% всего выплавляемого металла, заключается в пластической деформации металла в пространстве между двумя или несколькими вращающимися валками. Способы прокатки различаются по направлению обработки (продольная, поперечная, винтовая) и по форме получаемого изделия (листовая, сортовая, прокатка труб). Помимо металлургической промышленности способы прокатки также применяются в машиностроении при производстве специальных видов проката (шаров, роликов, колес и бандажей колес, втулок и пр.). Процесс нашел применение при изготовлении практически всех видов металлопродукции из стали и сплавов;
- прессование представляет собой способ получения сплошных и полых изделий разнообразной формы путем выдавливания металла из контейнера через отверстие матрицы, установленной на его торце. Применяется при изготовлении горячедеформированных труб и фасонных профилей, в первую очередь, из цветных и труднодеформируемых металлов и сплавов;
- волочение - способ обработки давлением, при котором заготовка протягивается путем приложения тянущего усилия на волочильном стане через сужающееся отверстие в инструменте, называемое волокой. При этом поперечное сечение заготовки уменьшается и принимает форму отверстия в волоке. Используется при изготовлении проволоки всех видов, прутков с высокой точностью поперечных размеров (калибровка), фасонных профилей и труб;
- ковка - процесс обжатия заготовки между верхним и нижним байками молота или гидравлического пресса с применением различного инструмента. Ковка является основным металлургическим процессом на машиностроительных предприятиях, где с его помощью изготавливают заготовки и детали массой от нескольких граммов до сотен тонн. В черной металлургии ковка применяется преимущественно для деформации слитков с получением заготовки разнообразного назначения, например, для последующей горячей прокатки сортового металла или изготовления горячедеформированных труб;
- штамповка получила наибольшее распространение в виде объемной и листовой. Объемная штамповка является процессом деформации металла в штампах, форма и размеры внутренней полости которых определяют форму и размеры получаемой поковки. Листовую штамповку осуществляют на холодноштамповочных прессах с помощью пуансона, прижима и матрицы. Толщина листовой заготовки при этом почти не изменяется. Штамповка - высокопроизводительный процесс и применяется при массовом и крупносерийном производстве в машиностроении [6].
Поскольку прокатка является процессом, получившим наиболее массовое применение при производстве изделий дальнейшего передела черных металлов, часто всю продукцию третьего и четвертого металлургических переделов называют прокатом. Отдельно выделяют изделия в виде труб и метизную продукцию.
Сортамент металлопродукции настолько разнообразен, что, как правило, выделяют его укрупненные группы, классифицируемые по форме изделия:
- сортовой металл простой геометрической формы (сталь круглая, полосовая, квадратная, шестигранная и др.), который в зависимости от размеров сечения делят на заготовку, крупносортный, среднесортный, мелкосортный прокат и катанку (горячекатаную проволоку);
- прокат фасонного сечения, форма которого отличается от сортового проката тем, что касательная хотя бы к одной точке контура поперечного сечения данное сечение пересекает, может быть общего (швеллер, двутавровый, зетовый, угловые профили и др.) и специального назначения (рельсы, арматурные профили, полособульбовые, шпунтовые и др.);
- прокат толстолистовой горячекатаный (толщиной от 4 мм до 160 мм);
- прокат тонколистовой (толщиной до 3,9 мм включительно) горячекатаный и холоднокатаный, в том числе с покрытием;
- трубы бесшовные горяче- и холоднодеформированные;
- трубы сварные (прямошовные, спиральношовные) различного диаметра;
- специальные виды проката (периодические рессорные профили, гнутые профили, шары, валы, колеса, бандажи и др.);
- проволока различного назначения, получаемая преимущественно волочением.
Производственные мощности предприятий российской черной металлургии составляют около 85 млн т/год. В структуре производства стали и изделий черных металлов за последние 25 лет значительно обновились основные производственные фонды, доля производства стали электродуговым способом увеличилась до 34,0% в 2019 г. (в 2020 году произошло снижение до 33,2%), а доля производства стали мартеновским способом сократилась до 2,0% в 2019 г. (увеличение в 2020 г. до 2,2%). Баланс производства и потребления продукции отечественной черной металлургии в 2020 г. приведен в таблице 1.1.
Таблица 1.1
Продукция | Производство, млн т | Потребление, млн т | Экспорт, млн т | Импорт, млн т |
Сталь | 73,6 | 42,5 | 26,5 | 4,5 |
В том числе: | ||||
- сталь нелегированная в слитках или прочих первичных формах | 58,8 | |||
- сталь легированная в слитках или прочих первичных формах | 14,8 | |||
Готовый прокат черных металлов | 61,8 | |||
В том числе: | ||||
- листовой холоднокатаный стальной прокат без дополнительной обработки шириной не менее 600 мм | 7,9 | |||
- листовой прокат из нелегированных сталей плакированный, с гальваническим или иным покрытием, шириной не менее 600 мм | 5,7 | |||
- сортовой прокат и горячекатаная стальная катанка | 16,4 | |||
Трубы, профили пустотелые и их фитинги стальные | 10,9 | 9,4 | 1,9 | 0,4 |
В 2020 году пандемия Covid 19 оказала заметное влияние на мировой рынок металлопродукции, во многих странах начались проблемы с логистикой, сократились производство и спрос. Эффективность российских экспортных операций и объемы выручки зависели от ситуации на мировом рынке и ценовой конъюнктуры.
В целом экспорт готового проката в 2020 году составил 26 млн тонн, или 42% от общего объема произведенного готового проката, что оказалось ниже показателей 2019 г. (44% от общего объема производства). Объем экспорта готового проката в страны дальнего зарубежья сократился на 3%, а в страны СНГ вырос на 1% [7].
В общем стоимостном объеме экспорта в 2020 г. доля металлов и изделий из них составила 10,4% (в 2019 году - 8,9%). В товарной структуре экспорта в страны дальнего зарубежья доля этих товаров составила 9,8% (в 2019 году - 8,2%), в страны СНГ - 13,8% (в 2019 году - 13,5%). Стоимостной объем экспорта товаров с 2019 г. до 2020 г. снизился на 7,2%, а физический - на 1,4%. При этом сократились физические объемы экспорта полуфабрикатов из железа или нелегированной стали на 11,9%, ферросплавов - на 10,5%, чугуна - на 1,6%.
В 2020 году произошло снижение отгрузок стальных труб российскими трубными компаниями на внутренний рынок. Объем экспорта российских стальных труб в целом сократился по итогам 2020 г. по сравнению с 2019 г. на 8,9% до 1,9 млн тонн, в том числе бесшовных - до 524 тыс. т (спад на 18,6% относительно объемов 2019 г.). Сократились отгрузки труб большого диаметра вследствие приостановок ряда проектов, например "Северный поток" [7].
В 2020 г. ввоз в страну импортной стальной продукции составил 4,4 млн тонн, снизившись на 22%. Доля импортной металлопродукции во внутреннем потреблении проката в 2020 г. составила 10 - 11%. Объем импорта листового проката с покрытиями по итогам 2020 г. составил порядка 1 млн тонн.
Физический объем импорта стальных труб в 2020 г. сократился на 57% до 425,6 тыс. тонн и не превысил 5% потребности внутреннего рынка РФ. Значительному снижению доли импорта труб способствовали высокое качество продукции, производимой российскими предприятиями, а также применяемые в рамках ЕАЭС защитные меры в отношении импортной продукции [7].
Удельный вес металлов и изделий из них в товарной структуре импорта в 2020 году составил 6,8% (в 2019 году - 7,3%). В товарной структуре импорта из стран дальнего зарубежья доля этих товаров составила 6% (в 2019 году - 6,2%), из стран СНГ - 13,7% (16,4%).
Доля импортных поставок на рынке черной металлургии в целом на протяжении последних 5 лет уменьшалась, и 2020 год не стал исключением. Так стоимостный объем импортируемых черных металлов и изделий из них сократился год к году на 11,5%, а физический - на 23,9%. Снизились физические поставки продукции на 27,2%, металлоконструкций из черных металлов - на 17,8%, проката плоского из железа и нелегированной стали - на 15,8%. Однако доля импортных товаров все еще остается значительной в сегментах с высокой добавленной стоимостью: 16% в сегменте холоднокатаного проката, 19% в сегменте оцинкованной стали, 27% в сегменте проката с полимерными покрытиями.
Характерным примером продукции, спрос на которую удовлетворяется за счет импорта, является прокат из нержавеющих марок стали. Объем выплавки нержавеющей стали в 2020 году составил 107,3 тыс. тонн, что соответствует росту на 1,3% относительно 2019 г., производство проката прибавило 5,4% и достигло 139,6 тыс. т. Из отечественной нержавеющей стали было произведено 92,8 тыс. т продукции. Наибольший прогресс по итогам года показал сектор сварных труб из нержавеющей стали, где рост составил 4 тыс. т, или 132%. Экспорт нержавеющей продукции в страны ЕАЭС составил 31,6 тыс. т, импорт продукции для дальнейшего передела - 56,3 тыс. т. Предложение готовой товарной продукции из нержавеющих марок стали в 2020 г. на рынке РФ составило 433 - 438 тыс. т, что на 3 - 4% больше, чем годом ранее. Большая часть спроса на нержавеющую продукцию в России удовлетворяется за счет импорта. В общем по рынку доля импорта нержавеющей продукции в РФ в 2020 году достигла 77%, причем объем импорта холоднокатаного листового проката составил 93% [8].
Одной из причин низких темпов импортозамещения является большой срок окупаемости новых производственных мощностей для производства продукции с высокой добавленной стоимостью. Однако рост внутреннего спроса на такую продукцию и планы компаний по увеличению объемов поставок на внутренний рынок являются предпосылками дальнейшего снижения уровня импортных поставок.
В таблице 1.2 приведены данные об объемах производства различных видов продукции дальнейшего передела черных металлов в 2020 г.
Таблица 1.2
Продукция | 2020 г. | В % к 2019 г. |
Сталь, млн т | 73,6 | 101,4 |
В том числе: | ||
- нелегированная сталь в слитках и прочих первичных формах, а также полуфабрикат из нелегированной стали | 58,8 | 100,7 |
- легированная сталь в слитках и прочих первичных формах, а также полуфабрикат из нелегированной стали | 14,8 | 97,0 |
Готовый прокат черных металлов, млн т | 61,8 | 100,3 |
В том числе: | ||
- листовой холоднокатаный стальной прокат без дополнительной обработки шириной не менее 600 мм | 7,9 | 104,6 |
- листовой прокат из нелегированных сталей плакированный, с гальваническим или иным покрытием, шириной не менее 600 м | 5,7 | 99,5 |
- сортовой прокат и горячекатаная стальная катанка | 16,4 | 104,6 |
Стальные трубы и профили пустотелые и их фитинги, тыс. т | 10,944 | 87,7 |
В том числе: | ||
- сварные большого диаметра | 2 635 | 74,0 |
- обсадные | 1 572 | 98,4 |
- насосно-компрессорные | 659 | 95,5 |
- бурильные | 53,5 | 115,1 |
- нефтепроводные бесшовные | 526 | 81,8 |
- нефтепроводные и профильные электросварные (до 406,4 мм) | 1 646 | 90,2 |
- катаные общего назначения | 974 | 86,5 |
- электросварные тонкостенные (круглые и профильные) | 2 435 | 106,0 |
- водогазопроводные | 155 | 119,2 |
На территории России выделяются четыре металлургические базы - группы металлургических предприятий, использующих общие рудные и топливные ресурсы и обеспечивающие главные потребности хозяйства страны в металле [10]: Центральная, Уральская, Сибирская и Дальневосточная, находящаяся в стадии формирования. Они различаются масштабами, специализацией и структурой производства, транспортно-географическим положением, обеспеченностью сырьевыми и топливно-энергетическими ресурсами, характером размещения предприятий, уровнем развития, концентрации и комбинирования, технико-экономическими показателями и другими признаками (см. рисунок 1.1).
2 - Металлургические базы Российской Федерации:
1 - Центральная; 2 - Уральская; 3 - Сибирская;
4 - Дальневосточная
Уральская металлургическая база является самой крупной и старейшей в России. На ее долю приходится больше половины выпускаемых в России объемов чугуна, стали и проката черных металлов. Местные металлургические предприятия используют привозное топливо (коксующиеся угли Кузнецкого и Карагандинского бассейнов). Значительная часть сырья ввозится из Северного Казахстана (Соколовско-Сарбайское месторождение), с Курской магнитной аномалии (КМА) и Карелии. Укрепление собственной сырьевой базы связано с разработкой Качканарского и Бакальского месторождений. На Урале очень высок уровень концентрации металлургического производства. Крупнейшими металлургическими предприятиями Уральской металлургической базы являются:
- предприятия полного цикла: Магнитогорский металлургический комбинат, Челябинский металлургический комбинат, Нижнетагильский металлургический комбинат, металлургический комбинат "Уральская сталь", Белорецкий металлургический комбинат, Ашинский металлургический завод, Надеждинский металлургический завод, Чусовской металлургический завод;
- передельные и ферросплавные предприятия: Виз-Сталь, Ижсталь, Челябинский трубопрокатный завод, Челябинский ферросплавный завод, Серовский завод ферросплавов, Первоуральский новотрубный завод, Северский трубный завод, Синарский трубный завод, Златоустовский металлургический завод, Нижнесергинский метизно-металлургический завод.
Центральная металлургическая база, будучи старым районом черной металлургии, развивалась в двух направлениях: выплавка литейного чугуна и доменных ферросплавов (Тула, Липецк) и производство стали и проката главным образом из металлического лома (Москва, Электросталь, Нижний Новгород и др.). Черная металлургия Центра существенно зависит от привозного топлива (коксующиеся угли Кузнецкого и Печорского бассейнов). В зону влияния и территориальных связей Центра входит и металлургия севера европейской части России, на который приходится более 5% балансовых запасов железных руд Российской Федерации и свыше 21% добычи сырой руды. Здесь действуют достаточно крупные предприятия - Череповецкий металлургический комбинат, Оленегорский и Костомукшский горно-обогатительные комбинаты (Карелия). Сырьевые ресурсы, представленные месторождениями КМА, Кольского полуострова, Карелии (Костомукша), практически не ограничивают производство на предприятиях центральной металлургической базы. Почти вся железная руда разрабатывается открытым способом. Кроме того, большое значение имеет металлический лом. Крупнейшими центрами черной металлургии в Центральной металлургической базе являются Череповец, Липецк, Тула, Старый Оскол, Санкт-Петербург.
В пределах КМА на Оскольском электрометаллургическом комбинате им. А.А. Угарова (ОЭМК) было создано производство металлизированных окатышей, на основе которого развивается электрометаллургия бездоменного производства.
Крупнейшими металлургическими предприятиями Центральной металлургической базы являются:
- предприятия полного цикла: Череповецкий металлургический комбинат, Новолипецкий металлургический комбинат, Тулачермет, Косогорский металлургический завод, Оскольский электрометаллургический комбинат;
- передельные предприятия: металлургический завод "Электросталь", Липецкая трубная компания "Свободный сокол", Ярцевский металлургический завод, НЛМК-Калуга, Орловский сталепрокатный завод, Ижорский трубный завод, металлургический завод "Петросталь", Выксунский металлургический завод.
На долю Сибири и Дальнего Востока приходится примерно пятая часть производимого в России чугуна и готового проката и 15% стали. Эти металлургические базы характеризуются сравнительно крупными балансовыми запасами железных руд. Они оценены в 12 млрд т. Это составляет примерно 21% общероссийских запасов, в том числе около 13% приходится на долю Сибири и 8% - на Дальний Восток [10].
Сибирская металлургическая база представлена двумя мощными металлургическими комбинатами полного цикла - Новокузнецким и Западно-Сибирским (Новокузнецк), с 2011 года объединенными в единое предприятие АО "ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат" (ЕВРАЗ ЗСМК), а также несколькими передельными заводами, расположенными в крупных промышленных центрах региона, которыми являются Новосибирск, Гурьевск, Красноярск, Ангарск. Сырьевой базой региона служат железные руды Горной Шории, Хакасии и Ангаро-Илимского бассейна (Кормуновский ГОК). Топливной базой являются угольные месторождения Кузбасса, Канско-Ачинского и Южно-Якутского бассейна [10, 11].
Крупнейшими металлургическими предприятиями Сибирской металлургической базы являются:
- предприятия полного цикла: Новокузнецкий металлургический комбинат, Западно-Сибирский металлургический комбинат;
- передельные и ферросплавные предприятия: Новокузнецкий ферросплавный завод, Новосибирский металлургический завод имени Кузьмина, Гурьевский металлургический завод.
Дальневосточная металлургическая база, находящаяся в стадии формирования, обладает значительными ресурсами для развития отрасли. Данный кластер позволит стабильно и надежно контролировать источники топлива и сырья, а также внутренний и внешний рынки металла в регионе. По мере своего развития Дальневосточная металлургическая база обеспечит минерально-сырьевую и экономическую безопасность не только удаленного от центра Дальнего Востока, но и в целом национальную безопасность и обороноспособность страны. Черная металлургия в данном регионе развивается на основе якутских углей и железорудных месторождений Алданской провинции [12]. Крупнейшим металлургическим предприятием Дальнего Востока является электрометаллургический завод "Амурсталь".
Сведения о крупнейших в Российской Федерации предприятиях-производителях проката представлены в таблице 1.3, изготовителей труб - в таблице 1.4, изготовителей метизов - в таблице 1.5.
Таблица 1.3
Наименование предприятия | Месторасположение (город/область) | Холдинг | Специализация при производстве металлопроката | Объем выпуска в 2020 г., млн т |
Уральская металлургическая база | ||||
Магнитогорский металлургический комбинат (ММК), включая ММК-Метиз | Магнитогорск, Челябинская обл. | Группа ММК | Сортовой прокат, арматура, катанка, фасонный прокат, строительный прокат, горячекатаный и холоднокатаный листовой прокат, в том числе с покрытиями, проволока, канаты, гвозди, лента, гнутые профили | 10,5 |
Челябинский металлургический комбинат (ЧМК) | Челябинск, Челябинская обл. | Мечел | Сортовой прокат, горячекатаный и холоднокатаный листовой прокат, фасонный прокат, строительный прокат (балки, арматура), рельсы | 3,1 |
Нижнетагильский металлургический комбинат (НТМК) | Нижний Тагил, Свердловская обл. | ЕВРАЗ | Строительный прокат (двутавр, швеллер, уголок, шпунт), прокат транспортного назначения (рельсы, колеса, бандажи и др.) | 4,2 |
Уральская сталь | Новотроицк, Оренбургская обл. | Металлоинвест | Сортовой прокат, трубная заготовка, листовой прокат: мостосталь, штрипс, судосталь, толстый лист | 1,3 |
Нижнесергинский метизно-металлургический завод | Ревда, Нижние Серги, Березовский, Свердловская обл. | Группа НЛМК | Сортовой прокат, арматура, катанка | 1,5 |
Центральная металлургическая база | ||||
Череповецкий металлургический комбинат | Череповец, Вологодская обл. | Северсталь | Сортовой прокат, арматура, катанка, уголок, горячекатаный и холоднокатаный листовой прокат, в том числе с покрытиями | 10,5 |
Новолипецкий металлургический комбинат | Липецк, Липецкая обл. | Группа НЛМК | Горячекатаный и холоднокатаный листовой прокат, в том числе с покрытиями, электротехническая сталь | 11,0 |
Оскольский электрометаллургический комбинат им. А.А. Угарова | Старый Оскол, Белгородская обл. | Металлоинвест | Сортовой прокат, квадратная заготовка, трубная заготовка, прецизионно-катаный прокат | 2,0 |
Сибирская металлургическая база | ||||
Объединенные Западно-Сибирский и Новокузнецкий металлургические комбинаты | Новокузнецк, Кемеровская обл. | ЕВРАЗ | Сортовой прокат, строительный прокат (двутавр, швеллер, уголок), арматура, проволока, электроды, сетка, шары, рельсы всех типов | 7,2 |
Таблица 1.4
Крупнейшие предприятия-производители труб в РФ [9]
Наименование предприятия | Место расположения | Холдинг | Специализация | Объем выпуска в 2020 г., млн т |
Волжский трубный завод | Волжский, Волгоградская обл. | ТМК | Бесшовные нефтяного сортамента, котельные, подшипниковые, электросварные большого диаметра, в том числе спиралешовные | 0,82 |
Таганрогский металлургический завод | Таганрог, Ростовская обл. | ТМК | Бесшовные нефтяного сортамента, сварные трубы | 0,60 |
Северский трубный завод | Полевской, Свердловская обл. | ТМК | Бесшовные нефтяного сортамента, электросварные | 0,71 |
Синарский трубный завод | Каменск-Уральский, Свердловская обл. | ТМК | Бесшовные нефтяного сортамента, котельные, общего назначения холоднодеформированные | 0,57 |
Первоуральский новотрубный завод | Первоуральск, Свердловская обл. | ТМК (с 2021 г.) | Бесшовные нефтяного сортамента, подшипниковые, котельные, общего назначения, холоднодеформированные, прецизионные, профильные, переменного сечения, электросварные, баллоны | 0,86 |
Челябинский трубопрокатный завод | Челябинск, Челябинская обл. | ТМК (с 2021 г.) | Бесшовные нефтяного сортамента, подшипниковые, котельные, общего назначения, сварные большого диаметра, холоднодеформированные | 0,72 |
Выксунский металлургический завод | Выкса, Нижегородская обл. | ОМК | Электросварные малого, среднего и большого диаметров, электросварные обсадные | 1,37 |
Загорский трубный завод | Загорск, Московская обл. | - | Электросварные большого диаметра для нефте- и газопроводов | 0,44 |
Ижорский трубный завод | Колпино, Ленинградская обл. | Северсталь | Электросварные большого диаметра, общего назначения | 0,20 |
Таблица 1.5
Наименование предприятия | Место расположения | Холдинг | Специализация | Объем выпуска в 2020 г., млн т |
Орловский сталепрокатный завод (ОСПАЗ) | Орел, Орловская обл. | Северсталь | Крепежные изделия, металлокорд, проволока стальная, электроды сварочные | 70,0 |
Северсталь-метиз | Череповец, Вологодская обл. | Проволока стальная, прокат калиброванный, крепежные изделия, сетка, фасонные профили, канаты | 460,0 | |
Волгоградский завод "Северсталь-канаты" | Волгоград, Волгоградская обл. | Проволока стальная, металлокорд, канаты | 56,0 | |
Магнитогорский метизно-калибровочный завод | Магнитогорск, Челябинская обл. | Группа ММК | Проволока стальная, сетка, канаты, прокат калиброванный, болты, гайки, гвозди | 426,0 |
Белорецкий металлургический комбинат | Белорецк, Республика Башкортостан | Мечел | Проволока стальная, в том числе из нержавеющей стали, канаты, лента, крепежные изделия | более 400 <*> |
Вяртсильский метизный завод | Сортавала, п. Вяртсила, Республика Карелия | Проволока стальная, сетка, в том числе с покрытием, крепежные изделия | более 80 <*> | |
Западно-Сибирский металлургический комбинат | Новокузнецк, Кемеровская обл. | ЕВРАЗ | Проволока стальная, сетка, в том числе с покрытием, крепежные изделия | более 200 <*> |
Уральский завод прецизионных сплавов | Березовский, Свердловская обл. | Группа НЛМК | Проволока стальная, в том числе из нержавеющей стали, сетка, крепежные изделия | 260 |
Ревдинский метизно-металлургический завод | Ревда, Свердловская обл. | Проволока стальная, в том числе из нержавеющей стали, сетка, крепежные изделия | ||
Нижнесергинский метизно-металлургический завод | Нижние Серги, Свердловская обл. | Проволока стальная, крепежные изделия | ||
Из данных, приведенных в таблицах 1.3 и 1.4, видно, что в черной металлургии РФ сформировалось восемь крупных вертикально и горизонтально интегрированных холдингов (ЕВРАЗ, Северсталь, Группа НЛМК, Группа ММК, Мечел, Металлоинвест, ТМК, ОМК), объединяющих предприятия по всей технологической цепочке производства, что позволяет уменьшить риски как на внутреннем, так и на внешнем рынках, оптимизировать инвестиционную политику и обеспечивать собственную сырьевую безопасность. Суммарно на долю этих холдингов приходится порядка 90% производимых в России металлургических изделий дальнейшего передела черных металлов.
На современном этапе российский рынок метизов консолидирован пятью крупными производителями-холдингами, перечисленными в таблице 1.5. В сортаменте метизного производства более 50% выпускаемой продукции приходится на проволоку из углеродистой стали и около 14% - на проволоку из легированных, коррозионностойких марок стали. Проволока используется при производстве канатов, различного крепежа, гвоздей, сетки и электродов и т.п. Около 25% российского рынка метизов занимают крепежные изделия.
Производство изделий дальнейшего передела черных металлов невозможно рассматривать в отрыве от всего металлургического производства, поскольку этот передел является неотъемлемой составной частью непрерывного металлургического цикла. С точки зрения негативного воздействия на окружающую среду именно это производство характеризуется наименьшими удельными значениями потребления ресурсов и эмиссий загрязняющих веществ [17].
Воздействие на окружающую среду предприятий отдельных отраслей экономической деятельности получает отражение в Государственных докладах "О состоянии и охране окружающей среды Российской Федерации", ежегодно публикуемых Министерством природных ресурсов и экологии РФ [18], далее - Госдоклады. Переход к описанию вклада различных источников в загрязнение ОС на основе ОКВЭД сказался на подходах к анализу и систематизации информации, однако металлургическому производству в Госдокладах по-прежнему уделяется значительное внимание. Это обстоятельство следует учитывать при идентификации НДТ, так как восприятие заинтересованных сторон (и в первую очередь - уполномоченных органов исполнительной власти) нельзя не принимать во внимание при ранжировании приоритетных факторов воздействия на окружающую среду. Вместе с тем процессы дальнейшего передела черных металлов в Госдокладах практически не обсуждаются, а выделить их вклад из массива информации, посвященной черной металлургии, в целом весьма затруднительно и, зачастую, не представляется возможным.
Известно, что все крупные предприятия черной металлургии, которые обеспечивают более 90% выпуска металлургической продукции РФ, внедрили и сертифицировали системы экологического и энергетического менеджмента. Это обстоятельство позволяет сделать вывод о том, что компании ставят цели в области повышения экологической результативности и энергоэффективности производства и планомерно их достигают.
Ведущие компании, производящие продукцию дальнейшего передела черных металлов, предоставляют в Министерство природных ресурсов и экологии РФ (Минприроды) информацию, которая отражается в Госдокладах "О состоянии и охране окружающей среды Российской Федерации", а также публикуют в открытых источниках официальную информацию о результатах своей деятельности.
Так в Госдокладе, выпущенном по итогам 2020 г., отмечено, что на долю хозяйствующих субъектов по виду экономической деятельности "Обрабатывающие производства" в 2020 г. пришлось 22,7% выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух стационарными источниками; 16% суммарного объема сточных вод, сброшенных в водные объекты, 6,2% суммарного образования отходов производства и потребления.
Предприятия черной металлургии при реализации собственных программ развития существенное внимание уделяют экологическим аспектам. Значительная часть инвестиционных средств предприятиями отрасли в 2020 году была направлена на мероприятия по сокращению различных видов воздействий на окружающую среду в регионах присутствия, а также развитие логистической структуры. Суммарный объем инвестиций в 2020 г. в отраслях черной и цветной металлургии составил 61,9 млрд руб.
УК "Металлоинвест" в 2019 г. была утверждена и начата реализация Экологической программы с бюджетом в 22,5 млрд руб., целью которой является снижение к 2025 г. выбросов в атмосферу, снижение объемов образования отходов пустых и вскрышных пород, снижение выбросов парниковых газов, а также утилизация и переработка всех отходов. В 2020 году утверждены ключевые направления Экологической программы до 2025 года, а также продолжилась реализация Программы энергоэффективности, которая стартовала в 2019 году. Суммарный объем инвестиций в рамках программ до 2025 года составит около 46 млрд рублей.
Согласно утвержденным параметрам Климатической стратегии компании, до 2025 года планируется сократить собственные выбросы в CO2-эквиваленте на 6%, а к 2036 году - на 77%. К 2050 году "Металлоинвест" рассчитывает достичь углеродной нейтральности за счет завершения перехода на чистый водород в технологическом процессе, а также приобретения углеродных офсетов на выбросы, которые нельзя сократить на основном горно-металлургическом производстве. Ближайшая задача на период до 2025 года - это сокращение прямых и косвенных энергетических выбросов парниковых газов на 1,8% по отношению к уровню суммарных выбросов 2019 года.
Общие затраты компании на природоохранную деятельность в 2020 г. составили 9,2 млрд рублей, что на 21,3% больше по сравнению с аналогичным показателем 2019 г.
Общий объем выбросов парниковых газов в 2020 году составил 69,3 млн. тонн CO2-эквивалента, что на 2,5 млн тонн ниже по сравнению с 2019 годом.
В 2020 г. компанией был успешно завершен совместный проект с ПАО "Мегафон", в рамках которого были разработаны решения по реализации проекта "Системы автоматического контроля выбросов и сбросов загрязняющих веществ".
В 2020 г. предприятиями Компании было забрано 155,3 млн м3 воды из различных источников. По сравнению с 2019 г. объемы водозабора увеличились на 0,6%. Компания не оказывает существенного влияния на водные объекты, в том числе расположенные в особо охраняемых территориях [18, 19].
В ПАО "Северсталь" реализует масштабную программу мероприятий, направленных на снижение негативного воздействия производственной деятельности на окружающую среду и повышение эффективности использования ресурсов. Среди целей компании до 2025 г.: снизить массу сброса загрязняющих веществ в составе сточных вод в водные объекты, превышающих НДС, на 12%; снизить массу размещаемых отходов на 20%; достигнуть снижения выбросов в атмосферу загрязняющих веществ на 13%.
Затраты предприятий ПАО "Северсталь" в 2020 г. на природоохранную деятельность, включая текущие затраты и инвестиции, выросли на 48,6% по сравнению с 2019 годом, до 5,6 млрд руб (в 2018 г. - 3,4 млрд руб., 2019 г. - 3,8 млрд руб.). Затраты на инвестиционные мероприятия по экологии составили 2,4 млрд руб., в том числе по Череповецкому металлургическому комбинату - 2,3 млрд руб. В структуре расходов на природоохранные мероприятия около половины средств (42%) направлено на охрану атмосферного воздуха, 27,3% - на обращение с отходами. Объем расходов на мероприятия по охране и рациональному использованию водных ресурсов составил 24,8%.
Став участником национального проекта "Чистый воздух", компания обязалась реализовать 16 проектов стоимостью 10,5 млрд руб. Это позволит снизить выбросы загрязняющих веществ в атмосферу Череповца на 22,5% к 2025 году. Одно из этих мероприятий реализуется на железорудном активе "Олкон", остальные в г. Череповце.
К 2023 году компания намерена уменьшить интенсивность выбросов парниковых газов на 3% по сравнению с уровнем 2020 года. Это позволит снизить к 2023 г. интенсивность удельных выбросов CO2 с 2,063 до 2,001 тонн на тонну стали.
В 2020 г. суммарный выброс загрязняющих веществ на предприятиях компании снизился на 9% по сравнению с 2019 г. Всего к 2025 году компанией поставлена цель сократить объем выбросов в атмосферу на 13% (66,5 тыс. т) от объема выбросов в 2017 году.
Основной объем воды, забираемой из поверхностных водных объектов на производственные цели, потребляет ЧерМК (97,2%). Забор пресной воды на производственные цели по компании в 2020 г. составил 51,5 млн м3, что соответствует уровню 2019 г. В настоящее время достигнут оптимальный баланс водопотребления и водоотведения, что подтверждается удельными показателями безвозвратного водопотребления [18, 20, 21].
ПАО "Магнитогорский металлургический комбинат" (ММК) за 20 лет направил на природоохранную деятельность 13,4 млрд USD. Общие затраты ММК в 2020 г. на реализацию инициатив Экологической программы составили 74,6 млн долл., включая 55,9 млн долл. на капитальное строительство. Всего программа включала 105 мероприятий, из которых было выполнено 98, а по 7 проектам работы продолжаются в 2021 году. Больше половины этих средств было потрачено на строительство новых и реконструкцию существующих природоохранных объектов. Основные направления стратегии компании связаны со снижением углеродоемкости первого передела, максимальной утилизацией вторичных энергоресурсов и реализацией проектов в области зеленой энергетики.
К 2025 году ММК стремится к достижению следующих целей:
- снижение валовых выбросов загрязняющих веществ на 14% по сравнению с базовым 2019 годом;
- сокращению удельных выбросов CO2-эквивалента до 1,8 тонн на тонну стали.
Всего же к 2025 году планируется достичь снижения валовых выбросов загрязняющих веществ в два раза по отношению к 2000 году, а удельных выбросов - в три раза.
Общие инвестиции в природоохранные объекты ММК в 2020 - 2025 годах составят 38,1 млрд руб., из которых 5,5 млрд руб. планируется затратить на водоохранные мероприятия, 10,9 млрд руб. - на мероприятия по утилизации отходов и рекультивации, 21,7 млрд руб. - на воздухоохранные мероприятия.
В 2020 г. совокупный объем затрат на охрану окружающей среды внутри Группы составил 109,3 млн долл., или 1,5% от выручки Группы. В 2020 г. относительно 2019 г. произошло снижение валовых выбросов Группы почти на 15% и удельных выбросов загрязняющих веществ ММК - на 3%. В 2020 г. удельная углеродоемкость жидкой стали составила 2,18 тонн CO2-эквивалента на тонну стали. Благодаря мероприятиям программы развития ММК, реализованным с 2015 по 2020 год, валовые выбросы в атмосферу были сокращены на 14,9 тыс. тонн в год, в том числе на 8,9 тыс. тонн пыли, 5,3 тыс. тонн диоксида серы и 700 тонн окислов азота.
В 2020 году ММК продолжил реализацию мероприятий в направлении снижения комплексного индекса загрязнения атмосферы (КИЗА) г. Магнитогорска. В 2019 году г. Магнитогорск был исключен Министерством природных ресурсов и экологии Российской Федерации из списка городов с наиболее высоким уровнем загрязнения атмосферы, за период с 2017 г. по 2020 г. произошло снижение показателя КИЗА почти на 60%.
В 2019 г. ММК полностью в полном объеме перешел на систему оборотного водоснабжения, полностью исключив сбросы в Магнитогорское водохранилище. В 2020 г. произошло повышение общего объема водосброса по Группе на 4,8% по сравнению с прошлым годом, при этом водосброс в поверхностные воды сократился на 4,1%.
В 2020 г. общий объем образования отходов уменьшился на 28,4% по сравнению с аналогичным показателем 2019 г. В отчетном периоде доля опасных отходов в их общем объеме составила 0,54% (в 2019 г. - 0,47%) [18, 22 - 25].
Начиная с 2000 года Группа НЛМК инвестировала на природоохранные мероприятия более 1,3 млрд долл. (более 51 млрд руб.). В 2020 году из них было затрачено 82 млн USD (около 6 млрд руб.). За это время благодаря внедрению современных технологий и модернизации оборудования объем производства удвоился, а воздействие на окружающую среду существенно сократилось. Показатель удельных суммарных выбросов в атмосферу снижен в два раза.
За последние пять лет на фоне роста производства компания сократила уровень эмиссии CO2 на 3% - с 2,04 тонн в 2015 г. до 1,98 в 2019 г. на тонну стали - и ставит цель дальнейшего сокращения до 1,91 тонны (еще на 3,5%) к 2023 г. В рамках Стратегии - 2022 в Компании установлен целевой ориентир по снижению удельной суммарной эмиссии в атмосферу по Группе НЛМК до 18,0 кг/т к 2023 году. Снижение удельной суммарной эмиссии предприятий Группы НЛМК с 43,4 кг/т стали в 2000 г. до 18,6 кг/т стали в 2020 г. было достигнуто за счет комплекса управленческих мер и инвестиционных проектов: реконструкции производственных агрегатов, установки высокоэффективных пылегазоочистных систем, модификации фильтровального оборудования, внедрения технологии нейтрализации, улавливания и рециклинга вторичных ресурсов в производственный оборот.
По данным Росгидромета и оценке Минприроды, комплексный индекс загрязнения атмосферы в г. Липецке, где расположен ключевой актив компании, в 2019 году составил 3 единицы. Город был официально признан самым чистым центром российской металлургии, опередив по чистоте воздуха Череповец (3,9 единицы), Нижний Тагил (7 единиц), Магнитогорск (13 единиц) и Новокузнецк (17 единиц), где находятся основные площадки крупных металлургических холдингов.
В 2009 году Липецкая производственная площадка НЛМК, на которую приходится около 80% производства Группы НЛМК, внедрила технологию замкнутого водооборота и полностью прекратила промышленные стоки в водоемы. На большинстве остальных предприятий Группы НЛМК также организовано оборотное водоснабжение: доля оборотного водоснабжения в Группе НЛМК находится на высоком уровне - 97%. Благодаря мероприятиям по контролю за водопотреблением в 2020 году отмечен самый низкий за пять лет объем потребления воды.
В 2020 году на Липецкой площадке завершен проект по модернизации локальных очистных сооружений хозяйственно-бытовых стоков. По итогам года объем хозяйственно-бытовых стоков в реку Воронеж сокращен на 73% (промышленные стоки прекращены еще в 2009 году) по сравнению с проектными показателями до модернизации. Объем инвестиций составил 118 млн рублей. За последние 40 лет (начиная с 1980 г.) забор свежей воды из реки Воронеж на основной площадке Группы НЛМК в г. Липецке сокращен в девять раз.
Показатель удельного безвозвратного водопотребления предприятий Группы НЛМК в 2020 году был сокращен на 0,2 м3/т относительно 2019 г. и составил 5,1 м3 на тонну стали, что также практически в 3 раза меньше показателя 2005 года.
Применение современных технологий по переработке вторичных ресурсов, а также реализация различных инициатив по рециклингу позволяют предприятиям группы НЛМК эффективно использовать вторичные ресурсы. В 2020 году доля повторного использования железосодержащего сырья на предприятиях без учета отходов горной добычи составила 99%. В 2020 году Новолипецкий металлургический комбинат полностью переработал шлаковый отвал с общим весом накопленных вторичных ресурсов более 5 млн тонн [18, 26 - 28].
В 2020 г. Группой ЕВРАЗ на природоохранную деятельность уральских предприятий было направлено более 2,3 млрд руб. До 2024 г. на реализацию экологических мероприятий в рамках нацпроекта "Экология" будет направлено 3,4 млрд руб.
Ключевыми мероприятиями ЕВРАЗ в области охраны окружающей среды явились работы по модернизации и реконструкции оборудования первого и второго переделов. На предприятии ЕВРАЗ НТМК была запущена после технического перевооружения доменная печь N 6 и остановлена выработавшая свой ресурс домна N 5. С учетом запущенной ранее домны N 7 предприятие позиционирует себя как самое чистое доменное производство в России.
В 2020 году снижение общего количества выбросов в атмосферу предприятиями ЕВРАЗ при сталеплавильном производстве составило 3,7%, уровень эмиссии CO2-эквивалента составил 1,97 тонны на тонну сырой стали. Согласно новым целям, до 2030 года компанией запланирован нулевой сброс сточных вод при сталеплавильном производстве, утилизация 95% металлургических и общих отходов, повторное использование 50% отходов горного производства, снижение общего количества выбросов в атмосферу на 33% при сталеплавильном производстве, снижение пылевыделения в 1,5 раза при добыче угля, снижение на 20% выбросов парниковых газов, утилизация 75% выбросов метана (CH4), образующегося при дегазации от подземной добычи угля [29].
Затраты Группы "Мечел" за период 2011 - 2020 года на экологические проекты составили 14 млрд рублей, и инвестиции в объеме 9,8 млрд руб. запланировано вложить в экологические мероприятия до конца 2024 г. Суммарные валовые выбросы Группы за 2020 год сокращены на 8,4% относительно 2019 г.
Одной из целей природоохранной деятельности Группы ЧМК на челябинской производственной площадке является снижение к 2025 г. массы загрязняющих веществ в составе сточных вод, направляемых в водные объекты, на 10% и снижение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на 17%.
Компанией было заключено соглашение о взаимодействии с Министерством природных ресурсов и экологии РФ, Федеральной службой по надзору в сфере природопользования, Правительством Челябинской области по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в г. Челябинске на 2019 - 2024 годы. Целями природоохранной деятельности Группой ЧМК к 2025 г. являются снижение на челябинской производственной площадке массы сброса загрязняющих веществ в составе сточных вод в водные объекты на 10%, снижение выбросов в атмосферу загрязняющих веществ на 17% [30].
ПАО "Трубная металлургическая компания" за последние 15 лет инвестировала более 160 млрд рублей в реорганизацию производств, из которых 19 млрд были вложены в мероприятия, непосредственно касающиеся повышения экологичности действующих производственных объектов. В настоящее время на всех заводах компании действуют долгосрочные экологические программы по четырем основным направлениям: вода, атмосфера, рекультивация земель, промышленные отходы.
С 2018 года ТМК реализует в целях сокращения выбросов парниковых газов вторую пятилетнюю программу по повышению энергоэффективности и экономии топливно-энергетических ресурсов. В 2021 году компания планирует разработать корпоративную программу сокращения выбросов парниковых газов до 2030 года.
В рамках реализации масштабных инвестиционных проектов по модернизации и реконструкции технологических процессов и оборудования за последние годы достигнуты значительные результаты снижения негативного воздействия на окружающую среду.
Вдвое были сокращены валовые выбросы сталеплавильного производства, в настоящее время эффективность очистки отходящих газов на предприятиях Группы ТМК составляет более 90%.
Общий объем многократно и повторно используемой воды предприятиями компании в 2019 году составил 502 млн м3. Объем стоков на российских заводах Компании сокращен 1,4 раза, а водопотребление на производство снижено в 1,3 раза, доля водооборотного цикла доведена до 95,7%. Высокий процент обращения воды в оборотных циклах позволяет снизить объемы забираемой воды и уменьшить объемы сбросов.
За последние 5 лет объем выбросов предприятиями Группы ТМК сократился на 22%. В 2020 году суммарные выбросы сократились на 3,4% по сравнению с 2019 г.
Предприятиями компании достигнуты хорошие результаты в обращении с отходами. Большая часть отходов, образующихся в процессе производства, используется повторно и только 7% размещается на специализированных полигонах. [31].
АО "Объединенная металлургическая компания" (ОМК) в 2017 - 2019 годах инвестировала более 3 млрд рублей в защиту окружающей среды Выксунского района Нижегородской области, где расположен АО "Выксунский металлургический завод" (ВМЗ). Компания продолжает инвестировать в развитие и обновление мощностей по производству труб.
Реализованные мероприятие позволили снизить сбросы сточных вод в пять раз. Валовые выбросы в атмосферу за период 2017 - 2019 гг. снизились в 2,5 раза. Основным фактором, который обеспечил данный эффект, стало закрытие в марте 2018 года мартеновского цеха. В сентябре 2020 года на ВМЗ компания "Эколант", аффилированная с ОМК, начала проект строительства нового металлургического комплекса мощностью 1,8 млн тонн стали в год стоимостью 150 млрд руб. со сроком реализации до 2025 г., в работе которого будет внедрена технология бездоменного производства стали из железной руды методом прямого восстановления железа.
В настоящее время более 50% отходов ВМЗ не попадает на полигон благодаря действующей на предприятии с 2013 года программе раздельного сбора отходов [32, 33].
Приведенная в данном разделе информация, равно как и представленные в ходе анкетирования предприятий данные, детально проанализированы в ходе выбора технологических показателей НДТ (см. разделы 3 - 5).
Важнейшим аспектом развития производства металлопродукции из стали и сплавов является его модернизация в направлении применения более эффективных технологических процессов и оборудования.
ИС МЕГАНОРМ: примечание. В официальном тексте документа, видимо, допущена опечатка: имеется в виду рисунок 1.2, а не 1.3. |
Инвестиции ведущих металлургических предприятий России, производящих 98% российского чугуна, около 90% стали и российского проката, более 60% труб, а также значительную долю сырья для металлургической промышленности, входящих в Ассоциацию "Русская Сталь", за 2000 - 2020 гг. достигли 3,0 трлн руб. В 2020 году, несмотря на кризис, связанный с коронавирусной инфекцией и введением жестких ограничительных мер, черной металлургии удалось достигнуть показателя инвестиций в 279 млрд рублей, что на 37% выше пикового показателя 2008 года [34] (см. рисунок 1.3). Сложная рыночная ситуация в 2019 году и трех кварталах 2020 года не стала препятствием, отрасль продолжила восходящий инвестиционный тренд и держит фокус на устойчивом развитии, конкурентоспособности и социальной ответственности.
Объем инвестиций, млрд руб.Рисунок 1.2 - Динамика инвестирования предприятий черной
металлургии России - членов Ассоциации "Русская сталь"
в период с 2000 по 2020 г.
Таким образом, за период с 2000 по 2020 год включительно ежегодные капиталовложения в основные фонды предприятий - членов Ассоциации "Русская сталь" выросли более чем в 10 раз, налоговые отчисления в бюджеты всех уровней увеличились в 8 раз (до 420 млрд руб.) при росте производства стали за аналогичный период всего на 25% - с 59 млн тонн до 74 млн тонн.
На предприятиях черной металлургии РФ за последние 20 лет введены в действие 9 крупнотоннажных электродуговых печей, 18 машин непрерывного литья заготовок различного назначения, 13 комплексов внепечной обработки стали, а также реконструированы и продолжаются работы по техническому перевооружению основных металлургических агрегатов в действующих доменных и кислородно-конвертерных цехах.
Для производства изделий дальнейшего передела черных металлов запущены в эксплуатацию новые и капитально реконструированные производственные объекты:
- 3 стана 5 000 по производству листа;
- 18 сортовых и листовых прокатных станов;
- 12 агрегатов непрерывного горячего цинкования и установок по нанесению полимерных покрытий;
- 5 линий по производству сварных труб большого диаметра с линиями финишной отделки;
- 2 трубопрокатных агрегата с непрерывными станами для производства бесшовных труб;
- 2 комплексно-модернизированных цеха по производству железнодорожных колес.
В последнее десятилетие в ряде секторов металлургии были созданы новые передовые производственные мощности, загрузка которых в настоящее время находится на низком уровне в связи с сокращением внутреннего спроса. Например, отечественные производители (Выксунский металлургический завод, Ижорский трубный завод, Волжский трубный завод, Челябинский трубопрокатный завод) за период 2004 - 2020 гг. без государственной поддержки создали современные мощности по производству сварных прямошовных труб большого диаметра, которых достаточно для обеспечения потребности топливно-энергетического комплекса даже с учетом пикового спроса при реализации сразу нескольких крупных магистральных трубопроводных проектов (в 2016 г. эти мощности были загружены всего на 50%). На Таганрогском металлургическом заводе, Северском трубном заводе установлены современные высокопроизводительные трубопрокатные агрегаты с непрерывными станами, обеспечивающие с максимальной степенью автоматизации изготовление высококачественных бесшовных труб нефтяного сортамента. На финишной стадии находится проект строительства ТПА 73-273 с непрерывным станом FQT на Выксунском металлургическом заводе. Технологии изготовления труб, используемые на вышеупомянутых предприятиях, являются наиболее передовыми в мировой практике и автоматически попадают в категорию НДТ.
Для уменьшения разрыва между имеющимися производственными мощностями предприятий черной металлургии и спросом на металлопродукцию необходима активизация деятельности ведущих отраслей отечественной промышленности, являющихся основными потребителями этой продукции. Это качественно повлияет на структуру отрасли: вырастет доля продукции с высокой добавленной стоимостью и уменьшится доля экспорта в структуре отечественного производства.
Российскими предприятиями черной металлургии до 2024 г. запланирована реализация ряда инновационных мероприятий, направленных на техническое развитие производства изделий дальнейшего передела черных металлов, наиболее крупными среди которых являются [34]:
- модернизация Группы ЕВРАЗ рельсобалочного цеха ЕВРАЗ НТМК и строительство нового производства железнодорожных колес в ОЭЗ "Титановая долина";
- модернизация сталепроволочно-канатного производства на Белорецком металлургическом комбинате;
- строительство Группой ТМК автоматизированной линии контроля муфт на Северском трубном заводе, реконструкция оборотного цикла водоснабжения на Синарском трубном заводе, модернизация установки вакуумной дегазации и МНЛЗ в ЭСПЦ АО "ВТЗ" с целью обеспечения потребности предприятия в непрерывнолитых заготовках из нержавеющих и коррозионностойких марок стали и техническое развитие трубопрессового цеха, реализация совместно с АО "ЧЭМК" масштабного, не имеющего аналогов в новейшей истории РФ, проекта строительства металлургического комплекса по производству плоского проката из нержавеющих и коррозионностойких марок стали;
- строительство ПАО "Северсталь" стана 170, непрерывно-травильного агрегата, модернизация ЛПЦ-3, реконструкция и строительство нагревательных печей;
- строительство АО "ОМК" цеха по выпуску бесшовных труб повышенных групп прочности с полупремиальными и премиальными высокогерметичными соединениями, модернизация мощностей по выпуску сварных труб, строительство завода по выпуску стали по технологии прямого восстановления железа (DRI проект "Эколант") мощностью 1,8 млн тонн в год;
- строительство дуговой сталеплавильной печи N 5 и агрегата комплексной обработки стали на ОЭМК им. А.А. Угарова.
Дальнейшая модернизация предприятий отрасли и внедрение НДТ обеспечат производство современной и качественной металлургической продукции на основе экологически чистых технологий, позволяющих уменьшить объем выбросов загрязняющих веществ и парниковых газов, сбросов и образования отходов производства, увеличить объемы выпуска продукции и освоить производство изделий с новыми перспективными эксплуатационными характеристиками, развивать внутреннюю инфраструктуру.
Раздел 2 Описание технологических процессов, применяемых при производстве изделий дальнейшего передела черных металлов
ИС МЕГАНОРМ: примечание. Нумерация пункта отсутствует в соответствии с официальным текстом документа. |
В настоящее время существуют три принципиальные схемы производства горячекатаного проката:
- I - "литая заготовка - готовый прокат", т.е. литые заготовки, полученные на машинах непрерывного литья заготовки (МНЛЗ), минуя обжимной стан, прокатывают на сортовых или листовых станах в готовый прокат;
- II - "слиток - полупродукт - готовый прокат", т.е. слиток обрабатывают на обжимных и заготовочных станах с последующей прокаткой полученного полупродукта (блюмы, слябы, заготовка) в сортовой или листовой прокат;
- III - "литая заготовка легированной стали - полупродукт - готовый прокат", т.е. литые заготовки после МНЛЗ подвергают переделу на обжимных и заготовочных станах с последующей прокаткой катаной заготовки на сортовых или листовых станах.
Во всех схемах прокат подвергается отделке.
Схема I в настоящее время получила наибольшее распространение, так как обладает экономическими преимуществами (меньше продолжительность технологического цикла, затраты на производство и расход металла).
Схема II - традиционный процесс производства сортового и листового проката из слитков, еще до недавнего времени была доминирующей при получении металлопроката.
Разливка на МНЛЗ легированных сталей выявила необходимость обеспечения большой деформации от литой заготовки до готового профиля, удаления поверхностных дефектов на заготовке и получения заданной структуры горячекатаной стали с повышенными требованиями (например, сталь ШХ15 и др.). В связи с этим появилась потребность в схеме III [1].
Исходным материалом (сырьем) для получения всего сортамента горячекатаного проката служат слитки и непрерывно-литые заготовки.
Технологический процесс производства горячекатаной листовой и сортовой продукции может быть представлен единой обобщенной схемой, представленной на рисунке 2.1.
горячекатаного проката
2.1.1 Предварительная подготовка заготовки Подготовка исходного сырья (слитков, непрерывно-литой заготовки) преимущественно заключается в удалении поверхностных дефектов.
В отечественной практике горячие слитки зачистке не подвергают. Холодные слитки и непрерывно-литые заготовки в зависимости от марки стали и назначения подвергают зачистке следующими способами [1]:
- огневая зачистка;
- лезвийная зачистка (резцовая обдирка, фрезерование, пневматическая вырубка);
- абразивная зачистка;
- электроконтактная зачистка.
Проведение предварительной обработки в виде зачистки проводят для удаления поверхностных дефектов на слитках и заготовке. Указанные дефекты при нагреве и последующей деформации переходят на готовый прокат, вызывают появление новых дефектов, удаление которых увеличивает объем отделки и потери металла в стружку и обрезь. Используют сплошную и выборочную зачистку металла.
В процессе огневой зачистки поверхностный слой металла, нагретый до высокой температуры, воспламеняется в струе кислорода, сжигается и удаляется с поверхности заготовки. Способ применяют для зачистки заготовки из углеродистых и низколегированных сталей. Зачистка проводится вручную (кислородно-ацетиленовые резаки) или на машинах огневой зачистки (МОЗ).
Портальная главная горелка МОЗ, смонтированная на каретке, и обрабатываемая заготовка на подвижной тележке имеют возможность перемещения в требуемых направлениях (каждая со скоростью до 50 м/мин), боковые горелки обеспечивают зачистку боковых кромок. Все горелки работают на кислороде и оснащены устройством для создания электрической дуги между электродом и обрабатываемым металлом. Глубина зачистки составляет 2 - 7 мм, скорость зачистки - 0,1 - 0,4 м/с, производительность - 60 - 100 кг/мин.
Резцовую обработку проводят на строгальных, токарно-обдирочных и фрезерных станках. Способ применяют ограниченно, так как он характеризуется повышенным расходом металла (до 15%) и низкой производительностью (0,7 т/ч для одного станка). Фрезерование характеризуется большей производительностью и величиной расхода металла 50 - 63 кг/т.
Пневматическую вырубку проводят с помощью пневматических молотков и используют для выборочной зачистки дефектов слитков и заготовок. Способ характеризуется низкой производительностью и трудоемкостью.
Абразивную зачистку проводят на обдирочно-шлифовальных станках, а также с помощью ручных подвесных станков. Зачистку осуществляют шлифовальными кругами, скорость шлифования поддерживается постоянной в автоматическом режиме. Способ считается самым универсальным, так как применим для стали любой марки, формы и размеров сечения зачищаемой заготовки.
При электроконтактной зачистке между диском-электродом и обрабатываемой заготовкой возбуждается электрическая дуга, которая расплавляет металл в зоне контакта. Металл удаляется быстровращающимся диском-электродом, который охлаждается сжатым воздухом.
Кроме того, в цикле операций по предварительной подготовке заготовки для слитков из высоколегированных сталей применяют предварительную термическую обработку, в качестве которой используют:
- гомогенизирующий отжиг;
- отжиг для снятия напряжений и смягчающий отжиг.
Гомогенизирующий отжиг используют для снижения химической неоднородности стали. Гомогенизирующий отжиг слитков проводят в печах с выдвижным подом или в нагревательных колодцах, температура нагрева - до 1170 °C при выдержке 8 - 15 ч, используют замедленное охлаждение. Иногда гомогенизирующий отжиг совмещают с нагревом под прокатку.
Отжиг для снятия напряжений и смягчающий отжиг проводят для снижения твердости металла перед его зачисткой. Используют термические печи с выдвижным подом, камерные печи с внешней механизацией. Режимы проведения отжига (отжиг с фазовой перекристаллизацией, высокий отпуск, изотермический отжиг) выбирают в зависимости от марки стали и размеров слитка, температура нагрева - 650 °C - 880 °C, время выдержки - 5 - 20 ч, используют замедленное охлаждение.
2.1.2 Нагрев заготовок Нагрев металла производится с целью повышения его пластичности и снижения сопротивления деформации, соответственно, снижения нагрузок на рабочий инструмент и оборудование при его деформации.
Режим нагрева перед прокаткой характеризуют температурой нагрева, скоростью нагрева, числом ступеней (зон) нагрева, продолжительностью нагрева.
Нагрев слитков под прокатку листа осуществляют в регенеративных и рекуперативных нагревательных колодцах. Широкое распространение получили рекуперативные колодцы с центральной нижней (на подине) горелкой, состоящие из 12 групп по четыре ячейки в каждой. Производительность одной группы - 230 - 240 тыс. т/г, удельный расход топлива - 1000 - 1070 кДж/кг. Температуру нагрева и его продолжительность устанавливают в зависимости от марки стали и массы слитка. Выдачу слитков из ячейки производят в порядке посадки. Топливо - природный газ. Подогрев воздуха производится в керамическом рекуператоре.
Регенеративные колодцы для нагрева листовых слитков характеризуются большим расходом топлива - 1050 - 1340 кДж/кг.
Для легированных сталей широко применяют ступенчатый нагрев, перемещая слиток из ячейки с более низкой температурой в ячейку с более высокой температурой.
Для нагрева тяжелых слитков (до 150 т), тонких слябов и слябов из легированных сталей, требующих особых режимов нагрева, применяют камерные печи.
Нагрев слябов перед прокаткой на толстолистовых и широкополосных станах производится в методических печах. Главной конструктивной особенностью, которая оказывает основное влияние на остальные характеристики работы печи, является способ транспортирования заготовок в рабочем пространстве печи. В методических печах для нагрева заготовок под обработку давлением применяют в основном проталкивание (толкательные печи) и шагание (печи с шагающим подом и с шагающими балками). Независимо от расположения горелок в работе этих печей в подавляющем большинстве случаев используется принцип противотока. Загрузка и выдача слябов - торцевая.
Общая тепловая мощность современных методических печей для нагрева слябов достигает 250 МВт.
Применение шагающих балок позволяет исключить травмирование нижней поверхности слябов о подовые трубы. Производительность методических печей достигает 450 т/ч. Топливо - смесь коксового, доменного и природного газов, а также смесь газа и мазута, максимальный расход - 5 - 15 тыс. м3/ч, подогрев воздуха осуществляется преимущественно в рекуператорах.
Горячий посад непрерывнолитых и горячекатаных блюмов, слябов и заготовок в методические печи стана и прямая прокатка являются эффективными мероприятиями, которые обеспечивают снижение расхода топлива на нагрев металла под прокатку.
В общем случае горячим посадом считается посад металла с температурой более 600 °C, теплый - 300 °C - 600 °C, холодный - меньше 300 °C. Прокатка металла транзитом от обжимных заготовочных станов или непосредственно от МНЛЗ с небольшим подогревом (или без него) уменьшает расход топлива на 15% - 60% относительно расхода при холодном посаде. Использование непрерывнолитой заготовки вместо слиткового передела позволяет сократить расход энергоресурсов примерно на 20% - 40%.
Непрерывная разливка-прокатка. Одним из направлений совершенствования процессов производства проката в настоящее время является создание литейно-прокатных агрегатов. В состав такого агрегата входят: машина непрерывного литья заготовок (блюмовая, слябовая или сортовая), устройства для передачи непрерывнолитой заготовки, печь для подогрева и непосредственно прокатный стан (соответствующего типа) со всем технологическим оборудованием.
При применении такой технологии удается практически полностью использовать первичную теплоту непрерывнолитой заготовки для ее деформации, что существенно экономит энергоресурсы на нагрев. Также исключается промежуточное складирование заготовок. Данные особенности работы литейно-прокатных агрегатов позволяют увеличить производительность стана (до 25%) и повысить эффективность использования оборудования.
Еще одним преимуществом литейно-прокатных агрегатов является компактное расположение оборудования, что требует меньших производственных площадей и капитальных затрат на строительство (до 1,5 раза).
Обжатие литого металла в таком совмещенном процессе способствует улучшению качества поверхности и структуры литых заготовок, а себестоимость проката снижается благодаря повышению выхода годного и сокращению расходов по переделу.
В вопросе совмещения МНЛЗ и прокатного стана существует ряд проблем, таких как согласование различающихся в несколько раз скоростей этих агрегатов. Решение этого вопроса обусловило появление ряда возможных вариантов схем состыковки агрегатов:
- прямая стыковка (с резкого слитка перед задачей в нагревательную печь);
- стыковка с использованием устройств для интенсивной пластической деформации (планетарные клети и т.д.) в первом проходе;
- стыковка с использованием высокоскоростных МНЛЗ;
- стыковка сортового стана со слябовой МНЛЗ с поперечной резкой сляба на заготовки или прокаткой сляба "на ребро".
2.1.3 Горячая прокатка металла Прокатный стан - комплекс машин и агрегатов, предназначенных для пластической деформации металла в валках, его обработки и транспортирования.
Прокатные станы классифицируют по назначению, конструкции и расположению рабочих клетей, режиму работы.
При классификации по назначению уточняется, для производства какого вида продукции (сорт, лист, труба и т.д.) или выполнения конкретной операции, например, прошивка, дрессировка используется данный стан,
По конструкции клети различают прокатные станы (см. рисунок 2.2), имеющие в своем составе следующие виды клетей:
а) двухвалковые - "дуо";
б) трехвалковые - "трио";
в) четырехвалковые - "кварто";
г) шестивалковые;
д) двенадцативалковые;
е) двадцативалковые;
ж) клети с многовалковыми калибрами для производства балок;
з) универсальные;
и) клети с многовалковыми калибрами для производства катанки, труб и фасонных профилей [1].
в рабочей клети прокатного стана
При производстве труб и специальных видов проката широко используются клети поперечно-винтовой прокатки и клети специальных конструкций (прокатка колес, бандажей, винтов, шестерен и пр.).
По расположению рабочих клетей различают одноклетьевые и многоклетьевые станы. Многоклетьевые станы, в свою очередь, могут быть:
- последовательные, клети которых расположены последовательно, а прокат делает только один проход в каждой клети;
- непрерывные, клети которых расположены последовательно, а раскат деформируется одновременно в нескольких клетях;
- линейные, у которых оси клетей расположены в одну или несколько параллельных линий, а клети обычно имеют групповой привод;
- зигзагообразные - многолинейные станы с передачей металла с одной линии прокатки на другую, зигзагом, с помощью косорасположенных роликов рольгангов;
- шахматные, аналогичные зигзагообразным, но с передачей металла шлепперами перпендикулярно оси прокатки.
По режиму работы различают реверсивные и нереверсивные станы.
2.1.4 Удаление окалины перед горячей прокаткой Нагрев металла связан с образованием на его поверхности окалины, которая при последующей горячей деформации вкатывается в поверхность металла с образованием дефектов и ухудшением товарного вида прокатных изделий, что, в свою очередь, ведет к увеличению трудозатрат и дополнительным материальным потерям на стадии отделки готового проката. Поэтому важно значительную часть окалины отделить от основного металла перед его горячей деформацией.
Удаление окалины перед горячей деформацией листового металла, как правило, не рассматривают как отдельный цикл операций, а относят к циклу операций по деформации металла. Образующуюся в процессе нагрева окалину удаляют мощными струями воды (устройства для гидросбива окалины), механическими скребками, щетками, иглофрезами или механическими окалиноломателями, использующими принцип изгиба металла.
На листовых станах для удаления окалины успешно используют эджерные клети с вертикально установленными валками. В этих клетях осуществляют небольшую (5% - 10%) деформацию по ширине сляба, достаточную для разрушения хрупкого поверхностного слоя окалины. После эджерной клети устанавливают устройство для гидросбива.
Для более тщательного удаления окалины используют установленную после эджерной клети двухвалковую прокатную клеть с горизонтальными валками, такую как клеть-окалиноломатель. Эта клеть является черновой, но в первом проходе в этой клети устанавливают небольшую (до 5%) величину деформации, которая, с одной стороны, способствует разрушению слоя окалины, с другой стороны, исключает вкатывание частиц окалины в поверхностный слой металла.
Для повышения эффективности работы обжимной клети в режиме окалиноломателя применяют верхний валок с рифленой поверхностью. Лунки глубиной до 5 мм, длиной 40 мм и шириной 30 мм наносят на поверхность валка в шахматном порядке, а надежное удаление окалины обеспечивают с помощью гидросбива высокого давления (свыше 12 МПа) коллекторами, установленными с каждой стороны клети [2].
2.1.5 Горячая прокатка слитков Горячая прокатка слитков производится на обжимных станах, которые предназначены для получения полупродукта в виде заготовок прямоугольного сечения (слябы). Слябы имеют размеры сечения: толщину 100 - 250 мм, ширину 600 - 1500 мм и длину 1,3 - 5,0 м.
Преимущественно используют двухвалковые обжимные станы для получения слябов (слябинги), среди которых различают большие (диаметр валков 1250 - 1500 мм), средние (1000 - 1200 мм) и малые (800 - 950 мм). Станы имеют реверсивный режим работы, большой подъем верхнего валка, возможность корректировки обжатия металла и скоростей прокатки в каждом проходе. Очень часто слябинги комплектуют дополнительными вертикальными валками для обжатия боковых сторон прямоугольного сечения сляба. Каждый валок обжимного стана снабжен индивидуальным приводом от электродвигателя постоянного тока. С передней стороны рабочей клети расположен кантователь, а манипулятор - с обеих ее сторон.
С использованием системы слиткоподачи (кольцевая или челночная) нагретые слитки подают от колодцев к приемному рольгангу обжимного стана.
Далее слиток сталкивают со слитковоза стационарным сталкивателем, осуществляют поворот слитка на 180° (для правильной задачи в валки стана).
Прокатка осуществляется в нечетное число проходов. Полученный раскат в виде сляба зачищается в потоке с использованием машины огневой зачистки (МОЗ) и поступает на адъюстаж.
2.1.6 Горячая прокатка листа Размерный сортамент горячекатаного листа включает: толстый лист толщиной 4 - 50 мм, плиты толщиной 50 - 160 мм, тонкий лист толщиной 0,8 - 3,9 мм и шириной до 4800 мм и ленту - листовую сталь шириной менее 500 мм.
Листовой прокат может быть получен как в виде отдельных листов, так и в виде широких полос, которые сворачивают в рулоны. Затем посредством резки (продольной и поперечной) из рулонного металла может быть изготовлен прокат в виде листов. Наличие единого термина "листовой прокат" для описания различных видов продукции (особо толстый лист - "плита", "толстый лист", "тонкий лист", "широкая полоса", узкая полоса - "лента") носит противоречивый характер и затрудняет понимание сортамента прокатной продукции. Поэтому в настоящее время для устранения указанного противоречия в трактовке термина "листовой прокат" применяют понятие "плоский прокат".
Марочный сортамент сталей, применяемых для производства горячекатаного листового проката, включает низкоуглеродистые стали, конструкционные, низко- и высоколегированные, инструментальные стали и стали со специальными физическими свойствами. Листовая сталь классифицируется по назначению: конструкционная; для котлостроения, машиностроения и судостроения; автолист; нержавеющая, трансформаторная, кровельная, жесть и др.
На рисунке 2.3 показана общая схема процессов производства горячекатаного листового металла [1]. Сплошными линиями изображены часто применяемые потоки металла, пунктирными - потоки производства отдельных видов продукции.
плоского проката
В настоящее время основной заготовкой при производстве горячекатаного листа являются непрерывно-литые слябы шириной 1250 - 2600 мм.
Прокатка толстых листов непосредственно из слитков сохранилась только на старых станах или при производстве плит.
Листовой горячекатаный прокат производится на толстолистовых станах, полунепрерывных, непрерывных широкополосных станах (около 75% всего объема горячекатаного листа) и полосовых станах с печными моталками.
Листовой прокат с шириной более 2300 мм прокатывают только на толстолистовых станах.
В сортаменте толстолистовых станов примерно 80% составляют листы толщиной 8 - 15 мм, причем около 60% всего объема продукции этих станов приходится на долю листов шириной 1500 - 2000 мм.
В настоящее время наиболее эффективным способом производства горячекатаных листов и полос является прокатка на непрерывных и полунепрерывных станах. На этих станах прокатывается также подкат для станов холодной прокатки. Современные широкополосные станы горячей прокатки рассчитаны на прокатку полос широкого сортамента (толщина от 0,8 - 1,2 до 16 - 25 мм, ширина 600 - 2350 мм). Масса прокатываемых слябов - до 45 т, производительность станов - до 6 - 7 млн т/г.
В сортаменте широкополосных станов полосы толщиной до 3,9 мм составляют больше половины всего объема производства. Выпуск проката толщиной 4 - 7 мм и 8 - 15 мм примерно одинаков. Полосы шириной до 1500 мм составляют примерно 70% всей продукции широкополосных станов.
2.1.6.1 Горячая прокатка толстого листа (схема I, рисунок 2.3)
Существуют три основные схемы прокатки толстого листа:
- с использованием одноклетевых и двухклетевых станов с двухвалковыми реверсивными и трехвалковыми клетями (до середины 1950-х гг.);
- с использованием двухклетевых или трехклетевых станов с двухвалковыми реверсивными, вертикальными и четырехвалковыми клетями (до начала 1970-х гг.);
- с использованием четырехклетьевых станов с двухвалковой реверсивной, вертикальной клетью и двумя четырехвалковыми клетями (в настоящее время).
Станы с реверсивными двухвалковыми (дуо) клетями используются только для прокатки толстых листов, в том числе броневых.
Трехвалковые (трио) клети конструкции Лаута со средним холостым валком меньшего диаметра используют для прокатки средних и толстых листов и иногда для тонких листов. При прокатке средний валок, перемещаясь вместе с подъемно-качающимся столом, поочередно прижимается то к верхнему, то к нижнему рабочим валкам и вращается ими за счет сил трения. Применяются в составе одно- и двухклетевых толстолистовых станах.
Клети кварто используются для горячей прокатки листов, широких полос, ленты, могут работать в реверсивном режиме (на толстолистовых и тонколистовых станах) и с постоянным направлением вращения - на тонколистовых непрерывных станах. Опорные валки большего диаметра воспринимают усилие прокатки и уменьшают прогиб рабочих валков.
Применяют также клети, имеющие в своей конструкции и горизонтальные, и вертикальные валки, которые называют универсальными клетями. Они применяются для обработки боковых кромок проката.
В состав толстолистового стана, кроме основных клетей, входят один или два окалиноломателя, назначение которых состоит в разрушении и удалении поверхностной окалины. В клетях-окалиноломателях расположение валков может быть и горизонтальным, и вертикальным. Применение окалиноломателя с вертикальными валками целесообразно тогда, когда прокатывают слябы шириной 900 - 1000 мм. При ширине сляба более 1000 мм устанавливают два окалиноломателя: первый - с вертикальными валками, второй - с горизонтальными валками. Тогда при незначительных обжатиях сляба окалиноломателями в поперечном и вертикальном направлениях поверхностная окалина будет удаляться полностью.
В многоклетевых станах чистовой окалиноломатель устанавливают перед чистовой группой, он предназначен для удаления вторичной окалины.
Одноклетевые станы различают по конструкции клети (числу рабочих валков). Существует четыре типа клетей: двухвалковая реверсивная, четырехвалковая реверсивная, трехвалковая, четырехвалковая универсальная (реверсивной прокатки). Станы первых трех типов применяют в том случае, когда ширина исходных слябов или слитков недостаточная и необходимо осуществлять прокатку сначала в поперечном направлении до получения требуемой ширины раската, а затем в продольном. Если же исходный сляб имеет необходимые размеры по ширине, то прокатку в поперечном направлении не выполняют, а используют одноклетевой стан с универсальной клетью. Такие станы считаются наиболее современными. Готовый лист на них получают с катаной кромкой и высокого качества; при этом уменьшается расходный коэффициент металла, исключается обрезь боковых кромок готовых листов.
Последовательность технологических операций изготовления толстолистового проката из различных сталей имеет особенности. На рисунке 2.4 представлены схемы технологических процессов производства толстых листов из углеродистых и низколегированных сталей (см. рисунок 2.4, а), коррозионностойких сталей и биметаллов (см. рисунок 2.4, б) и легированных сталей (см. рисунок 2.4, в).
изготовления толстых листов
Фактически весь прокат, который выпускается на современных прокатных станах, производится с использованием термомеханической обработки.
Термомеханической обработкой (ТМО) называют совмещение пластической деформации и термического воздействия, целью которого является формирование требуемой структуры обрабатываемого металла.
Объединение операций пластического деформирования и термообработки, максимальное их сближение и создание единого процесса термомеханической обработки обеспечивают заметное повышение механических характеристик (прочности, вязкости и т.д.), позволяют изготовителю исключить отдельную операцию термической обработки при производстве проката, а потребителю продукции - экономить до 15% - 40% металла и более или увеличить долговечность изделий.
При ТМО оба процесса (пластическая деформация и термическая обработка) могут совмещаться в одной технологической операции, а могут проводиться и с разрывом по времени. Но при этом обязательным условием является прохождение фазовых превращений в условиях повышенной плотности дефектов решетки, возникающих благодаря пластической деформации металла.
Термомеханическая обработка стали выполняется главным образом по трем схемам: высокотемпературная (ВТМО), низкотемпературная (НТМО) и предварительная термомеханическая обработка (ПТМО). Также к термомеханической обработке относят технологии контролируемой прокатки и ускоренного охлаждения.
Высокотемпературная термомеханическая обработка - термообработка с деформационного нагрева с последующим низким отпуском. ВТМО практически устраняет развитие отпускной хрупкости в опасном интервале температур, повышает ударную вязкость при комнатной температуре и понижает температурный порог хладоломкости. Этот вид обработки используют для углеродистых, легированных, конструкционных, пружинных и инструментальных сталей.
При использовании технологии низкотемпературной термомеханической обработки сталь сначала нагревают до аустенитного состояния. После выдержки при высокой температуре производят сначала охлаждение до температуры выше температуры начала мартенситного превращения (400 °C - 600 °C), но ниже температуры рекристаллизации, а затем при этой температуре осуществляют обработку давлением и закалку. НТМО, хотя и обеспечивает более высокое повышение прочностных характеристик, но не снижает склонности стали к отпускной хрупкости, требует высоких степеней деформации (75% - 95%), для обеспечения которых требуется мощное оборудование, так как сталь прокатывается не в горячем, а в теплом состоянии. Низкотемпературную термомеханическую обработку применяют к среднеуглеродистым легированным сталям, закаливаемым на мартенсит.
Контролируемая прокатка обеспечивает значительное повышение комплекса механических свойств (прочности, пластичности, ударной вязкости, сопротивлении хрупкому разрушению) низколегированных сталей в горячекатаном состоянии. В результате этого из технологического цикла исключается такой вид термической обработки, как нормализация; снижается углеродный эквивалент низколегированных сталей при сохранении прочностных свойств на достаточно высоком уровне.
При обычной прокатке с последующей нормализацией слябы нагревают примерно до 1250 °C и прокатывают их за 12 - 18 проходов без пауз. При контролируемой прокатке температура нагрева составляет 1050 °C - 1220 °C, прокатка ведется за 15 - 22 прохода с одной-двумя паузами для подстуживания.
В паузе перед окончательной прокаткой температура металла составляет 720 °C - 900 °C, а в конце прокатки - 750 °C - 850 °C в зависимости от химического состава стали. Оптимальная температура нагрева слябов поддерживается за счет автоматического управления работой нагревательной печи.
Для получения заданной температуры прокатки в последних проходах стан оборудуют четырьмя площадками для подстуживания металла, на каждой из которых осуществляют контроль и автоматическое регулирование температуры. Схема технологического процесса изготовления листов с применением контролируемой прокатки представлена на рисунке 2.5.
толстых листов с применением контролируемой прокатки
2.1.6.2 Горячая прокатка полосовой стали (схема II, рисунок 2.3) В настоящее время горячекатаная полосовая сталь прокатывается на станах следующего типа:
- широкополосных непрерывных (производительность 6 - 7 млн т/г);
- широкополосных полунепрерывных (2 - 3 млн т/г);
- широкополосных реверсивных универсальных (до 0,4 млн т/г);
- широкополосных реверсивных с моталками в печах (0,8 - 3 млн т/г);
- полосовых планетарных (до 0,15 млн т/г).
Строительство новых универсальных широкополосных станов не производится из-за сравнительно низкой производительности и полного соответствия их сортамента продукции непрерывных и полунепрерывных широкополосных станов.
Полосовые планетарные станы промышленного применения в листопрокатном производстве России не получили.
Станы с моталками в печах (станы Стеккеля) прокатывают полосы толщиной 1,5 - 20 мм и шириной до 3050 мм из легированных, электротехнических и углеродистых сталей (см. рисунок 2.6). Максимальная скорость прокатки в зависимости от размеров стана достигает 6 - 10 м/с. Выбор станов Стеккеля обуславливается тремя причинами:
- низкие капитальные затраты на строительство и более низкие издержки производства для прокатки широких полос в рулонах или в мерных длинах;
- возможность производства полос более широкого сортамента по толщине и ширине;
- высокое качество поверхности полос по сравнению с традиционными реверсивными листопрокатными станами.
1 - обжимная клеть с эджером (универсальная клеть);
2 - рабочие клети кварто; 3 - моталки в печах;
4 - направляющие ролики
Поскольку при прокатке на стане Стеккеля температура раската остается на уровне 980 °C - 1090 °C, качество поверхности заметно лучше, чем в случае традиционных реверсивных станов. Новые станы Стеккеля для регулирования толщины и плоскостности проката используют устройства изгиба и смещения рабочих валков в поперечном направлении, а также автоматическое регулирование толщины проката.
Широкий сортамент непрерывных и полунепрерывных станов (толщина полос - от 0,8 - 1,2 до 16 - 25 мм, ширина - до 2350 мм), высокая производительность и другие технико-экономические показатели обеспечили их преимущественное применение и развитие для производства горячекатаной полосовой стали. В последней клети непрерывных станов достигнута скорость прокатки 27 м/с. Суммарная мощность главных приводных двигателей - до 150 000 кВт, масса оборудования - до 40 000 т. Широкополосные станы горячей прокатки состоят из двух групп рабочих клетей: черновой и чистовой, расположенных последовательно и связанных между собой рольгангами. Производительность и технологию прокатки определяют в основном характеристика и состав оборудования черновой и чистовой групп стана.
В непрерывном стане черновая группа клетей включает вертикальный окалиноломатель (устанавливают также и горизонтальный окалиноломатель) и четыре - шесть рабочих клетей, большая часть из которых - четырехвалковые универсальные (могут быть и двухвалковые клети). В каждой клети производят только один пропуск. Если в составе черновой группы, кроме вертикального окалиноломателя и нереверсивных универсальных клетей, установлена одна реверсивная универсальная клеть, то такой стан иногда называют на 3/4 непрерывным. В таких станах универсальная клеть расположена после окалиноломателя. Последние клети черновой группы таких станов (две или три) могут быть объединены в непрерывную группу клетей.
Полунепрерывный широкополосный стан, кроме вертикального, а иногда и горизонтального окалиноломателя, в черновой группе имеет одну или две универсальные реверсивные клети. Чистовые группы клетей непрерывных и полунепрерывных широкополосных станов состоят из шести - восьми рабочих четырехвалковых клетей и по составу оборудования аналогичны.
Непрерывные и полунепрерывные широкополосные станы условно разделяют на три группы (поколения), характеристика которых (максимальные величины) приведена в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Поколение станов | Длина бочки валков, мм | Скорость прокатки, м/с | Производительность, млн т/г | Масса рулона, т | Длина стана, м |
I | 1700 | 10 - 12 | 1,0 - 2,5 | 7 - 8 | 399 - 360 |
II | 2300 - 2500 | 16 - 22 | 3 - 6 | 40 | 450 - 640 |
III | Больше 2000 | 30 | 4 - 6 | 46 | 730 |
Прокатка в чистовой группе клетей ведется с ускорением. Станы оснащены автоматизированными системами управления технологическими процессами с целью регулирования и стабилизации температуры конца прокатки и смотки рулонов, уменьшения разнотолщинности и плоскостности проката.
Наибольшим разнообразием отличаются схемы расположения и состав черновых групп рабочих клетей.
Чистовые группы различаются в основном количеством рабочих клетей. Непрерывные группы клетей включают также летучие ножницы для обрезки концов раската и чистовые окалиноломатели.
Прокатанные в чистовой группе клетей полосы по рольгангу транспортируются к моталкам, где сматываются в рулоны. Отводящий рольганг оборудован системами охлаждения полосы для обеспечения необходимой температуры полосы при смотке.
2.1.7 Охлаждение листового проката Охлаждение металла призвано обеспечить снижение его температуры до состояния, обеспечивающего возможность проведения дальнейших отделочных операций с прокатом при одновременном получении минимальных внутренних напряжений в металле.
Используют обычное (на воздухе), замедленное (в колодцах и термостатах) и ускоренное (с применением различных охлаждающих сред) охлаждение проката. Обычное охлаждение на воздухе получило наибольшее распространение и реализуется в стеллажах, на холодильниках различного типа.
2.1.7.1 Охлаждение толстого листа
Охлаждение толстых листов производится в два этапа. На первом этапе ускоренно снижают температуру металла ниже точки Ar1 для получения тонкой и равномерной микроструктуры. Наилучшим способом, позволяющим получить равномерное охлаждение, считается подача на раскат распыленной воздухом воды под давлением до 1 МПа, используют также охлаждение водяным паром [10].
При температуре металла 680 °C - 700 °C производят горячую правку полосы в правильных машинах. Правильные машины располагают за чистовой клетью стана на расстоянии 30 - 50 м, при этом гарантируется сохранение высокой температуры металла при правке.
При широком сортаменте стана устанавливают две машины горячей правки: одну - для листов толщиной 5 - 25 мм, другую - для правки листов толщиной 20 - 40 мм и более. Металл ответственного назначения правят дополнительно в холодном состоянии.
Наибольшее распространение для правки толстых листов получили пяти- и одиннадцатироликовые правильные машины. Рабочие и опорные ролики обычно устанавливают в одной вертикальной плоскости. Иногда верхние опорные ролики располагают по V-образной схеме, рабочий ролик при этом опирается не менее чем на два ряда опорных. Температура листов после правки не превышает 600 °C.
Дальнейшее охлаждение металла производится на холодильниках. Наибольшее распространение получили холодильники трех типов: с чугунными решетчатыми настильными плитами (металл перемещается шлепперами); с несущими решетками шагающего типа; роликовые (дисковые) холодильники.
Наиболее современными являются холодильники роликового типа, представляющие собой систему валов со стальными дисками, так как обеспечивают равномерное охлаждение листов при высоком качестве поверхности и плоскостности листов.
Охлаждение на холодильнике ведется до температуры резки, которая определяется толщиной листов: до 7 мм - 50 °C - 70 °C; от 7 до 10 мм - 60 °C - 110 °C; от 10 до 15 мм - 80 °C - 130 °C; от 15 до 20 мм - 125 °C - 200 °C. Более высокая температура резки приводит к появлению трещин на боковых кромках листов и к снижению стойкости ножей.
2.1.7.2 Охлаждение рулонного проката
Для охлаждения полосы после выхода ее из клети чистовой группы и регулирования температуры перед смоткой в рулоны на отводящем рольганге между последней клетью и моталками установлены устройства подачи воды на верхнюю и нижнюю поверхности полосы при ее движении. Используют два способа охлаждения: подача воды веерообразной струей через форсунки и ламинарная подача через сифоны. Последний способ нашел большее применение ввиду большей эффективности.
После смотки рулоны горячекатаных полос передаются на склад и после остывания до температуры 30 °C - 50 °C направляются на отделку (готовая продукция) или подготовку (передельный прокат) для последующей холодной прокатки.
Под отделкой обычно понимают комплекс операций, обеспечивающих достижение требований стандартов, размеров и формы поперечного сечения профиля, качества поверхности, механических и других свойств проката, придание ему товарного вида. Объем и виды отделки прокатной продукции зависят от стадии производства проката, химического состава стали и ее назначения, нормативных требований к качеству готовой продукции, вида проката и других факторов.
Для получения необходимых механических свойств металла используют различные виды термической обработки.
Для очистки поверхности металла от окалины, остатков технологической смазки применяют абразивные способы, лезвийные и химическую обработку, например травление.
Необходимую длину прокатных изделий (а также другие размеры в случае листовой продукции), отбор проб для оценки качества обеспечивают применением резки металла, а необходимую прямолинейность проката - правкой.
Отделка листового проката производится с целью придания металлу требуемых геометрических размеров (за исключением толщины), устранения волнистости, удаления поверхностных дефектов и окалины. В отделочные операции включают также контроль и упаковку. Для современных листопрокатных цехов характерна высокая поточность всех отделочных операций, что обеспечивается соответствующим расположением оборудования.
2.1.8.1 Отделка готового толстолистового проката
Характер отделочных операций и последовательность их выполнения зависит от толщины подката, конструкции прокатного агрегата и назначения горячекатаного металла. Отделка листов толщиной свыше 40 - 50 мм (плит) ограничивается обрезкой концов и боковых кромок, охлаждением, осмотром и удалением поверхностных дефектов. Плиты не нуждаются в правке, так как после прокатки являются достаточно ровными. Резка обычно производится газовыми резаками. Установка для резки представляет собой мостовую конструкцию с перемещающимися на ней автогенными горелками. Производительность одной установки - 10 - 15 т/ч. Температура и режим резки устанавливаются в зависимости от химического состава стали.
Отделка листов толщиной до 40 - 50 мм осуществляется на поточных линиях. Толстый лист осматривается на специальном инспекторском стеллаже, располагаемом за холодильником и оборудованном кантователем листов, который обеспечивает возможность осмотра обеих поверхностей листа. Далее выполняют следующие операции [2]:
- обрезка переднего, заднего концов листа и обрезка кромок на дисковых ножницах с кромкокрошителями;
- резка на заданные длины на гильотинных ножницах;
- правка в холодном состоянии;
- укладка в пакеты;
- термическая обработка;
- правка листов после термической обработки;
- химическая обработка поверхности (травление);
- промывка;
- сушка;
- укладка в стопы с последующим инспекторским осмотром;
- упаковка и складирование.
Обрезка переднего и заднего концов раската производится в горячем состоянии перед операцией горячей правки. В необходимых случаях на этих же ножницах раскат делят на кратные длины. В целях увеличения пропускной способности отделочной линии гильотинные ножницы поперечной резки располагают в нескольких местах: после холодильника и после кромкообрезных ножниц. На одних из ножниц поперечной резки производят вырезку проб для механических испытаний, другие являются делительными.
Для обрезки боковых кромок применяют дисковые, гильотинные или сдвоенные кромкообрезные ножницы. Дисковые ножницы могут быть применены для резки листов толщиной до 25 мм. Они характеризуются большой скоростью резания (1 - 2 м/с) и высокой прямолинейностью кромок.
Сдвоенные кромкообрезные ножницы с дуговым верхним ножом, являющиеся усовершенствованной конструкцией гильотинных ножниц, работают по принципу "катящегося" реза и обеспечивают обрезку боковых кромок листов толщиной 5 - 50 мм со скоростью 0,4 - 0,6 м/с.
Гильотинные ножницы поперечной резки также имеют двухэксцентриковый привод и дугообразный нож, обеспечивающие "катящийся" рез, и имеют сходные характеристики.
Правка толстых листов в холодном состоянии применяется для листов, не выправленных при горячей правке, или листов, прошедших термическую обработку. Проводится на многороликовых правильных машинах со скоростью 1 - 5 м/с.
Основные виды термической обработки горячекатаного проката: нормализация, отжиг, отпуск, закалка, закалка с отпуском.
Нормализацию толстых листов проводят с использованием тепла прокатного нагрева. Если прокат заканчивается при температуре выше критической точки AC3, то его охлаждают на воздухе (рольганге, холодильнике). Нормализации подвергают листы из углеродистых, низколегированных, конструкционных, котельных, судовых и мостовых сталей.
Для улучшения пластичности ряд сталей (углеродистые, низколегированные, легированные) подвергают смягчающему отжигу. Коррозионностойкая сталь (мартенситного, ферритного классов) подвергается отжигу при 750 °C - 780 °C в атмосфере чистого азота (для исключения охрупчивания).
Для снятия внутренних напряжений и повышения пластичности листового металла применяют отпуск (низкий, средний и высокий).
В результате закалки с последующим отпуском (как правило, при температурах ниже AC1) повышаются вязкость и прочность стали.
Закалка коррозионностойкой стали аустенитного, аустенитно-ферритного и аустенитно-мартенситного классов приводит к смягчению металла. Температура нагрева под закалку находится в интервале 1050 °C - 1150 °C.
Термообработку горячекатаного листового проката проводят в проходных роликовых печах непрерывного действия, камерных и колпаковых печах периодического действия.
Закалку толстых листов осуществляют в специальных роликовых закалочных машинах, закалочных прессах и баках.
2.1.8.2 Отделка готового полосового проката
Нормализацию горячекатаных полос выполняют с использованием агрегатов непрерывного действия. На агрегат нормализации поступают горячекатаные полосы с размерами 1,2 - 6 x 700 - 1550 мм в рулонах массой 3 - 7,5 т. Скорость движения полосы в средней технологической части агрегата 5 - 30 м/мин, производительность агрегата - 22 т/ч. Температура нормализации горячекатаной стали - 930 °C - 950 °C. Термообработанные полосы укрупняются в рулоны массой до 50 т.
Горячекатаные рулоны с непрерывных широкополосных станов, предназначенные для дальнейшей холодной прокатки, транспортируются в цех холодной прокатки, где складируются для окончательного охлаждения. Основная часть горячекатаного плоского проката отгружается потребителю в виде листов.
Для разделки рулонной полосы на листы используют агрегаты поперечной резки двух типов - тихоходные и быстроходные. Скорость продвижения полосы в агрегатах первого типа составляет 0;8 - 1,3 м/с, второго - 2,0 м/с и более. Тихоходные агрегаты используются для резки полос толщиной свыше 5 - 6 мм при небольшом объеме производства (100 - 200 тыс. т/г). В состав тихоходных агрегатов включаются либо гильотинные, либо летучие ножницы, а также дисковые ножницы для обрезки кромок. Агрегаты с гильотинными ножницами более просты и дешевы и позволяют разрезать полосы широкого диапазона толщины. Необходимость резкого изменения скорости движения полосы на участке гильотинных ножниц усложняет работу транспортирующих механизмов. Этого недостатка лишены агрегаты поперечной резки с летучими ножницами.
Быстроходные агрегаты имеют большую (до 1 млн т/г) производительность, благодаря чему они являются основным типом разделочных агрегатов в современных цехах. Для обеспечения большой производительности быстроходные агрегаты оборудуются двухпозиционными разматывателями и листоукладчиками с подъемными столами, что позволяет формировать пачки большой массы. Обычно разделочный агрегат оборудован двумя-тремя листоукладчиками и одним дополнительным - для некондиционного металла.
В качестве режущих устройств в быстроходных агрегатах применяют качающиеся, ротационные или барабанные летучие ножницы. Агрегаты поперечной резки включают также оборудование для правки полос, обрезки кромок, рассортировки листов по толщине и качеству поверхности и промасливания перед укладкой в пачки. Например, агрегат поперечной резки полос с размерами 3-12 x 1850 мм включает: разматыватель рулонов с отгибателем концов полос; разделительно-задающую машину; дрессировочную клеть; правильную машину (пятироликовую) с тянущими роликами; ножницы с уборочным устройством; тянущие ролики; петлевой стол; дисковые и кромкокрошительные ножницы с устройством для уборки обрези; роликовый стол; маркировочное устройство; правильную машину с роликами; рентгеновский толщиномер; летучие ножницы; рольганг; электромагнитный листоукладчик.
При поставке металла в рулонах основной операцией отделки являются обрезка кромок или продольная резка на узкие полосы с одновременной обрезкой кромок. Для этой цели служат агрегаты трех типов:
- только для обрезки кромок;
- продольной резки с обрезкой кромок;
- для укрупнения рулонов с одновременной обрезкой кромок.
Наиболее широко распространены агрегаты второго типа, как более универсальные (производительность - 300 - 500 тыс. т/г). Агрегат включает устройство для подачи рулонов, отгибатель концов полосы, разматыватель с гибочными роликами, гильотинные ножницы для обрезки концов полосы, дисковые ножницы с кромкокрошительными ножницами, правильную машину и моталки. Повышенные требования к качеству поверхности привели к включению в состав некоторых агрегатов дрессировочных клетей.
В состав агрегата третьего типа (укрупнения рулонов) обязательно входит стыкосварочная машина с гратоснимателем.
При небольших объемах производства и широком сортаменте продукции применяют комбинированные агрегаты продольной и поперечной резки. Состав оборудования таких агрегатов позволяет производить обрезку кромок, роспуск на более узкие полосы, смотку разрезанной полосы в рулон или порезку на отдельные листы. Один из наиболее крупных агрегатов такого типа предназначен для разделки металла толщиной 1,2 - 9,5 мм со скоростью до 3 м/с при продольной резке и до 1,75 м/с - при поперечной.
Разделочные агрегаты могут устанавливаться непосредственно за агрегатами для удаления окалины. Для повторной правки и резки некондиционного металла устанавливают либо отдельно стоящие правильные машины и ножницы, либо механизированные поточные линии небольшой производительности.
Различают две схемы производства травленых горячекатаных листов:
- разделку горячекатаных рулонов на листы и травление в агрегатах периодического действия;
- травление в непрерывных агрегатах с последующей разделкой.
Первая схема малопроизводительна и требует затраты большого количества тяжелого ручного труда во вредных условиях (почти не применяется). При травлении в непрерывных агрегатах наблюдается заметное ухудшение пластических свойств металла после травления, связанного с процессами деформационно-термического старения и наклепом. Поэтому на этих агрегатах отделывают прокат из нестареющих сталей либо проводят термообработку травленых листов в защитной атмосфере в проходных печах.
Широко распространен дробеметный способ удаления окалины с полос и листов на установках пневматического и механического типа. Обычно в камере обработки устанавливают 10 - 16 дробеметных турбинных или пневматических сопел для обработки материала с двух сторон. Скорость движения металла при очистке составляет 0,5 - 5,2 м/мин.
Эффективным является применение линий очистки с двукратной дробеструйной обработкой, позволяющей быстро удалить окалину (с применением стальной литой дроби фракции размером 0,4 - 1,0 мм) и придать поверхности металла необходимый уровень шероховатости (колотая дробь размером 0,2 - 0,4 мм).
Применение комбинированных линий обработки, включающих процессы абразивной и химической очистки поверхности, позволяет улучшить качество металла. Продолжительность травления составляет 10 - 15 с при скорости движения металла до 50 - 150 м/мин. Перспективным способом удаления окалины является иглофрезерная обработка поверхности металла. Отделочные агрегаты оснащают измерительными средствами и системами для автоматического контроля различных технологических параметров и показателей качества листовой и полосовой стали. Сюда относят измерители толщины, длины, ширины, неплоскостности проката, приборы для дефектоскопии поверхности.
Далее осуществляют приемку, упаковку, маркировку готового листового проката.
Средние коэффициенты расхода металла при производстве горячекатаных листов представлены в таблице 2.2 [1]. Данные об энергозатратах и расходе валков при производстве горячекатаного листа на станах различного типа представлены в таблице 2.3 [1].
Таблица 2.2
горячекатаного листа
Вид продукции | Коэффициент расхода металла на станах горячей прокатки листа | ||
Толстолистовой | Полунепрерывный | Непрерывный широкополосный | |
Металл в листах: | |||
- рядовой | 1,22 - 1,25 | 1,16 - 1,18 | - |
- конструкционный | 1,22 - 1,47 | 1,20 - 1,22 | - |
- низколегированный | 1,37 - 1,50 | 1,19 - 1,20 | - |
Металл в рулонах: | |||
- рядовой | - | 1,03 - 1,08 | 1,03 - 1,08 |
- конструкционный | - | 1,05 - 1,08 | 1,05 - 1,08 |
- низколегированный | - | 1,06 - 1,09 | 1,06 - 1,09 |
Таблица 2.3
горячекатаного листа
Показатель | Тип стана | ||
Толстолистовой | Полунепрерывный | Непрерывный широкополосный | |
Условное топливо, кг/т | 100 - 150 | 100 - 150 | 45 - 100 |
Электроэнергия, кВт·ч/т | 50 - 80 | 50 - 80 | 50 - 90 |
Вода, м3/т | 15 - 25 | 20 - 30 | 20 - 40 |
Пар, т/т | 0,015 - 2,5 | 0,015 - 2,5 | 0,015 - 2,5 |
Удельный расход валков, кг/т | 0,8 - 2,5 | 0,8 - 1,5 | 0,8 - 1,5 |
Производство холоднокатаного проката может быть описано укрупненной схемой, представленной на рисунке 2.7. Особенностью этой схемы (по сравнению со схемой получения горячекатаного проката) является наличие цикличности процесса, которая связана с тем, что при холодной деформации происходит упрочнение металла, устранение которого связано с постоянным выполнением цикла операций термической обработки и подготовки поверхности проката к последующей деформации. Общее количество операций в технологической схеме производства конкретного вида продукции в этом случае существенно возрастает.
холоднодеформированного проката
Холодная прокатка листов производится без нагрева металла, хотя в процессе обработки металл разогревается до температуры 150 °C - 250 °C. В холодном состоянии прокатывают лист толщиной менее 4 мм и шириной 500 - 2300 мм. По толщине холоднокатаный плоский прокат условно делят на категории:
- листы 1,5 - 4 мм;
- холоднокатаная полоса 0,45 - 2 мм;
- жесть 0,07 - 0,3 мм;
- фольга 0,0015 - 0,01 мм.
По назначению холоднокатаный листовой прокат различают: конструкционный 0,4 - 2,5 мм; кровельный 0,4 - 0,22 мм; декатированный (отожженный и травленый) 0,25 - 2,0 мм; коррозионностойкий 0,05 - 3,5 мм; электротехнический 0,05 - 0,5 мм; жесть 0,06 - 0,36 мм. Кроме того, различают холоднокатаный плоский прокат: нормальной (Н), глубокой (Г), весьма глубокой (ВГ) вытяжки, а также сложной (СВ), особо сложной (ОСВ) и весьма особо сложной (ВОСВ и ВОСВ-Т) вытяжки. Каждая из этих категорий характеризуется механическими свойствами, испытанием на вытяжку. Еще одной важной характеристикой холоднокатаной стали является ее изотропность, т.е. однородность свойств в различных направлениях.
По степени отделки качественную углеродистую сталь разделяют на четыре группы: I - с особо высокой отделкой поверхности (на глянцевой или матовой поверхности листов, подвергающихся при штамповке весьма глубокой вытяжке, не допускается никаких дефектов), II - с высокой, III - с повышенной, IV - с обычной отделкой поверхности.
Для холодной прокатки листа и полос используются реверсивные и непрерывные станы, имеющие в своем составе многовалковые клети: четырехвалковые (кварто), шестивалковые, двенадцативалковые, двадцативалковые. Реверсивные станы имеют в составе одну или две клети, а непрерывные - от трех до семи клетей [4]. На рисунке 2.8 показаны существующие технологические схемы производства холоднокатаных листов и полос.
холоднокатаных листов и полос
Исходным материалом для холодной прокатки являются горячекатаные листы толщиной 1,5 - 5 мм. Холоднокатаные листы производят двумя способами: полистным и рулонным. Рулонный способ является более производительным, дает возможность механизировать и автоматизировать большинство технологических операций, повышает выход годного металла с улучшенной геометрической формой и свойствами вследствие устойчивости технологического процесса.
Для удаления окалины, толщина слоя которой составляет 0,1 - 0,15 мм, используют механический, химический и электрохимический способы [2].
Химический способ травления окалины осуществляется в растворах соляной, серной и серно-соляной кислот. В настоящее время преимущественно используется раствор соляной кислоты, температура раствора - 85 °C - 95 °C, концентрация кислоты - 18% - 25%.
Для реализации способа используют непрерывные травильные агрегаты, которые с целью интенсивного взрыхления окалины оборудованы мощными окалиноломателями.
Современные непрерывные линии травления имеют четыре ванны, работающие в замкнутом цикле с установкой регенерации кислоты. Травильный предварительно подогретый раствор из установки регенерации непрерывно подается в ванну N 4, откуда он самотеком проходит из ванны в ванну навстречу движению полосы. Из ванны N 1 отработанный раствор поступает на регенерацию и затем в ванну N 4 (расход примерно 5 м3/ч). Для уменьшения потерь металла в ванны вводят ингибиторы, замедляющие растворение железа, но сохраняющие скорость растворения окалины и препятствующие диффузии водорода в металл.
После травления полоса промывается и сушится.
Для травления полосы, кроме горизонтальных агрегатов, используют вертикальные (башенные) установки со скоростью прохождения полосы до 4 м/с.
Максимальная скорость травления полосы в H2SO4 при использовании окалиноломателей и дрессировочной клети составляет 4 - 4,5 м/с, для HCl - 6 м/с. При наличии установок регенерации травильных растворов и промывочной воды для травления 1 т металла расходуется 12 - 14,5 кг H2SO4 или 2,0 - 2,3 кг HCl. Расход H2SO4 в агрегатах с применением дрессировочной клети составляет 7,5 кг/т.
Удаление окалины с поверхности горячекатаных полос из высоколегированных и коррозионностойких сталей осуществляется кислотным, щелочно-кислотным и электролитическим травлением.
В непрерывных травильных агрегатах используют раствор H2SO4 с добавкой поваренной соли и натриевой селитры. В отбеливающей ванне раствор состоит из HNO3 и H2SO4. Кислотное травление низколегированных и коррозионностойких сталей является малопроизводительным, не обеспечивает качественного удаления окалины и получения чистой поверхности металла.
При щелочно-кислотном травлении полоса проходит щелочное травление в расплаве 75% - 80% NaOH и 20% - 30% NaNO3 при температуре 450 °C - 550 °C. После промывки водой производят кислотное травление в растворе H2SO4 с добавкой поваренной соли. Из кислотной ванны полоса поступает в ванну для промывки водой с установленными чистильно-моющими щетками, а затем в ванну с 6% - 8%-ным раствором, подогретым до 45 °C - 50 °C, где происходит отбеливание и пассивирование поверхности.
Обработка полосы в щелочи осуществляется также при гидридном методе травления. Этот метод заключается в восстановлении окалины с помощью гидрида натрия NaH, который образуется в результате взаимодействия металлического натрия и газообразного водорода. Травление осуществляется в ванне с расплавом, состоящим из 76% - 78% NaOH и 1,5% - 2% NaH, при температуре 370 °C - 450 °C.
При механическом удалении окалины наиболее распространены дробеструйный и дробеметный способы удаления окалины в линиях с горизонтальной транспортировкой полос.
Агрегаты для очистки поверхности полос от окалины представляют собой камеру, в которой помещено несколько (от 4 до 12) дробеметных полос диаметром 500 - 600 мм. На полосу подается дробь диаметром 0,4 - 1,0 мм в первой машине и диаметром 0,2 - 0,4 мм во второй машине. Двухкратная дробеметная обработка обеспечивает удаление 96% - 99% окалины. Последующее легкое травление позволяет удалить окалину полностью. Длина линий дробеметной очистки - 8 - 15 м, скорость обработки - до 150 м/мин.
Более перспективный способ удаления окалины - иглофрезерная очистка поверхности. Основу агрегата составляет комплекс иглофрезерных барабанов, последовательно расположенных один за другим. Каждый барабан содержит до миллиона отрезков высокопрочной проволоки диаметром 0,2 - 1 мм, плотно набитых на его поверхности. Каждая проволочка (микрорезец) снимает с поверхности полосы слой 2 - 5 мкм в зависимости от степени прижатия. Иглофрезы могут работать сотни и тысячи часов. Оборудование для иглофрезерного удаления окалины занимает 10% - 25% площадей непрерывных травильных агрегатов (НТА).
Наиболее эффективное разрушение окалины происходит в изгиборастяжных машинах (см. рисунок 2.9). При растяжении с удлинением до 1%, кроме ломки окалины, уменьшается неплоскостность полос.
1 - полоса; 2 - прижимной ролик; 3 - натяжной ролик;
4 - изгибающие ролики (правильная машина)
Для удаления окалины используются также дрессировочные станы: две последовательно расположенные двухвалковые клети или дрессировочная клеть кварто (например, дрессировочный стан 1700). Полосы из коррозионностойкой стали перед прокаткой могут подвергаться шлифованию для удаления поверхностных дефектов: плен, рисок и т.д.
Собственно процесс прокатки осуществляется с натяжением как в одноклетевых станах, так и на непрерывных станах [4].
В настоящее время, кроме непрерывных станов, работают станы бесконечной прокатки, в которых перед прокаткой или травлением установлены агрегаты для стыковой сварки полос и петленакопитель, а за последней клетью - делительные летучие ножницы и две моталки для смотки полос в рулоны.
Для уменьшения коэффициента трения при прокатке на полосу подается смазка. Для этого применяют различные органические жиры, минеральные масла и органические соединения. При прокатке жести в качестве смазок применяют пальмовое, кокосовое, сурепное и другие масла, которые используют в смеси с водой. На станах холодной прокатки системы смазки работают по замкнутому циклу. После использования остатки эмульсии направляют в сборники для повторного использования. На стан эмульсию подают насосными установками, для очистки эмульсии имеются фильтры и магнитные сепараторы, для охлаждения эмульсии используют охладители.
Холодную прокатку листовой стали на непрерывных станах проводят со значительными межклетевыми натяжениями, которые улучшают условия прокатки, вследствие чего возможна прокатка с большими обжатиями (до 50% - 80%). Натяжение на станах создают моталками, контроль натяжения осуществляют устройствами, установленными между клетями стана.
Для производства тончайших лент из различных сталей и сплавов используют многовалковые одноклетевые реверсивные станы с рабочими валками малого диаметра (6-, 12- и 20-валковые). Скорость прокатки достигает 7,5 м/с, при этом к концам полосы прикладывают значительные удельные натяжения 10% - 40% от величины предела текучести деформируемого материала.
После холодной прокатки вследствие упрочнения углеродистая сталь обладает пониженной пластичностью. Для снятия упрочнения и получения структуры, обеспечивающей необходимые механические и технологические свойства, холоднокатаную сталь отжигают. Если отжиг проводят в защитной атмосфере (водорода или азота), то его называют светлым, полоса не окисляется. Черный отжиг проводится в обычной атмосфере с образованием окалины.
Основным видом термической обработки углеродистой стали в цехах холодной прокатки является отжиг.
Незначительную по объему производства часть металла подвергают нормализации или поставляют потребителям в нагартованном состоянии.
Основная масса холоднокатаной листовой стали проходит рекристаллизационный отжиг (может быть длительный - для рулонов и кратковременный - для полос в проходных печах), который производят при температуре 630 °C - 700 °C. Защитная среда - азот с добавкой (от 3% до 5% водорода).
Применяют также:
- обезуглераживающий отжиг (для малоуглеродистых сталей);
- высокотемпературный отжиг (для обеспечения заданной текстуры стали, обеспечивающей ее технологические свойства);
- отпуск (для снятия упрочнения металла, возникающего после отжига), закалку (для отжига аустенитных и аустенитно-мартенситных сталей).
Отжиг осуществляется в колпаковых и башенных печах, а также на агрегатах непрерывного светлого отжига (АСО).
Отжиг листов и полос из коррозионностойких сталей. В зависимости от марки стали и условий поставки применяют следующие виды термической обработки: закалку, отжиг, отпуск и обработку холодом.
Закалке подвергают горячекатаные и холоднокатаные полосы, причем для последних закалка может быть как промежуточной, так и конечной операцией (температура нагрева - 1100 °C - 1150 °C).
Отжигу подвергают рулоны горячекатаной и холоднокатаной полосы из стали мартенситного, ферритного и мартенситно-ферритного классов в колпаковых электрических или газовых печах в воздушной или защитной атмосфере. Поверхность холоднокатаных полос перед отжигом обезжиривают. Суммарная деформация при прокатке между отжигами - 60%. При толщине полосы меньше 0,5 мм промежуточный отжиг проводят в защитной атмосфере.
Обработке холодом подвергают стали мартенситного, феррито-мартенситного и аустенитно-мартенситного классов, для чего металл после холодной обработки погружают в среду с низкой температурой (от -40 °C до -70 °C) и выдерживают определенное время при этой температуре.
В зависимости от вида термической обработки применяют проходные пламенные или электрические, муфельные печи для нагрева под закалку, а также колпаковые печи - для обработки металла в рулонах. Стали мартенситного, мартенсито-ферритного и ферритного класса обрабатывают в колпаковых печах, стали аустенитного класса, хромоникелевые стали - в проходных печах в составе непрерывных закалочно-травильных агрегатов (НЗТА). Используют также электрические проходные печи.
После отжига прокат подвергается дрессировке - холодной прокатке при степени деформации 0,5% - 3% (максимум до 6%), что ниже критического интервала деформации, и значительными натяжениями. Дрессировка предотвращает появление линий сдвига при штамповке, улучшает поверхность после отжига и травления, снижает коробоватость и волнистость, повышает прочность и упругость листового металла.
Поверхность проката после дрессировки становится ровной, матовой или глянцевой, что обеспечивает хороший внешний вид покрытия при операции окраски, лакировки и лужения. Эффективность регулирования планшетности полосы существенно повышается при использовании на дрессировочных станах систем регулирования профиля и формы листового проката. Применение малых обжатий обеспечивает упрочнение поверхностного слоя металла, в результате чего предотвращается образование линий сдвига при штамповке и создается хорошее сочетание механических свойств.
Дрессировке подвергается только полностью остывший металл. Повышенные температуры приводят к интенсивному старению металла со значительным ухудшением механических свойств.
В современных цехах холодной прокатки для дрессировки углеродистой листовой стали применяют одноклетевые и двухклетевые (для жести) станы с четырехвалковыми клетями. Дрессировка производится в листах и рулонах, причем последний способ является более экономичным. Скорость дрессировки листов составляет 1,2 - 2,0 м/с; рулонов - 20 м/с; при дрессировке жести - до 30 м/с.
Натяжение при дрессировке рулонов выбирают в зависимости от марки стали, ширины и толщины полос. Величина его должна быть такой, чтобы не происходило пластического растяжения полосы до дрессировки. В связи с этим при дрессировке натяжение полосы поддерживают постоянным. На современных дрессировочных станах применяют системы автоматического регулирования степени деформации с целью поддержания заданного обжатия по всей длине полосы.
На двухклетевых станах для дрессировки жести металл подвергают прокатке и растяжению. Степень деформации при дрессировке жести составляет 1,5% - 2,0%, а в тех случаях, когда требуется значительное повышение упругости металла, обжатие может достигать 3% - 4%. Электротехническая сталь дрессируется с обжатием 5% - 6%. Для устранения загрязнений поверхности металла дрессировка ведется с применением технологической смазки (эмульсола).
Особенности прокатки листов и полос из электротехнической стали [1]. Для прокатки используется горячекатаный подкат стали марок Э0100, Э0300 с высокими требованиями к разнотолщинности и качеству поверхности. Травление производится в непрерывном травильном агрегате (НТА) в растворе серной или соляной кислоты. Далее следует промывка холодной и горячей водой, чистка металлическими щетками, сушка, обрезка кромок, промасливание. После чего подкат сматывается в рулон.
Первый этап прокатки - с толщины полосы 2,5 мм до 0,6 мм с автоматическим регулированием толщины полосы в процессе прокатки. После обрезки кромок и удаления утолщенных концов, химического обезжиривания и механической чистки поверхности производят обезуглероживающий отжиг в башенных печах в среде защитного газа (температура 850 °C и скорость полосы 1 м/с).
Второй этап холодной прокатки проводится преимущественно на двадцативалковых станах с толщины полосы 0,6 мм до 0,35 мм с автоматическим регулированием толщины полосы. После удаления утолщенных концов производят укрупнение рулонов до массы 10 т. Обезжиривание и нанесение термостойкого покрытия, состоящего из водяной суспензии гидрата окиси магния, производится в специальных агрегатах, а также в непрерывных башенных и горизонтальных печах. Цель нанесения покрытия - предотвращение сваривания витков рулона при термообработке, которая представляет собой высокотемпературный отжиг при температуре 1100 °C и производится в среде защитного газа в колпаковых печах. Затем производят нанесение изоляционного покрытия на поверхность полосы.
Особенности прокатки листов и полос из коррозионностойких сталей. Типовая схема производства включает термическую обработку горячекатаных полос в рулонах, травление, холодную прокатку, термическую обработку, травление, дрессировку (правку), порезку полос на листы или продольную резку на несколько лент, сортировку, зачистку и упаковку. Масса рулонов может достигать 20 т. Сварку полос встык для укрупнения рулонов и обработку их в агрегатах непрерывного действия проводят в атмосфере нейтральных газов.
Для полистной холодной прокатки используют одноклетьевые реверсивные станы, рулонную прокатку проводят преимущественно на 20-валковых станах. На всех переделах, связанных с перематыванием полосы, для предохранения ее поверхности от повреждения между витками рулона прокладывают специальную защитную бумагу. Поставку плоского проката из коррозионностойких сталей осуществляют по степени упрочнения. Прокатку ведут в минимально возможное число проходов. Правку осуществляют на роликовых правильных машинах, эффективно совмещают дрессировку с последующей правкой.
В последние годы холоднокатаную полосу производят на совмещенных агрегатах: непрерывный травильный агрегат - непрерывный прокатный стан - агрегат непрерывного отжига; агрегат непрерывного отжига - дрессировочный и разделочный агрегаты.
Для соединения полос в этих агрегатах используется преимущественного контактная электросварка, электродуговая сварка встык в среде защитного газа, а для полос из малоуглеродистой стали - метод оплавления кромок.
При производстве холоднокатаного плоского проката высокие требования предъявляются к плоскостности полосы. Для устранения волнистости и коробоватости после термообработки и дрессировки полосы подвергают правке на роликовых и растяжных правильных машинах. Роликовая правильная машина состоит из нескольких приводных роликов одинакового размера, расположенных в шахматном порядке. Зазор между каждой парой роликов увеличивается по мере приближения к выходной стороне правильной машины. Ролики деформируют прокат в обоих направлениях с постепенным увеличением радиуса изгиба, чем достигается выравнивание его в конце правки. Диаметр рабочих роликов выбирается в соответствии с толщиной и твердостью металла (обычно равен 25 - 120 мм).
Перспективным является применение правки полос растяжением на растяжных правильных машинах. Для правки необходима пластическая деформация, равная 0,5% - 2,0%. С целью предотвращения появления линий сдвига при правке растяжению подвергают только дрессированные листы. Правка растяжением неприменима при наличии неоднородности свойств металла в пределах листа, а также высокой разнотолщинности.
Потребитель получает холоднокатаный лист в пачках или рулонах, для чего служат непрерывные агрегаты поперечной, продольной резки и комбинированные с одновременной правкой и промасливанием (обычно 2 - 3 агрегата поперечной резки и 1 - 2 агрегата продольной резки). Порезка холоднокатаного металла осуществляется барабанными ножницами со скоростью 4 - 6,5 м/с. Обрезка боковых кромок производится дисковыми ножницами, установленными в линии агрегата резки. Агрегаты оснащены системами автоматической сортировки листов по толщине и выявления листов с дефектами, для чего на этих агрегатах устанавливают рентгеновские бесконтактные измерители и ультразвуковые дефектоскопы.
Обвязка полосового проката большей частью осуществляется лентой. Готовую продукцию упаковывают в металлические короба, контейнеры, деревянные ящики и решетки. На поверхность проката наносят консервационные защитные составы, обертывают влагонепроницаемой, промасленной, гудронированной бумагой, толью или другими видами упаковочных материалов.
2.2.7.1 Горячее нанесение покрытий
2.2.7.1.1 Производство жести
Жесть - тонколистовая отожженная сталь из малоуглеродистых марок стали (сталь 08, сталь 10) с защитными металлическими и органическими покрытиями. Предназначается для изготовления упаковочной тары пищевых продуктов, поэтому выбор материалов для ее изготовления согласовывается с санитарно-гигиеническими нормами.
В РФ изготавливают черную холоднокатаную жесть (ЧЖ), белую горячего лужения (ГЖ), электролитического лужения (ЭЖ), и хромированную лакированную (ХЛЖ), причем по качеству различают жесть первого сорта ЖК (консервная) и второго сорта - ЖР (жесть разного назначения).
Белую жесть горячего лужения марок ГЖК и ГЖР изготовляют главным образом в листах из листовой черной жести. Нанесение оловянного покрытия производится путем погружения черной листовой жести в расплавленное олово.
2.2.7.1.1.1 Технология горячего лужения
В процессе горячего лужения листовая жесть проходит следующие технологические операции [1]:
- травление;
- промывка;
- флюсование;
- лужение погружением в расплавленное олово;
- формирование оловянного покрытия в "жировой" ванне;
- обезжиривание;
- очистка поверхности.
Травление проводится в водных растворах серной или соляной кислоты, причем травление с использованием соляной кислоты является более эффективным.
Флюсование. Флюс "наводится" на зеркало расплавленного олова ванны лужения в виде раствора хлористого цинка. При "наведении" на расплавленное олово флюс должен бурно кипеть (температура 200 °C - 250 °C). Кипение поддерживается притоком воды, заносимой жестью после ее травления и промывки или через так называемые капельницы.
Высота слоя флюса в кипящем состоянии составляет 70 - 100 мм. Свежий флюс получает рабочую активность только после накопления в нем 8% - 15% SnCl2 за счет перехода олова ванны во флюс. Этот процесс называется "проработкой" флюса. Во избежание потерь в производстве обычно пользуются добавлением к свежему флюсу рабочего флюса от соседнего работающего агрегата лужения. Время обработки жести во флюсе составляет до 0,4 с.
Лужение. В ванне лужения идет образование оловянного покрытия на жести первоначальным слоем до 10 - 15 мкм.
На участке выхода жести из флюсовой коробки температура оловянной ванны должна быть не более 320 °C - 350 °C с постепенным падением по пути перемещения жести в жировой среде до 260 °C - 280 °C. Температура нижней части ванны не выше 260 °C - 270 °C, что способствует оседанию на ее дне взвешенных частиц FeSn2 и поддерживанию чистоты граничной поверхности "олово - масло". Ванны обогреваются газом или электричеством.
Окончательное формирование оловянного покрытия осуществляется в "жировой" ванне с помощью "жировой" машины, помещенной в масляную среду из хлопкового или пальмового масла. Для систематического регулирования окончательной толщины оловянного слоя из жести служит жировая машина. Она состоит из трех пар стальных валков специальной стали и формы, которые отжимают избыток олова на жести и с которых, кроме того, с помощью специальных каменных щеток из природного талькохлорида с валков снимается накопившееся на их поверхности жидкое олово.
При выходе из жировой ванны жесть искусственно охлаждается очищенным воздухом, ускоряя кристаллизацию олова.
Конечное технологическое звено - обезжиривание и очистка поверхности белой жести осуществляется последовательно в ванне с щелочным раствором и в сухих очистителях, в сухих пшеничных отрубях, в результате чего на оловянном покрытии остается 6 - 20 г масла на 1 т жести.
2.2.7.1.1.2 Технология электролитического лужения
Белую электролитически луженую жесть марок ЭЖК и ЭЖР производят путем электролиза из различных электролитов, применяя олово марки 01 или 01ПЧ.
Перед лужением рулонная черная жесть готовится на отдельно стоящих агрегатах, где в процессе перемотки рулона (наружный диаметр до 2 м) производится обрезка боковых кромок, вырезка утолщенных и мятых концов, осмотр и отбраковка дефектных участков полосы.
Далее рулон жести поступает на агрегат электролитического лужения, где предварительно подвергается обезжириванию (с целью удаления жировых загрязнений с поверхности жести) и травлению (для удаления окислов).
На современных агрегатах применяют химическое (в растворе на основе NaOH и Na3PO4, температура 80 °C - 90 °C) и электрохимическое обезжиривание постоянным током. После химического обезжиривания полоса подвергается щеточной обработке и промывке холодной водой в щеточно-моечной машине, далее поступает в ванны электролитического обезжиривания, которое производится в растворе того же состава, что и при химическом обезжиривании. Подвод тока к ваннам обезжиривания осуществляется по бесконтактной биполярной схеме, время обработки - 1,5 - 3 с. Механизм процесса сводится к эмульгированию жиров с полосы выделяющимися на поверхности полосы пузырьками водорода.
После обезжиривания жесть проходит струйную промывку умягченной холодной водой. Промытая полоса подвергается дополнительной щеточной обработке и промывке холодной водой в следующей щеточно-моечной машине, после чего полоса поступает в ванны травления.
Травление осуществляется в электролите (H2SO4 и Fe) при нормальной температуре. Полоса является катодом, в качестве анода применяются свинцовые пластины, время обработки - 1,5 - 3 с.
После травления полоса подвергается интенсивной струйной промывке холодной водой и щеточно-моечной обработке, после чего поступает в ванны электролитического лужения с щелочными или кислотными электролитами (фенолсульфоновыми, галогенидными и др.).
Анодный процесс сводится к растворению олова, а катодный - к электроосаждению его на поверхности стальной полосы. Скорость полосы в технологической части составляет 5 - 9 м/с. Электролит непрерывно циркулирует между баком и ваннами через теплообменники.
Для уплотнения оловянных осадков в электролизных ваннах их подвергают оплавлению при температурах, превышающих температуру плавления олова (232 °C). Оплавление осуществляется контактным или индукционным методами.
Перед оплавлением луженая поверхность обрабатывается при кислом электролите в растворе фенолсульфоновой кислоты.
После оплавления луженая лента подвергается пассивации, в результате которой образуется искусственная окисная пленка (1 - 5 нм). В современных агрегатах электролужения осуществляется катодная пассивация в растворе бихромата натрия, время пассивации - 1,5 - 2 с.
Промасливание - последняя технологическая операция, служащая для устранения потертости на жести при хранении и транспортировке, улучшения штампуемости, повышения стойкости против коррозии. Промасливание в электростатическом поле (50 кВ) не снижает адгезии лаковой пленки к покрытию. Количество наносимого масла - 10 мг/м2 поверхности жести. Применяется хлопковое масло или диоктилсебацинат.
Сортировка жести осуществляется в потоке агрегатов при помощи микрометра, замеряющего толщину жести и дефектоскопа, определяющего наличие проколов. Оценка качества поверхности жести осуществляется визуальным осмотром.
2.2.7.1.1.3 Производство электролитически хромированной лакированной жести
Хромированная лакированная жесть - вид безоловянной жести, предназначенный для изготовления консервной тары под пищевые продукты. В качестве стальной основы используется рулонная черная жесть марки ЧЖ-1 из низкоуглеродистых марок стали. Хромированная жесть изготавливается двух видов: хромированная лакированная и хромированная промасленная.
Толщина слоя электролитически осажденного хрома с каждой стороны составляет 0,020 - 0,050 мкм (1,4 - 3,5 мг/мм2).
Для улучшения коррозионной стойкости хромированная поверхность подвергается пассивированию. Масса пассивной пленки, определяемая по содержанию в ней хрома, составляет от 0,03 до 0,4 мг/дм2 поверхности.
Технология производства хромированной жести состоит в следующем. Хромовое покрытие, электрически осажденное на стальную основу жести, является двухслойным, состоящим из слоя металлического хрома толщиной 0,02 - 0,05 мкм и слоя пассивной пленки толщиной 5 - 30 нм. Технологические процессы производства хромированной жести осуществляются на непрерывных высокоскоростных линиях, по своей конструкции аналогичных современным линиям электролитического лужения.
Состав электролизной ванны хромирования: CrO3 (250 г/л) и H2SO4 (2,5 г/л). Процесс ведется при плотности тока 60 - 100 А/дм2, продолжительность - 2 - 2,5 с, температура электролитов - 55 °C - 60 °C. За этот период осаждается 0,02 - 0,05 мкм металлического хрома.
После струйной промывки и улавливания электролита полоса поступает в ванны хроматирования (пассивации). Плотность слоя хроматной пленки из окиси хрома составляет 2,1 - 2,2 г/см3.
Лакирование хромированной пассивированной полосовой жести осуществляется в электрическом поле высокого напряжения (130 - 140 тыс. В). Лак, доведенный до необходимой вязкости специальными насосами, подается на электроды-распылители, где он получает отрицательный заряд, распыляется и в виде аэрозоля движется в электрическом поле к заземленной полосе, на которой отлагается равномерным слоем толщиной 4 - 6 мкм.
Упаковка и отгрузка хромированной лакированной жести осуществляется по аналогии с электролитически луженой жестью.
2.2.7.1.2 Производство освинцованной тонколистовой стали
Стальные освинцованные листы и полосы обладают высокой стойкостью против коррозионного воздействия жидких нефтепродуктов, что определило применение этого вида проката для изготовления бензобаков, радиаторов, труб воздухоочистителей и маслоприемников и т.д.
Для изготовления освинцованного листа и полосы с толщиной покрытия 6 - 12 мкм применяется холоднокатаная тонколистовая сталь, изготовляемая из малоуглеродистых марок.
Процессы свинцевания для стальных листов протекают в агрегатах, аналогичных агрегату горячего лужения, где травленые стальные листы последовательно обрабатываются во флюсе, в ванне с жидким свинцово-оловянным сплавом (до 80% Pb, до 20% Sn) и в жировой среде (см. рисунок 2.10).
Флюс применяется в виде водного раствора хлористого цинка, аналогично горячему лужению. Его температура на ванне свинцевания - 270 °C - 280 °C. В качестве масляной среды в жировой ванне применяют хлопковое масло или минеральное масло. Температурный режим ванны свинцевания - 370 °C - 400 °C, а жировой ванны - 350 °C - 300 °C. Освинцованный лист после жировой ванны поступает в агрегат очистки, где его обезжиривание проходит в валках с помощью пшеничных отрубей.
2.2.7.1.3 Производство оцинкованной тонколистовой стали
Цинковые покрытия являются наиболее распространенными - около 40% мировой добычи цинка (~ 1,5 млн т/г) потребляется для защиты черных металлов от коррозии.
Для покрытия тонколистовой стали применяют два способа цинкования - горячее и электролитическое. Наибольшее распространение получило горячее цинкование.
Существующий в ограниченных размерах старый процесс горячего цинкования стальных листов осуществляют с применением флюса, когда после обезжиривания, травления и промывки лист погружается в цинковый расплав через слой расплава солей ZnCl2 и NH4Cl (300 °C - 350 °C) или же когда обработка во флюсе вынесена в отдельную флюсовую ванну перед ванной цинкования. Флюс в этом случае представляет собой концентрированный водный раствор ZnCl2 и NH4Cl. После такой обработки во флюсе проводят сушку при 150 °C - 300 °C.
Для горячего цинкования стальных полос (0,3 - 4,0 мм) применяют в основном метод бесфлюсового цинкования в непрерывных линиях. Очистка полосы производится в линии путем окислительного нагрева до 470 °C - 480 °C с образованием на поверхности полосы тонкой окисной пленки, которая восстанавливается при последующем отжиге в восстановительной водородной атмосфере. Охлажденная до 480 °C - 520 °C полоса с чистой активной поверхностью погружается в цинковый расплав при 460 °C.
Широко применяется способ безокислительного нагрева полосы в продуктах неполного сгорания при значительной разности температур газовой среды (1100 °C - 1300 °C) и нагреваемого металла (до 700 °C). Скорость движения полосы - до 3 - 4 м/с, время нагрева - 10 - 15 с. Практически во всех линиях цинкования проводится совмещение операций термообработки холоднокатаной полосы, нанесения покрытия и термической, химической и механической обработки оцинкованной полосы.
Электролитическое цинкование проводится в ваннах с кислым и щелочным электролитами. К кислым электролитам относятся хлоридные, фторборатные, сульфатные и др. Наиболее распространены сульфатные. Электролитический метод эффективен при нанесении тонких покрытий (5 - 12 мкм). Осадок цинка матовый, равномерный, плотный. При последующем нанесении слоя полимерных материалов (лакокрасочных, пластмасс) покрытие достаточно коррозионностойкое и может работать длительное время в обычной и промышленной атмосфере.
Непрерывное горячее цинкование стальных полос осуществляют для полосы шириной до 2 м и толщиной до 4 мм на специализированных линиях, которые отличаются следующими особенностями.
Вся линия является комплексной, т.е. состоит из отдельных агрегатов разного назначения, на которых осуществляют очистку поверхности полосы (обезжиривание, травление, мойку); безокислительный нагрев в печи до 500 °C с последующей термообработкой (отжиг, нормализация) в восстановительной атмосфере (10% - 15% H2) и охлаждением до 450 °C - 500 °C; цинкование в ванне с цинковым расплавом с 0,2% - 0,3% Al при 460 °C; иногда применяют термообработку оцинкованной полосы при 300 °C - 650 °C в специальной печи после цинковальной ванны с целью перевода покрытия в сплав; охлаждение полосы; пассивацию в фосфатных и хроматных растворах; механическую обработку на растяжных станках или на дрессировочной клети с гибочными роликами.
Для регулирования толщины и равномерности цинкового покрытия применяют струйное газовое (воздушное, паровое) устройство, работающее под давлением. Цинковальная ванна нагревается с помощью индукционного нагрева. Линия оснащена измерительной аппаратурой и автоматическим управлением. Производительность современной линии цинкования доходит до 500 тыс. т/г при скорости полосы более 3 м/с.
Получает также развитие покрытие из цинка и алюминия - цинкалюм с содержанием 55% Al; 43,4% Zn и 1,6% Si. Коррозионная стойкость нового покрытия в 2 - 6 раз выше оцинкованного листа за счет двухфазной структуры - фазы, богатой алюминием и цинком. Фаза, богатая цинком, находится внутри фазы, богатой алюминием, в связи с чем затрудняется проникновение агрессивной среды через покрытие. Технология нанесения цинкалюма близка к технологии цинкования. Однако имеются различия: температура ванны - 600 °C, материал ванны - керамика, а погружное оборудование изготавливается из специальной стали. Агрегат оборудуют узлом ускоренного охлаждения покрытия.
2.2.7.2 Производство тонколистовой стали с полимерными покрытиями
Этот вид защиты листовой стали осуществляется на непрерывных агрегатах при скоростях движения стальной полосы от 10 до 300 м/мин.
Современные агрегаты для нанесения полимерных покрытий состоят из входной, технологической и выходной частей. Входная часть включает в себя разматыватели, ножницы для поперечной резки, сварочную или сшивную машину. Технологический участок состоит из ванн подготовки поверхности - обезжиривания, пассивации. Эти операции необходимы для обеспечения необходимой адгезии полимерного покрытия с основой [1].
Далее полоса поступает в отделение покрытий, состоящее из валковых машин, сушильных печей, охладительных устройств и устройств для нанесения полимерных пленок. В зависимости от вида полимерных материалов агрегаты работают по нескольким технологическим схемам при нанесении лакокрасочных материалов, органозолей или пластизолей: на первой валковой машине на лицевую сторону наносится слой лакокрасочных эмалей, пластизоля и органозоля, а на второй машине на обратную сторону - слой защитного лака или эмали.
Металлопласт может производиться с использованием одной валковой машины. При этом одновременно наносят на обратную сторону защитный лак или эмаль, а на лицевую сторону с помощью специального устройства плакируют под давлением 2 - 4 кг/см2 полимерную пленку, сушат и охлаждают полосу.
Гнутые профили изготовляют на профилегибочных станах. Профилирование заключается в последовательной формовке сечения заготовки (полосы, ленты или листа) в холодном состоянии при прохождении ее через калиброванные валки до получения требуемой конфигурации профиля. Гнутые профили изготавливаются различных типов (с различной формой сечения) и видов (сварные, перфорированные и т.д.). Материал гнутых профилей - сталь, цветные металлы, сплавы, в том числе с антикоррозионными и декоративными покрытиями.
Граничные размеры сортамента профилей, изготавливаемых на предприятиях черной металлургии, составляют по толщине 0,5 - 8 мм, по ширине 30 - 1500 мм. Сортамент гнутых профилей включает свыше 1000 типоразмеров. Профили делятся на три основные группы: гнутые сортовые профили - профили общего назначения (уголки равнополочные и неравнополочные, швеллеры перфорированные, корытные, зетовые, С-образные, замкнутые и замкнутые сварные прямоугольные и квадратные); гнутые специальные профили - профили особой конфигурации индивидуального назначения; гнутые листовые гофрированные профили (с различной формой и числом гофров).
Созданные в России профилегибочные агрегаты конструкции ВНИИметмаш являются одними самых высокопроизводительных в мире, имеют высокий уровень механизации и автоматизации и высокую скорость профилирования (до 180 м/мин). В таблице 2.4 приведены технические данные профилегибочных агрегатов [1].
Таблица 2.4
Параметр | Поштучного профилирования | Комбинированного или непрерывного профилирования | Непрерывного профилирования | ||
2-7 x 80-500 | 1-4 x 400-1500 | 2-8 x 100-600 | 1-4 x 50-300 | 0,5-2,5 x 300-1500 | |
Толщина заготовки, мм | 2 - 7 | 1 - 4 | 2 - 8 | 1 - 4 | 0,5 - 2,5 |
Ширина заготовки, мм | 80 - 500 | 400 - 1500 | 100 - 600 | 50 - 300 | 300 - 1500 |
Число рабочих клетей, шт. | 14 | 20 | 14 или 17 | 17 | 15 |
Диаметр рабочих валков, мм | 170 | 230 | 180 | 115 | 170 |
Длина бочки валков, мм | 600 | 1550 | 600 | 300 | 1550 |
Скорость профилирования, м/мин | 60 - 150 | 45 - 180 | 12 - 150 | 30 - 150 | 30 - 90 |
Мощность главного привода, кВт | 960 | 600 | 1280 | 280 | 560 |
Заготовки, используемые при профилировании, - полосы, ленты или листы с обрезанными кромками.
Процесс профилирования заготовок осуществляется последовательной гибкой их сечения на многоклетьевых (от 3 до 30 формующих клетей) станах и может быть поштучным (при изготовлении профилей из заготовок мерной длины) и непрерывным (при изготовлении профилей из рулонной заготовки с резкой на мерные длины готового профиля). В первом случае имеются ограничения по сортаменту и возможностям повышения качества продукции, а также требуется повышенное число клетей из-за выполнения требований надежной задачи полосовой заготовки в валки. Во втором - возможно изготовление любых типов профилей высокого качества при минимальном числе клетей. При сварке концов рулонов процесс может быть бесконечным.
Процесс профилирования на станах включает три основных этапа:
- подготовку заготовки к профилированию - подачу рулонов со склада на стан, их размотку, правку, резку на мерные длины (при поштучном профилировании) или обрезку концов рулонов и их сварку со снятием грата с последующим накоплением полосы (при бесконечном процессе профилирования), промасливание;
- профилирование заготовки на формовочном стане до требуемой конфигурации профиля;
- отделку готовой продукции - резку на мерные длины (при непрерывном профилировании), сдув эмульсии, промасливание, транспортировку и укладку в пакеты, их обвязку или упаковку, транспортировку на склад.
При комбинированном процессе производства профилей различных видов этап подготовки заготовки может включать операции по ее перфорации, просечке, а этап отделки - сварку, завивку профиля по спирали, нанесение покрытий и др.
Профилегибочные агрегаты классифицируют: по назначению - на сортовые агрегаты общего и специального назначения и на листовые (для производства листовых профилей); по характеру процесса профилирования - на агрегаты поштучного, непрерывного (порулонного или бесконечного) и комбинированного (поштучного и непрерывного) профилирования; по размерам сечения заготовки - на агрегаты легкого, среднего и тяжелого типов.
Размеры сечений исходной заготовки определяют типоразмеры агрегатов и используются для их обозначения.
При этом в обозначении отечественных агрегатов указывается диапазон сечений заготовок, например, ПГА 2-8 x 100-600, некоторых зарубежных - наибольшие значения ширины и толщины заготовки, например профилегибочный стан 650/8.
На агрегатах поштучного профилирования профили изготовляются из мерных заготовок, полученных резкой рулонной полосы вне или в линии агрегата на летучих ножницах перед формовочным станом. Использование впервые в мировой практике в линиях отечественных агрегатов листовых летучих ножниц позволило повысить скорости профилирования до 150 - 180 м/мин.
На агрегатах непрерывного профилирования на мерные длины разрезаются летучими режущими устройствами (пилами, просечными прессами, ножницами) готовые профили. Непрерывность процесса, особенно при бесконечном профилировании, позволяет достигнуть наивысшей производительности.
Состав оборудования агрегатов обусловлен их назначением, характером процесса и производительностью. Наиболее высокий уровень механизации и автоматизации - у сортовых агрегатов общего назначения непрерывного и комбинированного профилирования, установленных на отечественных предприятиях черной металлургии. Оборудование их делится на три основных участка: подготовки заготовки к профилированию, профилирования и отделки готовой продукции.
Основные тенденции в развитии профилегибочных агрегатов в настоящее время связаны с повышением эффективности их работы, а также созданием на их основе агрегатов и линий для выпуска готовых изделий из гнутых профилей. Потери времени на загрузку рулонов снижают за счет установки сдвоенных разматывателей, увеличения массы рулонов, емкости накопителей полосы.
Для сокращения времени на перевалки применяют схемы для одновременной замены групп клетей или полного их комплекта на заранее настроенный. Широко используется автоматизация, особенно на специализированных агрегатах, где с помощью ЭВМ изменяется программа их производства и программа работы отдельных участков, например перфорации.
Средние коэффициенты расхода металла для различных видов продукции представлены в таблице 2.5 [1].
Таблица 2.5
холоднокатаного листового металла
Продукция | Расходный коэффициент металла |
Холоднокатаные полосы в рулонах из углеродистой и низколегированной стали без обрезки | 1,03 - 1,04 |
Холоднокатаные листы из углеродистой и низколегированной стали | 1,06 - 1,08 |
Жесть белая электролитического лужения | 1,08 - 1,10 |
Оцинкованные листы и полосы в рулонах | 1,20 |
Лента холоднокатаная стальная низкоуглеродистая при толщине, мм: | |
- 0,05 - 0,17 | 1,24 - 1,33 |
- 0,18 - 0,29 | 1,16 - 1,22 |
- более 0,30 | 1,13 - 1,18 |
Лента холоднокатаная из углеродистых и низколегированных сталей при толщине, мм: | |
- 0,10 - 0,29 | 1,26 - 1,32 |
- более 0,30 | 1,16 - 1,27 |
Лента необрезанная | 1,07 - 1,11 |
Удельный расход топлива и огнеупоров в цехах холодной прокатки:
- для колпаковых одностопных печей - 0,92 - 1,05 МДж/т и 0,4 кг/т;
- для протяжных печей - 1,26 - 1,47 МДж/т и 0,2 кг/т.
Удельный расход электроэнергии и энергоносителей при холодной прокатке различных видов продукции приведен в таблице 2.6 [1].
Таблица 2.6
различных видов продукции
Продукция | Электроэнергия, кВт·ч/т | Вода, м3/т | Пар, кг/т | Сжатый воздух, м3/т |
Холоднокатаные неотожженные рулоны | 70 - 80 | 30 - 35 | 120 | 25 |
Холоднокатаные листы и полосы | 100 - 120 | 35 - 45 | 130 | 35 |
Лента холоднокатаная | 100 - 120 | 35 - 45 | 150 | 40 |
Жесть черная | 220 - 240 | 40 | 180 | 40 |
Сведения о стойкости и расходе валков станов холодной прокатки приведены в таблице 2.7 [1].
Таблица 2.7
Тип стана | Количество проката между переточками, тыс. т | Удельный расход валков, кг/т |
Непрерывный | 0,5 - 2,5/30 - 50 | 1,6 - 1,8 |
Дрессировочный | 0,3 - 0,6/35 - 45 | 0,2 |
Реверсивный | 0,2 - 0,3/6 | 1,5 - 1,8 |
Жестепрокатный | 0,3 - 12/10 - 30 | 2,0 - 2,2 |
Примечание: числитель - рабочие валки, знаменатель - опорные. | ||
Горячекатаный сортовой металл, который по мере уменьшения площади поперечного сечения увеличивается в длине и может достигать в длине одного раската нескольких сотен метров, производят по обобщенной технологической схеме, приведенной на рисунке 2.11.
- Схема, применяемая при производстве средне-и крупносортного проката; 
- Вода; 
- Топливо: доменный,
- Вода; - Топливо: доменный,коксовый, природный газ, мазут; 
- Электроэнергия
- Электроэнергияпроизводства мелкосортного проката и катанки
Сортовая заготовка - профили квадратного, круглого или прямоугольного сечения размерами 40 - 250 мм, длиной до 12 м, получаемые на заготовочных, крупносортных станах или на машинах непрерывного литья заготовки (МНЛЗ).
В настоящее время наиболее распространенная схема изготовления сортового проката предусматривает использование непрерывно-литой заготовки (НЛЗ), получаемой с МНЛЗ. При этом для ряда сталей используется традиционная схема изготовления сортового металла из слитка, который прокатывается на обжимных и заготовочных станах.
Получение горячекатаной сортовой заготовки
ИС МЕГАНОРМ: примечание. В официальном тексте документа, видимо, допущены опечатки: имеются в виду п.п. 2.1.4, 2.1.5, а не 2.1.3.1, 2.1.3.2 соответственно. |
Подготовка и нагрев слитков и НЛЗ осуществляются аналогично, как это описано в 2.1.1, 2.1.2. Горячая прокатка слитков и НЛЗ производится на обжимных станах (блюмингах), которые предназначены для получения полупродукта в виде заготовок квадратного (блюмы) сечения размерами 140 - 450 мм. Технология прокатки блюмов аналогична технологии прокатки слябов, описанной в 2.1.3.1, 2.1.3.2. После блюминга раскаты поступают на непрерывные заготовочные станы (НЗС), которые, как правило, устанавливают в потоке обжимных станов, что позволяло существенно увеличить производительность последних.
Примером непрерывного заготовочного стана является НЗС 900/700/500, включающий 14 клетей, расположенных в трех группах. Первые две клети 900 являются обжимными. Непрерывная черновая группа состоит из двух двухвалковых клетей 900 с горизонтальным расположением валков и четырех чередующихся двухвалковых клетей 700 с вертикальными и горизонтальными валками. Непрерывная чистовая группа клетей включает в себя шесть чередующихся двухвалковых клетей 500 с вертикальными и горизонтальными валками.
В черновой группе прокатывают заготовки сечением от 190 x 190 до 130 x 130 мм и круглые трубные заготовки диаметром 110 - 150 мм. Скорость прокатки в последней клети черновой группы - 2,3 м/с.
В чистовой группе клетей из раскатов, поступающих из первой группы стана, прокатывают заготовки 120 x 120 мм, 100 x 100 мм и 80 x 80 мм и круглые трубные заготовки диаметром 60 - 100 мм. Скорость прокатки в последней клети стана - 7 м/с.
За черновой группой клетей расположен шлеппер для передачи заготовок больших сечений с основной линии стана на обводной рольганг, в конце которого установлены ножницы. За чистовой группой стана установлены рычажно-планетарные летучие ножницы, обеспечивающие резку раскатов на заготовки при скорости 7,0 м/с.
Если заготовочный стан линейного типа расположен вне потока блюминга, то исходный материал в виде блюмов, в том числе литых и слитков малой массы, в зависимости от марочного сортамента и назначения, подвергают предварительной подготовке (замедленному охлаждению, термической обработке, удалению поверхностных дефектов и т.д.), аналогично технологии подготовки слитка перед прокаткой на блюминге.
Производство заготовок на НЗС характеризуется коэффициентом расхода металла 1,02 - 1,03, расходом топлива 500 тыс. ккал/т, расходом электроэнергии 27 - 30 кВт·ч/т, расходом воды 2000 м3/ч и расходом валков 0,1 кг/т.
Арматурный профиль относится к категории сортовых профилей специального назначения и предназначен для армирования бетонных конструкций в строительстве. Технология прокатки арматурного профиля практически не отличается от технологии прокатки сортового проката круглого сечения, т.е. используется такая же последовательность калибров. Периодический профиль наносится в чистовых проходах, для чего используются валки со специально подготовленными ручьями.
Арматурный профиль различного сечения, начиная от крупных и заканчивая мелкими размерами, входит в сортамент среднесортных и мелкосортных станов.
На мелкосортных и проволочных станах в отличие от других сортовых станов часть продукции изготавливается в бунтах.
Горячекатаная проволока (катанка) изготавливается диаметром 5 - 19 мм и поставляется в бунтах массой до 2,5 т.
В настоящее время объем производства катанки в мире превышает 50 млн т/г, что объясняется широким сортаментом производимой из нее готовой продукции - канаты, металлокорд, пружины, иглы, струны, крепежные изделия, электроды и т.д. Катанка производится на непрерывных проволочных станах, а также мелкосортно-проволочных и сорто-проволочных станах.
Исходная заготовка для подавляющего количества мелкосортных, мелкосортно-проволочных и проволочных станов имеет поперечное сечение в виде квадрата (или прямоугольника, близкого к квадрату) и поставляется с МНЛЗ, заготовочных и крупносортных станов.
Нагрев заготовок перед прокаткой на сортовых станах проводят преимущественно в проходных методических печах различной конструкции и производительности. В качестве топлива упомянутые печи используют коксовый, доменный, природный газы или их смесь. Часто в качестве резервного топлива выступает мазут.
Методические печи имеют несколько зон нагрева (часто применяемые печи содержат три зоны: методическую, сварочную и томильную зоны), неподвижную или подвижную (шагающую) подину, металлические или керамические рекуператоры для подогрева воздуха и газа, эксгаустеры для подачи воздуха в горелки, механизмы загрузки и выгрузки заготовок, аппаратуру для контроля и регулирования теплового режима работы печи.
Параметры некоторых наиболее применяемых методических печей приведены в таблице 2.8.
Таблица 2.8
Тип печи | Тип пода | Посадка и выдача металла | Размеры сечения заготовки, мм | Производительность, т/ч |
Трехзонная, рекуперативная | Монолитный, | Торцевая | 100 x 100...150 x 150 | 200 |
Двухзонная, рекуперативная | Монолитный | Боковая | 80 x 100...100 x 100 | 100 |
Многозонная, рекуперативная | Шагающий | Боковая | 150 x 150...200 x 200 | 300 |
2.3.1.2 Прокатка арматуры и катанки
2.3.1.2.1 Прокатка на мелкосортных станах
Сортамент мелкосортного проката включает многочисленные профили простой и фасонной формы сечения, общего отраслевого и специального назначения. К мелкосортному прокату относят круглую сталь диаметром 10 - 30 мм, квадратную со стороной 8 - 30 мм, периодические профили для армирования железобетонных конструкций N 6 - N 28, угловую сталь с шириной полок 20 - 50 мм, швеллеры N 5 - N 8, полосовую сталь шириной до 60 мм, шестигранную сталь до N 30, тавровые профили и разнообразные фасонные профили эквивалентных размеров. Прокат поставляют в прутках длиной 8 - 12 м или бунтах.
К мелкосортным относят станы с диаметром валков чистовой клети 350 - 250 мм. Проволочные станы имеют валки диаметром 280 - 150 мм. Станы с диаметром валков 350 - 300 мм в отдельных случаях имеют в сортаменте много среднесортных профилей, поэтому их относят к мелкосортно-среднесортным.
Схемы расположения основного оборудования (прокатных клетей) мелкосортных станов разнообразны: линейные, последовательные, полунепрерывные, непрерывные. Техническая характеристика мелкосортных станов разных типов представлена в таблице 2.9 [1].
Таблица 2.9
Стан | Рабочая клеть (тип <*>/диаметр валков, мм) | Печь | Размеры сечения заготовки, мм | Скорость прокатки (макс.), м/с | Общая мощность привода, тыс. кВт | ||||
черновая | чистовая | Кол-во | Кол-во | Производительность, т/ч | |||||
Линейные: | 330 | 3/450 - 550 | 2/320 - 330 | 7 - 10 | 1 - 2 | 18,0 - 35,0 | 170 x 170 | 3,9 - 5,8 | 1,8 - 3,5 |
300 | 3/460 - 550 | 2/300 - 330 | 6 - 10 | 1 - 2 | 10,0 - 27,0 | 125 x 125 | 4,4 - 6,2 | 2,3 - 4,6 | |
280 | 3/450 - 530 | 2/280 - 300 | 8 - 10 | 1 - 2 | 10,0 - 40,0 | 150 x 150 | 4,7 - 7,5 | 1,6 - 3,2 | |
250 | 3/410 - 520 | 3/240 - 300 | 7 - 10 | 1 | 19,0 - 35,0 | 150 x 150 | 5,8 - 8,2 | 1,5 - 4,2 | |
Последовательный 300 с шахматной группой | 2/400 - 450 | 2/300 - 330 | 10 - 12 | 3 - 4 | 35,0 - 45,0 | 125 x 125 | 9,5 - 11,5 | 8,5 - 9,5 | |
Полунепрерывный 250 с чистовой линейной группой | 2/350 - 420 | 2/250 - 270 | 11 - 13 | 1 - 2 | 45,0 - 60,0 | 120 x 120 | 8,5 - 10,5 | 4,5 - 6,7 | |
Непрерывные: | 250 | 2/330 - 380 | 2/240 - 280 | 15 - 17 | 1 - 2 | 90,0 - 140,0 | 80 x 80; 100 x 100 | 15,0 - 25,0 | 7,2 - 9,1 |
300 | 2/385 - 460 | 2/300 - 320 | 13 - 15 | 1 | 80,0 - 100,0 | 110 x 110 | 13,0 - 18,0 | 8,4 - 9,5 | |
350 | 2/400 - 430 | 2/350 - 375 | 10 - 12 | 1 | - | 120 x 120 | 12,0 - 15,0 | 8,2 - 9,7 | |
Мелкосортные станы непрерывного типа предназначены для массового производства больших партий проката низко- и среднеуглеродистых сталей, преимущественно круглого сечения. При изготовлении мелкосортного проката из легированных сталей небольшими партиями востребованы технологии прокатки на станах линейного типа. При этом может изменяться калибровка валков, режимы прокатки, общая технологическая схема остается неизменной: заготовка 
подготовительные операции на заготовке 
цикл деформационных операций и связанных с ними вспомогательных операций (гидросбив, транспортирование и кантовка раската, резка и т.д.) 
охлаждение проката 
отделка проката 
контроль, маркировка, упаковка и складирование металла.
подготовительные операции на заготовке цикл деформационных операций и связанных с ними вспомогательных операций (гидросбив, транспортирование и кантовка раската, резка и т.д.) охлаждение проката отделка проката контроль, маркировка, упаковка и складирование металла.Большое распространение получили типовые непрерывные двухниточные мелкосортные станы 250.
Рассматриваемый в качестве примера стан 250 состоит из 25 двухвалковых клетей: 9-клетевой черновой непрерывной группы и двух чистовых 8-клетевых непрерывных групп [4].
Прокатку ведут в черновой группе в две нитки, в чистовых (левой и правой) группах - в одну нитку. Каждая чистовая группа состоит из чередующихся четырех горизонтальных и четырех вертикальных клетей. Правая чистовая группа смещена вперед по ходу технологического потока. Черновая группа состоит из пяти предварительно напряженных клетей (ПНК) и четырех клетей обычной конструкции со станинами открытого типа. Подшипники валков в клетях обычной конструкции - качения, в ПНК - подшипники жидкостного трения (ПЖТ).
Рабочие валки каждой клети приводятся от отдельного электродвигателя через редуктор и шестеренную клеть. В промежутках между клетями черновой группы установлены кантующие валки.
За черновой группой клетей установлены аварийные летучие ротационные ножницы кривошипного типа для обрезки переднего конца, порезки раската на длины, соответствующие длине холодильника, и аварийной резки.
Между группами стана раскаты перемещаются по желобам с рольгангами и по правой нитке двумя трайб-аппаратами.
Перевалка клетей черновой группы и горизонтальных клетей чистовых групп - клетями, вертикальных клетей - сменными кассетами. Валки охлаждаются водой под давлением 0,15 МПа.
После прокатки в чистовой группе клетей технологический поток разделяется на два потока:
- производство проката в прутках - порезка раската на летучих ножницах на части не более длины холодильника, охлаждение и порезка на ножницах холодной резки;
- производство проката в бунтах - смотка раската на моталках и последующее охлаждение бунтов на конвейере.
За чистовыми группами в потоке стана на каждой нитке установлены летучие двухбарабанные ножницы и установка термического упрочнения металла.
Порезанный прокат по рольгангу поступает на двусторонний реечный холодильник (правого и левого исполнения). Отводящий рольганг холодильника длиной 125 м, скорость транспортировки 2,6 м/с. Далее прокат по отводящему рольгангу подают к ножницам холодной резки, после резки прокат взвешивают, пакетируют и доставляют на склад готовой продукции.
Профили для армирования железобетонных конструкций проходят низкотемпературный отпуск в печи мощностью 80 тыс. т/г. При необходимости пакет с прокатом сортируют; прокат правят на установленных вне технологического потока двух правильных машинах и вырезают дефектные части металла на ножницах холодной резки.
При производстве круглого проката диаметром 10 - 23 мм в бунтах раскат из чистовой клети проходит по направляющим трубкам через охлаждающее устройство на моталки (по две на каждой нитке клетей чистовой группы).
Моталка снабжена механизмом подъема бунта и сталкивающим механизмом. Моталка может наматывать круглый, квадратный, шестигранный профиль площадью сечения 50 - 530 мм2. Скорость диска моталки - 6 - 20 м/с. Диаметр бунта: наружный - 1200 мм, внутренний - 880 мм. Бунты перемещают на транспортер при помощи сталкивателей.
Транспортер за моталками сдвоенного типа. Одновременно транспортируют два бунта со скоростью 0,43 м/с. Далее бунты транспортируются по рольгангу к вязальным машинам и производят увязку бунтов. С транспортера бунты навешивают на крюковой конвейер при помощи двух бунтонавешивателей. Крюковой конвейер имеет общую длину цепи 450 м, 250 крюковых тележек, расстояние между крюками 1,8 м. Скорость движения конвейера - от 0,054 до 0,180 м/с.
Съем бунтов с конвейера осуществляют при помощи двух бунтосъемных машин (бунт - за 6 с). Бунты собирают в пакеты на двух четырехстержневых пакетировочных машинах. Увязанные пакеты бунтов при помощи четырех электромостовых кранов доставляют на склад готовой продукции или грузят в железнодорожные вагоны.
2.3.1.2.2 Прокатка на проволочных станах
В мировой практике для производства катанки до 1960 г. применялись в основном трех- и четырехниточные станы американского и европейского типов.
В состав оборудования станов американского типа входили чистовые группы клетей с общим приводом и горизонтальным расположением валков. Прокатку в чистовых группах осуществляли в две-четыре нитки с натяжением и кантовкой раската между клетями. Эти станы были оборудованы петлевыми группами клетей. Достоинство станов американского типа - компактность и сравнительно невысокие капитальные затраты на строительство, небольшая масса устанавливаемого оборудования, недостаток - низкая точность проката, наличие поверхностных дефектов на катанке и низкая скорость прокатки.
В состав оборудования станов европейского типа входили однониточные, преимущественно четырехклетевые, чистовые группы с горизонтальным и вертикальным расположением валков, что позволило исключить кантовку раската в чистовых проходах. Индивидуальный привод чистовых клетей станов европейского типа обеспечил возможность регулировки частоты вращения валков в широких пределах и осуществления процесса прокатки с регулируемой петлей, что привело к повышению точности катанки. Максимальные скорости прокатки на станах европейского типа не превышали 40 м/с. Первый стан этого типа в нашей стране был введен в эксплуатацию на Магнитогорском металлургическом комбинате (ММК), а затем были пущены станы на Западно-Сибирском, Череповецком ("Северсталь"), Челябинском металлургических комбинатах.
Технологический процесс прокатки катанки диаметром 6 - 10 мм на типовом непрерывном проволочном стане 250 осуществляется следующим образом [4].
Заготовки сечением 80 x 80 мм, длиной 10,5 - 11,5 м, массой до 600 кг нагревают перед прокаткой в двух двухзонных печах с шагающим подом, торцевой посадкой и боковой выдачей (производительность - 90 т/ч).
Проволочный стан состоит из 37 клетей: 29 горизонтальных и 8 вертикальных, расположенных в четырех группах: в черновой - девять горизонтальных клетей, из них семь клетей 450 и две 380; в первой промежуточной группе - четыре горизонтальные клети 320; в двух вторых промежуточных группах - по четыре горизонтальных клети 320; в четырех чистовых - по две горизонтальных клети 320 и по две вертикальных клети 300. Прокатку в черновой и первой промежуточной группах ведут в четыре нитки, во второй промежуточной - в две и в чистовой - в одну нитку. Скорость прокатки в чистовой клети - 27 м/с.
За клетью N 9 черновой группы установлено четверо ножниц для резки концов и для аварийных резов. Перед клетями N 14 и N 18 во второй промежуточной и чистовой группах установлены разрывные ножницы рычажного типа.
После чистовых клетей катанка проходит установку ускоренного охлаждения, состоящую из охладительных секций. Длина участка охлаждения - 1300 - 1800 мм.
Катанку сматывают в бунты на восьми моталках Эденборна. Наружный диаметр бунта - 1400 мм, внутренний - 950 мм, высота - 500 мм. С моталок бунты сталкивателем подают на приемный стол и далее транспортером перемещают к муфельному транспортеру. При следовании от моталок к муфельному транспортеру бунты проходят четыре вязальные машины, размещенные попарно напротив, так что каждый бунт обвязывается в двух местах, время вязания бунта - 14 с. Муфельные транспортеры предназначены для охлаждения бунтов до температур, при которых бунт не деформируется в подвешенном состоянии.
С муфельного транспортера бунты (бунтонавешивателем) передают на крюковый конвейер, имеющий 298 крюков, скорость транспортировки - 0,1 м/с. С крюкового конвейера бунты съемником передают на штырь пакетирующей машины. После полной загрузки одного штыря пакетирующая машина совершает поворот на 1/4 оборота, бунты с загруженного штыря убирают двумя электромостовыми кранами и транспортируют на склад.
Повышение требований к качеству готовой продукции метизного передела, увеличение скоростей волочения при переработке катанки обусловили ужесточение требований к ее качеству - точности геометрических параметров, характеристикам механических свойств, количеству окалины на ее поверхности и потребовало увеличение массы бунтов катанки. Это вызвало необходимость создания оборудования проволочного стана нового типа.
Реальное увеличение массы исходной заготовки возможно за счет увеличения площади поперечного сечения заготовки, так как увеличение ее длины сопряжено со значительным усложнением конструкций нагревательных печей проволочных станов и трудностью регулировки режима нагрева. В свою очередь, увеличение площади поперечного сечения исходных заготовок при достигнутых скоростях прокатки на проволочных многониточных станах (30 - 40 м/с) снижало скорость прокатки на входе в стан и, соответственно, увеличивало тепловые нагрузки на валки и потери тепла в первых клетях стана. Это обусловило необходимость увеличения скорости прокатки. Кроме того, увеличение массы бунтов, повышение требований к механическим свойствам и структуре металла и их равномерности по длине мотков вынудило отказаться от традиционного способа смотки катанки в моталках типа Гаррета и Эденборна. Повышение скорости прокатки на станах американского и европейского типов оказалось невозможным из-за необходимости кантовки раската в чистовых группах станов американского типа и больших вибраций в приводных линиях чистовых клетей станов европейского типа.
Это послужило причиной создания конструкций чистовых групп проволочных станов блочной конструкции, обладающих компактностью, отсутствием петлеобразования и необходимости кантовки раската [5]. Рабочие валки такого блока в виде дисков диаметром 150 мм изготавливают из карбида вольфрама и устанавливают на подшипниках жидкостного трения (см. рисунок 2.12).
1 - прокатные валки; 2 - шестеренные валки;
3 - трансмиссия; 4 - главный редуктор
Уменьшение диаметра валков повысило эффективность деформации и устойчивость раската при прокатке катанки малых диаметров. Калибровка "овал - круг", примененная в блоках, обеспечивала равномерность деформации и отсутствие переполнения калибров. Конструкция привода блока позволяла повысить скорость прокатки до 100 м/с и более, а точность катанки была повышена до +/- 0,15 - 0,20 мм [6].
Увеличение скорости прокатки и массы мотков, повышение требований к свойствам и структуре катанки обусловили существенное изменение и в технологии охлаждения катанки. Было разработано более двадцати способов контролируемого охлаждения катанки в линии проволочных станов ("Стелмор", "Шлеман", "Демаг", "Явата" и др.). Наибольшее распространение получили линии "Стелмор" благодаря простоте конструкции, широкой возможности воздействия на структуру и свойства катанки различных марок стали.
Двухстадийный процесс охлаждения катанки по способу Стелмор, применяемый на большинстве современных проволочных станов, включает охлаждение катанки водой после выхода из чистового блока (1-я стадия) и воздухом в витках, разложенных на транспортере (2-я стадия). Схема охлаждения катанки по способу "Стелмор" приведена на рисунке 2.13. Участок водяного охлаждения катанки оборудован водоохлаждающими секциями, установленными вдоль проводящей трассы общей длиной до 40 м на определенном расстоянии друг от друга с промежутками для выравнивания температуры по сечению катанки. Для исключения попадания воды на катанку на участке выравнивания температуры применяют отсекающие водяные и воздушные форсунки. После первой стадии охлаждения температура катанки на виткообразователе в зависимости от марки стали составляет 750 °C - 950 °C.
Конечная часть участка водяного охлаждения оборудована трайбаппаратом, который направляет катанку в виткообразователь, работающий по принципу моталки Эденборна. С помощью виткообразователя витки катанки укладываются на движущийся транспортер. На современных станах со скоростью прокатки до 100 - 120 м/с обычно применяют роликовые транспортеры длиной 80 - 100 м. Конструкцией транспортера предусмотрена плавная регулировка скорости перемещения витков катанки в пределах 0,1 - 1,2 м/с. Воздушное охлаждение витков катанки осуществляется на транспортере витков. Воздух от вентиляторов подается на витки катанки через специальные отверстия.
В результате охлаждения по способу "Стелмор" получается мелкодисперсная структура, а количество сорбитообразного перлита в поперечном сечении катанки превышает 50%. Количество окалины уменьшается до 2 - 5 кг/т. Средняя величина обезуглероженного слоя в сечении не превышает 2%, катанка имеет структуру, среднюю между структурами, получаемыми при воздушном и свинцовом патентировании. Это в ряде случаев позволяет исключить операцию патентирования при дальнейшем переделе в сталепроволочном производстве, увеличить степень деформации и скорость волочения, а также сократить обрывность при волочении.
Примером современной технологии изготовления катанки является процесс производства катанки и мелкого сорта из углеродистых и легированных сталей диаметром 5 - 19 мм в бунтах массой до 2,2 т, реализуемый на стане 150 [2], [6].
Исходные заготовки сечением 200 x 200 мм после выборочной зачистки и нагрева в четырехзонной печи с шагающим подом (масса садки металла - 160 т, производительность - 100 т/ч) подают по рольгангу к гидросбиву окалины с заготовки, который состоит из замкнутой металлической камеры и десяти водяных форсунок, установленных по контуру сечения заготовки.
Стан состоит из 23 двухвалковых клетей с приводом валков каждой клети от индивидуального электродвигателя, в том числе двух вертикальных клетей, и двух десятиклетевых блоков; клети объединены в технологические группы: обжимная группа - шесть клетей, черновая - пять клетей, первая промежуточная - шесть клетей, вторая промежуточная - шесть клетей, чистовая - два блока по десять двухвалковых клетей в каждом и приводом валков клетей блока от двух электродвигателей.
Обжимная однониточная группа клетей состоит из четырех двухвалковых клетей 630 с чередованием горизонтальной и вертикальной клети и двух горизонтальных двухвалковых клетей 450. Раскат между пятой и шестой клетями кантуется специальными кантующими валками малого диаметра. После обжимной группы передний конец раската отрезают на маятниковых ножницах. Далее раскат подогревают в роликовой печи, под которой представляет собой двухниточный рольганг с независимым приводом.
После нагрева раскат последовательно проходит непрерывную двухниточную черновую группу (пять горизонтальных клетей 450), ножницы для обрезки передних концов движущихся раскатов и аварийной порезки раската, первую промежуточную группу клетей (двухниточная непрерывная из шести горизонтальных клетей 380), ножницы и поступает во вторую промежуточную группу горизонтальных клетей 320.
Затем раскат прокатывается в десятиклетевых блоках чистовых клетей, после чего катанку подвергают регулируемому охлаждению в две стадии: многоступенчатому охлаждению водой с выравниванием температуры по сечению катанки в пропускных трубах, охлаждению вентиляторным воздухом. Водяное охлаждение катанки между блоками и образователями витков входит в двухстадийный процесс сорбитизации катанки (Стелмор), расход воды на одну нитку - 240 м3/ч. После образователей витков растянутые витки катанки проходят воздушное охлаждение на сетчатом транспортере. Поток воздуха создается десятью мощными вентиляторами и может регулироваться. Объемный расход воздуха - до 3,5 - 10 м3/ч.
Затем витки катанки собираются в специальной шахте и формируются в бунт, размещаемый на специальном поддоне, взвешиваются, осаживаются прессом и увязываются специальными машинами, после чего бунты катанки поступают на склад готовой продукции.
Стан оснащен системами контроля работы и имеет высокую степень автоматизации на всех этапах технологии.
В таблице 2.10 представлены усредненные статистические данные о технико-экономических показателях производства мелкосортного проката и катанки.
Таблица 2.10
мелкосортного проката и катанки
Стан <*> | Производительность тыс. т/г | Коэффициент расхода металла | Расход энергии, кВт ч/т | Расход топлива, 103 кДж/т | Расход воды, м3/т | Расход валков, кг/т |
ЛМС 325 | 90 - 240 | 1,05 | 45 - 60 | 1680 - 1890 | 25 - 33 | 0,3 - 0,4 |
ЛМС 300 | 45 - 270 | 1,05 | 45 - 60 | 1680 - 1890 | 25 - 33 | 0,3 - 0,4 |
ЛМС 280 | 36 - 220 | 1,05 | 45 - 60 | 1680 - 1890 | 25 - 33 | 0,3 - 0,4 |
ЛМС 250 | 100 - 165 | 1,05 | 45 - 60 | 1680 - 1890 | 25 - 33 | 0,3 - 0,4 |
МШС 300 | 600 - 730 | 1,04 | 45 - 60 | 1680 - 1890 | 25 - 33 | 0,3 - 0,4 |
ПНМС 250 | 240 - 390 | 1,05 | 50 - 60 | 1680 - 1890 | 25 - 33 | 0,3 - 0,4 |
НМС 250 | 500 - 900 | 1,035 | 50 - 60 | 1680 - 1890 | 25 - 33 | 0,3 - 0,4 |
НМС 300 | 320 - 430 | 1,045 | 50 - 60 | 1680 - 1890 | 25 - 33 | 0,3 - 0,4 |
НМС 350 | 470 - 520 | 1,035 | 50 - 60 | 1680 - 1890 | 25 - 33 | 0,3 - 0,4 |
ЛПС 250 | 52 - 260 | 1,04 | 65 - 110 | 1680 - 1890 | 33 - 44 | 0,35 - 0,5 |
ПНПС 260 | 380 - 520 | 1,04 | 90 - 110 | 1680 - 1890 | 33 - 44 | 0,35 - 0,5 |
НПС 250 | 300 - 900 | 1,035 | 65 - 75 | 1680 - 1890 | 33 - 44 | 0,35 - 0,50 |
Одновременно с потреблением ресурсов каждая операция технологического процесса сопровождается рядом воздействий на окружающую среду и производственный персонал.
Последовательность технологических операций с требуемыми ресурсами и вредными воздействиями отражена в таблице 2.11.
Таблица 2.11
Операция, цикл операций (оборудование) | Требуемые ресурсы | Вредные воздействия |
Подготовка заготовки (абразивно-шлифовальные станки, огневая зачистка) | Электроэнергия, вода, абразивный инструмент, чистый кислород | Абразивная пыль, скрап, тепловое воздействие, излучение, шум, сточные воды |
Транспортировка проката (транспортные рольганги) | Электроэнергия, технологическая оснастка | Тепловое, излучение, выбросы пыли, сточные воды, скрап |
Нагрев заготовки (методические, индукционные и другие печи) | Топливо (смесь газов или мазут), электроэнергия, вода, огнеупоры | Тепловое излучение, выбросы пыли и газа, окалина, сточные воды |
Удаление окалины (устройства гидробива) | Электроэнергия, вода, сжатый воздух | Сточные воды, окалина |
Прокатка (прокатный стан) | Электроэнергия, вода, рабочий инструмент, комплектующие, вспомогательные материалы | Тепловое, излучение, выбросы пыли, сточные воды, окалина, скрап, шум, вибрации |
Резка металла (ножницы, ручные газовые горелки) | Электроэнергия, сменный инструмент, кислород, ацетилен | Тепловое, излучение, выбросы газа и пыли, окалина, скрап |
Охлаждение проката в прутках (холодильник, ванна с водой) | Электроэнергия, вода | Тепловое, выбросы пыли, сточные воды, окалина |
Охлаждение проката в бунтах (трубы-охладители, транспортер) | Электроэнергия, вода, сжатый воздух | Тепловое, выбросы пыли, сточные воды, окалина |
Увязка бунтов (бунтовязальные машины) | Электроэнергия, вспомогательные материалы | Тепловое, излучение, окалина |
Отделка проката в прутках (устройства для резки, правки, механической и термической обработки, ванны с водой) | Электроэнергия, вода, печное топливо, сменный инструмент и оснастка, вспомогательные материалы | Тепловое, излучение, выбросы пыли, сточные воды, окалина, скрап, шум, вибрации |
2.3.1.3 Технологическая схема изготовления проволоки
Проволоку из сталей и сплавов классифицируют по следующим параметрам:
- по форме поперечного сечения: круглая, фасонного профиля, квадратная, прямоугольная, трапециевидная, трехгранная, шестигранная, клиновидная и др.;
- по размерам - различают группы от 1 до 9: группа 1 - проволока диаметром менее 0,1 мм, группа 9 - проволока диаметром свыше 8,0 мм;
- по химическому составу стали: из низкоуглеродистой стали (C < 0,25%); углеродистой стали (C > 0,025%); легированной и высоколегированной стали; из сплавов с особыми свойствами (коррозионностойких, жаростойких, жаропрочных).
В зависимости от конечной обработки, обеспечивающей заданный комплекс механических свойств, изготавливают термически обработанную (отожженную, отпущенную, закаленную и отпущенную, нормализованную, патентированную, отпущенную под напряжением - стабилизированную) и термически необработанную (холоднотянутую, холоднокатаную, калиброванную) проволоку.
Проволоку изготавливают: без дополнительной отделки поверхности; тянутую (после предварительной шлифовки, обточки на промежуточном размере); со специальной отделкой (полированную, шлифованную, травленую); с покрытием.
Покрытая проволока выпускается:
- с металлическим покрытием (оцинкованная, луженая, омедненная, латунированная, алюминированная и с другими покрытиями);
- с неметаллическим покрытием (с полимерным покрытием, фосфатированная и с другими покрытиями);
- светлая (термически обработанная в защитной атмосфере); оксидированная (окисленная, термически обработанная цветами побежалости) и черная (термически обработанная, покрытая окалиной);
- по назначению стальная проволока классифицируется на кардную, бердную, полиграфическую, колючую, пружинную, спицевую, струнную, сварочную и т.д.
Принципиальная технологическая схема изготовления проволоки представлена на рисунке 2.14 [7].
изготовления проволоки
Исходной заготовкой для производства проволоки является горячекатаный прокат - катанка и мелкий сорт диаметром 5,0 - 19,0 мм, преимущественно термически обработанная с прокатного нагрева, что связано с возможностью значительного ресурсосбережения за счет сокращения количества переделов при волочении проволоки.
Подготовка поверхности катанки и проволоки-заготовки к волочению включает операции удаления окалины и оксидных пленок с поверхности металла и нанесение подсмазочного слоя. От эффективности выполнения этих операций зависит качество поверхности готовых изделий, уменьшение, а следовательно, снижение усилия волочения, уменьшение расхода волочильного инструмента и электроэнергии, увеличение производительности волочильных станов.
2.3.1.4.1 Очистка поверхности катанки (проволоки) от окалины
Для удаления окалины с поверхности горячекатаной стальной проволоки, а также проволоки после термической обработки применяются следующие способы:
- химический (травление в различных кислотах);
- механический;
- комбинированные (электрохимический, химико-механический, термический, ультразвуковой и др.).
Выбор способа очистки поверхности металла от окалины зависит от химического состава металла, условий волочения, экономических соображений. Наиболее распространенный способ - химическое травление.
Травление в растворах серной кислоты широко применяется для стальной проволоки, способ экономичный, но требует сравнительно больших затрат времени. Травление в соляной и азотной кислотах позволяет значительно ускорить процесс травления, но обходится значительно дороже из-за высокой стоимости кислот. Травление в ортофосфорной кислоте позволяет получить высокую коррозионную стойкость поверхности проволоки, но из-за высокой стоимости кислоты (в 10 раз дороже серной) применяется сравнительно редко.
При выборе травильного раствора регламентируются: концентрация кислот и дополнительных компонентов, концентрация продуктов травления, температура раствора. Так как указанные параметры в процессе травления непрерывно изменяются, то оговариваются их оптимальные границы (максимум и минимум).
Скорость травления в серной кислоте максимальная при ее концентрации 25%. На практике кислоту высокой концентрации не применяют, чтобы избежать сильного разъедания металла и насыщения его водородом, приводящего к возникновению травильной хрупкости. Также необходимо избегать утилизации растворов с высокой концентрацией кислоты. При травлении растет содержание солей железа, и при концентрации 150 г/л FeSO4 скорость травления резко снижается. Поэтому рабочими концентрациями считаются 6 - 10% серной кислоты, выработка раствора ведется до концентрации 20 г/л. Чтобы избежать травильной хрупкости при травлении, в травильную ванну вводят ингибиторы травления, приведенные ниже.
Присадки или ингибиторы (вещества, тормозящие растворение металла в кислоте) применяются для предотвращения перетрава металла и уменьшения травильной хрупкости. Добавление небольшого количества присадок в травильный раствор значительно уменьшает испарение раствора, снижает потери металла. Хорошими ингибирующими свойствами обладает поваренная соль, которая вводится в травильный раствор в количестве 2% - 3% от массы раствора.
В ванну травления также добавляется пенообразователь для предотвращения испарения кислоты в воздух травильного отделения.
Травление производится в "садочных" ваннах. Перед опусканием катанки в ванну бунты освобождают от обвязки, с тем чтобы был свободный доступ кислоты к виткам катанки. Время выдержки зависит от концентрации кислоты и наличия толщины (кг/т) слоя окалины на катанке.
После травильной ванны катанку промывают водой в "садочных" ваннах путем окунания бунтов в ванну. Промывка катанки производится для удаления с поверхности металла остатков кислоты, окалины, а также сернокислой соли и грязи. Используют две ванны: первая - в горячей воде, вторая - в холодной воде.
Одной из тенденций современного производства проволоки является переход от химического травления в растворе кислоты к перспективной и существенно более безопасной для окружающей среды бескислотной технологии механической очистки. Использование современного оборудования для механического удаления окалины позволяет добиться степени очистки, сравнимой с получаемой при кислотном травлении. При этом удается избежать значительных проблем, связанных с утилизацией отработанных растворов. Например, эффективно использование схемы: механический окалиноломатель 
узел очистки щетками 
узел очистки паром 
ванна бурирования.
узел очистки щетками узел очистки паром ванна бурирования.Способы удаления окалины с поверхности металла при помощи различных механических устройств (см. таблицу 2.12) в настоящее время применяют в основном как предшествующие травлению, поскольку они полностью окалину с поверхности металла не удаляют. Даже небольшое остаточное количество окалины на поверхности металла (порядка 0,5 - 1,5 кг/т) нарушает и затрудняет процесс волочения.
Таблица 2.12
и проволоки от окалины
Способ удаления окалины | Особенности применения |
Знакопеременный изгиб проволоки вокруг роликов окалиноломателей | Простота конструкции, неполное удаление окалины, применяется как предварительная обработка перед травлением |
Стальные вращающиеся щетки | Простота конструкции, неполное удаление окалины, быстрый износ щеток, применяется как предварительная обработка перед травлением |
Встряхивание бунтов | Наличие специального оборудования, применяется как предварительная обработка перед травлением |
Дробеструйная или пескоструйная обработка (скорость подачи дроби - 80 - 100 м/с) | Удовлетворительное качество поверхности, наличие специального оборудования, большой расход дроби, применяется только для прутков |
Наложение ультразвуковых колебаний при химическом травлении | Ускорение процесса травления, наличие специальных ультразвуковых генераторов |
Комбинированные методы: а) окалиноломатель - стальные щетки; б) окалиноломатель - иглофрезы; в) окалиноломатель - кручение металла | Достаточно качественная очистка поверхности металла, при использовании специальных смазок может применяться без травления |
Наиболее распространенный метод механической очистки от окалины катанки и проволоки - знакопеременный изгиб вокруг роликов окалиноломателей (применяют конструкции, имеющие от двух до десяти роликов, расположенных в одной или в двух взаимно перпендикулярных плоскостях). Такой способ в настоящий момент обязательно дополняют лентошлифовальным узлом, где вращающаяся на высокой скорости шлифовальная лента эффективно удаляет с поверхности, как остатки окалины, так и часть металла.
Прочие способы удаления окалины с поверхности катанки и проволоки, приведенные ниже, не получили широкого распространения, так как они требуют применения специального оборудования и не всегда достаточно эффективны.
Газовое травление основано на принципе взаимодействия оксидов металла с хлористоводородным газом при высокой температуре. Температура при газовом травлении совпадает с температурой отжига низкоуглеродистой стали, что позволяет совместить эти две операции.
Электролитическое травление (анодное) основано на электролитическом растворении металла и механическом отрыве оксидов, выделяющимся кислородом.
Электролитическое травление (катодное) основано на восстановлении и механическом отрыве оксидов выделяющимся водородом, исключает опасность перетрава металла, но не исключает травильную хрупкость [8].
2.3.1.4.2 Нанесение подсмазочного покрытия
После травления на обрабатываемый металл наносят подсмазочное покрытие, которое способствуют лучшему вовлечению технологической смазки в зону деформации. Способы нанесения покрытия следующие:
- омеднение - нанесение тонкого слоя меди на поверхность металла, подвергающегося волочению с большими суммарными обжатиями;
- фосфатирование - химическая обработка поверхности заготовки в растворах фосфорнокислых солей марганца, железа или цинка, например, для получения высокопрочной проволоки при больших скоростях волочения;
- оксалатирование - нанесение на поверхность металла слоя солей щавелевой кислоты, при которой на его поверхности происходит отложение оксалата железа, являющегося хорошим подсмазочным слоем для волочения высоколегированных сталей, за исключением сталей с высоким содержанием никеля и хрома;
- обработка в растворе жидкого стекла производится после процессов меднения или фосфатирования, повышает интенсивность процесса волочения и улучшает санитарно-гигиенические условия труда на участке волочения;
- известкование - нанесение на поверхность проволоки тонкого слоя извести, который является наполнителем смазки и улучшает процесс волочения, а также нейтрализует остатки кислоты на поверхности проволоки. Вместе с тем известь одновременно ухудшает санитарно-гигиенические условия труда;
- бурирование - нанесение пленки буры на поверхность проволоки взамен известкования. Бурирование улучшает процесс волочения и санитарные условия труда, а также предохраняет поверхность проволоки от окисления.
Для нейтрализации кислот растворов, которые могут остаться на поверхности металла при недостаточно тщательной промывке бунтов после травления, бунты проволоки погружают на 20 - 30 мин в 1%-ный раствор мыла с температурой 70 °C - 80 °C (в основном для проволоки малых диаметров).
2.3.1.4.3 Сушка проволоки
Завершающей операцией процесса подготовки поверхности проволоки к волочению является сушка проволоки, которая не только удаляет остатки влаги, но и устраняет возможность появления травильной хрупкости.
Наиболее благоприятные условия для сушки бунтов проволоки или катанки создаются при температуре 300 °C - 350 °C и усиленной циркуляции подогретого воздуха. Продолжительность сушки до полного удаления влаги не только с поверхности бунта, но и внутри него составляет 5 - 20 мин.
2.3.1.5 Волочение
Для задачи заготовки в волоку необходимо заострить ее передний конец. Для проволоки диаметром 0,7 - 20 мм применяют механизированные валковые острильные машины. Валки острильной машины вращаются навстречу друг другу. Конец проволоки подается в валки навстречу их вращению, когда калибр имеет максимальное сечение. Подавая поочередно конец проволоки из одного калибра в другой с поворотом на 90°, получают необходимое сечение заостряемого конца.
Для проволоки крупных диаметров применяют также ротационно-ковочные машины; для диаметров 0,5 - 0,7 мм - метод ручного острения. Для более тонких размеров применяют метод электролитического острения, который заключается в осуществлении обычного процесса электролиза, где в качестве электролита используют 5% - 6%-ный водный раствор NaNO3. Катодом является свинец, анодом - сама проволока. Напряжение постоянного тока составляет 12 В. Проволока диаметром 7,0 - 0,7 мм после заострения затягивается в волоку на специальных затяжных устройствах, которые сочетают с острильными машинами.
На многократных машинах без скольжения заправку проволоки производят клещами непосредственно на барабане волочильного блока. На машинах со скольжением из-за малых размеров ступеней тяговых шайб практически невозможно производить заправку проволоки на самом стане, в связи с чем задачу проволоки в волоки производят вне машин с помощью затяжных устройств [8].
Процесс волочения осуществляют в однократном и многократном режимах. Однократное волочение - это когда заготовка протягивается только через одну волоку, полностью наматывается на волочильный барабан и передается на катушку или снимается в виде мотка. Многократное волочение - проволока протягивается одновременно через несколько волок, барабанов и волок.
Волочение стальной проволоки проводят, как правило, в холодном состоянии. В редких случаях (при волочении проволоки из легированных сталей) используют теплое волочение (температура индукционного нагрева до 800 °C).
В зависимости от типа применяемой технологической смазки различают "мокрое" и "сухое" волочение.
По агрегатному состоянию технологические волочильные смазки подразделяются на следующие группы: твердые, порошкообразные, жидкие, полужидкие (пастообразные).
Твердые смазки - различные покрытия, наносимые на поверхность заготовки, которые затем затвердевают, образуя тончайшие смазочные пленки высокой прочности, применяются в сочетании с порошкообразными или жидкими смазками.
Порошкообразные смазки - в основном высококачественное мыло в виде мыльного порошка или стружки с высоким содержанием жиров - применяются в чистом виде либо с незначительным добавлением различных составляющих (графит, сера, дисульфид молибдена и др.).
Жидкие смазки (водные растворы и эмульсии) применяются для многократного волочения со скольжением тонкой проволоки из низкоуглеродистых, углеродистых и легированных сталей. Кроме общих требований, жидкие смазки должны обеспечивать эффективное охлаждение волочильного инструмента.
Водные (маслообразные) растворы состоят в основном из минеральных масел с небольшими добавками (5% - 10%) растительного масла.
Жидкие эмульсии представляют собой водную среду, в которой в виде мелких (дисперсных) капелек находится минеральное или растительное масло, а иногда комбинация различных масел. Плотность жидких минеральных масел ниже, чем у воды (0,86 - 0,95) и в процессе эксплуатации они расслаиваются и всплывают. Для повышения стойкости эмульсий в них добавляют специальные вещества-эмульгаторы (мыло, соду, поташ, олеиновую кислоту и др.), которые способствуют частичному растворению масел в воде и препятствуют расслоению эмульсий.
Полужидкие (пастообразные) смазки состоят из синтетических материалов с небольшими добавками животных жиров. Применяются для однократного и многократного волочения без скольжения.
Для волочения углеродистой и легированной проволоки на 100 л эмульсии используют: олон технический - 1000 - 1200 г; стружку мыльную - 200 г; кислоту олеиновую - 400 г; стружку мыльную - 400 г, масло вазелиновое - 400 г; соду кальцинированную - 100 г.
При волочении низкоуглеродистой и углеродистой проволоки используют эмульсию в составе (на 100 л): кислота олеиновая - 580 г; масло минеральное веретенное - 920 г; сода кальцинированная - 170 г.
В некоторых случаях для достижения большей эффективности волочения используют различные разновидности процесса: волочение с противонатяжением, вибрационное волочение (волочение с наложением вибраций частотой 200 - 500 Гц), волочение в роликовых волоках и др.
Волочильные машины барабанного типа. Машины многократного волочения подразделяются на две группы: машины, работающие без скольжения проволоки на тяговых барабанах, и машины, работающие со скольжением [8].
К группе машин многократного волочения без скольжения относятся машины магазинного типа с накоплением проволоки на промежуточных барабанах (см. рисунок 2.15, а - в) и машины непрерывного типа без накопления проволоки на промежуточных барабанах (см. рисунок 2.15, г, д). Машины магазинного типа, кроме функции тянущего оборудования, обеспечивают выполнение объема работ, связанных со съемом проволоки с барабана, и передачу ее к волоке следующего барабана.
волочильных машин без скольжения
Машины без скольжения непрерывного типа подразделяются на машины с регулируемым числом оборотов барабанов - петлевого (см. рисунок 2.15, г) и прямоточного (см. рисунок 2.15, д) типов. Машины непрерывно-петлевого типа (см. рисунок 2.15, г) работают по принципу противонатяжения и характеризуются тем, что скорости тяговых барабанов в процессе волочения автоматически бесступенчато регулируются электродвигателями постоянного тока при использовании в электрической схеме реостатов или сельсинов, механически связанных с натяжными роликами. В процессе волочения в связи с неизбежным износом волок несоответствие скоростей двух соседних тяговых барабанов влечет за собой либо натяжение проволоки, либо ее ослабление с образованием петли. Широкие пределы автоматического регулирования скоростей барабанов позволяют работать с диапазоном вытяжек 1,26 - 1,73, а противонатяжение повышает стойкость волок.
В отличие от непрерывных машин петлевого типа в машинах без скольжения непрерывно-прямоточного типа предусматривается прямоточный переход проволоки с одного тягового барабана на другой без петлеобразующих и направляющих роликов (см. рисунок 2.15, д). Такое направление проволоки исключает возможность ее скручивания при переходе с одного барабана на другой. Противонатяжение создается двигателями постоянного тока, что позволяет применять значительные противонатяжения (до 30% усилия волочения).
Машины со скольжением (см. рисунок 2.16) подразделяют на: машины с постоянным диаметром тянущих барабанов, но с разным числом их оборотов и машины с разным диаметром тянущих барабанов при одинаковом числе их оборотов. Особенностью процесса волочения на машинах этого типа является наличие проскальзывания проволоки относительно барабана, реализуемого за счет того, что скорость тянущего барабана несколько больше скорости проволоки. Этот процесс используют при мокром волочении стальной проволоки мелких сечений.
1 - фигурка с проволокой; 2 - 8 - волоки;
9, 10 - ступенчатые барабаны; 11 - приемный барабан
со скольжением проволоки
Ключевым требованием к новому волочильному оборудованию является гибкость, т.е. возможность быстрого перехода с одного размера проволоки на другой.
Этому требованию наилучшим образом отвечает модульная конструкция волочильной машины, представляющая собой серию стандартных блоков, которые можно соединять в нужном количестве последовательно в зависимости от размера заготовки и готовой проволоки.
В настоящее время все машины сухого волочения выпускают в виде модулей, состоящих из барабана с индивидуальным приводом, т.е. однократные. Таким образом, многократная линия волочения состоит из ряда взаимосвязанных модульных барабанных блоков, установленных друг за другом и скорость вращения которых синхронизируется с помощью электронных систем управления. Наилучшей конфигурацией признаны модульные машины с горизонтальным расположением барабанов. Модульные линии волочения проволоки прямоточного типа отличаются от линий непрерывно-петлевого типа системой управления скоростью вращения барабанов, кроме того, они имеют некоторые технологические особенности [9].
Традиционный процесс волочения на многократном стане без скольжения осуществляется в следующей последовательности.
Пакет бунтов катанки, прошедшей предварительную подготовку поверхности навешивается на траверсу поворотного загрузочного устройства, удаляется обвязка крайнего бунта и освобождается передний конец бунта, который подвергается острению.
Выполняется последовательная заправка проволоки в блоки волочильной машины и крепление на катушке намоточного аппарата.
Производится волочение бунта проволоки, при этом задний конец бунта не протягивается.
Производится удаление обвязки следующего бунта катанки, освобождается его передний конец, выполняется стыковая сварка бунтов и зачистка грата в месте стыка.
На пониженной скорости участок стыка протягивается через все волоки, вытягивается на намоточный аппарат, после чего машина останавливается.
Участок сварки концов бунтов вырезается, катушка с протянутой проволокой извлекается из намоточного аппарата и отправляется для проведения дальнейших операций в цикле изготовления проволоки (например, патентирование и последующее волочение на готовый размер проволоки).
В намоточный аппарат устанавливается новая катушка, передний конец нового бунта катанки закрепляется в катушке и производится волочение следующего бунта катанки.
При обрывах проволоки, замене рабочего инструмента (волок), например, в случае его износа, описанные операции заправки волочильной машины повторяются. Необходимо отметить, что различные конструкции волочильных машин имеют свою специфику заправки заготовки.
Ряд волочильных машин работает по принципу накопления бунта проволоки на волочильном барабане, что снижает производительность процесса и размер получаемого бунта, но бывает рационально при работе с проволокой малых размеров или при большой дробности операций волочения, когда протягиваемый металл быстро упрочняется после одного или двух проходов деформации, после чего его необходимо подвергнуть термической обработке. Это удобно при изготовлении малотоннажных партий проволоки из легированных или специальных сталей.
Кроме того, имеются и другие способы размотки бунта, например, когда бунт катанки (проволоки) размещается на вращающемся разматывателе (фигурке) или размещается на полу цеха в специальной шахте, а размотка бунта проволоки осуществляется вертикально через систему роликов.
Прямоточные волочильные машины (станы). На волочильных станах с прямолинейным выходом металла получают изделия длиной, обычно не превышающей 12 - 16 м (прутки и трубы). Тележка стана с устройством для захвата прутка перемещается по направляющим под действием привода в виде каната, зубчатой рейки, гидравлического цилиндра или цепи.
Непрерывные калибровочные станы. Все известные непрерывные станы для производства прутков и труб подразделяют на две группы, по способу захвата изделия. Первая - станы тракового типа, в которых захват изделия производится элементами двух цепей с нереверсивным приводом, вторая - станы кареточного типа, в которых изделие захватывается клиновыми плашками, установленными в корпусе каретки [3].
Контактную стыковую электросварку проволоки используют: для сварки заготовки с целью создания непрерывного технологического процесса (волочения, термической обработки и др.); сварки концов проволоки при возникающих в процессе волочения обрывах; сварки маломерных мотков проволоки.
Процесс сварки проволоки включает следующие технологические операции:
- подготовка стыков проволоки к сварке (зачистка стыка для получения сечения проволоки перпендикулярного ее оси);
- установка свариваемых концов проволоки в зажимы сварочной машины и их центровка между собой;
- термическая обработка сварочного шва (производится сварочной машине, но при другом токовом режиме);
- сварка концов проволоки на выбранном режиме (с учетом силы тока сварки, установочной длины, припуска на осадку, усилия сварки, длительности сварки);
- зачистки грата, который образуется в зоне сварки.
2.3.1.6 Термическая обработка стальной проволоки
Термическая обработка проволоки предназначена:
- для снятия упрочнения (наклепа), возникающего в процессе волочения, и возможности ее дальнейшего волочения - термическая обработка передельной проволоки;
- для получения определенных механических свойств готовой проволоки, (например, патентирование) - термическая обработка передельной проволоки (последний передел, идущий на готовый размер);
- для получения определенных механических свойств, а также качества поверхности проволоки в соответствии с нормативными требованиями на конкретный вид проволоки - термическая обработка готовой проволоки.
Способы проведения термической обработки:
- светлая (безокислительная) термическая обработка в защитной атмосфере или в вакууме;
- темная (окислительная) термическая обработка в атмосфере воздуха или другой окислительной среде;
- непрерывная термическая обработка на проходных или конвейерных печах, при которой проволока в виде развернутой нити, спирали или бунтов непрерывно движется внутри термической печи, а затем с такой же скоростью в среде охлаждения;
- периодическая термическая обработка в специальных нагревательных печах, где проволока в бунтах в неподвижном состоянии нагревается с определенной скоростью и до определенной температуры, а затем охлаждается либо вместе с печью, либо вне ее.
При термической обработке в виде отжига на зернистый перлит высокоуглеродистой проволоки в мотках используют защитную атмосферу химического состава 90% N2 + 10% H2, а при высокотемпературном нагреве проволоки малого сечения из нержавеющих сталей аустенитного класса - состава 97% Na2 + 3% H2.
Виды и режимы термической обработки проволоки из высоколегированных сталей и сплавов приведены в таблице 2.13.
Таблица 2.13
и легированных сталей
Наименование термообработки | Назначение термообработки | Режим |
Термообработка, предшествующая волочению, и промежуточная термообработка | ||
Отжиг полный | Получение мягкого пластичного металла | Нагрев на 20 °C - 30 °C выше точки A3, выдержка и медленное охлаждение вместе с печью до температуры 480 °C - 500 °C, охлаждение на воздухе (со скоростью 50 °C/ч - 150 °C/ч), охлаждение на воздухе |
Отжиг неполный | То же | Нагрев выше точки A1, но ниже A3, выдержка и медленное охлаждение |
Отжиг низкий | То же | Нагрев на 20 °C - 30 °C ниже точки A1, выдержка и медленное охлаждение |
Отжиг на зернистый перлит | Получение мягкого высоко-пластичного металла со структурой зернистого перлита | Нагрев до температуры выше A3 на 20 °C - 50 °C, выдержка около 2 ч, охлаждение до температуры ниже критической на 20 °C - 50 °C, выдержка 2 - 3 ч и медленное охлаждение |
Рекристаллизационный отжиг | То же | Нагрев до 580 °C - 650 °C с выдержкой при этой температуре 5 - 6 ч, медленное охлаждение |
Нормализация | Повышение пластичности металла | Нагрев как при патентировании или полном отжиге, охлаждение на воздухе |
Патентирование | Получение высокопластичной проволоки | Нагрев выше точки A3, небольшая выдержка в печи, охлаждение в расплаве солей или свинца при температуре 420 °C - 550 °C, а затем охлаждение на воздухе |
Термообработка завершающая, для готовой проволоки | ||
Отжиг | Уменьшение внутренних напряжений и твердости | См. режим отжига, предшествующий волочению |
Закалка (операция, предшествующая отпуску) | Повышение твердости, прочности, упругости | Нагрев до температуры на 20 °C - 30 °C выше точки A3, выдержка и очень быстрое охлаждение в масле, воде или другой жидкой среде |
Низкотемпературный отпуск | Снятие внутренних напряжений, повышение предела текучести | Нагрев до температуры 150 °C - 300 °C, выдержка и охлаждение с любой скоростью |
Среднетемпературный отпуск | Получение достаточной пластичности при высокой твердости | Нагрев до температуры 300 °C - 400 °C, выдержка и постепенное охлаждение |
Высокотемпературный отпуск | Получение высокопластичного металла со структурой сорбита | Нагрев до температуры 500 °C - 680 °C, выдержка и постепенное охлаждение |
После волочения проволоки на заданный размер, когда металл исчерпал свои пластические свойства, его подвергают термообработке - патентированию.
Патентирование в цехе производится на протяжных агрегатах, которые в своем составе имеют:
- печь для нагрева;
- селитровую ванну;
- промывочную ванну (2 шт.);
- травильную ванну;
- ванну с бурой;
- сушильное устройство;
- намоточное устройство (16 или 24 катушки).
Патентирование заключается в нагреве проволоки до температуры 950 °C - 980 °C и охлаждении ее в селитровой ванне при температуре 450 °C - 550 °C (температура определяется химическим составом стали). При выходе из селитровой ванны проволока подвергается промывке в горячей воде, где удаляются остатки соли.
Травление для удаления окалины, образовавшейся в процессе нагрева проволоки в печи, осуществляется в протяжной ванне в растворе серной кислоты.
Промывка проволоки после травления производится в протяжной ванне в проточной воде, в процессе промывки удаляются кислотные загрязнения.
Обработка проволоки в растворе буры, которая наносится на поверхность как подсмазочный слой, для улучшения условий волочения, повышения стойкости волок. Концентрация буры в ванне - 50 - 70 г/л, температура ванны - 80 °C.
После бурирования для удаления влаги производится сушка проволоки, так как наличие влаги на проволоке затрудняет волочение.
Намотка проволоки на катушки. Намотка заготовки на катушки является заключительной операцией. Заготовка на катушках транспортируется на волочильные станы для дальнейшего волочения на меньшие размеры проволоки.
2.3.1.7 Финишная обработка готовой проволоки
2.3.1.7.1 Обработка поверхности готовой проволоки
Выбор того или иного вида обработки устанавливает нормативно-техническая документация на конкретный вид проволоки. Для обработки поверхности проволоки применяются следующие методы:
- абразивный метод - шлифовка или полировка поверхности проволоки на специальных станках при помощи абразивных паст и порошков, позволяет получить высокую чистоту поверхности. Метод применяется для сортов проволоки, требующих особой чистоты поверхности, например сварочная, пружинная и др.;
- абразивной шлифовкой хорошо обрабатывается проволока, имеющая твердую поверхность, например стальная углеродистая проволока после закалки;
- метод электрохимической полировки позволяет получить очень высокую чистоту поверхности и применяется для проволоки из легированных сталей;
- метод скальпирования поверхности проволоки с помощью специального резца, изготовленного из инструментальной стали со вставкой из твердого сплава. Метод позволяет срезать с поверхности проволоки поврежденный или обезуглероженный слой металла толщиной 0,1 - 0,15 мм [8].
2.3.1.7.2 Нанесение металлических покрытий на поверхность готовой проволоки
Нанесение защитного металлического покрытия производят как на готовую проволоку, так и перед ее волочением до готового размера [3].
Характеристика различных видов металлических покрытий проволоки приведена в таблице 2.14.
Таблица 2.14
Назначение покрытий | Основной металл | Вид покрытия | Способ покрытия | Область применения |
Антикоррозионные | Низкоуглеродистая и углеродистая сталь | Цинкование, лужение | Горячий, гальванический | Проволока, работающая в агрессивной среде |
Технологические | Низкоуглеродистая и углеродистая сталь | Латунирование | Гальванический | Проволока для армирования резинотехнических изделий |
Низкоуглеродистая и углеродистая сталь | Лужение | Горячий, гальванический | Проволока, требующая при эксплуатации пайки | |
Низкоуглеродистая сталь | Алюминирование | Гальванический | Проволока для электротехнических целей | |
Легированная сталь | Меднение | Гальванический | Проволока для сварки в среде углекислого газа |
Цинкование - основной вид защитного антикоррозионного покрытия проволоки. В производстве применяются два способа нанесения цинка на поверхность проволоки: горячий и гальванический.
Горячее цинкование производится в поточном агрегате по следующей схеме:
- обезжиривание проволоки в растворе едкого натрия технического;
- промывка в горячей воде;
- травление в растворе соляной кислоты;
- промывка в воде;
- флюсование для улучшения сцепления цинка с металлом;
- цинкование в расплаве цинка марки Ц-0, Ц-1 при температуре 420 °C - 460 °C;
- охлаждение проволоки водой;
- намотка готовой проволоки на катушку.
Лужение - покрытие проволоки оловом. Является одновременно коррозионно-защитным и технологическим покрытием. Применяется для проволоки, подлежащей пайке. Применяют два способа лужения: горячий и гальванический, которые технологически во многом аналогичны оцинкованию, однако температура при горячем лужении значительно ниже (270 °C - 280 °C), чем при горячем оцинковании (440 °C - 470 °C).
Меднение - технологическое покрытие. Применяется для проволоки стальной сварочной, проволоки для воздушных линий связи и др. Для нанесения слоя меди на поверхность проволоки применяют два способа: химический и анодизационный (гальванический). Сюда не входит нанесение на поверхность проволоки тонкой пленки меди как подсмазочного слоя для волочения.
Латунирование - технологическое покрытие. Применяется для металлокорда, проволоки РМЛ (для рукавов высокого давления) и других видов проволоки, предназначенной для армирования резинотехнических изделий. Осуществляется гальваническим методом.
Алюминирование - защитное антикоррозионное покрытие, которое обеспечивает хорошую антикоррозионную стойкость при температурах до 700 °C. Температура горячего алюминиевого расплава выше цинкового (675 °C - 760 °C), в остальном технология горячего алюминирования аналогична оцинкованию.
2.3.1.7.3 Консервация, упаковка и хранение проволоки
Консервация и упаковка проволоки производятся с целью предохранения ее от коррозии и механических повреждений при временном хранении на предприятии-изготовителе, в пути следования и на заводе-потребителе.
Коррозионная стойкость стали, волоченной с большими суммарными обжатиями, значительно снижается, поэтому консервацию такой проволоки, особенно тонких и тончайших размеров, не покрытой защитными антикоррозионными покрытиями, производят незамедлительно после ее изготовления. Особенно опасно длительное хранение проволоки на участках мокрого волочения, где очень высокая влажность воздуха из-за испарений эмульсии.
В помещении, где производится консервация проволоки, относительная влажность воздуха не должна превышать 70%, а температура должна быть не ниже 12 °C. Перед консервацией проволоку очищают от грязи, масляных или других пятен с помощью специальных химических продуктов и сушат.
Виды консервационной смазки, материалы и тара для упаковки проволоки, а также способы проведения консервации и упаковки проволоки устанавливаются нормативно-технической документацией (НТД).
Упаковку проволоки в мягкие упаковочные материалы производят как ручным способом, так и на специальных упаковочных станках.
Проволоку хранят в закрытых помещениях при влажности воздуха не более 90% - 95% и отсутствии в воздухе кислотных, щелочных или других агрессивных сред.
Отгрузку проволоки потребителю производят в следующих видах многооборотной тары: поддоны многооборотные; контейнеры; транспортные пакеты; деревянные ящики; металлические бочки.
2.3.2.1 Нагрев заготовки
Нагрев блюмов и сортовой заготовки проводят по технологии и с применением оборудования, описанным в 2.1.2 и 2.3.1.1.
2.3.2.2 Прокатка сортовых профилей
2.3.2.2.1 Производство крупносортного проката и рельсобалочной продукции
Сортамент крупносортного проката состоит из профилей, имеющих простую и фасонную форму поперечного сечения: круглая сталь диаметром 80 - 250 мм, квадратная со стороной 70 - 200 мм, периодические профили для армирования железобетонных конструкций N 70 - 80, угловая сталь с шириной полок 90 - 250 мм, швеллеры и двутавровые балки обычные и облегченные высотой 360 - 600 мм, специальные широкополочные двутавры и колонные профили высотой до 1000 мм, шестигранная сталь до N 100, рельсы железнодорожные с массой метра длины 43 - 75 кг, полосовая сталь шириной до 250 мм, а также многочисленные другие профили отраслевого назначения.
Крупносортный прокат поставляют в штангах длиной до 25 м, которые используют обычно без дополнительной обработки в состоянии поставки. В ряде случаев прокат подвергают термической обработке (железнодорожные рельсы, швеллеры, двутавры, угловую сталь).
К крупносортным и рельсобалочным относят станы различных типов с валками диаметром 500 - 850 мм. Иногда на этих станах устанавливают специальные четырехвалковые (универсальные) клети с диаметром приводных и горизонтальных валков до 1500 мм и вертикальных холостых валков до 1000 мм. Рабочие клети крупносортных станов имеют линейное или последовательное расположение. Особую группу крупносортных станов составляют рельсобалочные станы, прокатывающие наряду с другими профилями рельсы и двутавровые балки [1].
2.3.2.2.1.1 Прокатка крупного сорта на стане с линейным расположением клетей
Прокатку крупносортного проката на стане с линейным расположением клетей, например стан 650, ведут из блюмов размерами 210 - 270 x 245 - 320 x 2400 - 6250 мм.
Стан включает четыре клети, расположенные в две линии. Первая линия - обжимная реверсивная клеть дуо 800, вторая линия содержит две клети трио 650 и чистовую нереверсивную клеть дуо 650. Обжимная клеть оснащена с обеих сторон манипуляторными линейками и кантователем, а клети трио - подъемно-качающимися столами с рольгангами и кантователями для кантовки раската на угол 90°. Передача раскатов от обжимной клети к линии 650 проходит по рольгангу со скоростью 2 - 4 м/с. Передача раскатов от клети к клети в линии 650 осуществляется с помощью цепных шлепперов. Перевалка обжимной клети производится заменой валков, а клетей группы 650 - заменой клети.
В клетях линии 650 обычно производят 7 проходов (по три прохода в клетях трио и один проход в чистовой клети дуо). Скорость прокатки: в клети 800 - до 4 м/с; в чистовой клети 650 - до 7 м/с.
Для резки раскатов увеличенной массы после обжимной клети используется пила салазкового типа. Охлаждение валков производят водой.
От чистовой клети раскаты со скоростью 4 - 7 м/с транспортируют к дисковым пилам горячей резки (количество пил - 5). Резку осуществляют при температуре 600 °C на штанги длиной до 24 м.
Охлаждение проката производят до температуры примерно 70 °C на трехсекционном холодильнике.
Правка проката производится со скоростью до 3 м/с на двух восьмироликовых правильных машинах. Выправленные раскаты разрезают на требуемые длины тремя пилами холодной резки, после чего металл шлеппером передают к накопительным карманам. Для пакетирования проката используют сортоукладчики.
Отделку рельсов узкой колеи производят в специальном отделении, где производят правку рельсов на прессе усилием 2000 кН, фрезеруют торцы, выполняют сверление отверстий. Для вырезки дефектных участков и отбора проб используется пила холодной резки [1].
2.3.2.2.1.2 Прокатка крупного сорта на полунепрерывном стане
Полунепрерывный крупносортный стан 600 включает семнадцать рабочих клетей (двухвалковых с горизонтальными и вертикальными валками диаметром 850, 730 и 580 мм), расположенных в трех параллельных линиях, что способствует хорошей маневренности, технологичности при прокатке и сокращению простоев стана.
Особенностью стана 600 является то, что он представляет собой сочетание двух станов: заготовочного и сортового. Такие станы используют в условиях отсутствия отдельного заготовочного стана.
Непрерывно-литая заготовка с размерами сечения блюма после нагрева в методической печи рольгангом подается в заготовочный стан, состоящий из шести клетей. Стан имеет отдельно установленную первую клеть, а остальные пять клетей составляют непрерывную группу. Такое расположение первой клети обеспечивает свободный выход раската и его кантовку перед задачей в последующую непрерывную пятиклетьевую группу заготовочного стана.
Дальнейшая прокатка заготовки на сортовом стане требует повышения температуры, для чего установлена проходная подогревательная печь длиной 107 м. После подогревательной печи заготовка поступает в обжимную клеть с горизонтально расположенными валками. Сортамент стана включает фасонные профили (двутавровые балки, швеллеры, рельсы и др.), прокат которых требует использования разрезной заготовки. Возможность изготовления разрезной заготовки на заготовочном стане отсутствует. Более того, для широкого сортамента фасонных профилей требуется и несколько размеров разрезных заготовок. Вот почему технологически необходимо отделение первой клети: в ней получают разрезную заготовку при свободном уширении или в калибрах.
Далее раскат подается в трехклетьевую непрерывную группу (первая клеть с вертикальным расположением валков). При получении разрезной заготовки любой ширины, выходящей из первой клети, необходимая ширина обеспечивается боковым обжатием вертикальными валками; создается известная универсальность стана. Расположение клетей на трех параллельных линиях с распределением клетей на каждой линии и соединением линий шлепперами позволяет рационально использовать основное оборудование.
Чистовая рабочая клеть 580 с горизонтальными валками имеет станины открытого типа с повышенной жесткостью, рабочие валки установлены на радиально-упорных подшипниках жидкостного трения, уравновешивание верхнего горизонтального валка - пружинное, нажимной механизм верхнего валка поддерживает скорость перемещения винтов 0,8 мм/с.
Для кантовки раската используется универсальный кантователь с кантующей втулкой, позволяющий осуществлять поворот раската на любой угол в пределах 90° как без смещения, так и со смещением его по ширине рольганга.
Система резки, состоящая из 10 дисковых пил, позволяет совместить во времени транспортирование и резку. На крупносортном стане 600 предусмотрены три отдельных участка: доотделки сортового проката на правильном прессе и пиле холодной резки; отделки рельсов; отделки круглого проката.
Наиболее современным является заготовочно-крупносортный стан 700, предназначенный для прокатки крупносортных круглых профилей диаметром 80 - 190 мм, а также квадратной заготовки 70 - 170 мм из углеродистых и легированных сталей.
Исходным металлом стана 700 являются непрерывнолитые заготовки с поперечным сечением 300 x 360 мм, длиной от 4,2 до 12 м массой от 3,5 до 10 т которые после осмотра и зачистки поверхности (при необходимости) поступают на нагрев.
Нагрев непрерывнолитых заготовок (НЛЗ) сечением 300 x 360 мм под прокатку производится в трех методических печах с шагающими балками. Для подшипниковых марок стали применяется дополнительно печь гомогенизации.
Нагретые НЛЗ выдаются из печей нагрева и по рольгангу подаются на установку гидросбива окалины, где с поверхности заготовки водой высокого давления удаляется окалина, а затем к реверсивной клети дуо.
В реверсивной клети дуо за 5 проходов производят прокатку заготовки на размер квадратного сечения 230 мм и за 7 проходов - квадратного сечения 190 мм. Затем раскаты подаются к ножницам для отрезки переднего конца раската.
После обрезки переднего конца раскаты задаются в первую непрерывную группу стана, состоящую из четырех двухвалковых клетей - чередующихся двух вертикальных и двух горизонтальных. Готовый прокат больших размеров (круг диаметром 125 - 190 мм, квадрат со стороной 120 - 170 мм) после выхода из первой непрерывной группы, минуя вторую группу, подается на производство готового проката (ПГР). Передачу раскатов для производства готового проката (круг 
125 - 190 мм, кв. 120 - 170 мм) из первой во вторую группу стана осуществляют передаточным шлеппером.
125 - 190 мм, кв. 120 - 170 мм) из первой во вторую группу стана осуществляют передаточным шлеппером.Вторая непрерывная группа стана также состоит из четырех клетей - чередующихся вертикальных и горизонтальных. Перед второй группой расположены маятниковые ножницы, предназначенные для обрезки передних концов раската, а также аварийной порезки раската. За второй группой установлены четырехкривошипные ножницы для деления раската на длину шлеппера.
Выходящие из клетей стана раскаты направляются для порезки на пилы горячей резки, где у раскатов отрезают передние и задние концы и режут на прутки заказной длины. После порезки каждый пруток клеймят клеймовочными машинами в торец номером плавки и трехзначным кодом марки стали.
После порезки и клеймения прутки квадратного сечения направляют для охлаждения на четыре реечных холодильника, прокат круглого сечения - на термообработку или для охлаждения на реечные холодильники.
Термообработку производят в трех печах с шагающими балками. После термообработки прокат поступает для охлаждения на четыре реечных холодильника. После охлаждения прокат передается на высотный промежуточный склад.
Круглый прокат подвергают отделке на участке зачистки или участке обточки. Квадратный прокат подвергают отделке на участке зачистки.
На участке зачистки прутки подвергают дробеметной обработке, контролю поверхностных дефектов, зачистке дефектов на станках абразивной зачистки, контролю внутренних дефектов. После этого прутки режут на заказные длины, клеймят, упаковывают и передают на склад готовой продукции.
На участке обточки прутки подвергают правке, обточке на бесцентрово-токарных станках, контролю внутренних и поверхностных дефектов. После этого прутки режут на заказные длины, клеймят, упаковывают и передают на склад готовой продукции [11].
2.3.2.2.1.3 Производство проката балок и рельсов
Сортамент рельсобалочных станов (РБС): рельсы Р43 - Р75 (кг/м); рельсы трамвайные; балки двутавровые, h = 180 - 600 мм; швеллеры, h = 180 - 400 мм; сталь угловая с размерами 140 x 140 - 250 x 250 мм.
Кроме того, в сортамент рельсобалочных станов входит сталь круглого и квадратного сечения размерами 100 - 250 мм. Рельсобалочные станы расположены в две линии и более, состоящие из нескольких двух- и трехвалковых клетей. В состав стана входят: двухвалковая обжимная клеть с валками диаметром 900 мм и длиной бочки 2300 мм; две черновых трехвалковых клети с валками диаметром 800 мм и длиной бочки 2000 мм; чистовая двухвалковая клеть с валками диаметром 800 мм и длиной бочки 1100 - 1200 мм.
При прокатке двутавровых балок на современных РБС используют сменные универсальные клети, которые имеют приводные горизонтальные валки диаметром 1000 мм и длиной бочки 600 мм и вертикальные неприводные валки диаметром 800 мм и длиной бочки 300 мм. Особенность конструкции - выполнение шеек горизонтальных валков небольшого диаметра (примерно 360 мм).
Применение универсальных клетей в качестве чистовых позволяет уменьшить внутренний уклон полок до 8% (в двухвалковых клетях уклон составляет 12%), тем самым повысить точность двутаврового профиля.
Рельсы подразделяют на железнодорожные, для стрелочных остряков, трамвайные, подкрановые, узкоколейные и др. Больше всего прокатывают рельсов железнодорожных и узкой колеи. Они характеризуются массой 1 м длины (например, железнодорожные - Р50, Р65, Р75 кг/м).
Технологический процесс производства рельсов выглядит следующим образом. Нагрев блюма (250 x 250 - 300 x 300 мм) до температуры 1180 °C - 1200 °C.
Затем следует прокатка в реверсивной клети в 5 - 7 проходов в ящичных и тавровых калибрах, далее в рельсовых калибрах клетей трио, последний проход в чистовом калибре клети дуо (см. рисунок 2.17).
Температура в конце прокатки - 900 °C. Выходящие полосы длиной 75 м разрезают на салазковых пилах горячей резки на длины 12,5 или 25 м (с учетом усадки и припуска на механическую обработку) и маркируют в клеймовочной машине. Перед охлаждением производят загибку рельсов на подошву - для уменьшения большого искривления рельсов при охлаждении. Причина коробления - несимметричность профиля сечения рельса, в результате чего возникают термические напряжения. Для загибки используют специальную роликовую машину. При охлаждении рельсов используют укладку на стеллажах, обеспечивающую равномерное охлаждение. При этом подошва одного рельса примыкает к головке другого. Для предупреждения флокенообразования охлаждение на стеллажах проводят до температуры 550 °C - 400 °C, а затем осуществляют изотермическую выдержку (температура в печи - 600 °C) не менее 2 ч.
После достижения температуры рельсов 60 °C их подвергают правке "на ребро" в роликовой правильной машине. После правки концы рельсов фрезеруют для получения требуемой длины. Болтовые отверстия в шейках для соединения рельсов сверлят с подачей сверл в двух направлениях - для получения отверстий овальной формы.
Объемную закалку рельсов на сорбитную структуру проводят в масле (60 °C - 70 °C) после нагрева в секционной печи с роликовым подом до температуры 850 °C - 930 °C. После закалки проводят отпуск в течение 2 ч при 450 °C - 480 °C.
После отпуска рельсы вновь проходят правку в холодном состоянии на роликовой правильной машине в двух плоскостях. Искривленные концы доправляются на вертикальных правильных прессах.
Далее рельсы проходят наружный осмотр для выявления внешних дефектов. При этом выявляются следующие дефекты: трещины и волосовины; плены; неправильная геометрия поперечного сечения рельса. Затем проводится контроль химического состава и приемно-сдаточные испытания представителями ведомства путей сообщения, в числе которых проводятся испытания на растяжение, на ударную вязкость и на удар под копром.
Испытание на удар под копром проводится на отрезке головного рельса одного ковша каждой плавки длиной 1,3 м, предварительно охлажденным до температуры минус 60 °C.
Предельные отклонения по длине готовых рельсов не должны превышать +/- 9 мм для рельсов длиной 25 м с болтовыми отверстиями и +10/-20 мм для рельсов длиной 25 м без болтовых отверстий [3], [4].
Балки с параллельными полками высотой до 1050 мм и шириной полок до 410 мм получают на универсальных балочных станах (УБС). Удобство прокатки на УБС - возможность независимого регулирования обжатия стенки и фланцев [4].
Исходный материал - слитки массой 20 т (для больших балок - слитки двутаврового сечения). Слитки прокатывают на блюминге 1500, полученный раскат двутаврового сечения зачищается на МОЗ и поступает на УБС. Для балок высотой менее 600 обязателен подогрев металла в методических печах с шагающим подом до температуры 1180 °C - 1250 °C.
После прокатки в обжимной двухвалковой клети A (диаметр валков 1300 мм) металл прокатывается за 3 - 7 проходов в черновой группе I (см. рисунок 2.18), состоящей из вспомогательной двухвалковой клети 1 (диаметр валков - 1250 мм) и универсальной клети 2 (горизонтальные валки диаметром 1350 мм, вертикальные - 950 мм). Во вспомогательной клети обрабатываются только кромки полок раскатов. В универсальной клети горизонтальные валки обрабатывают стенку и внутренние поверхности полок, вертикальные - наружные поверхности полок. Далее осуществляется непрерывная многопроходная прокатка в предчистовой группе клетей II (см. рисунок 2.18), где первой по ходу прокатки установлена универсальная клеть 2. Параметры клетей этой группы идентичны параметрам клетей черновой группы. Чистовая универсальная клеть аналогична клетям I и II групп, в ней осуществляется только один проход без обжатия кромок фланцев.
балочного стана (а) и обжатий в этих клетях (б)
Большую часть балочной продукции изготавливают из стали Ст3, предел прочности которой около 400 Н/мм2 и относительное удлинение не ниже 20%. После прокатки балочные полосы режут пилами в горячем состоянии, охлаждают на стеллажах и направляют для правки, резки и фрезерования концов.
Балки и швеллеры изготовляют длиной от 4 до 13 м. Производительность УБС составляет 1600 тыс. т/г.
2.3.2.2.2 Производство среднесортного проката
Среднесортные станы линейного типа в свое время получили довольно широкое распространение, однако в настоящее время их строительство прекращено из-за их невысокой производительности и низкого уровня механизации основных технологических операций.
Полунепрерывные среднесортные станы характеризуются наличием обжимных двух- или трехвалковых клетей, которые иногда заменяют непрерывной черновой группой из 4 - 9 двухвалковых клетей. Вместо линейной группы клетей на этих станах устанавливают чистовую непрерывную группу.
Полунепрерывный стан 350 ориентирован на получение круглой стали диаметром 30 - 65 мм и других сортовых профилей подобного размера сечения из заготовок квадратного сечения со стороной 80, 120, 180 мм. Нагретые заготовки прокатываются в 14 клетях стана, расположенных в трех параллельных линиях. Между клетями раскаты передают с помощью рольгангов, с линии на линию - шлепперами. После прокатки охлаждение проката производится на реечном холодильнике, затем прокат подвергается отделке. Необходимо отметить, что на производство среднего сорта приходится самый большой (в производстве сорта) объем отделочных операций, поскольку длина получаемого проката намного больше, чем при производстве крупного сорта, а марочный сортамент - гораздо шире сортамента мелкосортной продукции. Прокат в бунтах практически не подвергается отделке.
Примером современной технологии производства среднесортного проката является процесс, осуществляемый на непрерывном среднесортном стане 450, который состоит из 16 рабочих клетей, расположенных двумя группами: черновой и чистовой. Черновая группа (9 рабочих клетей) состоит из трех подгрупп с двумя горизонтальными и одной комбинированной клетью в каждой [11]. Чистовая группа состоит из 7 клетей, из них четыре клети горизонтальные и три комбинированные. В комбинированную клеть кассеты могут устанавливаться как в вертикальном, так и в горизонтальном положении валков. На место горизонтальных клетей чистовой группы при прокатке швеллеров и балок с параллельными полками помещают универсальные клети. Часовая производительность стана составляет 150 - 280 т, максимальная скорость прокатки - 12 м/с.
На стане прокатывают следующие профили: круглую сталь диаметром 32 - 60 мм, полосовую 125 - 200 x 9 - 22 мм, угловую, швеллер N 8 - 30, балки N 10 - 30 из заготовок сечением 150 x 150 и 150 x 200 мм длиной 9 - 12 мм.
Нагрев металла производится в трех методических трехзонных нагревательных печах с шагающим подом, торцовой загрузкой и выдачей заготовок. Производительность каждой печи - 170 т/ч. Печи отапливаются коксодоменной смесью с добавлением природного газа с теплотой сгорания 11,34 МДж/м3. Воздух подогревается до 400 °C в металлическом рекуператоре.
Продукты горения удаляются со стороны торца загрузки вверх в дымосборник, по дымопроводу поступают к металлическому петлевому рекуператору и далее через теплоутилизационную установку в дымовую трубу. Печь оборудована системой автоматического регулирования теплового режима. Температура нагрева металла - 1180 °C - 1220 °C.
Выданная из печи заготовка транспортируется к ножницам горячей резки усилием 4 МПа для раскроя на заданные длины. Между ножницами и первой клетью установлена машина огневой зачистки, предназначенная для сплошной зачистки со скоростью 0,3 - 0,75 м/с заготовок сечением 150 x 150 мм и 150 x 200 мм длиной 9,5 - 12 м из углеродистых качественных конструкционных и легированных марок стали. Температура металла перед зачисткой должна быть не ниже 1120 °C.
Удаление окалины с поверхности заготовки производится водой под давлением 1470 МПа. Форсунки гидросбива окалины смонтированы в герметичном корпусе перед передвижными газорежущими блоками. Глубина зачистки устанавливается в зависимости от глубины залегания пороков в металле с учетом температуры металла, чистоты режущего кислорода, скорости зачистки, сечения заготовки. Использование МОЗ позволяет улучшить качество поверхности проката, увеличить объем зачищаемого металла при уменьшении затрат тяжелого ручного труда на складе заготовок.
Рабочие клети черновой и чистовой групп бесстанинного типа одинаковы по конструкции и отличаются размерами. Валки установлены в подшипниках жидкостного трения. Для прокатки балок и швеллеров в чистовой группе применяют универсальные клети с приводными горизонтальными и непрерывными вертикальными валками. Мощность привода всех групп клетей - 2000 кВт. За чистовой группой клетей установлены летучие ножницы усилием реза 0,63 МН, предназначенные для порезки прокатанных полос на длины, вмещающиеся на холодильник. Для получения повышенных прочностных свойств при высокой пластичности, ударной вязкости в области низких температур и уменьшения окалинообразования на стане предусмотрено двухстадийное охлаждение металла:
- охлаждение металла с температуры конца прокатки 1050 °C до 800 °C - 850 °C в секции, установленной между последней катающей клетью и летучими ножницами;
- охлаждение до 600 °C - 650 °C за летучими ножницами. Получаемая при этом феррито-перлитная структура в малоуглеродистых сталях характеризуется высокой дисперсностью. В стали с повышенным содержанием углерода и в низколегированной стали структура мартенситная. Давление воды в системе охлаждения составляет 300 кПа, расход воды - 900 - 1500 м3/ч.
Металл поступает на двусторонний холодильник реечного типа длиной 120 м. По двухниточному отводящему рольгангу холодильника полосы подаются к роликоправильным машинам. Скорость правки - 2 - 6 м/с. При прокатке профилей, не подвергаемых правке, правильная машина сдвигается в сторону.
После правки раскаты поступают на распределительный рольганг, разделяющий металл на два потока, в каждом из которых имеются ножницы холодной резки, контрольно-пакетировочный участок, имеющий инспекторские стеллажи с транспортером, кантователи, два пакетировочных устройства с вязальными машинами и весами и линию укладки фасонного проката. В составе последнего - сдвоенный рольганг, два штабелировочных устройства для профилей длиной 12 - 24 м, вязальные машины и весы. Такое расположение адъюстажного оборудования позволяет производить уборку готового проката на стойки-стеллажи склада готовой продукции с четырех участков технологического потока.
2.3.2.3 Охлаждение сортовой продукции
После прокатки сортового металла используют обычное (на воздухе), замедленное (в колодцах и термостатах) и ускоренное (с применением различных охлаждающих сред) охлаждение проката.
Обычное охлаждение на воздухе получило наибольшее распространение и реализуется в стеллажах, на холодильниках различного типа. Регулируемое (замедленное) охлаждение производят обычно на адъюстажах для легированных и углеродистых сталей с содержанием углерода свыше 0,3%.
Сортовой прокат из легированных сталей мартенситного, аустенитно-мартенситного и других классов подвергают замедленному охлаждению в штабелях, неотапливаемых колодцах, печах изотермической выдержки, а также последующей термической обработке.
Для предотвращения образования термических трещин, флокенов, снижения остаточных напряжений сортовой прокат трещино- и флокеночувствительных сталей подвергают охлаждению следующими способами [1]:
- на воздухе, в штабелях, защищенных от сквозняков;
- замедленное охлаждение в неотапливаемых колодцах, печах, термостатах;
- замедленное охлаждение в отапливаемых печах и колодцах с изотермической выдержкой;
- совмещение охлаждения на воздухе с последующей термической обработкой;
- ускоренное охлаждение путем обдувания горячего металла увлажненным воздухом или обрызгивания водой.
Наиболее широко применяют замедленное охлаждение на воздухе в штабелях и в неотапливаемых колодцах или термостатах.
Неотапливаемые колодцы футерованы шамотным кирпичом и облицованы металлическими плитами. Крышки чугунные, с внутренней стороны имеют асбестовую прокладку и обшиты листовым материалом. Емкость - до 200 т. Загрузку производят при температуре не ниже 700 °C. После загрузки в зависимости от режима охлаждения колодец остается открытым или закрывается крышкой, имеющей песчаный затвор. Общая продолжительность охлаждения садки массой до 120 т может достигать 4 сут. Контроль температуры производится через каждые четыре часа. После истечения 50% продолжительности охлаждения скорость охлаждения регулируют поднятием крышки.
Охлаждению в штабелях и на открытом воздухе на холодильниках подвергают прокат из сталей, не склонный к образованию флокенов и трещин (углеродистые, некоторые низколегированные стали, стали аустенитного и ферритного классов).
При замедленном охлаждении инструментальных углеродистых и легированных сталей (У9 - У13, 9ХВГ, ШХ15 и др.) в их микроструктуре образуется карбидная сетка, снижающая служебные характеристики будущего изделия из сортового проката. Для предотвращения этого указанные стали после прокатки быстро охлаждают в интервале температур 950 °C - 700 °C в секциях ускоренного охлаждения или путем обдувания увлажненным воздухом, обрызгивания водой. После этого их подвергают замедленному охлаждению.
2.3.2.4 Финишная обработка
2.3.2.4.1 Термическая обработка сортового проката
Для придания сортовому металлу заданной структуры и свойств в зависимости от назначения и химического состава прокат подвергают отжигу, нормализации, закалке и отпуску.
Наибольшее применение получил отжиг, обеспечивающий снятие внутренних напряжений, формирование требуемой структуры металла и заданных механических свойств. Применяют смягчающий, структурный, рекристаллизационный и другие виды отжига. Отжиг сортового металла проводят в камерных печах, колпаковых печах, роликовых печах.
В камерных печах проводят отжиг сортовой стали всех размеров длиной до 6 м. Загрузку садки проката массой до 50 т проводят напольной машиной. Топливо - природный газ. Охлаждение: вначале с печью, затем на воздухе или в камере охлаждения.
Светлый отжиг сортового проката осуществляют в колпаковых печах с защитной атмосферой.
Для сортового проката из подшипниковых, углеродистых и легированных инструментальных сталей, контролируемых на карбидную сетку, применяют науглероживающий (реставрационный) отжиг в колпаковых печах с защитной атмосферой в виде смеси газов: CO, H2, N2 и природного газа (CH4). Подобный отжиг используется, например, при отжиге стали ШХ15.
Рекристаллизационный отжиг применяют для калиброванной стали для снятия упрочнения, полосчатости структуры и восстановления пластичности металла. Этот вид отжига производят в камерных и индукционных печах. В индукционных печах выполняют также нормализацию, закалку и высокий отпуск.
Индукционные печи характеризуются существенным расходом воды для охлаждения индукторов 6 - 10 м3/ч, используются для рекристаллизационного отжига калиброванной конструкционной стали. С использованием индукционных печей проводят нормализацию сортового проката из конструкционных низколегированных сталей, закалку проката из коррозионностойких (нержавеющих) сталей аустенитного класса, высокий отпуск сталей мартенситного класса [1].
На адъюстаже (специальное отделочное отделение прокатного цеха) выполняют весь комплекс операций отделки, а именно:
- правку;
- удаление окалины;
- зачистку дефектов и удаление заусенцев;
- нанесение защитных покрытий;
- контроль качества;
- маркировку и упаковку.
После охлаждения прокат на адъюстаже подвергают правке в зависимости от размера и вида прокатки на правильных прессах, роликовых и косовалковых сортоправильных машинах, а также способом растяжения.
Правку на прессах осуществляют одно- и многократными упругопластическими изгибами отдельных участков профиля в направлении, противоположном искривлению. Правке на прессах обычно подвергают некоторый крупносортный прокат, концы рельсов и другие сложные фасонные профили. На прессах выполняют также доправку проката после правки на роликовых машинах для уменьшения концевой кривизны. Используют механические, гидравлические и пневматические прессы с горизонтальным и вертикальным исполнением.
Правку на роликовых правильных машинах производят путем пропускания прутка-штанги между двумя рядами роликов, расположенных в шахматном порядке, при этом металл подвергается многократному упруго-пластическому знакопеременному изгибу. Роликовые правильные машины характеризуются числом и шагом роликов и допустимым усилием правки. Рассматриваемая группа правильных машин по конструкции бывает закрытого и открытого типа, у первых ролики закреплены между опорами валков, у вторых - на консолях. В свою очередь, открытые правильные машины различают одноплоскостные - для правки в одной, обычно вертикальной плоскости - и двухплоскостные - для правки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Оба вида машин имеют постоянный или регулируемый шаг роликов.
Используют машины одноплоскостной правки с нижними или верхними или нижними и верхними приводными роликами: для крупносортных профилей - семи- и девятироликовые с регулируемым шагом роликов и скоростью правки 0,25 - 2 м/с; для среднесортных профилей - с тем же числом роликов, но скоростью правки 1 - 3 м/с, для мелкосортного проката - девяти- и одиннадцатироликовые со всеми приводными роликами и скоростью правки до 10 м/с.
Правку круглого проката производят на двух- и многовалковых машинах с вращающимися косорасположенными вогнутыми валками. В процессе правки на таких машинах обеспечивается вращение проката вокруг своей оси и поступательное перемещение ее вдоль продольной оси машины. Качество правки зависит от угла установки валков к оси правки (проката). При сравнительно больших углах наклона вогнутого (гиперболического) валка правят прутки-штанги с незначительными искривлениями и наоборот. Угол наклона валков к линии правки на современных многовалковых машинах с парными валками составляет 25 - 35°.
Для правки сортового проката, имеющего искривление в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а также периодического проката применяют правильно-растяжные машины, на которых осуществляют правку - растяжение штанги с относительным удлинением на 1% - 4% и раскрутку профилей. На правильно-растяжных машинах гидравлического типа полосу закрепляют в рабочей подвижной и вспомогательной фиксируемой головках двух- или четырехстороннего зажима. Перемещением подвижной рабочей головки при подаче в ее гидроцилиндр жидкости высокого давления осуществляют растяжение-правку.
После правки сортовой прокат, особенно из легированных марок стали, поступает на очистку от окалины и удаление поверхностных дефектов. Применяют сплошное и выборочное удаление окалины. Сплошное удаление окалины производят путем травления, дробеметной очистки, иглофрезерования и сплошного светления (шлифования), а выборочное - шлифованием (светлением) "змейкой". Технология и схема работы оборудования для осуществления травления и дробеметной очистки готового проката те же, что и при зачистке заготовки для сортовой прокатки.
Светление круглого проката "змейкой" производят перпендикулярно направлению прокатки на шлифовальных станках. При абразивном светлении "змейкой" глубина снимаемой стружки составляет до 0,4 мм, а в случае сплошного светления - 0,4 - 0,6 мм. Кроме того, светление круглого, квадратного, шестигранного и полосового проката проводят на установках иглофрезерования, состоящих из задающих, промежуточных и тянущих роликов, горизонтальных и вертикальных иглофрез.
Сплошную и выборочную зачистку дефектов квадратного и прямоугольного проката производят на станках абразивной зачистки. Эти станки оборудованы механизмами для загрузки и выгрузки проката, его кантовки, пылеотсасывающей вентиляцией.
Для обеспечения хорошего качества и высокой производительности при зачистке дефектов скорость шлифования должна быть максимально допустимой (до 60 - 100 м/с) и постоянной по мере износа круга, а продольная подача - до 50 - 60 м/мин. При зачистке прутков со значительной пораженностью дефектами применяют силовое шлифование, когда усилие прижатия круга достигает 5,0 кН. При осуществлении зачистки дефектов сначала делают светление штанги "змейкой", а затем (в зависимости от степени пораженности поверхности дефектами) проводят выборочную или сплошную зачистку. Оставшиеся после сплошной зачистки дефекты дополнительно удаляют выборочной зачисткой или пневматической вырубкой.
При зачистке дефектов обычно применяют круги на бакелитовой связке, которые показывают большую стойкость, чем круги на керамической связке. Увеличение скорости и усилия шлифования сопровождается повышением температуры поверхности металла и может привести к появлению шлифовочных трещин, для предотвращения чего применяют предварительный отжиг металла, подлежащего зачистке, и умеренные режимы шлифования.
При удалении дефектов резцовой зачисткой обычно применяют бесцентрово-токарную обточку круглого проката. Этот вид зачистки дефектов характеризуется большими скоростями резания (больше 200 м/мин) и большими подачами (больше 50 мм/об.) при глубине резания 0,15 - 10 мм. Использование специальных устройств для контроля диаметра обтачиваемых прутков и системы резцов обеспечивает высокую точность обработки: +/- 0,05 мм - на прутках диаметром меньше 50 мм; +/- 0,1 - 0,2 мм - на прутках диаметром больше 60 мм.
Для чистовой обточки круглого проката применяют бесцентрово-токарные станки, которые имеют комплекс загрузочного оборудования и приспособления для механизированного отвода стружки, охлаждения и очистки использованной эмульсии. Для уменьшения потерь металла в стружку при обточке требуется тщательная предварительная правка прутков-штанг.
Для придания сортовому прокату товарного вида пневматическими молотками, ручными станками абразивной зачистки, а также на стационарных абразивных или специализированных станках выполняют снятие заусенцев и фасок на торцах.
После обработки торцов с одной стороны на указанном станке штанги сбрасывают в приемный карман, затем пакет вынимают из кармана мостовым краном, разворачивают на 180°, укладывают на стеллажах загрузочного устройства и цикл обработки повторяют.
После удаления поверхностных дефектов сортовой прокат поступает на контроль качества. Визуально-оптический метод контроля качества поверхности проката проводят после светления или других способов удаления окалины. При помощи магнитных методов (магнитографического, феррозондового, магнитопорошкового, магнито-люминесцентного) выявляют поверхностные дефекты типа трещин, раскатанных пузырей, закатов, флокенов, глубину обезуглероженного слоя, фазовый состав.
Сортовой прокат, отвечающий требованиям, далее подвергается пакетировке, взвешиванию и маркировке [1].
2.3.2.4.3 Отделка сортового проката на поточных линиях
На поточных линиях отделки и контроля качества сортового проката выполняют весь комплекс операций, связанных с правкой, снятием фасок на торцах штанг, светлением, зачисткой дефектов, контролем качества, маркировкой и упаковкой.
Поточные линии для выполнения указанных операций располагают как в потоке, так и вне потока стана. Прокат из рядовых углеродистых конструкционных сталей, который охлаждают на холодильнике, обычно подвергают отделке в потоке стана. Если металл после прокатки требует замедленного охлаждения (легированные стали), то поточные линии отделки располагают вне потока стана.
Последовательность операций на поточной агрегатной линии отделки сортового проката и трубной заготовки диаметром 80 - 180 мм, расположенной вне потока стана, следующая.
Пакеты проката поступают на загрузочное устройство, откуда дозатором поштучно штанги подаются к косовалковой правильной машине. После правки прокат поступает на правую или левую линии последующей отделки.
Снятие заусенцев и фасок с обоих концов штанги производится двумя агрегатами, имеющими подрезно-расточные головки. Режущий инструмент - фреза.
Светление штанг осуществляется на шлифовальных станках. Ширина светленной дорожки - 40 мм, шаг - 100 - 200 мм. Далее прокат поступает на участок осмотра поверхности для выявления дефектов. Участок осмотра дефектов оснащен люнетами, с помощью которых штанга непрерывно вращается или поворачивается на определенный угол для осмотра поверхности металла оператором и отметки дефектных мест. Если дефектов не оказалось, штанга направляется к участку окончательного контроля, маркировки и пакетирования, а если дефекты обнаружены, то штанга поступает к станкам выборочной абразивной зачистки.
Зачищенный металл поступает контроля искровым методом, а далее - поштучно на визуальный контроль качества наружной поверхности. Годный металл маркируется краской, увязывается в пакеты и взвешивается. Годная продукция после увязки в пакеты убирается на склад готовой продукции. Производительность поточной линии отделки 220 тыс. т/г.
2.3.2.5 Технико-экономические показатели производства сортового проката
Технико-экономические показатели производства крупносортного и среднесортного прокатов приведены в таблице 2.15 [1].
Таблица 2.15
и среднесортного прокатов
Стан <*> | Производительность годовая, тыс. т | Коэффициент расхода металла | Расход энергии, кВт ч/т | Расход топлива, 103 кДж/т | Расход воды, м3/т | Расход валков, кг/т |
РБС 800 | 800 - 1350 | 1,08 - 1,10 | 55 - 65 | 2310 - 2520 | 20 - 26 | 2,0 - 2,5 |
УБСП | 660 - 1600 | 1,10 | 60 - 70 | 2310 - 2520 | 20 - 26 | 3,0 - 3,5 |
КСЛ 650 | 800 - 1100 | 1,06 - 1,09 | 50 - 60 | 2310 - 2520 | 20 - 26 | 1,6 - 2,0 |
КСП 600 | 1200 - 1600 | 1,06 - 1,09 | 50 - 60 | 2310 - 2520 | 20 - 26 | 1,6 - 2,0 |
КСП 500 | 950 - 1100 | 1,05 - 1,06 | 30 - 40 | 2310 - 2520 | 20 - 26 | 1,6 - 2,0 |
ПНКС 600 | 1200 - 1600 | 1,05 - 1,07 | 35 - 45 | 2310 - 2520 | 20 - 26 | 1,6 - 2,0 |
ЛСС 450 | 52 - 450 | 1,05 | 30 - 50 | 2310 - 2520 | 21 - 32 | 0,25 - 0,4 |
ЛСС 400 | 65 - 270 | 1,05 | 30 - 50 | 2310 - 2520 | 21 - 32 | 0,25 - 0,4 |
ССШ 350 | 420 - 700 | 1,04 | 30 - 50 | 2310 - 2520 | 21 - 32 | 0,25 - 0,4 |
ПНСС 370 | 120 - 280 | 1,04 | 35 - 60 | 2310 - 2520 | 21 - 32 | 0,25 - 0,4 |
ПНСС 350 | 430 - 850 | 1,04 | 35 - 60 | 2310 - 2520 | 21 - 32 | 0,25 - 0,4 |
НСС 350 | 450 - 750 | 1,04 | 35 - 60 | 2310 - 2520 | 21 - 32 | 0,25 - 0,4 |
НСС 450 | 1200 - 1500 | 1,04 | 30 - 50 | 2310 - 2520 | 21 - 32 | 0,25 - 0,4 |
<*> Станы: РБС - рельсобалочный трио; УБСП - универсальный балочный стан с последовательным расположением клетей; КСЛ - линейный крупносортный; КСП - крупносортный с последовательным расположением клетей; ПНКС - полунепрерывный крупносортный; ССЛ - среднесортный линейный; ССШ - среднесортный с шахматным расположением клетей; ПНСС - полунепрерывный среднесортный; НСС - непрерывный среднесортный. | ||||||
2.3.2.6 Производство калиброванного проката
Сортовой холоднокалиброванный прокат (далее - калиброванный прокат), в отличие от сортового горячекатаного проката, имеет более высокую точность и качество поверхности металла. Эти качества калиброванного проката позволяют использовать его при обработке резанием на высокопроизводительных токарных станках - автоматах, а также для холодной штамповки на холодновысадочном оборудовании, что значительно сокращает расход металла при его дальнейшей переработке.
Основными потребителями калиброванного проката и проката со специальной отделкой поверхности являются автомобилестроительные и машиностроительные предприятия, а также метизные предприятия, изготавливающие свою продукцию методом холодной высадки и штамповки.
Калиброванный прокат производится круглого, шестигранного и квадратного (прямоугольного) сечения. Калиброванный прокат изготавливается методом холодного волочения или прокатки из горячекатаного проката (подката).
Калиброванный прокат изготавливают из стали углеродистой и легированной качественной конструкционной, рессорно-пружинной, повышенной и высокой обрабатываемости резанием, углеродистой, легированной и быстрорежущей инструментальной, теплоустойчивой, коррозионностойкой, жаростойкой и жаропрочной. В соответствии с требованиями калиброванный прокат производят в нагартованном - Н или термически обработанном состоянии - Т (отожженный, высокоотпущенный, нормализованный с отпуском, закаленный с отпуском, закаленный).
Поверхность калиброванного проката должна быть чистой, гладкой, матовой или светлой, без трещин и окалины, в зависимости от качества подразделяется на группы.
Прокат со специальной отделкой поверхности производится только круглого сечения. Специальная отделка поверхности проката достигается удалением поверхностного слоя металла обточкой или шлифовкой.
Калиброванный прокат и прокат со специальной отделкой поверхности круглого сечения может изготавливаться дробных размеров с точностью до 0,05 мм. Прокат в прутках поставляется длиной 2,5 - 6,5 м, в пачках массой 1 - 8 т. Прокат в мотках поставляется в пакетах по 2 - 5 мотка массой 0,8 - 2,5 т.
Калиброванный прокат и прокат со специальной отделкой поверхности может поставляться без консервации, с консервацией либо в мягкой упаковке. Консервация производится методом окунания в консервирующей смеси на основе индустриального масла с консервирующими добавками. Прокат, поставляемый с фосфатным покрытием, отгружается только в упаковке.
Холоднотянутую или холоднокатаную калиброванную сталь получают в диапазоне размеров от 3 до 100 мм с квалитетами точности h9 - h12.
Технологический процесс производства калиброванного проката не имеет существенных отличий от процесса изготовления проволоки, описывается аналогичной схемой (см. рисунок 2.14) и предусматривает выполнение следующих операций:
- термическая обработка подката;
- правка;
- острение концов;
- травление;
- подготовка поверхности к волочению;
- волочение;
- термическая обработка (в соответствии с требованиями, предъявляемыми к готовой продукции);
- финишная отделка.
Основным видом термообработки стали является отжиг, который обеспечивает снятие наклепа после волочения и снижает твердость подката. Отжиг подката производится в муфельных или проходных роликовых печах непрерывного действия в защитной атмосфере, что обеспечивает чистую поверхность и исключает обезуглероживание. Отжиг подката для всех сталей (за исключением быстрорежущей) проводится при температурах выше AC1 (700 °C - 780 °C) с дальнейшим замедленным охлаждением до температуры ниже Ar1 и дальнейшим охлаждением с произвольной скоростью.
Для конструкционных, инструментальных, рессорно-пружинных сталей температура рекристаллизационного отжига - 700 °C - 740 °C, для высоколегированных, нержавеющих и быстрорежущих сталей - 770 °C - 900 °C. Выдержка в течение 3 - 10 ч. Охлаждение на воздухе или водой для коррозионностойких хромоникелевых сталей в целях уменьшения склонности к межкристаллитной коррозии. Для предотвращения обезуглероживания или ликвидации имеющейся обезуглероженности поверхности отжиг проводится в защитной атмосфере с добавлением метана. Выполнение отжига без защитной атмосферы ведет к окислению металла и к его потерям с уменьшением диаметра прутков до 0,5%, поэтому при волочении должен быть предусмотрен припуск на окисление.
Подкат из конструкционных и инструментальных сталей, обладающих более высокой твердостью, для смягчения перед калибровкой подвергают высокому отпуску или отжигу, а подкат из аустенитных коррозионностойких сталей - закалке.
В целях ускорения проведения рекристаллизационного отжига без окисления и обезуглероживания поверхности производят отжиг индукционным нагревом токами высокой частоты (ТВЧ). Рекристаллизация при этом протекает очень быстро (15 - 25 с), при температуре 760 °C - 780 °C. Для проведения нагрева ТВЧ используются высокочастотные генераторные машины, с целью повышения производительности нагрев производят на двухручьевых установках при скоростях перемещения прутка до 450 мм/с. Если степень обжатия при калибровке менее 17%, то предпочтительнее проводить печной нагрев, так как рекристаллизация при нагреве ТВЧ протекает лишь частично.
Для удаления окалины после проведения отжига производят повторное травление или обдирку (точением) или обработку дробью.
Правку проката осуществляют на типовых правильных машинах, описанных в 2.3.2.4.2, аналогично правке горячекатаного сортового проката.
Травление и подготовку поверхности металла к волочению, включая нанесение смазочных покрытий, проводят аналогично технологии проведения указанных операций при волочении проволоки (см. 2.3.1.4).
Острение концов проводят одним из методов подготовки переднего конца заготовки к волочению, указанных в 2.3.1.5.1.
Волочение проводят на прямоточных волочильных или непрерывных калибровочных станах (см. 2.3.1.5.3) [12]. При волочении проката из высокопрочных сталей применяют теплое волочение, для чего перед волочильным станом устанавливают устройство для индукционного нагрева заготовки.
Финишная обработка калиброванного проката предусматривает проведение операций правки, резки, обработки торцов прутков, обточки и шлифования поверхности, контроля качества, маркировки, нанесения консервационных покрытий и упаковки. Для осуществления указанных операций используется оборудование, аналогичное оборудованию участков отделки горячекатаного сортового проката, а также автоматизированные линии, совмещающие правку, резку и механическую обработку поверхности калиброванного проката.
Стальные трубы производят из углеродистых, легированных и высоколегированных сталей более чем 350 марок и различных сплавов. Наружный диаметр труб составляет от 0,3 до 2520 мм, толщина стенки - 0,05 - 75 мм [13].
По группам способов производства различают трубы бесшовные, сварные, паяные, литые. Последние два способа в РФ и мире имеют весьма ограниченное применение. Основные виды стальных труб разделяются по способу их изготовления на две большие группы: бесшовные и сварные трубы.
Бесшовные трубы подразделяют на:
- горячедеформированные - горячекатаные (изготовленные способом прокатки в линии трубопрокатных агрегатов) и прессованные трубы (изготовленные в линии трубопрессовых установок);
- холоднодеформированные - холоднотянутые трубы (изготовленные на волочильных станах), холоднокатаные трубы (изготовленные на станах ХПТ, ХПТР).
Сварные трубы подразделяют на электросварные, а также трубы, изготовленные печной и газовой сваркой. При этом электросварными трубы называются независимо от способа их производства: электросварки сопротивлением, дуговой электросварки, радиочастотной и т.д. В зависимости от расположения шва электросварные трубы большого диаметра (ТБД) получили название прямошовные и спиральношовные трубы [14] - [16].
Каждому из указанных способов соответствует определенный состав основного и вспомогательного оборудования.
По форме продольного сечения различают трубы цилиндрические, конические, ступенчатые с высаженными концами и др., по профилю поперечного сечения - круглые, профильные (фасонные, овальные, прямоугольные, квадратные, трех-, шести- и восьмигранные, ребристые, сегментные, каплевидные и др.), переменного профиля. Отдельную группу составляют трубы би-, триметаллические - из двух и трех слоев металла, прочно соединенных посадкой или сваркой [17], [18].
Трубными предприятиями России освоено производство и в настоящее время выпускаются различными способами производства трубы широкого марочного и размерного сортамента.
Бесшовные трубы широко применяются в нефтедобывающей промышленности, топливно-энергетическом комплексе, машиностроении. В России производство бесшовных горячедеформированных труб осуществляется в линиях трубопрокатных агрегатов (ТПА) и трубопрессовых установок различного типа, действующих на предприятиях в Северо-Западном, Южном и Уральском федеральном округах (см. таблицу 2.16).
Таблица 2.16
установки, действующие на предприятиях в РФ
Наименование | Обозначение | Количество | |
по типам ТПА | общее | ||
Линии с трубопрофильным горизонтальным прессом | Линия 2000 | 1 | 2 |
Линия 5500 | 1 | ||
Трубопрокатные агрегаты с автоматическим станом | ТПА 140 | 4 <*> | 5 |
ТПА 220 | 1 | ||
Трубопрокатные агрегаты с непрерывным станом | ТПА 80 | 1 | 5 |
ТПА 30-102 | 1 | ||
PQF 10 3/4" | 1 | ||
FQM 14 3/8" | 1 | ||
ТПА 159-426 | 1 | ||
Трубопрокатный агрегат с пилигримовыми станами | ТПА 8-16" | 1 | 1 |
Трубопрокатные агрегаты с трехвалковым раскатным станом | ТПА 160 | 1 | 2 |
ТПА 50-200 | 1 | ||
В настоящее время на трубных предприятиях России изготавливают бесшовные трубы наружным диаметром 32,0 - 550,0 мм, с толщиной стенки 2,9 - 90,0 мм, различной длины (немерной, мерной, кратной), обычной и повышенной точности, в обычном, хладостойком и коррозионностойком исполнениях.
Производство труб осуществляется в соответствии с требованиями российской и зарубежной нормативно-технической документации (НТД), технических требований и спецификаций, стандартов организаций, методических указаний потребителей трубной продукции.
2.4.1.1 Производство горячекатаных труб
Современный уровень развития трубного производства в России характеризуется большим разнообразием применяемых способов и технологий производства бесшовных труб. Независимо от способа производства горячекатаных труб общая технологическая схема включает следующие группы операций [13] - [18].
- Подготовка исходных заготовок к прокату, в процессе которой производится контроль качества исходных заготовок, порезка заготовок на мерные длины.
- Прокат труб в линии трубопрокатного агрегата - совокупность операций получения из сплошной заготовки передельных горячекатаных гладких труб, которые включают следующие общие элементы: нагрев металла, получение полой заготовки (гильзы), получение черновой трубы (раскатка гильзы), окончательное формирование стенки и диаметра трубы (редуцирование или калибрование).
- Высадка концов труб на горизонтальных высадочных прессах, горизонтально-ковочных машинах (при производстве бурильных, насосно-компрессорных труб с высаженными концами).
- Термообработка труб на участках термической обработки, в составе которых помимо нагревательного оборудования и закалочных устройств (спрейер, ванна) также располагается оборудование для калибровки (калибровочные станы), правки (правильные машины) труб.
- Приварка бурильных замков (при производстве бурильных труб), испытания.
- Обработка труб на участках отделки, где производятся операции контроля качества поверхности и геометрических параметров труб, нарезка резьбы либо обработка торцов и изготовление фаски, свинчивание труб с муфтами (при производстве насосно-компрессорных, обсадных труб), шаблонирование, гидравлические испытания, покраска, маркировка, упаковка и сдача труб.
Все стадии технологического цикла производства трубной продукции сопровождаются контролем геометрических параметров и качества поверхности, при обработке труб на участках отделки также производится контроль тела труб на наличие несоответствий, структуры и свойств материала средствами неразрушающего и разрушающего контроля.
Схема технологического процесса производства горячекатаных труб на российских трубных предприятиях в общем виде представлена на рисунке 2.19.
при производстве горячекатаных труб
Анализ структуры себестоимости горячекатаных труб показывает, что стоимость исходного металла достигает 75% - 80% от себестоимости труб. Это обстоятельство накладывает определенные требования к исходному сырью.
С одной стороны, металл для труб должен быть по возможности более дешевым, с другой - качество этого металла должно быть высоким, обеспечивающим минимальную отбраковку и высокий выход годного [19].
В качестве исходных заготовок для производства горячекатаных труб в настоящее время применяют круглые деформированные (катаные и кованые) и непрерывно-литые заготовки (НЛЗ), поступающие в трубопрокатные цеха в виде штанг. Используемые ранее конические слитки круглого или многогранного сечения, полученные при выплавке стали в мартеновских печах в сочетании с разливкой стали в изложницы, в настоящее время на трубных предприятиях РФ не применяются в связи с повышенным расходом металла, низкой автоматизацией и механизацией процесса производства, ужесточением требований потребителей к качеству труб, в том числе наличием требований, исключающих использование слитков при производстве горячекатаных труб.
Наибольшее распространение в настоящее время при производстве горячекатаных труб в РФ получили непрерывно-литые заготовки круглого сечения. Их использование при производстве горячекатаных труб всего марочного и геометрического сортамента сдерживается имеющимися ограничениями: литая структура материала, наличие характерного дефекта "центральная пористость", ограниченный минимальный производимый размер (наружный диаметр не менее 150 мм).
Направляемые в трубный цех заготовки в виде штанг длиной до 12,5 м поступают на склад, где их взвешивают и складируют с разделением по маркам стали, размерам, плавкам. Перед задачей в производство их подвергают контролю и при необходимости ремонту с последующим повторным контролем качества.
Разрезка исходных заготовок на мерные или кратные длины производится различными способами в холодном, теплом (перед подачей заготовок в нагревательные печи) либо горячем состояниях (в линии трубопрокатных агрегатов). Наибольшее распространение получили разрезка заготовок в холодном, теплом или горячем состояниях пресс-ножницами с профилированными сменяемыми ножами, один из которых перемещается в вертикальной плоскости, ломка заготовок в холодном состоянии на гидравлических прессах с предварительным надрезом ацетиленовым пламенем на глубину около 20 мм, резка пилами в холодном и горячем состоянии. Процесс резки исходных заготовок пилами в холодном состоянии отличается высокой точностью и наилучшим качеством получаемых торцов, строго перпендикулярных оси заготовок, однако является низкопроизводительным и приводит к дополнительным потерям металла. Для повышения производительности в линии устанавливают несколько пил, пилы снабжают двумя режущими дисками, позволяющими одновременно обрезать две заготовки, или устанавливают два диска, которые перемещаются навстречу друг другу [15], [16], [20].
Раскрой заготовок перед загрузкой в нагревательную печь осуществляют на мерные либо кратные длины. Во втором варианте окончательное разделение заготовки осуществляют в горячем состоянии непосредственно перед зацентровкой и прошивкой.
Далее подготовленные заготовки поступают на участок основного производства, где осуществляется комплекс операций, обеспечивающих получение передельных труб.
Нагрев исходных заготовок. Основное требование к процессу нагрева заключается в получении равномерной по сечению и длине температуры заготовки перед прошивкой заготовок. Кроме того, режим нагрева в значительной мере влияет на качество готовых труб, состояние их наружной и внутренней поверхности.
В составе трубопрокатных агрегатов, действующих на российских предприятиях, для нагрева исходных заготовок применяются газовые печи: кольцевые печи с вращающимся подом, печи с шагающими балками и шагающим подом, проходные секционные печи скоростного нагрева, методические перекатные (ролевые) печи. В таблице 2.17 представлены ключевые технические характеристики различных способов нагрева исходных заготовок [14], [16].
Таблица 2.17
исходных заготовок в линиях трубопрокатных
агрегатов различного типа
Параметры работы | Показатели работы нагревательных печей различного типа | ||||
Кольцевая печь | Печь с шагающими балками | Печь с шагающим подом | Методическая ролевая печь | Секционная печь скоростного нагрева | |
Производительность, т/ч | До 75 | До 200 | До 73 | 12 - 40 | До 55 |
Вид топлива | природный газ, воздух | природный газ, воздух | природный газ, воздух | природный газ, воздух | природный газ, воздух |
Удельный расход топлива, ккал/кг | 610 - 1000 | - | - | - | 700 - 800 |
Средняя величина угара металла | 0,5 - 1,0 | - | - | 2,5 - 3,0 | 0,5 - 1,0 |
Количество печей в линии ТПА | 1 - 2 | 1 | 1 | 1 - 2 | 2 |
Наибольшее распространение получили печи с кольцевым вращающимся подом - кольцевые печи. Основными достоинствами этих печей в сравнении с методическими ролевыми печами являются большая теплотехническая гибкость, минимальное окисление и обезуглероживание с малым угаром металла, точное регулирование температуры печи по зонам, высокий КПД печи при сравнительно низком расходе топлива, легкоуправляемое автоматизированное позонное отопление печи [14].
Кольцевые печи (см. рисунок 2.20) имеют рабочее пространство в форме замкнутого пустотелого кольца, образуемого наружной и внутренней стенками, подвесным сводом и вращающимся подом.
а) план печи
б) поперечный разрез печи
Рисунок 2.20 - Кольцевая печь [21]
В печах данного типа горелки равномерно расположены на наружной и внутренней стенках по окружности печи и позволяют распределять подачу топлива в соответствии с требованиями температурного режима.
Отвод продуктов горения осуществляется через конечные дымоотводы, расположенные у загрузочного окна, и через системы промежуточных дымоходов. Отходящие газы используются для подогрева воздуха в рекуператорах [14].
При транспортировке заготовки располагаются на вращающейся подине, проходят вместе с подом все необходимые зоны нагрева и выдаются манипуляторами через окно выдачи. Под печи движется толчками, причем при каждом толчке он поворачивается на угол, соответствующий расстоянию между заготовками. Скорость вращения пода может изменяться в зависимости от размера нагреваемых заготовок. Заготовки в кольцевые печи в зависимости от диаметра могут укладываться манипулятором в один или два ряда, перекрытие на заготовках допускается не более 300 - 400 мм. Максимальная длина заготовок на 0,5 м меньше ширины пода печи [14], [16], [20].
В линии некоторых ТПА функционируют методические ролевые печи, в которых происходит перекатывание (кантование) в процессе нагрева заготовок по поду, угол наклона которого составляет 6° - 12°. В зависимости от размеров нагреваемых заготовок кантование осуществляется специальными манипуляторами либо вручную. Данные печи имеют ряд недостатков: односторонний нагрев металла, трудоемкость (кантование через рабочие окна), значительный подсос воздуха, высокий процент угара, трудоемкая чистка подины с остановкой работы печи. Существуют ролевые печи с разным количеством зон нагрева - многозонные печи. Подача топлива в печах данного типа осуществляется горелками, расположенными в торце печи, а также в нагревательной и подогревательной зонах [14].
Для скоростного нагрева круглых заготовок используют проходные секционные печи. Печь данного типа состоит из ряда футерованных секций, тамбуров между ними, в которых располагаются транспортирующие водоохлаждаемые ролики, и камеры выдержки (на разделенной секции). Общая длина печи - около 90 м, заготовки транспортируются в печи в две нитки. Транспортирующие двухручьевые ролики расположены под некоторым углом к оси печи, поэтому заготовки, кроме поступательного осевого перемещения, еще и вращаются. Это способствует равномерному нагреву и предотвращает искривление штанг. Индивидуальный привод транспортирующих роликов расположен с одной стороны печи. В камере выдержки, располагаемой на разделенной секции в линии нагревательных секционных печей, в два ряда установлены консольные ролики. Нагретые штанги выдаются из камеры выдержки поочередно с каждой линии выдачи к делительным ножницам. После отрезки заготовки необходимой длины штанга реверсивным рольгангом возвращается в камеры выдержки, тем самым не допускается ее охлаждение [14], [16], [19].
Основными достоинствами секционных печей являются: упрощенная загрузка и выгрузка металла, непрерывность процесса подготовки металла (разрезка штанг осуществляется в технологическом потоке), высокое качество нагрева, быстрый нагрев металла (в 3 - 5 раз быстрее, чем в методических ролевых печах), более низкий в сравнении с методическими ролевыми печами угар металла, механизация и автоматизация работы печи. Скоростной нагрев достигается за счет создания большой разницы температуры печи (1350 °C - 1500 °C) и нагреваемой заготовки. Высокое качество нагрева осуществляется путем полного использования поверхности изделия для нагрева и вращения изделия при прохождении через печь. В качестве топлива используется природный газ, отвод продуктов горения из секций осуществляется через тамбуры в общий дымоход [14].
Опыт эксплуатации проходных секционных печей выявил ряд недостатков: низкую стойкость футеровки, большой расход топлива, повышенный относительно кольцевых печей, печей с шагающими балками (подом), угар металла [16].
В линиях некоторых ТПА [16], [21] нагрев исходных заготовок перед прокатом ведется в нагревательных печах с шагающими балками и шагающим подом, в которых загрузка заготовок осуществляется с помощью рольгангов, а перемещение - с помощью специальных подвижных и неподвижных шагающих балок со специальным профилем, подин (см. рисунок 2.21). В процессе шагания заготовки перемещаются от рольганга задачи к рольгангу выдачи с последующей разрезкой на заданные длины. По длине печи условно делятся на ряд зон, имеющих горелки, которые расположены на торцевой стенке со стороны рольганга выдачи, таким образом трубы подогреваются по принципу противотока. Данные печи имеют значительно более высокую производительность в сравнении с методическими ролевыми печами. Вместе с тем для эффективного использования печей необходимо использовать ограниченное количество типоразмеров длин заготовок либо применять для всего сортамента одну стандартную длину заготовки, разрезаемой после нагрева на заданные длины. В последнем случае достигается максимальная эффективность использования печей, сокращается энергоемкость операции разрезки заготовок. Иногда же возникает необходимость использования заготовок немерной длины [18].
а) продольный разрез
б) поперечный разрез
и торцевым отоплением (а), печь с шагающим подом (б)
Зацентровка исходных заготовок. В линии некоторых ТПА нагретые заготовки, поступающие в прошивной стан, предварительно проходят зацентровку. Для этого на переднем или заднем торце заготовки делают строго по центру углубление заданного диаметра.
Центровка заготовок уменьшает разнотолщинность стенки переднего и заднего (в случае зацентровки заднего торца) концов труб, улучшает условия захвата заготовок валками прошивного стана, создает возможность вести процесс прошивки при более благоприятных режимах, что особенно важно при изготовлении труб из легированных и высоколегированных марок сталей [15].
Зацентровку получают в холодном состоянии сверлением исходных заготовок на пилах холодной резки (совмещенные процесс разрезки заготовок и зацентровки), сверлением на токарных станках, в горячем состоянии выдавливанием отверстия с помощью пневматических машин или гидравлических прессов, установленных в потоке трубопрокатного агрегата, а также способом выжигания кислородно-ацетиленовым пламенем или электрической дугой [14], [15].
Наибольшее распространение получил способ центровки нагретых заготовок, при котором углубление в заготовке имеет вид воронки, на автоматизированных пневматических машинах или гидравлических прессах, установленных в потоке трубопрокатных агрегатов. Центровка заготовок из малопластичных сталей и сплавов на токарных станках, а также выжигание углублений в торцах заготовок, изготовленных из высоколегированных сталей и сплавов, в настоящее время в массовом промышленном производстве не применяются.
2.4.1.1.2 Прокат труб
Независимо от применяемого способа схема производства бесшовных труб в линии трубопрокатного агрегата (ТПА) включает следующие основные технологические операции: нагрев металла, получение полой заготовки (гильзы); ее подогрев (при наличии соответствующего оборудования, предусмотренного особенностями технологического процесса производства в линии ТПА); раскатка гильзы в черновую трубу промежуточных размеров; нагрев последней (в случае необходимости), окончательное формирование диаметра и толщины стенки трубы.
Ключевым при изготовлении горячекатаных бесшовных труб является применяемый способ раскатки гильзы, по которому ТПА получили соответствующие названия: ТПА с автоматическим станом, ТПА с непрерывным станом, ТПА с пилигримовым станом, ТПА с трехвалковым раскатным станом [16].
2.4.1.1.2.1 Производство труб на трубопрокатных агрегатах с автоматическим станом (автомат-станом) и станами тандем
В состав трубопрокатных агрегатов с автоматическим станом (автомат-станом) входят: нагревательная печь, прошивной и раскатной (автомат-стан), два обкатных стана (риллинг-стана), установленных параллельно, так как пропускная способность каждого из них примерно в два раза ниже, чем у предшествующих станов, подогревательная печь, калибровочный и редукционный станы (см. рисунок 2.22).
ИС МЕГАНОРМ: примечание. Нумерация условных обозначений дана в соответствии с официальным текстом документа. |
1 - нагрев заготовок; 2 - прошивка заготовок; 3 - прокатка
гильз в автомат-стане; 4 - прокатка труб в обкатном стане
(риллинг-стане); 5 - промежуточный нагрев труб;
5 - калибрование, редуцирование труб; 6 - охлаждение
труб; 7 - обрезка концов труб; 8 - правка;
9 - передача труб на промежуточный склад
труб на ТПА с автомат-станом
В настоящее время отечественной промышленностью освоено производство труб на ТПА с автомат-станом из углеродистых, средне- и высоколегированных сталей и сплавов, в том числе жаропрочных, коррозионностойких [16].
Классическая схема компоновки оборудования предполагает его каскадное расположение, когда каждый последующий стан располагается на более низкой горизонтальной отметке, а перемещение трубы осуществляется перекатыванием по наклонным стеллажам [16].
Весьма эффективной технологической схемой, реализованной в отечественном производстве, является использование полунепрерывного агрегата ТПА 140 с двумя последовательно расположенными одноклетевыми станами продольной прокатки на короткой оправке (стан "тандем"), что позволило все оборудование на участке горячей прокатки расположить в одной автоматической линии по ходу движения трубы [16], [23]. Данное решение сокращает время вспомогательных операций, увеличивает производительность ТПА и улучшает качество труб [16] - [18].
Технологический процесс производства труб на ТПА с автомат-станом включает следующую последовательность операций.
Заготовки в виде штанг подвергают входному контролю качества, годные заготовки передают на участок резки на мерные длины. Раскрой заготовок осуществляется преимущественно на гидравлических прессах или резкой на пресс-ножницах, заготовки из высоколегированных марок сталей поступают в цех разрезанными на требуемые для проката длины. Взвешенная и нагретая до температуры прошивки (в соответствии с требованиями заводских технологических инструкций) заготовка выдается из печи и центруется в горячем состоянии.
Зацентрованная заготовка передается на входную сторону прошивного стана винтовой прокатки и толкателем задается в валки, где прошивается на короткой оправке в гильзу. Прошитая гильза выдается на выходную сторону стана, которая может быть двух типов - с боковой или осевой выдачей. Старые отечественные трубопрокатные агрегаты с автомат-станом имеют боковую выдачу гильз. При боковой выдаче гильз стержень отводится в крайнее заднее положение, а гильза сбрасывателями убирается с линии прокатки на наклонную решетку и далее подается на входную сторону автоматического стана. При осевой выдаче (см. рисунок 2.23), которой снабжены новые или реконструированные трубопрокатные агрегаты, а применительно к агрегатам рассматриваемого типа - ТПА со станами-тандем, гильза 7 снимается выдающими роликами 9 со стержня 5, который удерживается в рабочем положении специальным механизмом перехвата 6. Снятая со стержня гильза может либо по рольгангу передаваться к стану тандем, либо с отводного рольганга по наклонной решетке - на входную сторону автоматического стана.
из прошивного стана
Конструкция выходной стороны с осевой выдачей гильз обеспечивает более высокий темп прокатки [23]. Перед прокаткой в раскатном автоматическом стане внутрь гильзы для уменьшения коэффициента трения подают поваренную соль или смесь соли и графита [16]. Раскатка гильзы в трубу в автоматическом стане осуществляется, как правило, в два прохода.
Входная сторона автоматического стана обычно оборудована пневматическим вталкивателем, с помощью которого осуществляется задача гильзы в валки.
Входная сторона стана тандем имеет в своем составе задающие фрикционные ролики. В обоих случаях труба перед вторым проходом в автоматическом стане или перед второй клетью стана тандем должна быть скантована на 90°, для того чтобы выпуски на трубах, образовавшиеся вследствие затекания металла в межвалковый зазор в процессе первого прохода, попадали в вершину калибра при последующей продольной раскатке труб.
После каждого прохода оправку удаляют со стержня, а рабочие валки разводят для передачи трубы на входную сторону автоматического стана. Возврат трубы на входную сторону осуществляется роликами обратной подачи, которые расположены на выходной стороне стана и имеют направление вращения, противоположное направлению вращения рабочих валков. Валки автоматического стана обычно многоручьевые с разными калибрами, что позволяет без перевалки прокатывать трубы различных диаметров. С этой целью передний стол может перемещаться и устанавливаться таким образом, чтобы ось входной стороны совпадала с осью требуемого калибра. Длина выходной стороны автоматического стана определяет наибольшую возможную длину прокатываемых труб и достигает 12 - 16 м [23].
В линии ТПА со станом "тандем" гильза совершает поступательное движение через два последовательно установленных одноклетевых стана продольной прокатки, тем самым исключается необходимость возврата трубы на передний стол после очередного прохода - труба после прокатки в первой клети поступает к следующей клети стана. Валки станов "тандем" одноручьевые, выполняются с круглым либо многогранным ручьем [24].
Раскатанные в автоматическом стане трубы по наклонной решетке или отводному рольгангу, шлепперному устройству поочередно передаются к одному из двух параллельно установленных риллинг-станов - двух- или трехвалковых станов винтовой прокатки. Риллинг-станы предназначены для раскатки выпусков на поверхности труб, устранения продольных рисок на внутренней поверхности и снижения продольной и поперечной разнотолщинности стенки труб. При риллинговании обычно увеличивается диаметр трубы, устраняется ее овальность.
Трубы после риллингования поступают в подогревательную печь. В трубопрокатных агрегатах с автомат-станом классического типа промежуточный подогрев труб осуществляется в газовой печи с шагающими балками, при этом одну подогревательную печь используют для прокатки труб как в редукционном, так и в калибровочном станах. В линии более современного ТПА со станом "тандем" установлены две проходные индукционные печи, которые позволяют уменьшить образование окалины и улучшить качество наружной поверхности труб. Нагретые трубы далее по рольгангу поступают в калибровочный или редукционно-растяжной станы, которые обеспечивают получение труб необходимого диаметра. В состав всех трубопрокатных агрегатов с автоматическим станом, станом-тандем входят калибровочные и редукционные станы, которые по конструкции рабочих клетей могут быть двух- и трехвалковыми (установлены в линии более современных ТПА). Привод валков по клетям может быть индивидуальным, групповым или дифференциально-групповым. В линии ТПА-140 со станом "тандем" установлен редукционный стан, работающий с натяжениями (редукционно-растяжной стан). На трубопрокатных агрегатах старого типа процесс редуцирования осуществляется без натяжения, в результате чего происходит некоторое утолщение стенки трубы.
Разрезку труб на заданные длины в потоке за редукционным станом производят летучей пилой, после чего трубы по рольгангу передаются на охладительные столы цепного типа, которые, кроме основной функции охлаждения, выполняют еще и распределение труб по поточным линиям отделки.
Охлажденные трубы поступают в одну из поточных линий отделки, где правятся в 3 - 7-валковых правильных машинах либо эксцентриковых правильных прессах (для правки толстостенных труб). После правки обрезают утолщенные и разлохмаченные концы труб, режут трубы на требуемые длины и обрабатывают торцы. Затем трубы передают на участок продувки для удаления стружки и далее на инспекционные столы для контроля качества. Трубы, удовлетворяющие требованиям технической документации, поступают на промежуточный склад для дальнейшей транспортировки на линии отделки и сдачи трубной продукции. В некоторых случаях трубы, прошедшие контроль после проката в линии ТПА с автомат-станом, подвергаются маркировке, упаковке и последующей транспортировке на складе готовой продукции. Трубы, не соответствующие предъявляемым требованиям, подвергают ремонту и повторному контролю качества [16], [23].
2.4.1.1.2.2 Производство труб на трубопрокатных агрегатах с непрерывным станом
Технология производства труб в линии ТПА с непрерывным станом за последние годы получила наибольшее развитие в связи с тем, что данный способ производства характеризуется высокой производительностью, обеспечивает высокое качество производимой продукции. К преимуществам ТПА данного типа также относят благоприятные условия деформации металла в непрерывном стане, минимальные технологические отходы и расположение оборудования, удобное для автоматизации технологических операций. Процесс раскатки гильзы в трубы осуществляется в овальных и круглых калибрах на непрерывных трубопрокатных станах, имеющих в своем составе от 5 до 9 рабочих клетей с двумя и тремя валками в каждой клети. При этом все действующие ТПА с непрерывным станом отличаются друг от друга составом оборудования, конструкцией входящих в состав ТПА станов и механизмов, степенью механизации и автоматизации процесса.
Основными технологическими операциями в линии ТПА с непрерывным станом являются: нагрев заготовок, прошивка заготовок в гильзу, прокатки гильз в черновую трубу на непрерывном стане, извлечение оправки из черновой трубы, подогрев труб перед редуцированием или калиброванием, прокатка труб на редукционно-растяжном или калибровочном станах (см. рисунок 2.24) [16], [23].
ИС МЕГАНОРМ: примечание. Нумерация условных обозначений дана в соответствии с официальным текстом документа. |
1 - нагрев заготовок; 2 - прошивка заготовок; 3 - прокатка
гильз в непрерывном стане; 4 - извлечение оправки;
5 - промежуточный нагрев труб; 6 - калибрование,
редуцирование труб; 7 - охлаждение труб; 8 - обрезка
концов труб, порезка труб на мерные длины; 9 - правка;
9 - передача труб на промежуточный склад
труб на ТПА с непрерывным станом
После прокатки трубы разрезаются на мерные длины в горячем (или холодном) состоянии, охлаждаются и направляются для дальнейшей обработки на участки отделки.
Технологический процесс производства труб в линии трубопрокатных агрегатов с непрерывным станом традиционного типа, с двухвалковыми клетями и плавающей длинной оправкой заключается в следующем. Круглые катаные либо непрерывно-литые заготовки в виде штанг пакетами подаются на приемные стеллажи двух-трехручьевых секционных нагревательных печей скоростного нагрева либо печей с шагающим подом. После взвешивания заготовки поочередно поступают по загрузочным рольгангам в печи.
После нагрева до температуры прокатки заготовки поочередно выгружаются из печей, разрезаются пресс-ножницами.
Нагретые, порезанные на мерные длины заготовки передают на прошивной двухвалковый стан с направляющими линейками, где они прошиваются в гильзы заданных размеров. После прошивки гильза передается на входную сторону непрерывного стана, где в нее вводят предварительно смазанную длинную цилиндрическую оправку. Раскатка гильзы в трубу осуществляется в многоклетевом непрерывном стане (см. рисунок 2.25) на плавающей оправке (которая движется в очаге деформации в направлении прокатки вместе с гильзой). После раскатки черновая труба с оправкой передается к одному из двух цепных оправко-извлекателей. Извлеченные из труб оправки поступают в ванну для охлаждения и затем к установке для нанесения смазки. Смазанные оправки подаются в желоб перед непрерывным станом.
расположением двигателей
После извлечения оправок черновые трубы направляются к одной (при установке в линии редукционно-растяжного стана) либо двум (при установке в линии ТПА редукционно-растяжного и калибровочного станов) индукционным подогревательным установкам, где подогреваются до температуры 900 °C - 1000 °C. Во время передачи по решеткам к индукционным печам производится обрезка заднего разлохмаченного конца труб пилой ударного действия.
После операции подогрева трубы в зависимости от типа ТПА и состава оборудования подвергаются следующим операциям:
- прокатка в 24-клетевом редукционно-растяжном стане, который предназначен для редуцирования труб с натяжением, что обеспечивает уменьшение диаметра и толщины стенки труб, охлаждение на холодильнике, разрезка труб на пилах пакетной резки, правка [16], [18];
- прокатка труб в зависимости от конечного размера в 24-клетевом редукционно-растяжном стане, разрезка труб на части длиной не более 25 м летучими ножницами, обрезка утолщенных переднего и заднего концов или прокатка труб на 12-клетевом калибровочном стане, в котором происходит уменьшение наружного диаметра трубы с сохранением исходной толщины стенки, отрезка концов, порезка труб на мерные длины дисковой пилой, после чего трубы с помощью рольгангов и барабанного сбрасывателя поступают на холодильник, где остывают и транспортируются в отделения отделки [16], [19], [23], [25].
Затем передельные трубы мерной длины транспортируются пакетами на промежуточный склад для дальнейшего распределения по участкам отделки либо сдачи потребителю.
За последнее 30 лет в РФ были введены ТПА с непрерывными станами нового типа, технологической особенностью которых является применение режима перемещения оправки в направлении прокатки со скоростью, равной или несколько меньшей скорости выхода трубы из первой клети непрерывного стана - так называемый процесс прокатки на контролируемо-перемещаемой (удерживаемой) оправке. Данная технология реализована на трех автоматизированных трубопрокатных агрегатах, действующих на предприятиях РФ:
- на АО "Волжский трубный завод" (АО "ВТЗ") в 1990 г. введен в эксплуатацию ТПА 159-426 с непрерывным станом [16], [22], [23];
- на АО "Таганрогский металлургический завод" (АО "ТАГМЕТ") в 2008 г. введен в эксплуатацию ТПА с непрерывным станом PQF 10 3/4" [18], [26], [27];
- на АО "Северский трубный завод" (АО "СТЗ") в 2014 г. введен в эксплуатацию ТПА с непрерывным станом FQM 14 3/8" [27] - [29].
Прокатка труб в линии данных ТПА осуществляется по следующей схеме. Нагретые заготовки двух-трех типоразмеров подаются на участок прошивного стана, где прошиваются в гильзы длиной до 10 м. Очаг деформации прошивных станов образован двумя валками грибовидной или бочковидной формы и направляющими стационарными линейками (АО "ВТЗ", АО "СТЗ") либо приводными дисками (АО "ТАГМЕТ"), вращающимися в направлении прокатки. Далее внутренняя поверхность гильз подвергается обработке дезоксидирующим материалом с целью модификации образованной окалины и предотвращения дополнительного окалинообразования.
Затем прошитые гильзы поступают на участок непрерывного стана, где в них вводится предварительно смазанная длинная цилиндрическая оправка и осуществляется прокатка гильз на удерживаемой оправке в семи последовательно установленных двухвалковых клетях (АО "ВТЗ") либо пяти трехвалковых клетях (АО "ТАГМЕТ", АО "СТЗ"), валки которых выполнены с ручьями круглой и овальной формы. Отличительной особенностью непрерывных станов PQF 10 3/4", FQM 14 3/8" является использование высокоточных гидравлических механизмов, регулирующих раствор валков. Съем трубы с оправки и калибровка черновых труб осуществляются в многоклетьевом извлекательном (АО "СТЗ") либо извлекательно-калибровочном станах (АО "ВТЗ", АО "ТАГМЕТ"), установленных в линии за непрерывным раскатным станом.
Далее трубы поступают на холодильник (АО "ВТЗ") либо подвергаются последующему промежуточному подогреву и прокатке в 14-клетевом трехвалковом калибровочном (АО "СТЗ") либо 22-клетевом редукционно-растяжном (АО "ТАГМЕТ") станах. Последующие технологические операции в линиях современных ТПА с непрерывным станом PQF 10 3/4", FQM 14 3/8" зависят от состава оборудования и включают в себя охлаждение труб на холодильнике, отрезку концов и порезку на мерные длины, правку, неразрушающий контроль качества, взвешивание, маркировку [26] - [29].
После осуществления всех операций в линии ТПА трубы поступают на промежуточный склад для последующего распределения по линиям отделки.
2.4.1.1.2.3 Производство труб на трубопрокатных агрегатах с пилигримовым станом (пильгер-станом)
В мировой и российской практике до недавнего времени ТПА с пилигримовым станом имели широкое распространение. На агрегатах данного типа производятся трубы широкого сортаментного ряда диаметром до 720 мм [16], [17]. Основные преимущества пилигримового способа производства труб следующие:
- возможность прокатки труб с большим (до 15) коэффициентом вытяжки;
- возможность получения труб из литого металла за счет интенсивной проработки структуры металла;
- широкий марочный, размерный сортамент продукции - возможность производства особо толстостенных профильных труб специального назначения (квадратных, шестигранных, конических, ступенчатых, плавниковых и др.);
- универсальность (малое время перехода на прокат труб другого размера), низкая себестоимость труб [16], [17].
До 2014 г. в России ТПА с пилигримовыми станами действовали на трех российских предприятиях: АО "ТАГМЕТ" - ТПА 4-10", ТПА 5-12"; АО "СТЗ" - ТПА 5-12"; ПАО "ЧТПЗ" - ТПА 8-16" [17]. Однако в силу ряда недостатков данного процесса, а также в связи с требованиями потребителей трубной продукции, ограничивающих приобретение труб, изготовленных на ТПА с пилигримовым станом, данный способ производства трубной продукции в последнее время находит все меньшее применение - действующие ТПА закрываются, реконструируются. Ключевыми недостатками пилигримового способа являются:
- высокий расходный коэффициент металла, который обусловлен наличием технологически неизбежных отходов в виде затравочного (переднего) конца трубы и пилигримовой головки (заднего конца гильзы);
- низкая производительность процесса;
- относительно низкое качество геометрических параметров получаемых труб (наличие продольной и поперечной разнотолщинности стенки трубы).
В настоящее время на ПАО "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") действует единственный ТПА с пилигримовым станом - ТПА 8-16" для прокатки труб наружным диаметром 245 - 550 мм, с толщиной стенки 8 - 90 мм [30]. В состав ТПА 8-16" входит следующее оборудование: две методические печи, двухвалковый прошивной стан винтовой прокатки, два пилигримовых стана, две пилы горячей резки для отрезки затравочного конца и пилигримовой головки, порезки труб на мерные длины, подогревательная проходная печь, 5-клетевой калибровочный стан, две шестивалковые правильные машины [31].
Технологический процесс на ТПА с пильгер-станом осуществляется следующим образом (см. рисунок 2.26).
1 - нагрев заготовок; 2 - прошивка заготовок; 3 - прокатка
гильз в пилигримовом стане; 4 - отрезка концов, резка труб
на мерные длины; 5 - промежуточный нагрев труб;
6 - калибрование труб; 7 - охлаждение труб; 8 - правка;
9 - передача труб на промежуточный склад
труб на ТПА 8-16" с пилигримовым станом
Исходные заготовки после осмотра, взвешивания, ремонта (в случае необходимости) подаются для нагрева до температуры прокатки в одну из двух методических ролевых печей. Перемещение заготовок в печах осуществляется манипуляторами. После печи нагретая заготовка по рольгангу поступает к поворотному столу и далее транспортируется к прошивному двухвалковому стану винтовой прокатки с направляющими роликами.
После прошивного стана гильза транспортируется к устройству для внестановой зарядки дорна (оправки), которое расположено перед каждым из двух пилигримовых станов, установленных параллельно друг другу. После ввода дорн вместе с гильзой устанавливается в подающий аппарат. Подающий аппарат с гильзой и дорном подается к валкам пилигримового стана и начинается процесс прокатки. При прокатке на пилигримовом стане остаются недокатанными передний (затравочный конец) и задний (пилигримовая головка) участки гильзы, которые после пильгер-стана во время прокатки следующей трубы обрезаются дисковыми пилами, также производится порезка трубы на мерные длины.
Далее разрезанные трубы подаются к газовой проходной девятисекционной пятизонной роликовой печи длиной 19,4 м [32], в которой перемещаются по косорасположенным охлаждаемым роликам, нагреваясь перед последующей прокаткой в пятиклетевом калибровочном стане с двухвалковыми клетями.
После калибрования трубы охлаждаются на шлепперных устройствах и далее поступают в один из двух шестивалковых косовалковых правильных станов, где правятся в холодном или теплом состоянии. В зависимости от типа прокатываемых труб операции промежуточного подогрева и калибровки могут не производиться [33]. В таком случае трубы после отрезки технологических отходов, порезки на мерные длины передаются краном на передаточную решетку, по которой транспортируются на входную сторону правильных станов.
После прокатки труб в линии ТПА производится контроль качества и геометрических параметров труб, ремонт (при необходимости) и последующий повторный контроль, после чего трубы направляются на участки отделки.
2.4.1.1.2.4 Производство труб на трубопрокатных агрегатах с трехвалковым раскатным станом (станом Ассела)
На агрегатах с раскатным станом винтовой прокатки производится сравнительно небольшой объем труб, однако высокая значимость данных ТПА определяется тем, что трубы, получаемые на агрегатах, имеют высокую точность: допуски по толщине стенки и наружному диаметру в 2 - 2,5 раза более жесткие: по толщине стенки +/- 6%; по диаметру +/- 0,5% [13] - [20].
Поскольку эти агрегаты производят в первую очередь толстостенные трубы, используемые для изготовления деталей машин, то высокая точность труб позволяет иметь минимальные припуски на последующую механическую обработку. Именно эти обстоятельства обусловили широкое использование агрегатов с раскатным станом винтовой прокатки для изготовления подшипниковых труб.
Наибольшее распространение получили агрегаты с трехвалковыми станами (станами Ассела). В России действуют два агрегата подобного типа - ТПА 50-200 на АО "ВТЗ" и ТПА 160 на АО "Первоуральский новотрубный завод" (АО "ПНТЗ") [16], [17], [22].
Традиционная технологическая схема производства труб в линии ТПА включает операции нагрева заготовок в кольцевых печах, зацентровки заготовок, прошивки заготовок, раскатки гильз в черновые трубы на длинной оправке в трехвалковом раскатном стане винтовой прокатки, извлечения оправки, подогрева труб, калибрования либо редуцирования труб (см. рисунок 2.27).
Технологический процесс изготовления труб осуществляется следующим образом.
1 - нагрев заготовок; 2 - прошивка заготовок; 3 - прокатка
гильз в трехвалковом раскатном стане; 4 - извлечение
оправки; 5 - промежуточный нагрев труб; 6 - калибрование
труб; 7 - охлаждение труб; 8 - правка; 9 - обрезка
концов труб; 10 - отделка, складирование труб
труб на ТПА с трехвалковым раскатным станом
Разрезанные на прессах холодной ломки или на пресс-ножницах заготовки поступают поплавочно в нагревательную кольцевую газовую печь, где они нагреваются до температуры прокатки. После этого заготовки поступают на пневматический зацентровщик, где на переднем торце заготовок наносят центровочные отверстия, и далее заготовки передаются в прошивной стан с бочковидными либо чашевидными валками и линейками, где прошиваются в гильзы. Полученные гильзы раскатывают в трехвалковом стане Ассела (см. рисунок 2.28) на длинной плавающей оправке.
стана винтовой прокатки
После извлечения оправки черновые трубы поступают в одну из двух печей с шагающими балками для подогрева и выравнивания температуры.
В зависимости от сортамента труб последняя операция формирования геометрических параметров труб осуществляется в трехвалковом калибровочном стане винтовой прокатки либо в 12-клетевом двухвалковом редукционно-калибровочном стане продольной прокатки.
При производстве подшипниковых труб для исключения образования карбидной сетки на их поверхности производится ускоренное водовоздушное охлаждение перед подачей труб на холодильник [17]. После прокатки и охлаждения трубы подвергаются дальнейшей обработке по двум схемам:
- через промежуточный склад трубы поступают в термическое отделение, в состав которого входят проходные роликовые печи для отпуска или отжига труб, и далее передаются на последующую отделку;
- трубы передаются непосредственно в линию отделки, где подвергаются операциям правки, обрезке концов, контролю качества продукции. Подшипниковые трубы могут подвергаться обточке на бесцентрово-токарных станках.
Отличительной особенностью ТПА 50-200 АО "ВТЗ" от ТПА 160 АО "ПНТЗ является наличие в его составе двух параллельных линий раскатки и калибрования труб, установленных параллельно, при одном прошивном и редукционном станах.
На ТПА со станом Ассела АО "ВТЗ" в результате проведенной модернизации освоен выпуск тонкостенных труб нефтегазового сортамента геометрических размеров с соотношением наружного диаметра к толщине стенки D/S до 27 длиной более 10 м. Реализованная технологическая схема предусматривает получение гильз с утоненным задним концом, раскатку гильз в черновые трубы в трехвалковом стане на перемещаемой с регулируемой скоростью короткой цилиндрической оправке, удерживаемой на выходной стороне стана [26], [34] - [37].
Для обеспечения требований потребителей, указанных в стандартах, технических условиях и пр., горячекатаные трубы после прокатки в линиях трубопрокатных агрегатов подвергаются различным отделочным операциям. Применение конкретной технологии отделки определяется сортаментом выпускаемой продукции и требованиями к качеству труб. Участки отделки, контроля и сдачи труб по занимаемой производственной площади, численности трудящихся и массе установленного оборудования часто не только не уступают, но и превосходят основную производственную линию ТПА [15], [38].
Трубы, прокатанные в линии горячего проката ТПА, поступают для проведения отделочных операций на участки, где производятся правка, обрезка концов и разрезка труб на мерные длин, термическая обработка, калибровка и теплая правка труб, калибровка, формоизменение концов труб, осмотр наружной и внутренней поверхности, контроль геометрических размеров (диаметр, толщина стенки, длина и кривизна) на инспекционных столах, а также инспекция геометрических размеров и качества неразрушающими методами контроля, ремонт наружной и внутренней поверхности труб, шаблонирование, механическая обработка концов труб (торцовка - при производстве нефтегазопроводных труб, нарезание резьбы заданного профиля - при производстве нарезных обсадных, насосно-компрессорных труб) с последующим контролем качества фаски и резьбы, навертка соединительных муфт (при производстве нарезных труб), гидроиспытания труб, навертка предохранительных частей, нанесение защитного консервационного покрытия, измерение длины и веса, маркировка, упаковка продукции.
Трубы с высаженными концами помимо некоторых вышеперечисленных технологических операций проходят высадку, проточку и расточку высаженных концов, при производстве бурильных труб осуществляются последующие приварка замков, механическая обработка, контроль зоны сварного соединения методами неразрушающего контроля, контроль соосности, проверка прочности сварного соединения (при производстве бурильных труб).
В цехах для производства нарезных труб к участкам отделки относят также участки изготовления соединительных деталей (муфт) и предохранительных деталей (преддеталей), используемых для защиты резьбы труб и муфт от повреждения в период транспортировки и хранения [15].
Термическую обработку широко применяют в трубном производстве для улучшения пластических свойств, механических и эксплуатационных характеристик труб, для снятия напряжений в материале, возникающих в процессе производства продукции, выравнивания структуры материала.
В зависимости от назначения труб, требуемых прочностных и эксплуатационных характеристик материала, химического состава применяемых сталей, имеющихся агрегатов для термической обработки на отечественных трубных предприятиях трубы подвергаются следующим видам термической обработки: отжигу, нормализации, нормализации с последующим отпуском, закалке с последующим отпуском, двойной закалке с последующим отпуском. Для обеспечения равнопрочности концов труб, подвергнутых операции калибрования либо формоизменения, с телом трубы может проводиться отпуск концов труб. В таблице 2.18 приведены режимы и оборудование для термообработки труб.
Таблица 2.18
Вид термической обработки | Параметры, оборудование термической обработки, °C | |||
Температура нагрева | Тип нагревательного устройства | Среда охлаждения | Тип охлаждающего устройства | |
Нормализация | Ac3 +30 °C - 50 °C | Газовые печи: - секционные печи; - роликовые печи; - печи с шагающими балками; Индукционные печи | Воздух | Охладительный стол |
Закалка | Ac3 +30 °C - 50 °C | Газовые печи: - секционные печи; - печи с шагающими балками; Индукционные печи | Вода, водовоздушная смесь либо воздух (для высоколегированных марок сталей) | Водяной спрейер, ванна |
Отпуск | Ниже температуры Ac1 <*> | Газовые печи: - секционные печи; - роликовые печи; - печи с шагающими балками Индукционные печи | Воздух | Охладительный стол |
Отжиг <**> | (790 +/- 10) °C | Газовые печи: - роликовые печи | Воздух | Печь - охладительный стол |
Наиболее сложной является технология производства высокопрочных труб, труб со специальными эксплуатационными свойствами (коррозионная стойкость, хладостойкость и пр.), которая заключается в применении закалки и отпуска.
На рисунке 2.29 представлена схема технологического процесса термической обработки труб нефтегазового сортамента по маршруту закалки и отпуска.
1 - нагрев труб в закалочной печи; 2 - охлаждение труб
в закалочном устройстве; 3 - нагрев труб в отпускной печи;
4 - калибрование труб; 5 - правка; 6 - охлаждение труб;
7 - передача труб на промежуточный склад
обработки труб на участке финишной отделки гладких труб
Технология закалки и отпуска состоит в нагреве трубы выше критической точки Ac3, выдержке при этой температуре для получения однородной аустенитной структуры металла, резком охлаждении трубы. Наибольшее распространение на предприятиях РФ нашли печи проходного типа - нагрев труб на участках термической обработки производится в газовых печах различного типа (печь с шагающими балками, секционные печи скоростного нагрева, роликовые печи), а также в индукционных установках, которые часто используется при нагреве под закалку труб с высаженными концами [15]. Все эти печи являются высокотехнологическими агрегатами с автоматизированным управлением теплового режима, обеспечивают равномерный нагрев труб по сечению и длине, обладают высокой производительностью. Нагревательные печи в линии действующих термических отделов в полной мере обеспечивают поточность технологического процесса, возможность его механизации и автоматизации.
Секционные печи скоростного нагрева получили широкое распространение на предприятиях РФ. Преимуществом секционных печей является незначительный угар металла вследствие малого времени нагрева труб, возможность получения ровных труб. Стабильность нагрева и минимальная непрямолинейность достигаются за счет вращения труб с частотой от 20 до 180 об./мин при скорости продольного перемещения в пределах 4 - 16 м/мин. Вращение и продольное перемещение труб осуществляются водоохлаждаемыми роликами, встроенными между секциями под углом 6° - 12°, или колесами. Плоскость колес с осью печи образует угол 80°, благодаря чему трубы при поступательном движении вращаются со скоростью до 180 об./мин. Конструкция секционных нагревательных печей термической обработки труб аналогична конструкции печей подобного типа, предназначенных для нагрева заготовок в линии ТПА (см. 2.4.1.1.1). Отличительной особенностью является использование в отдельных секционных печах колесных пар для вращения и продольного перемещения труб (см. рисунок 2.30).
1 - секции печи; 2 - водоохлаждаемый ролик;
3 - газовая горелка
и колесным (б) рольгангом
Определенные трудности вызывает нагрев в секционных печах труб с утолщенными концами, особенно с наружными утолщениями. Вопрос решается путем применения предварительного индукционного подогрева утолщенных концов.
Большая скорость нагрева труб в секционных печах достигается за счет значительного превышения температуры в печи по сравнению с заданной температурой нагрева металла. Так, при нагреве труб до 800 °C - 900 °C температура в секциях достигает 1300 °C и даже 1400 °C.
Регулировка температуры нагрева металла осуществляется изменением температуры в рабочем пространстве, числом работающих секций, скоростью движения трубы через печь. Удельное время нагрева труб в секционной печи при нагреве под нормализацию, закалку принимают в пределах 3 - 6 мин на 1 см толщины стенки.
Проходные печи с роликовым подом на российских трубных предприятиях применяются для нагрева труб под нормализацию, закалку и отпуск, а также предназначены для отжига труб в цехах по производству труб машиностроительного сортамента, изготавливаемых на ТПА с трехвалковым раскатным станом.
Печи загружаются пакетами труб, укладываемыми по всей активной ширине пода на гладкие цилиндрические ролики длиной до 3500 мм [38]. Внутрипечной рольганг, образуемый роликами, имеет групповой привод с двигателем постоянного тока, что обеспечивает изменение скорости перемещения труб через печь в широких пределах. Когда передние концы труб нагреваемого пакета подходят к окну выгрузки, ролики печного рольганга, загрузки и выдачи переводятся на рабочую скорость. На этой же скорости происходит загрузка печи, после чего печной рольганг переводят на рабочую скорость. В процессе нагрева трубы имеют возвратное перемещение за счет прямого и обратного вращений роликов на 1 - 2 оборота. Проходные роликовые печи являются универсальным печным агрегатом и могут работать по простому (непрерывное или периодическое движение труб через печь) или сложному режиму (нагрев, выдержка, охлаждение). Удельное время нагрева при нормализации, отпуске закаленных труб составляет 8 - 10 мин на 1 см толщины стенки. Недостатком таких печей является отсутствие вращения труб при нагреве, которое приводит к их значительному искривлению [38].
Печи с шагающими балками также получили широкое распространение для термической обработки труб на предприятиях РФ. Основные особенности этих печей следующие: обеспечение равномерного нагрева по сечению и длине не только гладких труб, но и труб с утолщенными концами; вследствие вращения трубы при нагреве имеют место минимальное искривление; возможно осуществление технологической выдержки. Печи с шагающими балками используются для нагрева труб под закалку, нормализацию, отпуск.
В зависимости от сортамента обрабатываемых труб в термических отделениях используют для нагрева под закалку и отпуск печи с шагающими балками или для нагрева под закалку - секционные печи скоростного нагрева, а для отпуска - печи с шагающими балками. Труба задается в печь по рольгангу, ролики которого расположены под углом 30° к оси задачи, что обеспечивает одновременное продольное перемещение трубы и ее вращение вокруг своей оси. Аналогичную конструкцию имеет и выдающий рольганг. В целом конструкция печей с шагающими балками для термической обработки труб аналогична конструкции печей подобного типа, предназначенных для нагрева заготовок в линии ТПА, описанной в 2.4.1.1.1. В современных печах на участках термоотделов подвижные балки печей помимо вертикального имеют и горизонтальное перемещение. Длина шага подвижных балок меньше расстояния между соседними ячейками неподвижных балок, что обеспечивает перекатывание трубы по откосу ячейки, обеспечивая равномерный нагрев трубы без искривления.
На участках термообработки российских предприятий бесшовные трубы охлаждают на воздухе, в воде. Полимерные закалочные среды, масло, другие жидкости при термической обработке бесшовных труб нефтяного сортамента, труб общего назначения на предприятиях РФ не получили широкого распространения и в настоящее время не применяются. Для охлаждения труб на воздухе используются удлиненные рольганги (наиболее распространены в роликовых печах при обработке тонкостенных труб) или, чаще всего, охладительные столы разных конструкций, обеспечивающие поштучное поперечное перемещение труб с их медленным вращением с целью предотвращения искривления. При необходимости ускоренного охлаждения применяют обдувку труб воздухом или водовоздушной смесью.
Для охлаждения труб в воде на участках термической обработки применяют ванны или специальные охлаждающие устройства (спрейеры) различной конструкции, установленные непосредственно за печами.
Наиболее распространенной является конструкция ванн, снабженных устройствами принудительной продувки внутреннего канала труб воздухом с целью освобождения их от пара и обеспечения беспрепятственного прохождения воды, а также механизмами вращения труб при вооружении в ванну для предотвращения их искривления. При замочке труб наблюдаются выбросы пара из внутренней полости трубы, поэтому объем воды в ванне должен быть достаточно велик, чтобы выбросы и всплески воды не выходили на поверхность. Закалка труб в ванне не позволяет изменять скорость охлаждения, обеспечить равномерный отвод тепла. Поэтому трубы после охлаждения в ванне имеют заметное коробление, которое в некоторой степени уменьшается путем вращения трубы в процессе закалки и при ее извлечении. Помимо искривления при закалке труб в ванне происходит и искажение поперечного сечения трубы - увеличивается овальность [38].
Спрейерные устройства соплового либо щелевого типа используются при охлаждении после нагрева под закалку тонкостенных труб, как правило, толщиной стенки менее 12 мм [15]. Наибольшее распространение на предприятиях РФ получили охватывающие трубу сопловые спрейеры, сочетающие в себе быстроту и равномерность охлаждения за счет подвода к поверхности изделия большого количества струй из сплошного потока воды. Сопловые спрейеры состоят из нескольких кольцевых коллекторов, по периметру которых расположены сопла, наклоненные к оси трубы (см. рисунок 2.31).
1 - кольцевой коллектор; 2 - сопла; 3 - подвод воды
Нагретые в закалочной печи трубы поштучно путем вращательного и поступательного движения попадают в спрейерную установку. Вода струями попадает на поверхность трубы, проходящей через спрейерное кольцо. Контакт струй воды с поверхностью механически разрушает паровую оболочку, а при достаточном давлении воды даже предотвращает ее образование. Скорость омывания трубы в спрейере почти в два раза выше, чем в ванне [38].
Состав и температура охлаждающей воды являются существенными факторами, определяющими однородность свойств металла, стабильность размеров получаемых изделий. Поэтому при сооружении термических отделений предусматривается замкнутый оборотный цикл воды с возможностью регулирования ее солевого состава, температуры. Наиболее требовательными к качеству воды являются спрейерные установки, что обусловлено их конструкцией - наличием сопел для подачи воды к поверхности изделия, засор которых, нарушающий равномерность охлаждения, вызывающий искривление труб, должен быть исключен. Вместе с тем преимуществом спрейерных устройств являются меньшая стоимость и небольшие размеры, простота, высокая производительность. Однако их применение ограничено сортаментом обрабатываемых труб: закалку толстостенных труб на термических участках трубных предприятий РФ проводят в ваннах либо используют закалочные устройства более сложной конструкции - спрейерные установки с наружным и внутренним спрейером, с помощью которых достигается двустороннее охлаждение стенки трубы.
Для придания стали заданных свойств трубы, закаленные на мартенсит, подвергают отпуску, который заключается в нагреве изделий ниже температуры превращения Ac1 и выдержке при данной температуре с последующим охлаждением на спокойном воздухе. При отпуске частично или полностью снимаются внутренние напряжения, повышаются пластические свойства, снижаются прочностные характеристики материала.
В результате термообработки вследствие структурных превращений в стали происходит увеличение периметра поперечного сечения трубы, неравномерный нагрев и охлаждение труб приводят к возникновению напряжений, которые вызывают деформацию поперечного сечения и коробление (искривление) труб [38]. Поэтому для обеспечения требуемой геометрии упрочненных труб термические отделения оборудуются средствами для исправления геометрии - калибровочными станами и правильными машинами. Для исключения повышения прочностных свойств материала, в соответствии с требованиями потребителей трубной продукции, процессы калибровки и правки осуществляют в теплом состоянии. Старые участки термической обработки труб, как правило, не укомплектованы калибровочными станами. На тех же участках, в составе которых действует данное оборудование, обычно используются трех- или пятиклетевые калибровочные станы. Калибровка труб проводится при температуре отпуска, обжатие труб по диаметру, как правило, не превышает 3% - 4% [38].
Для исправления непрямолинейности труб, возникшей вследствие их искривления, за калибровочными станами на участках термической обработки труб действуют станы для теплой правки труб (правильные машины). Наиболее распространенным способом правки в существующих технологических линиях на трубных предприятиях РФ является многократный изгиб, для осуществления которого применяются косовалковые правильные машины различной конструкции, в которых труба, совершая вращательно-поступательное перемещение, подвергается многократному упруго-пластическому изгибу. На предприятиях РФ функционируют правильные машины с 3 - 10 валками, наибольшее распространение получили шестивалковые правильные машины (см. рисунок 2.32) [38].
машине с косорасположенными валками
После операции правки трубы поступают на холодильник, где охлаждаются на спокойном воздухе. Для исключения искривления труб их охлаждение должно быть равномерным, поэтому при перемещении по холодильнику обеспечивается вращение труб.
При наличии в составе термоотдела установки неразрушающего контроля может осуществляться контроль наличия несплошностей, в зависимости от типа оборудования, на наружной, внутренней поверхности, в теле труб.
Контроль свойств труб, полученных в результате их термической обработки, осуществляется путем проведения механических испытаний: испытание на растяжение, испытание на удар (при необходимости). Также производится отбор образцов для проведения анализа химического состава стали, контроля коррозионных свойств (при необходимости), определения твердости с целью контроля прокаливаемости труб.
Заключительными технологическими операциями при производстве бесшовных труб, проводимыми на участках отделки, являются следующие основные операции и группы операций: контроль геометрических параметров и качества трубной продукции, в том числе неразрушающими методами контроля; механическая обработка концов труб с последующим контролем параметров нарезанной резьбы (при производстве нарезных труб - обсадных, насосно-компрессорных труб) либо фаски (при производстве гладких труб - нефтегазопроводных труб, труб общего назначения); сборка резьбового соединения (при производстве нарезных труб); испытание труб гидравлическим давлением (гидроиспытания); нанесение консервационного покрытия на наружную поверхность труб; маркировка, упаковка, сдача трубной продукции. Объем отделочных операций, в целом трудоемкость выполнения отдельных технологических операций определяются требованиями действующей нормативно-технической документации, технических условий и спецификаций и т.д., требованиями потребителей продукции. На рисунках 2.33 и 2.34 представлены схемы технологических процессов производства нарезных и гладких труб.
1 - входной контроль; 2 - ремонт труб (при необходимости);
3 - повторный контроль (после ремонта); 4 - нарезка резьбы,
контроль параметров резьбы; 5 - свинчивание труб с муфтами;
6 - гидроиспытание; 7 - навинчивание предохранительных
деталей; 8 - нанесение консервационного покрытия;
9 - измерение длины, взвешивание; 10 - маркировка труб;
11 - упаковка труб; 12 - складирование
нарезных труб на участке отделки
1 - входной контроль; 2 - ремонт труб (при необходимости);
3 - повторный контроль (после ремонта); 4 - торцовка труб,
контроль концов; 5 - гидроиспытание; 6 - нанесение
консервационного покрытия; 7 - измерение длины, взвешивание;
8 - маркировка труб; 9 - упаковка труб; 10 - складирование
гладких нефтегазопроводных труб на участке отделки
Возможность выполнения конкретных технологических операций может быть ограничена техническими характеристиками действующего на предприятии оборудования либо его отсутствием на участке. В таком случае отделочные операции могут реализовываться на стороннем предприятии, располагающем соответствующими техническими мощностями.
Поступающая на участки отделки труб продукция подвергается входному визуальному контролю, контролю геометрических параметров инструментальными средствами, в том числе контроль внутреннего диаметра труб с жесткой цилиндрической оправкой регламентированного диаметра (шаблонирование). Операция шаблонирования, в зависимости от сортамента производимой продукции, компоновки оборудования и реализованной технологической схемы, производится ручным или механизированным способом. Она осуществляется в процессе входного контроля труб либо в процессе производства труб между основными технологическими операциями, как правило, до либо после гидроиспытаний. Требования потребителей трубной продукции подразумевают в большинстве своем обязательное проведение контроля продукции неразрушающими методами (одним либо несколькими), в результате которых осуществляется контроль толщины стенки труб, обнаружение несплошностей на поверхности, в теле труб. При этом неразрушающему контролю могут подвергаться в отдельности тело и концы труб. Задача труб в линию контроля производится строго поплавочно. Геометрические испытания труб, объем и методы контроля соответствуют требованиям, предъявляемым потребителем продукции. Визуальный контроль наружной и внутренней поверхности труб осуществляется без применения увеличительных приборов при регламентированном уровне освещения в зоне контроля.
По результатам контроля трубы, имеющие дефекты, с отмеченными дефектными местами направляются на ремонтную зону либо транспортируются в изолятор брака. Ремонт труб, как правило, производится ручными шлифовальными пневматическими либо электрическими машинами, позволяющими обеспечить плавный переход зачищенной поверхности с контуром поверхности трубы. Для обрезки концов труб, имеющих дефекты либо отклонения по геометрическим параметрам, на предприятиях наибольшее распространение получили ленточные и дисковые пилы, трубоотрезные резцовые станки. После ремонта, обрезки концов все трубы проходят повторный контроль теми же методами контроля, которыми был выявлен дефект.
Дальнейшие технологические операции отделки труб различаются в зависимости от типа и назначения трубной продукции.
Производство нарезных труб (обсадных, насосно-компрессорных труб). При производстве нарезных труб последующей технологической операцией на участке отделки является нарезка резьбы. Большинство предприятий РФ снабжены станками с числовым программным управлением различной конструкции. Операция механической обработки концов труб осуществляется в зависимости от типа используемого оборудования на вращающихся либо неподвижных трубах. По результатам обработки труб на специальном рабочем месте осуществляется обработка резьбы абразивным инструментом для удаления отслаивающегося металла, окалины, которые могут вызвать заедание резьбы при свинчивании. Абразивная обработка резьбы производится, как правило, с помощью ручных шлифовальных машин. После зачистки резьбы, производится ее очистка с помощью сжатого воздуха, щеток, ветоши. Далее с помощью мерительного инструмента осуществляется контроль параметров резьбы, при использовании специального калиброванного инструмента (калибров) производится контроль натяга резьбы. В линиях современных участков при производстве трубной продукции с резьбовыми соединениями класса "Премиум" осуществляется дополнительный неразрушающий контроль концов труб - в основном магнитно-люминесцентным методом, в ходе которого поверхностные дефекты продольной либо поперечной, наклонной направленности выявляются визуальным способом по возникающим над ними характерным рисункам светящихся в ультрафиолетовом свете скоплений магнитно-люминесцентного порошка.
Перед свинчиванием трубы с муфтой производится нанесение опознавательных знаков свинчивания (треугольного клейма, полосы), определяющих положение торца муфты после силовой навертки. После нанесения консистентной резьбоуплотнительной смазки, обеспечивающей антифрикционные и герметизирующие функции, на поверхность резьбы муфтового конца производятся предварительное навинчивание и далее окончательное (силовое) докрепление муфты. Предварительное навинчивание муфт на трубы осуществляется вручную либо, наряду с силовым навинчиванием, на муфтонаверточном станке. От качества силового навинчивания муфт с трубой зависят герметичность и прочность соединения. Недокрепление муфты прежде всего сказывается на герметичности соединения, а также влияет на его прочность. Чрезмерное усилие навертки вызывает перенапряжение соединения, приводит к пластической деформации витков или даже срыву отдельных витков, что в конечном итоге снижает прочность соединения [38]. Стандартами качества сборки резьбовых соединений определяется положение торца муфты относительно конца сбега резьбы (определяется по отношению торца муфты к треугольному клейму). Также на практике дополнительно оцениваются силовые условия свинчивания по величине крутящего момента свинчивания, замеряемого при помощи моментомеров. Качественное свинчивание резьбовых соединений может быть обеспечено при контроле осевого перемещения торца муфты и величины момента свинчивания (диаграммы свинчивания).
Производство гладких труб (газлифтные трубы, нефтегазопроводные трубы, трубы общего назначения). При производстве гладких труб продукция, прошедшая операции входного контроля, подвергается обработке торцов. Данная операция выполняется на станках с числовым программным управлением. По результатам механической обработки труб производится контроль параметров фаски, торцевого притупления, а также перпендикулярности торцов труб, производится неразрушающий контроль наружной поверхности фаски, концов труб магнитно-люминесцентным методом.
Нарезные трубы с собранным резьбовым соединением, гладкие трубы для выявления негерметичности подвергаются испытанию внутренним гидравлическим давлением. По результатам гидроиспытаний трубы, при испытании которых отсутствовало истечение испытательной жидкости, падение испытательного давления, деформация стенки либо искривление трубы, направляются для проведения заключительных финишных операций, сдачи труб на склад трубной продукции.
На некоторых предприятиях РФ для повышения точности концов труб под нарезку резьбы в технологическую линию производства обсадных, насосно-компрессорных труб включается операция деформации (формоизменения, калибровки) концов труб на специальных прессовых установках. Выполнение данной операции обеспечивает изготовление тонкостенных труб, возможность использования при прокатке труб минусового поля отклонения по диаметру, снижение расхода металла при изготовлении толстостенных труб за счет проката труб по толщине стенки в минус [38]. При производстве гладких труб операция калибрования концов обеспечивает выполнение жестких требований потребителей трубной продукции, предъявляемых к точности геометрических параметров концов труб, подвергаемых автоматизированной сварке в условиях их эксплуатации.
Производство бурильных труб. Технологическая схема производства бурильных труб включает в себя операции, нехарактерные при изготовлении нарезных и гладких труб (см. рисунок 2.35).
1 - прокатка труб в линии ТПА; 2 - входной контроль;
3 - нагрев концов труб; 4 - высадка концов труб;
5 - термическая обработка труб; 6 - контроль качества;
7 - механическая обработка концов труб; 8 - приварка замков
трением, удаление грата; 9 - термическая обработка зоны
сварного соединения; 10 - механическая обработка зоны
сварного соединения; 11 - испытания, контроль качества зоны
сварного соединения; 12 - навинчивание предохранительных
деталей; 13 - измерение длины, взвешивание; 14 - нанесение
консервационного покрытия, маркировка труб;
15 - упаковка, складирование труб
бурильных труб
Высокие требования к качеству труб обуславливают тщательный их контроль после проката - размеры, качество поверхности контролируют визуально и средствами неразрушающего контроля.
Для нагрева концов перед высадкой до температуры деформации используют индукционный нагрев, который обеспечивает строго регламентированный по длине нагрев концевого участка трубы, позволяет полностью механизировать и автоматизировать процесс нагрева, получить высокое качество нагрева по толщине стенки, длине и периметру нагреваемого участка трубы.
Высадка концов труб в зависимости от размеров и вида утолщений осуществляется в один, два или несколько переходов с применением одного или нескольких нагревов. Число нагревов также зависит от типа высадочного оборудования. Практически с одного нагрева возможно выполнение двух переходов. Операцию высадки выполняют на горизонтально-ковочных машинах и гидравлических высадочных прессах. Широкое применение оборудования данного типа обусловлено возможностью получения утолщений различной конфигурации - внутрь, наружу или комбинированных. Высаженные концы труб контролируют визуально и с помощью методов неразрушающего контроля.
Далее все бурильные трубы подвергаются термической обработке. Для труб применяются различные режимы термообработки, зависящие от марки стали изготавливаемых труб, требований потребителей продукции. Для нагрева труб под нормализацию, закалку, отпуск используют газовые роликовые печи либо печи с шагающими балками описанной в 2.4.1.1.1 конструкции. При нагреве труб в роликовых печах концы труб предварительно подогреваются до 400 °C - 500 °C в индукторах с целью обеспечения равномерного нагрева тела трубы и высаженных концов. На некоторых участках для нагрева труб под закалку и отпуск применяют также индукционные установки. Трубы под закалку охлаждают в спрейерных установках с наружным либо наружным и внутренним спрейерами. Далее производят горячую правку труб при температуре 500 °C - 720 °C. После термообработки все трубы подвергаются неразрушающему контролю, для чего применяют ультразвуковые или электромагнитные установки, производят абразивную зачистку высаженных концов труб для удаления с наружной поверхности высаженной части труб облоя и окалины, после чего наружная и внутренняя поверхности высаженных концов дополнительно контролируются магнитным методом контроля.
По завершении операций термической обработки труб осуществляется подготовка бурильных труб к приварке соединительных деталей (буровых замков), которая заключается в механической обработке высаженных концов - проточке наружной поверхности, торцовке и расточке внутренней поверхности. При обработке удаляются дефекты на наружной и внутренней поверхностях, уменьшается их эксцентричность, обеспечивается перпендикулярность торцов, соответствие размеров утолщенных концов размерам хвостовиков привариваемых замков. Обработка концов труб, зажимаемых в станках различной конструкции, осуществляется вращающимися инструментальными головками, оснащенными твердосплавным инструментом.
Приварка буровых замков к трубам осуществляется методом трения путем пластической деформации нагретых трением поверхностей, отличающимся малой энергоемкостью, обеспечивающим стабильное качество сварного соединения, легко поддающимся автоматизации. При данном способе детали (торец высаженного конца бурильной трубы и бурильный замок) прижимаются друг к другу с постоянным или изменяющимся давлением и вращаются относительно друг друга. Сварка происходит при быстром прекращении вращения и сжатии деталей [38].
Машины сварки трением оснащены устройствами для снятия наружного и просечки внутреннего грата непосредственно после сварки в горячем состоянии.
Для получения требуемых свойств сварного соединения его подвергают термической обработке в индукторах. В зависимости от группы прочности и материала труб применяют нормализацию, нормализацию и отпуск, закалку и отпуск. При закалке трубы охлаждают в спрейерах. Чистовая механическая обработка наружной и внутренней поверхности зоны сварного соединения (чистовое удаление грата, выравнивание диаметров хвостовика замковой детали и высаженной части трубы) проводятся резцами на проточных расточных станках.
Проверка прочности сварного соединения бурильных труб осуществляется на гибочных прессах путем приложения усилия, составляющего 80% минимального предела текучести, в восьми точках по окружности сварного шва в направлении, перпендикулярном оси бурильной трубы. Заключительными операциями при производстве бурильных труб являются контроль сплошности сварного соединения на установках ультразвукового контроля, определение твердости шва и зоны термического влияния, контроль соосности бурильного замка и тела трубы, поштучное взвешивание и измерение длины труб, маркировка труб, нанесение консервационного покрытия на наружную поверхность труб, увязка труб в пакеты.
Испытание труб внутренним гидравлическим давлением (гидроиспытание) является заключительной операцией контроля нарезных (насосно-компрессорных, обсадных труб с навинченными муфтами) и гладких (нефтегазопроводных) труб. Цель гидроиспытания - проверка прочности тела трубы и герметичности муфтового соединения (для насосно-компрессорных и обсадных труб). Величина испытательного давления рассчитывается в соответствии с требованиями нормативно-технической документации, технических условий, спецификаций заказчика.
Время выдержки труб под давлением может составлять от 5 до 20 с. В случае появления течи по телу трубы или в резьбовом соединении, а также при падении испытательного давления, контролируемого автоматизированными системами либо визуально по манометру, труба бракуется.
Гидравлические испытания труб внутренним давлением проводятся на прессах различной мощности - давлением до 150 МПа. В качестве испытательной жидкости используется водный раствор СОЖ.
Уплотнение концов труб при гидравлическом испытании осуществляется по торцу трубы, по наружному диаметру трубы и муфты (для насосно-компрессорных и обсадных труб) либо гладкого конца трубы (для нефтегазопроводных труб) при помощи заглушек. Торцевое уплотнение применяется в прессах для испытания труб давлением до 29,4 МПа.
Производительность трубных испытательных прессов зависит от стойкости уплотнительных манжет. При уплотнении по наружному диаметру, манжеты работают в тяжелых условиях вследствие многократной деформации в осевом и радиальном направлении, изменения величин этих деформаций из-за отклонений наружного диаметра в пределах допусков, повышенного износа при возвратно-поступательном движении трубы. Влияние этих факторов усиливается при увеличении испытательного давления [32].
После гидроиспытаний, трубы на участке отделки перемещаются для проведения завершающих операций.
2.4.1.1.5 Финишная обработка
Завершающими операциями в процессе изготовления труб являются навинчивание предохранительных деталей (преддеталей), автоматический контроль длины и массы труб, нанесение консервационного покрытия на наружную поверхность труб, маркировка, упаковка, сдача трубной продукции. При этом операции нанесения защитного покрытия, измерения длины и массы, маркировки труб могут иметь различную последовательность, которая определяется типом оборудования и используемыми материалами, компоновкой оборудования участка, принятой технологической схемой производства.
Навинчивание предохранительных деталей. Предохранительные детали защищают фаску и торцы гладких труб, резьбу, упорные торцы и уступы, уплотнительные поверхности нарезных труб и муфт от повреждений в период их транспортировки и хранения. Они должны плотно и надежно закрепляться на резьбе, легко сниматься перед использованием труб при монтаже, иметь достаточную термостойкость при резких колебаниях температур окружающей среды, противостоять ударным нагрузкам, возникающим при погрузочно-разгрузочных работах.
В качестве предохранительных деталей в последнее время наибольшее распространение получили пластиковые детали, которые, при необходимости, для усиления конструкции выполняются с металлической обечайкой, выполняемой из тонкого стального листа, покрывающего тело детали. Конструктивно преддетали могут изготавливаться сквозными либо сплошными, предохраняющими внутреннее пространство труб от попадания сторонних предметов, влаги (при транспортировке труб на дальние расстояния, водным транспортом и пр.).
Предварительной обязательной операцией перед навинчиванием предохранительных деталей является нанесение на наружную поверхность резьбы труб и муфт консервационной смазки, предохраняющей поверхность резьбы от коррозии. По требованию потребителя взамен консервационной может быть использована резьбоуплотнительная смазка, обладающая консервационными свойствами. Смазки наносятся на очищенную от влаги поверхность резьбы трубы, муфты равномерно по всей поверхности вручную при помощи щетки.
В последнее время на предприятиях РФ активно ведется освоение полимерных материалов и технологии их нанесения. Данные материалы, однократно наносимые на поверхность резьбы труб и муфт, обеспечивают надежность резьбового соединения в различных условиях эксплуатации за счет повышения герметичности и износостойкости при многократном свинчивании и развинчивании соединения, отказ от консистентных смазок, содержащих тяжелые металлы, жиры, ингибиторы и пр., в результате чего исключаются дополнительные операции по удалению консервационных смазок в промысловых условиях, улучшаются условия работы буровых бригад, исключается попадание избыточной смазки в колонну и предотвращаются дорогостоящие операции по очистке ствола скважины, сокращается время и снижается трудоемкость спуска колонн [39], [40].
Измерение длины и массы труб на трубных предприятиях РФ производится автоматически при прохождении через установку измерения длины и массы. Измерение длины предварительно позиционированной трубы производится подвижной тележкой, определяющей с помощью встроенного детектора положение свободного конца трубы. Измерение массы трубы производится путем ее взвешивания. Трубы, несоответствующие по длине и массе требованиям заказа, транспортируются на участок брака.
Нанесение консервационного покрытия. По назначению защитные покрытия делятся на консервационные и эксплуатационные. Консервационные покрытия предназначены для защиты труб от атмосферной коррозии на период транспортировки и хранения. Для увеличения срока службы при работе в агрессивных средах, защиты от отложений солей и парафина при транспортировке различных продуктов, повышения пропускной способности на трубы наносятся эксплуатационные покрытия [50 - 52].
На участках отделки горячекатаных труб консервационные покрытия наносятся на наружную поверхность труб в один или два слоя. В качестве материалов, используемых в качестве консервационных покрытий, наибольшее распространение получили краски-модификаторы ржавчины на основе водной дисперсии синтетических полимеров и преобразователя ржавчины, лаки на основе акриловых смол и жидких полимеров, закрепляемые только под воздействием ультрафиолетового излучения (УФ-отверждаемые лаки).
Технология нанесения защитных покрытий включает операции подготовки поверхности труб, нанесения покрытий, их сушки.
Жидкие краски наносятся преимущественно методом безвоздушного, пневматического распыления, реже - кистью или валиком. Покраска предварительно нагретой трубы методом распыления производится в проходной окрасочной камере, где форсунками под давлением покрытие наносится на наружную поверхность труб. Далее в сушильной газовой камере производится сушка труб.
Нанесение на наружную предварительно подготовленную в камере очистки поверхность труб консервационного УФ-отверждаемого лака производится способом пневматического распыления. После нанесения в камере сушки при помощи УФ-ламп происходит закрепление покрытия.
Маркировка, упаковка, сдача труб. После выполнения основных технологических операций производится цветовое кодирование трубы и муфты путем нанесения полос определенного требованиями нормативно-технической документации цвета и количества.
Маркировка труб производится в соответствии с требованиями нормативно-технической документации на наружной поверхности труб по трафарету либо автоматической маркировочной машиной. Также может осуществляться маркировка труб клеймением.
Упаковка труб производится в зависимости от условий транспортировки труб к потребителю, а также требований к сохранению их качества. Трубы малых и средних диаметров упаковывают в круглые, треугольные или квадратные пакеты, масса которых определяется мощностью грузоподъемных средств поставщика и потребителя, а также видом транспортных средств. Увязка труб может производиться катанкой, металлическими либо пластиковыми лентами. Вид увязочного материала и схема увязки труб регламентируются требованиями нормативно-технической документации. Пакеты труб, по требованию потребителей, для удобства дальнейшей выгрузки из вагона снабжаются текстильными стропами.
Увязанные пакеты труб складируются в карманы на склад готовой продукции.
Производство муфт к обсадным и насосно-компрессорным трубам. Технологическая схема изготовления муфт к обсадным и насосно-компрессорным трубам предусматривает производство на линиях трубопрокатных агрегатов толстостенных труб (муфтовых заготовок), прокат которых осуществляется с припусками на механическую обработку по внутреннему и наружному диаметру, контроль труб. Для придания необходимых механических и эксплуатационных свойств муфтовые заготовки, при необходимости, подвергаются термической обработке по технологии и оборудовании, аналогичном применяемой технологии термической обработке труб, описанной в пункте 2.4.1.1.3.1. После проведения термообработки, осуществляется контроль качества, аттестация муфтовых заготовок на соответствие установленным техническим требованиям.
Далее муфтовые заготовки поступают на участки по производству муфт, где осуществляется полный технологический процесс производства муфт: порезка муфтовых заготовок на муфты требуемой длины, механическая обработка муфт на муфтообрабатывающих станках (обточка наружной поверхности, расточка внутренней поверхности, нарезка резьбы), контроль геометрических параметров резьбы, маркировка муфт, контроль муфт магнитно-люминесцентным методом.
Разрезка толстостенных муфтовых труб на мерные заготовки осуществляется на специальных муфтонарезных станках, дисковых или ленточных пилах. Муфто-обрезные резцовые станки аналогичны трубообрезным станкам. Дополнительно они оборудованы специальным упором и подающим механизмом.
Последующие операции обработки муфт: расточка внутренней поверхности заготовок, обработка торцов, нарезка резьбы на каждую половину муфты осуществляются с одной или нескольких установок. Число установок определяется составом оборудования, типом резьбы, группой прочности, качеством исходной заготовки. При необходимости муфтовые заготовки предварительно протачиваются. Выполнение данных операций осуществляется на специализированных поточно-механизированных линиях или на отдельно стоящих муфтообрабатывающих станках: специальных токарных станках с цикловым программным управлением, муфтонарезных станках с ЧПУ, станках с муфтонарезными патронами [38]. Действующие на предприятиях РФ муфтообрабатывающие станки отличаются конструктивными особенностями - применяются одно- и двухшпиндельные станки, горизонтального либо вертикального типа (с горизонтальным и вертикальным положением детали в процессе обработки соответственно), станки с поворотным патроном.
После проведения операций контроля геометрических параметров резьбы муфты, а также контроля качества наружной и внутренней поверхности муфт магнитно-люминесцентным методом, муфты поступают на участок для нанесения специальных покрытий. Данные покрытия позволяют исключить возможность заедания резьбы при свинчивании и тем самым обеспечивают многократное свинчивание без образования задиров и повреждения резьбы, повышают антикоррозионные свойства резьбового соединения [38].
Наибольшее распространение в настоящее время получили фосфатные покрытия резьбы, обладающие повышенными противозадирными свойствами и хорошей стойкостью в средах, содержащих сероводород. Процесс фосфатирования муфт осуществляется в ваннах.
Также в качестве защитных покрытий применяются цинковые, медные покрытия, наносимые электролитическим или термодиффузионным методом.
Заключительными технологическими операциями являются цветовое кодирование муфт, обозначающее группы прочности изделия, и маркировка (при необходимости).
2.4.1.2 Производство горячепрессованных труб
Производство прессованных труб осуществляют на горизонтальных трубопрофильных прессах. Технологическая схема прессования труб представлена на рисунке 2.36 [2].
1 - обточка; 2 - резка заготовок; 3 - сверление;
4 - обработка торцов, зенкерование; 5 - нагрев;
6 - гидросбив окалины; 7 - нанесение стеклосмазки;
8 - экспандирование; 9 - подогрев; 10 - гидросбив окалины;
11 - нанесение стеклосмазки, прессование, обрезка
пресс-остатка; 12 - охлаждение; 13 - термообработка
(при необходимости); 14 - травление; 15 - правка; 16 - резка
труб на мерные длины, обрезка концов, снятие фаски;
17 - неразрушающий ультразвуковой контроль;
18 - складирование труб
труб прессованием:
2.4.1.2.1 Подготовка заготовки
Для производства стальных труб на прессовых установках в основном используют кованый (коррозионностойкие, труднодеформируемые стали и сплавы), катаный (углеродистые, низко- и среднелегированные и шарикоподшипниковые стали), литой и непрерывнолитой металл.
Заготовку в виде штанг круглого сечения обрабатывают на токарных станках.
Для порезки прутков из углеродистых, легированных и нержавеющих марок стали на заготовки мерной длины используют пилы холодной резки или фрезерно-отрезные станки.
При обработке высоколегированных сталей и других тугоплавких сплавов центральное отверстие в заготовках для прессования труб выполняют сверлением. Сверленые заготовки применяются при производстве труб по технологии для экспандирования или прямого прессования. В тех случаях, когда сплавы трудно поддаются сверлению, центральное отверстие в заготовках может быть выполнено методами электроэрозионной обработки.
При прессовании труб из углеродистой стали, сверление заготовки не выполняют.
Обработка торцов заготовок осуществляется с использованием специальных станков. В современных цехах операции сверления, обточки, отрезки совмещены в одну линию и осуществляются на специальных станках-автоматах.
После контрольного осмотра производят подачу заготовок в контейнерах по маркам стали на загрузочную площадку нагревательного устройства.
Режим нагрева заготовок определяется в зависимости от марки стали, наружного и внутреннего диаметров заготовки и должен обеспечивать: минимальное количество окалины на поверхности металла; равномерность температуры заготовок по сечению и длине; получение заданной температуры нагрева.
На прессовых установках устанавливают газовые печи с вращающимся подом или индукционные печи с нагревом в окислительной атмосфере.
Для нагрева сплошных заготовок диаметром более 100 мм применяют индукционный нагрев токами промышленной частоты, для заготовок меньших сечений используют индукционный нагрев токами повышенной частоты.
После нагрева перед операцией прошивки с заготовок удаляют окалину, наличие которой на заготовке способствует увеличению коэффициента трения и снижению стойкости инструмента. Наиболее эффективным способом удаления окалины с поверхности заготовок является обработка водой высокого давления в установках гидросбива.
Затем на заготовки наносят технологическую смазку, в качестве которой применяют стекло.
2.4.1.2.2 Прошивка и экспандирование заготовок
При изготовлении труб прессованием полая гильза может быть получена тремя способами:
- сверлением отверстия в сплошной заготовке;
- экспандированием (расширением) предварительно сверленого отверстия;
- прошивкой сплошной заготовки на заданный размер.
Первый способ применяют для получения отверстий диаметром до 50 мм, второй - от 50 до 100 мм, третий - более 100 мм [2].
Прошивка сплошной заготовки на прошивном прессе, схема операций которой представлена на рисунке 2.37, заключается в следующем. Нагретую заготовку 1 с нанесенной технологической смазкой задают в контейнер пресса 4 (см. рисунок 2.37, б). На торец заготовки равномерным слоем наносят порошкообразную технологическую смазку. Пресс-штемпель 2 с находящейся в нем пресс-иглой 3 перемещают до соприкосновения его с металлом. Затем осуществляют подпрессовку заготовки для устранения зазоров между втулкой контейнера и заготовкой (см. рисунок 2.37, в). Жестко закрепленные до этого траверсы с пресс-штемпелем и пресс-иглой разъединяют. В результате этого пресс-игла 3 получает возможность независимого движения вниз для прошивки заготовки (см. рисунок 2.37, г). Прошивка донышка осуществляется следующим образом: прошивной наконечник пресс-иглы подходит на заданное расстояние к матрице 5, отверстие которой закрыто подпорной иглой 6. В этот момент подпорную иглу опускают и дают возможность прошивному наконечнику просечь донышко (см. рисунок 2.37, д). Затем пресс-иглу и пресс-штемпель поднимают в верхнее положение, а гильзу 7 выталкивают из контейнера с помощью подпорной иглы и убирают с оси пресса (см. рисунок 2.37, е).
а - подача заготовки на ось пресса; б - задача заготовки
в контейнер; в - подпрессовка заготовки; г - прошивка
заготовки; д - прошивка донышка; е - выдача
гильзы из контейнера
сплошной заготовки
Для получения гильз из высоколегированных сталей, а также гильз с более точными геометрическими размерами осуществляют операцию экспандирования, т.е. расширения центрального отверстия в предварительно сверленой заготовке с помощью наконечника иглы специальной формы (экспандера). В отличие от операции прошивки экспандирование осуществляют на заготовках с небольшим сквозным сверленым отверстием. Кроме того, экспандирование не требует подпрессовки заготовок и позволяет получать гильзы большей длины, чем при прошивке [2].
После задачи заготовки в контейнер пресса, в заходный конус расточенной заготовки подают смазку, через отверстие в заготовке с помощью пресс-иглы проталкивают экспандер. Во все время движения пресс-иглы подпорная игла находится в крайнем нижнем положении.
При прошивке и экспандировании: расширение отверстия за один проход - не более пятикратного; коэффициент вытяжки при экспандировании - не более 1,45; коэффициент вытяжки при прошивке - не более 1,6.
Прошивку сплошных заготовок и экспандирование полых заготовок осуществляют на вертикальных гидравлических прошивных прессах, обеспечивающих минимальную эксцентричность отверстия.
После прошивного пресса гильзы поступают в подогревательную печь для выравнивания температуры по сечению. Для подогрева применяют индукционные печи в горизонтальном или вертикальном исполнении.
В случае если гильзы подогревали в печах без защитной атмосферы, то перед прессованием с них удаляют окалину на установках гидросбива, подобных установкам, применяемым перед прошивным прессом.
После подогрева и сбива окалины на внутреннюю и наружную поверхности гильзы наносят смазку.
2.4.1.2.3 Прессование гильз
На трубопрофильных прессах трубы прессуют из гильзы за один рабочий ход. Подогретую гильзу с нанесенной технологической смазкой задают в контейнер пресса, устанавливают матрицу со смазочной пресс-шайбой, в гильзу вводят пресс-иглу и пресс-штемпелем выдавливают металл в кольцевой зазор. Затем пресс-штемпель, пресс-иглу и контейнер отводят назад, и пилой отрезают трубу от пресс-остатка, который вместе с пресс-шайбой выталкивают в специальный лоток. Втулку контейнера очищают, охлаждают, после чего описанный выше цикл повторяют.
Для повышения производительности, на прессах размещают два и более контейнера, работающих поочередно. Быстросъемный технологический инструмент (пресс-игла и матричное кольцо) после каждого прессования охлаждают и осматривают [2].
Для повышения производительности прессовых установок при производстве труб малых диаметров из углеродистых и низколегированных сталей применяют дальнейшее редуцирование труб на прокатном стане.
Перед редуцированием отрезают передний конец горячепрессованной трубы и подогревают ее для выравнивания температуры. Для подогрева используют газовые печи с шагающими балками. Редуцирование труб на заданный размер осуществляют на 22 - 24-клетьевых станах, работающих с натяжением. Обжатие по диаметру при редуцировании достигает 70% - 75%, по стенке - 30%. Длина труб после редуцирования составляет 150 - 170 м [2].
После редукционного стана трубы режут на мерные длины летучей пилой или стационарными салазковыми пилами и передают на охладительный стол, после которого производится отделка труб.
Дальнейшие технологические операции отделки и термообработки труб зависят от сортамента труб и технических требований к ним. Правку труб осуществляют на правильных прессах или ролико-правильных машинах.
После правки производят резку труб, торцы труб обрабатывают на специальных станках, трубы подвергают визуальному осмотру и испытаниям на дефектоскопах или гидропрессах. Признанные годными трубы маркируют, покрывают защитными покрытиями и упаковывают для транспортировки.
2.4.1.2.4 Химическая обработка труб
Оставшийся после прессования на поверхности изделия слой технологической смазки создает неблагоприятные условия при правке, затрудняет контроль качества поверхности и геометрических размеров.
Используют два способа удаления смазки и окалины с прессованных изделий: механический (с использованием дробеструйных и пескоструйных установок различных конструкций) и химический (травлением в растворах кислот). Оба метода являются трудоемкими и дорогостоящими.
Дробеструйные и пескоструйные установки чаще всего используют для обработки труб из углеродистых и легированных сталей. После обработки труб песком или дробью следуют операции промывки труб водой и обдувки труб сжатым воздухом.
Большее распространение получила химическая обработка. Как правило, используют две линии химической обработки: для обработки труб из углеродистых и легированных сталей и для обработки труб из коррозионностойких сталей и высоколегированных сплавов. Разница заключается в химическом составе рабочих растворов и режимах химической обработки.
Сформированная на передаточной тележке садка труб с промежуточного склада транспортируется к автоклаву и грейферными рычагами крана загружается в автоклав.
Обработку труб из углеродистых и легированных марок сталей проводят серно-плавиково-кислом растворе (раствор серной и плавиковой кислот), после чего трубы последовательно промывают в слабом растворе серной кислоты и в воде, затем проводят сушку потоком воздуха.
Обработку труб из коррозионностойких сталей и высоколегированных сплавов проводят по различным схемам в зависимости от класса стали или сплава. Так, например, трубы из стали аустенитного класса (08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т) обрабатывают сначала на линии химической обработки труб из углеродистых сталей, затем на линии химической обработки труб из нержавеющих сталей по схеме: травление в плавико-азотнокислом растворе 
промывка 
пассивирование в азотнокислом растворе 
промывка 
струйная промывка 
сушка потоком воздуха.
промывка пассивирование в азотнокислом растворе промывка струйная промывка сушка потоком воздуха.Используемые растворы кислот в процессе обработки труб подогревают, температура зависит от типа раствора - от 50 °C до 75 °C.
Протравленные сухие трубы на промежуточном складе попакетно разгружаются с тележки и укладываются в карманы, согласно маркировке.
2.4.1.2.5 Термическая обработка труб
Нормализацию, отжиг (отпуск) и закалку труб из углеродистых, легированных и нержавеющих сталей проводят в проходных четырехзонных роликовых печах. Перемещение труб в печи осуществляется с помощью 96 печных роликов со скоростью 7,6 - 46,5 м/ч. Для нагрева используются 89 двухпроводных горелок типа "труба в трубе", топливо - природный газ с теплотворной способностью 33500 кДж/м., производительность печи - 40 т/ч. Диаметр обрабатываемых труб - от 32 до 273 мм, толщина стенки 3 - 30 мм, длина труб 4 - 15 м.
Термообработка труб производится за один проход при непрерывном их перемещении. Для поддержания заданного режима термообработки температура рабочего пространства печи постоянно контролируется. При проведении отпуска труб работают только нижние горелки. Снижение и повышение температуры печи по зонам проводится плавно. Максимальная температура нагрева (при нормализации котельных труб из стали марки 12Х18Н12Т) - 1160 °C.
Выгрузка труб из печи осуществляется на рольганг выдачи, с которого трубы передаются на рольганг разгрузки, а затем с помощью шлеппера сбрасываются в накопительный карман. Для труб с толщиной стенки 10 мм и более применяются обдувочные вентиляторы, установленные по бокам разгрузочного рольганга.
2.4.1.2.6 Нарезка и обработка концов труб
Технология и оборудование для осуществления нарезки и обработки концов труб аналогичны технологии и оборудованию, представленным в 2.4.1.1.3.2.
В настоящее время на трубных предприятиях России изготавливают холоднодеформированные трубы наружным диаметром 0,3 - 426,0 мм с толщиной стенки 0,1 - 40,0 мм различной длины из углеродистых, легированных, высоколегированных. Производство труб осуществляется в соответствии с требованиями российской и зарубежной нормативно-технической документации.
Для холодной прокатки и волочения стальных труб применяют горячекатаные, горячепрессованные и электросварные заготовки различного сортамента [25]. При этом все трубы фасонного профиля, изготавливаемые холодной деформацией, получают из трубной заготовки круглого сечения. Заготовкой для малых станов ХПТ служат трубы, поступающие с больших станов ХПТ и трубоволочильных.
Особенностью процесса изготовления холоднодеформированных труб, как и всех процессов холодной деформации металла, является его ярко выраженная цикличность, связанная с необходимостью снятия упрочнения металла в процессе холодной обработки давлением. Таким образом, в технологической схеме производства холоднодеформированных труб можно выделить несколько основных циклов технологических операций:
- цикл операций по подготовки исходной заготовки к холодной деформации;
- цикл операций между операциями холодной деформации;
- цикл операций на трубах готового размера (финишные операции отделки).
Следует отметить, что число технологических операций и режимы их выполнения определяются особенностями материала труб (марка стали или сплава) и требованиями, предъявляемыми к готовой продукции, содержащимися в нормативно-технической документации (стандарты, технические условия и пр.). Так, например, при изготовлении холоднодеформированных труб из сложнолегированных сталей и сплавов используют преимущественно процесс холодной прокатки (ХПТ), а труб из углеродистых и низколегированных сталей - процесс волочения (ХВТ), который требует проведения острения переднего конца трубы (в трубном производстве эту операцию называют забивкой головки) и имеет отличия в применяемой технологической смазке. Кроме того, режимы проведения промежуточных операций термической обработки (для снятия наклепа), химической обработки и подготовки поверхности существенно зависят от особенностей материала труб. Для тонкостенных труб с большим соотношением размеров наружного диаметра к толщине стенки (D/S >= 40) нет альтернативы процессу холодной прокатки роликами (ХПТР).
Общая схема технологического процесса изготовления труб из углеродистых и низколегированных сталей показана на рисунке 2.38.
производства холоднодеформированных труб
из углеродистых и низколегированных сталей
2.4.2.1 Подготовка заготовки
Трубные заготовки, поступающие на изготовление холоднодеформированных труб, подвергаются комплексу подготовительных операций перед холодной прокаткой (см. рисунок 2.39) и перед волочением (см. рисунок 2.40).
холодной прокаткой:
1 - склад заготовок; 2 - инспекционный осмотр; 3 - обрезка
концов труб и разрезка заготовок; 4 - термическая обработка;
5 - набор труб в пакеты; 6 - травление; 7 - промывка водой;
8 - промывка внутренней поверхности в специальной камере;
9 - нейтрализация; 10 - сушка труб в печи; 11 - осмотр;
12 - ремонт заготовок с дефектами на шлифовальных станках;
13 - операции нанесения покрытий и смазки
1 - забивка головок; 2 - термическая обработка; 3 - набор
труб в пакеты; 4 - травление; 5 - промывка водой;
6 - промывка внутренней поверхности в специальной кабине;
7 - нанесение покрытий; 8 - сушка труб в печи; 9 - нанесение
смазочной жидкости
Трубные заготовки, поступающие в цех холодной прокатки или волочения, подвергаются инспекции - осмотру на стеллажах, с отбраковкой некачественной продукции, обмером труб и разметкой их для дальнейшей обработки, а также контроль марки стали методом искрения.
Трубные заготовки с наружными и внутренними дефектами подвергаются местному ремонту, обточке и расточке (используют также шлифование, дробеструйную обработку). В соответствии с картой раскроя производят резку труб-заготовок для получения требуемого размера длины либо на длину, соответствующую габаритам входных столов станов ХПТ, производят зачистку торцов. У заготовок из высоколегированных сталей и сплавов производят обточку и расточку внутренней или наружной поверхности.
После каждой операции расточки (обточки) поверхности трубы-заготовки производится обезжиривание, химическая обработка и осмотр обработанной поверхности. Внутренняя поверхность трубы осматривается перископом. При необходимости производится ремонт путем проведения повторной механической обработки и, соответственно, повторения всех перечисленных операций.
Трубные заготовки из легированных и высоколегированных сталей подвергают предварительной термической обработке. В зависимости от состава стали и назначения труб применяют отжиг, нормализацию, закалку, отпуск, иногда двойную термическую обработку: закалку или нормализацию с последующим отпуском. Далее осуществляют правку труб.
Большую роль в получении холоднодеформированных труб высокого качества играет химическая обработка поверхности заготовок перед деформацией. Травление заготовок из углеродистых сталей производят в кислотных растворах, заготовок из легированных и высоколегированных сталей - в щелочно-кислотном растворе. После травления, для удаления с поверхности заготовок продуктов травления, пакеты трубных заготовок многоразовым погружением промывают в ванне с горячей и затем с холодной водой в течение 7 - 9 мин. Далее заготовки сушат в камерах при температуре 150 °C - 180 °C в течение 20 - 30 мин.
Перед холодной прокаткой или волочением на поверхности труб-заготовок наносят специальные покрытия - омеднение, фосфатирование, оксалатирование - для уменьшения трения и усилий при волочении или холодной прокатке, а также с целью получения высококачественных труб без задиров, рисок и других дефектов.
После нанесения технологической смазки трубы-заготовки поступают на холодную деформацию.
2.4.2.2 Холодная прокатка
Деформацию заготовки в процессе холодной прокатки труб (ХПТ) проводят в один или несколько циклов в зависимости от ее геометрических размеров, пластических свойств обрабатываемого металла, размеров и требований к качеству готовых труб. Каждый цикл, кроме основной операции - деформации, включает термическую обработку труб с целью восстановления пластических свойств, а также химическую обработку с целью подготовки поверхности к новому циклу.
На рисунке 2.41 представлена принципиальная схема процесса прокатки на стане ХПТ. Процесс прокатки на стане ХПТ близок к процессу горячей пилигримовой прокатке. Отличие в том, что деформация участка металла происходит на неподвижной конической оправке, укрепленной на переднем конце стержня, при неподвижной заготовке и возвратно-поступательном движении рабочей клети.
1 - коническая оправка; 2 - кольцевой зазор; 3 - ручей
калибров; 4 - прокатываемая труба; 5 - калибр; 6 - рабочие
валки; I - переднее, II - заднее положение клети
Наибольшая деформация поперечного сечения за один проход при холодной прокатке труб из углеродистых и низколегированных сталей достигает до 85%, по наружному диаметру - до 50%, по стенке - до 70%, коэффициент вытяжки - до 6.
Прокатка на стане ХПТ имеет периодический характер, так как труба прокатывается отдельными участками по ее длине. Формоизменение заготовки происходит следующим образом. В исходном положении клети заготовка с помощью подающего механизма подается в валки в направлении прокатки на величину m. При рабочем ходе клети калибры соприкасаются с трубой, редуцируя ее по диаметру до соприкосновения внутренней поверхности с оправкой, затем осуществляется раскатка стенки на оправке. В момент выхода валка из соприкосновения с трубой, осуществляется поворот трубы вместе с оправкой вокруг оси на 60 - 90°, после чего производится обратный ход клети. Наличие обратного хода при холодной прокатке труб позволяет в значительной мере разгрузить прямой ход клети и дает возможность увеличить подачу металла. При обратном ходе труба дополнительно раскатывается, приобретая цилиндрическую форму, и отходит от оправки. Для свободной подачи и поворота трубы в крайнем заднем и переднем положениях клети, калибровкой валков предусмотрены холостые участки с большой глубиной ручья - зевы.
Техническая характеристика станов ХПТ приведена в таблице 2.19.
Таблица 2.19
Параметры | Типы станов | |||
ХПТ-32 | ХПТ-55 | ХПТ-75 | ХПТ-90 | |
Наружный диаметр заготовки, мм | 22 - 46 | 38 - 76 | 57 - 102 | 57 - 108 |
Толщина стенки заготовки, мм | 1,3 - 6,0 | 1,75 - 12,0 | 2,5 - 20,0 | 2,5 - 20,0 |
Длина заготовки, м | 1,5/5,0 | 1,5/5,0 | 1,5/5,0 | 1,5/5,0 |
Наружный диаметр готовой трубы, мм | 16 - 32 | 25 - 55 | 40 - 90 | 40 - 90 |
Толщина стенки готовой трубы, мм | 0,4 - 5,0 | 0,5 - 10 | 0,7 - 18 | 0,75 - 18 |
Длина хода рабочей клети, мм | 452 | 625 | 405 | 705 |
Диаметр валков, мм | 300 | 364 | 434 | 434 |
Длина оправки, мм | 530 | 660 | 745 | 745 |
Число двойных ходов в минуту | 80 - 150 | 68 - 130 | 60 - 100 | 60 - 100 |
Между операциями (проходами) холодной прокатки на станах ХПТ, предусмотренными маршрутом изготовления труб из коррозионностойких сложнолегированных сталей и сплавов, выполняют следующий цикл операций: порезка на длины согласно маршрутной карте 
удаление остатков технологической смазки с поверхности трубы после предыдущего прохода на стане ХПТ 
термическая обработка труб для снятия наклепа металла 
осветление 
правка 
подрезка концов, продувка сжатым воздухом 
осмотр перископом (при необходимости - проведение повторной химической или дробеструйной обработки, возможно шлифовки) 
окончательный осмотр 
химическая обработка 
нанесение технологической смазки.
удаление остатков технологической смазки с поверхности трубы после предыдущего прохода на стане ХПТ термическая обработка труб для снятия наклепа металла осветление правка подрезка концов, продувка сжатым воздухом осмотр перископом (при необходимости - проведение повторной химической или дробеструйной обработки, возможно шлифовки) окончательный осмотр химическая обработка нанесение технологической смазки.2.4.2.2.2 Холодная прокатка на станах ХПТР
Роликовые станы периодического действия предназначены для холодной прокатки особотонкостенных труб диаметром 4 - 120 мм с толщиной стенки 0,03 - 3 мм.
Схема стана ХПТР изображена на рисунке 2.42. Схема деформации металла на роликовых станах холодной прокатки труб ХПТР аналогична холодной прокатке труб на валковых станах. Трубы прокатываются на цилиндрической оправке, диаметр которой соответствует внутреннему диаметру готовой трубы, с помощью трех или четырех рабочих роликов, по периметру которых нарезан круглый ручей постоянного радиуса, равного радиусу готовой трубы.
1 - трубная заготовка; 2 - цилиндрическая оправка;
3 - ролики; 4 - опорные планки; I - переднее,
II - заднее положение клети
Особенностью роликовых станов является сложное возвратно-поступательное движение, в котором находятся ролики с сепаратором и опорные планки с рабочей кареткой (клетью).
В процессе прокатки ролики сближаются, перекатываясь по наклонным плоскостям направляющих планок, и обжимают трубу на оправке. В конце обратного хода каретки, когда цапфы роликов освобождаются от давления направляющих планок, производится поворот трубы на 60° (в трехроликовых клетях) или на 45° (в четырехроликовых клетях) и подача ее вперед. Далее цикл повторяется.
ИС МЕГАНОРМ: примечание. В официальном тексте документа, видимо, допущена опечатка: рисунок 12 отсутствует. |
Схемы действия сил и напряженного деформированного состояния при холодной прокатке на роликовых станах аналогичны схемам действия сил и напряженного деформированного состояния на станах ХПТ, приведенных на рисунке 12. Однако следует отметить следующие особенности. В результате использования на стане ХПТР ручья постоянного радиуса на большей длине рабочего конуса калибр, образованный роликами, не является замкнутым. Чем ближе к началу рабочего конуса, тем больше зазор между ребордами соседних роликов, в результате чего заключенный между роликами металл подвергается внеконтактной деформации. Известно, что это сопровождается увеличением давления в очаге деформации и возникновением значительных растягивающих напряжений непосредственно во внеконтактных зонах деформации, а соответственно и снижением пластичности деформируемого металла. Кроме того, к росту давления обрабатываемого металла на ролики приводит и несовпадение кривизны ручья и рабочего конуса, и соответственно - неравномерность обжатия металла по дну и боковым поверхностям ролика.
Техническая характеристика станов ХПТ приведена в таблице 2.20.
Таблица 2.20
Параметры | Тип стана | |||
ХПТР-8-15 | ХПТР-15-30 | ХПТР-30-60 | ХПТР-60-120 | |
Наружный диаметр заготовки, мм | 15 - 17 | 16 - 33 | 32 - 65 | 63 - 127 |
Наружный диаметр готовой трубы, мм | 8 - 15 | 15 - 30 | 30 - 60 | 60 - 120 |
Толщина стенки заготовки, мм | 0,12 - 2,5 | 0,2 - 3,0 | 0,4 - 4,0 | 0,6 - 5,0 |
Толщина стенки готовой трубы, мм | 0,1 - 1,5 | 0,12 - 2,0 | 0,3 - 3,5 | 0,5 - 4,5 |
Длина заготовки, м | 1,5 - 4 | 1,5 - 5 | 1,5 - 5 | 1,5 - 5 |
Величина редуцирования (макс.), мм | 2 | 3 | 5 | 7 |
Коэффициент вытяжки (макс.) | 3,0 | 3,5 | 3,5 | 3,5 |
Диаметр ролика, мм | 52 | 62 | 83 | 180 |
Производительность, м/ч | 21 - 37 | 10 - 35 | 20 - 35 | 10 - 35 |
С целью интенсификации режимов деформации при прокатке нержавеющих и жаропрочных сталей, применяют способ теплой прокатки труб, предусматривающий использование индуктора для подогрева труб перед очагом деформации.
Между операциями (проходами) холодной прокатки на станах ХПТР, предусмотренными маршрутом изготовления труб из коррозионностойких сложнолегированных сталей и сплавов, выполняют цикл операций аналогично циклу операций между проходами на станах ХПТ (см. 2.4.2.2.1).
2.4.2.3 Волочение
Волочение, как способ производства холоднодеформированных труб получил распространение при обработке углеродистых и низколегированных сталей ввиду: простоты оборудования и процесса; высокой скорости обработки одной единицы продукции и обеспечения ее высокой точности. К недостаткам этого процесса относят: многопроходность (максимальная степень деформации за один проход не превышает 50%); наличие большого числа вспомогательных операций и более высокий расход металла в сравнении с прокаткой.
Повышенный расходный коэффициент, обусловленный необходимостью потерь металла на обрезь волочильных головок, не столь значительно влияет на себестоимость труб из простых марок стали.
В практике производства труб из нержавеющих и сложнолегированных марок стали данный способ не находит широкого распространения и применяется только в виде завершающей операции безоправочного волочения в случаях, когда размер готовой трубы меньше минимально возможного для производства на станах ХПТ. Ограниченное применение волочения при производстве труб из нержавеющих, сложнолегированных сталей и сплавов объясняется большим сопротивлением деформации и повышенным упрочнением металла, что повышает многопроходность процесса. Кроме того, повышается вероятность налипания металла заготовки на деформирующий инструмент и нанесения поверхностных дефектов.
Наиболее распространены следующие способы волочения (см. рисунок 2.43).
а - без оправки; б - на короткой неподвижной оправке;
в - на длинной подвижной оправке;
г - на самоустанавливающейся оправке; 1 - исходная
заготовка; 2 - волока; 3 - готовая труба; 4 - оправка
Безоправочное волочение (см. рисунок 2.43, а) - волочение труб, при котором внутренняя поверхность заготовки при протягивании не контактирует с технологическим инструментом. Применяются чаще для промежуточных проходов с целью уменьшения наружного диаметра протягиваемых труб. В ряде случаев (трубки малого диаметра вплоть до капиллярных, достигнутый минимальный D = 0,1 мм) его используют и как отделочную операцию. Недостатки безоправочного волочения - низкое качество внутренней поверхности труб и большая разнотолщинность стенки трубы после волочения.
Короткооправочное волочение (см. рисунок 2.43, б) - с обработкой внутренней поверхности заготовки короткой цилиндрической (цилиндроконической) оправкой, удерживаемой в очаге деформации стержнем, закрепленным на станине волочильного стана. Волочение на короткой (неподвижной) оправке применяют для уменьшения наружного диаметра и толщины стенки трубы, а также для улучшения чистоты внутренней поверхности трубы (достигается минимальная шероховатость Ra = 0,14 мкм).
Длиннооправочное волочение (см. рисунок 2.43, в) - протягивание через волоку заготовки с длинной (подвижной) недеформируемой оправкой, которую затем извлекают из трубы. Волочение на длинной (подвижной) оправке используют для уменьшения диаметра и толщины стенки, изготовления труб диаметром менее 40 мм с очень тонкими стенками (s = 0,1 мм и менее). Серьезным фактором, сдерживающим применение процесса волочения на подвижной оправке, является необходимость осуществления после волочения трудоемких операций по снятию трубы с оправки.
Волочение на самоустанавливающейся (плавающей) оправке (см. рисунок 2.43, г) - с обработкой внутренней поверхности заготовки незакрепленной (плавающей) самоустанавливающейся оправкой, удерживаемой в очаге деформации уравновешиванием действующих на нее втягивающих и выталкивающих сил. Волочение на плавающей оправке применяют: для изготовления труб большой длины, а также в случаях, когда необходимо разгрузить стержень для крепления оправки от осевых усилий и устранить его вибрацию. При этом способе волочения достигается улучшение качества внутренней поверхности труб и повышение стойкости оправок.
Бухтовое волочение труб - волочение труб из заготовки, смотанной в бухту и (или) со сматыванием протянутой трубы в бухту на волочильном стане барабанного типа. При этом применяются как оправочное (плавающая, самоустанавливающаяся оправка), так и безоправочное волочение на трубоволочильных бухтовых станах и барабанах. Данным способом получают трубы диаметром 1 - 70 мм с толщиной стенки 0,2 - 3,0 мм. Скорость волочения - до 30 м/с, длина труб - до 6000 м.
Профилировочное волочение - волочение труб некруглой (фасонной) формы.
Волочение с раздачей трубы - предусматривает увеличение внутреннего диаметра.
Наибольшая деформация поперечного сечения за один проход при холодном справочном волочении труб из углеродистых и низколегированных сталей - до 40%, но не более 16 мм по наружному диаметру, по стенке - до 1,25 мм. Коэффициент вытяжки - до 1,8. Наибольшая деформация поперечного сечения за один проход при холодном безоправочном волочении - до 30%, но не более 10 мм по наружному диаметру. Коэффициент вытяжки до 1,45.
Волочение осуществляют на волочильных станах различного типа, включающих в себя комплекс оборудования, обеспечивающего прием пакета или бунта заготовок, передачу труб и оправок, задачу труб в волоки и уборку готовых труб. Также почти все станы снабжены устройствами для формирования головок перед волочением. Операция формирования головок является аналогом операции острения проволоки или прутка, описанной в пункте 2.3.1.5.1.
По способу волочения трубоволочильные станы подразделяют на безоправочные, на коротко-длинной оправке, станы для раздачи труб. По типу привода - на цепные, реечные станы, станы с гидравлическим и канатным приводом, барабанного типа, полунепрерывные и непрерывные станы.
Наибольшее распространение получили цепные станы, отличающиеся величиной тягового усилия. В РФ работает большое количество цепных волочильных станов с тяговым усилием от 2 до 1500 кН. На современных цепных станах можно протягивать трубы длиной 14 - 50 м со скоростью волочения 45 - 120 м/мин. В таблице 2.21 приведены технические характеристики широко используемых цепных станов холодного волочения труб (ХВТ).
Таблица 2.21
Параметр | Усилие волочения, кН | ||||
30 | 80 | 150 | 300 | 600 | |
Количество одновременно протягиваемых труб | 1 - 2 | 1 - 2 | 1 - 2 | 1 | 1 - 2 |
Диаметр труб после волочения, мм | 5 - 20 | 5 - 38 | 14 - 60 | 25 - 60 | 38 - 80 |
Максимальная длина труб после волочения, мм | 8,5 | 14 | 14 | 20 | 21 |
Скорость волочения, м/сек | 0,1 - 0,7 | 0,25 - 1,3 | 0,25 - 1,7 | 0,17 - 1,0 | 0,17 - 2,0 |
Скорость возврата тележки, м/сек | 0,7 - 1,0 | 0,6 - 1,16 | 1,0 - 3,0 | 3 | 3 |
Широкое применение находит волочение труб в бунтах - бухтовое (барабанное) волочение. Трубы в бунтах изготовляют малого диаметра с толщиной стенки 0,5 - 1,0 мм и ниже из заготовки, имеющей стенку толщиной 2,5 - 3,5 мм. Волочение на барабанах производят только на плавающих оправках, а в качестве заключительной операции используют безоправочное волочение.
В сравнении с волочением на станах прямолинейного типа при бухтовом волочении длина готовых труб увеличивается до 100 - 300 м.
В последнее время получают развитие полунепрерывные и непрерывные волочильные станы, сведения о которых приведены в пункте 2.3.1.5.2. Станы полунепрерывного действия создают на базе цепных волочильных станов, с учетом того, что волочение ведется попеременно двумя или более волочильными тележками. Станы непрерывного действия по способу захвата заготовки делят на две группы: станы тракового и кареточного типов. В станах тракового типа захват изделия производится элементами двух цепей с нереверсивным приводом, в станах кареточного типа изделие захватывается клиновыми плашками, установленными в корпусе каретки. На непрерывных волочильных станах в основном производят безоправочное волочение. При этом устраняются операции изготовления концевых захватов (уменьшается расход металла) и правки. Производительность непрерывного волочильного стана примерно в 4 раза выше, чем у цепного волочильного стана.
Перед волочением труб из коррозионностойких сложнолегированных сталей производятся следующие операции (нанесение покрытий не выполняют): порезка на заданные длины 
удаление остатков смазки после теплой прокатки 
термическая обработка 
осветление (если термообработка труб проводилась в печах с окислительной атмосферой) 
правка 
подрезка концов, снятие заусенцев и продувка сжатым воздухом 
химическая обработка 
осмотр внутренней поверхности труб перископом, при необходимости - проведение ремонта 
окончательный осмотр труб.
удаление остатков смазки после теплой прокатки термическая обработка осветление (если термообработка труб проводилась в печах с окислительной атмосферой) правка подрезка концов, снятие заусенцев и продувка сжатым воздухом химическая обработка осмотр внутренней поверхности труб перископом, при необходимости - проведение ремонта окончательный осмотр труб.Забивка головок производится на ковочных машинах. Регламент проведения данной операции оговаривает диаметр и длину забиваемой головки, плавность перехода, отсутствие на поверхности трещин, выступов, ребер и др. дефектов.
Между операциями (проходами) волочения на станах ХВТ, предусмотренными маршрутом изготовления труб из коррозионностойких сложнолегированных сталей и сплавов, выполняют цикл следующих операций: обрезка головок, порезка труб на заданные длины 
обезжиривание 
термическая обработка 
осветление 
правка 
подрезка концов, снятие заусенцев и продувка сжатым воздухом 
химическая обработка 
осмотр внутренней поверхности труб перископом, при необходимости - проведение ремонта 
окончательный осмотр 
забивка головок.
обезжиривание термическая обработка осветление правка подрезка концов, снятие заусенцев и продувка сжатым воздухом химическая обработка осмотр внутренней поверхности труб перископом, при необходимости - проведение ремонта окончательный осмотр забивка головок.2.4.2.4 Химическая обработка
В цикле химической обработки холоднодеформированных труб, проводимой в травильных отделениях трубоволочильных цехов, проводят следующие основные операции: удаление окалины с поверхности горячедеформированной трубы и труб промежуточных размеров, нанесение смазывающих покрытий, удаление остатков смазки (обезжиривание), защита поверхности от коррозии (пассивация и консервация).
Травление труб из углеродистых, малолегированных сталей производят в основном в водных растворах серной кислоты. Травление коррозионностойких высоколегированных сталей и сплавов осуществляют чаще всего комбинированным щелочно-кислотным способом. Для осветления труб широко применяют смесь плавиковой (фтористо-водородной) и азотной кислот, селитровые или серно-соляно-азотнокислые растворы. Основной принцип пассивации - создание на поверхности труб тонкой окисной пленки, для чего используют растворы тринатрийфосфата (8% - 15%), иногда с добавкой фосфорной кислоты, температура раствора 60 °C - 80 °C, время выдержки 5 - 10 мин. Консервации подвергают котельные трубы из углеродистых и низколегированных марок стали, применяя при этом раствор нитрита натрия с добавкой жидкого стекла. Данный раствор токсичен, поэтому его применение крайне ограничено. Промывку производят в ваннах с холодной проточной водой, для чего пакеты труб погружают в ванну и осуществляют периодическое покачивание пакета. Кроме того, трубы промывают струей воды из брандспойта. В отдельных случаях используют ванны с горячей водой при температуре 70 °C - 90 °C. Эти же ванны используют для нагрева труб при сушке на воздухе после обезжиривания и пассивации. Трубы из коррозионностойких высоколегированных сталей и сплавов после нанесения смазки помещают в сушильные камеры (180 °C - 200 °C) на 40 - 120 мин.
Все операции химической обработки проводят попакетно в ваннах с соответствующими растворами. Пакеты транспортируют кранами. Ванны снабжены средствами контроля и регулирования температуры раствора. Состав раствора в ванне контролируют путем отбора проб, в современных ваннах используют автоматический контроль.
Перед холодной прокаткой заготовка поступает в травильное отделение, где пакеты заготовок подвергаются химическому травлению для очистки наружной и внутренней поверхности труб от окалины, образующейся при горячей прокатке, с последующим нанесением смазки.
Перед волочением заготовка подвергается заковке концов и затем поступает в травильное отделение. Основные технологические операции в травильном отделении: набор пакетов труб в скобы с помощью мостового крана; травление в растворе серной кислоты; промывка в холодной проточной воде; омеднение в растворе медного купороса; промывка в горячей воде; фосфатирование в растворах азотной, фосфорной кислот и цинковых белил; нейтрализация в содовом растворе; сушка на воздухе; нанесение смазки. Смазки - мыльный и графито-селитровый растворы, кубитрак и др., наносимые на медный подсмазочный слой. Ряд смазок не требует нанесения подсмазочного слоя.
После термообработки труб в окислительной атмосфере на промежуточных размерах, снова осуществляется операция химической обработки и нанесения смазки. Обезжиривание труб из высоколегированных сталей и сплавов в щелочных растворах и осветление в кислотных растворах проводится для предотвращения науглероживания в процессе последующей термообработки, приводящего к межкристаллитной коррозии, и получения чистой поверхности после термообработки.
Травление (раствор плавиковой и азотной кислот, раствор серной кислоты 60 - 240 г/л и хлорида натрия 10 - 40 г/л) и осветление труб проводятся, главным образом, для труб из высоколегированных сталей и сплавов, прошедших термообработку в печах без использования безокислительной атмосферы или в вакууме.
При проведении травления труб-заготовок из сталей аустенитно-ферритного класса на промежуточных и готовых размерах после термообработки выполняют следующие операции: обработка в сернокислом растворе (температура раствора 45 °C - 75 °C) 
промывка холодной водой 
обработка в щелочном расплаве (температура расплава 450 °C - 500 °C) 
промывка холодной водой 
обработка в азотно-плавиковом растворе (температура раствора 45 °C - 60 °C) 
промывка холодной водой 
промывка водой из брандспойта 
обработка в азотнокислом растворе (температура раствора 40 °C - 60 °C) 
промывка холодной водой 
промывка водой из брандспойта 
сушка.
промывка холодной водой обработка в щелочном расплаве (температура расплава 450 °C - 500 °C) промывка холодной водой обработка в азотно-плавиковом растворе (температура раствора 45 °C - 60 °C) промывка холодной водой промывка водой из брандспойта обработка в азотнокислом растворе (температура раствора 40 °C - 60 °C) промывка холодной водой промывка водой из брандспойта сушка.2.4.2.5 Термическая обработка
Термическая и назначения труб обработка не только одна из завершающих технологических операций при производстве труб готовых размеров, но и промежуточная между операциями. В первом случае она призвана обеспечить комплекс требуемых механических характеристик готовой трубы, а во втором - восстановить пластические свойства металла до уровня, позволяющего проводить дальнейшую холодную деформацию.
В зависимости от химического состава стали применяют одинарную (отжиг, нормализация, закалка или отпуск) или двойную (закалка или нормализация с последующим отпуском) термическую обработку.
В зависимости от режима применяют секционные, проходные с роликовым подом или камерные печи (при длительной термообработке).
Для получения необходимых механических свойств и структуры металла трубы подвергаются термообработке после пластической деформации. Термообработка (нормализация) осуществляется в проходных газовых печах с окислительной атмосферой и в печах с радиантными трубами с защитной атмосферой при температуре 920 °C - 990 °C (трубы со светлой поверхностью, электрополированные трубы). Для окончательной термообработки труб используют также электрические печи, электроконтактные и вакуумных печи. Последние применяют с целью снижения угара металла и уменьшения количества последующих технологических операций (включая операцию травления), поскольку отсутствие безокислительного отжига предопределяет повышенную величину угара металла (за одну термообработку угар составляет 0,74% - 1,0%) и требует проведения дополнительных технологических операций.
В зависимости от требований НТД часть труб подвергают отпуску при температуре 500 °C - 750 °C и отжигу в проходной электрической печи.
Проходные газовые печи с окислительной атмосферой и камерная газовая печь характеризуются большим расходом газа, сложными условиями работы обслуживающего персонала, а электропечи - низкой производительностью, повышенным расходом электроэнергии.
Термическую обработку труб из коррозионностойких сложнолегированных сталей предпочтительно проводить в вакууме.
Для котельных труб из низколегированных перлитных и хромистых сталей применяют нормализацию с отпуском. Толстостенные трубы крупных размеров подвергают регламентированному охлаждению при нормализации, а трубы из аустенитных сталей - аустенизации при температуре 1120 °C - 1140 °C с последующим охлаждением в воде или на воздухе.
В качестве защитных атмосфер используют водород, аргон, диссоциированный аммиак и экзотермический газ, полученный неполным сжиганием промышленных горючих газов.
2.4.2.6 Отделочные операции на готовой трубе
На готовом размере проводятся следующие операции по отделке и сдаче труб (на примере труб из коррозионностойких сложнолегированных сталей):
- порезка на заданные длины, обрезка головок труб после волочения;
- удаление остатков технологической смазки после прокатки на станах ХПТ или обезжиривание труб после прокатки на станах ХПТР и волочения;
- окончательная термическая обработка;
- осветление (для труб, прошедших термообработку в печах с окислительной атмосферой);
- правка;
- обезжиривание;
- осмотр внутренней поверхности перископом, при необходимости ремонт травлением или дробеструйной обработкой, осмотр после ремонта;
- осмотр наружной поверхности, контроль толщины стенки, при необходимости ремонт шлифованием с последующим обезжириванием, осмотр после ремонта;
- отбор образцов для испытаний, маркировка труб, подрезка концов, снятие заусенцев, продувка сжатым воздухом;
- химическая обработка;
- ультразвуковой контроль труб;
- вырезка дефектных участков, подрезка концов труб, порезка на длины, установленные заказчиком, зачистка заусенцев, продувка сжатым воздухом;
- контроль геометрических размеров труб и их стилоскопирование;
- химическая обработка труб;
- окончательный осмотр труб;
- учет количества метров годных труб, взвешивание принятых труб, оформление документации на пакет готовых труб;
- упаковка.
Резка труб. Резке на части и обрезке концов подвергают трубы промежуточных и готовых размеров. Торцы труб после резки должны быть перпендикулярны оси трубы и не иметь наплывов и заусенцев. У труб для волочения на оправке торцы с одного конца должны обеспечивать беспрепятственный ввод оправки, а концы труб, подвергаемых заковке, - не иметь трещин.
Станки для резки труб делят на две группы:
- резки неподвижной трубы (пилы трения, фрезерные пилы, аллигаторные ножницы, наждачно-отрезные станки и др.);
- резки вращающейся трубы (дисковые пилы, резцовые станки цангового типа, бесшпиндельные станки и др.).
Станки первой группы могут выполнять резку труб с отклонением от прямолинейности и труб фасонного сечения.
Для резки труб промежуточных размеров используют аллигаторные ножницы, фрезерные пилы, прессы для резки труб, летучие разрезные устройства, для резки труб готовых размеров - наждачно-отрезные станки (трубы диаметром 5 - 60 мм и толщиной стенки 0,2 - 5 мм, скорость резки 100 - 300 резов в час), резцовые станки цангового типа (трубы диаметром 20 - 114 мм, скорость резки 11 - 45 м/мин) и бесшпиндельные станки.
Правка. Предварительная правка готовых труб производится на роликовых правильных машинах или прессах, а окончательная - на косовалковых правильных машинах. Допустимая кривизна труб после конечной правки обычно составляет 1 мм на погонный метр трубы, не допускаются следы правки. Технические характеристики некоторых используемых правильных машин приведены в таблице 2.22.
Таблица 2.22
Параметры | Тип стана | ||||
"Бронкс" 6-22 | "Бронкс" 12-64 | "Бронкс" 25-118 | "Чепель" VRM-75 | 20-90 | |
Диаметр труб, мм | 5 - 20 | 12 - 64 | 25 - 118 | 10 - 75 | 20 - 90 |
Толщина стенки, мм | 0,2 - 1,5 | 0,2 - 4,0 | 0,5 - 9,0 | 0,5 - 6,0 | 5,0 - 8,0 |
Минимальная длина трубы, м | 1,5 | 2 | 2 | 0,75 | 2,5 |
Скорость правки, м/мин | 4 - 80 | 4 - 80 | 9 - 180 | 37 - 150 | 10 - 100 |
Кол-во валков, шт. | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
Кол-во приводных валков, шт.: | |||||
- верхних; | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
- нижних | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
Диаметр бочки валка, мм | 68 | 147,6 | 216,5 | 135 | 220 |
Подрезка концов труб. После правки осуществляется подрезка концов готовых труб и порезка их на мерные длины. К качеству реза предъявляют требования: соблюдение перпендикулярности реза; отсутствие заусенцев; допуск на порезку мерных труб обычно составляет 0 мм/+5 мм, одновременно производится отбор образцов на механические испытания.
Шлифовка или полировка поверхности труб из высоколегированных сталей и сплавов выполняется абразивным или электрохимическим способом.
Контроль качества готовых труб производится на инспекционных стеллажах. Контроль включает: визуальный осмотр поверхности труб; контроль геометрических размеров труб. В зависимости от требований НТД производится приборный контроль качества труб: ультразвуковой; вихретоковый; анализ химического состава готовой трубы; гидроиспытание.
Маркировка труб осуществляется вручную либо на автоматизированных установках ударным и безударным способами. В ряде случаев производится нанесение на трубы консервационных покрытий.
Упаковка пакетов труб производится стальной лентой, возможна упаковка труб в деревянную решетку, полипропиленовое полотно.
2.4.2.7 Гидроиспытание труб
Технология и оборудование для осуществления испытания труб гидростатическим давлением аналогичны технологии и оборудованию, представленным в 2.4.1.1.4.
На трубных предприятиях РФ сварные трубы изготавливают диаметром 5 - 2520 мм, толщиной стенки 0,5 - 48 мм, длиной до 18 м из различных марок сталей с продольным (одно-, двухшовные) либо спиральным расположением шва.
Широкому применению сварных труб способствуют: более низкая (на 15% - 20%) стоимость в сравнении с бесшовными трубами; возможность быстро организовать их производство при меньших капитальных затратах; получение экономии металла в результате применения более тонкостенных труб. Все это обеспечивает их больший удельный вес в сравнении с бесшовными трубами. В мировом производстве труб доля сварных труб составляет около 60% [16].
Сварные трубы малых диаметров (наружным диаметром 5 - 114 мм) применяются в автомобилестроении, сельскохозяйственном, энергетическом, химическом и нефтяном машиностроении, для изготовления трубчатых электронагревателей, бытовой техники и пр. Сварные трубы среднего диаметра (наружным диаметром 114 - 530 мм) используют для изготовления паропроводов низкого давления, газопроводов и нефтепроводов, а также для трубопроводов; при изготовлении деталей конструкций различного назначения для мелиорации, водоснабжения, в коммунальном хозяйстве и т.д.
Для производства труб в линии трубосварочных агрегатов применяются различные виды сварки: сварка электросопротивлением, индукционная сварка, сварка токами высокой частоты, электросварка в среде инертных газов, сварка постоянным током, электронно-лучевая, плазменная, ультразвуковая, лазерная сварка, печная сварка. Наибольшее распространение для производства сварных труб малого и среднего диаметра на предприятиях РФ получила сварка токами высокой частоты и дуговая сварка в среде инертных газов, применяемая при производстве труб из высоколегированных сталей и сплавов. При этом технологический процесс производства труб в линии трубоэлектросварочных агрегатов (ТЭСА) подразумевает формовку холодного штрипса.
Также на предприятиях РФ функционируют агрегаты непрерывной печной сварки, в которых производится формовка предварительно нагретого штрипса. Данный способ производства существенно отличается от всех остальных видов получения сварных труб.
В зависимости от количества и направления швов на сварных трубах большого диаметра (ТБД), выпускаемых наружным диаметром 508 - 2520 мм, различают одношовные и двухшовные, прямошовные и спиральношовные трубы. Трубы данного класса предназначены для строительства магистральных трубопроводов газа, нефти, нефтепродуктов, для водо- и паропроводов низкого давления и пр. [16]. Производство труб большого диаметра осуществляется главным образом способом дуговой сварки под слоем флюса [13].
Спиральношовные трубы большого диаметра в РФ до недавнего времени производились на единственном предприятии - Волжском трубном заводе, входящем в Группу ТМК. Однако по состоянию на 2021 год выпуск спиральношовных ТБД на предприятии приостановлен, что связано со значительным снижением спроса на спиральношовные трубы вследствие их замещения прямошовными ТБД.
В зависимости от назначения труб, характеристик и размеров исходного материала сварные трубы получают различными способами, каждый из которых имеет определенные технологические преимущества и недостатки.
На рисунке 2.44 схематично показаны известные способы производства сварных труб большого диаметра.
большого диаметра
2.4.3.1 Производство прямошовных труб, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса (ТБД)
В отечественной практике сварные прямошовные трубы большого диаметра, используемые для строительства магистральных трубопроводов газа, нефти и нефтепродуктов, производятся из горячекатаных листов (ТБД наружным диаметром 508 - 1422 мм, с толщиной стенки 7 - 48 мм) либо горячекатаного рулонного проката (ТБД наружным диаметром 508 - 630 мм, с толщиной стенки 5 - 22 мм).
Сварные прямошовные ТБД, изготовленные из рулонного проката, имеют ограниченный сортамент - наружный диаметр до 630 мм. Производство труб данного типа в РФ осуществляется на ТЭСА по технологии, предусматривающей формовку плоского рулонного проката в цилиндрическую трубную заготовку в формовочном стане валковой формовки, сварку кромок заготовки токами высокой частоты. Ключевой особенностью технологии производства труб на ТЭСА подобного типа является отсутствие в составе подготовительной линии ТЭСА стыкосварочной машины, петлеобразователя - технологический процесс изготовления труб на агрегатах носит дискретный характер.
Сварные прямошовные ТБД, изготавливаемые из горячекатаных листов, производят с одним либо двумя продольными швами. Трубы с одним продольным швом изготавливают из одного листа. При производстве прямошовных труб с двумя швами на предприятиях РФ применяются две технологические схемы: 1) формовка листов в полуцилиндры на прессах с последующей их сваркой; 2) предварительная сварка узких листов в "карты" с последующей формовкой на вальцах и сваркой.
Технология производства прямошовных труб с одним продольным швом реализована на трубных предприятиях РФ: АО "Выксунский металлургический завод" (АО "ВМЗ"), ПАО "ЧТПЗ", АО "ВТЗ", ЗАО "Ижорский трубный завод" (ЗАО "ИТЗ"), АО "Загорский трубный завод" (АО "ЗТЗ") [41], [42]. Технологическая схема изготовления труб из двух полуцилиндров-обечаек с формовкой на прессах реализована на ТЭСА 1220 и ТЭСА 820 ПАО "ЧТПЗ", ТЭСА 1020 АО "ВМЗ" [13].
В таблице 2.23 представлена сравнительная характеристика российских и зарубежных производителей труб большого диаметра [41], [42].
Таблица 2.23
производителей труб большого диаметра
Характеристика | Иностранные производители | Российские производители | ||||||
ХТЗ | Европайп | Ниппон Кокан | ВМЗ | ЧТПЗ | ВТЗ | ИТЗ | ЗТЗ | |
Конструкция труб | 530 - 820 кольц. 914 - 1420 1-шовная | 1-шовная | 1-шовная | 1-шовная, 2-шовная | 1-шовная, 2-шовная | 1-шовная; спиральношовная | 1-шовная | 1-шовная |
Диаметр, мм | 530 - 1420 | 530 - 1625 | 406 - 1422 | 508 - 1420 | 508 - 1420 | 508 - 1420 | 508 - 1420 | 508 - 1420 |
Толщина стенки, мм | 7 - 22 | 7 - 40 | 6 - 44,5 | 7 - 48 | 6 - 45 | 8 - 42 | 7 - 40 | 7 - 35 |
Длина, м | 10,5 - 11,6 | 10,5 - 11,6; 18 | 10,5 - 11,6; 18 | 10,5 - 11,6 | 10,5 - 11,6; 18 | 10,5 - 11,6 | 18 | 12,2 |
Класс прочности | X60 - X70 | X60 - X100 | X60 - X100 | X60 - X100 | X60 - X100 | X60 - X100 | X60 - X100 | X60 - X100 |
Общая проектная мощность, тыс. т/год | - | - | - | 1680 | 1400 | 1420 | 600 | 500 |
Термообработка | Нет | Нет | Закалка с отпуском, нормализация-отпуск | Нет | Нет | Закалка с отпуском | Нет | Нет |
Автоматизация сварки и неразруш. контроля | Нет | Есть | Есть | Есть | Есть | Есть | Есть | Есть |
Экспандирование | Механическое | Механическое | Механическое | Комбинир. | Гидравлическое | Гидравлическое | Механическое | Механическое |
По диаметру концов труб, мм | +/- 1,6 | +/- 1,6 | +/- 1,6 | +/- 1,6 | +/- 1,6 | +/- 1,6 | +/- 1,6 | - |
По диаметру тела трубы, мм | +/- 3,0 | +/- 2,0 | +/- 2,0 | +/- 2,0 | +/- 2,0 | +/- 2,0 | +/- 2,0 | - |
Наружное покрытие | Есть | Есть | Есть | Есть | Есть | Есть | Есть | Есть |
Внутреннее покрытие | Есть | Есть | Есть | Есть | Есть | Есть | Есть | Есть |
Современные цехи по производству прямошовных труб большого диаметра отличаются разнообразием технологических схем получения труб, применяемыми объемно-планировочными решениями, развитой отделкой и системами контроля качества выпускаемой продукции. Все технологические операции производства сварных прямошовных труб осуществляются на следующих основных участках: подготовки листа (включающем листоукладчик, правильную машину, кромкострогальные станки, ножницы); формовки (стан для загибки кромок либо стан догибки кромок, оборудование формовки труб); сварки (стан для приварки технологических планок, станы наружной и внутренней сварки); отделки (оборудование для калибровки труб, станки для обработки торцов, снятия усиления шва, гидропресс, оборудование неразрушающего контроля).
На рисунке 2.45 представлена последовательность технологических операций при производстве прямошовных труб.
1 - подача листа в линию; 2 - механическая обработка кромок
листа; 3 - формовка листа в трубную заготовку; 4 - догибка
кромок; 5 - сборка трубы, сварка технологического шва;
6 - приварка технологических планок; 7 - сварка внутреннего
рабочего шва; 8 - сварка наружного рабочего шва; 9 - отрезка
технологических планок; 10 - неразрушающий ультразвуковой
контроль шва; 11 - экспандирование труб; 12 - нарезка фаски;
13 - гидроиспытание; 14 - измерение длины, взвешивание труб;
15 - маркировка, упаковка, сдача труб
операций, групп операций при производстве прямошовных ТБД
Технология производства сварных прямошовных ТБД с одним и двумя продольными швами заключается в следующем.
2.4.3.1.1 Подготовка листового проката
В качестве исходного материала для изготовления сварных прямошовных ТБД используются горячекатаные листы, изготовленные из низколегированных марок сталей, поставляемых в состоянии после нормализации, нормализации с отпуском или прокатанных по контролируемому режиму, в том числе с ускоренным охлаждением, отпуском. Способ прокатки, термической обработки указывается в технических условиях на горячекатаный лист.
Перед задачей листов в производство производится их входной контроль исходного материала. Листы, соответствующие требованиям НТД, с участка складирования с помощью подъемной траверсы с вакуумным или магнитным подаются в зону загрузки листа и подготовки кромок.
В составе современных трубоэлектросварочных цехов установлено оборудование дробеметной очистки с целью удаления с поверхности листа ржавчины, окалины, загрязнений различного характера, пыли.
В линии ТЭСА старой конструкции на участке подготовки листа производится его правка на пяти- либо семивалковой листоправильной машине. В составе современных ТЭСА технологическая операция и оборудование для правки листа отсутствуют - исходный материал поступает в линию ТЭСА с гарантированными геометрическими параметрами.
Ключевой технологической операцией на участке подготовки листового проката является обработка продольных кромок с целью достижения требуемой формы фаски и заданной ширины листа. Для этого в зоне загрузки листы загружаются на конвейер и направляются в зону кромкофрезерной установки.
Для обеспечения высокого качества сварного соединения концов ТБД к листу перед проведением операции фрезерования привариваются технологические планки, на которых начинается и заканчивается процесс сварки ТБД. В технологическом потоке ТЭСА после проведения операции сварки труб данные технологические планки удаляются различными способами - плазменной резкой, отрезкой кругами. После операции разделки продольных кромок лист поступает на участок формовки.
2.4.3.1.2 Формовка листа
Процесс формовки листового проката в цилиндрическую трубную заготовку является основой технологии производства сварных прямошовных ТБД, во многом определяет сортамент и группу прочности труб, а также производительность всей производственной линии.
Формовка трубных заготовок состоит из операций подгибки кромок листа с радиусом, равным радиусу изготавливаемой трубы, и, непосредственно, операции формовки плоского листа в трубную заготовку цилиндрической формы.
Операция подгибки продольных кромок при формовке труб на прессах осуществляется на кромкогибочном прессе одновременно с двух сторон шаговым способом последовательно участками по всей длине листа. В линии ТЭСА, формовка труб в которых производится в вальцах (см. рисунок 2.46, а), осуществляется операция догибки кромок сформованной трубной заготовки способом прокатки через специальную установку с нижним приводным валком, ручей которого соответствует радиусу обрабатываемой трубы, и верхним холостым валка бочкообразной формы.
В настоящее время на российских трубных предприятиях освоено и успешно реализуется производство сварных ТБД с одним либо двумя продольными швами с использованием различных способов и устройств формовки [13], [18], [23], [43]:
- способ формовки листа в цилиндрическую трубную заготовку в вальцах (см. рисунок 2.46, а);
- способ формовки листа в цилиндрическую заготовку на вертикальных прессах - UO-формовка (см. рисунок 2.46, б);
- способ пошаговой формовки листа узким штампом на прессах - JCO-формовка (см. рисунок 2.46, в).
а - в гибочных вальцах; б - на прессе при производстве труб
с одним прямым швом (UO-формовка); в - на прессе
при производстве труб с одним прямым швом (JCO-формовка)
в цилиндрическую трубную заготовку
Формовка в вальцах (см. рисунок 2.46, а) осуществляется с помощью трехвалковой листогибочной установки с предварительно-напряженным верхним валком, в которой лист, изгибаясь между тремя валками за 3 - 4 прохода, формуется в трубную заготовку цилиндрической формы. Управляемая с помощью гидравлических приводов гибочная установка позволяет производить гибку в большом диапазоне стандартных типоразмеров наравне с нестандартными. Быстрая переналадка на разные типоразмеры является преимуществом по сравнению с любым процессом прессовой формовки. В трехвалковых вальцах диаметр верхнего валка примерно в 1,5 раза больше диаметра нижних. В процессе формовки валки совершают реверсивное движение, при этом верхний валок поднимается и опускается для регулировки диаметра формуемой заготовки. При этом способе формовки крайние участки листа, длина которых равна половине расстояния между нижними валками, не формуются и остаются плоскими [13], [15]. Этот недостаток устраняется последующей догибкой концов на валковом стане.
UO-формовка (см. рисунок 2.46, б). Формовкой на вертикальном прессе формуют одну цилиндрическую заготовку с предварительной подгибкой кромок или две полуцилиндрические заготовки при сварке труб из двух листов. Последовательность технологических операций при формовке листовой заготовки на вертикальных гидравлических прессах следующая:
- подгибка на кромкогибочном прессе продольных кромок листа одновременно с обеих сторон до получения радиуса трубы;
- на второй стадии формовки лист за один ход превращается в U-образную форму и продавливается через боковые ролики бойком пресса;
- на третьей стадии U-образный лист формируется в O-образную заготовку, которая затем подается на машину для сварки технологического шва.
При производстве сварных труб с двумя продольными швами соответствующее технологическое оборудование дополнительно снабжено установкой для сборки полуцилиндров, которая состоит из двух подводящих рольгангов, назначение которых - выравнивание продольных кромок полуцилиндров и рычажного устройства, с помощью которого оба полуцилиндра захватываются, поворачиваются на 90°, соединяются продольными кромками и затем цепным заталкивателем задаются в первый сварочный стан для наложения первого наружного шва [13].
JCO-формовка (см. рисунок 2.46, в). При производстве ТБД способом JCO формовка труб производится на прессе шаговой формовки способом многопереходного гиба участков от подогнутых кромок к середине профиля одновременно по всей длине листа, что обеспечивает последовательное получение J-образного, C-образного и, в конечном итоге, O-образного профиля трубной заготовки.
Окончательно сформованная заготовка с зазором направляется на соединительную сварку.
При производстве сварных ТБД вне зависимости от количества и направления швов на трубе осуществляют сварку наружного технологического шва, а затем сварку внутреннего и, в заключение, наружного рабочих швов. При этом технологический слой полностью расплавляется. На агрегатах, предназначенных для выпуска прямошовных труб, все эти операции выполняются на отдельных установках [15].
По окончании операции формовки сформованная трубная заготовка передается на установку соединительной сварки, где осуществляется сборка стыков кромок гидравлическими прижимами и непрерывная однодуговая сварка технологического (корневого) шва с наружной стороны трубы в среде защитных газов. Процесс сварки производится при автоматическом поддержании технологического режима и визуальном контроле. После операции сборки и соединительной сварки стыков кромок труба подвергается осмотру и, при необходимости, шлифовке и ремонту технологического шва.
Перед окончательной внутренней и наружной сваркой в случае, если данная операция не осуществлялась на участке подготовке листа, вручную на обоих концах трубы привариваются технологические планки.
Сварка внутреннего шва проводится непрерывно четырехдуговой сваркой под слоем флюса. В процесс сварки необходимо визуально контролировать положение сварочной головки относительно стыка, фиксировать технологические параметры процесса сварки, характеристики материала и пр. По завершении процесса сварки внутреннего шва с помощью скребка либо металлических щеток производится удаление остатков флюса и шлаковой корки из трубы.
В процессе сварки внутреннего и наружного швов начало и конец сварного шва выводят на предварительно приваренные технологические планки. Это позволяет сократить расходный коэффициент металла и вывести со шва трубы на технологические планки кратерные участки, где возможно образование трещин [13].
Сварка наружного шва производится пятидуговой сваркой под слоем флюса. В процессе сварки происходит полное поглощение технологического шва и проникновение во внутренний сварочный шов. В результате образуется сварное соединение, прочность которого превышает прочность основного материала тела трубы. В процессе сварки также производится визуальный контроль положения сварочной головки относительно стыка, непрерывный контроль технологических параметров процесса сварки.
Для сварки под флюсом в зависимости от требований, назначения труб, категории прочности, надежности и исполнения ТБД применяются различные марки сварочного керамического флюса, омедненную проволоку различного химического состава диаметром 3 - 5 мм.
Процесс сварки завершается удалением технологических планок, зачисткой усиления наружного и внутреннего швов на участке длиной порядка 150 мм от торцов трубы, визуальным контролем внутреннего и наружного сварных швов.
После зоны охлаждения сварного соединения трубы поступают на участок автоматизированного ультразвукового контроля (АУЗК) сварного соединения. При обнаружении сварного шва на установке АУЗК в отдельных камерах проводится рентгенотелевизионный контроль (РТК) отмеченных дефектных участков труб для подтверждения наличия дефекта, его расшифровки. Обнаруженные дефекты устраняются вручную, после чего труба возвращается на ультразвуковую станцию для контроля по всей длине или в камеру РТК для повторной проверки результата ремонта шва. На участке осмотра проводится визуальный осмотр и ручной УЗК неподтвержденных в камерах РТК дефектов, отмеченных ранее АУЗК. По результатам осмотра и контроля принимают решение о ремонте или браковке труб.
Первой технологической операцией на участке механического экспандирования является промывка труб. Процесс необходим для очистки труб от загрязнения перед экспандированием, исключения повреждения инструмента экспандера и смачивания трубы перед экспандированием [42].
Калибровка труб с целью обеспечения требуемой точности по наружному диаметру, величине овальности концов и прямолинейности производится раздачей труб раскрывающимся штампом участками по всей длине механическим, гидравлическим экспандером либо экспандером комбинированного типа. Пресс-расширитель (экспандер) позволяет калибровать трубы по всей длине с одновременным упрочнением и правкой. Обычно величина экспандирования не превышает 1,2% - 1,5%. При величине экспандирования 1% исходная овальность труб уменьшается на 60%, а при раздаче на 2% - до 80% [13].
После экспандера на станции промывки с использованием воды под высоким давлением производится удаление остатков экспандерного масла с внутренней поверхности трубы.
2.4.3.1.5 Обработка торцов
В зависимости от принятой технологической схемы производства прямошовных ТБД процесс обработки торцов может производиться до либо после операции гидроиспытаний. К тому же процесс торцовки и изготовления фаски может быть разделен по стадиям (например, фрезерование сварочной кромки без образования фаски может осуществляться на участке торцовки до проведения гидроиспытаний, а механическая обработка торцов труб - проводиться на участке отделки).
Распространение получила технологическая схема, предусматривающая проведение операции торцовки, механической обработки торцов труб с образованием фаски в соответствии с требованиями потребителя трубной продукции до проведения гидроиспытаний ТБД. Обработка торцов производится на резцовых станках одновременно на обоих концах трубы, что гарантирует высокое качество по перпендикулярности торцов и форме фаски.
2.4.3.1.6 Гидроиспытание
На гидропрессе производится опрессовка труб по всей длине. Давление выбирается в зависимости от марки стали и толщины стенки испытываемой трубы. Каждая труба подвергается испытанию внутренним гидравлическим давлением с выдержкой не менее 20 с.
Технология проведения гидроиспытаний, принцип работы оборудования для проведения гидроиспытаний сварных прямошовных ТБД схожи с оборудованием для проведения испытаний бесшовных труб, описанным в 2.4.1.1.4.
После прохождения гидроиспытания трубы подвергаются повторному автоматизированному ультразвуковому контролю по всей длине сварного соединения. Концевые участки по периметру трубы, сварной шов на длине не менее 200 мм от торцов трубы подвергаются АУЗК и РТК. В случае обнаружения дефектов труба направляется в зону осмотра.
Качество торцов трубы проверяется методом магнитопорошкового контроля. Далее труба поступает на площадку окончательного инспекционного контроля, где производится автоматическое взвешивание и измеряются геометрические параметры трубы: длина, диаметр, овальность, периметр.
Заключительными операциями при производстве сварных прямошовных ТБД являются маркировка труб, упаковка, перемещение трубной продукции на склад для последующей отгрузки в адрес конечного потребителя.
2.4.3.2 Производство электросварных труб
Агрегаты для производства сварных труб малого и среднего диаметра выполняют в основном одни и те же технологические операции и различаются по способу нагрева, сварки заготовки. По характеру технологических операций все оборудование в линии ТЭСА разделяют на четыре основных участка: оборудование для подготовки исходной заготовки; формовочно-сварочное оборудование; оборудование для получения труб с заданными параметрами; оборудование для отделки труб [17].
Схема процесса производства сварных труб малого и среднего диаметра в общем виде представлена на рисунке 2.47.
1 - размотка рулона; 2 - правка; 3 - обрезка конца рулона;
4 - сварка концов рулонов; 5 - накопление полосы
в петлеобразователе; 6 - обрезка кромок полосы; 7 - формовка
полосы в трубную заготовку; 8 - сварка, удаление грата
(наружного, внутреннего); 9 - локальная термообработка зоны
сварного соединения; 10 - калибрование труб; 11 - правка;
12 - разрезка труб на мерные длины; 13 - передача труб
на промежуточный склад
электросварных труб
Для производства сварных труб применяют полосовую сталь (штрипс), прокатанную на сортовых непрерывных станах, часто называемых штрипсовыми. После прокатки на непрерывных станах полоса характеризуется меньшей разнотолщинностью по ширине и лучшим качеством [16].
Рулонный прокат, поступающий в цех, подвергается входному контролю геометрических параметров, качественных характеристик.
При производстве труб малых размеров в качестве заготовки применяют узкую ленту роспуском рулонов широкой ленты с последующей их смоткой в рулоны. Разрезка поступающих на предприятия рулонов широкой ленты на штрипс заданной ширины, определяющей наружный диаметр готовых труб, производится на агрегатах продольной резки (АПР), установленных на отдельных участках. Продольная резка (раскрой) рулонного металла осуществляется блоком продольных дисковых ножей в автоматическом режиме, что позволяет нарезать заданное количество металла. В линии АПР, помимо продольного раскроя рулона, также производится намотка порезанного штрипса [17]. Рулоны штрипса после порезки на АПР плотно сматываются, обвязываются круговыми вязками, после чего укладываются в пачки, на которых обязательно указываются марка стали, ширина штрипса, номер плавки. Последующая задача рулонов штрипса в линии трубосварочных агрегатов осуществляется строго по размерам и маркам стали. При этом исключаются прерывание подачи рулонов одной плавки и переход к другой. Перед подачей на стан проверяются размеры и качество каждого рулона для определения их соответствия установленным требованиям.
Сортамент трубной продукции, производимой в линии некоторых ТЭСА, действующих на территории РФ, может предусматривать возможность использования поступающего на предприятие рулонного проката без его предварительного раскроя на АПР. В таком случае рулонный прокат, минуя операцию разрезки на АПР, напрямую задается в линию трубосварочного агрегата.
По характеру протекания процесса различают непрерывный и дискретный способы производства сварных труб. Трубы малого и среднего диаметра в линии большинства российских ТЭСА изготавливают непрерывным способом, при котором производство труб осуществляется без прерывания технологического процесса для заправки переднего конца нового рулона, значительно снижающего производительность стана. Несмотря на широкое распространение непрерывного способа производства сварных труб, в линии некоторых ТЭСА (ТЭСА 168-530, ТЭСА 219-630), специализированных на производство сварных труб среднего диаметра, технологический процесс изготовления носит дискретный характер.
На подготовительной линии трубосварочного агрегата осуществляются следующие технологические операции: правка заготовок, строжка и обрезка кромок полосы с целью получения точных размеров по ширине и образования скоса кромок под сварку, очистка кромок от ржавчины и загрязнений. В состав оборудования подготовительных линий агрегатов для производства сварных труб малого и среднего диаметров входят разматыватель, правильная машина, установка для обрезки концов полосы, стыкосварочная машина, тянущие ролики, петлеобразователь, дисковые ножницы с кромкокрошителем, проводки с кромкострогательным устройством, подающая машина и вводная проводка формовочно-сварочного аппарата [17].
Подаваемый в линию рулон устанавливается в разматыватель, где производится подготовка рулона к разматыванию и его поддержание в процессе разматывания (см. таблицу 2.24). В процессе размотки штрипса в стане производится дополнительный контроль его качества.
Таблица 2.24
Параметры | Значения для различных ТЭСА | ||
ТЭСА 25-114 | ТЭСА 102-220 | ТЭСА 203-530 | |
Ход отгибателя или скребка, мм | 1780 | 1800 | 2900 |
Скорость размотки, м/с | 0,66 - 4,00 | 0,33 - 3,00 | 0,20 - 2,66 |
Ход конусов центрователя, мм | 600 | 560 | 1120 |
Ход стола или тележки, мм | 550 | 550 | 7500 |
Для правки ленты после размотки используется правильная машина, которая состоит из приемного стола и задающих роликов. Приемный стол служит для направления штрипса в подающие валки и, кроме того, обеспечивает симметричное расположение ленты относительно оси стола. Задающие валки подают ленту в правильную машину и работают в течение всего времени прохождения ленты, являясь одним из непрерывно действующих заталкивающих приспособлений в линии стана [17]. Задача штрипса в валки правильной машины производится на заправочной скорости, после чего верхний тянущий ролик поднимается. Боковые направляющие ролики устанавливаются симметрично оси правки. Окончательную настройку правильной машины производят при правке штрипса, который после выхода из валков правильной машины должен быть ровным.
2.4.3.2.2 Стыковая сварка концов рулонов, формовка и сварка труб
После правки штрипс подается в зазор между ножами листовых ножниц, установленных перед стыкосварочной машиной, которые обрезают передний и задний концы ленты каждого рулона.
Для создания бесконечной ленты и обеспечения безостановочной непрерывной работы в линии ТЭСА действует стыкосварочная машина. Стыковая сварка концов штрипса осуществляется на стыкосварочной машине методом непрерывного оплавления. После окончания сварки и освобождения ленты от зажимов она подается тянущими роликами к установке для снятия грата. Удаление грата после стыковой сварки концов рулонов в линиях действующих ТЭСА производится плужковым либо резцовым гратоснимателем.
Для накопления ленты в петлеобразователе после сварки концов и проталкивания сваренных концов рулонов штрипса через стыкосварочную машину применяются тянущие ролики, которые располагаются за стыкосварочной машиной. Тянущие ролики захватывают передний конец ленты, выходящей из правильной машины, и перемещают его до тех пор, пока задний конец не будет установлен в ножницах на величину, необходимую для обрезки. После этого ролик останавливают и отрезают задний конец ленты. Затем ролики включают и перемещают штрипс до тех пор, пока торец его заднего конца не пройдет установочный нож стыкосварочной машины. Установочный нож поднимают в крайнее положение, ролики реверсируют, торец ленты перемещается до упора в установочный нож [17].
После стыковой сварки наполнение петлеобразователя происходит при большей скорости тянущих роликов и правильной машины по сравнению со скоростью сварки. После наполнения петлеобразователя скорость тянущих роликов и правильной машины устанавливают равной скорости сварки.
Для создания необходимого на время стыковой сварки концов двух рулонов запаса ленты применяют различные типы петлеобразователей, среди которых наиболее распространены накопители ямного, спирального и петлевого типов.
Обрезку кромок ленты в линии ТЭСА при производстве труб малого и среднего диаметра осуществляют дисковыми ножницами. Выходящая из накопителя непрерывная лента задается в формовочный стан.
Формовка трубной заготовки (сворачивание плоской заготовки в цилиндрическую трубу) является одной из основных операций всех технологических процессов производства сварных труб. При производстве труб малого и среднего диаметра в линии трубоэлектросварочных агрегатов формовка штрипса осуществляется при обычной температуре металла, при этом в процессе формовки на все валки формовочного стана непрерывно подается эмульсия.
При формовке ленты в трубную заготовку в формовочном стане кромки ленты должны быть хорошо отформованы и не иметь заломов, надавов и рисок. При этом кромки ленты должны быть хорошо отформованы и не иметь заломов, надавов и рисок. При производстве сварных труб малого и среднего диаметра наиболее распространенным способом формовки трубной заготовки является непрерывная формовка на многоклетьевых валковых станах. Плоский штрипс, проходя через валки трубоформовочного стана, сворачивается в круглую трубную заготовку в калибрах с постепенно уменьшающимся радиусом кривизны. Валковые калибры позволяют воспроизводить практически любые сложные по конфигурации профили, унифицировать формообразование для достаточно широкой гаммы близлежащих размеров труб, использовать неметаллические эластичные материалы и др. [23]. Зазор между кромками полосы расположен в верхней части заготовки. Последовательность операций формовки на непрерывных валковых станах определяется выбранными условиями изгиба штрипса, обеспечивающими технологичность процесса и минимальные напряжения в полосе [14], [17].
В первых формовочных клетях применяют калибры открытого, в последних - закрытого типа (см. рисунок 2.48). Верхние валки клетей с закрытыми калибрами имеют шовнонаправляющие шайбы, которые удерживают трубную заготовку от проворачивания и обеспечивают правильное ее вхождение в сварочную клеть.
закрытый (б) и эджерный (в) валковые калибры
В трубосварочных агрегатах разных типоразмеров формовочный стан включает 6 - 14 горизонтальных приводных и 6 - 8 установленных между ними вертикальных неприводных клетей [14]. Число формовочных клетей в линиях ТЭСА определяется калибровкой и конструкцией технологического инструмента.
Вертикальные неприводные валки (эджеры) служат направляющими и одновременно сохраняют профиль ленты, сформованной в рабочих валках, не допуская распружинивания трубной заготовки. В некоторых трубосварочных агрегатах вертикальные клети, объединенные в группы по две - четыре клети, используются для увеличения деформации изгиба.
Трубоформовочные станы, действующие в составе трубосварочных агрегатов для производства труб малого и среднего диаметра, отличаются различной конструкцией рабочих клетей: с индивидуальным для каждой клети или групповым приводами; с двумя, тремя либо четырьмя валками, образующими калибр клетей.
Кромки сформованной трубной заготовки соединяются в сварочном узле за счет их предварительного разогрева. Участки сварки труб ТЭСА состоят из сварочной машины, сварочных (шовсжимающих) и удерживаемых валков [13].
Оборудование для сварки предварительно сформованных трубных заготовок характеризуется большим разнообразием и зависит не только от типоразмера стана, но и от принятого способа сварки. Способы сварки труб имеют разную физическую сущность и разделяются на два вида: сварку давлением (печная, высокочастотная, сопротивлением) и сварку плавлением (дуговая), которая главным образом применяется при производстве сварных ТБД [22]. При производстве труб малого и среднего диаметра в линиях действующих на территории РФ трубосварочных агрегатов наибольшее распространение получила высокочастотная сварка, при которой нагрев кромок трубной заготовки до высоких температур осуществляется теплом, выделяемым при прохождении электрического тока. Основными преимуществами данного способа сварки являются: возможность поверхностного нагрева кромок заготовки в тонком слое металла; высокая скорость сварки при одновременно высоком качестве шва; возможность сварки труб из легированных, высоколегированных сталей и сплавов; малый расход электроэнергии [13].
Последующее сжатие и осадка нагретых кромок происходит за счет усилий, возникающих при редуцировании заготовки в круглом калибре, образованном сварочными валками.
При сварке труб токами высокой (радиотехнической) частоты (70 - 450 кГц) подвод тока к кромкам свариваемой заготовки осуществляется двумя способами: контактным (см. рисунок 2.49, а) или индукционным (см. рисунок 2.49, б). Наибольшее развитие в трубосварочных агрегатах на российских предприятиях получил способ сварки с индукционным подводом ТВЧ [13], [17].
В месте стыка кромок 5 (см. рисунок 2.49) образуется шов под действием сдавливания сварочными роликами 3, температура кромок будет наивысшей и произойдет сварка заготовки в трубу 1. Для концентрации сварочного тока на кромках трубной заготовки внутрь трубы устанавливается ферритовый сердечник на специальной штанге, закрепленной на шов направляющей клети. Ферритовый сердечник охлаждается водой.
1 - сварная труба; 2 - сформованная заготовка;
3 - сварочные валки; 4 - индуктор; 4а - скользящий контакт;
5 - место сварки
подводом тока высокой частоты к кромкам трубной заготовки
Нагрев кромок трубной заготовки токами высокой частоты позволяет осуществлять сварку как с оплавлением, так и без оплавления кромок, при этом сварка производится на разных режимах нагрева кромок. Выбор способа нагрева кромок на действующих агрегатах зависит от свойств металла трубы, качества поверхности заготовки и требований, предъявляемых к качеству внутреннего и внешнего грата. Нагрев кромок трубной заготовки происходит очень быстро: 0,04 с - при толщине стенки 1,5 - 2,0 мм и 0,4 - 0,5 с - при толщине стенки 12 мм [13].
2.4.3.2.3 Охлаждение, калибровка и правка труб
После операций сварки, снятия наружного и внутреннего (технология реализована не во всех действующих ТЭСА) грата осуществляется прокатка трубы в двух-, четырехвалковой гладильной клети, в которой происходит прикатка шва и последующее выравнивание наружного диаметра трубы в правильно-калибровочном стане. Величина холодного редуцирования труб в потоке трубосварочного агрегата составляет до 5 мм. Калибровочные станы в линии трубосварочных агрегатов состоят из ряда вертикальных и горизонтальных клетей, образованных двумя валками, конструкция которых зачастую аналогична конструкции клетей формовочного стана. В конце калибровочного стана устанавливается несколько (как правило, две) правильных клетей, состоящих из четырех роликов, в которых происходит устранение наведенной кривизны (см. рисунок 2.50) [14].
1 - станина; 2, 3 - винты перемещения плит;
4 - 7 - поворотные кассеты; 8 - роликовые обоймы;
9 - винты смещения кассет к центру; 10 - винты поворота
кассет; 11 - правильные ролики; 12 - винт - центр
вращения головки; 13 - маховик; 14 - винт
Автоматическая разрезка непрерывно движущейся в линии трубосварочного агрегата сварной трубы на трубы заданной длины производится летучими ножницами.
2.4.3.2.4 Термообработка труб
На предприятиях-производителях сварных труб малого и среднего диаметра имеются участки термической обработки и механической обработки труб, испытания и сдачи труб, которые располагаются либо в поточной линии ТЭСА, либо на отдельных участках.
В процессе производства сварных труб возможно проведение локальной (термообработка сварного соединения) или объемной (термообработка труб по всему объему) термической обработки труб.
Локальная термическая обработка сварного соединения проводится с целью выравнивания структуры металла шва и околошовной зоны, уменьшения или ликвидации местного охрупчивания зоны сварного соединения, снижения уровня остаточных напряжений, способствующих зарождению неустойчивых трещин, в металле шва. Данный вид термической обработки, проводимый в линиях большинства современных отечественных ТЭСА, позволяет повысить прочностные и эксплуатационные характеристики зоны сварного соединения и трубной продукции в целом. При локальной термообработке область сварного соединения труб нагревается с помощью плоских индукторов, располагаемых над трубой, установленных в линии ТЭСА непосредственно после участка сварки. Последующее охлаждение зоны сварного соединения производится на спокойном воздухе либо при принудительной подаче воздухе в спрейерном устройстве. Режимы локальной термической обработки сварных соединений зависят от марки стали и способа сварки.
Главной целью объемной термической обработки сварных труб, помимо выравнивания свойств материала шва и тела трубы, является повышение прочностных свойств, улучшение эксплуатационных характеристик трубной продукции. Объемная термическая обработка сварных труб проводится в газовых печах: секционных печах скоростного нагрева, печах с шагающими балками. Конструкция печей и принцип их работы аналогичны конструкции и принципу работы печей аналогичного типа для термической обработки бесшовных труб, описанных в 2.4.1.1.3.1.
2.4.3.2.5 Резка труб и обработка торцов труб
На участках отделки сварные трубы малого и среднего диаметра в зависимости от назначения, установленных требований подвергаются отделочным операциям: обрезке концов труб, отбору проб для испытаний, контролю геометрических и качественных характеристик трубной продукции, в том числе неразрушающими методами контроля, торцовке и снятию фаски на станках, испытаниям на гидравлических прессах, взвешиванию, маркировке, складированию труб и отгрузке.
Операции отделки во многом схожи с описанными в 2.4.1.1.3 операциями при отделке бесшовных труб.
2.4.3.2.6 Гидроиспытания труб
По требованию потребителей продукции, в соответствии с требованиями нормативно-технической документации, может осуществляться испытание труб внутренним гидравлическим давлением. Технология проведения гидроиспытаний и применяемое оборудование аналогичны технологии и оборудованию для проведения испытаний бесшовных труб, описанным в 2.4.1.1.4.
После прохождения гидроиспытания трубы взвешиваются, измеряется их длина, осуществляется маркировка, увязка в пакеты, отгрузка сварных труб на склад готовой продукции.
После завершения всех технологических операций в линии трубосварочного агрегата на участках отделки электросварные трубы могут подвергаться дальнейшей холодной прокатке, волочению для уменьшения диаметра и толщины стенки и обеспечения требуемого качества внутренней и наружной поверхности.
2.4.3.3 Производство труб непрерывной печной сваркой
Непрерывная печная сварка является высокопроизводительным и дешевым способом производства водогазопроводных труб диаметром от 6 до 114 мм, с толщиной стенки 1,8 - 5,0 мм из низкоуглеродистых сталей. Высокое качество труб позволяет использовать их не только в промышленном и коммунальном строительстве, но и в качестве конструкционных и заготовок для последующего передела [13].
В России трубосварочные агрегаты непрерывной печной сварки были построены и введены в эксплуатацию на ПАО "ЧТПЗ" и АО "ТАГМЕТ" [13], [29]. Однако в настоящее время агрегат непрерывной печной сварки труб 1/2" - 2" подобного типа функционирует только на АО "ТАГМЕТ". Основная особенность агрегата, установленного в цехе, заключается в том, что осуществленный на нем непрерывный процесс характеризуется наиболее высокими скоростями прокатки труб - до 20 м/с [14].
Производство труб на агрегате печной сварки является специфическим и отличается от всех остальных видов сварочного производства. На рисунке 2.51 представлена схема технологического процесса производства труб непрерывной печной сваркой.
ИС МЕГАНОРМ: примечание. Нумерация условных обозначений дана в соответствии с официальным текстом документа. |
1 - размотка рулона; 2 - правка; 3 - обрезка конца рулона;
4 - сварка концов рулонов; 5 - накопление ленты
в петлеобразователе; 6 - нагрев ленты в туннельной газовой
печи; 7 - формовка ленты в трубную заготовку, сварка трубы;
8 - калибрование трубы; 11 - правка; 12 - разрезка трубы
на мерные длины; 13 - передача труб на промежуточный склад
труб непрерывной печной сваркой
Для производства водогазопроводных труб применяется стальная лента, разрезанная на агрегатах продольной резки по таблицам раскроя на соответствующие сортаменты из рулонного проката, поставленного по требованиям НТД.
После порезки рулонов на АПР лента соответствующей ширины передается на узел подготовки стана, где производится ее разматывание и правка на правильной машине.
ИС МЕГАНОРМ: примечание. В официальном тексте документа, видимо, допущена опечатка: имеется в виду п. 2.4.3.2.1, а не 2.4.3.3.1. |
Следующие за правкой подготовительные операции связаны с обеспечением бесконечного процесса в линии формовочно-сварочного стана и во много схожи с подготовительными операциями при подготовке штрипса в линиях ТЭСА для производства труб малого и среднего диаметра токами высокой частоты, описанных в 2.4.3.3.1.
Задний конец каждого предыдущего рулона и передний конец последующего останавливаются для поперечной обрезки на стационарных ножницах, электроконтактной сварки на стыкосварочной машине и удаления образовавшегося при сварке грата резцовыми гратоснимателями. Для согласования работы подготовительной линии, где штрипс перемещается с остановками на стыкосварку концов рулонов, и формовочно-сварочной линии, работающей безостановочно, между линиями создается запас штрипса в виде петли, расходуемой в период остановки подготовительной линии. Для создания запаса штрипса применяется напольный петлевой накопитель.
2.4.3.3.3 Нагрев ленты
Далее непрерывная стальная лента попадает в туннельную печь (непрерывную трубосварочную печь), отапливаемую природным газом (см. рисунок 2.52). Нагрев штрипса при непрерывной печной сварке труб осуществляется неравномерно по сечению. Середина штрипса нагревается до температуры 1280 °C - 1320 °C, а температура кромок на 40 °C - 80 °C выше температуры основного металла [13]. Более низкая температура середины штрипса позволяет без растяжения протаскивать его через печь и обеспечивает более высокое давление в сварочном калибре, благодаря чему получается более прочный шов. Для получения более нагретых кромок пламя горелок направляется непосредственно на них, причем штрипс в печи находится чуть выше или ниже горелок [14].
1 - нагреваемый штрипс; 2 - глиссажные трубы, охлаждаемые
водой; 3 - горелки; 4 - газовый коллектор;
5 - воздушный коллектор
Поддержание постоянного правильного режима нагрева штрипса в печи обеспечиваются системой автоматического регулирования режима работы печи [14].
2.4.3.3.4 Формовка и сварка труб
Далее штрипс попадает в формовочно-сварочный узел. При непрерывной печной сварке труб применяют формовку в горячем состоянии в приводных валках. В результате высокой пластичности нагретого металла формовка осуществляется в двух парах валков с малой длиной очага формовки [17].
В первой формовочной клети с двумя вертикальными валками непрерывная нагретая лента сворачивается в трубную заготовку без стыковки кромок на 205° - 220° по периметру круглого калибра. Для достижения минимальной деформации кромок штрипса в первой формовочной клети диаметр валков клети выбран на 10% - 20% больше диаметра остальных валков.
Между первой (формовочной) и второй (сварочной) клетями в зазор между кромками установлено комбинированное сопло, которое обдувает кромки нагретого штрипса компрессорным воздухом и кислородом при помощи комбинированного сопла, тем самым разогревая их до температуры 1450 °C - 1490 °C.
Во второй (сварочной) клети с двумя горизонтальными валками штрипс сворачивается до соприкосновения разогретых кромок, происходит их стыковка, сдавливание с относительным обжатием 2% - 13% и сварка.
За формовочно-сварочным узлом установлены три пары валков с круглыми и овальными калибрами, которые обеспечивают создание усилия, необходимого для протаскивания штрипса через печь и формовочный калибр, а также служат для редуцирования трубы с целью повышения качества шва и увеличения производительности [13].
2.4.3.3.5 Редуцирование и калибрование труб
Далее непрерывная сформованная и сваренная труба транспортируется по рольгангу и поступает в 20-клетевой редукционно-растяжной, а затем в трехклетевой двухвалковый калибровочный стан. Рабочие клети редукционного и калибровочного станов аналогичны по конструкции клетям формовочно-сварочного стана.
2.4.3.3.6 Порезка труб на мерные длины, отделка труб
После прокатки в редукционно-растяжном и калибровочном станах, где формируется окончательный наружный диаметр и стенка трубы, производится разрезка труб на мерные длины на летучей пиле. Разрезанные летучей пилой трубы с помощью барабанного сбрасывателя непрерывного действия передаются на винтовой холодильник, а затем на цепной холодильник, оборудованный душирующим устройством. Возле холодильника установлена пила для калибровки трубы по длине в случае, если из-за временного нарушения нормального процесса летучая пила разрезает трубы с отклонениями, превышающими допуски.
Затем трубы автоматическим делительным устройством направляются на поточные линии отделки. На участках отделки труб производятся правка, контроль качества труб, в том числе неразрушающими методами контроля, торцовка, маркировка труб, упаковка труб в пакеты, взвешивание.
На отдельном участке осуществляется нанесение гальванического цинкового покрытия методом горячего цинкования.
2.4.3.4 Производство труб сваркой в среде инертных газов
На предприятиях РФ метод сварки труб в среде инертных газов (аргона, гелия) получил распространение при производстве труб наружным диаметром от 6,0 до 114,0 мм, с толщиной стенки 0,4 - 6,0 мм. Существенным преимуществом процесса сварки труб в среде инертных газов является возможность производства труб из высоколегированных сталей (например, нержавеющих, жаропрочных) и сплавов, недостатком - сравнительно низкие скорости сварки [14], [17]. Параметры некоторых трубосварочных агрегатов, в которых реализован способ сварки труб в среде инертных газов, представлен в таблице 2.25.
Таблица 2.25
в среде инертных газов
Параметры | Параметры различных ТЭСА | ||
ТЭСА 6-32 | ТЭСА 10-76 | ТЭСА 20-102 | |
Наружный диаметр труб, мм | 6 - 32 | 10 - 76 | 20 - 102 |
Толщина стенки труб, мм | 0,40 - 1,25 | 0,8 - 3,0 | 1,00 - 4,75 |
Скорость сварки, м/мин | 0,4 - 8,0 | 0,4 - 4,0 | 0,4 - 4,0 |
Схема технологического процесса сварки труб в среде инертных газов аналогична схеме, приведенной на рисунке 2.47.
2.4.3.4.1 Подготовка рулонного проката (штрипса)
Изготовление сварных труб на ТЭСА в среде инертных газов осуществляют из холоднокатаного или горячекатаного штрипса, поступающего в рулонах, в обезжиренном виде, очищенным от остатков смазки и грязи.
Разрезка поступающих на предприятия рулонов на ленты заданной ширины производится на агрегате продольной резки (АПР).
Дальнейшие подготовительные операции, выполняемые на подготовительной линии трубосварочного агрегата, схожи с операциями, описанными в 2.4.3.3.1.
2.4.3.4.2 Формовка
Формовка трубных заготовок для последующей сварки с защитой атмосферы инертными газами производится в многоклетьевых формовочных станах валкового типа, образованных последовательно установленными вертикальными клетями с неприводными валками и горизонтальными клетями открытого и закрытого типов с приводными валками. Конструкция и принцип работы данных станов описан в 2.4.3.3.2.
2.4.3.4.3 Сварка труб
Наиболее распространенный вид сварки в среде инертных газов - дуговая сварка, при которой электрическая дуга горит между неплавящимся вольфрамовым электродом и кромками свариваемой трубной заготовки. В линии некоторых ТЭСА для сварки высоколегированных сталей, сплавов применяется также способ лазерной сварки в среде инертных газов, который обеспечивает большую глубину шва при его малой ширине, более высокую скорость и производительность процесса.
При дуговой сварке в среде инертных газов в качестве неплавящегося электрода применяется вольфрам с содержанием 1% - 2% окиси лантана, которая повышает стабильность горения дуги и увеличивает стойкость электрода по сравнению с чистым вольфрамом в 10 раз [14]. Сварку труб ведут без оплавления электрода при длине дуги, равной, примерно, 1,5 толщины стенки трубы. При сварке электроды устанавливают на расстоянии 3 - 5 мм от оси опорно-сварочных валков в сторону формовочного стана. Высота электрода над кромками заготовки 1,5 - 3,0 мм, расстояние от сопла 8 - 12 мм [13].
Защитный газ предназначен для защиты расплавленного металла от воздействия воздуха, для создания электрического разряда и охлаждения электрода. В качестве защитных газов используют гелий, аргон либо смесь гелия с аргоном. Применение того или иного газа определяется их свойствами, технологичностью процесса сварки.
Инертный газ защищает металл и электрод от окисления, ограничивает зону распространения тепла, концентрируя его около шва, тем самым способствуя лучшему плавлению и провару соединения [17].
Вольфрамовый электрод 2 (см. рисунок 2.53) зажимается в электрододержателе 3, к которому подведен ток. Керамическая горелка 4 смонтирована в корпусе 5. Защитный газ по трубе 6 поступает в камеру 7 и затем попадает в зону сварки. Охлаждающая вода по трубке 8 подается непосредственно к электрододержателю и корпусу горелки, затем выходит по трубе 9, охлаждая при этом расположенный в ней силовой кабель.
Под влиянием сварочной дуги, горящей между кромками сформованной трубной заготовки 10 и неплавящимся вольфрамовым электродом 2, металл кромок плавится, при этом образуется ванночка с расплавленным металлом, которая при застывании соединяет кромки трубной заготовки. В результате получается труба с литым швом. В месте расположения электрода установлены валки 11, предназначенные для исключения расхождения шва трубы, пока металл ванночки не застыл, в которых также происходит незначительное обжатие трубы [13].
1 - сварочная камера; 2 - электрод; 3 - электрододержатель;
4 - керамическая горелка; 5 - корпус горелки; 6 - трубка
для подачи газа; 7 - камера; 8, 9 - трубки для подачи
и вытекания воды; 10 - трубная заготовка; 11 - валки
в атмосфере защитного газа
Наружный грат, образовавшийся в трубе после сварки, зачищается в потоке иглофрезой [13].
2.4.3.4.4 Охлаждение, калибровка и правка труб
После зачистки грата и охлаждения трубу калибруют на калибровочном стане с правильной четырехроликовой головкой, аналогичной описанной в 2.4.3.1.3 конструкции, разрезают на мерные длины резцовым отрезным устройством, производят маркировку труб [13], [14].
2.4.3.4.5 Резка труб
При резке труб и обработке торцов используют технологию и оборудование, аналогичные описанным в 2.4.3.1.4.
2.4.3.4.6 Термообработка труб и другие отделочные операции
Ключевым потребителем данных труб являются предприятия химической промышленности, энергетического сектора.
Высокие требования потребителей к качеству трубной продукции определяют технологическую цепочку производства труб, которая может включать последующие операции: холодную прокатку и волочение, термическую обработку труб для полного выравнивания свойств шва и основного металла, нанесение полимерных покрытий на наружную и внутреннюю поверхность труб с целью повышения их коррозионной стойкости [14].
При строительстве магистральных и промысловых трубопроводов в качестве наружных защитных покрытий труб наиболее широко применяются следующие покрытия, производимые в заводских условиях:
- полиэтиленовое;
- полипропиленовое;
- эпоксидное;
- комбинированное ленточно-полиэтиленовое.
Качество заводских покрытий во многом зависит от конструкций защитных покрытий и изоляционных материалов, используемых при их нанесении. На предприятиях РФ используются как импортные, так и российские материалы. При этом покрытия для защиты труб от коррозии должны отвечать следующим основным требованиям: необходимая химическая стойкость, высокие физико-механические свойства, экономичность процесса, легкость ремонта покрытия с учетом транспортировки, монтажа и эксплуатации труб [13].
В современной мировой практике для защиты стальных труб от коррозии применяются одно- и двухслойные эпоксидные покрытия, а также многослойные (двух-, трехслойные) покрытия из полиэтилена и пропилена. Решение о выборе в пользу той или иной системы принимается на основе опыта эксплуатации, условий строительства и транспортировки, а также экономической составляющей проекта [23], [44, 45]. В Северной Америке практически все стальные трубопроводы изолируются по технологии эпоксидных покрытий, в Европе основной системой изоляции являются многослойные покрытия их полиэтилена и пропилена [44, 45].
Полиэтилен, благодаря комплексу таких свойств, как механическая прочность, высокая морозостойкость, повышенная влагостойкость, высокие диэлектрические свойства, низкая себестоимость и пр., получил достаточно широкое распространение в технике покрытий [44, 45]. В целом свойства полиэтиленового покрытия зависят от режима его производства, а также условий эксплуатации.
В настоящее время в российской и зарубежной практике ключевое место занимает заводское трехслойное полиэтиленовое покрытие, конструкция которого состоит из эпоксидного праймера, полимерного адгезионного подслоя, наружного полиэтиленового слоя (см. рисунок 2.54).
1 - стальная труба; 2 - эпоксидный праймер;
3 - адгезионный подслой; 4 - покрытие на основе
экструдированного полиэтилена
Эпоксидный праймер, наносимый в виде порошковых (толщиной 100 - 200 мкм) или жидких эпоксидных красок (толщиной 40 - 60 мкм), обеспечивает повышенную адгезию покрытия к стали, стойкость к катодному отслаиванию и длительному воздействию воды. Кроме того, эпоксидный слой является проницаемым для токов катодной защиты, что создает хорошую совместимость трехслойного полиэтиленового покрытия с электрохимической защитой труб. Наибольшее распространение в практике получили эпоксидные порошковые композиции из-за ряда свойств, присущих этим материалам: высокой адгезии, стойкости к термическим ударам, удовлетворительным антикоррозионным свойствам при малой толщине. Их недостатком является низкий показатель ударной прочности [44, 45].
Полимерный адгезионный подслой является промежуточным слоем в конструкции трехслойного покрытия труб. Его функции состоят в обеспечении сцепления между наружным полиэтиленовым и внутренним эпоксидным слоями. Наружный полиэтиленовый слой характеризуется низкой влагокислородопроницаемостью, выполняет функции барьера и обеспечивает покрытию высокую механическую и ударную прочность. Сочетание всех трех слоев делает трехслойное полиэтиленовое покрытие одним из наиболее эффективных наружных покрытий трубопроводов, обладающих также повышенной теплостойкостью (температурный диапазон применения покрытия расширен до +80 °C). Обычно трехслойное полиэтиленовое покрытие включает: первый слой - эпоксидная грунтовка толщиной до 50 мкм, второй слой - адгезив толщиной до 200 мкм, третий слой - полиэтилен толщиной 1,2 - 3,0 мм [44, 45].
Следующим по объему применения для покрытий труб является полипропилен. По сравнению с полиэтиленовыми покрытиями труб полипропиленовые покрытия характеризуются более высокой теплостойкостью (до 110 °C - 140 °C), повышенной механической прочностью (стойкостью к удару, срезу и истиранию), низким водопоглощением. Данные покрытия предназначены прежде всего для строительства подводных переходов (морские, шельфовые трубопроводы), прокладки трубопроводов в скальных грунтах, бестраншейной прокладки трубопроводов, а также прокладки методом наклонного бурения. Ключевым недостатком полипропиленовых покрытий является их низкая морозостойкость, в результате чего ограничивается возможность их использования в зимний период. Двух- и трехслойные полипропиленовые покрытия получили широкое развитие при строительстве отечественных магистральных трубопроводов [45]. Трехслойное полипропиленовое покрытие состоит из эпоксидного праймера толщиной 100 - 200 мкм, термоплавкого полимерного адгезионного подслоя толщиной 200 - 350 мкм, наружного полипропиленового покрытия толщиной 2,5 - 3,0 мм [45].
Конструкция двухслойного полиэтиленового и полипропиленового покрытия отличается от трехслойного отсутствием эпоксидного праймера.
Также предприятиями РФ успешно освоена технология нанесения одно- и двухслойных эпоксидных покрытий на наружную поверхность труб. Данные покрытия характеризуются повышенной теплостойкостью, высокой адгезией к стали, высокой стойкостью к катодному отслаиванию, устойчивостью к продавливанию и абразивному износу. Покрытия проницаемы для токов катодной защиты. Основным недостатком эпоксидных покрытий является их недостаточно высокая эластичность при ударе, особенно при минусовых температурах, что значительно осложняет их транспортировку.
Применение двухслойных эпоксидных покрытий позволяет полностью решить вопрос с защитой сварного стыка в полевых условиях. Важным свойством эпоксидного покрытия является его монолитность, позволяющая избежать риска потери адгезии между слоями и повреждения покрытия при проседании грунта. Двухслойные эпоксидные покрытия имеют высокую стойкость к сдиранию - почти в 5 - 10 раз выше, чем полиэтиленовые.
2.4.4.1 Нанесение антикоррозионного защитного покрытия (полиэтиленовое, полипропиленовое, эпоксидное)
Процесс нанесения антикоррозионных покрытий на трубы является сложным и многостадийным. Прочность сцепления покрытия с металлом зависит на 50% от подготовки поверхности, на 30% от технологии нанесения покрытия и на 20% от качества материалов для покрытий [13]. Последовательность технологических операций при производстве труб с наружным покрытием приведена на рисунке 2.55.
1 - подача труб в линию покрытия; 2 - нагрев трубы;
3 - обезжиривание; 4 - абразивная очистка наружной
поверхности; 5 - очистка наружной поверхности от пыли;
6 - контроль качества подготовки поверхности (визуальный);
7 - предварительный нагрев; 8 - хроматирование наружной
поверхности; 9 - нагрев трубы; 10 - нанесение наружного
покрытия; 11 - охлаждение наружной поверхности;
12 - контроль сплошности наружного покрытия;
13 - зачистка концов труб; 14 - контроль качества
покрытия; 15 - упаковка, сдача труб
при производстве труб с наружным покрытием
Доминирующим методом нанесения наружных покрытий на основе термопластов (полиэтилена, полипропилена) на трубных предприятиях РФ является экструзионный, который обеспечивает надежную защиту трубопроводов от коррозии. Срок службы таких труб составляет не менее 30 лет [13], [44], [45].
Технологический процесс нанесения на трубы наружного трехслойного антикоррозионного покрытия на основе экструдированного полиэтилена заключается в следующем.
2.4.4.1.1 Предварительный нагрев
Трубы со склада поступают на участок нанесения наружного покрытия, где подаются на инспекционную площадку для проведения входного контроля состояния наружной поверхности. При необходимости производится ремонт выявленных дефектов металла.
После установки заглушек, предназначенных для предотвращения попадания дроби внутрь трубы при наружной очистке, далее труба передаточной тележкой подается на колесный рольганг, где ей придается вращательно-поступательное движение. Труба двигается с высокой скоростью и состыковывается с предыдущей трубой так, чтобы пройти технологические операции непрерывным потоком.
По рольгангу трубы последовательно проходят установку промывки наружной поверхности для удаления масляных и других загрязнений наружной поверхности щелочными растворами либо обессоленной водой, подаваемыми под давлением в проходную камеру и газовую печь.
В газовой печи предварительного нагрева труба нагревается до температуры около 50 °C с помощью газовых горелок с регулируемой производительностью. Трубы нагреваются с целью удаления влаги, оставшейся на наружной поверхности, улучшения качества процесса дробеметной очистки, предотвращения коррозии после очистки трубы из-за конденсации водяных паров на поверхности.
Далее нагретая труба следует в направлении установки наружной дробеметной очистки.
2.4.4.1.2 Абразивная очистка поверхности труб
В установке дробеметной очистки поверхность трубы очищается путем выбрасывания дроби на трубу с большой скоростью с помощью вращающихся турбин. В зависимости от линейной скорости трубы и ее диаметра количество выбрасываемого дроби может регулироваться задвижками, установленными на линии подачи дроби. Дробемет снабжен системой рециркуляции и очистки дроби.
После дробеметной очистки труба поступает на площадку контроля, где проверяется качество наружной очистки. В случае выявления на трубе поверхностных дефектов, подлежащих ремонту (мелкие трещины, плены, раковины, накаты, сколы, вмятины), труба направляется на станцию ремонта труб.
Трубы, прошедшие инспекцию без замечаний, а также отремонтированные трубы поступают на дробеметную установку N 2 для повторной дробеметной очистки наружной поверхности. После повторной наружной дробеметной очистки труба поступает на установку щеточно-вакуумного обеспыливания.
Обеспыленная труба с рольганга забирается тележкой и подается на площадку снятия заглушек, затем перемещается на станцию продувки для удаления остатков дроби. Очищенная от дроби труба тележкой устанавливается на площадку инспекции, где проверяется качество наружной очистки труб. Забракованные трубы транспортируются для повторения цикла очистки или направляются в изолятор брака (в зависимости от вида брака).
2.4.4.1.3 Нагрев, хроматирование поверхности трубы
На соответствующие по качеству подготовки поверхности трубы устанавливают соединительные муфты. После этого труба передается на колесный рольганг линии нанесения наружного покрытия. На колесном рольганге трубы стыкуются в непрерывную плеть и поступают в печь газового нагрева для подогрева до температуры около 50 °C и далее на установку хроматирования, состоящую из герметически закрытой кабины с механизмом нанесения хромата на поверхность трубы, системы подачи и приготовления хромата.
Нанесение так называемого "нулевого" слоя из водной суспензии солей хроматов осуществляется с помощью вращающейся щетки, проходящей через ванну с хроматом и наносящей его на трубу. Эта операция необходима для улучшения водостойкости адгезии покрытия при повышенных температурах. При этом для более быстрого высыхания слоя хромата труба сразу же нагревается в промежуточной печи газового нагрева до температуры не более 150 °C.
Далее труба в зависимости от типа применяемых изоляционных материалов нагревается в индукционных установках до температуры 180 °C - 220 °C.
В зоне конвейера между индукционным нагревателем и камерой напыления эпоксидного порошка вручную на стыки труб наносится защитная термостойкая бумага с целью защиты концов труб от покрытия. Затем труба подается на установку нанесения покрытия.
2.4.4.1.4 Нанесение покрытия
Процесс нанесения трехслойного покрытия состоит из следующих операций:
- порошковый эпоксидный праймер наносится на трубу с помощью электростатического устройства. Попадая на нагретую трубу, эпоксидный порошок расплавляется и растекается по поверхности, плотно сцепляясь с ней. При прохождении сопла устройства частицы порошка получают разряд 50 - 60 кВ и притягиваются заземленной трубой [44];
- через определенный промежуток времени (10 - 40 с в зависимости от свойств эпоксидного порошка) труба поступает к системе экструдеров, где на ее наружную поверхность наносится слой адгезива, экструдируемый в горячем состоянии из экструдера адгезива с плоской головкой;
- сразу после нанесения слоя адгезива наносится слой основного покрытия из полиэтилена либо полипропилена, который также наносится на трубу в виде горячей экструдированной ленты из сдвоенного экструдера полиэтилена с плоской головкой.
Экструдеры установлены на раме для регулировки расстояния от плоской экструзионной головки до трубы. В процессе нанесения экструдированный материал адгезива и полиэтилена в виде пленки прикатывается к поверхности трубы с помощью силиконовых роликов, которые пневматически прижимается к трубе. Наружная поверхность прикаточных роликов охлаждается путем обдувки сжатым воздухом.
Когда стык труб выходит из-под прикаточного ролика, вручную производится удаление покрытия вместе с защитной термостойкой бумагой с концов труб и соединительной муфты, обеспечивая предварительную очистку концов труб от покрытия на минимальную длину
После удаления покрытия и трубы поступают в установку водяного охлаждения.
2.4.4.1.5 Водяное охлаждение труб с покрытием
Покрытые трубы за счет разности скоростей рольганга отделяются друг от друга. В тоннеле системы охлаждения трубы охлаждаются до температуры не выше 60 °C для быстрого отвердения свежего покрытия путем распыления воды на наружную поверхность и внутреннюю полость трубы.
Далее трубы с помощью тележек перемещаются на установку удаления воды из труб. После удаления воды труба транспортной тележкой передается на площадку снятия муфт.
Труба после снятия муфты транспортной тележкой перемещается на установку зачистки концов труб.
Затем по промежуточному конусному конвейеру труба перемещается для поперечной подачи труб на щеточные установки очистки концов труб, на которых с помощью металлических щеток снимаются остатки покрытия с концов труб.
2.4.4.1.6 Зачистка концов труб от покрытия
Зачистка концов труб производится на щеточных установках, на которых с помощью металлических щеток, прижимающихся к поверхности труб с помощью пневматических цилиндров, с концов труб снимаются до металла остатки покрытия, одновременно формируется плавный переход от поверхности покрытия к металлу.
Труба с зачищенными концами транспортной тележкой передается на конический конвейер, перемещаясь по которому, проходит кольцевой дефектоскоп, где проверяется сплошность покрытия с отметкой краской дефектных мест. Диэлектрическая сплошность покрытия контролируется путем прохождения трубы через кольцевую щетку под напряжением, которое воздействует на трубу. Покрытие считается сплошным в случае отсутствия электрического разряда (пробоя) между трубой и электродом дефектоскопа при большой разности потенциалов между ними. Значение напряжения устанавливают пропорционально номинальной толщине покрытия. Заземление трубы при прохождении дефектоскопа обеспечивается через очищенные концы труб и две щетки заземления, расположенные по разные стороны от кольца.
Далее труба перемещается на площадку инспекции для контроля качества (внешнего вида, толщины покрытия) покрытия, качества зачистки концов труб от покрытия, проведения мелкого ремонта. Отбракованные трубы передаются в изолятор брака или для ремонта покрытия на площадку ремонта.
Трубы, прошедшие окончательную приемку, передаются на транспортный рольганг, где маркировочной установкой наносится маркировка. Маркировка включает в себя все сведения по трубе, на которую наносится покрытие, а также информацию по покрытию.
После нанесения маркировки трубы передаются на поперечный накопительный транспортер, оборудованный площадкой, с которой трубы передаются на склад готовой продукции.
Технологический процесс производства электросварных прямошовных труб с нанесением гладкостного внутреннего покрытия. Основное назначение внутренних антифрикционных покрытий - снижение шероховатости поверхности и увеличение пропускной способности трубопроводов. Для газопроводов - повышение "гладкости" покрытия, которое позволяет существенно уменьшить трение газа о стенки трубы при его транспортировке и, следовательно, значительно уменьшить затраты энергии на компрессионных станциях [45].
Такие покрытия толщиной 50 - 80 мкм применяются в основном на магистральных газопроводах диаметром более 800 мм. Технология нанесения таких покрытий освоена практически всеми ведущими металлургическими и трубными предприятиями в РФ: АО "ВМЗ", АО "ВТЗ", ПАО "ЧТПЗ", АО "ИТЗ" [45].
Внутреннее гладкостное покрытие должно обладать эластичностью, высокой адгезией к стали, быть устойчивым к длительному воздействию воды, растворителей, к изменению давления газа. Требованиями потребителей продукции регламентируются толщина внутреннего покрытия и шероховатость поверхности. Достаточно тонкое внутреннее покрытие не может обеспечить эффективную и долговременную противокоррозионную защиту внутренней поверхности труб, транспортирующих коррозионно-активные среды.
Последовательность технологических операций при производстве труб с внутренним покрытием представлена на рисунке 2.56.
1 - подача труб в линию покрытия; 2 - нагрев трубы;
3 - обезжиривание; 4 - абразивная очистка внутренней
поверхности; 5 - очистка внутренней поверхности от пыли;
6 - контроль качества подготовки поверхности (визуальный);
7 - нанесение покрытия; 8 - предварительное отверждение
внутреннего покрытия; 9 - отверждение покрытия в камере
полимеризации; 10 - контроль качества внутреннего
покрытия труб; 11 - маркировка труб;
12 - упаковка, складирование труб
при производстве труб с внутренним покрытием
Технология нанесения внутренних покрытий на основе эпоксидных красок заключается в следующем.
Трубы с наружным покрытием или без покрытия со склада поступают на входной стеллаж линии внутреннего покрытия, где укладываются на инспекционный стол для проведения осмотра внутренней поверхности. При отсутствии дефектов труба перемещается на установку внутренней промывки, где очищается от загрязнений с помощью воды под давлением. Промывка труб осуществляется моющими растворами, обессоленной водой.
Затем трубы перемещаются к установке предварительного нагрева, на которой внутренняя поверхность труб нагревается газовыми горелками с целью удаления влаги, улучшения эффективности дробеметной очистки и во избежание конденсации влаги после очистки.
При достижении необходимой температуры трубы подаются в две последовательно расположенные дробеметные установки.
Далее трубы по промежуточному конвейеру перемещаются на промежуточный стеллаж, по которому подается на спаренную установку внутренней дробеметной очистки. Здесь внутренняя поверхность трубы очищается дробью для создания требуемой шероховатости для нанесения покрытия. Между дробеметными установками располагается площадка контроля, где труба осматривается на наличие дефектов металла.
После окончания очистки трубы тележками перемещаются на установку внутренней продувки для удаления дроби и пыли, после которой трубы перемещаются на площадку контроля. Здесь осуществляется инспекция внутренней поверхности трубы, внутренние концы трубы защищаются бумажной лентой с целью их защиты от покраски. Далее годная труба перекладывается на тележку покраски и подается на установку нанесения внутреннего покрытия.
Для антикоррозионной защиты внутренней поверхности труб в настоящее время применяют жидкие двухкомпонентные эпоксидные краски так называемого "горячего" распыления, без растворителей, с общей толщиной покрытия 400 - 700 мкм. Эти краски наносятся в один слой, обладают высокими антикоррозионными свойствами, не требуют предварительного нанесения праймера и могут сушиться при температурах от 30 °C до 70 °C, в отличие от порошковых эпоксидных материалов, для отверждения которых необходим нагрев до 200 °C - 210 °C [45].
Гладкостные покрытия в виде двухкомпонентных систем жидких окрасочных материалов состоят из основного эпоксидного материала или "основы", смешанной в определенном соотношении с активирующей добавкой или отвердителем. Данная смесь наносится на подготовленную внутреннюю поверхность труб в один проход методом распыления рабочей смеси изоляционного материала в камере покраски.
После покраски труба передается на стеллажи, оборудованные системой вытяжной вентиляции, на которых из покрытия происходит удаление летучих компонентов.
После нанесения покрытия труба поступает на стеллажи станции первичной сушки. Сушка производится вентиляторами, которые продувают сначала холодный, а затем подогретый до 30 °C воздух через трубы. В процессе сушки трубы перемещаются через станцию сушки с помощью тележек к следующему промежуточному конусному конвейеру, по которому она перемещается к зоне отверждения покрытия.
В зоне отверждения труба с влажным покрытием проходит через катушку индуктора, где нагревается до температуры 50 °C - 60 °C, далее по конвейеру передается в камеру отверждения. Проходя через камеру отверждения, труба продувается воздухом, нагретым с помощью газовых горелок до температуры не более 70 °C.
После выхода из камеры полимеризации труба передается на площадку окончательного контроля, где производится контроль качества нанесения внутреннего покрытия, контроль сплошности покрытия, при необходимости осуществляется мелкий ремонт труб.
Затем трубы передаются на станции окончательной приемки, производится маркировка труб. Далее трубы по выходному конвейеру либо с помощью мостовых кранов перемещаются на склад готовой продукции.
2.4.4.2 Нанесение теплогидроизоляционного покрытия
Трубы в теплогидроизоляционном покрытии предназначены для строительства конденсатопроводов, газопроводов, нефтепроводов, нефтепродуктопроводов подземной бесканальной (прокладка непосредственно в грунте) и надземной прокладки с температурой транспортируемой среды до 130 °C, а также для всех видов трубопроводов в районах вечной мерзлоты. Данные трубы обеспечивают повышенную надежность и экологическую безопасность трубопроводных систем, особенно при сооружении и их эксплуатации в районах залегания многолетнемерзлых грунтов, при экстремально низких температурах воздуха, используется для транспортирования вязкой нефти, сжиженного природного газа, попутного нефтяного газа, газового конденсата и т.п.
Теплогидроизолированные трубы изготавливаются наружным диаметром от 32 до 1420 мм, при этом в качестве рабочей трубы применяются как сварные, так и бесшовные трубы.
По требованию потребителя перед нанесением теплогидроизоляционного покрытия на стальные трубы предварительно может быть нанесен любой тип антикоррозионного покрытия - как наружного, так и внутреннего. В конструкцию покрытия, по требованию потребителей, могут включаться проводники - индикаторы системы оперативного дистанционного контроля (СОДК), предназначенные для контроля состояния изоляции и обнаружения участков с повышенной влажностью изоляции, трубопроводы-спутники для подогрева транспортируемой среды, а также противопожарная система на основе барьерных вставок из негорючих минеральных материалов для предотвращения распространения пожаров. На рисунке 2.57 представлена конструкция теплогидроизоляционного покрытия с СОДК [46].
1 - центрирующая опора; 2 - изоляция из пенополиуретана;
3 - труба-оболочка; 4 - стальная труба; 5 - проводники -
индикаторы СОДК (показаны условно)
покрытия с проводником системы оперативного
дистанционного контроля (СОДК)
В конструкции теплогидроизоляционного покрытия применяются различные типы гидроизоляционного слоя (оболочки).
Полиэтиленовая оболочка. Трубы с таким видом защиты используются при подземной бесканальной прокладке тепловых сетей.
Спирально-замковая труба из оцинкованной стали. Трубы с оцинкованной оболочкой предназначены только для надземной прокладки тепловых сетей.
Композитная оболочка состоит из стальной оболочки, которая сохраняет устойчивость ППУ к внешним воздействиям при температурах до минус 50 °C, и антикоррозионного покрытия, обеспечивающего защиту трубопровода при подземной прокладке на весь период эксплуатации.
Применение в качестве теплоизоляционного материала пенополиуретана (ППУ) обусловлено его высокими теплоизоляционными свойствами, имеющимися преимуществами перед изоляционной минеральной ватой: уменьшение потерь тепла при низком коэффициенте теплопроводности в состоянии обычной влажности, долговечность теплоизоляционных характеристик, небольшое водопоглощение.
Технология нанесения теплогидроизоляционного покрытия на стальные трубы заключается в следующем.
Труба с предварительно нанесенным наружным либо внутренним антикоррозионным покрытием любого типа подается на заталкивающий рольганг, где на нее устанавливаются центрирующие опоры (центраторы), гидроизоляционная оболочка. Готовая к заливке ППУ труба подается на заливочный стол, где устанавливаются заливочные заглушки. На заливочном столе труба позиционируется в наклонном положении, и в межтрубное пространство под высоким давлением впрыскивается смешанная в заливочной машине пенополиуретановая композиция. По окончании реакции полимеризации ППУ производится демонтаж заливочных заглушек и теплогидроизолированная труба подается на участок зачистки, где производится зачистка концов труб, приемо-сдаточный контроль. Принятые трубы маркируются и перемещаются на склад готовой продукции.
При производстве труб с теплогидроизоляционным покрытием, в конструкции которого присутствует противопожарная вставка, труба с наружным либо внутренним антикоррозионным покрытием подается на стол, где производится разметка трубы под противопожарную вставку длиной не менее 3 м, далее устанавливаются мембраны на границах противопожарной вставки, производится фиксация мембраны фрагментами транспортерной ленты, закрепляемой бандажными лентами. На трубу наматывается негорючий наполнитель на минеральной основе. Далее труба отправляется для нанесения пенополиуретановой композиции по описанной выше технологии.
Теплогидроизолированные трубы выпускаются с двумя основными типами изоляции: тип 1 - усиленная изоляция (используется для регионов с умеренным климатом), тип 2 - весьма усиленная (используется для регионов с низкими температурами). По требованию потребителей предприятиями РФ выпускаются трубы со специальными характеристиками - увеличенной толщиной изоляции, с нестандартными размерами наружных оболочек. Для полной защиты наружной поверхности зоны сварного стыка поставка труб может включать в себя комплекты заделки стыка, соответствующие конструкции и размерам изоляции основного трубопровода.
2.4.4.3 Горячее цинкование стальных труб
Наибольшее распространение горячее цинкование в РФ получило при производстве стальных сварных круглых водогазопроводных труб наружным диаметром 15 - 159 мм, профильных труб различного сортамента. Процесс осуществляется на агрегатах непрерывного и полунепрерывного типа сухим и мокрым способами, толщина цинкового покрытия составляет 80 - 100 мкм [45].
Способ горячего цинкования получил наибольшее распространение по сравнению с термодиффузионным и электролитическим цинкованием из-за меньшей себестоимости покрытий труб, возможности регулирования толщины покрытия, удовлетворительного товарного вида. Цинковое покрытие хорошо защищает стальную основу трубы от действия окружающей природной среды, пресной и соленой воды, некоторых видов нефтепродуктов [45].
Схема процесса горячего цинкования стальных труб и профилей представлена на рисунке 2.58.
1 - входной контроль, набор труб в пакеты; 2 - промывка,
обезжиривание; 3 - травление пакета труб в ванне;
4 - промывка в холодной воде; 5 - флюсование; 6 - сушка,
подогрев труб; 7 - цинкование труб; 8 - обдувка наружной
поверхности; 9 - продувка труб паром; 10 - охлаждение труб;
11 - контроль качества, измерение длины, взвешивание труб;
12 - упаковка, складирование труб
стальных труб и профилей
2.4.4.3.1 Подготовка труб к цинкованию
Трубы, изготовленные в соответствии с НТД, после предварительной приемки направляются попакетно на участок подготовки труб. При подготовке труб к цинкованию осуществляются следующие технологические операции: замочка, обезжиривание, промывка, травление, промывка в горячей и холодной воде.
С целью удаления рыхлых слоев окалины, металлической стружки и пыли трубы проходят промывку в горячей воде. Продолжительность промывки составляет 3 - 10 мин при температуре воды до 80 °C. Затем трубы подвергаются химическому обезжириванию в кислотных растворах различной концентрации, щелочных растворах, содержащих едкий натр тринатрийфосфат, жидкое стекло и поверхностно-активные добавки, добавляемые в раствор для повышения моющей способности, смачивания, эмульгирующего и диспергирующего эффекта. Операция проводится при температуре не менее 40 °C в течение 10 - 15 мин. В процессе обезжиривания происходит омыление жиров, эмульгирование и диспергирование загрязнений, как результат - удаление возможных жировых загрязнений с поверхности труб [45].
После обезжиривания пакет труб промывают в горячей воде в течение 5 мин для удаления с поверхности труб остатков обезжиривающего раствора и других загрязнений.
2.4.4.3.2 Травление и промывка в холодной воде
Процесс горячего цинкования состоит из травления, флюсования, цинкования.
Травление применяют с целью удаления с наружной и внутренней поверхности труб окалины и окислов. Для получения качественного цинкового покрытия травление труб производят в растворе соляной кислоты, а также растворах соляной и серной кислот [54]. Для улучшения качества травления (исключения перетравливания) и снижения потерь металла при травлении в травильный раствор дополнительно добавляют ингибиторы кислотной коррозии различного состава. С целью уменьшения газовыделения и удаления травильного шлама с поверхности труб в травильный раствор также вводятся различные эмульгаторы. Преимуществами процесса травления в соляной кислоте являются:
- возможность работы при температуре окружающей среды;
- меньшая потеря массы при травлении стальной основы;
- незначительное поглощение стальной основой водорода;
- получение светлой поверхности стальной основы [45].
Для получения качественного цинкового покрытия травление труб осуществляют при температуре не менее 20 °C. Продолжительность процесса травления составляет от 15 до 50 мин в зависимости от толщины и характера окалины, а также от концентрации раствора.
В зависимости от конструкции травильных ванн применяются ванны с перемещением труб (шнековым, шлепперным, рычажным цепным способами), ванны простой конструкции без перемещения труб, в которых происходит травление пакета труб [45].
После проведения травления трубы для удаления остатков травильного раствора и шлама направляют в ванну промывки холодной водой.
2.4.4.3.3 Флюсование труб
После промывки трубы подвергаются флюсованию с целью удаления с поверхности труб не полностью смытых в процессе промывки окислов и солей железа, растворения вновь образовавшихся окислов, создания защитной от окисления пленки из солей цинка, обеспечивающей полное смачивание поверхности труб расплавленным цинком.
На предприятиях РФ применяется сухое и мокрое цинкование. При мокром цинковании трубы загружаются в расплавленный флюс, находящийся на зеркале ванны цинкования. При сухом цинковании трубы погружаются в водный раствор флюса в отдельной ванне, а затем после просушки перемещаются в ванну цинкования.
Мокрое цинкование проводится в разбавленном растворе ZnCl2 с хлористым аммонием. В ванны с добавками алюминия во флюс вводятся фториды, что позволяет повысить содержание алюминия в цинке до 0,05% - 0,07%. Для предотвращения быстрого истощения флюса в него добавляют присадки типа глицерина, которые делают флюс пенистым, что способствует удержанию влаги [45].
При сухом цинковании процесс флюсования труб осуществляют при температуре не менее 20 °C на протяжении 2 - 3 мин в растворах флюса, наиболее распространенными из которых являются растворы на основе хлористого цинка и хлористого аммония, а также растворы на основе сухой двойной соли "цинк-аммоний хлористый" [54]. Для полного смачивания поверхности труб раствором флюса производится их укладка на дно ванны.
После флюсования пакет труб краном подается на питательный стол загрузочной решетки, откуда поштучно трубы поступают в сушильную печь, где проходят операцию сушки и подогрев при температуре 200 °C - 400 °C с целью высушивания пленки флюса и предварительного прогрева труб перед погружением в ванну цинкования. Целью предварительного нагрева является также снижение расхода тепла на нагревание труб при цинковании, увеличение срока службы ванны цинкования, уменьшение окисления цинка, а также значительное уменьшение вредных выделений, что улучшает условия работы на участке. Далее из сушильной камеры сухие и подогретые трубы поштучно поступают в загрузочное устройство машины цинкования, которое погружает их в раствор цинка.
2.4.4.3.4 Цинкование
Процесс горячего цинкования проводится погружением предварительно подготовленных труб в ванну с расплавленным цинком. При этом достигается равномерное покрытие наружной и внутренней поверхности стальных труб слоем цинка.
На получение качественного цинкового покрытия существенное влияние оказывает постоянство заданной температуры расплавленного цинка, которая обычно находится в пределах 430 °C - 460 °C. Для улучшения механических свойств цинкового покрытия, получения более светлого блестящего покрытия, уменьшения угара цинка с поверхности расплава и образования гартцинка расплав цинка легируют чушками первичного алюминия. При введении в ванну с цинком 0,014% - 0,084% магния повышается коррозионная стойкость цинковых покрытий в морской воде и агрессивной среде [45].
В целом цинковальная установка состоит из ванны цинкования, печи для разогрева ванны, механизмов загрузки и выгрузки, механизмов перемещения труб, магнитных роликов. Загрузку труб в ванну цинкования, их выгрузку производят наклонно с целью выхода воздуха при погружении в расплавленный цинк, обеспечения равномерного заполнения внутренней поверхности цинком, свободного стекания расплавленного цинка с труб, выходящих из ванны.
Выходя из расплава цинка, трубы подвергаются обдувке наружной поверхности от золы, окислов алюминия и излишков цинка при помощи кольцевого сопла. Обдувка производится сухим сжатым воздухом, подаваемым с большой скоростью. Для "выглаживания" внутренней поверхности труб и регулирования толщины цинкового покрытия (удаления излишков цинка) производится продувка трубпаром с температурой до 200 °C [45].
2.4.4.3.5 Охлаждение труб
Трубы, прошедшие кольцевую обдувку наружной поверхности и продувку внутренней поверхности, поступают на горизонтальный холодильник, где в зависимости от типоразмера проходят операцию охлаждения в душирующем устройстве водой или обдувкой на воздухе. Далее при помощи распределительного устройства трубы по рольгангам направляются на участок отделки, где осуществляются их правка, контроль качества, взвешивание, маркировка краской, упаковка и сдача.
2.5 Экономические аспекты технологий, методов, решений, применяемых в настоящее время при производстве изделий дальнейшего передела черных металлов
В настоящем разделе рассмотрены вопросы, связанные с оценкой затрат промышленных предприятий по производству изделий дальнейшего передела черных металлов на реализацию природоохранных мероприятий, а также инвестиционные затраты, направленные на модернизацию и реконструкцию действующего производства: техническое перевооружение предприятий путем ликвидации устаревшего оборудования, приобретения, ввода в эксплуатацию новых машин и механизмов, строительство новых промышленных объектов, обеспечивающих, в том числе, сокращение выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду.
Черная металлургия - высококонкурентная отрасль, которая требует от предприятий гибкого реагирования на основные тенденции рынка. Одним из главных факторов устойчивого положения любой металлургической компании является постоянное инвестирование в развитие производства.
Реализация крупных инвестиционных проектов в целом обеспечивает:
- совершенствование технологии с целью улучшение качества продукции, снижения ее себестоимости и повышения конкурентоспособности;
- снижение ресурсоемкости и энергоемкости металлопродукции;
- снижение вредного воздействия предприятий на окружающую среду;
- увеличение производства высокотехнологичных эффективных видов металлопродукции.
Информация, представленная в настоящем разделе, получена из открытых источников, преимущественно, публикаций с обзорами результатов работы предприятий черной металлургия России по итогам года, опубликованных в научно-технических, экономических изданиях, и годовых отчетов компаний - производителей металлопродукции, размещенных на официальных веб-порталах.
Вместе с тем данная информация не является универсальной и не может быть в полной мере использована для точной оценки необходимых вложений конкретного предприятия в оборудование и технологии, направленных на сокращение эмиссий загрязняющих веществ в окружающую среду, а отражает лишь примерный объем затрат, направленный на реализацию отдельных природоохранных проектов и мероприятий. К тому же зачастую информация по затратам на природоохранную деятельность, указанная в отчетных документах крупных производителей изделий дальнейшего передела черных металлов, охватывает также смежные технические области, например сталеплавильное производство, технологии добычи, обогащения руд и пр.
Полученная из открытых источников информация, касающаяся затрат производственных предприятий на реализацию крупных инвестиционных проектов, одним из эффектов которых является снижение вредного воздействия предприятий на окружающую среду, представляется, в основном, в обобщенном виде, включает затраты на приобретение оборудования и его транспортировку, реализацию проекта (строительно-монтажные работы) и пр. При реализации подобных крупных комплексных проектов выделение затрат на природоохранные мероприятия из общей суммы капиталовложений является непростой и трудно решаемой задачей.
Вместе с тем в своих отчетных документах производственные предприятия и промышленные холдинги, помимо затрат на конкретные проекты, одним из эффектов которых является сокращение эмиссий загрязняющих веществ в окружающую среду, также могут выделять капиталовложения на отдельные природоохранные мероприятия. Данная практика характерна при реализации конкретного природоохранного мероприятия, направленного на улучшение экологической обстановки.
2.5.1 Затраты на охрану окружающей среды в РФ
2020 год характеризовался увеличением расходов федерального и консолидированного бюджета Российской Федерации по разделам и подразделам, связанным с природными ресурсами и природопользованием (Таблица 2.26) [47]. Так в 2020 г. расходы консолидированного бюджета Российской Федерации на охрану окружающей среды увеличились на 13,4%, в том числе увеличились расходы на сбор, удаление и очистку сточных вод (на 53,6%), охрану объектов растительного и животного мира и среды их обитания (на 9,1%) и на другие вопросы в области охраны окружающей среды (на 11,4%).
Суммарные расходы на охрану окружающей среды и природопользование в секторе национальной экономики составили 126 893 млн руб., что на 7,3% больше аналогичного показателя в 2019 г.
Таблица 2.26
и другим профильным разделам и подразделам
консолидированного бюджета Российской
Федерации, 2008 - 2020 гг., млн руб.
Вид расходов | 2008 | 2010 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 |
Охрана окружающей среды | 31 228 | 28 326 | 71 712 | 83 975 | 116 282 | 148 252 | 250 296 | 283 788 |
в том числе: | ||||||||
- сбор, удаление и очистка сточных вод | 1 574 | 1 203 | 3 227 | 1 280 | 2 935 | 5 938 | 13 632 | 20 938 |
- экологический контроль | 376 | 200 | 183 | 200 | 145 | 151 | 294 | 237 |
- охрана объектов растительного и животного мира | 8 902 | 9 171 | 22 365 | 22 133 | 22 995 | 26 734 | 25 991 | 28 356 |
- прикладные научные исследования в области охраны окружающей среды | 375 | 317 | 633 | 584 | 769 | 1 114 | 941 | 855 |
- другие вопросы в области охраны окружающей среды | 20 060 | 17 436 | 45 304 | 59 779 | 89 438 | 114 314 | 209 435 | 233 402 |
Результативность природоохранной деятельности значительно зависит от финансового фактора - объема инвестиций в развитие и модернизацию предприятий, проведение водо-, почвозащитных мероприятий, развитие мониторинговой сети. Тремя наиболее значительными категориями затрат на охрану окружающей среды являются:
- текущие затраты;
- капитальный ремонт;
- инвестиции в основной капитал.
Текущие затраты являются издержками по содержанию и эксплуатации природоохранных и природосберегающих объектов, расходами предприятий на охрану окружающей среды и др.
Под расходами на капитальный ремонт понимаются инвестиции в модернизацию и обновление основных фондов предприятий по охране окружающей среды.
Инвестиции в основной капитал представляют расходы на строительство, ремонт и приобретение нового оборудования, направленного на снижение негативного воздействия на окружающую среду.
В Таблице 2.27 представлена динамика инвестиций в основной капитал в Российской Федерации за период 2010 - 2020 гг. На рисунке 2.59 представлена динамика расходов на охрану окружающей среды по видам расходов.
Таблица 2.27
и рациональное использование природных ресурсов
(по данным Росстата)
Направление инвестиций | 2000 г. | 2005 г. | 2010 г. | 2011 г. | 2012 г. | 2013 г. | 2014 г. | 2015 г | 2016 г. | 2017 г. | 2018 г. | 2019 г. | 2020 г. |
Миллионов рублей (1990 г. - млрд руб.; в фактически действовавших ценах) | |||||||||||||
Инвестиции в основной капитал - всего | 22 339 | 58 738 | 89 094 | 95 662 | 116 543 | 123 807 | 158 636 | 151 788 | 139 677 | 154 042 | 157 651 | 175 029 | 195 962 |
в том числе на: - охрану и рациональное использование водных ресурсов | 8 251 | 26 143 | 46 025 | 46 610 | 52 420 | 59 505 | 76 315 | 78 962 | 67 496 | 66 496 | 62 750 | 71 805 | 69 560 |
- охрану атмосферного воздуха | 7 946 | 19 839 | 26 127 | 27 882 | 34 626 | 41 196 | 55 587 | 40 120 | 40 340 | 60 199 | 65 475 | 70 250 | 91 275 |
- охрану и рациональное использование земель | 3 520 | 9 206 | 9340 | 13 785 | 19 888 | 13 802 | 14 540 | 15 703 | 12 228 | 10 216 | 10 010 | 12 158 | 15 303 |
из них на рекультивацию нарушенных земель | 2 021 | 2 041 | 2 782 | 2 412 | 4 248 | 3 685 | 4 238 | 5 671 | 3 865 | 3 917 | 3 313 | 4 946 | 8 283 |
- охрану окружающей среды от загрязнения отходами производства и потребления | 2 237 | 2 988 | 6 276 | 4 505 | 7 442 | 7 485 | 7 684 | 12 732 | 8 432 | 10 942 | 15 221 | 13 731 | 9 892 |
- на другие мероприятия | 385 | 562 | 1 326 | 2 880 | 2 167 | 1 819 | 4 510 | 4 271 | 11 217 | 6 189 | 4 195 | 7 086 | 8 821 |
В % к предыдущему году (в сопоставимых ценах) | |||||||||||||
Инвестиции в основной капитал - всего | 133,4 | 124,8 | 100,7 | 98,7 | 114,1 | 100,7 | 122,4 | 86,0 | 86,6 | 106,3 | 97,2 | 103,9 | 112,0 |
в том числе на: - охрану и рациональное использование водных ресурсов | 121,2 | 145,2 | 108,7 | 93,1 | 105,3 | 107,6 | 122,5 | 93,0 | 80,4 | 95,0 | 89,6 | 107,1 | 96,9 |
- охрану атмосферного воздуха | 130,4 | 111,8 | 104,1 | 98,1 | 116,3 | 112,8 | 128,9 | 64,9 | 94,6 | 143,9 | 103,3 | 100,4 | 129,9 |
- охрану и рациональное использование земель | 186,0 | 144,7 | 78,3 | 135,7 | 135,1 | 65,8 | 100,6 | 97,1 | 73,3 | 80,6 | 93,1 | 113,7 | 125,9 |
из них на рекультивацию нарушенных земель | 314,7 | 143,0 | 105,4 | 79,7 | 164,9 | 82,2 | 109,9 | 120,3 | 64,1 | 97,7 | 80,3 | 139,7 | 167,47 |
- охрану окружающей среды от загрязнения отходами производства и потребления | 87,2 | 65,4 | 93,3 | 199,8 | 70,4 | 79,6 | 236,8 | 149,00 | 62,20 | 125,3 | 132,1 | 84,4 | 68,3 |
- на другие мероприятия | 117,4 | 110,2 | 106,3 | 110,8 | 106,8 | 100,8 | 98,5 | 85,20 | 247,00 | 53,2 | 64,2 | 158,1 | 117,9 |
(в фактически действовавших ценах, млн руб.) [48]
В 2020 г. выросли как общие абсолютные значения инвестиций в природоохранную деятельность, так и инвестиции в основной капитал. Прирост общих инвестиций предприятий в природоохранную деятельность составил 12% к 2019 г. и 199,2% к 2010 г. Прирост инвестиций в основной капитал составил 12,0% к 2019 г. Ключевыми категориями роста объема инвестиций в основной капитал были:
- охрана атмосферного воздуха (29,9% к 2019 г.);
- охрана и рациональное использование земель (25,9%).
Несмотря на 184% рост абсолютных значений инвестиций в природоохранную деятельность, за период 2005 - 2020 гг. наблюдалось слабое падение, стагнация и последующий незначительный рост в последние годы доли природоохранных инвестиций в ВВП Российской Федерации. Общий спад за период 2005 - 2020 гг. составил 0,2% - с 1,1% в 2011 г. до 0,9% в 2020 г.
Анализ данных, приведенных в таблице 2.27, свидетельствует об ощутимом варьировании соответствующих величин от года к году. За последние десятилетия в отдельные годы наблюдалось резкое увеличение природоохранных и природосберегающих капитальных вложений, а в другие годы - существенное снижение данных объемов.
По официальным данным Росстата, в 1991 г. доля капиталовложений в природоохранные и природосберегающие объекты составляла около 1,6% от общей суммы инвестиций в народное хозяйство страны, в 2000 г. эта доля возросла до 1,9%, в 2005 г. она составляла 1,6%. В 2010 г. рассматриваемая доля была на уровне 1,0%, а в 2011 - 2013 гг. равнялась 0,9%. В 2014 г. этот уровень несколько возрос - до 1,1%, а в 2015 г. уменьшился до 1,0% и в последнее время сохраняется на уровне менее 0,8%.
Основными инвесторами и источниками финансирования в природоохранные и природосберегающие инвестиционные мероприятия являлись предприятия-природопользователи и их собственные средства (порядка трех четвертей всех соответствующих капитальных вложений). При этом имеет место общая тенденция относительного роста инвестиций хозяйственных объектов в суммарном инвестировании в охрану окружающей среды. Значение бюджетных расходов при этом падает [48].
2.5.2 Инвестиционные проекты, затраты компаний и отдельных предприятий - производителей изделий дальнейшего передела черных металлов
Суммарно на долю холдингов приходится порядка 90% производимых в России изделий дальнейшего передела черных металлов (проката, проволоки, труб) [49]. Компании активно развивают собственные сервисные службы по металлообработке и торговле готовой металлопродукцией в различных регионах страны и мира, осуществляют строительство электросталеплавильных заводов, прокатных станов в регионах России в целях приближения к потребителю и повышению конкурентоспособности за счет снижения транспортных расходов, реализуют проекты модернизации и реконструкции устаревшего оборудования, вводят в строй новые производственные линии и комплексы. Однако, несмотря на ввод новых мощностей, принципиальных изменений в структуре отрасли не ожидается - более 80% производства будет приходиться на крупные вертикально-интегрированные компании [50].
Именно на предприятиях, входящих в состав крупных металлургических холдингов, реализованы крупные инвестиционные проекты: введены в строй новые производственные мощности, проведено обновление основных производственных объектов. Работа по реконструкции производства и реализации программ стратегического развития с целью повышения конкурентоспособности продукции, снижения издержек производства, расширения сортамента производимой продукции, энергосбережения и сокращения эмиссий в окружающую среду проводится российскими предприятиями постоянно. И даже несмотря на проблемы отрасли, связанные с последствиями распространения коронавирусной инфекции в 2019 - 2020 гг., предприятия черной металлургии РФ продолжали активное развитие и реализацию инвестиционной деятельности.
В Таблице 2.28 представлена краткая информация о некоторых крупных инвестиционных проектах предприятий черной металлургии РФ, реализованных за последние 5 лет (в период 2016 - 2020 гг.) и перспективных на ближайшие годы, направленных на развитие технологии и оборудования для производства изделий дальнейшего передела черных металлов. Данная информация получена на основании открытых данных из доступных источников [51] - [55].
Таблица 2.28
и перспективные инвестиционные проекты предприятий
черной металлургии РФ в направлении развития технологии
и оборудования для производства изделий дальнейшего
Предприятие | Наименование мероприятия/проекта | Срок реализации проекта | Объем инвестиций | Краткая информация о выполненных проектах, направления реализации |
ООО "ВИЗ-Сталь" (Группа НЛМК) | Модернизация оборудования термической обработки трансформаторного проката | 2016 - 2017 гг. | около 159 млн руб. | Ввод в эксплуатацию 8 новых стендов колпаковых печей высокотемпературного отжига (ВТО) в 2016 г. (сумма затрат 26 млн руб) и 27 новых стендов в 2017 г., модернизация их системы управления и газовой разводки. Ключевые направления реализации проекта: повышение надежности работы печей ВТО, повышение качества производимой продукции, снижение эксплуатационных затрат. |
2018 г. | 32 млн руб. | Установка 4 новых высокоточных толщиномеров на агрегаты подготовки рулонов цеха холодной прокатки и толщиномера на агрегат продольной резки участка отделки. Ключевые направления реализации проекта: улучшение контроля за качеством производимой трансформаторной стали | ||
ПАО "НЛМК" (Группа НЛМК) | Реконструкция нагревательной печи N 2 | 2019 г. | 4,0 млрд руб. | Установка новой нагревательной печи с шагающими балками мощностью 2,25 млн т/год. Ключевые направления реализации проекта: замена устаревшего оборудования, увеличение объема производства горячего проката на 110 тыс. т/год, снижение удельного расхода топлива на нагрев слябов (с 85,4 до 43,9 кг.у.т./т) и угара металла (с 13,8 до 7,1 кг/т), сокращение эмиссии парниковых газов (CO2) на 70 тыс. тонн в год |
Строительство агрегата непрерывного горячего цинкования АНГЦ N 5 | 2020 - 2022 гг. | более 12 млрд руб. | Установка нового агрегата непрерывного горячего цинкования мощностью 450 тыс. т. Ключевые направления реализации проекта: расширение сортамента производимой продукции за счет освоения производства продукции с цинковым, цинк-алюминиевым и цинк-магниевым покрытием. | |
ПАО "ЧерМК" (Северсталь) | Установка новой листоправильной машины на агрегате поперечной резки N 3 | 2016 г. | более 70 млн руб. | Установка новой листоправильной машины производительностью до 1,5 - 2,0 тыс. тонн металлопроката в сутки. Ключевые направления реализации проекта: повышение производительности и качества продукции (возможность получения металлопроката с гарантированной плоскостностью), выполнение перспективных требований потребителей. |
Реконструкция стана горячей прокатки 2000 | 2017 г. | более 120 млн руб. | Установка новой рулоновязальной машины N 1 на конвейере горячекатаных рулонов, запуск предиктивной модели для анализа температурного режима работы и прогнозирования отказа подшипников шестеренных клетей стана горячей прокатки 2000. Ключевые направления реализации проекта: улучшение условий труда, обеспечение требуемого качества производимой продукции, сокращение простоев технологического оборудования. | |
Строительство новой печи N 2 стана горячей прокатки 2000 | 2020 г. | н/у | Строительство новой высокопроизводительной печи производительностью до 400 т/час на холодном и 500 т/час на горячем посаде. Ключевые направления реализации проекта: повышение производительности и качества продукции, снижение угара металла и расхода энергоресурсов, сокращение выбросов | |
Установка нового непрерывно-травильного агрегата НТА N 4 | 2020 г. | около 7 млрд руб. | Установка нового непрерывно-травильного агрегата мощностью до 2,0 млн т/год для производства высококачественного оцинкованного металлопроката шириной до 1 850 мм. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, повышение качества и расширение сортамента производимой продукции. | |
Установка нового агрегата продольной резки | 2020 г. | н/у | Установка нового агрегата продольной резки горячекатаного травленого, холоднокатаного отожженного, оцинкованного металлопроката и металлопроката с полимерным покрытием шириной до 1850 мм. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, повышение качества и расширение сортамента производимой продукции. | |
Строительство нового сортопроволочного стана 170 | 2021 - 2023 гг. | 10 млрд руб. | Строительство нового сортопроволочного стана мощностью до 1 млн т/год для производства круглого проката, катанки в бунтах диаметром от 5,5 до 20 мм и мотках диаметром от 20 до 32 мм, а также арматурного проката диаметром от 6 до 16 мм класса A500C. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, повышение качества и расширение сортамента производимой продукции, сокращение потребления энергоресурсов. | |
ПАО "ММК" (Группа ММК) | Установка нового агрегата непрерывного горячего цинкования АНГЦ N 3 | 2017 г. | н/у | Установка нового агрегата непрерывного горячего цинкования мощностью до 450 тыс. т/год горячеоцинкованного холоднокатаного проката для строительной отрасли. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, повышение качества и расширение сортамента производимой продукции. |
Реконструкция стана горячей прокатки 2500 | 2018 - 2020 гг. | н/у | Реализация комплекса мероприятий, направленного на улучшение качества производимой продукции, снижение себестоимости производства, увеличение мощности стана с 4,0 до 5,2 млн т/год. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, повышение качества и расширение сортамента производимой продукции, снижение себестоимости продукции. | |
ОАО "ММК-Метиз" (Группа ММК) | Строительство нового комплекса по производству проволоки и канатов | 2018 г. | более 1,5 млрд руб. | Строительство нового комплекса по производству проволоки и канатов мощностью более 43 тыс. т/год Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, повышение качества и расширение сортамента продукции. |
Строительство нового комплекса по производству самонарезающихся винтов | 2018 г. | 2,5 млрд руб. | Строительство нового комплекса по производству самонарезающихся винтов и шурупов мощностью до 1 200 т/год. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, повышение качества и расширение сортамента продукции. | |
Строительство нового комплекса по производству бунтового и пруткового калиброванного проката | 2019 г. | Строительство нового комплекса по производству бунтового и пруткового калиброванного проката Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, повышение качества и расширение сортамента продукции. | ||
АО "ОЭМК им. А.А. Угарова" (Металлоинвест) | Реконструкция новой установки гидросбива окалины | 2018 г. | н/у | Реконструкция установки гидросбива печной окалины с поверхности заготовки перед прокаткой в линии стана 350. Ключевые направления реализации проекта: повышение качества производимой продукции |
Установка нового шаропрокатного стана | 2020 г. | около 1 млрд руб. | Установка нового шарикопрокатного стана для производства около 43 тыс. т мелющих шаров диаметром 100 - 120 мм массой до 8 кг и групп твердости 2 - 3 в соответствии с ГОСТ 7524-2015. Ключевые направления реализации проекта: расширение сортамента производимой продукции, снижение зависимости от внешних поставщиков стальных мелющих шаров и обеспечение изделиями высокого качества. | |
Установка нового редукционно-калибровочного блока | 2019 г. | н/у | Установка нового редукционно-калибровочного блока на стане 350. Ключевые направления реализации проекта: повышение качества за счет обеспечения высокой точности геометрических параметров, расширение сортамента производимой продукции.. | |
АО "Уральская сталь" (Металлоинвест) | Сооружение комплекса "Роликовая термическая печь N 1 - роликовая закалочная машина N 1" (РТП-1 - РЗМ-1) | 2018 г. | около 1,5 млрд руб. | Установка новой высокопроизводительной роликовой термической печи N 1 и закалочного пресса N 1 в листопрокатном цехе. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, повышение качества и расширение сортамента продукции за счет освоения производства термообработанного металлопроката. |
ОА "ЕВРАЗ ЗСМК" (ЕВРАЗ) | Внедрение новой технологии безаммиачной обработки проволоки | 2016 г. | н/у | Внедрение новой технологии безаммиачной обработки проволоки Ключевые направления реализации проекта: отказ от использования аммиака в производственном процессе - улучшение условий труда и повышение промышленной безопасности. |
Ввод в эксплуатацию новой установки ультразвукового контроля | 2018 г. | н/у | Ввод в эксплуатацию новой установки ультразвукового контроля в линии неразрушающего контроля 25 метровых рельсов для выявления внутренних дефектов производимой продукции. Ключевые направления реализации проекта: повышение качества контроля производимой продукции. | |
АО "ЕВРАЗ НТМК" (ЕВРАЗ) | Перевооружение участка обработки трубной заготовки в крупносортном цехе | 2017 г. | н/у | Установка дробеметного комплекса для 100% удаления окалины с поверхности заготовок, обдирочно-шлифовального станка для зачистки выявленных дефектов, транспортной системы для обеспечения накопления, передачи и перемещения заготовок между агрегатами. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, повышение качества и расширение сортамента производимой продукции. |
Установка нового шаропрокатного стана | 2018 г. | н/у | Установка нового шаропрокатного стана для производства мелющих шаров диаметрами от 60 до 120 мм пятой группы твердости. Ключевые направления реализации проекта: расширение сортамента производимой продукции, импортозамещение. | |
Модернизация рельсобалочного стана | 2019 г. | около 14 млрд руб. | Реализация комплекса мероприятий, направленных на модернизацию рельсобалочного стана. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, повышение качества и расширение сортамента производимой продукции (освоение производства строительной балки), снижение себестоимости производимой продукции. | |
ПАО "ЧМК" (Мечел) | Создание нового производственного участка размотки бунтов | 2016 г. | н/у | Создание нового участка размотки бунтов в составе 20 специализированных станков для производства прутков диаметром от 6 до 10 мм. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, расширение сортамента производимой продукции. |
АО "Белорецкий металлургический комбинат" (Мечел) | Реализация проекта модернизации сталепроволочно-канатного производства | 2019 - 2023 гг. | н/у | Выполнение комплекса мероприятий, направленных на модернизацию оборудования сталепроволочно-канатного производства. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, повышение качества и расширение сортамента производимой продукции, снижение себестоимости продукции. |
СинТЗ (Группа ТМК) | Установка новой линии неразрушающего контроля труб | 2019 г. | н/у | Установка новой линии неразрушающего контроля труб в составе приборов ультразвукового и магнитоиндукционного контроля производительностью 60 труб/час для обнаружения наружных и внутренних дефектов, измерения толщины стенки труб. Ключевые направления реализации проекта: повышение качества контроля трубной продукции, увеличение мощности предприятия по выполнению неразрушающего контроля. |
ПАО "СТЗ" (Группа ТМК) | Модернизация линии отделки труб N 5 | 2017 г. | н/у | Модернизация линии отделки труб N 5, в рамках которой были установлены: новая муфтонаверточная станция фирмы Weatherford, современные трубонарезные станки для нарезки обычной и премиальной резьб на трубы наружным диаметром 138 - 340 мм с толщиной стенки 7 - 16 мм, установка неразрушающего контроля качества резьбы. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, повышение качества и расширение сортамента производимой продукции. |
Строительство нового участка термической обработки труб | 2020 г. | 5,5 млрд руб. | Строительство нового участка термической обработки труб с наружным диаметром 168 - 370 мм и толщиной стенки 6,4 - 40 мм мощностью 300 тыс т/год. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, повышение качества и расширение сортамента производимой продукции. | |
АО "ПНТЗ" (Группа ТМК) | Строительство комплекса оборудования для производства длинномерных труб из нержавеющих марок стали | 2016 г. | около 200 млн руб. | Строительство комплекса в составе: стан ХПТ 10-45, шлифовальный агрегат, правильная машина для производства до 1,1 млн. метров в год труб диаметром 10 - 45 мм с толщиной стенки 0,5 - 4,0 мм максимальной длиной до 24 м из нержавеющих марок стали. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, расширение сортамента производимой продукции. |
Установка современного прибора ультразвукового контроля толщины стенки труб | 2016 г. | 80 | Установка нового прибора ультразвукового контроля толщины стенки труб нефтяного сортамента производительностью 450 т/сут со скоростью контроля до 2 м/сек. Ключевые направления реализации проекта: повышение качества контроля трубной продукции, увеличение мощности предприятия по выполнению неразрушающего контроля. | |
Установка нового гидравлического пресса для испытания холоднодеформированных труб | 2017 г. | 60 млн руб | Установка нового гидравлического пресса для испытаний холоднодеформированных труб наружным диаметром от 20 до 60 мм с толщиной стенки от 2 до 13 мм, в т.ч. с повышенным давлением. Ключевые направления реализации проекта: увеличение мощности предприятия по выполнению гидроиспытаний. | |
Установка комплекса оборудования для производства нержавеющих бесшовных труб | 2019 - 2021 г.г. | Более 780 млн руб. | Установка комплекса оборудования для производства нержавеющих бесшовных труб для парогенераторов атомных электростанций в составе поточной линии отделки и сдачи труб, автоматизированной установки неразрушающего контроля Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства продукции с особыми требованиями потребителей, повышение качества контроля трубной продукции, увеличение мощности предприятия по выполнению неразрушающего контроля. | |
АО "ВМЗ" (ОМК) | Строительство трубоэлектросварочного цеха | 2020 г. | 20 млрд руб. | Строительство трубоэлектросварочного цеха в составе трубоэлектросварочных агрегатов мощностью до 165 тыс. т/год, линий отделки и термоотдела для производства обсадных, насосно-компрессорных и нефтегазопроводных труб мощностью до 120 тыс. т/год Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства сварных труб и расширение сортамента производимой продукции. |
Строительство цеха по производству бесшовных труб | ориентировочный срок ввода объекта - 2021 г. | 50 млрд руб. | Строительство цеха по производству до 500 тыс. т/год бесшовных труб нефтегазового сортамента наружным диаметром 73 - 273 мм с обычными и премиальными резьбовыми соединениями. Ключевые направления реализации проекта: расширение сортамента производимой продукции за счет освоения производства бесшовных труб. | |
АО "Альметьевский трубный завод" (ОМК) | Установка нового агрегата продольной резки рулонов | ориентировочный срок ввода объекта - 2021 г. | 200 млн руб. | Установка нового агрегата продольной резки рулонов производительность более 125 тыс. т/год для порезки полос толщиной от 4,5 до 8 мм, в т.ч. под размер заказчика, с высоким качеством резаной кромки при скорости работы до 120 м/мин. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства продукции, повышение качества и расширение сортамента производимой продукции. |
АО "Чусовской металлургический завод" (ОМК) | Установка нового сортопрокатного стана | ориентировочный срок ввода объекта - 2022 г. | 3,6 млрд руб. | Установка современного сортопрокатного стана мощностью более 200 тыс. т/год, участка водоподготовки и вальцетокарной мастерской. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства и расширение сортамента производимой продукции. |
ООО "Тула-Сталь" (ПМХ) | Строительство литейно-прокатного комплекса | 2018 г. | Около 1,5 млрд руб. | Строительство нового литейно-прокатного комплекса мощностью 1,5 - 1,8 млн т/год для производства высококачественного сортового и фасонного проката (круг, квадрат, шестигранник, швеллер, уголок, полоса, катанка и пр.) Ключевые направления реализации проекта: организация производства продукции. |
ООО "Абинский электрометаллургический завод" (Новосталь-М) | Строительство цеха по производству метизных изделий | 2019 г. | 1,2 млрд руб. | Строительство цеха по производству метизных изделий мощностью 65 тыс. т/год. Ключевые направления реализации проекта: организация производства продукции. |
Ввод в эксплуатацию пятой очереди предприятия | 2019 г. | 2,9 млрд руб. | Ввод производственных мощностей для выпуска проволоки с алюмоцинковым покрытием производительностью 24 тыс. т/год. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, расширение сортамента продукции. | |
Строительство нового сортопрокатного стана | 2021 г. | 650 млн руб. | Строительство нового сортопрокатного стана мощностью 600 тыс. т/год. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, расширение сортамента производимой продукции. | |
АО "МЗ Балаково" (Новосталь-М) | Установка новой линии по выпуску катанки | 2020 г. | н/у | Установка новой линии по выпуску катанки мощностью 360 тыс. т/год. Ключевые направления реализации проекта: увеличение объемов производства, повышение качества и расширение сортамента производимой продукции. |
"Дон-Металл" | Строительство нового металлургического предприятия по производству арматурного проката | ориентировочный срок ввода объекта - 2021 г. | 3,3 млрд | Строительство сортопрокатного стана мощностью 160 тыс. т/год по выпуску арматурного проката и, на втором этапе, создание сталеплавильного производства мощностью до 250 тыс. т/год. Ключевые направления реализации проекта: организация производства продукции. |
ООО "Волжский трубопрофильный завод" | Строительство нового металлургического предприятия по производству сварных труб | 2020 г. | 200 млн руб. | Строительство нового металлургического предприятия по производству электросварных труб. Ключевые направления реализации проекта: организация производства продукции. |
АО "Загорский трубный завод" | Строительство нового металлургического комплекса по производству бесшовных труб | ориентировочный срок ввода объекта - 2023 гг. | более 41 млрд руб. | Строительство нового металлургического комплекса по производству 450 тыс. т/год бесшовных труб. Ключевые направления реализации проекта: организация производства продукции. |
Инвестиционная политика компаний/предприятий передельной металлургии согласуется с тенденциями мирового и отечественного рынков металла. Инвестиции направляются на ускоренное инновационное обновление производства, освоение новых видов конкурентоспособной продукции, импортозамещение, обеспечение экологической безопасности, ресурсо- и энергосбережение.
Степень воздействия на окружающую среду металлургических предприятий зависит от применяемых технологий, качества и состава используемого сырья, материалов, реагентов и особенностей их географического расположения.
Воздействие на окружающую среду производства проката и труб значительно меньше, чем воздействие металлургического производства с полным циклом [1].
Выбросы загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферу, хотя и являются наиболее значимым экологическим воздействием отрасли черной металлургии на окружающую среду, составляют лишь 5 - 6% от общего объема данных выбросов по России в целом [Государственный доклад "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году", с. 212]. В Государственных докладах за последующие годы (2016 - 2019 гг.) данные о доле выбросов от производственных объектов черной металлургии не приводятся.
Рисунок 3.1 - Значимые воздействия на окружающую среду
Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха на предприятиях передельной металлургии являются нагревательные печи, машины огневой зачистки и травильные агрегаты, а также станы горячей прокатки. По сравнению с другими переделами черной металлургии в производствах третьего передела образуется меньше пыли и газов.
Предприятия передельной металлургии являются крупнейшими потребителями воды. Суточный оборот воды на отдельных предприятиях достигает 3 млн м3 и более. Вода расходуется на обработку и отделку металла, охлаждение оборудования, на очистку отходящих газов, гидравлическую транспортировку и прочие нужды. Часть потребляемой воды безвозвратно теряется. Потери связаны с испарением и каплеуносом в системах оборотного водоснабжения, с приготовлением химически очищенной воды, с потерями в технологических процессах.
Вода, используемая в технологиях, должна иметь определенные качественные характеристики и количественный состав примесей. Как правило, исходная вода, потребляемая из различных источников, до использования ее в технологических процессах проходит предварительную очистку. Это требует создания на предприятиях эффективных систем водоочистки.
За последние годы введены в эксплуатацию десятки крупных циклов оборотного водоснабжения металлургических предприятий. Предприятия черной металлургии, включая передельные, характеризуются высоким уровнем оборотного водоснабжения до 96%, а ряд предприятий перешел на бессточную систему водоснабжения (по данным анкетирования предприятий отрасли), что позволяет в значительной степени снизить загрязнение водного бассейна промышленными стоками.
В результате анкетирования предприятий, осуществляющих производство изделий дальнейшего передела черных металлов, были собраны данные по специфическим загрязняющим веществам и показателям в сбросах в водные объекты.
В таблице 3.1 приведены среднегодовые концентрации, а также концентрации, определенные по максимальным точечным (разовым) пробам для специфических загрязняющих веществ.
Таблица 3.1
в промливневых и промышленных стоках в водные объекты
при производстве изделий дальнейшего передела
черных металлов, мг/дм3
Наименование загрязняющего вещества | Диапазон (величина) | |
Среднегодовая концентрация | Концентрация по максимальным точечным (разовым) пробам | |
Маркерные вещества | ||
Взвешенные вещества | 6,02 - 25,70 | 12,50 - 129,80 |
Железо | 0,07 - 1,24 | 0,20 - 1,00 |
Нефтепродукты (нефть) | 0,07 - 1,51 | 0,20 - 2,09 |
Сульфат-анион (сульфаты) | 37,60 - 658,70 | 26,30 - 877,20 |
Хлорид-анион (хлориды) | 38,30 - 252,90 | 77,00 - 319,10 |
Фосфаты (по фосфору) | 0,02 - 1,66 | 0,03 - 3,70 |
Прочие вещества | ||
Алюминий | 0,005 - 0,05 | 0,2 |
Кальций | 30,6 - 278,3 | 45,7 - 352,7 |
Магний | 10,1 - 33,3 | 15,2 - 46,8 |
Марганец | 0,03 - 0,28 | 0,005 - 0,820 |
Медь | 0,003 - 0,017 | 0,001 - 0,039 |
Никель | 0,01 - 0,10 | 0,018 - 0,240 |
Хром шестивалентный | 0,003 - 0,077 | 0,005 - 0,013 |
Цинк | 0,012 - 0,100 | 0,02 - 0,16 |
Нитрат-анион | 9,4 - 26,0 | 21,8 - 49,0 |
Нитрит-анион | 0,11 - 0,49 | 0,72 - 2,30 |
Аммоний-ион | 0,35 - 1,85 | 0,92 - 7,20 |
Фторид-анион | 0,43 - 1,47 | 0,71 - 5,92 |
Сухой остаток | 387 - 782 | 468 - 1114 |
Любое металлургическое производство, в том числе и производство изделий дальнейшего передела черных металлов, сопровождается образованием промышленных отходов. Основное правило, которым руководствуются на металлургическом предприятии, заключается в сокращении объема промышленных отходов и в поиске способа их вторичного использования.
Большинство отходов, образующихся на прокатных и трубных производствах, повторно используются в металлургическом производстве и других отраслях промышленности. По существующей практике многие отходы переводятся в разряд побочной продукции. Согласно информации, предоставленной предприятиями в анкетах, в зависимости от применяемой технологии, повторно используется в собственном производстве или передается для использования сторонним организациям до 86% образованных отходов, из них в статусе побочной продукции до 42%.
3.1.1 Потребление ресурсов
При производстве горячекатаного проката на стадии предварительной подготовки заготовки потребление топлива и кислорода для огневой зачистки будет зависеть от размеров исходного материала, возможны колебания расхода материалов и выбросов в пределах 20% при увеличении толщины сляба с 200 до 250 мм. При автоматической огневой зачистке заготовок типичный расход составляет 5 м3 кислорода и 25 МДж пропана на 1 т зачищаемой стали. Расход электроэнергии на привод валков зависит от степени обжатия, температуры прокатываемого материала и его сопротивления деформации. Удельное потребление ресурсов при производстве горячекатаного листа приведено в таблице 3.2.
Таблица 3.2
горячекатаного плоского проката
Потребление электроэнергии, кВт·ч/т | Потребление природного газа, м3/т | Потребление тепловой энергии | Потребление воды, м3/т | |
техническая вода на технологические нужды (в том числе оборотных циклов) | "свежая" вода | |||
41 - 114 | 31 - 66 | 0,014 - 0,1155 ГДж/т | 28 - 68 | 0,002 - 2,5 |
По данным анкетирования в 2021 г. | ||||
74,7 - 536 | 39 - 410 | 0,025 - 15,45 Гкал/т | 14,1 - 107,6 | 12,7 |
В среднем общий выброс пыли от всех источников пылеобразования составляет около 200 г/т товарного проката без огневой зачистки и 500 - 2000 г/т при наличии огневой зачистки [5].
Удельное потребление сырья зависит от типа сырья и выпускаемой продукции и находится в диапазоне от 1014,6 кг металла на горячекатаный прокат (листоотделка) до 1294,7 кг круглой заготовки на 1 т (колеса, бандажи, кольца).
3.1.2 Эмиссии в окружающую среду
3.1.2.1. Выбросы в атмосферный воздух
Поскольку в отечественной практике горячие слитки зачистке не подвергают, то в составе эмиссий отсутствуют выбросы от машин огневой зачистки, содержащие пыль (2 - 50 мг/м3), азота оксиды и неметановые летучие органические соединения.
Таблица 3.3
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу
при производстве горячекатаного плоского проката
(по данным анкет, ИТС 27-2017), кг/т продукции
Наименование ЗВ | Технологический этап/источник выброса | Масса ЗВ в отходящих газах после очистки | |
Диапазон | Среднее | ||
Азота диоксид | Подготовка заготовки | 3,8 | |
Азота оксид | 1,4 | ||
Углерода оксид | 2,4 | ||
Азота диоксид | Нагрев заготовки/печь | 14 - 33,5 | 23,8 |
Азота оксид | 33,5 | ||
Углерода оксид | 11 - 33,5 | 22,3 | |
Азотная кислота | 9,0 | ||
Азота диоксид | Прокат | 0,8 - 35 | 17,9 |
Азота оксид | 0,4 - 6 | 3,2 | |
Углерода оксид | 1,5 - 46 | 23,8 | |
Азотная кислота | 0,15 | ||
Пыль | 0,9 | ||
Азота диоксид | Финишная обработка | 28,4 | |
Азота оксид | 12,3 | ||
Углерода оксид | 10,8 | ||
В результате анкетирования в 2021 г. предприятий, осуществляющих производство горячекатаного плоского проката, были собраны данные по выбросам загрязняющих (маркерных) веществ в атмосферный воздух. Удельные величины выбросов приведены на основании данных форм федерального статистического наблюдения N 2-ТП (воздух), а также на основании данных инвентаризации стационарных источников и выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (таблица 3.4.).
Таблица 3.4
горячекатаного плоского проката, кг/т продукции
Производственный подпроцесс | Наименование загрязняющего (маркерного) вещества | Диапазон (величина) | |
Инвентаризация выбросов ЗВ | |||
Предварительная подготовка заготовки, нагрев заготовки, удаление окалины, прокат (горячая прокатка в реверсивных, полунепрерывных, непрерывных станах), охлаждение, финишная обработка (резка, термическая обработка, правка, травление, промывка, сушка), установки газо- и водоочистки | Азота оксид | 0,005 - 0,670 | 0,007 - 0,130 |
Азота диоксид | 0,03 - 1,36 | 0,05 - 0,37 | |
Углерода оксид | 0,003 - 4,39 | 0,06 - 0,56 | |
Взвешенные вещества <*> | 0,002 - 0,013 | 0,002 - 0,034 | |
При горячей прокатке в результате измельчения окалины валками металла образуется пыль, объем образования которой зависит от скорости прокатки и площади поверхности прокатываемого материала и обычно составляет < 100 г/т. Около 20% пыли является мелкодисперсной с размером частиц < 10 мкм. На слябовых, блюмовых и сортовых станах наиболее интенсивное пылевыделение происходит на первых проходах [5].
Для очистки отходящих выбросов на предприятиях организуют различные системы аспирации, например: система аспирации чистовой группы клетей стана с использованием электрофильтра (тип 40-5-2 x 3-03, эффективность очистки 95,4%); установка аспирации клети холодной правки при финишной обработке с использованием фильтра рукавного (тип ФРИП-540, эффективность очистки - 99,8%).
На сегодняшний день приоритетными загрязняющими веществами при производстве горячекатаного проката считают азота оксиды, углерода оксид и пыль [3].
3.1.2.2 Водопотребление и сточные воды
В процессе горячей прокатки и связанных с ней этапами используется вода для охлаждения и для выполнения технологических операций.
Электродвигатели, нагревательные печи обычно имеют косвенное охлаждение, а прокатываемый материал, валки, пилы, обрезь, моталки и приемные рольганги охлаждаются непосредственно. Вода используется также для сбива и смыва окалины.
Объем образования сточных вод составляет 0,8 - 15,3 м3/т [2].
Сточные воды с окалиной и воды газоочистки содержат, наряду с крупными частицами окалины, мелкие твердые частицы и эмульгированные масла. Содержание твердых взвесей составляет от 120 до 2000 мг/л, содержание масел - от 10 до 200 мг/л в зависимости от типа стана [2]. Также в сточных водах присутствуют: железо общее (0,3 - 2,0 мг/л), марганец (0,04 - 0,26 мг/л), алюминий (0,04 - 0,14 мг/л), никель (0,01 - 2,0 мг/л), цинк (0,004 - 0,35 мг/л), незначительные количества хрома (общий и VI), фторидов (при использовании фтористого водорода), фосфатов (от процессов фосфатирования) [3].
Для возможности повторного использования сточные воды необходимо очищать до остаточного содержания окалины не более 40 - 60 мг/л, масла не более 15 - 20 мг/л. Образовавшиеся в отстойниках осадки выгружают и возвращают в производство металла.
Расход воды и количество образующихся сточных вод зависят от организации потоков воды. При использовании замкнутых циклов водоочистки количество сбрасываемых сточных вод минимально, в полузамкнутых циклах количество сточных вод достигает 11 м3/т, а в открытых системах 11 - 22 м3/т (с учетом охлаждения в открытом цикле).
Расход технической воды на процесс (в т.ч. оборотных циклов) находится в диапазоне от 18 до 67 м3/т продукции, однако основная часть этой воды находится в водооборотном цикле, который в производстве горячего проката составляет 92% - 98%. Расход "свежей" воды на подпитку составляет от 0,5 до 1,6 м3/т продукции.
В настоящее время на современных предприятиях предусматривается трехступенчатая система очистки оборотной воды (см. рисунок 3.2).
станов горячей прокатки
Так, например, использование установок ультрафильтрации и обратного осмоса позволяет очистить сточные воды с эффективностью 99,98% и вернуть очищенную воду в цикл.
В полузамкнутом цикле воду очищают и частично используют повторно в зависимости от температуры. Очистка воды производится так же, как и в открытой системе, но после фильтрации воду не сбрасывают, а направляют в бассейн фильтрованной воды и смешивают с холодной свежей водой. В зависимости от температуры смеси фильтрованная вода может возвращаться к различным потребителям стана, и только избыток воды сбрасывают. Таким образом, объем циркулирующей воды зависит от времени года и географического положения производства.
Из замкнутой системы водоснабжения очищенная вода не сбрасывается вообще, охлаждается в градирнях или теплообменниках до требуемой температуры и используется повторно в процессе прокатки. При наличии градирен потребление воды ограничивается компенсацией потерь на испарение и на продувку (около 3% - 5%). При наличии теплообменников требуются большие объемы циркулирующей воды.
Системы водоснабжения и водоочистки станов горячей прокатки отличаются большой сложностью, многоступенчатым использованием воды и состоят из нескольких контуров, частично соединенных друг с другом. В некоторых случаях система водоснабжения стана горячей прокатки соединена с такими же системами других агрегатов, например, МНЛЗ. Основанием для такого объединения систем является схожесть состава сточных вод и близость расположения агрегатов.
На предприятиях организуют раздельные "грязные" оборотные циклы водоснабжения (например, нагревательных печей, рабочих клетей, моталок) и "чистые" оборотные циклы (например, охлаждающей воды).
Предотвращение загрязнения сточных вод благодаря использованию замкнутых контуров и многоступенчатого водоснабжения является хорошо известным и широко применяемым приемом в черной металлургии. В связи с большим объемом потребления воды станы горячей прокатки обладают высоким потенциалом снижения потребления воды и сброса сточных вод.
3.1.2.3 Отходы производства
Наряду со сточными водами, при горячем прокате образуется ряд твердых и жидких отходов и побочных продуктов, в том числе:
- металлические отходы и побочные продукты;
- окалина и металл от огневой зачистки;
- пыль от зачистки и от прокатки;
- прокатная окалина сухая и замасленная;
- шлам от шлифования валков;
- масла и смазки.
Металлические отходы и побочные продукты загрязнены незначительно и могут быть возвращены в процесс производства металла.
На сегодняшний день приоритетным является обращение с маслосодержащими отходами, окалиной и пылью от фильтров газоочистки [3].
Прокатная окалина, удаляемая после нагрева материала и между проходами прокатки, состоит в основном из оксидов железа, ее состав зависит от марки стали и процесса прокатки, но содержание железа в ней составляет около 70% (от общей массы без масел и влаги), также окалина содержит масла в среднем 4,6% (0,5% - 8,7%), что может затруднить рециклинг. Содержание в окалине масла зависит от процесса, используемого оборудования (в особенности от качества его обслуживания), размера частиц окалины, поскольку очень мелкие частицы окалины (менее 63 мкм) адсорбируют масло.
Удельные объемы образования составляют: чистой окалины - (12,7 - 16) кг/т, замасленной окалины - (1,9 - 3,5) кг/т [2]. Чистую сухую окалину и окалину с содержанием масла менее 1% возвращают в металлургический процесс, обычно в шихту для производства агломерата.
Пыль из фильтров газоочистки может быть возвращена в металлургическое производство, например, на стадию агломерации. Масла и смазки могут быть использованы как топливо для доменных печей или в производства кокса (но может потребоваться их обезвоживание), а также в коксовой шихте для повышения плотности угля перед коксованием.
Таблица 3.5
Образование отходов и обращение с отходами при производстве
горячекатаного плоского проката, кг/т продукции [2]
Вид отхода/побочного продукта | Образование отходов | Обращение с отходами |
Окалина замасленная прокатная | 11,2 | Рециклинг внутри завода |
Окалина чистая | 14,1 | |
Шламы от очистки сточных вод | 3,4 | Размещение на полигоне |
Окалина из нагревательных печей | 4,0 | Рециклинг внутри завода |
Окалина (от зачистки, травления) | 3,5 | |
Отработанные огнеупоры | 0,5 | Размещение на полигоне |
Пыль и шлам от очистки воздуха (длинномерный прокат) | 0,71 | |
Пыль и шлам от очистки воздуха (листовой прокат) | 0,23 | Рециклинг внутри завода |
Таблица 3.6
Образование отходов и обращения с отходами при производстве
горячекатаного плоского проката
Наименование отходов | Образование отходов, кг/т продукции | Обращение с отходами | |
По данным анкет 2017 г. | По данным анкетирования в 2021 г. (ПНООЛР/2-ТП (отходы)) | ||
Лом и отходы черных металлов незагрязненные | 27 - 86 | 0,2 - 19,0/0,17 | Рециклинг - в качестве добавки в твердую шихту при конвертерной плавке; переплавка в электропечах |
Стружка черных металлов несортированная незагрязненная | 0,03 - 10 | Нет данных | Рециклинг - переплавка в электропечах |
Окалина замасленная прокатного производства с содержанием масла < 15%; | 1,5 - 21 | 21,5/24,4 | Рециклинг - в качестве железосодержащей добавки при производстве агломерата |
Окалина прокатного производства незагрязненная | 17 - 53 | Нет данных | |
Окалина замасленная прокатного производства с содержанием масла 15% и более | 5,2 - 5,9/4,04 - 5,22 | Обезвреживание посредством переработки | |
Отходы минеральных масел, не содержащих галогены | 0,03 - 0,10 | Нет данных | Утилизация в собственном производстве и использование после регенерации; передача сторонним организациям на утилизацию |
Лом футеровки печей и печного оборудования производства черных металлов | 0,03 - 0,10 | Нет данных | Передача сторонним организациям на утилизацию |
Абразивные круги отработанные, лом отработанных абразивных кругов | 0,005 - 0,07 | Нет данных | Переработка для использования в собственном производстве или реализация сторонним организациям |
3.2.1 Потребление ресурсов
В производстве холоднокатаного проката энергия расходуется в виде пара для подогрева ванн травления, электроэнергии для приводов, насосов и других механизмов и тепловой энергии (природный газ или сжиженный нефтяной газ) для процесса регенерации соляной кислоты. Кроме того, при производстве высоколегированной стали для механического удаления окалины с горячекатаной полосы требуется дробь.
Потребление антикоррозионных масел зависит от доли промасливаемой продукции, типа промасливающей машины (электростатическое промасливание или набрызгивание из сопел) и от массы масла, требуемой заказчиком.
Таблица 3.7
Потребление ресурсов при производстве
холоднокатаного плоского проката
Потребление электроэнергии, кВт·ч/т | Расход топлива: природный газ, м3/т | Тепловая энергия | Потребление воды, м3/т | |
техническая вода на технологические нужды (в том числе оборотных циклов) | "свежая" вода | |||
93 - 134 | 19 - 30 | 0,4 - 1,0 ГДж/т | 24 - 40 | 0,5 - 5 |
По данным анкетирования в 2021 г. | ||||
53 - 307 | 9 - 34 | 0,14 - 32,9 Гкал/т | 4,0 - 7,0 | 36,0 |
При холодном прокате низколегированных сталей на станах тандем энергия расходуется на привод прокатных клетей, вентиляторов, насосов и управления потоками эмульсии, гидравлических жидкостей и масел. Уровень потребления электроэнергии зависит от прокатываемой марки стали, суммарной степени обжатия и конечной толщины прокатываемого материала и обычно составляет 0,2 - 0,3 ГДж/т продукции, потребления пара - 0,01 - 0,03 ГДж/т продукции, потребления тепловой энергии - 0,001 - 0,036 ГДж/т продукции [2]. При прокате используют водномасляные эмульсии с расходом 1800 - 3000 м3/ч, для подогрева которых потребляется энергия в виде пара. Потребление масла (0,3 - 2,0 кг/т) зависит от средней конечной толщины прокатываемого материала [2].
При прокатке на реверсивном стане электроэнергия (0,6 - 0,8 ГДж/т продукции) потребляется для привода валков, вентиляторов, насосов и других механизмов. В процессе производства используется минеральное масло (1,5 - 6 л/т продукции) с присадками.
При периодическом отжиге низколегированных и легированных сталей потребляются электроэнергия (0,06 - 0,12 ГДж/т продукции) и тепловая энергия (0,62 - 0,75 ГДж/т продукции), а также используется вода для охлаждения (5 - 10 м3/т продукции) [2].
При непрерывном отжиге низколегированных и легированных сталей потребляются электроэнергия (0,173 - 0,239 ГДж/т продукции) и тепловая энергия (0,775 - 1,483 ГДж/т продукции), вода для охлаждения (23,529 м3/т продукции), а также химикаты для щелочной и электролитической очистки перед отжигом и средства для мокрой дрессировки, антикоррозионные масла и смазки [2].
Полосу из высоколегированных сталей в основном обрабатывают на комбинированных линиях отжига и травления. Потребление электроэнергии составляет 0,15 - 0,30 ГДж/т продукции, тепловой энергии - 0,7 - 1,8 ГДж/т продукции, а также используется вода для охлаждения в рецикле (10 - 20 м3/т продукции) [2].
Для травления стали используют соляную и серную кислоты, а нержавеющей стали - смесь азотной и фтористоводородной кислот. Расход кислоты зависит от того, применяется ее регенерация или нет, а также от удельной поверхности травления и толщины удаляемого окисленного слоя. Так, при травлении высоколегированных сталей уровни потребления кислоты составляют: азотной (70%) - (3 - 10) кг/т продукции; фтористоводородной (70%) - (2,5 - 7,5) кг/т продукции.
3.2.2. Эмиссии в окружающую среду
3.2.2.1 Выбросы в атмосферный воздух
При работе стана тандем выбросы в воздух содержат масла (0,1 - 20 мг/м3) и пыль - твердые частицы от износа валков и прокатываемого металла в количестве (10 - 50) мг/м3 [2].
При работе реверсивного стана: выбросы в воздух содержат значительные количества масел - (10 - 20) мг/м3, в среднем 91,7 г/т продукции [2]. Масло из системы фильтрации вытяжной вентиляции направляют на регенерацию.
При периодическом отжиге низколегированных и легированных сталей выбросы в воздух содержат значительные количества азота оксидов (на реверсивном стане (9 - 900) г/т, на непрерывном стане (0,5 - 250) г/т продукции) и серы диоксида (на реверсивном стане (0 - 2) г/т, на непрерывном стане (0 - 41) г/т продукции).
При непрерывном отжиге низколегированных и легированных сталей основными эмиссиями в атмосферный воздух являются отходящие газы печей отжига, содержащие азота оксиды (на реверсивном стане (9 - 900) г/т, на непрерывном стане (0,5 - 250) г/т продукции) и серы диоксид (на реверсивном стане (0 - 2) г/т, на непрерывном стане (0 - 41) г/т продукции), углерода оксид.
На комбинированных линиях отжига и травления высоколегированных сталей основными эмиссиями являются отходящие газы от печей (содержат серы диоксид (0 - 30) г/т продукции, азота оксиды (0,1 - 1500) г/т продукции)), от скрубберов установки травления (содержат азота оксиды, фтористый водород) и пыль после механического удаления окалины.
Состав характерных загрязняющих веществ при производстве холоднокатаного плоского проката представлен в таблице 3.8.
Таблица 3.8
холоднокатаного плоского проката [3]
Этап процесса/подпроцесс | Загрязняющие вещества |
Резка/размотка | Пыль |
Солянокислотное травление | Хлористый водород, пыль |
Сернокислотное травление | Серная кислота, серы диоксид |
Травление смесью кислот | Азота оксиды, фтористый водород |
Прокат | Углеводороды (как ЛОС), пыль |
Отжиг | Пыль, азота оксиды, серы диоксид |
Регенерация соляной кислотой | Хлористый водород, пыль, серы диоксид, азота оксиды |
Регенерация серной кислотой | Серная кислота, серы диоксид |
Регенерация смеси кислот | Пыль, фтористый водород, азота оксиды |
При травлении металлов в кислотах (см. 3.5) в атмосферу выделяется большое количество вредных газов и паров: азота оксиды (до 400 кг/м3), фтористый водород (до 100 мг/м3), пары серной кислоты (до 200 мг/м3), соли металлов [5]. Для снижения вредных выбросов в травильных отделениях и отделениях покрытий (цинкования, алюминирования и др.) прокатных цехов устанавливают агрегаты непрерывного действия с герметизацией всех ванн, машин и аппаратов и организацией систем аспирации с дальнейшей очисткой выбросов в скрубберах и циклонах.
Таблица 3.9
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу
при производстве холоднокатаного плоского проката
(по данным анкет, ИТС 27-2017), кг/т продукции
Наименование ЗВ | Масса ЗВ в отходящих газах после очистки |
Углерода оксид | 120 - 3870 |
Азота диоксид | 120 - 340 |
Азота оксид | 70 - 160 |
В результате анкетирования в 2021 г. предприятий, осуществляющих производство холоднокатаного плоского проката (включая прокат с покрытиями), были собраны данные по выбросам загрязняющих (маркерных) веществ в атмосферный воздух. Удельные величины выбросов приведены на основании данных форм федерального статистического наблюдения N 2-ТП (воздух), а также на основании данных инвентаризации стационарных источников и выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (таблица 3.10.).
Таблица 3.10
при производстве холоднокатаного плоского проката
(включая прокат с покрытиями), кг/т продукции
Производственный подпроцесс | Наименование загрязняющего (маркерного) вещества | Диапазон (величина) | |
Инвентаризация выбросов ЗВ | |||
Подготовка заготовки (термическая обработка, травление кислотными растворами, удаление окалины), прокат (многоклетьевые станы "тандем" или многоклетьевые реверсивные станы), обработка проката (термообработка, травление кислотными растворами), дрессировка, финишная обработка (резка, правка, промасливание и пр.), горячее цинкование, нанесение полимерных покрытий, установки газо- и водоочистки | Азота оксид | 0,021 - 1,000 | 0,024 - 0,083 |
Азота диоксид | 0,047 - 2,08 | 0,052 - 0,126 | |
Углерода оксид | 0,16 - 1,30 | 0,15 - 0,66 | |
Хлористый водород | 0,0013 - 0,120 | 0,0015 - 0,0990 | |
3.2.2.2 Водопотребление и сточные воды
В цехах холодной прокатки вода используется для очистки поверхности материала, для приготовления травильных и обезжиривающих растворов, для промывки и охлаждения материала. При травлении и родственных процессах (промывка, газоочистка, регенерация кислот) образуются кислые стоки, при обезжиривании образуются также щелочные стоки.
Для охлаждения и смазки при прокатке используются водомасляные эмульсии, что приводит к образованию стоков с содержанием масел и твердых отходов. В зависимости от функционального назначения технологической смазки, ее вида, конструкции стана и его сортамента для подачи технологической смазки используют различные системы для подачи смазок и смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) - прямого действия, циркуляционные, а также смешанного типа.
Новые многоклетьевые прокатные станы оборудуются двумя-тремя отдельными циркуляционными системами. При оборудовании стана тремя системами первая клеть оборудуется отдельной системой, что предотвращает загрязнение остальных систем травильным шламом и промасливающей смазкой. Средние клети имеют отдельную систему для подачи основной СОЖ, применяемой для прокатки. Последняя клеть также оборудуется отдельной системой для подачи эмульсии (небольшой концентрации), воды или моющего раствора. Раздельные системы повышают чистоту эмульсии и качество поверхности листов. Для интенсивного отвода тепла и обеспечения надежной смазки в новых системах подается СОЖ от 3,6 до 11 м3/мин и более на одну клеть [6].
На станах холодной прокатки охлаждающая вода требуется для рассеяния тепла от процесса прокатки и от печей отжига. Тепло от процесса прокатки отдается охлаждающей воде главным образом через эмульсию или ее охладитель и частично через СОЖ.
Основными потребителями охлаждающей воды являются:
- охлаждение эмульсии на линиях тандем;
- дрессировочная клеть после установки периодического отжига;
- установка непрерывного отжига с дрессировочной клетью;
- охлаждение трансформаторов и двигателей;
- устройства жидкой смазки.
Нагретая охлаждающая вода охлаждается либо технической водой в пластинчатых теплообменниках, либо испарением в градирне. Преимуществом охлаждения в теплообменниках является значительная экономия химикатов (ингибиторы коррозии, мягчители, диспергаторы и биоциды), которые возвращаются в цикл, а не сбрасываются. При охлаждении в градирне, напротив, необходим регулярный частичный сброс воды из-за повышения концентрации солей вследствие испарения. Выбор той или иной системы охлаждения зависит от местных условий.
При периодическом и непрерывном отжиге низколегированных и легированных сталей охлаждающая вода используется в оборотных системах. Вода, используемая для косвенного охлаждения, циркулирует в закрытых системах.
При холодной прокатке металла сточные воды, образующиеся от охлаждения оборудования, нагревательных агрегатов, масло- и воздухоохладителей, не загрязняются, а только нагреваются на (5 - 8) C. Количество их составляет (25 - 30) м3/т прокатываемого металла.
При работе стана тандем образуются сточные воды (0,003 - 0,015 м3/т продукции), которые подлежат очистке [2]. При работе реверсивного стана сточные воды содержат твердые взвеси, соли железа и легирующих металлов, следы масла. При непрерывном отжиге низколегированных и легированных сталей образующиеся сточные воды, содержат масла и твердые частицы. На комбинированных линиях отжига и травления высоколегированных сталей объем сточных вод, содержащих твердые частицы и металлы и направляемых на очистные сооружения, составляет (1 - 9) м3/т продукции [2].
Загрязненные сточные воды поступают от системы технологической смазки валков и прокатываемого металла. Характеристика сточных вод стана холодного проката приведена в таблице 3.11.
Таблица 3.11
Характеристика сточных вод стана холодного проката [2]
Непрерывный прокат | Реверсивный прокат | Реверсивный прокат нержавеющей стали | |
Удельный сброс сточных вод, м3/т | 0 - 40 | 0 - 6 | 0 - 35 |
Содержание твердых взвешенных частиц | 7 - 120 мг/л | 0 - 2210 мг/л | 0 - 60 мг/л |
2,7 - 520 г/т | 0 - 160 г/т | 0 - 180 г/т | |
Химическое потребление кислорода (ХПК) | 19 - 5300 мг/л | 15 - 100 мг/л | 10 - 2000 мг/л |
5 - 220 г/т | 10 - 80 г/т | 10 - 275 г/т |
На сегодняшний день основными загрязняющими веществами в составе сточных вод являются [3]: углеводороды (масла), твердые взвешенные частицы, тяжелые металлы (железо, хром общий, никель, цинк). Как наиболее значимую идентифицируют стадию травления, на которой следует контролировать следующие параметры: количество кислых сточных вод, содержание в кислых сточных водах органических веществ (по ХПК), Cr(VI)), фторидов (при использовании фтористоводородной кислоты).
Сточные воды от операций холодной прокатки, которые невозможно использовать повторно, перед сбросом должны быть очищены.
В цехах холодной прокатки используется система оборотного водоснабжения с очисткой воды от технологических смазок, эмульсий и механических примесей. Перед подачей на стан необходимое качество воды достигается сочетанием последовательной очистки в горизонтальных отстойниках и в установке флотации с доочисткой на фильтрах [6].
3.2.2.3 Отходы производства
При холодной прокатке образуются различные твердые отходы в форме скрапа, шламов от очистки сточных вод, пыли, а также жидкие отходы. При работе стана тандем в качестве отходов образуются масляные шламы от разделения эмульсий и очистки воздуха от прокатных клетей. В процессе отжига образуются твердые отходы: шламовый кек, окалина, замасленный шлам.
Удельное образование отходов и направления обращения с отходами производства приведено в таблице 3.12.
Таблица 3.12
холоднокатаного плоского проката
Наименование отходов | Образование отходов, кг/т продукции | Обращение с отходами | |
По данным анкетирования в 2021 г. (ПНООЛР/2-ТП (отходы)) | |||
Лом и стальные отходы | 97 - 166 | 224/213 | Используют в качестве добавки в твердую шихту при конвертерной плавке |
Лом цинка | 1,455 | 4,0 - 4,6/2,24 - 2,86 | Передача сторонним организациям для утилизации |
Смазочно-охлаждающие жидкости на водной основе, отработанные при металлообработке | 37,71/40,98 | Разложение СОЖ | |
Осадок ванн хромирования | 0,02/0,03 | Передача на обезвреживание в стороннюю организацию | |
Осадок нейтрализации сернокислотного электролита | 0,931 | Нет данных | Переработка для использования в собственном производстве или реализация сторонним организациям |
Шлам промливневой канализации | 0,242 | Нет данных | |
Отработанные огнеупоры, остатки кислотоупорной футеровки | 0,150 | Нет данных | |
Пыль абразивная от шлифования черных металлов с содержанием металла < 50%. Абразивные круги отработанные, лом отработанных абразивных кругов | 0,055 - 0,124 | Нет данных | |
Шлам гашения извести, шлам обескремнивания | 0,088 | Нет данных | |
Окалина прокатного производства | 0,049 | Нет данных | |
Отходы минеральных масел индустриальных | 0,029 - 0,1 | Нет данных | |
Пыль газоочистки стальная | 0,004 - 0,18 | Нет данных | |
Сульфат железа (FeSO4·7H2O) от регенерации серной кислоты можно использовать: для производства комплексных солей железа; в качестве флокулянта для очистки сточных вод; для производства адсорбентов; в качестве мелиорационного средства; для производства пигментов на основе оксидов железа; для производства серной кислоты.
Оксиды железа от регенерации соляной кислоты можно использовать в качестве исходного материала: для производства ферромагнитных материалов; для производства порошкового железа; для производства строительных материалов, пигментов, стекла и керамики.
Шламы от очистки сточных вод лишь в небольшой мере удается подвергнуть рециклингу и в основном их отправляют на полигон отходов.
3.3.1 Потребление ресурсов
Удельное потребление сырья (кг/т продукции) зависит от типа сырья и выпускаемой продукции и составляет:
- при производстве проволоки - 1038 кг заготовки;
- при производстве РБЦ (рельсы, заготовка квадратная, круг, трубная заготовка, заготовка осевая, швеллер, профиль хребтовой балки вагона, заготовка шаровая, профиль тракторного башмака, заготовка для переката) - (1049,6 - 1072,7) т блюма;
- при производстве сортового проката и катанки - от 1086,9 т квадратной заготовки до 1176,6 т слитков.
Удельное потребление ресурсов приведено в таблице 3.13.
Таблица 3.13
сортового проката
Потребление электроэнергии, кВт·ч/т | Потребление топлива | Потребление воды, м3/т | |
техническая вода на технологические нужды (в том числе оборотных циклов) | "свежая" вода | ||
Производство длинномерной продукции по данным ИТС 27-2017 | |||
70 - 161 | 1680 - 1890 103 кДж/т | 0,4 - 55 | 0,03 - 3,4 |
Производство сортовой продукции по данным ИТС 27-2017 | |||
246 | природного газа 298 м3/т | 4 | Нет данных |
Производство сортового проката (в том числе длинномерной продукции) по данным анкетирования в 2021 г. | |||
20 - 190 | природного газа 2,4 - 116,0 м3/т | 17 - 50 | 0,14 - 1,46 |
3.3.2 Эмиссии в окружающую среду
В общем, воздействие на окружающую среду при производстве длинномерной продукции схоже с воздействием, рассмотренным выше при производстве листового проката, ввиду схожести основных технологических этапов.
При производстве горячекатаного мелкого сорта и катанки эмиссии качественно схожи с эмиссиями при производстве горячего листа, но меньше количественно, так как площадь поверхности проката значительно меньше.
При производстве проволоки волочением эмиссии качественно схожи с эмиссиями при холодной прокатке листа, но меньше количественно, так как существенно меньше площадь поверхности и масса изделий.
3.3.2.1 Выбросы в атмосферный воздух
Состав характерных загрязняющих веществ при производстве сортового проката представлен в таблице 3.14.
Таблица 3.14
производства сортового проката [3]
Этап процесса/подпроцесс | Загрязняющие вещества |
Кислотное травление | Хлористый водород, серная кислота, серы диоксид, азота оксиды, фтористый водород |
Нагрев (отжиг) заготовки | Пыль, азота оксиды |
Нанесение покрытий | Пыль |
Удельные значения выбросов газообразных загрязняющих веществ в атмосферу по данным анкетирования предприятий в 2017 г. приведены в таблице 3.15.
Таблица 3.15
Наименование ЗВ | Масса ЗВ в отходящих газах после очистки |
Азота диоксид | 0,02 - 4,97 |
Азота оксид | 0,004 - 0,798 |
Углерода оксид | 0,002 - 0,514 |
В результате анкетирования в 2021 г. предприятий, осуществляющих производство сортового проката (в том числе длинномерной продукции), были собраны данные по выбросам загрязняющих (маркерных) веществ в атмосферный воздух. Удельные величины выбросов приведены на основании данных форм федерального статистического наблюдения N 2-ТП (воздух), а также на основании данных инвентаризации стационарных источников и выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (таблица 3.16).
Таблица 3.16
сортового проката (в том числе длинномерной продукции),
кг/т продукции
Производственный подпроцесс | Наименование загрязняющего (маркерного) вещества | Диапазон (величина) | |
Инвентаризация выбросов ЗВ | |||
- производство арматуры и катанки: нагрев блюмовой заготовки, прокат (получение арматуры и катанки), подготовка катанки (удаление окалины, травление), волочение (сухое или мокрое), термообработка (отжиг, патентирование, закалка), финишная обработка, установки газо- и водоочистки; - производство сортовой продукции: нагрев блюмовой заготовки, прокат (формование сортового профиля), охлаждение, термообработка, финишная обработка, установки газо- и водоочистки | Азота оксид | 0,0013 - 0,0850 | 0,0016 - 0,0790 |
Азота диоксид | 0,015 - 0,508 | 0,014 - 0,455 | |
Углерода оксид | 0,013 - 1,123 | 0,018 - 0,428 | |
Взвешенные вещества <*> | 0,001 - 0,324 | 0,004 - 0,233 | |
При механическом удалении окалины образуется небольшое количество пыли (2 - 5) кг/т. Для очистки отходящих выбросов используют различные способы, например системы аспирации на установке зачистки слябов с использованием рукавных фильтров (эффективность очистки до 95%).
3.3.2.2 Водопотребление и сточные воды
Наиболее водоемкими технологическими этапами являются:
- подготовка поверхности металла к волочению в садочных отделениях;
- термическая обработка с подготовкой поверхности металла к волочению в протяжных агрегатах;
- нанесение горячих и гальванических покрытий;
- волочение проволоки.
Вода используется на охлаждение оборудования, промывку металла, приготовление растворов. Сточные воды после охлаждения оборудования являются условно чистыми, а после промывки металла в травильных отделениях - химически загрязненными и подлежат очистке, чаще всего путем нейтрализации известковым молоком.
На российских предприятиях в основном используют замкнутые системы водооборота, например "грязный" и "чистый" оборотные циклы водоснабжения сортовых станов.
3.3.2.3 Отходы производства
В настоящее время при прокате длинномерной продукции наиболее значимыми в плане воздействия на окружающую среду считаются следующие виды отходов [3]:
- отработанные обезжиривающие растворы (щелочные или кислотные);
- масляный шлам от обезжиривания;
- отработанные травильные растворы;
- Zn-содержащие остатки (цинковая изгарь, гартцинк);
- пыль от газоочистки.
Существует практика перевода ряда твердых и жидких отходов в побочную продукцию, в их числе:
- окалина;
- отработанные травильные растворы;
- отработанные смазочные материалы.
В результате анкетирования в 2021 г. предприятий, осуществляющих производство сортового проката (в том числе длинномерной продукции), были собраны данные по объему образования отходов. Удельные величины приведены на основании данных форм федерального статистического наблюдения N 2-ТП (отходы), а также на основании данных проектов нормативов образования отходов и лимитов на их размещение (таблица 3.17.).
Таблица 3.17
сортового проката (в том числе длинномерной продукции)
Наименование отходов | Образование отходов, кг/т продукции | Обращение с отходами | |
По данным ПНООЛР | По данным формы N 2-ТП (отходы) | ||
Лом и отходы, содержащие незагрязненные черные металлы в виде изделий, кусков, несортированные | 34,0 - 92,0 | 7,0 - 27,0 | Утилизация в качестве сырья, рециклинг, добавление в шихту в сталеплавильном производстве |
Лом и отходы стальные несортированные | 51,6 - 263,0 | 10 - 86 | Утилизация в качестве сырья в сталеплавильном производстве |
Окалина замасленная прокатного производства с содержанием масла 15% и более | 0,15 - 19,20 | 0,02 - 14,74 | Рециклинг, утилизируется в аглоцехе |
Окалина замасленная прокатного производства с содержанием масла менее 15% | 8,3 - 9,0 | 10,3 - 13,8 | Утилизация в качестве железосодержащего сырья при получении агломерационной шихты, добавление в шихту в сталеплавильном производстве |
Окалина при термической резке черных металлов, изготовленных горячей штамповкой | Нет данных | Нет данных | Утилизация в качестве железосодержащего сырья при получении агломерационной шихты |
Окалина прокатного производства незагрязненная | 20,0 | 19,7 - 63,0 | Добавление в шихту в сталеплавильном производстве |
Отходы минеральных масел индустриальных | 0,05 - 0,12 | 0,03 - 0,21 | Утилизация в качестве смазочного материала |
Отходы синтетических гидравлических жидкостей | 0,240 | 0,008 | Реализация сторонним организациям |
Осадок (шлам) флотационной очистки нефтесодержащих сточных вод, содержащий нефтепродукты менее 15% | 6,60 | 0,38 | Нет данных |
Пыль газоочистки стальная незагрязненная | 0,035 - 0,100 | 0,02 - 0,30 | Утилизация в качестве железосодержащего сырья при получении агломерационной шихты |
В современном трубном производстве в нагревательных печах в качестве топлива используется природный газ. Техническая вода используется в основном на охлаждение узлов технологического оборудования и рабочего инструмента, гидросбив окалины и гидравлические испытания труб. Свежая вода используется на продувку и подпитку оборотных систем. Удельное потребление ресурсов в различных технологиях трубного проката приведено в таблице 3.18.
Таблица 3.18
технологиях трубного проката
Потребление электроэнергии, кВт·ч/т | Вид топлива - природный газ, м3/т | Объем потребления воды, м3/т | |
техническая вода на технологические нужды (в том числе оборотных циклов) | "свежая" вода | ||
Горячекатаные трубы (данные ИТС 27-2017) | |||
210 - 290 | 106 - 140 | 30 - 110 | 0,5 - 10 |
Горячепрессованные трубы (данные ИТС 27-2017) | |||
215 | 138 | 98 | 9 |
Горячедеформированные (горячекатаные и горячепрессованные) трубы (по данным анкетирования в 2021 г.) | |||
191 - 309 | 101 - 165 | 18 - 103 | 1,0 - 5,7 |
Холоднодеформированные трубы (ИТС 27-2017) | |||
840 | 133 | 25 | 4 |
Холоднодеформированные трубы (по данным анкетирования в 2021 г.) | |||
295 - 840 | 133 - 147 | 22 - 73 | 4,4 - 5,7 |
ТБД, изготовленные электродуговой сваркой под слоем флюса | |||
а) спиральношовные (ИТС 27-2017) | |||
239 | 133 | 187 | 71 |
б) прямошовные (ИТС 27-2017) | |||
42 | 0,2 | 3 | 13 |
Электросварные трубы (ИТС 27-2017) | |||
70 - 217 | 16 | 21 - 55 | 0,4 - 2 |
Производство труб непрерывной печной сваркой (ИТС 27-2017) | |||
67 | 170 | 56 | 0,4 |
Производство сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса; электросварных; изготовленных непрерывной печной сваркой) труб (по данным анкетирования в 2021 г.) | |||
57 - 199 | 1,3 - 162 | 0,43 - 26 | 6 |
Производство труб сваркой в среде инертных газов (ИТС 27-2017) | |||
468 | Нет данных | 0 | 5 |
Производство труб сваркой в среде инертных газов (по данным анкетирования в 2021 г.) | |||
58 - 486 | 7 - 142 | 5 - 56 | 5,7 |
Нанесение антикоррозионного покрытия (эпоксидное, полиэтиленовое, полипропиленовое) на ТБД (ИТС 27-2017) | |||
54 | 15 | 9 | 2 |
Нанесение цинкового покрытия (ИТС 27-2017) | |||
54 | 50 | 51 | Нет данных |
Нанесение покрытий на трубы (эпоксидное, полиэтиленовое, полипропиленовое, цинковое) и фосфатирование муфт (по данным анкетирования в 2021 г.) | |||
27 - 53 | 8 - 52 | 4 - 39 | Нет данных |
3.4.2.1 Выбросы в атмосферный воздух
Наибольший вклад в валовые выбросы при производстве труб дают нагревательные печи различного назначения. Основными загрязняющими веществами (ЗВ), поступающими в атмосферу от печей, являются газообразные продукты неполного сгорания топлива, поэтому главным направлением снижения выбросов в атмосферу является энергосбережение.
В выбросах пыли трубного производства основной составляющей являются оксиды железа. Наибольшее пылевыделение происходит в результате погрузочно-разгрузочных работ и производства труб. Борьба с пылегазовыми выбросами в черной металлургии требует больших капитальных и эксплуатационных затрат и осложняется тем, что выбросы образуются на всех стадиях металлургического передела и зачастую носят неорганизованный характер. С помощью различных технических устройств (зонды, кожухи и т.д.) неорганизованные выбросы можно собирать и направлять на очистные сооружения. Отходящие производственные газы, поступающие в атмосферу и содержащие ЗВ, должны быть очищены до такого уровня, чтобы приземные концентрации ЗВ не превышали установленных допустимых значений. Для этого используется:
- организация ресурсосберегающего и энергосберегающего технологического процесса, реализующего идеи экологически чистого производства, минимизирующего образование ЗВ;
- рассеивание ЗВ в атмосфере с помощью высоких дымовых труб;
- очистка газов от ЗВ с помощью пылеуловителей, газопромывателей и других очистных устройств.
Первый путь напрямую зависит от применяемых технологий, второй и третий являются универсальными и часто применяются в производстве изделий дальнейшего передела черных металлов одновременно.
Источниками образования газообразных ЗВ являются производственные процессы нагрева заготовок и труб в процессе производства, термической обработки труб. В качестве топлива в печах используется природный газ, в процессе сжигания в атмосферный воздух выделяются азота оксиды и углерода оксид, а также в результате нагрева заготовки и труб - железа оксид (III). Масса отходящих газов зависит от расхода потребляемого газа и конструкционных особенностей печей. Снижение воздействия достигается за счет рассеивания отходящих газов в атмосфере, площадь рассеивания зависит от высоты дымовой трубы и движения масс воздуха. Наиболее часто для отвода выбросов от печей применяются трубы с высотой от 20 до 110 м.
Выбросы твердых ЗВ (взвешенные вещества, пыль неорганическая, содержащая кремния менее 20% и железа оксид (III) от процессов проката, прессования, сварки и отделки труб улавливают, а затем направляют на очистные сооружения различного типа с использованием как сухого, так и мокрого методов очистки. В трубном производстве среди аппаратов сухой очистки газа наибольшее распространение получили рукавные фильтры, а среди аппаратов мокрой очистки - форсуночные скрубберы и скрубберы Вентури.
3.4.2.2 Водопотребление и сточные воды
Сточные воды образуются при охлаждении прокатного оборудования, очистке технологических газов и аспирационного воздуха, обработке металла, гидротранспортировке отходов производства. Водопотребление в трубном производстве приведено на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 - Водопотребление в трубном производстве [3]
Для снижения водопотребления в технологических процессах современное производство труб оснащается оборотными системами с доочисткой воды до требуемых технических нормативов для повторного использования. Большая часть сточных вод образуется при бесконтактном охлаждении оборудования и относится к "условно-чистым" стокам, имеющим только повышенную температуру. Для охлаждения условно-чистых стоков используют градирни различной конструкции. Перечень загрязняющих веществ в сточных водах трубного производства и источники образования сбросов приведен в таблице 3.19.
Таблица 3.19
Наименование ЗВ | Источники образования сточных вод | Отведение сточных вод |
Нет данных | Нагревательные печи, охлаждение гидро- и маслостанций станов | "Чистый" оборотный цикл (ЧОЦ) |
Железо общее, магний, марганец, цинк, кальций, алюминий, хром (VI), нитраты, нитриты, аммоний-ионы, сульфаты, фториды, хлориды, фосфаты, нефтепродукты, взвешенные вещества | Охлаждение оборудования станов и рабочего инструмента, гидросбив окалины, термообработка труб, охлаждение труб, трубоиспытательные прессы для гидроиспытания труб | "Грязный" оборотный цикл (ГОЦ) |
Загрязненные стоки образуются при контактном охлаждении оборудования и технологического инструмента, гидросбиве окалины, в процессе термической обработки, при охлаждении и гидравлическом испытании труб и содержат различные примеси: окалину, масло, эмульсию. Для очистки загрязненных стоков в локальных оборотных циклах используются разные методы очистки, наиболее часто применяется осаждение загрязняющих веществ в отстойниках, механическая очистка, обработка коагулянтами.
Оборотные системы "чистого" типа, открытые с охлаждением на испарительных теплообменниках, предназначены для охлаждения гидро- и маслостанций горячего проката, двигателей трубопрокатного стана, тиристоров главной понизительной подстанции и охлаждения холодильной установки. Сточные воды охлаждаются в двухсекционной градирне, проходят очистку в двухсекционном самоочищающемся фильтре, после чего подаются в оборотные циклы.
Оборотные циклы "грязного" типа предназначены для подачи воды на охлаждение элементов нагревательной печи, станов линий трубопрокатных агрегатов и трубопрессовых установок прямым контактом, гидросбив окалины, в резервуар охлаждения заготовок и прочим потребителям. В состав цикла входят насосы центробежного типа и вертикальные центробежного типа различной мощности, а также трехсекционная градирня, самоочищающиеся и напорные фильтры, яма сбора окалины, маслосборные устройства и накопительные резервуары различной емкости. Вода потребителям цикла подается из резервуара насосами через сетчатые самоочищающиеся фильтры для задержки грубодисперсной взвеси.
Потребители цикла разделены на три группы: 1) охлаждение элементов нагревательной печи и станов линий трубопрокатного стана и трубопрессовых установок; 2) гидросбив окалины; 3) резервуар охлаждения. После потребителей третьей группы вода поступает в резервуар, откуда насосами совместно с водой после остальных потребителей и водой системы гидросмыва, по лоткам поступает в яму окалины, далее насосом подается в отделение водоподготовки (часть воды подается на гидросмыв окалины в лоток гидросмыва) для очистки на песчаных фильтрах, после чего под остаточным давлением подается на вентиляторную градирню для охлаждения. Охлажденная вода возвращается в приемную камеру.
Расход воды, идущей на охлаждение металлургических агрегатов, может быть значительно сокращен за счет расширения объема испарительного охлаждения нагревательных печей. Использование сухих методов очистки газов позволяет сократить водопотребление на (15 - 20)%.
Основным требованием к качеству воды, определяющим необходимость продувки систем оборотного водоснабжения, является стабильность химического состава, исключающего образование отложений и коррозию. Для предотвращения отложений в системах оборотного водоснабжения металлургических предприятий используют реагенты.
Объем водопотребления и массы сбрасываемых ЗВ могут быть существенно сокращены путем внедрения бессточных технологий. В замкнутых бессточных и малоотходных системах водного хозяйства металлургических предприятий применяется обессоливание продувочных вод на заводских деминерализационных установках с возвратом полученной чистой воды в производственный процесс. С целью снижения капитальных затрат на сооружение выпарных установок можно рекомендовать использовать дебалансовые и продувочные воды в качестве исходной воды для промышленных котельных и котлов-утилизаторов. Пройдя обычную водоподготовку с применением механических, сорбционных и натрий-катионитовых фильтров, слабозагрязненные дебалансовые воды могут быть доведены по качеству до стандартов питательной воды для котлов среднего давления. Использование данного приема позволяет с минимальными затратами увеличить степень использования воды в обороте и значительно сократить сброс сточных вод.
В российской практике есть примеры организации бессточного трубного производства, когда промышленные сточные воды всего предприятия собираются и централизованно направляются на собственные или сторонние специализированные очистные сооружения, и техническая вода после очистки снова возвращается в производство. Объем потребления "свежей" воды из водных источников для таких предприятий является незначительным до 10%.
Одним из наиболее часто встречающихся направлений является внедрение современных методов очистки промышленных сточных вод, что позволяет уменьшить степень загрязнения водоемов-приемников сбросов металлургических предприятий. Для интенсификации механической очистки сточных вод используют сооружения, характеризующиеся повышенной пропускной способностью и высокой эффективностью: безнапорные гидроциклоны; радиальные отстойники с камерой флокуляции; фильтры с плавающей пенополистирольной загрузкой; сетчатые самопромывающиеся фильтры; магнитно-дисковые аппараты и т.д. Эти сооружения требуют небольших площадей и меньших капитальных и эксплуатационных затрат.
Водовыпусков от отдельных технологий производства труб, как правило, не существует. Крупные предприятия по производству труб на одной площадке производят трубы различного назначения с использованием разных технологий, часто с собственным производством трубной заготовки, поэтому промышленные и ливневые стоки собираются в целом по предприятию и после очистки направляются в водовыпуски. Состав стоков в водовыпуске трубных предприятий зависит от используемых технологий.
В качестве примера можно привести организацию водоснабжения и водоотведения одного из трубных предприятий Урала. Забор воды на производственные нужды осуществляется из реки, на питьевые нужды - из скважин. Система производственного водоснабжения завода смешанная, включает в себя водопровод свежей технической воды и оборотные циклы. Свежая вода из реки подается на охлаждение оборудования, в травильные и гальванические отделения, на подпитку оборотных систем водоснабжения. На заводе действует общезаводская оборотная система с разделением на условно чистый и грязный циклы, а также локальные оборотные циклы в цехах.
Для отведения сточных вод на предприятии организована система промливневой канализации, в которую поступают производственные сточные воды от цехов предприятия, поверхностные воды, собираемые с территории, и дренажные воды, которые откачиваются из всех заглубленных помещений цехов (маслоподвалов, вентподвалов, насосных станций). Производственные сточные воды поступают от агрегатов и оборудования, работающих по прямоточной схеме, от продувки оборотных циклов, а также нейтрализованные сточные воды после шламонакопителя. Неорганизованные сбросы поверхностных вод с территории предприятия отсутствуют. Общезаводские сточные воды проходят очистку на локальных очистных сооружениях и дополнительную очистку на горизонтальном отстойнике с разделительной дамбой и маслоотделительной емкостью, расположенном перед выпуском, и далее по общему коллектору отводятся в реку. Для очистки промливневых сточных вод на заводе имеются следующие локальные очистные сооружения:
- резервуары-отстойники на насосной станции перекачки промстоков для механической предочистки от нефтепродуктов и взвешенных веществ;
- очистные сооружения промышленных стоков для очистки сточных вод трубопрокатных цехов и дебалансовых вод оборотных циклов от нефтепродуктов и взвешенных веществ;
- станция нейтрализации для обработки химически загрязненных сточных вод от травильных отделений волочильных цехов;
- шламонакопитель для осветления сточных вод, нейтрализованных известковым молоком.
Хозяйственно-бытовые сточные воды предприятия направляются в заводскую систему хозяйственно-бытовой канализации для дальнейшего отведения на очистные сооружения оператора ЦСВ. Учет объема сточных вод осуществляется ультразвуковыми расходомерами UFM 001, установленными на насосной станции промстоков. Перечень ЗВ веществ и удельные показатели в расчете на тонну производимой продукции в целом по предприятию даны в таблице 3.20:
Таблица 3.20
стоков при производстве труб
Наименование ЗВ | Масса ЗВ в сбросах до очистки, кг/т продукции | Метод очистки | Проектная эффективность очистки, % | Масса ЗВ в сбросах после очистки, кг/т продукции |
АПАВ | - | Химический | 17,9110 | |
Минерализация | - | Механический | 3,4640 | |
Взвешенные вещества | - | 50 | 0,1460 | |
Нефтепродукты | - | 75 | 0,0167 | |
Сульфаты | 2,4380 | |||
Кальций | 1,7570 | |||
Хлориды | 1,1450 | |||
Магний | 0,4610 | |||
Нитраты | 0,4052 | |||
БПК | 0,0454 | |||
Железо общее | 0,0440 | |||
Фосфаты | 0,0145 | |||
Фториды | 0,0143 | |||
Нитриты | 0,0124 | |||
Марганец | 0,0016 | |||
СПАВ | 0,0009 | |||
Цинк | 0,0004 | |||
Хром (VI) | 0,0003 | |||
Никель | 0,0002 | |||
Медь | 0,0002 |
3.4.2.3 Отходы производства
На современных предприятиях по производству труб доля размещенных отходов составляет от 7% до 15%, на обезвреживание направляется до 3% отходов образованных отходов. До 80% - 90% образующихся отходов и побочных продуктов могут быть повторно использованы в металлургическом производстве и других отраслях промышленности.
Параллельно с развитием новых технологий в черной металлургии реализуется комплекс мероприятий по обработке и утилизации твердых отходов (шлаков, пыли, шлама и т.д.), по утилизации шламов, образующихся при очистке газов, а также по переводу отходов в побочную продукцию.
В производстве трубных изделий образуются твердые отходы: окалина, стружка, металлосодержащая пыль, в процессе травления поверхности труб образуются различные по составу шламы. Основная масса отходов производства и побочной продукции образуется в результате ремонта и замены устаревшего оборудования, замены масел в гидравлических системах и оборудовании, при шлифовке металлических поверхностей, а также в процессе эксплуатации очистного оборудования (замена фильтровальных материалов, осадок очистки сточных вод).
3.4.3.1 Эмиссии в окружающую среду
3.4.3.1.1 Выбросы в атмосферный воздух
Наибольшие объемы выбросов при производстве горячекатаных труб образуются в основных производственных процессах нагрева заготовок и термической обработки труб, проката в трубопрокатных агрегатах (ТПА) и отделке труб.
Незначительные выбросы ЗВ образуются при проведении процессов резки заготовок и труб, обрезки концов труб, механической обработки концов труб. В результате работы металлообрабатывающих станков и пил различного назначения и модификации в атмосферу выделяются железа оксид Fe2O3, эмульсол, триэтаноламин.
При плазменной резке в атмосферу поступают железа оксид Fe2O3, марганец и его соединения, азота диоксид, углерода оксид.
При ручной дуговой сварке и газовой резке в атмосферу поступают железа оксид Fe2O3, марганец и его соединения, азота диоксид, углерода оксид, фториды газообразные, фториды плохо растворимые, пыль неорганическая с содержанием кремния (20 - 70)%.
После нарезки резьбы на муфты наносится защитное покрытие. Фосфатирование муфт осуществляется в несколько стадий: обезжиривание, промывка водой, фосфатирование, промывка водой и сушка. От камеры обезжиривания в атмосферу поступают пары NaOH, P2O5, NO, NO2. От процессов подготовки и фосфатирования в атмосферу выделяются: NaOH, NO2, P2O5 и масло минеральное.
Эффективность очистки выбросов от твердых ЗВ зависит от используемого очистного устройства:
- для мокрых пылеуловителей типа ПВМ-40 по железа оксиду до 70%, по пыли неорганической - до 80%;
- для мокрых пылеуловителей типа скруббер по взвешенным веществам - до 90%;
- для сухих пылеуловителей-циклонов (типа СИОТ, ЦН-11) по железа оксиду - до 80%, по пыли неорганической до 90%;
- при совместном использовании скрубберов и рукавных фильтров для железа оксиду и пыли неорганической до 98%.
Эффективность очистки от взвешенных веществ в коагуляционном пылеуловителе с трубой Вентури и каплеуловителем достигает 85%. Удельные выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух приведены в таблице 3.21.
Таблица 3.21
при производстве горячекатаных труб
Источники выбросов | Наименование ЗВ | Масса ЗВ в отходящих газах до очистки, кг/т продукции | Метод очистки | Масса ЗВ в отходящих газах после очистки, кг/т продукции |
Кольцевая печь (КП) для нагрева непрерывно-литых заготовок | Азота диоксид | 0,2800 | Нет | |
Азота оксид | 0,0450 | |||
Углерода оксид | 0,6300 | |||
Серы диоксид | 0,0120 | |||
Железа оксид(III) | 0,0390 | |||
Печь с шагающими балками (ПШБ) для нагрева непрерывнолитых заготовок и подогрева черновых труб | Азота диоксид | 0,1600 | Нет | |
Азота оксид | 0,0290 | |||
Углерода оксид | 0,2100 | |||
Серы диоксид | 0,0007 | |||
Пыль неорганич. с SiO2 < 20% | 0,0007 | |||
Железа оксид(III) | 0,0070 | |||
Печь с шагающим подом для термической обработки труб | Азота диоксид | 0,0260 | Нет | |
Азота оксид | 0,0350 | |||
Углерода оксид | 0,1000 | |||
Пыль неорганич. с SiO2 < 20% | 0,0050 | |||
Железа оксид(III) | 0,0040 | |||
Роликовая печь (РП) для термической обработки труб | Азота диоксид | 0,0119 | Нет | |
Азота оксид | 0,0190 | |||
Углерода оксид | 0,0540 | |||
Железа оксид(III) | 0,0019 | |||
Закалочная печь (ЗП) для термической обработки труб | Азота диоксид | 0,1000 | Нет | |
Углерода оксид | 0,0300 | |||
Серы диоксид | 0,0002 | |||
Секционная закалочная печь (СЗП) для термической обработки труб | Азота диоксид | 0,0800 | Нет | |
Азота оксид | 0,0060 | |||
Углерода оксид | 0,1550 | |||
Серы диоксид | 0,0005 | |||
Железа оксид(III) | 0,0050 | |||
Отпускная печь (ОП) для термической обработки труб | Азота диоксид | 0,0800 | Нет | |
Углерода оксид | 0,0300 | |||
Серы диоксид | 0,0002 | |||
Прошивной стан | пыль неорганич. с SiO2 < 20% | Мокрый (пылеуловитель типа ПВМ-20) | 0,0007 | |
Железа оксид(III) | 0,0002 | |||
Непрерывный стан ТПА-80, редукционный стан | пыль неорганич. с SiO2 < 20% | Мокрый (пылеуловитель типа ПВМ-40) | 0,0007 | |
Железа оксид(III) | 0,0001 | |||
Непрерывные станы PQF, FQM | Азота диоксид взвешенные вещества | 0,1600 | Мокрый (скруббер) | 0,1200 |
H3BO3 пыль неорганич. с SiO2 < 20% Железа оксид(III) | 0,0024 | Сухой (рукавный фильтр) и Мокрый (скруббер) совместно | 0,0004 | |
0,0026 | ||||
ТПА-80, редукционный стан | пыль неорганич. с SiO2 < 20% | Мокрый (пылеуловитель типа ПВМ-40) | 0,0033 | |
Железа оксид(III) | 0,0023 | |||
Калибровочный и редукционный стан | пыль неорганич. с SiO2 < 20% | Сухой (циклон СИОТ) | 0,0020 | |
Железа оксид(III) | 0,0007 | |||
Непрерывный стан, продувка внутренней поверхности трубы антиокислительным порошком | Взвешенные вещества | Мокрый (пылеуловитель с трубой Вентури и каплеуловителем) | 0,0200 | |
Установка продувки труб | Пыль неорганич. с SiO2 < 20% | Сухой (пылеосадительная камера, циклон ЦН-11) | 0,0008 | |
Железа оксид(III) | 0,0003 | |||
Контроль труб, гидроиспытание (установка SMS MEER) | Пыль неорганич. с SiO2 < 20% | 0,0039 | Нет | |
Железа оксид(III) | 0,0004 | |||
Методическая печь стана ТПУ-220 | Азота диоксид | 0,0042 | Нет | |
Углерода оксид | 0,0007 | |||
Серы диоксид | 0,0024 | |||
Железа оксид(III) | 0,0020 | |||
Нагревательная печь перед редукционным станом | Азота диоксид | 0,0016 | Нет | |
Углерода оксид | 0,0003 | |||
Серы диоксид | 0,0022 | |||
Железа оксид(III) | 0,0023 | |||
Печь для термообработки крекинговых труб | Азота диоксид | 0,0026 | Нет | |
Углерода оксид | 0,0004 | |||
Серы диоксид | 0,0045 | |||
Железа оксид(III) | 0,0008 | |||
Печь нормализации "C" закалочная | Азота диоксид | 0,0014 | Нет | |
Углерода оксид | 0,0003 | |||
Серы диоксид | 0,0012 | |||
Железа оксид(III) | 0,0003 | |||
Станки наружного ремонта труб (наждаки) | Железа оксид(III) | Сухой, циклон ЦН-11 | 0,0032 | |
Пыль абразивная (корунд белый) | 0,0007 | |||
Установка плазменной резки труб | NO2 | 0,0021 | Сухой, циклон ЦН-11 | |
Углерода оксид | 0,0003 | |||
Серы диоксид | 0,0013 | |||
Железа оксид(III) | 0,0031 | |||
Mn и его соед. | 0,00008 | |||
Хром | 0,000002 | |||
Установка продувки труб | Железа оксид(III) | Мокрый, скоростной промыватель СИОТ | 0,0012 | |
Трубообрезные станки ТПУ-140, ТПУ-220 | Эмульсол | 0,0000008 | Нет | |
Торцефасочные станки | Железа оксид(III) | 0,00048 | Нет | |
Эмульсол | 0,000007 | |||
Автомат-станы ТПУ-140, ТПУ-220 | Масло минеральное нефтяное | 0,00027 | Нет | |
Комплекс пил "Linsinger" | Эмульсол | 0,0000025 | Нет | |
Промасловочные ванны | Масло минеральное нефтяное | 0,00057 | Нет | |
Камеры сушильные после промасливания | Масло минеральное нефтяное | 0,0015 | Нет | |
Пила Вагнер | Эмульсол | 0,00000001 | Нет | |
Машины газовой резки | Азота диоксид | 0,0230 | ||
Углерода оксид | 0,0140 | |||
Серы диоксид | 0,0530 | |||
Железа оксид(III) | Сухой, циклон | 0,0620 | ||
Mn и его соед. | 0,0010 | |||
Хром | 0,0002 |
В основных процессах производства горячепрессованных труб (нагрева заготовок, прессования, термической обработки труб, травления и отделки труб) образуются выбросы различных ЗВ. Источниками образования газообразных ЗВ являются нагревательные печи. Выбросы твердых ЗВ (пыль неорганическая с содержанием SiO2 < 20%, Fe2O3, CaO) от процесса правки труб, травления и приготовления известкового молока улавливаются и направляются на очистные сооружения как сухого (рукавные фильтры), так и мокрого (пылеуловители, скрубберы) типа. Эффективность очистки выбросов от Fe2O3 и пыли неорганической с использованием рукавных фильтров достигает 85%, очистки от паров H2SO4 в процессе химической обработки труб с использованием скрубберов - 85%, очистки от газообразных фторидов - 75%. Удельные эмиссии загрязняющих веществ в атмосферный воздух приведены в таблице 3.22.
Таблица 3.22
при производстве горячепрессованных труб
Источники выбросов | Наименование ЗВ | Масса ЗВ в отходящих газах до очистки, кг/т продукции | Метод очистки | Масса ЗВ в отходящих газах после очистки кг/т продукции |
Кольцевая печь для нагрева труб | Азота диоксид | 0,2500 | Нет | |
Углерода оксид | 0,4900 | |||
Роликовая печь для термической обработки труб (нормализация, отпуск, закалка) | Азота диоксид | 0,2700 | Нет | |
Углерода оксид | 0,5200 | |||
Установка травления труб (для удаления с поверхности труб смазки и окалины, а также проведение пассивации труб из нержавеющих марок стали) | H2SO4 | Мокрая (скруббер) | 0,0001 | |
фториды газообразные | 0,0001 | |||
Правильная машина | Пыль неорганич. с SiO2 < 20% | Сухая (рукавные фильтры) | 0,0046 | |
Fe2O3 | 0,0074 | |||
Установка приготовления известкового молока на блоке химических установок | CaO | Сухая (рукавные фильтры) | 0,0150 |
В результате анкетирования в 2021 г. предприятий, осуществляющих производство горячедеформированных (горячекатаных и горячепрессованных) труб, были собраны данные по выбросам загрязняющих (маркерных) веществ в атмосферный воздух. Удельные величины выбросов приведены на основании данных форм федерального статистического наблюдения N 2-ТП (воздух), а также на основании данных инвентаризации стационарных источников и выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (таблица 3.23.).
Таблица 3.23
веществ при производстве горячедеформированных
(горячекатаных и горячепрессованных) труб, кг/т продукции
Производственный подпроцесс | Наименование загрязняющего (маркерного) вещества | Диапазон (величина) | |
Инвентаризация выбросов ЗВ | |||
- производство горячекатаных труб: нагрев заготовки, удаление окалины, прокат (прошивка заготовок, раскатка гильз, калибровка, правка, резка), высадка концов труб, термообработка, финишная обработка (нарезка резьб, снятие фаски, обработка торцов, гидроиспытание труб, нанесение консервационного покрытия, покраска труб), установки газо- и водоочистки; - производство горячепрессованных труб: подготовка заготовки (обточка, порезка, сверление, торцовка), нагрев, удаление окалины, прошивка либо экспандирование заготовки, прессование гильз, химическая обработка труб, термообработка (нормализация, отпуск, отжиг), финишная обработка (резка, снятие фаски, обработка торцов, правка), установки газо- и водоочистки | Азота оксид | 0,003 - 1,541 | 0,0253 - 0,467 |
Азота диоксид | 0,0177 - 1,541 | 0,101 - 1,065 | |
Углерода оксид | 0,0196 - 1,727 | 0,067 - 0,607 | |
Взвешенные вещества <*> | 0,005 - 0,394 | 0,086 - 0,227 | |
3.4.3.1.2 Водопотребление и сточные воды
При производстве горячедеформированных труб сточные воды от нагревательных печей и от охлаждения гидро-маслостанций направляются в "чистый" оборотный цикл, а сточные воды от гидросбива окалины и охлаждения роликов - в "грязный" оборотный цикл. Химически загрязненные сточные воды фосфатирования муфт после травления поступают на станцию нейтрализации, где к ним добавляют серную кислоту и водный раствор сульфата алюминия (коагулянт). После нейтрализации в емкостях сточные воды самотеком переливаются поочередно в четыре отстойника. С поверхности последнего стоящего в цепочке радиального отстойника при помощи скребкового механизма удаляется масляная фракция, которая затем направляется на участок регенерации масла. Очищенная сточная вода поступает в оборотную систему водоснабжения. Состав и способы обращения со сточными водами приведены в таблице 3.24.
Таблица 3.24
при производстве горячедеформированных труб
Наименование ЗВ | Источники сброса | Направление сбросов | Способ очистки |
Нет данных | Нагревательные печи (КП, ПШБ, СП и др.) охлаждение гидро- и маслостанций станов | "Чистый" оборотный цикл (ЧОЦ) | Охлаждение на градирнях |
Взвешенные вещества, хлориды, сульфаты, фтор, Ca, Mg, Zn, Al, Cr(VI), Mn, Fe общее, нефтепродукты | ТПА (гидросбив окалины, охлаждение труб), трубоиспытательные прессы (гидроиспытания труб) | "Грязный" оборотный цикл (ГОЦ) | Осаждение в отстойниках, механическая (песчаные фильтры, маслосборные устройства) |
3.4.3.1.3 Отходы производства
При производстве горячекатаных труб образуются отходы производства (см. таблицу 3.25), а также побочные продукты, которые затем используются в различных отраслях экономики.
Таблица 3.25
при производстве горячекатаных труб
Наименование отходов | Источники образования | Образование отходов кг/т продукции | Обращение с отходами |
Окалина замасленная прокатного производства с содержанием масла менее 15% | Калибровка, правка труб, гидроиспытания труб, прошивной стан винтовой прокатки, непрерывный стан PQF | 11,10 | Размещение на полигоне |
Отходы минеральных масел индустриальных | Замена отработанного масла в узлах оборудования при ремонте | 3,80 | На регенерацию, отходы регенерации обезвреживаются |
Эмульсии и эмульсионные смеси для шлифовки металлов отработанные, содержащие масла или нефтепродукты >= 15% | Шлифовка поверхности труб на шлифовальных станках, изготовление муфт на муфтонарезных станках | 1,58 | Обезвреживание методом кислотного разложения |
Отходы очистки прочих производственных сточных вод, не содержащих специфические загрязнители, на локальных очистных сооружениях | Чистка установки приготовления и нанесения графитовой смазки на оправки | 0,55 | Размещение на полигоне |
Осадок механической очистки нефтесод. СВ, (нефтепродукты >= 15%) | Очистка сточных вод производства (отстойники) | 0,52 | Размещение на полигоне |
Пыль газоочистки при нанесении на металлические поверхности дезоксиданта | Прокат стальных труб | 0,42 | Обезвреживание |
Отходы минеральных масел трансформаторных отработанных, не содержащих галогены | Замена отработанного масла в узлах оборудования при ремонтах | 0,13 | На регенерацию |
Пыль газоочистки при механической обработке черных металлов с преимущественным содержанием SiO2 | Обработка поверхности металла, зачистка и ремонт дефектов | 0,08 | Размещение на полигоне |
Отходы минеральных масел гидравлических, не содержащих галогены | Замена отработанного масла в узлах оборудования при ремонте | 0,001 | На регенерацию |
Ткань фильтровальная из полимерных волокон при очистке воздуха отработанная | Замена рукавных фильтров очистных сооружений во время ремонта | 0,0032 | Размещение на полигоне |
Отходы смазок на основе нефтяных масел | Сбор отработанной смазки с оборудования | Нет данных | Утилизация |
Песок, загрязненный нефтью или нефтепродуктами (содержание нефти или нефтепродуктов < 15%) | Замена фильтрующего материала установки по очистке графитсодержащих стоков | Нет данных | Размещение на полигоне |
Абразивные круги отработанные, лом отработанных абразивных кругов, пыль (порошок) абразивная от шлифования черных металлов с содержанием металла < 50% | Шлифование поверхности | Нет данных | Размещение на полигоне |
Рисунок 3.4 - Направления использования побочных продуктов
Источниками образования побочных продуктов в производстве горячепрессованных труб являются процессы порезки заготовки и труб, прессования труб (образуются лом и отходы стальные), подготовки заготовки (обточка, сверление, торцевание) и обработки концов труб - снятие фаски (стружка стальная незагрязненная). Данные побочные продукты возвращают в качестве сырья в производство черных металлов. Обращение с отходами производства приведено в таблице 3.26.
Таблица 3.26
при производстве горячепрессованных труб
Наименование отходов | Источники образования | Образование отходов, кг/т продукции | Обращение с отходами |
Осадок нейтрализации сернокислотного электролита | Нейтрализация отработанных растворов после химической обработки труб | 90,30 | Нет данных |
Окалина замасленная прокатного производства с содержанием масла менее 15% | Подготовка заготовки, гидросбив окалины, прессование, термическая обработка и правка труб | 10,20 | Нет данных |
Эмульсии и эмульсионные смеси для шлифовки металлов отработанные, содержащие масла или нефтепродукты в количестве 15% и более | Подготовка заготовки, отделка труб | 9,40 | Обезвреживание методом кислотного разложения |
Пыль газоочистки черных металлов незагрязненная | Прессование труб, отделка труб | 0,28 | Нет данных |
В результате анкетирования в 2021 г. предприятий, осуществляющих производство горячедеформированных (горячекатаных и горячепрессованных) труб, были собраны данные по объему образования отходов. Удельные величины приведены на основании данных форм федерального статистического наблюдения N 2-ТП (отходы), а также на основании данных проектов нормативов образования отходов и лимитов на их размещение (таблица 3.27.).
Таблица 3.27
(горячекатаных и горячепрессованных) труб
Наименование отходов | Образование отходов, кг/т продукции | Обращение с отходами | |
По данным ПНООЛР | По данным формы N 2-ТП (отходы) | ||
Окалина замасленная прокатного производства с содержанием масла 15% и более | 9,3 - 12,4 | 3,68 - 12,38 | Рециклинг, использование в качестве сырья в производстве черных металлов |
Окалина замасленная прокатного производства с содержанием масла менее 15% | 6,4 - 30,3 | 2,7 - 28,9 | Рециклинг, использование в качестве сырья в производстве черных металлов |
Лом и отходы, содержащие незагрязненные черные металлы в виде изделий, кусков, несортированные | 97,1 - 128,0 | 60,0 - 103,0 | Рециклинг |
Лом и отходы стальные несортированные | 132,0 - 199,0 | 150,0 - 199,0 | Рециклинг, использование в качестве сырья в производстве черных металлов |
Осадок нейтрализации сернокислотного электролита | 2,3 - 62,5 | 1,4 - 87,6 | Захоронение на полигоне |
Стружка стальная незагрязненная | 23 - 47,4 | 15,6 - 47,4 | Рециклинг, использование в качестве сырья в производстве черных металлов |
Стружка черных металлов несортированная незагрязненная | 13,5 | 13,5 | Возврат в производство |
Эмульсии и эмульсионные смеси для шлифовки металлов отработанные, содержащие масла или нефтепродукты в количестве 15% и более | 0,94 - 4,20 | 0,67 - 5,200 | Обезвреживание |
Отходы смазок на основе нефтяных масел | 0,006 - 0,035 | 0,005 - 0,007 | Нет данных |
Осадок механической очистки нефтесодержащих сточных вод, содержащий нефтепродукты в количестве 15% и более | 1,9 | 2,8 | Размещение на шламонакопителе |
Пыль (порошок) абразивные от шлифования черных металлов с содержанием металла менее 50% | 0,003 - 0,050 | 0,003 - 0,055 | Размещение на полигоне |
Пыль газоочистки при механической обработке черных металлов с преимущественным содержанием оксида кремния | 0,090 | 0,005 | Захоронение на полигоне |
Пыль газоочистки стальная незагрязненная | 0,20 - 0,28 | 0,08 - 0,28 | Обезвреживание и захоронение |
Пыль газоочистки черных металлов незагрязненная | 0,065 | 0,07 | Рециклинг, использование в качестве сырья в производстве черных металлов |
3.4.4.1 Эмиссии в окружающую среду
3.4.4.1.1 Выбросы в атмосферный воздух
Наибольшие объемы выбросов при производстве холоднодеформированных труб образуются в процессах прокатки, термической обработки, химической обработки (травления) и отделки труб. В процессе травления труб в разных ваннах используют растворы: серной кислоты, обезжиривающий (в состав входит щелочь), медно-купоросный, содовый и фосфатный. С целью удаления окалины, ржавчины и других продуктов коррозии, поверхность труб и заготовок проходит обработку в ваннах с раствором серной кислоты, затем промывку в холодной проточной воде методом погружения. Промытые заготовки и трубы подвергают омеднению в медно-купоросном растворе и последующему фосфатированию и нейтрализации в содовом растворе. После обработки на станах холодной прокатки труб (ХПТ) и холодного волочения труб (ХВТ) перед термообработкой трубы обезжириваются в ваннах, содержащих раствор гидроксида натрия NaOH. С поверхности ванн травления труб в воздух поступают ЗВ, содержащиеся в растворах, - NaOH, H2SO4, P2O5. Выбросы от ванн собираются и направляются в трубы высотой 45 м и более.
Выбросы твердых загрязняющих веществ (пыль неорганическая с SiO2 < 20%, Fe2O3), образующиеся при обработке поверхности и резке труб, выбросы процессов обезжиривания, травления, осветления труб (NOx, H2SO4, HF) улавливаются и направляются на очистные сооружения различного типа, где используют как сухой (рукавные фильтры, электростатический метод), так и мокрый (гидроциклоны, гидрофильтры, скрубберы) методы очистки.
При очистке поверхности труб с использованием дробеструйной установки образуются выбросы пыли неорганической (SiO2 > 70%), которые направляют на мокрую очистку в гидроциклоне.
От металлообрабатывающих станков (станок шлифовальный, линия резки труб, ленточно-шлифовальный станок) образуются выбросы Fe2O3, триэтаноламина, эмульсола, пыли абразивной, масла минерального нефтяного.
Эффективность очистки зависит от метода очистки и ЗВ и составляет, к примеру: для гидрофильтра по NOx - 50%, по HF - 70%; для скруббера по NOx (50 - 70)%, по H2SO4 - 70%; для электрофильтра по маслу минеральному (40 - 80)%, по NaOH - 40%; для гидроциклона по пыли (80 - 90)% и по Fe2O3 - 70%.
На стадии завершающей отделки труб от правильных станов, станков обрезки труб (абразивно-отрезные станки) и установки продувки труб в атмосферу поступают: Fe2O3, пыль неорганическая SiO2 < 20%, пыль абразивная. Удельные выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух приведены в таблице 3.28.
Таблица 3.28
холоднодеформированных труб
Источники выбросов | Наименование ЗВ | Масса ЗВ в отходящих газах до очистки, кг/т продукции | Метод очистки | Масса ЗВ в отходящих газах после очистки, кг/т продукции |
Проходная газовая печь с роликовым подом для отжига труб | Азота диоксид | 0,0010 | Нет | |
Азота оксид | 0,0002 | |||
Углерода оксид | 0,0084 | |||
Железа оксид(III) | 0,0017 | |||
Роликовая печь с защитной атмосферой для термической обработки труб | Азота диоксид | 0,0120 | Нет | |
Азота оксид | 0,0032 | |||
Углерода оксид | 0,0270 | |||
Железа оксид(III) | 0,0030 | |||
Проходная газовая печь для светлого отжига труб | Азота диоксид | 0,0480 | Нет | |
Азота оксид | 0,0070 | |||
Углерода оксид | 0,0720 | |||
Железа оксид(III) | 0,0035 | |||
Печь камерная для термической обработки труб | Азота диоксид | 0,0780 | Нет | |
Азота оксид | 0,0130 | |||
Взвешенные вещества | 0,0490 | |||
Ванны для обработки поверхности труб | Серная кислота | 0,3300 | Нет | |
Ванны для травления труб | Азота диоксид | Мокрый, гидрофильтр | 0,2900 | |
Азота оксид | 0,0460 | |||
Фтористый водород | 0,0016 | |||
Ванны для осветления труб | Азота диоксид | Мокрый, скруббер | 1,2000 | |
Азота оксид | 0,2000 | |||
Серная кислота | 0,7100 | |||
Насосная кислых стоков | Азота диоксид | 0,0480 | Нет | |
Азота оксид | 0,0077 | |||
Серная кислота | 0,0290 | |||
Электрополировальная установка для обработки поверхности труб | Серная кислота | 0,0500 | Нет | |
Фосфора гидроксид | 0,3500 | |||
Станы ХПТ для прокатки труб | Масло минеральное | 0,0740 | Сухой, электрофильтр | 0,0240 |
Натрия гидроксид | 0,0160 | 0,0003 | ||
Абразивно-отрезной станок для резки концов труб | Пыль неорганич. с SiO2 < 20% | Мокрый, гидроциклон | 0,4300 | |
Fe2O3 | 0,2200 | |||
Аппарат пескоструйный для обработки поверхности труб | Пыль неорганич. с SiO2 < 20% | Мокрый, гидроциклон | 0,6800 |
В результате анкетирования в 2021 г. предприятий, осуществляющих производство холоднодеформированных труб, были собраны данные по выбросам загрязняющих (маркерных) веществ в атмосферный воздух. Удельные величины выбросов приведены на основании данных форм федерального статистического наблюдения N 2-ТП (воздух), а также на основании данных инвентаризации стационарных источников и выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (таблица 3.29).
Таблица 3.29
холоднодеформированных труб, кг/т продукции
Производственный подпроцесс | Наименование загрязняющего (маркерного) вещества | Диапазон (величина) | |
Инвентаризация выбросов ЗВ | |||
Механическая обработка, холодная прокатка (ХПТ, ХПТР), волочение, термическая обработка, химическая обработка, резка, гидроиспытание труб, установки газо- и водоочистки | Азота оксид | 0,013 - 4,002 | 0,032 - 0,166 |
Азота диоксид | 0,051 - 4,002 | 0,098 - 1,020 | |
Углерода оксид | 0,104 - 2,313 | 0,024 - 3,129 | |
Серная кислота | 0,083 - 0,419 | 0,114 - 0,595 | |
3.4.4.1.2 Водопотребление и сточные воды
Состав стоков и способы обращения со сточными водами при производстве холоднодеформированных труб приведены в таблице 3.30.
Таблица 3.30
при производстве холоднодеформированных труб
Наименование ЗВ | Источники сброса | Направление сбросов | Метод очистки |
Нет данных | Нагревательные печи, охлаждение гидро- и маслостанций станов | ЧОЦ | Охлаждение на градирнях |
Взвешенные вещества, нитраты, хлориды, сульфаты, фториды, Ca, Mg, Cu, Zn, Ni, Cr(VI), Mn, Fe общее, нефтепродукты | Станы ХПТ, ХПТР - гидросбив окалины, ванны травления труб, промывка водой, гидроиспытания труб | ГОЦ | Осаждение в отстойниках, механическая очистка, станция нейтрализации химзагрязненных стоков, осветление шламовых вод в шламонакопителе |
3.4.4.1.3 Отходы производства
Информация об отходах при производстве холоднодеформированных труб приведена в таблице 3.31.
Таблица 3.31
холоднодеформированных труб
Наименование отходов | Источники образования отходов | Образование отходов, кг/т продукции | Обращение с отходами | |
По данным анкетирования в 2021 г. (ПНООЛР/Форма N 2-ТП (отходы) | ||||
Осадок при обработке воды известковым молоком | Химическая обработка труб | 173,6 | 173,6/97,0 | Нет данных |
Осадок механической очистки нефтесодержащих сточных вод, содержащий нефтепродукты >= 15% | Очистка сточных вод производства (отстойники) | 20,4 | 0,001 - 20,40/2,80 | Размещение на шламонакопителе |
Эмульсии и эмульсионные смеси для шлифовки металлов отработанные, содержащие масла или нефтепродукты в количестве 15% и более | Станы ХПТ, ХПТР, безоправочное волочение | 6,6 | 6,6/1,5 | Термическое обезвреживание в циклонной печи |
Отходы минеральных масел индустриальных | Замена отработанного масла в узлах оборудования при ремонте | 5,3 | 5,3/0,37 | На регенерацию, отходы регенерации обезвреживаются |
Пыль (порошок) абразивная от шлифования черных металлов с содержанием металла < 50% | Механическая обработка заготовки и труб, шлифование поверхности | 4,1 | 4,10/0,054 | Размещение на полигоне |
Абразивные круги отработанные, лом отработанных абразивных кругов | Механическая обработка заготовки и труб, шлифование поверхности | 0,5 | 0,025 - 0,50/0,052 | Размещение на полигоне |
По сложившейся практике ряд отходов, образующихся при производстве холоднодеформированных труб, переводится в побочную продукцию. Источниками образования побочных продуктов являются: термическая и механическая обработка заготовок и труб (окалина, пыль газоочистки черных металлов, стружка черных металлов несортированная незагрязненная), а также брак и технологические отходы, образующиеся при резке непрерывнолитых заготовок и концов труб (лом черных металлов). Все побочные продукты возвращают в качестве сырья в производство черных металлов.
3.4.5 Производство сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса; электросварных; изготовленных непрерывной печной сваркой) труб
3.4.5.1 Эмиссии в окружающую среду
3.4.5.1.1 Выбросы в атмосферный воздух
Наибольшие объемы выбросов при производстве сварных труб большого диаметра (ТБД) образуются в основных производственных процессах сварки и отделки труб.
Удельные выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух при производстве сварных труб большого диаметра приведены в таблице 3.32.
Таблица 3.32
при производстве сварных ТБД
Источники выбросов | Наименование ЗВ | Масса ЗВ в отходящих газах до очистки, кг/т продукции | Метод очистки | Масса ЗВ в отходящих газах после очистки, кг/т продукции |
Стан сварки прямошовных труб | Пыль неорганич. с SiO2 < 20% | 0,000005 | Сухой, кассетный фильтр | 0,000009 |
Марганец и его соединения | 0,0002 | 0,00002 |
Технологический процесс производства электросварных труб начинается с подготовки металла в линии ТЭСА либо на агрегатах продольной резки (АПР). При раскрое рулонной стали дисковыми ножами выделений ЗВ не происходит. Электросварные трубы изготавливаются на трубоэлектросварочных станах (ТЭСА).
Термическую обработку труб электросварных проводят в секционной печи струйно-факельного нагрева. Далее проводят отделку, включая правку труб после термообработки на трубоправильных машинах, торцовку труб на станках и гидроиспытание труб. При отделке труб выделений ЗВ не происходит.
В качестве консервационного покрытия на стальные сварные трубы (ТЭСА 73...219) может быть нанесен ингибированный водно-восковой состав (ИВВС) на специальной установке путем распыления состава через форсунки, при нанесении которого выделений ЗВ не происходит. Удельные эмиссии загрязняющих веществ в атмосферный воздух приведены в таблице 3.33.
Таблица 3.33
электросварных труб, кг/т продукции
Источники выбросов | Наименование ЗВ | Масса ЗВ в отходящих газах до очистки, кг/т продукции | Метод очистки | Масса ЗВ в отходящих газах после очистки, кг/т продукции |
Редукционно-растяжной стан (ТЭСА 20-102) | Пыль неорганическая с SiO2 < 20% | Мокрый (циклон СИОТ Ц9-56) | 0,0027 | |
Fe2O3 | 0,00004 | |||
Марганец | 0 | |||
Стыкосварочная машина (ТЭСА 73-219) | Железа оксид(III) | 0,0002 | нет | |
Марганец | 0,00001 | |||
Стыкосварочная машина (ТЭСА 20-102) | Железа оксид(III) | 0,00003 | нет | |
Марганец | 0,000003 | |||
Стыкосварочная и трубосварочная машина (ТЭСА 10-63,5) | Пыль неорганич. с SiO2 < 20% | Мокрый (гидравлич. фильтр) | 0,0007 | |
Железа оксид(III) | 0,00003 | |||
Марганец | 0 | |||
Секционная газовая печь для нормализации труб | Азота диоксид | 0,0790 | Нет | |
Азота оксид | 0,0130 | |||
Углерода оксид | 0,3140 | |||
Железа оксид(III) | 0,0015 | |||
Стыкосварочная машина (ТЭСА 168-530) | Железа оксид(III) | 0,0002 | Нет | |
Марганец | 0,00001 | |||
Печь с шагающими балками | Азота диоксид | 0,1600 | Нет | |
Азота оксид | 0,0007 | |||
Углерода оксид | 0,1500 | |||
Трубосварочный стан (ТЭСА 20-76) | Железа оксид(III) | 0,0060 | Нет | |
Марганец | 0,00005 | |||
Трубосварочный стан (ТЭСА 51-114) | Железа оксид(III) | 0,0040 | Нет | |
Марганец | 0,0001 | |||
Профилегибочный стан (ПГА) | Железа оксид(III) | 0,0030 | Нет | |
Марганец | 0,00006 | |||
Установка сварки ТЭСА 19-50 | Пыль неорганич. с SiO2 < 20% | 0,0050 | Нет | |
Железа оксид(III) | 0,0002 | |||
Марганец | 0,00001 | |||
Взвешенные вещества | 0,0070 |
При производстве труб непрерывной печной сваркой от стана непрерывной печной сварки удельные выбросы ЗВ в атмосферный воздух составляют (кг/т продукции): азота диоксид - 0,156, азота оксид - 0,0007, углерода оксид - 0,104. Данные выбросы поступают в атмосферу без очистки.
При производстве труб сваркой в среде инертных газов от линии сварки и шлифовки швов удельные выбросы ЗВ в атмосферный воздух составляют (кг/т продукции): масло минеральное - 0,086, оксид железа (III) - 0,027, марганец и его соединения - 0,075. Данные выбросы поступают в атмосферу после сухой очистки на механическом фильтре.
В результате анкетирования в 2021 г. предприятий, осуществляющих производство сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса; электросварных; изготовленных непрерывной печной сваркой) труб, были собраны данные по выбросам загрязняющих (маркерных) веществ в атмосферный воздух. Удельные величины выбросов приведены на основании данных форм федерального статистического наблюдения N 2-ТП (воздух), а также на основании данных инвентаризации стационарных источников и выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (таблица 3.34).
Таблица 3.34
сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой
под слоем флюса; электросварных; изготовленных
непрерывной печной сваркой) труб, кг/т продукции.
Производственный подпроцесс | Наименование загрязняющего (маркерного) вещества | Диапазон (величина) | |
Инвентаризация выбросов ЗВ | |||
- производство прямошовных труб, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса: подготовка листового проката, формовка листа, сборка трубы, сварка технологического шва, сварка внутреннего и наружного швов, экспандирование, финишная обработка (обработка торцов, гидроиспытание труб), установки газо- и водоочистки; | Азота оксид | 0,012 - 0,445 | 0,011 - 0,224 |
Азота диоксид | 0,029 - 0,939 | 0,0196 - 1,2730 | |
Углерода оксид | 0,164 - 1,496 | 0,0201 - 2,1115 | |
- производство электросварных труб: подготовка рулонного проката (штрипса), стыковая сварка концов рулонов, формовка, сварка труб, охлаждение, калибровка и правка труб, резка труб, финишная обработка (снятие фаски, обработка торцов, гидроиспытание труб), установки газо- и водоочистки; - производство труб непрерывной печной сваркой: подготовка ленты, стыковая сварка концов ленты, нагрев ленты, формовка, сварка труб, редуцирование и калибрование труб, резка, финишная отделка (правка, резка, нанесение консервационного покрытия, гидроиспытание труб), установки газо- и водоочистки | Взвешенные вещества <*> | 0,031 - 0,312 | 0,015 - 0,426 |
3.4.5.1.2 Водопотребление и сточные воды
Состав и способы обращения со сточными водами при производстве сварных ТБД приведены в таблице 3.35.
Таблица 3.35
при производстве сварных ТБД
Наименование ЗВ | Источники сброса | Направление сбросов | Метод |
Нет данных | Нагревательные печи (закалочная, отпускная), охлаждение гидро- и маслостанций станов | ЧОЦ | Охлаждение на градирнях |
Взвешенные вещества, хлориды, сульфаты, фториды, Ca, Mg, Zn, Al, Cr(VI), Mn, Fe общее, нефтепродукты | Спреерное охлаждение труб, пресс-гидроиспытания труб | ГОЦ | Осаждение в отстойниках, механическая очистка (угольные фильтры, маслосборные устройства) |
Для охлаждения сварочного узла (индуктора, феррита, сварочных валков) используют воду. Сплошной оплавленный грат, образующийся при сварке на наружной и внутренней поверхности трубы, удаляется резцовым гратоснимателями. После сварки шов трубы охлаждают водой. Состав и способ утилизации сточных вод приведены в таблице 3.36.
Таблица 3.36
при производстве электросварных труб
Наименование ЗВ | Источники сточных вод | Направление сбросов | Обращение со стоками |
Нет данных | Нагревательные печи (СП, ПШБ и др.), охлаждение гидро- и маслостанций станов | ЧОЦ | Охлаждение на градирнях |
Взвешенные вещества, нефтепродукты | Охлаждение формовочных и калибровочных валков ТЭСА; охлаждение шва; охлаждение холодильника редукционного стана; охлаждение валков на правильной машине | ГОЦ | Осаждение в отстойниках, механическая очистка (песчаные фильтры, маслосборные устройства) |
3.4.5.1.3 Отходы производства
Удельное образование отходов и направление обращения с отходами, образующимися при производстве сварных ТБД, электросварных труб и сварных труб в среде инертных газов приведены в таблице 3.37.
Таблица 3.37
при производстве сварных труб
Наименование отходов | Источники образования | Образование отходов, кг/т продукции | Обращение с отходами | |
По данным анкетирования в 2021 г. (ПНООЛР/Форма N 2-ТП (отходы) | ||||
Отходы минеральных и индустриальных масел | Замена отработанного масла в узлах оборудования при ремонте | 0,014 - 6,9 | 0,035/0,1 | На регенерацию, отходы регенерации обезвреживаются |
Лом и отходы стальные несортированные | Нет данных | Нет данных | 65,0/62,4 | Передача сторонним организациям на переработку |
Лом и отходы, содержащие незагрязненные черные металлы в виде изделий, кусков, несортированные | Нет данных | Нет данных | 19,5/19,5 | Рециклинг. Использование в собственном производстве. |
Стружка черных металлов несортированная незагрязненная | Нет данных | Нет данных | 5,4/5,4 | Рециклинг. Использование в собственном производстве. |
Эмульсии и эмульсионные смеси для шлифовки металлов отработанные, содержащие масла или нефтепродукты в количестве 15% и более | Нет данных | 2,1 | 0,9 - 10,1/1,6 - 12,3 | Обезвреживание |
Шлак сварочный | Нет данных | Нет данных | 3,05 - 4,10/1,50 - 2,29 | Рекуперация (обработка с дальнейшим применением в производстве) |
Абразивные круги отработанные, лом отработанных абразивных кругов | Шлифование поверхности | 0,0017 - 0,97 | 0,004/0,003 | Размещение |
Направления использования побочных продуктов производства труб большого диаметра приведены на рисунке 3.5.
производства труб большого диаметра
Источниками образования побочных продуктов при производстве труб сваркой в среде инертных газов являются брак и технологические отходы труб, обработка металлических поверхностей, в том числе резка труб, обработка фаски - образуется лом черных металлов, который возвращают в качестве сырья в производство черных металлов.
Направления использования побочных продуктов производства электросварных труб приведены на рисунке 3.6.
производства электросварных труб
Данный подраздел включает краткую информацию по нанесению покрытий при производстве изделий дальнейшего передела черных металлов. Более подробно данные по эмиссиям представлены в ИТС 35 "Обработка поверхностей, предметов или продукции органическими растворителями" и ИТС 36 "Обработка поверхностей металлов и пластмасс с использованием электролитических или химических процессов".
3.5.1.1 Выбросы в атмосферный воздух
При травлении металлов в кислотах в атмосферу выделяется большое количество вредных газов и паров: азота оксидов до 400 кг/м3, фтористого водорода до 100 мг/м3, пары серной кислоты до 200 мг/м3, соли металлов [5].
На сегодняшний день приоритетными загрязняющими веществами в процессах травления длинномерной продукции в составе выбросов являются вещества, приведенные в таблице 3.38 [3].
Таблица 3.38
травления плоского проката
Этап процесса/подпроцесс | Загрязняющие вещества |
Солянокислотное травление | Хлористый водород |
Гальваническая ванна | Пыль |
Отжиг | Азота оксиды |
Максимально негативное воздействие оказывают выбросы аэрозоли кислот (HCl или H2SO4) от установок травления, что требует дальнейшей очистки воздуха. Для снижения вредных выбросов в травильных отделениях и отделениях покрытий (цинкования, алюминирования и др.) прокатных цехов устанавливают агрегаты непрерывного действия с герметизацией всех ванн, машин и аппаратов и организацией систем аспирации с дальнейшей очисткой выбросов в скрубберах и циклонах.
В процессе травления соляной кислотой образуются выбросы в атмосферный воздух (35 - 400 м3/т продукции), в том числе отходящие газы от травильных ванн (25 - 400 м3/т продукции), содержащие пыль (5 - 20 мг/м3) и HCl (1 - 30 мг/м3), а также отходящие газы от установок регенерации кислоты (24 - 38 м3/т продукции), содержащие пыль, SO2, NOx, CO, HCl, Cl2 [2].
В процессе травления серной кислотой образуются выбросы отходящих газов (100 - 150 м3/т продукции), в том числе отходящие газы от ванн травления (50 - 110 м3/т продукции), содержащие H2SO4 (1 - 2 мг/м3) и SO2 (8 - 20 мг/м3); отходящие газы от установок регенерации кислоты (70 - 90 м3/т), содержащие H2SO4 и SO2 [2].
В процессе травления смесью кислот образуются выбросы отходящих газов, в том числе отходящие газы от механического удаления окалины (350 - 450 м3/т), содержащие пыль; отходящие газы от ванн травления, содержащие HF (0,2 - 17 мг/м3), NOx (3 - 1000 мг/м3) и SO2 (1 - 10 мг/м3) [2]. Объем образования сточных вод составляет 1,0 - 9,0 м3/т продукции.
3.5.1.2 Водопотребление и сточные воды
Источники сточных вод от процессов травления:
- вода от мойки проката;
- отработанные травильные растворы;
- прочие воды, включая воду для промывки отходящих газов в системе вытяжной вентиляции травильных ванн и воду от мойки оборудования.
В зависимости от вида обрабатываемых изделий удельный расход сточных вод может колебаться в значительных пределах: от 0,4 м3/т изделий (травление прутьев) до 50 м3/т (травление оцинкованных труб). В среднем расход сточных вод травильных цехов составляет 3 - 3,5 м3/т изделий, из которых около 85% представляют собой промывные стоки.
Основной объем сточных вод приходится на мойку проката, а основной объем загрязнений - на замену травильных растворов (непрерывную или периодическую). Основной задачей является уменьшение объема сточных вод и минимизация их загрузки загрязнениями за счет оптимизации процесса.
Линия травления соляной кислотой с установкой регенерации
При травлении образуются сточные воды (0,025 - 0,07 м3/т продукции). Объем сточных вод можно уменьшить путем регенерации и рециклинга кислоты. Вода от мойки полосы после травления может быть использована для промывки газовых скрубберов и в качестве технологической воды на установке регенерации. Если кислые воды не возвращаются в цикл, то их перед сбросом нейтрализуют известью или NaOH, образовавшийся шлам обезвоживают на фильтр-прессах и размещают на полигоне.
Линия травления серной кислотой с установкой регенерации
В процессе травления серной кислотой образуются выбросы отходящих газов (100 - 150 м3/т продукции), в том числе отходящие газы от ванн травления (50 - 110 м3/т продукции), содержащие H2SO4 (1 - 2 мг/м3) и SO2 (8 - 20 мг/м3); отходящие газы от установок регенерации кислоты (70 - 90 м3/т), содержащие H2SO4 и SO2 [2].
Объем образования сточных вод составляет (0,2 - 0,5) м3/т продукции. В том случае, когда охлаждающую воду из конденсатора установки регенерации и кислые сточные воды от промывки не возвращают в цикл, а сбрасывают, их предварительно нейтрализуют известью, шламы обезвоживают в фильтр-прессах и размещают на полигоне.
Линия травления смесью кислот с установкой регенерации
При травлении металлов различными кислотами образуется большое количество высокоминерализованных отработанных травильных растворов и промывных вод. Для получения товарной продукции и использования очищенных вод (после их доочистки) в системах оборотного водоснабжения применяется реагентная обработка таких стоков.
В качестве реагента для нейтрализации кислых сточных вод используются любые щелочи и их соли (известняк, доломит, мрамор, мел, едкий натр, едкое кали, известь, магнезит, сода и др.). Наиболее дешевым реагентом является гидроксид кальция Ca(OH)2. Более надежная защита водных объектов от загрязнений обеспечивается при использовании технологии нейтрализации с помощью аммиака (аммиачной воды), так как в этом случае возможна нейтрализация не только простых, но и сложных по составу сернокислотных отработанных травильных растворов, содержащих соли железа, никеля, кобальта, хрома, молибдена и других металлов. Образующийся шлам обезвоживают на фильтр-прессах. При применении электролитического предварительного травления сточные воды обрабатывают дополнительно, включая процессы восстановления шестивалентного хрома Cr(VI) бисульфитом натрия NaHSO3 или соединениями железа (II).
Регенерация отработанных солянокислотных травильных растворов вызывает затруднения в силу того, что эти растворы содержат значительное количество солей различных металлов и других примесей. При регенерации этих растворов получают хлор Cl2, хлористый водород HCl или соли (в зависимости от метода регенерации). Если отработанный солянокислый травильный раствор содержит примеси лишь одного металла, то такой раствор направляют в камеру распылительной сушки, в которой соли и оксиды собирают в осадок, а HCl улавливают в виде (16 - 18)% раствора. В случае, когда в отработанных солянокислых растворах содержатся соли двух различных металлов, например железа и цинка, они подвергаются обработке ионным обменом.
Рациональной является организация замкнутого цикла травления металлов с промывкой его каскадным методом с повторным многократным использованием промывной воды, что позволяет исключить сброс промывных вод в очистные сооружения предприятия.
Щелочные сточные воды нейтрализуют соляной кислотой, фильтруют и сбрасывают.
3.5.2.1 Эмиссии в окружающую среду
3.5.2.1.1 Выбросы в атмосферный воздух
На финишной отделке горячекатаных труб в процессе нанесения лакокрасочных светоотверждаемых защитных покрытий используют установки специального назначения, которые могут быть оборудованы местной вытяжной системой с очистным устройством, состоящим из специальных матов сепаратора, статического аэрозольного сепаратора и пакетных фильтров, с эффективностью очистки по взвешенным веществам до 95%. Основные этапы воздействия на атмосферный воздух при нанесении наружного антикоррозионного защитного покрытия приведены в таблице 3.39.
Таблица 3.39
наружного антикоррозионного защитного покрытия
Этап/подпроцесс | Выбросы ЗВ | Метод очистки, эффективность |
Дробеметная обработка внешней поверхности труб | Пыль оксидов железа | Вытяжная вентиляция с пылеулавливающим устройством, эффективность < 90% |
Установка хроматирования | Хрома оксид CrO2 | Вытяжная вентиляция с фильтром волокнистым ФВГ-М-074, эффективность < 90% |
Камера напыления эпоксидного порошка | Пыль эпоксидного углепластика, эпихлоргидрин, фенол, формальдегид | Вентиляция с кассетным фильтром, эффективность < 90% |
Экструдеры для изготовления пленок из адгезива и полиэтилена | Пыль адгезива, углерода оксид, уксусная кислота | Вытяжная вентиляция |
Основные этапы воздействия на атмосферный воздух при нанесении внутреннего антикоррозионного защитного покрытия приведены в таблице 3.40.
Таблица 3.40
внутреннего антикоррозионного защитного покрытия
Этап/подпроцесс | Выбросы ЗВ | Метод очистки, эффективность |
Предварительный нагрев внутренней поверхности | Углерода оксид | Вытяжная вентиляция |
Щелочная обработка и промывка горячей водой поверхности | Натрия оксид | Вытяжная вентиляция |
Дробеметная обработка внутренней поверхности | Пыль | Циклон типа SQO-20 и кассетный фильтр |
Нанесение покрытия | Пары растворителей Окрасочный аэрозоль | Дожигание в газовом инсинераторе Картриджный фильтр |
Сушка | Пары растворителей | Дожигание в газовом инсинераторе |
При нанесении цинкового покрытия на стальные трубы и профили при помощи автоматической установки (машины цинкования) выбросы от ванн с расплавом цинка направляются для очистки в циклон (эффективность очистки до 80%). В процессе травления наружной поверхности труб в растворе соляной кислоты выделяется гидрохлорид HCl. В процессе сушки труб после флюсования в печи выделяются оксиды азота и углерода. Выбросы от обдувки наружной поверхности труб сухим сжатым воздухом (от золы, оксида алюминия и излишков цинка) направляются для очистки в циклон. Удельные эмиссии загрязняющих веществ в атмосферный воздух при нанесении цинкового покрытия приведены в таблице 3.41.
Таблица 3.41
при нанесении цинкового покрытия.
Источники выбросов | Наименование ЗВ | Масса ЗВ в отходящих газах до очистки, кг/т продукции | Метод очистки | Масса ЗВ в отходящих газах после очистки, кг/т продукции |
Нагревательная печь | Азота диоксид | 0,0500 | Нет | |
Серы диоксид | 0,00069 | |||
Углерода оксид | 0,3100 | |||
Ванна цинкования, стенд продувки труб | Алюминия оксид | Мокрый, циклон | 0,0700 | |
Хлористый водород | 0,3500 | |||
Цинка оксид | 2,0500 | |||
Ванна травления | Хлористый водород | 0,5600 | Нет |
В результате анкетирования в 2021 г. предприятий, осуществляющих нанесение покрытий на трубы (эпоксидное, полиэтиленовое, полипропиленовое, цинковое) и фосфатирование муфт, были собраны данные по выбросам загрязняющих (маркерных) веществ в атмосферный воздух. Удельные величины выбросов приведены на основании данных форм федерального статистического наблюдения N 2-ТП (воздух), а также на основании данных инвентаризации стационарных источников и выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (таблица 3.42).
Таблица 3.42
при нанесении покрытий на трубы (эпоксидное,
полиэтиленовое, полипропиленовое, цинковое)
и фосфатировании муфт, кг/т продукции.
Производственный подпроцесс | Наименование загрязняющего (маркерного) вещества | Диапазон (величина) | |
Инвентаризация выбросов ЗВ | |||
- нанесение покрытий на трубы (эпоксидное, полиэтиленовое, полипропиленовое: предварительный нагрев, абразивная очистка поверхности труб, нагрев, хроматирование поверхности, нанесение покрытия, водяное охлаждение труб с покрытием, зачистка концов труб от покрытия, установки газо- и водоочистки; - нанесение цинкового покрытия: промывка в горячей воде, химическое обезжиривание, травление, промывка в холодной воде, флюсование, цинкование, установки газо- и водоочистки; фосфатирование муфт | Азота оксид | 0,0023 - 0,0088 | 0,0016 - 0,0122 |
Азота диоксид | 0,0159 - 0,0748 | 0,0122 - 0,1032 | |
Углерода оксид | 0,0512 - 0,106 | 0,0653 - 0,0732 | |
Хлористый водород | 0 - 0,5566 | 0 - 0,3843 | |
Взвешенные вещества <*> | 0,002 - 1,304 | 0,0184 - 0,90 | |
3.5.2.1.2 Водопотребление и сточные воды
Загрязненные стоки после горячей, холодной промывки, охлаждения и травления труб направляются на нейтрализацию в блок очистки химически загрязненных стоков. Стоки процесса флюсования направляются для регенерации на станцию приготовления флюса.
3.5.2.1.3 Отходы производства
Сведения об отходах, образующихся после процессов нанесения различных видов покрытия на трубы, приведены в таблице 3.43.
Таблица 3.43
покрытий на трубы (эпоксидное, полиэтиленовое,
полипропиленовое, цинковое) и фосфатирование муфт
Наименование отходов | Источники образования | Образование отходов, кг/т продукции | |
По данным анкетирования в 2021 г. (ПНООЛР/Форма N 2-ТП (отходы) | |||
Отходы сухой газоочистки при напылении порошка эпоксидной смолы на металлические поверхности | Нанесение трехслойного (полиэтиленового или полипропиленового), эпоксидного и трехслойного полиэтиленового покрытия, эпоксидного покрытий на наружную поверхность труб | 0,000085 | 0,0001 - 0,0560/0,046 - 0,230 |
Отходы материалов лакокрасочных на основе алкидных смол в среде негалогенированных органических растворителей | Нанесение гладкостного антикоррозионного покрытия на наружную и внутреннюю поверхность | 0,000028 | Нет данных/0,075 |
Отходы при шликеровании и нанесении антикоррозионного силикатно-эмалевого покрытия на металлические поверхности | Нет данных | Нет данных | 0,075/0,069 |
Отходы металлической дроби с примесью шлаковой корки | Нет данных | Нет данных | 0,11 - 1,76/0,11 - 0,9 |
Лом и отходы из полиэтилена незагрязненные | Нет данных | Нет данных | 0,98 - 1,76/0,85 - 0,90 |
Источниками образования побочных продуктов при покрытии труб являются процессы обработки металлических поверхностей ТБД перед нанесением антикоррозионного покрытия (образуются отходы металлической дроби с примесью шлаковой корки) и нанесения цинкового покрытия (пыль цинковая, изгарь, гартцинк). Данные побочные продукты возвращают в качестве сырья в производство черных металлов и производство цинка. Другие виды отходов от процессов покрытия труб, как правило, не подлежат повторному использованию и направляются на обезвреживание и захоронение.
Данный подраздел содержит краткую информацию об особенностях экологического контроля при производстве изделий дальнейшего передела черных металлов. При его разработке были рассмотрены и проанализированы материалы по ПЭК ряда металлургических предприятий. По этой информации представлены обобщенные цели, объекты, содержание и методы ПЭК. Более подробно информация по ПЭК представлена в ИТС 22.1-2021 "Общие принципы производственного экологического контроля и его метрологического обеспечения".
На предприятиях передельной металлургии производственный экологический контроль (ПЭК) осуществляется в целях:
- обеспечения экологической безопасности,
- получения достоверной информации о состоянии окружающей среды,
- выполнения требований законодательства и нормативов в области охраны окружающей среды,
- обеспечения выполнения в процессе хозяйственной и иной деятельности мероприятий по охране окружающей среды,
- рационального использования и восстановления природных ресурсов.
ПЭК осуществляется в соответствии с утвержденными программами/графиками.
В случаях изменения технологических процессов, замены технологического оборудования, сырья, приводящим к изменениям характера, вида и объемов оказываемого негативного воздействия на окружающую среду, программа ПЭК пересматривается.
При выполнении производственного экологического контроля в обязательном порядке осуществляется контроль загрязняющих веществ (маркерных) в выбросах и сбросах, характерных для применяемых технологий и особенностей производственного процесса.
Организация ПЭК на предприятии начинается с анализа требований природоохранного и санитарного законодательства к экологическому контролю, его видам, объектам, показателям, объему и периодичности выполнения.
Экологический контроль ведется по трем основным направлениям:
- воздействие на воздушный бассейн;
- воздействие на водный бассейн;
- воздействие на недра, почву (накопление, размещение отходов).
Объектами мониторинга окружающей среды являются:
- источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух;
- системы очистки отходящих газов;
- санитарно-защитная зона предприятия;
- выпуск сточных вод предприятия в водные объекты;
- источники сбросов загрязняющих веществ в системы канализации;
- системы очистки сточных вод;
- системы повторного и оборотного водоснабжения;
- источники образования отходов, в том числе производства, цеха, участки, технологические процессы и стадии;
- состав отходов;
- склады, хранилища сырья, материалов, реагентов;
- объекты временного накопления, размещения и обезвреживания отходов;
- и др.
ПЭК включает в себя производственный лабораторный контроль (ПЛК) и инспекционный контроль (анализ данных ПЛК, обходы, визуальные осмотры, проверки заполнения журналов и форм отчетности) с составлением актов обследования и выдачей предписаний об устранении нарушений (при наличии).
3.6.1 Экологический контроль воздействия на воздушный бассейн.
Исходными данными для организации ПЭК являются:
- сведения об инвентаризации источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух;
- сведения о газоочистном оборудовании;
- план мероприятий по уменьшению выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в периоды неблагоприятных метеорологических условий (НМУ);
- проект нормативов допустимых выбросов (НДВ);
- разрешение на выброс вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух.
ПЭК воздействия на атмосферный воздух включает:
- контроль соблюдения установленных нормативов НДВ на источниках выбросов;
- контроль состояния атмосферного воздуха на границе санитарно-защитной зоны (СЗЗ) предприятия и на границе с жилой зоной (при необходимости);
- контроль исправности и эффективности работы пылегазоочистного оборудования;
- контроль соблюдения установленных нормативов в период неблагоприятных метеорологических условий (НМУ).
При контроле соблюдения НДВ и лимитов выбросов основными являются прямые методы, предполагающие проведений измерений концентраций вредных веществ и объемов газовоздушной смеси после газоочистных установок или в местах непосредственного выделения веществ в атмосферу. Кроме того, используют балансовые и технологические методы. В случаях выбросов достаточно стабильных по составу смесей веществ и отсутствия приборов для прямого контроля возможен контроль по групповым показателям. При контроле соблюдения НДВ выбросы вредных веществ определяют за период 20 мин, к которому относятся максимальные разовые ПДК, а также в среднем за сутки, месяц и год. Если продолжительность выделения вредных веществ в атмосферу меньше 20 мин, контроль производят по полному выбросу вредного вещества за это время.
Основные методы измерений загрязняющих веществ при проведении инструментального контроля выбросов загрязняющих веществ на предприятиях передельной металлургии приведены в таблице 3.44.
Таблица 3.44
Загрязняющее вещество | Метод измерений |
Азота оксиды | электрохимический, оптический, фотометрический |
Серы диоксид | |
Углерода оксид | электрохимический, оптический, |
Фенол | флуориметрический, фотометрический |
Аммиак | фотометрический |
Гидроцианид | |
Водород фтористый | |
Масло минеральное | |
Серная кислота | |
Сероводород | |
Формальдегид | |
Хром (VI) | |
Металлы: алюминий, железо, магний, марганец, медь, свинец, хром, цинк | атомно-эмиссионная спектрометрия |
Бенз/a/пирен | жидкостная хроматография |
Кальций | атомно-эмиссионная спектрометрия |
Пыль | гравиметрический |
3.6.2 Экологический контроль воздействия на водный бассейн
При производственном экологическом контроле обеспечивается анализ состава исходной природной воды, воды принимающих водных объектов, сточных вод (до и после очистки). Кроме того, учитывая специфику металлургического производства, ПЭК включает контроль качества воды внутризаводских объектов. Требования к качеству воды внутризаводских объектов контроля, объемам выполнения анализов определяются технологическими и рабочими инструкциями на процессы, паспортами и проектными данными на оборудование, установки и сооружения.
Исходными данными для организации ПЭК являются:
- сведения об инвентаризации источников сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду;
- сведения об организации водоснабжения на предприятии;
- сведения об объеме, составе сточных вод и источниках их формирования;
- характеристика очистных сооружений на предприятии;
- сведения о заключенных договорах водопользования и выданных решениях о предоставлении водного объекта в пользование;
- условия лицензии на право пользования недрами;
- нормативы допустимого сброса загрязняющих веществ и микроорганизмов в водный объект;
- нормативы допустимого воздействия (НДВ) сточных вод на водный объект, установленные при выдаче Решения о предоставлении водного объекта в пользование.
ПЭК в области охраны и использования водных объектов включает:
- мероприятия по учету забора (изъятия) водных ресурсов;
- контроль качества сточных и поверхностных вод;
- контроль за ведением технологических процессов очистки сточных вод и обезвреживанием твердых отходов очистных сооружений промышленных стоков;
- контроль качества сточных вод, отводимых от подразделений в промливневую и хозяйственно-бытовую канализацию;
- контроль состояния поверхностных и подземных вод в местах хранения отходов и др.
3.6.3 Экологический контроль воздействия на недра, почву (при накоплении, размещении отходов)
Исходными данными для организации ПЭК являются:
- сведения об инвентаризации собственных объектов размещения отходов производства и потребления;
- нормативы образования отходов и лимиты на их размещение;
- лицензия на осуществление деятельности по сбору, транспортированию, обработке, утилизации, обезвреживанию, размещению отходов I - IV классов опасности;
- сведения о местах (площадках) накопления отходов;
- сведения о технических характеристиках специализированного оборудования (установок) по обработке, утилизации, обезвреживанию отходов производства и потребления;
- характеристики объектов размещения отходов.
ПЭК в области обращения с отходами производства и потребления включает в себя:
- контроль соблюдения Порядка обращения с отходами на предприятии;
- проверку соблюдения требований при обращении с отходами;
- проверку за действиями персонала при обращении с отходами;
- мониторинг состояния окружающей среды в местах размещения отходов;
- контроль состояния окружающей среды в местах хранения (накопления) отходов.
В целях обеспечения непрерывного повышения результативности экологической деятельности на предприятиях, реализующие виды деятельности, отнесенные к областям применения настоящего справочника НДТ, ведется системная работа в области управления воздействием на окружающую среду.
Предприятия внедрили и постоянно совершенствуют систему экологического менеджмента (СЭМ). Со времени публикации первых международных стандартов (1996 - 1998 гг.); именно в черной металлургии были получены первые сертификаты соответствия СЭМ требованиям международного стандарта ISO 14001.
В настоящее время действуют стандарты ISO 14001:2015 Environmental management systems - Requirements with guidance for use [7] и ГОСТ Р ИСО 14001-2016 [8], и системы экологического менеджмента компаний сертифицированы в соответствии с новыми требованиями.
СЭМ представляет собой часть системы менеджмента организации, используемую для управления экологическими аспектами, выполнения принятых обязательств и учитывающая риски и возможности [8]. СЭМ включает в себя организационную структуру, деятельность по планированию, распределение ответственности, практики, процедуры, процессы и ресурсы. Современные системы менеджмента разработаны с учетом оценки рисков и возможностей: первоочередное внимание уделяется экологическим аспектам, вызывающим наиболее значимое негативное воздействие на ОС, обусловливающим репутационные риски и проблемы взаимодействия с природоохранными органами и населением и, напротив, открывающим дополнительные возможности для развития бизнеса [7].
Концепция риск-ориентированного подхода рассматривается как ключевая в менеджменте. Риск-ориентированное мышление подразумевалось и в предыдущих версиях стандартов, предписывавших требования к системам менеджмента качества и экологического менеджмента. Выполнение предупреждающих действий, направленных на исключение потенциальных несоответствий, анализ любых несоответствий, которые возникают, и принятие мер по предотвращению их повторения, следование принципу предотвращения загрязнения ОС и негативного воздействия есть не что иное, как проявление риск-ориентированного подхода в менеджменте.
Чтобы соответствовать требованиям новых стандартов, предприятия планируют и внедряют действия, связанные с рисками и возможностями. Направление усилий на риски и возможности создает основу для повышения результативности системы экологического менеджмента, достижения высокой экологической эффективности и предотвращение неблагоприятных последствий.
В соответствии с терминологией ISO 31000:2018 Risk management - Principles and guidelines (ГОСТ Р ИСО 31000-2019) [12], [13], риск - это влияние неопределенности (в том числе на достижение поставленных целей), и практически любая неопределенность может иметь положительные или отрицательные последствия. Положительное отклонение, вытекающее из риска, может создать возможность, но не все положительные отклонения приводят к возможностям. Риски и возможности необходимо учитывать при планировании внедрения системы экологического менеджмента, что соответствует лучшей практике, распространенной с начала XXI века в России и за рубежом (см. рисунок 3.7) [9].
развития системы экологического менеджмента
Для идентификации риска рассматриваются события, которые могут произойти (уровень неопределенности характеризуется вероятностью возникновения) из-за наличия источников риска, а также предугадать его возможные последствия. Эти последствия в свою очередь повлияют на достижение целей и решение задач, которые поставлены в организации.
Возможности могут возникнуть в ситуации, благоприятной для достижения намеченного результата, например, как совокупность обстоятельств, позволяющих предприятию, внедряющему решения, отнесенные к категории наилучших доступных технологий. Для компаний, соответствующих требованиям НДТ, получившим комплексные экологические разрешения, открываются новые возможности и преимущества, установленные в п. 5 ст. 16.3 Федерального закона от 10.01.2002 г. N 7-ФЗ "Об охране окружающей среды" [14]. В этом пункте указано: "В целях стимулирования юридических лиц и индивидуальных предпринимателей, осуществляющих хозяйственную и (или) иную деятельность, к проведению мероприятий по снижению негативного воздействия на окружающую среду и внедрению наилучших доступных технологий при исчислении платы за негативное воздействие на окружающую среду к ставкам такой платы применяются следующие коэффициенты: коэффициент 0 - за объем или массу выбросов загрязняющих веществ, сбросов загрязняющих веществ в пределах технологических нормативов после внедрения наилучших доступных технологий на объекте, оказывающем негативное воздействие на окружающую среду".
Несмотря на то, что особенностью стандарта ISO 14001:2015 является риск-ориентированный подход, экологический аспект остается ключевым понятием СЭМ, позволяющим соотнести деятельность организации и ее взаимодействие с окружающей средой. Экологический аспект рассматривается как элемент деятельности организации, ее продукции или услуг, который может взаимодействовать с ОС. Использование этого понятия существенно облегчает применение подходов предотвращения загрязнения, так как позволяет идентифицировать и обеспечить контроль экологических аспектов и тем самым минимизацию негативного воздействия при условии соблюдения производственных требований. Соотношение "экологические аспекты" и "воздействие на окружающую среду" можно рассматривать как соотношение "причины и условия" и "следствие". В контексте НДТ это означает, что контроль причин и условий воздействия - экологических аспектов - позволяет решать задачи предотвращения и (или) сокращения негативного воздействия организации на окружающую среду, т.е. обеспечивать ее защиту.
Для предприятий, использующих процессы, перечисленные в разделе "Область применения" настоящего справочника НДТ, приоритетные экологические аспекты определены в результате анализа оценки степени воздействия на окружающую среду по направлениям воздействия:
- воздушный бассейн;
- водные объекты;
- почва и недра.
При этом учитываются не только производственные процессы, но и стадии жизненного цикла продукции, (услуг) хранение и транспортирование, переработка после утраты годности продукции, а также проводится анализ использования ресурсов (газа, электрической энергии) в технологических процессах.
При определении значительности воздействия на окружающую среду рассматриваются три основных состояния:
1. Нормальный режим работы:
- состояние производственного оборудования/установок, очистных сооружений\установок соответствует технологической документации (паспортным характеристикам);
- технологический процесс ведется в соответствии с требованиями технологической документации.
2. Отклонение от нормального режима:
- физический износ оборудования/инструмента, дефекты и неисправность, нарушающие его работоспособность;
- нарушение правил технической эксплуатации;
- пуски и остановы оборудования;
- неэффективная работа очистных сооружений/установок;
- неисправность контрольно-измерительных приборов;
- неисправность защитных устройств;
- работа технологического оборудования, оснащенного пылегазоочистной установкой (ПГОУ) без ее использования;
- несоблюдение требований технологической документации;
- неисправность запорной арматуры, приводящая к утечкам воды, масла и др.;
- россыпь химических материалов и отходов;
- несанкционированное размещение отходов;
- превышение нормативов образования отходов и лимитов на их размещение.
3. Аварийное состояние:
- разрушение сооружения/технических устройств, приводящее к несанкционированному и залповому выбросу/сбросу, образованию отходов;
- технологическая авария с выделением токсичных газов;
- пожары, взрывы;
- аварии на системах жизнеобеспечения;
- аварии в результате неправильного хранения и переработки опасных веществ.
В открытых нефинансовых отчетах компаний, предприятия которых реализуют виды деятельности, отнесенные к областям применения настоящего справочника НДТ, отмечено, что приоритетное внимание уделяется улучшению показателей экологической результативности производственных процессов и учету экологических требований в инвестиционной политике при реконструкции и развитии производства.
Последовательное улучшение и предотвращение загрязнения являются ключевыми принципами СЭМ. Предотвращение загрязнения предполагает использование процессов, практических методов, подходов, материалов, продукции или энергии для того, чтобы избежать, уменьшить или контролировать (отдельно или в сочетании) образование, выброс или сброс любого типа загрязняющих веществ или отходов, чтобы уменьшить отрицательное воздействие на окружающую среду. Предотвращение загрязнения может включать уменьшение или устранение источника, изменение процесса, продукции или услуги, эффективное использование ресурсов, замену материалов и энергии, повторное использование, восстановление, вторичную переработку, утилизацию и очистку [8]. Таким образом, принцип предотвращения загрязнения полностью соответствует содержанию термина "наилучшие доступные технологии".
Последовательное улучшение (которое часто называют постоянным, хотя точный смысл термина 'continual' - "последовательное", см. рисунок 3.8) - периодический процесс совершенствования системы экологического менеджмента с целью улучшения общей экологической результативности, согласующийся с экологической политикой организации [7]. Более детальное разъяснение этого принципа приведено в "Схеме экоменеджмента и аудита" (The Eco-Management and Audit Scheme (EMAS III) [15]): "Процесс улучшения, год за годом, измеримых результатов системы экологического менеджмента, связанных с управлением организацией ее значимыми экологическими аспектами, основанный на ее экологической политике, целях и задачах, причем улучшение результатов необязательно должно происходить во всех сферах деятельности одновременно".
Процесс последовательного улучшения реализуется путем постановки экологических целей и задач, выделения ресурсов и распределения ответственности для их достижения и выполнения (разработки и реализации программ экологического менеджмента). При этом с точки зрения наилучших доступных технологий экологические задачи (детализированные требования к результативности) должны ставиться с учетом технологических показателей НДТ. Тем самым принцип последовательного улучшения приобретает конкретность, получает численные ориентиры, что соответствует современным взглядам на требования к системам экологического менеджмента [7].
В связи с тем, что для постановки и проверки выполнения задач СЭМ необходимо обеспечить систему оценки (в том числе и по результатам измерений) показателей результативности, разработка программ экологического менеджмента предполагает и совершенствование практики производственного экологического мониторинга и контроля, включая выбор, обоснование и организацию измерений ключевых параметров [16]. Это тем более важно, что в соответствии с п. 9 ст. 67 Федерального закона от 10.01.2002 г. N 7-ФЗ "Об охране окружающей среды" [14] предприятия I категории должны будут передавать результаты измерения и учета показателей выбросов загрязняющих веществ и (или) сбросов загрязняющих веществ в государственный реестр объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.
В общем случае в состав СЭМ входят следующие взаимосвязанные элементы:
- экологическая политика;
- планирование (цели, задачи, мероприятия), программа СЭМ;
- внедрение и функционирование, управление операциями;
- взаимодействие и обмен информацией;
- мотивация персонала;
- подготовка и обучение персонала;
- внутренний аудит СЭМ;
- анализ и оценка СЭМ руководством организации.
В отличие от прошлых версий стандартов, устанавливающих требования к СЭМ, в документах 2015 - 2016 гг. [10], [11] более пристальное внимание уделено таким понятиям, как демонстрация лидерства на всех уровнях, учет контекста (среды) организации и ожиданий заинтересованных сторон, а также, как уже отмечено, учет рисков и возможностей.
В порядке учета контекста (среды) организации необходимо определить внешние и внутренние факторы, относящиеся к намерениям организации и влияющие на ее способность достигать намеченных результатов. Такие факторы должны включать в себя особенности экологических условий, воздействия организации на окружающую среду, а также сложившееся в обществе восприятие вида деятельности или отрасли. Отнесение предприятий, производящих продукцию дальнейшего передела черных металлов, к объектам I категории не может не проявиться в формировании новых ожиданий заинтересованных сторон, в том числе предполагающих, что компании возьмут на себя новые обязательства. При этом инструменты СЭМ могут быть использованы для идентификации заинтересованных сторон, их потребностей и ожиданий, а также для обеспечения доступа к информации о соблюдении требований наилучших доступных технологий.
Отметим, что Трубная металлургическая компания заявила о том, что реализованные проекты, направленные на масштабную реконструкцию и модернизацию производства, позволили создать необходимые условия для перехода к нормированию по принципам наилучших доступных технологий. Компания публично заявляет: "Наш приоритет - переход на наилучшие доступные технологии" [18]. Близкие по сути заявления и практические примеры можно найти и на официальном сайте группы НЛМК: "По удельной нагрузке на атмосферу предприятия группы НЛМК вплотную приблизились к уровню наилучших доступных технологий, сбросы в водные объекты были сокращены более чем в 54 раза, а на большей части производства прекращены полностью" [19].
Другие компании пишут о внедрении современных, инновационных решений и перечисляют критерии, близкие к тем, что установлены для наилучших доступных технологий [14]. Соблюдение принципов предотвращения негативного воздействия и последовательного улучшения прослеживается в материалах открытой отчетности всех компаний, реализующих виды деятельности, отнесенные к областям применения настоящего справочника НДТ.
Действенность систем экологического менеджмента обеспечивается путем разработки, внедрения и соблюдения основных процедур, необходимых для управления экологическими аспектами. Процедуры определяют последовательность операций и важные факторы этапов различных видов деятельности. В процедуры могут быть включены рабочие критерии нормального выполнения этапа, действия в случае отклонения от нормы или критерии выбора последующих этапов.
Процедуры позволяют обеспечить:
- взаимодействие подразделений для решения задач, вовлекающих более одного подразделения;
- функционирование сложных организационных структур (например, матричных);
- точное выполнение всех этапов важных видов деятельности;
- надежный механизм изменения действий (в частности, последовательного улучшения);
- накопление опыта и передачу его от специалистов новым работникам.
В связи с тем, что значительное негативное воздействие на окружающую среду нередко оказывается в результате возникновения нештатных ситуаций, СЭМ включает требование обеспечения подготовленности к таким ситуациям и разработки ответных действий. Предприятие должно установить, внедрить и поддерживать процедуру(ы), необходимую(ые) для выявления потенциально возможных аварий и нештатных ситуаций, которые могут оказывать воздействие на ОС, и для определения того, как организация будет на них реагировать. Предприятие должно также реагировать на возникающие нештатные ситуации и аварии и предотвращать или смягчать связанные с ними негативные воздействия на окружающую среду. Работоспособность таких процедур целесообразно периодически проверять на практике.
Несмотря на повсеместное распространение систем экологического менеджмента в контексте наилучших доступных технологий речь не идет о сертификации этих систем; выбор должен оставаться за руководством компаний. Аналогичная позиция представлена в справочниках Европейского союза по наилучшим доступным технологиям Reference Document on Best Available Techniques in the Ferrous Metals Processing Industry (2001, [20]) и Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Iron and Steel Production (2013 [21]). В этих документах сказано, что наилучшей доступной технологией следует считать разработку СЭМ и следование ее принципам. Практический опыт отечественных предприятий свидетельствует о том, что основные преимущества состоят в использовании ключевых методов СЭМ, в том числе таких, как:
- идентификация экологических аспектов производства (и выделение из их числа приоритетных аспектов);
- укрепление системы производственного экологического мониторинга и контроля;
- разработка и выполнение программ экологического менеджмента и тем самым достижение последовательного улучшения результативности там, где это практически возможно;
- разработка и внедрение процедур, необходимых для обеспечения соответствия организации требованиям нормативов, установленных на основе технологических показателей.
Затраты на внедрение СЭМ зависят от многих факторов, в том числе от наличия работоспособной системы менеджмента качества, от уровня подготовки персонала, от размера предприятия (количества сотрудников), от решения руководства о привлечении консультационных компаний или о внедрении системы экологического менеджмента собственными силами. По некоторым оценкам, для крупных организаций затраты на полномасштабное внедрение СЭМ могут достигать 2 - 4 млн руб. (не включая трудозатраты персонала).
При этом следует подчеркнуть, что разработка и применение основных методов СЭМ, как правило, не требуют привлечения сторонних консультантов, но позволяют получить многие преимущества в сфере управления приоритетными экологическими аспектами. В настоящее время руководители компаний фокусируют внимание на разработке методов оценки рисков, которые могли бы отражать особенности технологических процессов, и на уточнении описаний контекста (среды) организаций. Представляется, что учет требований наилучших доступных технологий должен найти отражение и в методах оценки рисков и выявления возможностей, и в определении особенностей контекста компаний, реализующих виды деятельности, отнесенные к областям применения настоящего справочника НДТ.
Наиболее значимая составляющая экономической эффективности природоохранной деятельности, усиливающая внедрение СЭМ, связана с применением принципа предотвращения загрязнения. Процессный подход и методы предотвращения загрязнения направлены на устранение причин вредного воздействия путем:
- изменения подходов управления и организации производства;
- вторичного и многократного использования и/или переработки материалов;
- организации водооборотных циклов;
- изменения технического оформления производственных процессов;
- изменения технологии (переход на технологию, соответствующую НДТ, более экологически безопасную и ресурсоэффективную).
Методы предотвращения загрязнения зачастую оказываются весьма результативными и экономически эффективными. Это относится и к методам, связанным с изменением технологических решений (требующим значительных затрат), но в первую очередь к организационным подходам, связанным с контролем процесса производства, вторичным использованием или переработкой материалов, логистикой производства и т.п.
Именно эти методы становятся основным инструментом СЭМ по снижению воздействия на окружающую среду. Подходы предотвращения загрязнения могут использоваться совместно и одновременно с методами "на конце трубы", дополняя друг друга, для обеспечения максимальной экономической эффективности и экологической результативности. Более того, СЭМ играет роль той структуры, в которой поиск и применение подходов предотвращения загрязнения принимает регулярный и систематический характер, а организационные и управленческие решения реализуются наиболее успешно.
В настоящее время одним из приоритетов развития экономики РФ является повышение энергоэффективности и энергосбережение. В стратегии развития России в период до 2030 года заявлен курс на повышение энергоэффективности на 30% от уровня 2019 года. И это направление затрагивает не только производителей энергоресурсов, но и потребителей, прежде всего промышленные предприятия. В Российской Федерации разрабатываются и реализуются соответствующие программы [22], принимаются законодательные и нормативные правовые акты [17], [23], публикуются доклады о состоянии энергосбережения и повышении энергоэффективности [24], [25], [26].
Известно, что предприятия дальнейшего передела черных металлов, как и все металлургические предприятия, характеризуются высокой энергоемкостью производства. На сегодняшний день доля энергоресурсов в себестоимости их продукции составляет до 40%. В связи с этим сокращение потребления энергоресурсов - одна из важнейших задач для достижения повышения конкурентоспособности продукции предприятия, снижения ее себестоимости и сокращения негативного воздействия на окружающую среду.
Значительный потенциал энергосбережения на металлургических предприятиях заключается в снижении потерь, которые вызваны эксплуатацией основного оборудования, за счет замены устаревшего оборудования на более энергоэкономичное, а также внедрения энергосберегающих технологий.
Следуя Стратегии развития черной металлургии России на 2014 - 2020 гг. и на перспективу до 2030 г. (утверждена приказом Министерства промышленности и торговли РФ от 5 мая 2014 г. N 839 [27]), все металлургические предприятия вели последовательную работу по повышению энергоэффективности и сокращению негативного воздействия на окружающую среду. При этом снижение показателей энергоемкости достигалось на основе разработки и реализации инновационных технологий и мероприятий, в том числе передовых энерго- и ресурсосберегающих технологий, а главное - в результате модернизации мощностей по производству стальных труб на большинстве предприятий отрасли. В настоящее время практически полностью ликвидированы устаревшие энергозатратные, неэкологичные технологии поштучной горячей прокатки труб [24].
В соответствии с Государственным докладом за 2017 г. удельный показатель энергопотребления при производстве проката готовых черных металлов составил 94 кг у.т./тонну [24].
В Государственных докладах за 2018 г. и 2019 г. удельные расходы топливно-энергетических ресурсов не приводятся, уровни потребления указаны в валовых значениях для обрабатывающей промышленности в целом [25, 26]. Согласно данным, представленным в государственном докладе за 2018 г., в обрабатывающей и добывающей промышленности потребление топливно-энергетических ресурсов увеличилось на 11,9 млн т.у.т (на 28,7%) за период 2015 - 2018 гг. Существенная доля тепловой энергии на предприятиях обрабатывающей промышленности используется не в технологических процессах, а на отопление и вентиляцию промышленных зданий. Эта часть потребления энергии чувствительна к климату. В теплом 2017 г. сравнительно мягкая зима замедляла рост потребления топливно-энергетических ресурсов, а в холодных 2016 г. и 2018 г., напротив, способствовала его росту. Также способствовало росту энергопотребления увеличение объемов производства продукции предприятиями отрасли. В 2016 г. негативный вклад внес технологический фактор, однако это было в какой-то мере компенсировано структурным сдвигом в сторону выпуска менее энергоемкой продукции. В 2017 - 2018 гг. наблюдалось снижение удельных расходов энергии на производство продукции и увеличение загрузки производственных мощностей, что сдерживало рост энергоемкости сектора.
Согласно данным Государственного доклада, в 2019 году потребление топливно-энергетических ресурсов по сектору "Обрабатывающая промышленность" снизилось более чем на 5 млн т.у.т. [26]. В первую очередь данный результат был обеспечен за счет структурного и технологического факторов. В 2019 г. снижение потребления топливно-энергетических ресурсов за счет технологического фактора составило более 6,6 млн т.у.т. Фактор экономической активности значительно сдержал совокупное снижение энергоемкости по сектору, однако рост потребления топливно-энергетических ресурсов за счет данного фактора был наименьшим за последние 3 года.
В 2019 году энергоемкие производства (клинкер, прокат черных металлов, сталь) росли медленнее, чем производства с высокой степенью переработки и низкой энергоемкостью (машины, оборудование, компьютеры). Повышение загрузки производственных мощностей привело к снижению условно-постоянного расхода энергетических ресурсов на единицу продукции. Этот фактор способствовал замедлению роста потребления энергоресурсов в 2017 - 2018 гг.
В разделах 2 и 3 настоящего справочника вопросам рационального использования энергии уделено весьма значительное внимание: описаны технологические процессы и приведены характерные значения уровней потребления топлива, пара и электроэнергии. Обеспечение высокой энергоэффективности производства является одним из критериев отнесения технологических, технических и управленческих решений к НДТ [28].
В ИТС 48-2017 "Повышение энергетической эффективности при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности" [29], как и в справочном документе Европейского союза (Reference Document on Best Available Techniques for Energy Efficiency, 2009 [30]), подходы к внедрению систем энергетического менеджмента (СЭнМ) рассмотрены достаточно подробно. Более того, в 2011 - 2015 гг. опубликован ряд стандартов, предписывающих требования к разработке СЭнМ [31 - 36].
Кроме того, системы энергетического менеджмента (их инструменты) отнесены к наилучшим доступным технологиям в справочнике Европейского союза по наилучшим доступным технологиям Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Iron and Steel Production (для производства чугуна и стали) [21]. В этом документе сказано, что наилучшей доступной технологией следует считать разработку СЭнМ и следование ее принципам. В вышедшем в 2001 г. справочнике Reference Document on Best Available Techniques in the Ferrous Metals Processing Industry (для производства изделий дальнейшего передела черных металлов) [20] вопросам повышения энергетической эффективности производства уделено значительное внимание, однако системы как таковые не упоминаются, так как в то время международные стандарты еще не были подготовлены.
При решении задачи повышения энергоэффективности важен комплексный системный подход, и прежде всего в области принятия управленческих решений. Таким эффективным инструментом является Система энергетического менеджмента (СЭнМ), система управления энергоресурсами.
Энергетический менеджмент - это инструмент управления предприятием, который обеспечивает постоянное знание распределения уровня потребления энергоресурсов на предприятии, оптимальное использование энергоресурсов как для производства, так и для потребностей отопления и иных непроизводственных нужд.
Стандарт ISO 50001 разработан, чтобы установить для организаций общепризнанную схему интеграции энергосбережения в их практику управления. Т.е. внедрение СЭнМ - не только техническая, но и управленческая задача. Руководители британских компаний, производящих продукцию дальнейшего передела черных металлов [37], полагают, что внедрение СЭнМ играет важную роль в контексте:
- снижения производственных затрат (100% респондентов);
- повышения энергоэффективности (85% респондентов);
- удовлетворения ожиданий потребителей (85% респондентов);
- имиджа бренда (62% респондентов);
- корпоративной социальной ответственности (50% респондентов);
- обеспечения энергобезопасности (38% респондентов);
- устойчивости компании (28% респондентов);
- надежного водообеспечения компании (25% респондентов).
Для российских металлургических предприятий, в том числе занимающихся производством изделий дальнейшего передела черных металлов, факторы повышения энергоэффективности, снижение затрат и выполнение требований стратегических документов в области энергосбережения относятся к приоритетной мотивации внедрения системы энергетического менеджмента. Решение о внедрении системы энергетического менеджмента принимается на основании анализа текущей ситуации и определения приоритетных (реалистичных, позволяющих добиться значимого эффекта) направлений повышения эффективности использования энергоресурсов.
Информацию о внедрении систем энергетического менеджмента, о подготовке кадров в этой области и об активном использовании различных инструментов повышения энергоэффективности производства можно найти в открытой нефинансовой отчетности российских компаний, предприятия которых реализуют виды деятельности, соответствующие области применения ИТС 27. Крупнейшие отечественные металлургические холдинги, такие как ММК, НЛМК, ЕВРАЗ, ТМК, УГМК, первыми применили практики СЭнМ и требования стандарта 50001.
Внедрение Системы энергетического менеджмента помогает предприятиям:
- снизить энергоемкость;
- повысить энергетическую результативность;
- сократить потребление энергоресурсов;
- улучшить финансовые показатели;
- обеспечить соответствие требованиям закона N 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности";
- улучшить конкурентоспособность;
- снизить негативное воздействие на окружающую среду.
Внедрение системы энергоменеджмента позволяет без значительных инвестиций в течение 1 - 2 лет снизить энергопотребление в среднем на 3 - 5%. Международный стандарт ISO 50001:2018 содержит развернутые инструкции, понятные определения, требования к построению СЭнМ, методические указания и регламенты. Стандарт адаптирован к единой базовой структуре стандартов современной системы менеджмента (High Level Structure - HLS), которая обеспечивает высокую степень совместимости с другими стандартами системы менеджмента ISO.
Система энергетического менеджмента представляет собой совокупность взаимосвязанных или взаимодействующих элементов, используемую для установления энергетической политики и энергетических целей, а также процессов и процедур для достижения этих целей [36].
В стандарте ISO 50001 используются следующие базовые принципы:
- ориентация на потребителя (внутреннего);
- лидерство руководителя;
- вовлечение персонала;
- процессный подход;
- системный подход к менеджменту;
- непрерывное улучшение;
- принятие решений, основанных на фактах;
- взаимовыгодные отношения с поставщиками.
Особенность новых стандартов ISO 50001:2018 состоит в том, что в число обязательных процедур включено выполнение принятых организацией обязательств, отраженных в политике, а также управление рисками и учет возможностей. Деятельность по управлению рисками является частью процессного подхода и предполагает интегральное рассмотрение рисков.
В контексте СЭнМ следует рассматривать, прежде всего, риски, обусловленные несоблюдением требований к обеспечению эффективности использования энергоресурсов, устанавливаемых на государственном уровне.
Система энергетического менеджмента включает в себя:
- создание системы мониторинга энергопотребления;
- проведение анализа существующих показателей, результат которого используется как основа для разработки новых бюджетов;
- разработку энергетической политики предприятия и энергетического бюджета;
- планирование и внедрение энергосберегающих мероприятий, энергоэффективных технологий, малоотходного (безотходного) производства, а также проведение контроля за их использованием;
- разработку и использование эффективных систем, контролирующих объемы энергопотребления;
- организацию системы интегрированного экономического и энергетического менеджмента;
- создание системы, которая будет стимулировать работников эффективно использовать ресурсы и снижать энергозатраты.
СЭнМ основывается на системе постоянного улучшения "Планируй - Делай - Проверяй - Действуй" (PDCA) и внедряет энергетический менеджмент в существующие организационные практики, как показано на рисунке 3.9.
ИС МЕГАНОРМ: примечание. В официальном тексте документа, видимо, допущена опечатка: стандарт имеет номер ГОСТ Р ИСО 50001-2023, а не ГОСТ Р ИСО 50001-2018. |
В контексте энергетического менеджмента подход PDCA можно охарактеризовать следующим.
Планируй: понять среду организации, создать энергетическую политику и группу энергетического менеджмента, рассмотреть действия в отношении рисков и возможностей, проводить энергетический анализ, определить значительное использование энергии (ЗИЭ) и разработать показатели энергетической результативности (ПЭР), базовый энергетический уровень (уровни), цели и энергетические задачи, а также планы мероприятий, необходимые для достижения результатов, которые улучшат энергетическую результативность в соответствии с энергетической политикой организации.
Делай: внедрить планы мероприятий, методы управления операциями и техническим обслуживанием и обменом информацией, обеспечить компетентность и учитывать энергетическую результативность в проектировании и закупках.
Проверяй: осуществлять мониторинг, измерение, анализ, оценку, аудит и анализ со стороны руководства в отношении энергетической результативности и СЭнМ.
Действуй: предпринимать действия в отношении несоответствий и постоянно улучшать энергетическую результативность и СЭнМ.
В состав СЭнМ входят, в той мере, в какой это применимо в конкретных условиях, следующие элементы:
- обязательства и ответственность высшего руководства;
- разработка и принятие энергетической политики (политики в области энергоэффективности);
- организация учета и мониторинга, энергетические аудиты, определение базовой линии энергопотребления, использование методов визуализации и построение моделей; бенчмаркинг;
- планирование, в том числе выбор значимых энергопотребителей и энергетический анализ; установление целей и задач, показателей энергетической результативности (например, показатели удельного потребления энергоресурсов на единицу выпускаемой продукции, площади помещения, количества сотрудников и т.д.); определение возможностей для улучшений и формирование плана энергосберегающих мероприятий (программы энергосбережения) с оценкой их ожидаемой экономической эффективности по одному или нескольким параметрам (простой или дисконтированный срок окупаемости, чистый дисконтированный доход, индекс рентабельности и т.д.);
- операционный контроль, критические операционные параметры и технические проверки;
- проектирование;
- закупки;
- внедрение энергосберегающих мероприятий с дальнейшим мониторингом последовательного повышения энергоэффективности, соблюдения требований процедур и пр., включая определение полученного энергосберегающего эффекта в сопоставимых условиях;
- проверки результативности, в том числе внутренние аудиты, оценка со стороны руководства, подготовка периодической декларации об энергоэффективности;
- обеспечение вовлеченности персонала, в том числе информирование, обучение и повышение квалификации, создание системы рационализаторских предложений, создание системы мотивации;
- разработка и соблюдение процедур, в том числе создание организационной структуры, документирование и ведение записей;
- ежегодный анализ СЭнМ со стороны высшего руководства, проводящийся по итогам внутреннего аудита.
Важным элементом действующей СЭнМ является планирование работ по экономии энергоресурсов, которое предусматривает проведение комплекса организационно-технических мероприятий. Применительно к предприятиям, производящим изделия дальнейшего передела черных металлов можно отметить следующие основные направления экономии энергоресурсов:
- замена устаревшего оборудования и модернизация действующего;
- совершенствование технологических процессов, внедрение энергосберегающей техники и технологии;
- оптимизация режимов работы энергетического оборудования и сооружений;
- автоматизация управления энергетическим оборудованием, в том числе оснащение печного оборудования системами автоматики горения;
- снижение потерь энергоресурсов в сетях и преобразующих установках, в том числе улучшение тепловой изоляции оборудования и трубопроводов,
- сокращение потерь энергоносителей (сжатого воздуха, воды, кислорода и т.д.);
- использование вторичных энергетических ресурсов, в том числе оснащение оборудования утилизаторами тепла;
- совершенствование схем и систем электроснабжения и теплоснабжения, в том числе применение экономичных видов освещения (люминесцентных, натриевых, ртутных, светодиодных ламп и др.), полупроводниковых преобразователей, приведение мощности приводов в соответствие с потребляемой мощностью;
- применение замкнутых систем водоохлаждения оборудования и агрегатов;
- совершенствование организации систем учета и нормирования расхода энергоресурсов;
- совершенствование организации производства;
- сокращение потерь от брака основной продукции;
- снижение материалоемкости продукции;
- снижение себестоимости продукции;
- применение новых видов материалов с низким расходом энергоресурсов;
- применение современных видов уплотнительных материалов (терморасширенный графит и др.);
- применение аттестованных методик выполнения измерений при учете энергоресурсов;
- обучение и инструктирование персонала по вопросам энергосбережения, в том числе и при поступлении на работу.
Указанные направления учитываются структурными подразделениями предприятий при разработке Программ повышения энергоэффективности производства.
Совершенствование учета и нормирования топливно-энергетических ресурсов позволяет вскрывать резервы энергосбережения и таким образом снижать энергетическую составляющую в себестоимости продукции. Однако, следует отметить, что нормирование расхода энергоресурсов должно быть направлено не только на энергосбережение, но и на совершенствование технологических процессов, повышение производительности труда и оборудования в тесной взаимосвязи с технологическим нормированием.
Для оценки энергорезультативности энергетической базовой линией для металлургических предприятий являются установленные нормы удельного расхода и плановое потребление энергоресурсов. Как правило, на предприятии черной металлургии нормируется потребление следующих видов энергоресурсов:
- электроэнергия;
- топливо (природный газ, мазут);
- тепловая энергия (пар, горячая вода);
- вода (питьевая, техническая, оборотная, теплоноситель для паровых и водогрейных котлов);
- сжатый воздух;
- кислород;
- аргон;
- азот.
При определении норм учитывают релевантные переменные факторы (объем производства, температура окружающей среды и т.д.) и постоянные факторы (сортамент продукции и др.), которые существенно влияют на типы энергопотребления и расход энергоресурсов.
Важным компонентом СЭнМ является учет и контроль потребления энергоресурсов. Совершенствование систем учета является одним из направлений инвестирования. Так, например, на Северском трубном заводе установлен новый узел учета расхода природного газа. До 2014 года расходомерный комплекс природного газа состоял из сужающего устройства, которое было установлено непосредственно на трубопроводе и предназначено для местного сжатия струи; дифференциального манометра, предназначенного для измерения разности давлений среды до и после сужающего устройства; и соединительных импульсных линий, связывающих между собой сужающее устройство и дифманометр. В качестве сужающего устройства использовалась диафрагма. Узел был установлен на трубопроводе среднего давления (до 2,6 Атм). Суммарная погрешность узла учета составляла около 4%. В начале 2014 года по выполненному проекту на трубопроводе высокого давления (12 Атм) был установлен новый узел учета с применением турбинного счетчика. Скорость вращения измерительного турбинного колеса в таких счетчиках пропорциональна расходу газа. На новом узле установлен программируемый преобразователь, который дает возможность производить вычисления погрешности всего комплекса (суммарная погрешность узла учета укладывается в пределах 2%). Внедрение нового узла учета позволило сократить затраты на покупку природного газа на 1,2 млн рублей в месяц [38]. Для контроля потребления энергоресурсов на заводе применяется КТС "Энергия", которая представляет собой многофункциональную автоматизированную систему контроля потребления энергоресурсов подразделениями завода. Система осуществляет сбор и обработку информации со всех приборов учета (счетчиков) в реальном времени.
Нельзя не отметить, что современный тренд цифровизации промышленности активно реализуется на металлургических предприятиях и выражается в готовности разрабатывать и внедрять специальные программы для достижения поставленных целей и необходимых результатов, в том числе, по управлению энергопотреблением и по автоматизации энергоменеджмента в соответствии со стандартом ISO 50001. Экономический эффект при внедрении этих программ достигается за счет выявления и устранения неэффективных энергозатрат, причин отклонений и потерь энергоресурсов. Эти данные помогают обосновывать целесообразность инвестиций в повышение энергоэффективности и сокращать сроки внедрения энергосберегающих мероприятий.
В 2018 г. специалисты "Северстали" разработали приложение для умного энергоснабжения. Прототип распознает аномальные ситуации с помощью математических алгоритмов и инструментов машинного обучения и направляет уведомления ответственным пользователям. Это позволяет оперативно определять проблемы, своевременно выявлять отклонения от нормы потребления электроэнергии и сокращать затраты на ее приобретение. "Северсталь" оценивает варианты запуска полноценного проекта внедрения решения и планирует развивать аналитический мониторинг в сфере эффективного управления энергоресурсами.
"Металлоинвест" уделяет особое внимание программам по оптимизации использования всех видов энергоресурсов. В Компании разработана Информационно-аналитическая система управления энергоресурсами (ИАС УЭР), с помощью которой консолидируются показания более чем 2,5 тысячи приборов учета, измерителей, датчиков и анализаторов всех видов энергоресурсов. Информация обрабатывается каждый час и собирается примерно по 9 тысячам каналам передачи данных. Система позволяет онлайн отследить покупку, производство, передачу, распределение и потребление энергоресурсов как в целом по предприятию, так и в разрезе структурных подразделений. Такие технические решения позволяют улучшить систему планирования потребления энергоресурсов, выявить искажения и потери в энергооборудовании, принять оперативные решения, а также снизить общие затраты на энергоресурсы.
На предприятиях Металлоинвеста ИАС УЭР внедряется в несколько этапов. На первом этапе объединены все системы учета и запущен программный продукт, который обрабатывает все поступающие данные. На втором этапе предстоит заменить все индукционные счетчики на современные приборы учета, после чего перейти к стадии анализа и выявления возможностей для повышения энергоэффективности.
На Ижорском трубном заводе реализовано несколько проектов для повышения энергоэффективности предприятия. В частности, внедрена система автоматического регулирования распределения тепла в цехе по производству труб большого диаметра. Автоматизирован учет энергоресурсов: сбор данных со всех агрегатов и узлов об использовании природного газа, тепла, технической и питьевой воды ведется в автоматическом режиме.
Достижение высоких показателей не зависит от того, является ли система энергетического менеджмента сертифицированной на соответствие международному (ISO 50001:2018) или российскому (ГОСТ Р ИСО 50001-2012) стандарту.
Российское законодательство не требует обязательной сертификации систем энергетического менеджмента. Таким образом, решение о необходимости процедуры сертификации, хотя и дающей вполне определенную ценность независимой оценки внедренной системы и дополнительные инструменты ее совершенствования, остается за предприятием. Необходимо принимать во внимание, что любые методики и стандарты носят рамочный, рекомендательный характер, и чем для более широкого круга организаций они применимы, тем более общие принципы содержат. Внедрение в конкретной организации всегда требует учета ее специфики.
Как и любая другая система менеджмента (менеджмента качества, экологического менеджмента, менеджмента безопасности и охраны труда и др.), система энергетического менеджмента наиболее результативна в том случае, когда она органично встроена в общую систему менеджмента организации, а приоритет высокой энергетической эффективности присутствует в процессах принятия решений в компании. Предприятия черной металлургии идут по пути интеграции системы энергоменеджмента с другими действующими системами менеджмента. Так, например, в НЛМК внедрена и сертифицирована Система энергетического менеджмента, а с 2020 года действует Политика интегрированной системы менеджмента. В 2020 году на основных производственных площадках российской части Группы НЛМК успешно проведен ресертификационный аудит. Получен сертификат соответствия требованиям ISO 50001:2018 в рамках "зонтичной" системы сертификации российских предприятий Группы НЛМК. На Северском трубном заводе (ПАО ТМК) сертифицирована система энергоменеджмента, которая интегрирована с другими системами менеджмента, действующими на предприятии, отвечающими требованиям/рекомендациям национальных и международных стандартов и функционирующими в организации, как единое целое.
Ниже приведены некоторые примеры реализованных мероприятий на предприятиях, производящих изделия дальнейшего передела черных металлов, направленных на повышение энергоэффективности. Информация взята из официальных открытых источников (интернет-порталов предприятий).
Новолипецкий металлургический комбинат. Ключевыми элементами повышения энергоэффективности производства Группа НЛМК считает:
- оптимизацию схем энергообеспечения производства;
- увеличение доли самообеспеченности электрической и тепловой энергией;
- минимизацию потерь энергии, в том числе вторичных энергоресурсов;
- применение инновационных решений и проектов цифровизации в области повышения энергетической эффективности основного производства.
Реконструкция нагревательных печей на НЛМК. Нагревательная печь N 2 толкательного типа демонтирована, на ее месте возведена современная нагревательная печь с шагающими балками. Благодаря данному проекту обеспечен рост производительности стана 2000 на более чем 113 тысяч тонн в год, вдвое снижен удельный расхода топлива на нагрев слябов, снижен угар металла с 13,8 кг/т до 7,1 кг/т, сокращен расход электроэнергии, повышено качество нагрева металла, а также сокращена эмиссия парниковых газов в атмосферу на 70 тыс. т/год.
Модернизация системы освещения. В начале 2011 года Группа НЛМК начала масштабный проект по модернизации систем освещения на производственных площадках:
- 2011 г. - Новолипецкий металлургический комбинат, основная производственная площадка Группы;
- 2011 г. - Алтай-Кокс, производитель коксохимической продукции;
- 2013 г. - НЛМК-Урал, производитель сортового проката;
- 2014 г. - Стойленский ГОК, горнодобывающее предприятие;
- 2015 г. - ВИЗ-Сталь, производитель электротехнической стали.
Замена ламп накаливания на энергосберегающие для наружного и внутреннего освещения, установка фотореле и систем дистанционного управления освещением дали ощутимый эффект:
- 58% - снижение потребления электроэнергии на освещение на Новолипецком металлургическом комбинате;
- 12 МВт - экономия электроэнергии на Липецкой площадке, этот объем энергии эквивалентен потребности в электроэнергии городского микрорайона или поселка с 1 тыс. домохозяйств;
- > 260 млн рублей - годовая экономия от реализации проектов модернизации освещения на Новолипецком меткомбинате, Алтай-Коксе и НЛМК-Урал.
В 2016 - 2019 гг. НЛМК решил задачу по созданию современной высокоэффективной системы освещения с возможностью дистанционного управления. В рамках реализации был создан цифровой двойник помещения и разработан высотный светильник с боросиликатными линзами, которые не теряют светопропускающую способность и устойчивы к пыли и высоким температурам. В конструкции предусмотрены конвекционные ребра, эффективно охлаждающие светильник, а также специальные драйверы, позволяющие управлять световым потоком и токовой нагрузкой удаленно. Результаты реализации проекта:
- снижение энергопотребления на освещение на 65%;
- повышение уровня освещенности в 2,5 - 3 раза;
- экономия в стоимостном выражении - 5,2 млн руб;
- снижение травмоопасности [19].
Трубная металлургическая компания. Повышение энергоэффективности производства является одной из ключевых стратегических целей ТМК для решения задач рационального и экономного использования природных ресурсов и энергии, сокращения выбросов парниковых газов и повышения конкурентоспособности производимой продукции. В Компании реализуется Программа по повышению энергоэффективности и экономии топливно-энергетических ресурсов. Все предприятия ПАО "ТМК" сертифицированы на соответствие требованиям международного стандарта ISO 50001:2011 "Системы энергетического менеджмента". За счет мероприятий, направленных на снижение энергопотребления производственных предприятий и повышение энергоэффективности, реализованных в 2019 - 2020 годах, была достигнута экономия энергоресурсов в размере 488,1 млн рублей, что в натуральном выражении составило 38 455 т.у.т.
Затраты на проведение мероприятий в 2020 году составили 225,6 млн рублей. Основные мероприятия, реализованные на предприятиях ТМК в 2020 году:
На Волжском трубном заводе:
- продление бестокового интервала дуговой сталеплавильной печи (ДСП) в час контроля мощности рабочих суток;
- снижение общего времени нагрева и сушки сталь-ковшей за счет сокращения их количества;
- снижение расхода потребляемого сжатого воздуха в основных цехах завода на 3% за счет выполнения регулировки конденсатоотводчиков и дренажей, своевременного ремонта запорной арматуры и устранения свищей на трубопроводах;
- перевод обогрева производственных участков цеха ЭСПЦ на ГВС (горячее водоснабжение);
- снижение расхода кислорода в ЭСПЦ за счет работы на одном блоке разделения воздуха;
- изменение режима дозирования азота в бункере цеха ЭСПЦ.
На Таганрогском металлургическом заводе:
- модернизация систем освещения с заменой светильников, имеющих лампы ДРЛ, ДНаТ на светодиодные в цехах ЭСПЦ, трубопрокатном и трубосварочном цехах;
- изменение режимов работы печного трансформатора ДСП;
- экономия питьевой воды в объеме 200 тысяч куб. м. за счет использования технической воды на блоке очистки химических стоков и использование продувочных вод для приготовления обессоленной воды на водоподготовках ЭСПЦ.
На Северском трубном заводе:
- снижение стоимости электрической мощности АО "СТЗ" без изменения объема электропотребления за счет снижения электрической мощности ДСП в ЭСПЦ в часы пиковой нагрузки энергосистемы;
- рациональное использование работы СТК (статический тиристорный компенсатор), вывод из работы ФКУ-4 (фильтро-компенсирующее устройство) на ПС 220 кВ АО "СТЗ" в летний период;
- снижение закупочной цены природного газа для промплощадки АО "СТЗ" у газоснабжающей организации.
На ОМЗ:
- использование существующей модульной газовой котельной для нагрева технологической воды взамен электрических.
Системная работа в области повышения энергоэффективности производства обеспечивает позитивную динамику снижения потребления энергоресурсов. Ниже приведен объем энергопотребления ПАО "ТМК" и его дочерних предприятий Российского дивизиона в 2018 - 2020 годах [18].
Вид энергоресурса | Единица измерения | Объем потребления в натуральном выражении | ||
2018 | 2019 | 2020 | ||
Газ природный | тыс. куб. м. | 708 793 | 678 922 | 661 658 |
Электрическая энергия | тыс. кВт*ч | 3 148 077 | 3 073 858 | 2 899 829 |
Тепловая энергия | Гкал | 1 046 475 | 945 478 | 894 020 |
ОАО "Северсталь-метиз". Экономному энергопотреблению способствует внедрение энергосберегающих технологий. Так, в ОАО "Северсталь-метиз" замена более 6 тыс. светильников потолочного освещения цехов на светодиодные позволила снизить расходы электроэнергии на 75%. В целом для предприятия это означает сокращение энергопотребления более чем на 15 тыс. МВт-ч в год. Кроме того, светодиодные системы освещения позволили улучшить условия труда и снизить затраты на ремонты и утилизацию ртутьсодержащих ламп [39].
Инвестируя в энергосберегающие технологии, металлургические предприятия выводят из производственного процесса устаревшую, энергоемкую технику и оборудование и тем самым способствуют созданию энергоэффективного производства.
Процедура определения наилучших доступных технологий для области применения настоящего справочника НДТ организована в соответствии с Правилами определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям (утверждены постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. N 1458) [1]. Определение технологических процессов, оборудования, технических способов, методов в качестве НДТ проведено членами ТРГ 27 с учетом Методических рекомендаций по определению технологии в качестве наилучшей доступной технологии (утверждены приказом Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 23 августа 2019 г. N 3134) (далее - Методические рекомендации) [2]. Методические рекомендации были подготовлены в начале 2015 г., преимущественно на основе перевода на русский язык Reference Document on Economics and Cross-Media Effects, 2006 [3]. Однако этот документ многие эксперты считают неудачным, оторванным от реальности, и детальный учет экономических характеристик решений, которые могут быть отнесены к НДТ, трудно найти в действующих справочниках ЕС. Вариант, подготовленный в 2008 - 2009 гг. и использованный при разработке ГОСТ Р 54097-2010 [4], также трудно назвать совершенным, но порядок шагов (иногда называемых принципами), которому рекомендуется следовать при определении НДТ, заслуживает внимания. Этот порядок представлен на рисунке 4.1, который несколько отличается и от исходного варианта [3], и от перечня принципов выбора НДТ, приведенного ранее в ГОСТ Р 54097-2010.
технических и управленческих решений при отнесении
их к наилучшим доступным технологиям
Отметим, что технические рабочие группы, работающие в России и Европейском Союзе, прежде всего следуют логике левой ("зеленой", экологической) ветви процедуры идентификации НДТ, учитывая экономические сведения в тех случаях, когда существует возможность получения данных о монетизации вреда окружающей среде (и здоровью человека) и сопоставления затрат на внедрение тех или иных решений и получаемых выгод. В остальных случаях экономическая целесообразность подтверждается распространенностью решений в той или иной отрасли и достижением консенсуса при обсуждении проекта справочника НДТ в технической рабочей группе.
ИС МЕГАНОРМ: примечание. Здесь и далее в официальном тексте документа, видимо, допущена опечатка: стандарт имеет номер ГОСТ 33570-2015, а не ГОСТ Р 33570-2015. |
В связи с тем, что ни Методические рекомендации [2], ни ГОСТ Р 33570-2015 [5], принятый взамен ГОСТ Р 54097-2010, не отражают опыт, накопленный различными российскими техническими рабочими группами в 2015 - 2021 гг., не все позиции этих документов были приняты во внимание в одинаковой степени при определении НДТ. И, напротив, при идентификации НДТ были использованы подходы экспертной оценки, получившие распространение как в России, так и за рубежом. Именно экспертная оценка названа основным инструментом принятия решений, использованным при подготовке отраслевого справочника ЕС по НДТ для дальнейшего передела черных металлов (Reference Document on Best Available Techniques in the Ferrous Metals Processing Industry. December 2001 [6, С. 223].
Основные технологические процессы, технические решения и оборудование описаны в разделе 2 и Приложении Г. В разделе 3 приведены сведения о мерах, направленных на повышение ресурсоэффективности (прежде всего энергоэффективности) и снижение негативного воздействия на ОС, применяемых на предприятиях, реализующих виды деятельности, относящиеся к областям применения настоящего справочника НДТ. Следует отметить, что область применения настоящего справочника НДТ весьма широка, и при разработке справочника была проанализирована информация о разнообразных технологических процессах, реализованных на российских предприятиях; экологические аспекты многих процессов не описаны в каких-либо международных документах по наилучшим доступным технологиям.
Информация разделов 2 и 3 настоящего справочника НДТ положена в основу экспертного анализа при выборе наилучших доступных технологий. Кроме того, принята во внимание международная и отечественная практика отнесения систем экологического и энергетического менеджмента к НДТ для различных видов деятельности, в том числе получившая отражение в таких справочниках, как европейский отраслевой справочник по НДТ для дальнейшего передела черных металлов [6]), справочник по НДТ для производства чугуна и стали - Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Iron and Steel Production (2013 [7]), российский и европейский справочники по энергоэффективности - ИТС 48-2017 "Повышение энергетической эффективности при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности" [8] и Reference Document on Best Available Techniques for Energy Efficiency (2009, [9]).
В справочнике по НДТ для дальнейшего передела черных металлов, утвержденном в 2017 г., вопросам оптимизации использования энергии уделено весьма значительное внимание и отмечено, что движущей силой разработки многих решений, отнесенных к НДТ, стала необходимость повышения энергоэффективности производства. К НДТ были отнесены системы экологического и энергетического менеджмента, а снижение удельного энергопотребления включено в перечень приоритетных экологических аспектов.
Аналогичный подход применялся ранее для прошлого издания европейского справочника НДТ для производства чугуна и стали, утвержденного Европейской комиссией в 2001 г. В новом справочнике, утвержденном в 2013 г., системы энергетического менеджмента отнесены к НДТ для всех производств области распространения этого документа.
ИС МЕГАНОРМ: примечание. В официальном тексте документа, видимо, допущены опечатки: Федеральный закон N 219-ФЗ имеет дату 21.07.2014; имеется в виду п. 14 ст. 1 Федерального закона от 21.07.2014 N 219-ФЗ, а не п. 14 ст. 23.1. |
При определении технологических процессов, оборудования, технических способов, методов в качестве наилучшей доступной технологии члены ТРГ 27 учитывали требование выбора НДТ, наилучшим образом сочетающих критерии достижения целей охраны окружающей среды, изложенное в п. 14 ст. 23.1 Федерального закона от 21.0.2014 г. N 219-ФЗ "О внесении изменений в Федеральный закон "Об охране окружающей среды" и отдельные законодательные акты Российской Федерации" [10] и в ст. 28.1 Федерального закона от 10.01.2002 г. N 7-ФЗ "Об охране окружающей среды" [11]. Как уже отмечено, детально критерии обсуждаются в Методических указаниях [2].
Сочетанием таких критериев считаются:
- "...наименьший уровень негативного воздействия на окружающую среду в расчете на... объем производимой продукции (товара)...;
- экономическая эффективность... внедрения и эксплуатации;
- применение ресурсо- и энергосберегающих методов;
- период... внедрения;
- промышленное внедрение... технологии на двух и более объектах, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду" [11].
Наименьший уровень негативного воздействия на ОС (критерий 1) предполагает обеспечение комплексной защиты окружающей среды, минимизацию воздействия на ее различные компоненты. Поэтому в контексте настоящего справочника НДТ речь идет об идентификации спектра решений, использование которых позволяет сократить выбросы вредных веществ в атмосферный воздух, обеспечить функционирование водооборотных циклов, оптимизировать обращение с отходами и снизить количество образования отходов. Такой подход соответствует ранжированию факторов воздействия на ОС, характерному для государственных докладов о состоянии окружающей среды в Российской Федерации.
Можно сказать, что вопросам последовательного улучшения показателей экологической результативности, связанным с сокращением выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух и с совершенствованием системы обращения с отходами, в настоящее время уделяется более пристальное внимание и в открытых нефинансовых отчетах компаний.
Применение ресурсо- и энергосберегающих методов (критерий 3) оценивали по таким показателям, как потребление энергии, сырья, воды и вспомогательных веществ в расчете на единицу произведенной продукции. Вопросам повышения энергоэффективности в черной металлургии уделено значительное внимание. Анализ открытых отчетов свидетельствует о том, что повышение энергоэффективности является одним из приоритетов стратегий развития компаний отрасли. В производстве продукции дальнейших переделов черных металлов воздействие на окружающую среду во многом обусловлено именно использованием энергии. В связи с этим решения, направленные на повышение эффективности, и собственно природоохранные решения (как первичные, "встроенные" в технологические процессы, так и технику защиты окружающей среды) рассматривали как равнозначные, считая, что критерии 1 и 3 являются приоритетными при выборе НДТ для областей применения настоящего справочника НДТ.
В тех случаях, когда известны надежные данные о количественных показателях по двум основным критериям отнесения технологических и технически решений к НДТ (критерии 1 и 3), определяли интервалы значений, соответствующих лучшей и наиболее широко распространенной практике российских предприятий. В других случаях принимали во внимание сведения, данные экспертами в соответствующих областях применения НДТ.
Факт промышленного внедрения технологических процессов, оборудования, технических способов, методов на двух и более российских предприятиях (критерий 5) в области распространения данного справочника устанавливался по результатам обработки анкет, поступивших от предприятий, и на основании материалов открытых отчетов российских компаний. Также учитывались позиции экспертов, принимавших участие в разработке и обсуждении проекта настоящего справочника НДТ. При этом отмечалось, что есть ряд специфических решений, разработанных для конкретных предприятий, учитывающих исторически сложившиеся особенности производства. Поэтому при нормировании предприятий по принципам наилучших доступных технологий первоочередное внимание следует уделять технологическим показателям, установленным для НДТ и подлежащих достижению на конкретных объектах, отнесенных к областям применения настоящего справочника НДТ.
К общим подходам, которые включены в перечень НДТ как в международных, так и в российских справочниках, относятся системы менеджмента [6], [8]. Факт внедрения систем экологического менеджмента получил отражение ранее в Государственном докладе "О состоянии и охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 г.". В этом документе подчеркнуто, что СЭМ всех крупных металлургических предприятий России сертифицированы на соответствие требованиям международных (ISO 14001) или российских (ГОСТ Р ИСО 14001) стандартов [12, с. 212]. Судя по открытой отчетности, в настоящее время компании ресертифицировали системы экологического менеджмента в соответствии с требованиями выпущенных в 2015 - 2016 гг. стандартов Системы энергетического менеджмента. Практически все предприятия, производящие продукцию дальнейшего передела черных металлов, сообщают о сертификации систем энергетического менеджмента.
Период внедрения НДТ (критерий 4) оценивался также с учетом необходимости проведения значительной реконструкции технологических процессов и модернизации оборудования, возможности последовательного улучшения показателей ресурсоэффективности и экологической результативности путем внедрения технических усовершенствований и процедур в рамках систем экологического и энергетического менеджмента. Период внедрения зависит от состояния отрасли и конкретных предприятий, от доступности средств, необходимых для модернизации.
Вероятно, при актуализации настоящего справочника НДТ, принимая решение об уточнении требований, можно будет говорить и о временных рамках внедрения тех или иных решений, отнесенных к НДТ. При актуализации настоящего справочника НДТ цель состоит в определении четких и реалистичных условий технологического нормирования в сфере охраны окружающей среды и стимулировании предприятий к проведению более глубокого анализа и систематизации сведений об энергетической эффективности и экологической результативности производства, к совершенствованию отчетности в этих областях для получения надежных и сопоставимых данных.
Вопросы экономической эффективности (критерий 2) рассмотрены только в тех случаях, когда членам ТРГ 27 удавалось получить надежные данные от отечественных предприятий, внедривших конкретные технологические, технические или управленческие решения, позволяющие достичь высокого уровня защиты окружающей среды и ресурсоэффективности производства. Следует отметить, что компании, реализующие виды деятельности, отнесенные к области применения настоящего справочника НДТ, публикуют сведения о затратах на природоохранные мероприятия и о результатах, достигнутых в результате выполнения конкретных программ (в том числе направленных на эколого-технологическую модернизацию производства). Соответствующая информация приведена в разделе 2, 3.
При подготовке НДТ "Производство изделий дальнейшего передела черных металлов" и определении наилучших доступных технологий члены ТРГ 27 в целом придерживались последовательности этапов рассмотрения технологических процессов, технических решений и методов, схематически представленной на рисунке 4.2.
технологических процессов, технических решений и методов
при определении настоящего справочника НДТ
Приведенные в разделе 5 описания наилучших доступных технологий включают как методы, применимые для всех производств, составляющих область распространения настоящего справочника НДТ, так и подходы, характерные для производства конкретных видов продукции, в том числе:
- производство горячего проката;
- производство холоднокатаного проката;
- производство длинномерной продукции;
- производство горячекатаных труб;
- производство горячепрессованных труб;
- производство холоднодеформированных труб;
- производство спиральношовных труб, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса;
- производство прямошовных труб, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса;
- производство электросварных труб;
- производство труб непрерывной печной сваркой;
- производство труб сваркой в среде инертных газов.
В результате анализа информации, предоставленной российскими предприятиями, полученной из открытых источников и подготовленной разработчиками настоящего справочника НДТ, к наилучшим доступным технологиям, включающим технологические, технические и управленческие решения, отнесены следующие:
НДТ состоит в разработке, внедрении и последовательном совершенствовании системы экологического менеджмента, область охвата которой определяется организацией с учетом рисков и возможностей, а также приоритетных экологических аспектов (подробнее см. раздел 3).
Несмотря на то, что практически все компании, осуществляющие виды деятельности, отнесенные к области применения настоящего справочника НДТ, сообщают о сертификации/ресертификации, НДТ 1 не предполагает обязательной сертификации СЭМ на соответствие требованиям международного или российского стандарта (ISO 14001 или ГОСТ Р ИСО 14001).
НДТ состоит в разработке, внедрении и последовательном совершенствовании системы энергетического менеджмента, область охвата которой определяется организацией с учетом особенностей использования энергии и приоритетных направлений повышения энергетической эффективности (подробнее см. раздел 3).
Системы энергетического менеджмента начинают получать все более широкое распространение в Российской Федерации. Компании, осуществляющие виды деятельности, отнесенные к области применения настоящего справочника НДТ, сообщают о внедрении СЭнМ, размещают на официальных сайтах энергетическую политику, программы повышения энергоэффективности, обеспечивают соответствующую подготовку персонала. Тем не менее НДТ 2 не предполагает обязательной сертификации СЭнМ на соответствие требованиям международного или российского стандарта (ISO 50001 или ГОСТ Р ИСО 50001) (подробнее см. раздел 3).
Организация ресурсосберегающего и энергосберегающего технологического процесса обеспечит экономию материалов и энергоресурсов, снижение уровня эмиссий в окружающую среду (ОС). Реализация указанных в таблице 5.1 методов и оборудования в рамках конкретной НДТ приведет к сокращению технологических операций или их совмещению, уменьшению времени проведения технологического цикла, а также позволит повысить эффективность использования материалов, снизить энергоемкость производимой продукции, минимизировать материальные потоки, уменьшить объем платежей предприятий за негативное воздействие на ОС.
НДТ предусматривает использование методов и оборудования, приведенных в таблице 5.1.
Метод/оборудование | Применимость | Экологическая, технико-экономическая эффективность | |
Применение механизированных и автоматизированных непрерывных прокатных станов | Применимо при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение производительности линий, снижение удельного расхода материальных и энергоресурсов, снижение операционных расходов, улучшение качества выпускаемой продукции, возможность организации централизованного контроля, снижение воздействия на ОС | |
Применение процессов бесконечной прокатки <1> | Применимо при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение производительности линий, снижение удельного расхода материальных и энергоресурсов, снижение операционных расходов, возможность организации централизованного контроля | |
Применение процессов многониточной прокатки, волочения | Применимо при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение производительности линий, снижение удельного расхода материальных и энергоресурсов, снижение операционных расходов | |
Применение высокоэффективных автоматизированных систем привода основного и вспомогательного оборудования, основанных на использовании электродвигателей переменного тока с частотными преобразователями | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение производительности линий, сокращение потребления материальных ресурсов и электроэнергии, снижение операционных расходов, улучшение качества выпускаемой продукции | |
Применение технологии горячего посада заготовок <2> | Применимо при реконструкции технологических линий и организации нового производства | Повышение производительности линий, снижение удельного расхода материальных и энергоресурсов, снижение операционных расходов. | |
Создание литейно-прокатных комплексов <1> | Применимо при организации нового производства | Повышение производительности линий, снижение удельного расхода материальных и энергоресурсов, снижение операционных расходов, возможность организации централизованного контроля, снижение воздействия на ОС | |
Внедрение процессов термомеханической обработки | Применимо при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Снижение операционных расходов, расширение сортамента производимой продукции | |
Использование избыточного тепла, образованного при нагреве, подогреве металла перед горячей деформацией и других тепловых операций с металлом в процессе изготовления проката, для повторного нагрева материалов - применение систем рекуперации и регенерации | Применимо при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Снижение расхода энергоресурсов, снижение операционных расходов, снижение выбросов в атмосферный воздух | |
Использование систем автоматического регулирования подачи энергоресурсов | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Снижение расхода энергоресурсов, повышение энергоэффективности процесса производства, снижение операционных расходов | |
Использование систем рециркуляции жидких и порошкообразных материалов, используемых при производстве изделий | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Сокращение сбросов вредных веществ, снижение расхода материальных ресурсов, снижение операционных расходов | |
НДТ заключается в совершенствовании действующих, внедрении новых автоматизированных систем планирования и управления производством, технологическими процессами производства изделий, обеспечивающими контроль и управление движением материальных потоков в производственной линии, тем самым обеспечение снижения материальной и энергоемкости, повышение эффективности производственного процесса в целом.
НДТ предусматривает использование методов и оборудования, приведенных в таблице 5.2.
Метод/оборудование | Применимость | Экологическая, технико-экономическая эффективность | |
Использование MES-систем | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение производительности, снижение расхода материальных и энергоресурсов, снижение операционных расходов | |
Использование автоматизированных систем контроля геометрических параметров, качества поверхности, формы изделий в процессе производства | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение производительности, снижение расхода материальных ресурсов, снижение операционных расходов, улучшение условий труда, улучшение качества продукции | |
Использование автоматизированных систем управления работой технологического оборудования | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение производительности, снижение потребления материальных и энергоресурсов, снижение операционных расходов, улучшение условий труда | |
Использование автоматизированных систем управления технологическим процессом | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение производительности, снижение потребления материальных и энергоресурсов, снижение операционных расходов, улучшение качества продукции |
НДТ 5. Снижение эмиссий в процессах нагрева исходных заготовок, подогрева передельного продукта и других операций нагрева металла в процессе производства изделий
НДТ заключается в уменьшении неорганизованных эмиссий, образующихся при нагреве исходных материалов, подогреве передельного продукта и других операций нагрева металла (термическая обработка металла в технологическом потоке и вне его, сушка покрытий и т.п.) в процессе производства изделий дальнейшего передела черных металлов, повышении КПД и улучшении технологического процесса нагрева в целом, снижении потребления энергоресурсов для реализации процесса нагрева.
НДТ предусматривает использование методов и оборудования, приведенных в таблице 5.3.
Метод/оборудование | Применимость | Экологическая, технико-экономическая эффективность | |
Использование нагревательного оборудования, оснащенного современными газоанализаторами и системами автоматического управления процессом нагрева | Применимо при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Снижение расхода энергоресурсов, снижение операционных расходов, контроль и управление структурой и количеством выбросов, улучшение качества продукции | |
Использование нагревательного оборудования, оснащенного высокоэффективными горелками с импульсной подачей топлива, плоскопламенными горелками, работающими в автоматическом режиме | Применимо при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Снижение расхода энергоресурсов и объема выбросов, снижение операционных расходов | |
Применение нагревательных устройств, работающих в автоматическом режиме | Применимо при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Снижение расхода энергоресурсов и объема выбросов, контроль и управление структурой и количеством выбросов, снижение операционных расходов | |
Применение термоизоляции, герметизация нагревательных устройств | Применимо при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение энергоэффективности процесса производства, снижение уровня неконтролируемых выбросов, улучшение условий труда | |
Применение горелок с пониженным образованием NOx | Применимо при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Снижение расхода энергоресурсов, снижение объема выбросов NOx, улучшение условий труда | |
Применение печей с безокислительной атмосферой, в том числе восстановительной атмосферой на основе чистого водорода | Применимо при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Снижение расхода материальных ресурсов, расширение сортамента производимой продукции, улучшение качества выпускаемой продукции, снижение выбросов CO |
НДТ заключается в эффективном использовании оборудования цехов и участков производства холоднодеформированных труб, снижении тепловых потерь, эмиссий продуктов химической обработки изделий, энергетических затрат.
НДТ предусматривает использование методов и оборудования, приведенных в таблице 5.4.
Метод/оборудование | Применимость | Экологическая, технико-экономическая эффективность | |
Использование высокопроизводительных шлифовальных установок | Применимо при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение производительности, расширение сортамента производимой продукции, улучшение качества выпускаемой продукции | |
Применение станов холодной прокатки труб с использованием жидких смазок | Применимо при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение производительности, расширение сортамента производимой продукции, улучшение качества выпускаемой продукции | |
Применение безванновой очистки поверхности труб от остатков технологической смазки | Применимо при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение производительности, уменьшение объемов образования загрязняющих веществ, и отходов, улучшение условий труда |
НДТ заключается в эффективном использовании оборудования цехов и участков производства горячекатаного проката, организации ресурсо- и энергосберегающего производства.
НДТ предусматривает использование методов и оборудования, приведенных в таблице 5.5.
Метод/оборудование | Применимость | Экологическая, технико-экономическая эффективность | |
Применение клетей с многовалковыми калибрами, калибрующих блоков и блоков чистовых клетей | Применимо при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение производительности линий, снижение удельного расхода энергоресурсов, снижение операционных расходов, расширение сортамента производимой продукции, улучшение качества выпускаемой продукции |
НДТ заключается в снижении объема эмиссии вредных газов и паров, выделяемых в процессе химической обработки изделий в кислотах и щелочных растворах (травление, обезжиривание, флюсование, цинкование и пр.).
НДТ предусматривает использование методов и оборудования, приведенных в таблице 5.6.
Метод/оборудование | Применимость | Экологическая, технико-экономическая эффективность | |
Использование процесса периодического травления | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий и участков, организации нового производства | Сокращение объемов образования загрязняющих веществ, сокращение объема использования вредных веществ (кислот и др.) | |
Использование агрегатов непрерывного действия с герметизацией ванн, машин и аппаратов и удалением вредных выбросов с помощью систем вытяжной вентиляции | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Улучшение условий труда, сокращение объемов образования вредных веществ и повышение эффективности очистки, снижение воздействия на ОС | |
Снабжение травильных ванн двойными крышками и гидравлическими затворами у бортов | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Улучшение условий труда, сокращение объемов образования неконтролируемых выбросов | |
Применение пенообразующих добавок | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Улучшение условий труда, сокращение объемов образования загрязняющих веществ, сокращение объема использования вредных веществ (кислот и др.) | |
Применение газоочистных систем с использованием пенных аппаратов, полых скрубберов, низконапорных скрубберов Вентури, фильтров из винилпластиковых сеток | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Улучшение условий труда, повышение эффективности очистки выбросов, снижение воздействия на ОС | |
Применение системы адсорбции кислых компонентов щелочными растворами | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Улучшение условий труда, улучшение качества стоков, снижение воздействия на ОС. | |
Применение фильтров из синтетических волокнистых материалов, полученных иглопробивным способом, а также ионообменных смол для очистки газов гальванических ванн | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Улучшение условий труда, повышение эффективности очистки выбросов, снижение воздействия на ОС |
НДТ 9. Снижение выбросов загрязняющих веществ в технологических процессах производства изделий в линии станов горячей и холодной прокатки
НДТ заключается в снижении организованных и неорганизованных выбросов твердых загрязняющих веществ (пыли) и аэрозолей на технологических участках при производстве изделий.
НДТ предусматривает использование методов и оборудования, приведенных в таблице 5.7
Метод/оборудование | Применимость | Экологическая, технико-экономическая эффективность | |
Использование более экологичных видов материалов (смазочных материалов, СОЖ, эмульсий, масел, порошковых дезоксидантов и др.) | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Сокращение образования выбросов загрязняющих веществ, снижение воздействия на ОС | |
Совершенствование систем очистки выбросов и повышение эффективности работы очистного оборудования | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий | Сокращение образования выбросов загрязняющих веществ, снижение воздействия на ОС | |
Использование автоматических средств измерения и учета объема, массы выбросов маркерных веществ | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение достоверности учета и контроля за выбросами | |
Применение вентиляционных систем с вытяжными зонтами для удаления пыли с рабочих мест технологического оборудования <1> | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Улучшение условий труда, сокращение образования выбросов загрязняющих веществ, снижение воздействия на ОС | |
Организация локальных укрытий, оснащенных местными пылеочистными устройствами | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Улучшение условий труда, повышение эффективности очистки выбросов, снижение воздействия на ОС | |
Использование эффективных пылеочистных аппаратов сухого типа | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Улучшение условий труда, сокращение образования выбросов загрязняющих веществ, снижение воздействия на ОС | |
Оснащение камер напыления, применяемых для реализации процесса нанесения изоляционных покрытий, очистными устройствами | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Улучшение условий труда, сокращение образования выбросов загрязняющих веществ, снижение воздействия на ОС | |
НДТ направлены на оптимальное водопотребление и снижение сброса загрязняющих веществ в поверхностные водоемы.
НДТ предусматривает использование методов и оборудования, приведенных в таблице 5.8.
Метод/оборудование | Применимость | Экологическая, технико-экономическая эффективность | |
Недопущение утечек потребляемой воды из систем ее транспортирования <1> | Применимо в действующей технологии | Снижение потребления водных ресурсов | |
Снижение уровня загрязнения сточных вод (в локальных и общих стоках предприятия) <1> | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Снижение нагрузки на очистные сооружения, увеличение эффективности работы очистных сооружений, повышение качества стоков, сокращение сброса загрязняющих веществ, снижение воздействия на ОС | |
Применение водоочистного оборудования и технологий, позволяющих организовать бессточные системы водного хозяйства <1> | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Сокращение потребления водных ресурсов, исключение сбросов загрязняющих веществ, снижение воздействия на ОС | |
Создание локальных водооборотных циклов, оборудованных собственными системами грубой и/или, при необходимости, тонкой очистки от загрязняющих веществ <1> | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Сокращение сбросов загрязняющих веществ, снижение воздействия на ОС | |
Расширение объема испарительного охлаждения нагревательных печей с целью сокращения расхода воды, идущей на охлаждение технологического оборудования | Применимо при реконструкции технологических линий, организации нового производства. | Снижение потребления водных ресурсов, сокращение сбросов загрязняющих веществ, снижение воздействия на ОС | |
Последовательная передача избыточной или продувочной воды от потребителей с более высокими требованиями к качеству воды потребителям с более низкими требованиями | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Снижение потребления водных ресурсов, сокращение сбросов загрязняющих веществ, снижение воздействия на ОС | |
Недопущение утечек неочищенных сточных вод из систем их транспортирования <1> | Применимо в действующей технологии | Снижение воздействия на ОС | |
Сбор и использование случайных сбросов дренажных вод, поверхностного стока и их очистка с целью дальнейшего использования <1> | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Снижение потребления водных ресурсов, сокращение сбросов загрязняющих веществ, снижение воздействия на ОС | |
Обессоливание продувочных вод на заводских деминерализационных установках с возвратом полученной чистой воды в производственный процесс | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Снижение потребления водных ресурсов, сокращение стоков, снижение воздействия на ОС | |
Использование дебалансовых и продувочных вод в качестве исходной воды для промышленных котельных и котлов-утилизаторов | Применим в действующей технологии при наличии котельных и котлов-утилизаторов | Снижение потребления водных ресурсов, сокращение стоков, снижение воздействия на ОС | |
Совершенствование систем очистки промышленных сточных вод <1> | Применимо в действующей технологии, при реконструкции производства | Сокращение массы загрязняющих веществ в стоках, снижение воздействия на ОС | |
Автоматизация технологических процессов очистки сточных вод | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение качества очистки сточных вод, снижение воздействия на ОС | |
Использование систем автоматического управления расходом реагентов для очистки сточных вод и обработки осадка | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение качества очистки сточных вод, снижение воздействия на ОС | |
Использование автоматических средств измерения и учета объема сбросов сточных вод | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Повышение достоверности учета и управляемости сточными водами | |
Предотвращение загрязнения почв и грунтовых вод <1> | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Снижение воздействия на ОС | |
НДТ заключается в использовании современных систем энергосбережения, обеспечивающих экономию затрат на энергоресурсы, позволяющих организовать использование энергоресурсов и энергии, вырабатываемых в процессе основного производства.
НДТ предусматривает использование методов и оборудования, приведенных в таблице 5.9.
Метод/оборудование | Применимость | Экологическая, технико-экономическая эффективность | |
Использование тепла, образующегося при функционировании основного технологического процесса для различных производственных целей, в том числе хозяйственных нужд предприятия (отопление, горячее водоснабжение и т.п.) | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Снижение расхода энергоресурсов, повышение энергоэффективности процесса производства, снижение операционных затрат | |
Использование энергосберегающих осветительных приборов | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Снижение расхода энергоресурсов, повышение энергоэффективности процесса производства | |
Использование систем автоматического включения (выключения) электрических устройств | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий, организации нового производства | Снижение расхода энергоресурсов, повышение энергоэффективности процесса производства | |
Организация систем экранов в технологических линиях | Применимо в действующей технологии, при реконструкции технологических линий | Снижение расхода энергоресурсов, повышение энергоэффективности процесса производства, улучшение условий труда |
НДТ заключается в использовании отходов, образующихся на прокатных и трубных производствах, в металлургической и других отраслях промышленности.
Если говорить о прокатном производстве в целом, можно выделить следующие основные тенденции развития оборудования и технологии:
- использование заготовки, максимально приближенной по форме и размерам к готовому прокату (тонкие слябы, заготовок с формой типа "собачья кость" и т.д.)
- использование конструкций клетей, которые обеспечивают максимально быструю замену валков (до 10...20 мин);
- применение полной автоматизации прокатного стана с контролем всех параметров, влияющих на процесс (особенно температуры), и управление станом на основе компьютерных моделей процесса;
- применение технологий термомеханической обработки в линии стана с целью получения необходимых прочностных свойств без дальнейшей термообработки на отдельном участке;
- использование различных систем, которые повышают точность размеров и геометрической формы прокатываемого изделия;
- внедрение принципов бесконечной прокатки, строительство литейно-прокатных агрегатов;
- максимальное внедрение энергосберегающих технологий и сокращение операционных расходов, снижение негативного воздействия на окружающую среду;
- применение универсальных "единых" калибровок, системы калибров которых позволяют прокатывать различные профили по одной калибровке в черновых и промежуточных группах, с минимальной перенастройкой клетей [1].
Тенденцией развития производства толстого горячекатаного листа является увеличение доли регулируемых процессов прокатки в общем цикле производства. Получение требуемых механических свойств проката в цикле горячей деформации позволяет существенно сократить объем дополнительной термической обработки, проводимой вне основного технологического потока. Это позволяет уменьшить затраты на изготовление продукции и снизить вредные экологические факторы, связанные с дополнительным нагревом проката. Например, в 2002 г. в Иране установлен толстолистовой стан 190", предназначенный для производства 1050 тыс. т/год толстолистового проката размерами 5 - 150 x 1100 - 4500 x 2500 - 24 000 мм из судостроительной, трубной, котельной и конструкционной сталей [2]. Технология производства на этом стане предусматривает следующее распределение доли реализуемых на нем способов и процессов получения толстолистового проката:
- обычная прокатка - 15%;
- прокатки с регулируемой температурой - 25%;
- термомеханическая обработка в процессе прокатки - 40%;
- резкое охлаждение и отпуск после прокатки - 20%.
Особенностью современных технологий получения горячекатаного толстого листа является применение новых конструкций прокатных клетей, повышающих эффективность процесса, улучшающих качество продукции и экологическую обстановку прокатного цеха. В Германии сконструирован и пущен толстолистовой стан 3200, рассчитанный на объем производства 700 тыс. т/год, позволяющий в зависимости от марки стали осуществлять обычную прокатку, прокатку с регулируемой температурой, термомеханическую обработку толстолистовой стали размерами 5 - 160 x 1000 - 2800 x 4000 - 10 000 мм.
Стан характеризуется высоким уровнем автоматизации на всех этапах технологического процесса и применением в качестве деформирующего устройства реверсивной прокатной клети кварто 3200 (см. рисунок 6.1), которая имеет оптимальное соотношение поперечного сечения стойки и верхней поперечины станины, что при большом диаметре опорных валков придает клети большую жесткость [2].
А: 1 - гидравлический окалиноломатель; 2 - уравновешивание
и изгиб рабочих валков; 3 - рольганг; 4 - станинные ролики;
5 - устройство для смены рабочих валков;
Б: 1 - система уравновешивания опорного валка;
2 - электромеханические нажимные винты; 3 - гидравлическая
система регулировки зазора рабочих валков; 4 - подшипник
типа Morgoil; 5 - устройство для смены опорных валков
Регулировка зазора между валками производится электромеханическим нажимным устройством. Автоматическое регулирование толщины раската осуществляется гидравлической системой и может работать при усилии прокатки до 70 МН. Гидроцилиндры в виде встроенного блока расположены между нажимными винтами и подушками верхнего опорного валка. Динамометрические датчики под подушками нижнего опорного валка измеряют усилие на валки и передают эти значения в систему автоматического регулирования.
Устройства для охлаждения рабочих и опорных валков на входной и выходной сторонах клети содержат подвижные распылители, соединенные с питательными трубопроводами при помощи шарнирного соединения труб (без шлангопроводов). Прокатная клеть также оснащается устройствами для гидросбива окалины водой высокого давления до 190 бар, расположенными на входной и выходной сторонах.
По три станинных ролика на входной и выходной сторонах клети образуют продолжение рабочих рольгангов. Ролики имеют индивидуальный привод со сцепной муфтой. Поворотные рольганги, оснащенные гидравлическими линейками-манипуляторами перед клетью и за ней, позволяют повернуть слябы для поперечной прокатки.
Сдвоенный главный привод состоит из двух электродвигателей постоянного тока по 6400 кВт и шарнирных шпинделей с гидравлическим уравновешиванием.
Для смены валков используются устройства с гидроприводом, установленные на перевалочной стороне клети. Смена рабочих валков происходит в автоматическом режиме. Перемещение комплекта валков в продольном и поперечном направлениях продолжается около 15 мин. При помощи устройства для смены опорных валков можно заменить весь комплект или только один нижний опорный валок.
Основные особенности и преимущества клети кварто 3200:
- прокатка с регулируемой температурой и термомеханическая обработка;
- высокая жесткость;
- жесткие допуски по толщине листа благодаря гидравлической системе регулировки зазора в сочетании с автоматическим контролем толщины раската, а также устройством для противоизгиба рабочих валков;
- автоматическая смена рабочих валков без использования крана.
При горячей прокатке малых и средних партий рулонного проката из углеродистых, нержавеющих и специальных марок стали технология Стеккеля является идеальной как для новых цехов, так и для модернизации существующих прокатных станов. Новая конструкция и концепции автоматизации, предлагаемые изготовителями прокатного оборудования, расширяют возможности применения станов Стеккеля и дают возможность значительно снизить затраты на производство горячекатаной полосы.
Основными преимуществами новой конструкции стана Стеккеля являются:
- новая конструкция печи закрытого типа с уникальной системой герметизации печи, которая сокращает потери энергии на 30% и обеспечивает меньшие выбросы в атмосферу цеха;
- конструкция печных моталок с регулируемым подвижным сегментом барабана, состоящим из двух частей, обеспечивает отсутствие повреждений при входе полосы в паз барабанной моталки, равномерный нагрев полосы по всей длине, включая концевые участки;
- качество поверхности и допустимые отклонения значений температуры, толщины, профиля и плоскостности приближаются к соответствующим показателям непрерывных полосовых станов горячей прокатки;
- прокатка стали разных марок для всех видов дальнейшей обработки.
В зависимости от потребностей производства можно использовать станы Стеккеля разной конфигурации для прокатки слябов любых размеров - от одноклетевого стана производительностью от 200 до 800 тыс. т/год (с возможностью расширения в виде двухклетевого стана тандем производительностью 1,3 млн т/год) до обычного шестиклетевого стана производительностью более 3 млн т/год (см. рисунок 6.2).
1 - печь; 2 - эджер/черновая клеть; 3 - стан Стеккеля;
4 - двухклетевой стан Стеккеля (тандем); 5 - стан Стеккеля
и чистовая клеть; 6 - стан Стеккеля и две чистовые клети;
7 - пять клетей и элементы реверсирования;
8 - шесть прокатных клетей
разной конфигурации
С учетом использования в качестве исходных заготовок непрерывнолитых слябов и применения станов Стеккеля современная технологическая схема производства горячекатаного листа (см. рисунок 6.3) имеет ряд преимуществ:
- получаемые слябы имеют мелкозернистую структуру, которую при обычном процессе прокатки на толстолистовом стане можно получить только после нескольких черновых пропусков;
- в нагревательную печь слябы поступают с более высокой температурой, обеспечивая тем самым непрерывный процесс, в 2 - 3 раза уменьшая длину печи, время нагрева и расход топлива;
- заправка подката в первую печь стана Стеккеля производится при температуре на 50 °C - 75 °C выше, чем при прокатке на обычном толстолистовом стане, что позволяет получать более тонкую полосу, а также улучшает механические и геометрические характеристики готового проката [3 - 5].
горячекатаного рулона и листа в линии со станом Стеккеля
Технология производства горячекатаных полос методом совмещения непрерывных процессов литья и прокатки тонких слябов быстро развивается в последнем тридцатилетии. Тонкослябовые литейно-прокатные комплексы получили широкое распространение во многих странах мира. В мире уже работают более 60 тонкослябовых литейно-прокатных агрегатов (ЛПА), и их число продолжает расти.
Бесконечная прокатка является одним из примеров новых технологий, использование которых позволяет отказаться от холодной прокатки, значительно сократить затраты на модернизацию производства и изменить диапазон толщины получаемой полосы.
Принципы полубесконечной и бесконечной прокатки могут быть реализованы на действующих станах горячей прокатки путем установки дополнительного оборудования. Так, для бесконечной прокатки (скорость до 20 м/с, конечная толщина 1,0 - 1,2 мм) требуется установка сварочной машины, устройств для подогрева кромок раската и снятия грата, а также летучих ножниц перед моталками.
Интенсивное строительство тонкослябовых ЛПА для производства горячекатаных полос было начато с начала 1990-х гг. Наибольшее распространение получили тонкослябовые агрегаты типа CSP (Compact Strip Production - компактное получение полосы), концепция которых была разработана SMS Siemag. Новейшие концепции агрегатов CSP позволяют обеспечить при использовании двухручьевой УНРС производительностью до 2,5 млн т/год. Достоинствами ЛПА CSP являются: минимальное количество технологических операций; отсутствие черновых клетей; минимальный расход энергии; МНЛЗ и непрерывный стан работают независимо благодаря достаточной вместимости подогревательной печи; равномерность температуры (обеспечивает однородность структуры и механических свойств); возможность расширения производства полос на том же стане путем параллельного литья слябов.
Компанией Danieli был разработан ЛПА QSP. Агрегат включает одно- или двухручьевую тонкослябовую МНЛЗ, туннельную печь, гидросбив окалины, две черновые клети, непрерывную группу клетей, секцию ламинарного охлаждения, подпольные моталки и приспособлен для выполнения термомеханической обработки стали [6].
Полностью непрерывный процесс UTHS (Ultra Thin Hot Rolled Strip) производства сверхтонкой горячекатаной полосы разработан в США. Он основан на использовании планетарного стана Платцера, обеспечивающего высокое обжатие, при этом скорость входа подката в клеть Платцера соответствует скорости разливки. Последующее обжатие осуществляется в четырехвалковых клетях, между которыми установлены устройства для нагрева полосы. Минимальная толщина готовой полосы составляет около 0,7 мм.
Компании MDM, Германия, и Finarvedi, Италия, разработали компактный ЛПА ISP. В данной линии тонкие слябы отливаются на МНЛЗ, обжимаются в полутвердом состоянии до толщины 50 мм и прокатываются в трехвалковой группе HRM до толщины 13 - 17 мм. Полученный подкат поступает в индукционный подогреватель, а затем в одну из двух печных моталок, из которых после поворота задается в пятиклетевую непрерывную группу прокатных клетей кварто. Перед чистовой прокаткой окалину сбивают водой высокого давления. Выходящую из чистовой группы полосу подвергают регулируемому ламинарному охлаждению, а затем сматывают подпольной моталкой. ЛПА ISP работает без потребления топлива, только на электроэнергии.
В 2006 году фирма Arvedi заключила контракт с фирмой Siemens VAI на создание ЛПА, работающего по технологии бесконечной прокатки полосы. Агрегат, получивший название Arvedi ESP, работает в г. Кремона, Италия [6]. Процесс ESP позволяет исключить промежуточный нагрев (экономия топлива и улучшение экологической обстановки в прокатном цехе) и смотку подката. При этом в обжимную группу добавляют несколько клетей, а за ними устанавливают секцию охлаждения, ножницы и моталку. На агрегате ESP с восемью прокатными клетями можно производить полосу толщиной 0,6 мм [2, 6].
В Австрии разработан процесс Conroll для производства горячекатаной полосы толщиной 0,7 - 1,0 мм, предназначенной к использованию взамен холоднокатаной, с производительностью одного агрегата 1,5 млн т/год. При реализации процесса Conroll непрерывнолитая заготовка выходит из кристаллизатора с параллельными стенками с еще жидкой сердцевиной и обжимается примерно на 20 мм. Гибкая конструкция УНРС позволяет регулировать толщину заготовки в интервале 90 - 100 мм в соответствии с конечной толщиной производимой полосы. Горячие слябы проходят через печь для выравнивания температуры и поступают в двухклетевой черновой стан, затем направляются в промежуточное перемоточное устройство. В чистовой группе клетей применяют обычные обжатия, для регулирования плоскостности и профиля используют валки с осевой сдвижкой (система CVC) с устройствами противоизгиба.
В Японии разработана и установлена на заводе фирмы "Ниппон Стил" в Фукуяме первая в мире линия бесконечной холодной прокатки полос (см. рисунок 6.4).
разработки фирмы IHI
Отличительными особенностями технологии обработки металла в этой линии являются следующие:
- использование в качестве подката рулонов горячекатаных полос, минуя традиционные непрерывно-травильные агрегаты (НТА);
- установка непосредственно в линии новой системы удаления окалины с поверхности горячекатаной полосы.
Процесс "Исиклин", разработанный японскими металлургами, удаляет окалину с горячекатаных полос механическим воздействием, создаваемым струей высокого давления 10 МПа в виде пульпы из воды с железистым песком [2]. Новая система удаления окалины обеспечивает:
- экономию как капитальных, так и текущих расходов на 50% - 80%;
- компактность линии удаления окалины;
- высокую скорость движения металла в линии;
- безопасную работу обслуживающего персонала;
- снижение нагрузки на окружающую среду.
Другой комплекс стана бесконечной холодной прокатки (рисунок 6.5), созданный немецкими и корейскими проектировщиками прокатного оборудования, включает:
- линию травления турбулентного типа, встроенную в линию стана;
- 5-клетевой стан холодной прокатки;
- непрерывную линию горячего цинкования.
1 - разматыватели с окалиноломателями; 2 - сварочная
установка; 3 - входное натяжное устройство; 4 - установка
для правки растяжением с гибкой; 5 - участок турбулентного
травления; 6 - участок промывки; 7 - кромкообрезные ножницы
и кромкокрошитель; 8 - выходное натяжное устройство;
9 - непрерывный стан холодной прокатки; 10 - летучие ножницы
на выходе; 11 - моталка; 12 - промежуточный лупер;
13 - лупер на выходе; 14 - лупер на входе
Производительность стана - 1335 тыс. т/год. Стан выпускает прокат толщиной 0,15 - 2,3 мм и шириной 700 - 1630 мм в рулонах массой до 45 т, скорость прокатки - до 30 м/с, скорость травления - 4 м/с.
Все пять клетей стана шестивалковые, оборудованы устройствами для принудительного изгиба рабочих и промежуточных валков и гидравлическими нажимными устройствами, установленными снизу. Автоматическое регулирование толщины полосы осуществляется по принципу прохождения секундной массы металла. Регулирование плоскостности осуществляется по замкнутому циклу.
Линия травления работает по запатентованной технологии турбулентного травления. Секция химического травления включает четыре ванны, за ней установлена секция из шести промывочных ванн каскадного типа. Технология использует высокую кинетическую энергию травильной кислоты для ее быстрого проникновения к основанию трещин в окалине при оптимальном обмене в пограничном слое между поверхностью полосы и кислотой. Это позволяет добиться максимально возможного сокращения продолжительности травления при высоком качестве поверхности полосы.
Традиционные технологии очистки полосы от окалины, используемые в современных линиях нанесения покрытий (лужения, цинкования и др.), предусматривают кислотное травление. Эти технологии имеют ряд недостатков, а именно:
- очистка поверхности происходит в агрессивной среде;
- в процессе обработки образуются опасные отходы;
- требуется система вытяжной вентиляции;
- потери металла за счет агрессивной среды;
- необходимость обезвреживания отходов.
В связи с этим представляет интерес линия бескислотной очистки полосы по технологии AFC, базирующейся на следующих новых принципах:
- очистка полосы без удаления слоя окалины;
- оксидный слой металла химически восстанавливается водородом (H2);
- в результате восстановления образуется слой железа, рафинированного от примесей, и водяной пар [2].
Основные параметры и особенности процесса AFC:
- состав газа - 50% - 95% H2 в N2;
- в зависимости от марки стали и режимов протекания химических реакций температура процесса составляет 500 °C - 700 °C;
- более высокая температура способствует увеличению кинетики реакций;
- турбулизация потока газа способствует увеличению скорости восстановления.
Промышленная агрегатная линия AFC имеет следующие особенности. Поверхность полосы нагревается при помощи горелок прямого действия, причем нагрев происходит в неокислительной атмосфере с целью предотвращения образования окалины. Скорость реакции быстро увеличивается с увеличением температуры. В зависимости от толщины полосы температура процесса находится в диапазоне от 600 °C до 700 °C. Структурные и механические характеристики материала до 700 °C необратимо не меняются.
Техническая характеристика линии AFC:
- толщины полосы 1,5 - 4,0 мм, ширина полосы 610 - 1500 мм, масса рулона 18 т;
- скорость линии 30 м/мин, производительность линии 110 тыс. т/год.
Восстановительная реакция происходит в смеси водорода и азота. Реактор разделен на две зоны, чтобы обеспечить необходимую концентрацию смеси газов в течение всей реакции. При помощи вентиляторов происходит постоянное обновление газовой смеси и одновременное непрерывное удаление газообразных продуктов, образующихся после восстановления (водяной пар). Температура подаваемой газовой смеси 20 °C - 30 °C. Чтобы не произошло повторное окисление из-за контакта с воздухом, температура полосы на выходе из секции охлаждения не должна превышать 150 °C.
Охлаждение полосы до 120 °C происходит в неокислительной атмосфере: секция охлаждения состоит из водяной рубашки и холодильника с изменяемой скоростью охлаждения (до 15 °C/с). Последующее охлаждение происходит в восстановительной атмосфере с содержанием < 5% H2/N2.
Скруббер удаляет чешуйки восстановленных окислов. При помощи щеток чешуйки измельчаются в порошок, который смывается водой с поверхности полосы. Частицы порошка в среднем имеют достаточные размеры, чтобы их задерживал фильтр с отверстиями 10 мм [4].
Еще одним примером перспективных технологий в области производства холоднокатаных полос, основанных на совмещении операций травления и холодной прокатки в единую непрерывную линию, является процесс IRAPL (Integrated Rolling-Annealing-Pickling Line) совмещения холодной прокатки, отжига и травления полосы из коррозионностойкой стали в одной линии, обеспечивающий суммарное снижение затрат почти на 20% по сравнению с традиционной технологией.
Сравнение эффективности применения различных способов регулирования профиля и формы полосы показало, что наибольший диапазон регулирования выпуклости полосы (без утонения кромок) обеспечивают четырехвалковые клети с попарно скрещивающимися валками (PC), четырехвалковые клети с валками выпукло-вогнутой профилировки (CVS) и шестивалковые со смещением валков (HCMW) [2].
Поскольку утонение кромок полосы является следствием неравномерности локального упругого сжатия участков рабочих валков, контактирующих с прикромочными участками полосы, методы регулирования профиля конусных рабочих валков (КРВ) и колеблющихся конусных рабочих валков (ККРВ), применяемые в четырехвалковых клетях со смещением рабочих валков с односторонней выпуклостью (K-WRS), наиболее эффективны для регулирования этого утонения. Высокую эффективность обеспечивают также шестивалковые клети типа HC.
В порядке убывания эффективности регулирования плоскостности полосы тип клети можно расположить в следующей последовательности: PC, HCMW, HCM (с осевым перемещением промежуточных валков), K-WRS, CVC-HS (с горизонтальной стабилизацией рабочих валков с S-образной профилировкой), HVC (шестивалковые с горизонтальным перемещением рабочих валков в направлении прокатки, осевым перемещением и изгибом промежуточных валков, приводом опорных валков), CVC, причем клети типа PC, K-WRS и CVC наиболее целесообразно использовать при горячей, а клети типа HCMW, HCM, CVC-HS и HVC - при холодной прокатке.
Рабочие валки различного или одинакового диаметра в сочетании с системой противоизгиба используют в конструкциях четырех-, пяти-, шестивалковых клетей FFC (Flexible Flatness Control) одно- и многоклетьевых станов холодной прокатки. FFC-стан снабжен системами изгиба валков в горизонтальной и вертикальной плоскостях, обладающими широкими возможностями для исправления разнообразных дефектов формы полосы. FFC-станы обеспечивают снижение усилия прокатки на 20% и потребляемой электроэнергии на 10%, уменьшение на 50% разнотолщинности холоднокатаных полос, возможность прокатки стальной фольги толщиной менее 50 мкм, повышение качества холоднокатаной полосы в результате улучшения ее плоскостности и уменьшения серповидности.
При холодной прокатке важнейшее значение имеет возможность регулирования геометрии раствора валков, которая определяет плоскостность и форму поперечного сечения полосы.
Новая технология 6-high 3C предусматривает в 6-валковой клети кроме прогиба рабочих и промежуточных валков, смещения рабочего валка и регулируемого по длине охлаждения рабочих валков, перекрещивание промежуточных валков. Перекрещивание промежуточных валков может осуществляться в процессе прокатки. При этом изменяются условия контакта промежуточного валка с рабочим и опорным валками, которые можно рассматривать как эквивалент использования промежуточных валков с параболическим профилем бочки.
В клети 6-high 3C можно менять эквивалентный профиль бочки промежуточного валка путем изменения угла пересечения, причем в динамическом режиме, что позволяет получать полосу высокого качества по ее геометрии при использовании одного профиля валков для широкого диапазона параметров полосы.
В известных 6-валковых клетях при смещении промежуточного валка распределение контактных напряжений между промежуточным и опорным валками становится несимметричным, что сокращает срок службы валков. В системе 6-high 3C распределение контактных напряжений между валками всегда остается симметричным.
Оптимальное использование технологии 6-high 3C обеспечивается двухуровневой системой автоматизации и регулирования Hi PAC. Технология 6-high 3C позволяет снизить себестоимость продукции, например, для непрерывного 5-клетевого стана холодной прокатки производительностью 1 млн т/год - от 1,5 до 3,5 долл. США (в ценах 2005 г.) на тонну проката.
Прогнозируется, что в XXI веке получат распространение микрометаллургические заводы производительностью 3 - 30 тыс. т/год, которые могут решить проблему рационального снабжения металлопродукцией удаленных регионов, что актуально для России. Для микрозаводов разрабатываются технологии и оборудование для получения проката преимущественно мелких сечений с деформациями, необходимыми для проработки структуры и достижения заданных свойств.
Основными направлениями развития современных мелкосортных и проволочных станов являются [2]:
- увеличение размеров и массы исходных заготовок, конечной скорости прокатки;
- совмещение процесса литья заготовки с прокаткой;
- расширение сортамента продукции и повышение технологической гибкости прокатных станов;
- увеличение точности размеров прокатываемых профилей;
- повышение механических свойств проката в результате применения специальных температурных режимов деформации и регулируемого охлаждения;
- использование агрегатов высокого обжатия (компактных черновых блоков клетей с консольными валками, планетарных косовалковых станов и др.), рабочих клетей жесткой бесстанинной конструкции, трехвалковых клетей с тремя приводными валками, чистовых блоков клетей, средств непрерывного контроля качества продукции.
Широко используемая арматурная сталь для железобетонных конструкций является одним из видов проката, объемы производства и потребление которого не уменьшаются, а требования к его качеству непрерывно возрастают. Основными тенденциями развития производства арматурной стали для обычных железобетонных конструкций являются:
- повышение прочностных свойств до уровня 500 Н/мм2;
- обеспечение гарантированной свариваемости благодаря ограничению содержания углерода до 0,24% и углеродного эквивалента Cэк до 0,52%;
- полная унификация, т.е. переход на единый класс арматуры B500 по EN 10080 (EC);
- повышение надежности, долговечности и улучшение совместной работы арматуры и бетона в результате улучшения качества стали и перехода на единый (серповидный) профиль.
В области сортопрокатного производства решение проблемы энерго- и материалоемкости осуществляется за счет внедрения систем технологий, направленных на реализацию принципа "бесконечности", а также внедрение элементов системы, связанных с низкотемпературным нагревом и прокаткой. При этом важнейшими затратами являются тепловая энергия и потери на окалину и угар металла. Именно на минимизацию этих затрат в совокупности направлен процесс низкотемпературного нагрева.
Процесс бесконечной прокатки сварных заготовок (EWR) позволяет увеличить часовую производительность, стабилизировать качество продукции, увеличить выход годного продукта. Сварочная машина устанавливается на тележке с приводом, перемещающейся по рельсам. Она может сваривать стальные заготовки любого профиля размерами от 100 x 100 мм до 200 x 200 мм. Программа сварки выбирается в соответствии с маркой стали заготовки и температурой. Цикл сварки длится около 25 с для заготовок 130 x 130 мм, причем из них 7 с составляет чистое время оплавления. По окончании сварки производится снятие грата.
Концы заготовок фиксируются между двумя зажимными устройствами в процессе движения машины со скоростью прокатки в первой клети, и выполняется стыковая сварка оплавлением. Зажимные устройства имеют систему охлаждения и гидропривод. Положение первого зажимного устройства можно регулировать, чтобы обеспечить автоматическое выравнивание заготовок в процессе сварки. В ходе стыковой сварки сначала происходит нагрев торцов двух заготовок до их оплавления, а затем производится их сварка путем прижатия друг к другу с большим усилием. Как следствие фазы сжатия происходит выдавливание расплавленного металла из соединения поверхностей, что улучшает качество металла в зоне.
Технология EWR может применяться как на новых предприятиях, так и при модернизации и переоборудовании имеющихся установок.
К сортовому прокату для армирования, поставляемому в виде бунтов, в настоящее время предъявляются следующие требования:
- предел текучести не менее 500 МПа;
- относительное удлинение не менее 12%;
- хорошая свариваемость при содержании углерода не менее 0,4%;
- вес бунта до 3 т;
- диаметр проката до 25 мм.
Для производства арматурной стали разработан процесс QTR, при использовании которого приведенные выше свойства можно придать прокату любого диаметра из стали химическим составом: углерод 0,18 - 0,24%; марганец 0,60 - 0,80%; кремний 0,15 - 0,30% [2].
Из рисунка 6.6 видно, что для реализации процесса QTR необходимо следующее оборудование: дополнительная водяная камера для обеспечения требуемой продолжительности закалки и промежуточные тянущие ролики для обеспечения охлаждения головной и хвостовой частей заготовки.
I. Расположение оборудования при традиционной технологии
II. Расположение оборудования для осуществления технологии QTR
III. Использование линии QTR в рамках традиционной технологии
 - 4 - 5 - 6 |  - 7 - 8 |
1 - закалка; 2 - отпуск; 3 - не используется; 4 - чистовой
блок; 5 - стандартная водяная камера; 6 - дополнительная
водяная камера для QTR; 7 - тянущие ролики;
8 - головка для укладывания витков
Процесс QTR предназначен для:
- создания на поверхности проката мартенситного слоя заданной глубины путем частичной закалки в воде;
- отпуска образовавшегося на поверхности мартенсита, благодаря распространению остаточного тепла от сердцевины к поверхности во время заключительного охлаждения на воздухе.
В соответствии с технологией QTR прокат, выходящий из последней клети, подвергается специальной термической обработке, включающей три стадии.
Первая стадия заключается в резком охлаждении водой на выходе проката из последней чистовой клети для получения поверхностного слоя мартенсита.
На второй стадии прокат выходит из линии закалки в воде и подвергается воздействию воздуха. Тепло из горячей сердцевины проката нагревает закаленную поверхность, и мартенсит, образовавшийся на первой стадии, подвергается самоотпуску, что обеспечивает достаточную пластичность при высоком пределе текучести.
На третьей стадии осуществляется окончательное охлаждение проката. Предварительная камера перед чистовым блоком используется для выбора заранее заданной и равномерной температуры проката в диапазоне 880 °C - 950 °C в зависимости от его диаметра на входе в чистовой блок.
Тянущие ролики поддерживают натяжение при прохождении проката через водяные камеры и обеспечивают равномерность охлаждения по длине и сечению. Охлаждающая способность сопел межклетевого охлаждения регулируется индивидуально при помощи клапанов с отражением соответствующих данных на дисплее главного пульта управления.
Линия закалки за чистовым блоком включает ряд камер водяного охлаждения, расположенных между чистовым блоком и головкой для укладывания витков. Первые камеры используются для резкого охлаждения поверхности проката на выходе из чистового блока. Каждая камера водяного охлаждения состоит из ряда полых охлаждающих элементов, в которые через кольцеобразное сопло подается вода под высоким давлением.
В каждой камере имеются также противоточные устройства, питаемые водой под высоким давлением, и осушительные устройства, в которых с помощью сжатого воздуха полностью удаляются с поверхности проката остатки воды.
Процесс QTR осуществляется на оборудовании, разработанном таким образом, чтобы производить обработку всего бунта, включая передний и задний концы. Благодаря этому, выход годного увеличивается более чем на 1%, что достигается, в частности, применением промежуточных тянущих роликов, сопел новой конструкции для водяного охлаждения и головки для укладывания витков новейшей конструкции.
Применение метода QTR позволяет увеличить предел текучести проката на 100 - 150 МПа без необходимости холодной обработки давлением, повышает однородность и воспроизводимость механических свойств проката.
Сущность технологии поточной термической обработки проката THERMEX состоит в следующем. Сразу за последней прокатной клетью сортовой прокат проходит через систему охлаждения THERMEX, где происходит кратковременное и интенсивное охлаждение его поверхности.
Так как снижение температуры происходит со скоростью, которая выше, чем критическая скорость при закалке на мартенсит, то поверхностный слой проката упрочняется, а сердцевина остается аустенитной. После этого интенсивного охлаждения прокат подвергается воздействию воздуха, и сердцевина нагревает закаленный поверхностный слой. Таким образом происходит отпуск мартенсита. Когда прокат поступает на холодильник, остаточный аустенит превращается в мелкозернистую перлитную структуру [2].
По сравнению с другими системами охлаждения, в которых охлаждение происходит не так быстро, поверхностный слой отпущенного мартенсита является более тонким, но более прочным. Следовательно, при равенстве механических свойств (таких как предел текучести и предел прочности на растяжение) удлинение будет больше.
Геометрическая форма элементов THERMEX обеспечивает наиболее эффективное охлаждение проката по сравнению с известными в настоящее время устройствами (см. рисунок 6.7). Трубки Вентури, установленные последовательно с чередованием расширения/сужения под оптимальным углом, обеспечивают наивысшую скорость теплообмена между охлаждающей водой и перемещающимся прокатом. В зависимости от скорости и размеров проката в линию устанавливаются одна или несколько трубок разной длины. Внутри трубок вода течет в том же направлении, в котором перемещается прокат, но с более высокой скоростью, создавая эффект сопротивления. Благодаря этому отсутствует искривление проката в линии охлаждения.
1 - входная воронка; 2 - предварительная камера
для воздушной очистки; 3 - первый коллектор с соплами;
4 - второй коллектор с соплами; 5 - промежуточная трубка;
6 - спускная труба (свободный сток воды); 7 - камера
для регулирования стока; 8 - отклоняющая камера; 9 - подача
воды под давлением; 10 - обратная труба; 11 - подача сжатого
воздуха или воды под давлением для отклонения воды
Примером производства термоупрочненного проката служит линия получения катанки, установленная в Швейцарии. Расстояния между центрами клетей выбраны с таким расчетом, чтобы можно было установить систему для эффективного охлаждения между ними.
Температура на входе в блок поддерживается на одном уровне и не меняется при увеличении скорости прокатки. Круглый прокат диаметром 5,5 - 18 мм получают в виде бунтов весом до 2,5 т. Скорость прокатки составляет 100 м/с, производительность - 100 т/ч.
Благодаря прочной конструкции и определенному расположению клетей чистового блока полностью исключаются колебания катанки при высокой скорости.
Система первичного охлаждения предназначена как для обработки катанки для волочения проволоки, так и для производства арматурного профиля диаметром до 14 мм в бунтах.
Благодаря использованию специальной технологии термической обработки достигаются значения предела текучести выше 500 Н/мм2 и величины относительного удлинения 28%.
Расстояние от блока до устройства для формирования витков точно определено с учетом поточной термической обработки катанки и высокой скорости ведения процесса. Благодаря использованию специального оборудования для охлаждения проката линия охлаждения имеет небольшую длину, что способствует снижению до минимума искривления проката между блоком и устройством для формирования витков, несмотря на высокие скорости прокатки.
На первом участке естественного воздушного охлаждения витков возможно как замедленное, так и принудительное охлаждение. Скорость охлаждения - 1 °C - 10 °C/с.
Витки свободно падают между первым участком медленного охлаждения и следующим участком. Это обеспечивает лучшее распределение витков и облегчает манипуляции на участке формирования бунтов массой до 2,5 т, которые затем перемещаются на участок, где производится обрезка переднего и заднего конца, обвязка бунтов.
Процесс волочения в монолитных волоках характеризуется рядом недостатков: существенные затраты на подготовку поверхности исходной заготовки; необходимость использования дорогостоящих смазок; низкая стойкость и высокая трудоемкость изготовления рабочего инструмента, в особенности при производстве фасонных профилей; невозможность получения профилей с малыми радиусами закругления; недостаточная проработка поперечного сечения деформируемого металла, полученного литейными методами.
Одним из наиболее перспективных процессов производства проволочной металлопродукции является волочение в роликовых волоках (клетях с неприводными валками-роликами).
В настоящее время роликовые волоки находят применение при производстве проволоки различного назначения в широком диапазоне профилеразмеров сечений, причем наибольшее распространение они получили при волочении прямоугольных, трапециевидных профилей и проволоки для армирования железобетонных изделий. Большой практический интерес, проявляемый к волочению в роликовых волоках, обусловлен рядом преимуществ данного способа, сочетающего в себе особенности процессов волочения и прокатки. Более благоприятная схема напряженного состояния позволяет осуществлять деформацию материалов с пониженными пластическими свойствами, что важно при обработке труднодеформируемых металлов и сплавов. Другое достоинство - меньшие затраты на изготовление рабочего инструмента, особенно при производстве сложных фасонных профилей.
Применение роликовых волок позволяет свести к минимуму расходы на подготовку заготовки к волочению, ограничиваясь очисткой поверхности металла от окалины. Применение роликовых волок позволяет существенно уменьшить объем операций химической обработки поверхности проволоки перед волочением (травление, нанесение подсмазочных покрытий), что благоприятно отражается на количестве выбросов в атмосферу цеха, образующихся при обработке проволоки в ваннах с различными кислотными или щелочными растворами. Процесс роликового волочения можно проводить с использованием в качестве технологической смазки наиболее дешевых материалов, вплоть до масляно-водяной эмульсии, которая одновременно охлаждает рабочий инструмент.
В ряде случаев для достижения требуемой эффективности производства волочение в роликовых волоках используют в совокупности с процессами прокатки и волочения в монолитных волоках.
В настоящее время роликовые волоки выпускаются различными зарубежными фирмами Великобритании, США, Германии, Японии и Швеции, причем наибольшее распространение получили клети с четырехроликовой сборкой калибра.
На отечественных заводах нашли применение роликовые волочильные станы ВФР-4, ВФР-36 и ВФР-196 конструкции ВНИИметмаш. Комплекс оборудования стана включает: размоточные фигурки, стыкосварочный аппарат с гратоснимателем, одну или две четырехроликовых волоки, тянущее устройство горизонтального типа, намоточную фигурку (для приема бунтов), две машины для правки в двух плоскостях, летучие ножницы и приемный карман (для приема прутков). Магнитогорским государственным техническим университетом (МГТУ) и НИИметиз разработаны роликовые волоки с поступательной связью осей роликов. Эти волоки хорошо зарекомендовали себя при производстве прутков и проволоки фасонного сечения.
Основной объем производимой проволоки приходится на проволоку круглого поперечного сечения, для получения которой используются волоки со смещенными парами вертикальных и горизонтальных роликов, установленных в одном корпусе (их иногда называют сдвоенные роликовые волоки). Наиболее известны во всем мире рычажные роликовые волоки, разработанные в Японии. В отечественном волочильном производстве имеются примеры применения волок со смещенными парами роликов, разработанных в Южно-Уральском государственном университете (ЮУрГУ, г. Челябинск). Данные волоки успешно использовались в линиях калибровки стальной катанки для изготовления канатной проволоки на Магнитогорском калибровочном заводе. В линию перед роликовой волокой устанавливали окалиноломатель или иглофрезерное устройство, волочению подвергали катанку без предварительной подготовки поверхности, полученную калиброванную проволоку затем подвергали патентированию и многократному волочению на готовый размер. Волоки со смещенными парами роликов конструкции ЮУрГУ эффективно применялись при изготовлении проволоки для обвязки бунтов (Челябинский металлургический комбинат), проволоки квадратного сечения для гвоздей (Вяртсильский метизный завод), калиброванных прутков шестигранного сечения из высокоуглеродистых и легированных сталей (Златоустовский металлургический завод).
В Челябинске разработана также серия конструкций рычажных роликовых волок для изготовления стальной проволоки круглого сечения диаметром 1,0 - 7,0 мм, на базе которых создана инновационная технология переработки полосовой обрези [7]. Данная технология реализована на одном из малых предприятий и предусматривает продольную резку полосовой обрези на отдельные длинномерные заготовки, которые сваривают в торец и подвергают волочению в роликовой волоке в проволоку круглого сечения. Полученная проволока, в том числе из коррозионностойкой стали, используется для изготовления сетки или в качестве обвязочной проволоки.
Совмещение в один технологический поток двух и более технологических операций обработки проволоки позволяет значительно сократить удельные расходы основных и вспомогательных материалов, энергозатраты, трудовые затраты и в настоящее время является одним из основных направлений повышения производительности проволочно-волочильного производства в целом.
Для возможности совмещения отдельных технологических операций в общий поток необходимо время каждой технологической операции в отдельности привести к общей скорости всего технологического потока.
В современном проволочно-волочильном производстве многие технологические операции стремятся объединить в общий технологический поток.
Волочение - отжиг (отжиг - волочение) проволоки. Совмещение этих операций достаточно хорошо отработано для проволоки из цветных металлов. Имеются перспективные разработки и для проволоки из стали, в том числе нержавеющей. Волочильное оборудование с пристроенными электроконтактными печами, выпускаемое многими зарубежными фирмами, позволяет осуществлять эти совмещенные операции с общей скоростью 3000 м/мин и более.
Механическое удаление окалины - нанесение подсмазочного слоя - волочение. Совмещение указанных операций эффективно для ускоренно-охлажденной с прокатного нагрева низкоуглеродистой катанки, поверхность которой имеет пониженное содержание окалины. В этом случае становится целесообразным использование роликовых волок для первого прохода волочения, где после механической очистки возможно присутствие до 5% - 10% остаточной окалины на поверхности катанки.
В настоящее время широко используются поточные агрегаты термической обработки, химического травления и подготовки поверхности к волочению, поточные линии патентирования, горячего оцинкования и подготовки поверхности проволоки к волочению и др. На Магнитогорском калибровочном заводе освоена новая технология производства высокоуглеродистой проволоки с блестящим цинковым покрытием. Реализация технологии выполнена с использованием линии оцинкования (FIB), позволяющей производить высококачественную горячеоцинкованную проволоку диаметром 1,4 - 4.5 мм с равномерным блестящим цинковым покрытием на катушках или в бунтах [8].
К основным преимуществам технологии изготовления горячеоцинкованной проволоки с блестящим покрытием фирмы FIB можно отнести совмещение процессов патентирования, отжига и оцинкования, благодаря чему обеспечивается требуемый уровень механических свойств в горячеоцинкованной проволоке и существенно повышается качество цинкового покрытия за счет лучшей подготовки поверхности металла и регулируемой величины цинкового покрытия.
Технологический процесс состоит из следующих основных операций. Проволока поступает в печь отжига фирмы FIB с прямым газовым нагревом импульсными горелками, которая разделена на участки предварительного и основного нагрева, характеризующиеся различной температурой и атмосферой. На участке предварительного нагрева проволока нагревается посредством прямого контакта с горячими парами воздуха, воздействующими на проволоку под углом. Далее на участке основного нагрева проволока разогревается до температуры отжига и остается при такой температуре для получения однородной структуры. На первом участке (со стороны входа проволоки в печь) для расплавления волочильной смазки атмосфера поддерживается нейтральной или слабо окислительной. На втором участке атмосфера нейтральная. В зависимости от сортамента печь может быть использована как для аустенизации, так и для отжига. После аустенизации проволока поступает в свинцовую ванну для закалки.
Далее проволока подвергается солянокислому травлению (Tornado) при температуре до 60 °C с последующей промывкой. Для сокращения попаданий кислоты в отсек промывки за секцией с кислотой следует внутренний воздушный обтир с каплеотбойником и вентилятором. После чего осуществляется флюсование и сушка горячим воздухом.
Подготовленная проволока поступает в ванну оцинкования. Разогрев цинка до требуемой температуры осуществляется при помощи погружных горелок. При выходе из цинковой ванны проволока проходит через обтирочное устройство, контролирующее цинковое покрытие, используется как наклонный механический обтир, так и динамический обтир азотом (газовый "нож").
После охлаждения оцинкованная проволока подвергается вощению и наматывается на катушки. Скорость обработки проволоки в агрегате регулируется в зависимости от производимой продукции.
Ключевыми тенденциями при совершенствовании существующих, разработке новых технологий производства горячедеформированных труб является автоматизация технологических процессов, внедрение оборудования бесконтактного контроля геометрических параметров, формы и качества поверхности труб в процессе их производства, использование систем планирования, контроля и управления производственными процессами на основе контроля технологических параметров и качественных характеристик производимой продукции.
Ведущими машиностроительными компаниями Европы и России ведутся разработки и представлены на рынке высокопроизводительные двухвалковые прошивные станы винтовой прокатки, в том числе с направляющими приводными дисками, многоклетьевые раскатные непрерывные прокатные станы продольной прокатки труб, многоклетьевые калибровочные станы [9], [10].
Новые технологии производства горячекатаных труб обеспечивают:
- производство труб с более тонкими стенками;
- обеспечение более жестких допусков по толщине стенки и диаметру труб;
- обеспечение высокого качества наружной и внутренней поверхности труб;
- снижение производственных затрат за счет повышения производительности, увеличения выхода годной продукции, повышения стойкости технологического инструмента.
Представляет интерес концепция четырехвалковых станов продольной прокатки - FRT (four roll technology) [11]. В основу технологии заложена новая клеть с четырьмя приводными валками, в которой производят редуцирование трубы по внешнему диаметру одновременно с изменением толщины стенки. Основными областями применения новых клетей подобной конструкции при производстве бесшовных труб являются следующие трубопрокатные станы:
- калибровочные станы;
- редукционно-растяжные станы;
- оправкоизвлекатели (в линии непрерывных станов с удерживаемой оправкой).
Во всех этих станах клети FRT могут заменить традиционные двухвалковые и хорошо зарекомендовавшие себя трехвалковые клети, так как имеют лучшие технологические характеристики. В частности, стан с клетями FRT теоретически способен обеспечивать следующие преимущества:
- прокатка труб с более жесткими допусками (на внешний диаметр и толщину стенки);
- возможность прокатки материалов с более высокими прочностными характеристиками;
- минимальный эффект полигонизации внутренней поверхности;
- значительное сокращение расходов на технологический инструмент благодаря уменьшенному износу валков.
НИТУ "МИСиС" совместно с ОАО "ЭЗТМ" была разработана и внедрена на предприятиях РФ концепция минитрубопрокатных агрегатов на основе станов винтовой прокатки [12]. Новая перспективная технология производства бесшовных труб включает следующие технологические операции:
- раскрой исходных заготовок на мерные длины дисковой пилой;
- нанесение сверлением центрирующего углубления на передний торец заготовки в холодном состоянии;
- нагрев заготовок в газовой печи с шагающими балками;
- прошивку заготовки в двухвалковом стане винтовой прокатки с использованием линеек в качестве направляющего инструмента;
- раскатку гильзы в этом же стане на короткой конической оправке;
- калибрование полученной черновой трубы по диаметру в трехвалковом стане винтовой - прокатки с одновременной правкой;
- контролируемое охлаждение трубы.
Преимуществами разработанной технологии являются: короткие сроки изготовления технологического оборудования, низкая энергоемкость оборудования и технологического процесса в целом, универсальность технологического процесса, малый объем и масса оборудования и технологического инструмента, высокое качество геометрических параметров в связи с использованием станов винтовой прокатки, низкие затраты на технологический инструмент.
Представляет интерес технология двойной винтовой прошивки, применяемая при изготовлении труб из малопластичных высоколегированных и коррозионностойких сталей. Согласно этой технологии, при первой прошивке получают толстостенную гильзу, а при последующей прошивке - более тонкостенную. Вторая прошивка необходима для расширения гильзы (значительного подъема наружного диаметра гильзы). Использование двойной прошивки требует установки дополнительного оборудования (еще одного прошивного стана) и, как правило, введения дополнительной технологической операции (подогрева гильзы перед раскатным станом).
В качестве одного из прошивных станов, первого по ходу технологического цикла, может быть использован стан винтовой прокатки с трехвалковой (по типу клети стана Ассела) клетью с перемещаемым прошивным устройством, которая может работать в режиме прошивки и в режиме обкатки непрерывнолитой заготовки (в этом случае прошивное устройство отводится в сторону [13].
Компания SMS Meer разработала новую технологию INCOAT, обеспечивающую сдерживание начального этапа активного окалинообразования на внутренней поверхности гильз в процессе прошивки заготовок в линии ТПА с непрерывным станом. Данная технология и соответствующее оборудование обеспечивают автоматическое вдувание в процессе прошивки через отверстия в адаптере стержня прошивного стана в полость гильзы порошкового (дезоксидирующего) материала, тем самым предотвращающая образование окалины и обеспечивая точную дозировку технологического материала, а также возможность регулирования толщины создаваемого покрытия на внутренней поверхности гильз. Данная технология позволяет исключить использование отдельной операции обработки внутренней поверхности гильзы дезоксидирующим материалом, тем самым сократить время и уменьшить температуру гильзы при ее транспортировке к непрерывному стану, обеспечить повышение энергоэффективности процесса прокатки, улучшение качества производимой продукции и повышение стойкости технологического инструмента [14].
В США разработана технологическая схема прокатки труб, включающая прошивку заготовки на двухвалковом стане винтовой прокатки и раскатку на двухвалковом стане-элонгаторе с двумя приводными дисками на удерживаемой оправке. Такой тип стана-элонгатора получил название Accy-Roll.
Два приводных диска большого диаметра облегчают захват гильзы валками, а также способствуют получению черновых труб точных размеров с очень малыми допусками по внутреннему диаметру и с уменьшенной поперечной разнотолщинностью стенки.
На стане Accy-Roll прокатывают трубы с соотношением размеров наружного диаметра и толщины стенки D/S = 4 - 40 высокого качества по наружной поверхности и минимальными потерями на обрезь. Валки стана расположены в горизонтальной плоскости, их оси развернуты на угол раскатки, что улучшает условия деформирования металла, обеспечивает более стабильное положение оправки и, следовательно, раскатку гильз с меньшими допусками по толщине стенки. Использование удерживаемой оправки в стане Accy-Roll вместо плавающей оправки на стане Дишера значительно расширяет сортамент выпускаемых труб.
Для редуцирования предлагается использовать четырехвалковые клети, что позволяет уменьшить разнотолщинность стенки труб и уменьшить количество клетей редукционно-растяжного стана.
За рубежом все большее значение при строительстве трубных цехов средней мощности приобретают ТПА с реечным станом, позволяющие получать трубы диаметром до 193 мм, с допуском по толщине стенки в диапазоне 7% - 8%. В настоящее время в мире эксплуатируется более 30 ТПА с реечными станами [15].
Процесс раскатки в реечном стане происходит путем проталкивания гильзы на оправке через ряд неприводных клетей с многороликовыми (как правило, трехроликовыми) калибрами, диаметр которых последовательно уменьшается.
На ТПА традиционного типа в реечных станах проталкивание гильзы происходило в обоймах из волочильных колец; квадратная катаная заготовка прошивалась на вертикальном прессе в круглую гильзу с дном ("стакан"). Современный способ производства труб в линии ТПА с реечным станом был разработан в Германии. Новый процесс получил наименование CPE (Cross Piercing Elongator). По данной схеме круглую непрерывно-литую или катаную заготовку нагревают в кольцевой печи и прошивают в двухвалковом стане винтовой прокатки с приводными дисками. Затем на прессе производят отбортовку переднего конца гильзы, в гильзу вводят длинную оправку, после чего гильзу с оправкой проталкивают в реечном стане через трех- или четырехроликовые калибры, производят обкатку трубы с оправкой с целью последующего извлечения оправки, подогрев и редуцирование (или калибрование) труб на готовый размер.
Основным достоинством процесса CPE являются высокое качество наружной и внутренней поверхности труб, получение жестких допусков труб по толщине стенки (до +/- 5...6%) и диаметру, низкие затраты на технологический инструмент. Производительность трубопрокатного агрегата при этом может достигать 400 - 500 тыс. тонн в год. По технологической схеме CPE работают ТПА на заводах в Румынии, Испании, Германии, США, Австрии и др.
Основными направлениями развития производства холоднодеформированных труб являются:
- повышение точности геометрических размеров труб и достижение требуемых механических свойств;
- улучшение качества поверхности (снижение шероховатости, наличие антикоррозионных покрытий);
- обеспечение возможности получения длинномерных труб.
В современном производстве холоднодеформированных труб можно выделить ряд общих тенденций: максимальную автоматизацию технологического процесса и воспроизводимость его основных параметров; широкое использование поточных линий; повышение требований к качеству горячедеформированной заготовки, применение безокислительной термической обработки и переход на жидкие технологические смазки [16]. Последняя тенденция является исключительно важной с точки зрения снижения воздействия вредных факторов как в рабочей зоне цехов по производству холоднодеформированных труб, так и на окружающую среду.
Исходя из этого, наибольшее распространение получают технологические схемы, предполагающие следующие мероприятия.
- Разрезка заготовки для холодного передела по весу и порезка труб непосредственно в линии современных стан холодной прокатки труб (ХПТ) или волочильных станов.
- Прокатка труб с использованием быстроходных длинноходовых, высокоточных станов холодной прокатки с подачей на валки и оправки смазочно-охлаждающей жидкости на основе минеральных и синтетических масел с противозадирными добавками, что позволяет прокатывать заготовки без подсмазочного покрытия, отказаться от традиционных пастообразных смазок на основе графита и существенно улучшить экологическую обстановку цеха по изготовлению холоднодеформированных труб. Ведущими изготовителями станов ХПТ в РФ являются АХК "ВНИИМЕТМАШ" (г. Москва) и ОАО "ЭЗТМ" (г. Электросталь), а за рубежом - концерн SMS Meer GmbH (Германия), производящий станы типа KPW (аналоги отечественных станов ХПТ). Использование поточных линий очистки поверхности труб от остатков смазки, безокислительной термической обработки (как правило, в среде чистого водорода или смеси водорода и азота), правки, шлифования, полирования, в том числе электрохимическим способом, неразрушающего контроля.
Очистку труб от остатков СОЖ в линии стана ХПТ производят струйно-циркуляционным способом по двухкаскадной схеме путем их мойки водным раствором моющего препарата, окончательной промывки обессоленной водой с сушкой очищенным горячим воздухом. Для предотвращения вредного воздействия на водный бассейн и уменьшения расхода компонентов моющего раствора и воды установку для очистки труб комплектуют системой регенерации с замкнутым циклом циркуляции моющего раствора и промывной воды без каких-либо стоков.
В цехе изготовления холоднодеформированных труб из коррозионностойких сталей одного из ведущих украинских предприятий смазку с наружной поверхности удаляют, пропуская готовую трубу через трехкамерный моечный агрегат для очистки труб: в грязном, чистом моющих растворах и в горячей воде. С внутренней поверхности готовых труб смазка удаляется струйным методом посредством подачи моющего раствора на внутреннюю поверхность под давлением около 0,4 МПа через сопла, герметично состыкованные с торцами обрабатываемых труб, с последующей промывкой горячей водой и продувкой горячим воздухом. На этой установке возможно удаление смазки на трубах с внутренним диаметром 10 - 32 мм, длиной до 26 м, с производительностью до 350 м/ч.
Для промывки наружной поверхности труб эффективно использовать установку для ультразвуковой промывки НО-113 российского производства, предназначенную для промывки наружной поверхности труб диаметром от 12 до 63,5 мм и достаточно просто встраиваемую в производственную линию. Промывка происходит в ультразвуковом модуле, куда подается проточная вода со щелочными добавками, подогретая водонагревателем.
Для очистки внутренней поверхности труб от остатков СОЖ и ее просушивания целесообразно использовать оборудование для продувки внутреннего канала трубы с применением специальных пыжей.
- Волочение на жидких реактивных смазках в один или максимум в два прохода, из которых первый (заготовительный) осуществляется на длинной оправке. Реактивная смазка также удаляется обезжириванием в линии стана или сгорает без образования копоти в нагревательной печи.
- Формирование волочильных головок труб холодной ковкой.
- Применение бухтового волочения бесшовных труб. Данное техническое решение позволяет не только производить длинномерные трубы (до 60 м), но также экономить металл, энергию, время.
- Использование технологии безокислительной термической обработки, обеспечивающей требуемое качество труб и исключающей необходимость проведения экологически вредных операций химической обработки (травления, пассивации и др.). Данный способ термической обработки обеспечивает сохранение достигнутого при прокатке высокого качества поверхности трубы. Кроме того, вращающаяся труба выходит из печи практически ровной, поэтому исключается появление на ней участков с повышенными, выходящими за узкие пределы норм, механическими свойствами из-за наклепа металла при правке.
Исследования влияния защитной газовой среды при термической обработке в проходной электрической печи аустенитных марок коррозионностойкой стали на газонасыщенность и коррозионные свойства металла [17] показали, что наилучшей защитной средой при проведении светлого отжига является чистый водород. Это обстоятельство учтено при разработке конструкции печи с роликовым подом LOI, установленной на одном из украинских предприятий. Преимуществами процесса термической обработки в печи данной конструкции являются:
- Точный контроль регулировки температуры. Излучающие трубки располагаются выше и ниже транспортировочных роликов печи на оптимальном расстоянии между роликами, что обеспечивает точность контроля регулировки температуры в печи. Нагрев излучающих трубок осуществляется газовыми горелками или при помощи электрического сопротивления с тиристорным контролем. Высокая степень изоляции корпуса печи обеспечивает перепад температуры не более +/- 5 °C. Это позволяет производить равномерный отжиг труб без заметного увеличения зернистости стали или возникновения новых интерметаллических фаз.
- В процессе деформации в металле труб возникают интерметаллические, карбидные и азотные фазы, которые уменьшают пластичность и коррозионную стойкость нержавеющих труб. Поэтому вариант отжига труб с последующим быстрым их охлаждением необходим для получения продукции высокого качества, кроме того, на поверхности труб после светлого отжига не должно быть окислений. Быстрое охлаждение металла труб может быть достигнуто при водном охлаждении, что несовместимо со светлым отжигом, поэтому используют газовое охлаждение. Наилучшим газом для охлаждения нержавеющих труб является водород, и это одна из причин, по которой он используется для создания защитной атмосферы печи. В охладителе печи скорость газа увеличивается за счет особенного устройства Jet Cooler (струйного охладителя), позволяющего менять скорость подачи газа, что важно при изменении сечения обрабатываемых труб.
- Использование в качестве рабочей атмосферы водорода предотвращает окисление поверхности трубы. Кроме того, поток газа удаляет всякое остаточное загрязнение труб после предыдущих процессов. Все открытые узлы печи, такие как фланцы радиантных труб, подшипники и др. имеют газонепроницаемое исполнение для предотвращения попадания воздуха, воды и отработанных газов в печь. Для предотвращения загрязнения под действием углерода термообрабатываемых в печи труб все ролики изготовлены из нержавеющей стали, остальные части печи имеют специальное покрытие.
Новый вариант печи LOI оптимизирован с целью максимального снижения производственных затрат: потребления водорода, энергетических затрат, снижения количества быстроизнашивающихся деталей и внеплановых простоев. Техническое обслуживание газовых горелок может проводиться во время работы печи путем остановки работы соответствующей горелки. Электрические нагревательные элементы также могут быть заменены без остановки печи и остановки процесса охлаждения, тогда как старый дизайн с нагревом при помощи молибденовых нагревательных элементов предполагал необходимость медленного охлаждения печи под защитной атмосферой перед проникновением обслуживающего персонала внутрь печи и заменой нагревательных элементов с последующим разогревом и контролем атмосферы печи. Время остановки печи сокращается с 2 недель до 3 дней - в зависимости от характера возникшей проблемы. Общеизвестным фактом является то, что водород взрывоопасен, поэтому применительно к данной печи внедрены стандартные процедуры для повышения безопасности печи до максимального уровня.
- Использование автоматизированных поточных линий беспыльной порезки труб, шлифования и автоматизированной правки труб.
Предпочтительно использовать правильные машины, имеющие при высоких эксплуатационных характеристиках эффективную компьютерную систему, обеспечивающую быструю и точную настройку машин, что очень важно в условиях частых переходов с одного размера обрабатываемой трубы на другой.
Для обработки поверхности труб эффективно использовать бесцентровые шлифовально-полировальные комплексы, например, комплекс модели RPS 374 (Германия), являющейся одним из лидеров этого сегмента станкостроительного рынка. Этот комплекс включает 12-станционный станок с 8 шлифовальными станциями и 4 полировальными станциями, в линии с автоматической упаковкой и накопителем труб весом до 1 т. Комплекс имеет автоматическую наладку и систему компенсации для автоматизированного режима работы. Комплекс обеспечивает декоративное шлифование, обдирку, предварительное шлифование под УЗК, удаление дефектов, удаление нанесенных покрытий, полировку труб диаметром 10 - 80 мм из нержавеющей стали с возможностью достижения частоты поверхности до Ra = 0,04 мкм бесцентровым способом за один проход.
- Придание трубам формы, требуемой заказчиком (например, U- или W-образная форма труб для атомного машиностроения).
За счет безостаточного раскроя длинномерных труб на короткие длины достигается дополнительная существенная экономия металла, уходящего в неизбежную концевую обрезь, при изготовлении коротких труб.
Необходимо отметить, что отдельные из описанных выше мероприятий по созданию современной технологии изготовления длинномерных труб повышенного качества с элементами поточности реализованы в условиях ООО "ТМК-ИНОКС".
Изготовление холоднодеформированных труб из коррозионностойких, сложно-легированных сталей и сплавов характеризуется формированием значительного количества отходов металла на всех этапах технологии. Эффективность переработки этих отходов может быть значительно повышена путем внедрения технологии изготовления передельных труб-заготовок, предусматривающей использование центробежного литья заготовок. В этом случае образующиеся отходы не отправляют в сталеплавильный цех по традиционной схеме, а перерабатывают на специальном участке, оснащенном небольшой по массе садки (5 - 10 т) электросталеплавильной печью, машиной центробежного литья заготовки и оборудованием для ее механической обработки. Опыт холодной прокатки центробежно-литой заготовки показал, что для лучшего качества холоднодеформированных труб литая структура заготовки должна быть обязательно подвергнута горячей деформации [18]. Поэтому в состав участка по изготовлению центробежно-литой заготовки целесообразно включать нагревательное устройство и машину ротационной ковки, предусматривающую горячую деформацию полой литой заготовки на оправке. Проект такого участка был создан ОАО "Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности" (ОАО "РосНИТИ", г. Челябинск) в рамках выполнения НИОКР БОП-05-009 "Создание производства бесшовных и электросварных труб на базе нового поколения высокоэффективных сталей и сплавов" по государственному контракту N 8411.0816900.05.599.
В мировой трубной промышленности наметились следующие тенденции, определяющие направления ее развития:
- замена бесшовных труб сварными трубами;
- изготовление не трубы, а изделия, используемого потребителем с минимальной последующей обработкой;
- изменение структуры потребления сварных труб большого и среднего диаметров в сторону повышения прочностных характеристик, увеличения толщины стенки и ужесточения требований к их качеству.
Последняя тенденция в свою очередь требует:
- улучшения качества рулонного металла;
- освоения производства новых марок низколегированной стали повышенной прочности;
- совершенствования технологии сварки и оборудования для сварки и неразрушающего контроля,
- разработки трубосварочных агрегатов (ТЭСА) нового поколения.
Российскими и зарубежными производителями ведется активная работа по разработке как новых перспективных марок стали толстолистового проката для последующего производства ТБД, эксплуатируемых в сложных условиях (низкие температуры окружающей среды, высокие давления транспортируемых продуктов, применение в сейсмически неустойчивых районах, при строительстве подводных трубопроводов и пр.), так и по освоению производства новых марок керамического флюса, сварочной проволоки, используемых для сварки ТБД, полимерных материалов, применяемых в качестве покрытий для нанесения на наружную и внутреннюю поверхность ТБД [19], [20].
С целью повышения качества и механических характеристик сварного шва, уменьшения зоны термического влияния (ЗТВ) шва ТБД ведутся разработки и частично реализованы на практике технологии лазерной и гибридной сварки (см. рисунок 6.8), совмещающей процессы дуговой и лазерной сварки (гибридная лазерно-дуговая сварка) [21] - [24].
а) в среде защитного газа
б) под слоем флюса
1 - бункер для флюса; 2 - контактная трубка; 3 - флюс;
4 - жидкая ванна; 5 - твердый шлак; 6 - металл шва;
7 - проволочный электрод дуговой сварки под флюсом;
8 - полость шва с дугой; 9 - струя гелия; 10 - парогазовый
канал; 11 - жидкий шлак; 12 - плазма с парами металла;
13 - разделительная пластина; 14 - лазерный луч
гибридной лазерно-дуговой сварки
Главным достоинством гибридного процесса сварки перед дуговым и лазерным по отдельности является синергетический эффект, при котором достигается качественно новый результат при взаимном устранении недостатков составляющих процессов [21]. Достоинства и недостатки лазерной и дуговой сварки представлены в таблице 6.1.
Таблица 6.1
Вид сварки | Достоинства | Недостатки |
Лазерная сварка | Высокая концентрация энергии, дающая узкий и глубокий шов. Низкая погонная энергия процесса. Малый размер ЗТВ. Высокая стабильность процесса. Снижение издержек производства путем уменьшения разделки и, как следствие, снижение объема присадочного металла | Необходимая высокая точность сборки и наведения на стык. Значительная стоимость оборудования, его ремонта и сервисного обслуживания |
Дуговая сварка | Терпимость к зазору. Гораздо меньшие требования к точности сборки. Наличие присадочного материала. Сравнительно простой дешевый способ | Маленькая глубина проплавления. Большая погонная энергия, значительная ширина ЗТВ. Недостаточная стабильность по сравнению с гибридным и лазерным процессами |
В результате проведенных исследований и опытно-промышленных работ по использованию гибридной сварки достигнуто уменьшение ширины сварного шва в 2 - 3 раза, зоны термического влияния (ЗТВ) - в 4 - 5 раз, повышение ударной вязкости сварного соединения - на 200% - 300%, разрушение сварного соединения происходило по основному металлу [21].
Недостатком новой технологии гибридной сварки является усложнение процесса сварки ТБД в целом - при производстве труб взамен ранее применяемой технологии трехслойной сварки (технологический шов, внутренний и наружный рабочие швы) необходимо накладывать четыре шва (технологический шов, корневой шов способом гибридной сварки, внутренний и наружный рабочие швы).
Удельный расход энергоресурсов на действующих печах для нагрева слябов (или блюмов) составляет 85 - 100 кг усл. т/т, поскольку у этих печей, как правило, отсутствует автоматизированная система управления процессом, в результате чего не обеспечиваются современные требования к качеству их нагрева, что негативно сказывается на качестве металла при дальнейшей термообработке. Неудовлетворительная герметичность печи, а также неэффективная конструкция системы затворов являются причиной повышенного расхода топлива и выбросов продуктов горения в атмосферу цеха. Печи работают с большим избытком воздуха, нагрев металла в них характеризуется повышенным угаром металла. Действующие печи имеют низкий КПД, происходят значительные тепловые потери через корпус, в них отсутствует возможность эффективного регулирования коэффициента избытка воздуха.
Современные агрегаты имеют удельный расход энергоресурсов на 40% - 50% ниже, что составляет 50 - 55 кг усл. т/т. Такие показатели энергоэффективности обеспечиваются за счет:
- применения современных горелочных устройств;
- применения систем автоматизации;
- использования высокоэффективных изолирующих материалов футеровки;
- сокращения длительности нагрева заготовок;
- нагрева воздуха горения до 500 °C в рекуператоре;
- оптимального распределения тепловой мощности печи по зонам;
- обеспечения высокой газовой плотности печи;
- снижения угара металла до 0,7%;
- обеспечения равномерного нагрева слябов по толщине и ширине.
Технологическая схема процесса нагрева слябов в современной нагревательной печи следующая. Посад металла в печь осуществляется загрузочной машиной, которая перемещает слябы с рольганга подачи. Продвижение металла по печи осуществляется путем перемещения подвижных балок. Скорость движения металла в печи регулируется путем изменения интервалов движения между циклами перемещения подвижных балок и зависит от сортамента нагреваемого металла, а также количества работающих одновременно печей. Выдача слябов из печи осуществляется безударным способом с помощью специальной машины, которая перемещает слябы с балок печи на рольганг стана. Воздух подогревается в металлическом рекуператоре, расположенном в отдельном помещении. Воздух с помощью дутьевого вентилятора подается в рекуператор и по теплоизолированным воздухопроводам транспортируется к горелкам. Газ и воздух из общих трубопроводов подводятся к каждой зоне по зонным коллекторам, на которых установлены приборы измерения расхода и исполнительные механизмы регуляторов расходов.
Образовавшиеся при сжигании газа в сводовых горелках верхних зон продукты сгорания нагревают металл посредством прямого лучистого теплообмена, также продукты сгорания разогревают горелочные блоки, свод и стены печи, которые, в свою очередь, посредством косвенного радиационного теплообмена обогревают слябы в печи. Оптимальное сочетание расположения горелок на своде и расстояния между сводом и уровнем слябов обеспечивает интенсивный и равномерный нагрев слябов сверху. Факел, образующийся при сжигании топлива в горелках нижних зон, прямым лучистым теплообменом нагревает металл снизу и разогревает пол и стены печи, которые, в свою очередь, посредством косвенного радиационного теплообмена также нагревают металл.
Схема взаимного движения продуктов сгорания и металла - противоточная. Из зоны рекуперации продукты сгорания по трубопроводу продуктов сгорания подводятся к рекуператору, где нагревают воздух, затем по дымопроводу подаются на дымовую трубу и выбрасываются в атмосферу. Поворотный клапан установлен в дымопроводе между рекуператором и дымовой трубой и предназначен для регулирования давления в печи. Конструкция клапана - лепестковая, исключающая заклинивание при тепловом расширении. Вращение клапана обеспечивается с помощью пневмоцилиндра. Охлаждение подовых труб осуществляется химически очищенной водой, которая циркулирует по замкнутому контуру. Для отвода тепла от охлаждающей воды используется сухая вентиляторная градирня.
Схема нагревательной печи для нагрева слябов представлена на рисунке 6.9.
Спецификация: | |
1 - вентилятор; 2 - электродвигатель; 3 - рекуператор; 4 - рольганг загрузки; 5 - заслонка окна посада; 6 - нагреваемый сляб; 7 - сводовые горелки; | 8 - боковые горелки; 9 - подовые трубы; 10 - механизм перемещения балок; 11 - заслонка окна выдачи; 12 - рольганг выдачи; 13 - сухая градирня; 14 - циркуляционный насос. |
Печь оснащена современной АСУТП, которая позволяет управлять процессом нагрева слябов с помощью онлайн-моделирования и осуществляет измерение, регулирование, контроль и запись всех параметров работы.
В РФ печи описанного уровня изготовляют компании ОАО "ВНИИМТ", ООО "АНХ-Инжиниринг", ООО "НПО" СПБ ЭК", а за рубежом - фирмы CMI, FIVES, TENOVA, ANDRITZ, WISDRY, DANIELI, SMS.
Колпаковые печи с водородной и азото-водородной атмосферой широко используются для термической обработки рулонного плоского холоднокатаного проката, проволоки и труб в бунтах. Удельный расход энергоресурсов существующих колпаковых печей термической обработки холоднокатаного проката составляет 41 - 45 кг усл. т/т (650 - 700 кВт·ч/т). На установках отсутствует автоматическая регулирующая газовая арматура, система уплотнений нагревательного колпака и муфеля не обеспечивает требуемую герметичность, что исключает возможность проведения отжига в высоко конвективной водородной среде, отсутствует регулирование удаления дымовых газов от колпака, отсутствует оборудование для ускоренного охлаждения садки после отжига. Такие колпаковые печи характеризует низкая производительность, неравномерность нагрева металла и низкое качество поверхности, что не позволяет обеспечить требуемый уровень свойств и качество поверхности нагреваемого.
Современные установки имеют удельный расход энергоресурсов на 40% - 45% ниже, что составляет 24 - 28 кг усл. т/т (550 - 570 кВт·ч/т). Высокие показатели энергоэффективности обеспечиваются следующими конструктивными особенностями:
- применением современных горелочных устройств;
- использованием отработанного водорода и эмульсии в качестве топлива;
- сокращением длительности нагрева и охлаждения садки рулонов;
- применением систем автоматизации;
- использованием высокоэффективных изолирующих материалов футеровки;
- применением гидроприжимных устройств для муфеля;
- использованием нагревательных и охлаждающих колпаков (при этом нагревательный колпак используется на следующем стенде).
Технический эффект обеспечивается следующими конструктивными особенностями новых колпаковых печей:
- нагрев садки металла до температуры 1200 °C;
- использование защитных муфелей для герметизации и возможности охлаждения садки - без нагревательного колпака, который используется на следующем стенде;
- обеспечение малого температурного градиента по сечению и высоте стопы отжигаемых рулонов;
- использование высокоэффективных изолирующих материалов футеровки;
- использование принудительного охлаждения;
- обеспечение высокой газоплотности печей за счет использования водяного затвора при установке на стенд нагревательного колпака.
ИС МЕГАНОРМ: примечание. В официальном тексте документа, видимо, допущена опечатка: имеется в виду рисунок 6.10, а не 6.9. |
Для отжига печной стенд загружают рулонами стопой от 3 до 5 шт. с установкой между ними конвекторных колец, опускают муфель и поджимают его фланец к уплотнению фланца стенда гидроцилиндрами прижимного устройства (см. рисунок 6.9). Фланец стенда охлаждается циркулирующей водой. Далее подвергают проверке на герметичность стенд и систему "муфель - стенд" с применением азота, затем производят продувку подмуфельного пространства (через свечу), при которой воздух под муфелем заменяется на продувочный газ - азот. Во время предварительной продувки (через свечу) на стенд устанавливается и зажигается нагревательный колпак. После выполнения всех условий окончания предварительной продувки находящийся под муфелем продувочный газ заменяется защитным газом - водородом. Отжиг в колпаковых печах происходит по заданному алгоритму, контролируемому системой автоматического управления, и включает в себя нагрев, выдержку и охлаждение. Во время нагрева рулонов испаряется эмульсия, оставшаяся на поверхности полосы в рулонах после холодной прокатки. Эти испарения выдуваются вместе с водородом из подмуфельного пространства и направляются в горелку для дожигания.
проката в колпаковых печах
После окончания выдержки система "муфель - стенд" автоматически подвергается проверке на герметичность, далее нагревательный колпак снимают, и он в нагретом состоянии используется для отжига следующей садки. Охлаждение начинается со снятия нагревательного колпака и установки охлаждающего колпака, который посредством центробежных вентиляторов охлаждает муфель воздухом. При достижении определенной температуры муфеля, исключающей образование термических напряжений, выключаются вентиляторы охлаждающего колпака, и дальнейшее охлаждение садки происходит за счет орошения поверхности муфеля водой.
Фаза охлаждения заканчивается, когда достигается требуемая температура в центре рулонов. Перед снятием муфеля водород под ним заменяется на продувочный газ - азот. В течение всего времени отжига, когда под муфелем находится водород, осуществляется непрерывный контроль давления в подмуфельном пространстве. Если это давление снижается ниже установленного минимального уровня, то автоматически производится аварийная продувка азотом.
В РФ печи подобного типа не изготавливают, а за рубежом это оборудование выпускают фирмы EBNER, LOI, FIVES, TENOVA.
Для получения высокого качества наружной поверхности проката также применяются агрегаты светлого отжига протяжного типа, которые представляют собой горизонтальные либо вертикальные печи непрерывного действия. Данные печные агрегаты применяются для обезуглероживающего отжига электротехнической стали, светлого отжига жести и нержавеющей полосы, цинкования тонкого листа и лужения жести. Производительность горизонтальных печей невелика, и их обычно применяют при небольшом объеме производства. В вертикальных печах условия центрирования благоприятнее, поэтому длина полосы в таких печах может достигать 1 км, а скорость движения - 10 м/с. Такие печи распространены шире, так как при весьма высокой производительности они занимают небольшую производственную площадь. Подобные печи обычно состоят из трех частей: входной, печной и выходной.
Входная и выходная секции отделены от печной секции петлевыми башнями, в которых накапливается запас полосы. Во входной и выходной секциях скорости синхронизируются со скоростями движения полосы в рабочей (печной) секции. Для этого устраивают специальные петлевые ямы, в которых положение свободно висящей ленты контролируется фотоэлементами. Скорость движения полосы во всех агрегатах задают в зависимости от скорости нагрева и охлаждения полосы.
На входном участке происходит сварка рулонов между собой, а также обезжиривание и очистка полосы при помощи специальных щелочных ванн; на выходном участке - разрезка полосы после намотки рулона требуемого размера.
Печная секция состоит из четырех камер: нагрева, выдержки, замедленного и быстрого охлаждения. В камере нагрева металл нагревается до конечной температуры 700 - 730 °C. Светлый отжиг полосы проводят чаще всего в азотной защитной атмосфере (96% N2 и 4% H2). Разность между температурой в печи и конечной температурой металла около 200 °C; при этом время нагрева полосы толщиной 0,25 мм составляет 15 - 20 с. Предельная температура печи 1000 °C, выше которой возможен перегрев и разрыв полосы.
В камере замедленного охлаждения температура металла падает с 700 - 780 до 480 °C в течение 25 с. Скорость охлаждения регулируют изменением расхода воздуха.
В камере быстрого охлаждения металл охлаждается до заданной температуры. Применяют две системы высокоскоростного охлаждения: первой предусмотрена установка в камере большого числа водяных теплообменников со встроенными вентиляторами для обеспечения интенсивного движения охлажденного защитного газа. По второй системе охлажденный в водяных холодильниках защитный газ подается вентиляторами в вертикальные проходы и через щелевые отверстия с большой скоростью обдувает с двух сторон движущуюся полосу. Такое струйное охлаждение резко уменьшает время операции и позволяет сократить длину камеры.
Достаточно широкое распространение получили непрерывные агрегаты для светлого отжига жести с вертикальными башенными печами. Обычно обработке подвергают полосу толщиной 0,2 - 0,3 мм, движущуюся со скоростью 150 - 600 м/мин. Производительность агрегатов колеблется в пределах 25 - 60 т/ч. В камере нагрева обычно предусмотрено 6 - 12 проходов, вмещающих 100 - 200 м полосы, камера выдержки вмещает 120 - 170 м полосы, камеры медленного охлаждения - около 100 - 130 м, общая длина полосы составляет 600 - 1200 м.
Протяжными печами оборудуются непрерывные линии для горячего цинкования ленты и для электролитического лужения жести.
В последнее время поставщиками оборудования предлагаются инновационные технологические решения по использованию агрегатов светлого отжига индукционного типа. Так фирмой FIVES для производства рулонного проката из нержавеющих марок стали предлагается инновационная вертикальная печь светлого отжига I-BAL индукционного типа. Заменяя традиционные газовые печи светлого отжига, данный агрегат обеспечивает высокую производительность до 350 тыс. т/год, низкое энергопотребление (менее 250 кВт ч/т), снижение негативного воздействия на окружающую среду, возможность компактного размещения на производственной площадке.
Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям "Производство изделий дальнейшего передела черных металлов" подготовлен в соответствии с распоряжением Правительства РФ от 10 июня 2022 г. N 1537-р "Об утверждении поэтапного графика актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям" и правилами определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям, утвержденных постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. N 1458. Состав ТРГ 27 "Производство изделий дальнейшего передела черных металлов" утвержден приказом Минпромторга России от 06 марта 2023 г. N 709.
При подготовке справочника НДТ были использованы материалы, полученные от российских металлургических комбинатов, предприятий, выпускающих продукцию дальнейшего передела черных металлов, в ходе сбора данных разработчики справочника НДТ учитывали также результаты научно-технических работ, получивших отражение в открытой печати и в диссертационных работах, маркетинговых исследований.
При написании справочника НДТ были использованы также зарубежные материалы - европейский отраслевой справочник по НДТ для дальнейшего передела черных металлов (Reference Document on Best Available Techniques in the Ferrous Metals Processing Industry, 2001), справочник по НДТ для производства чугуна и стали (Best Available Techniques Reference Document for Iron and Steel Production, 2012), российский и европейский справочники по энергоэффективности (ИТС 48-2017 "Повышение энергетической эффективности при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности" и Reference Document on Best Available Techniques for Energy Efficiency, 2009).
Необходимо подчеркнуть, что ни один из европейских документов не может рассматриваться в качестве прообраза разработанного ТРГ 27 российского справочника. В ИТС 27-2023 систематизирована информация и идентифицированы НДТ для процессов производства большого перечня типов продукции, каждый из которых характеризуется не только разнообразным сортаментом, но и наличием значительного количества типоразмеров продукции в пределах одного и того же сортамента. Есть виды продукции, которые выпускаются только на одном предприятии. Все это определяет сложность и индивидуальность организационно-технологических процессов в цехах различных предприятий, не только сформировавшихся в разное время, но и развивавшихся в соответствии с приоритетами разноплановых металлургических компаний.
Сложности систематизации информации были обусловлены также тем, что на предприятиях выбросы, образующиеся в результате функционирования различных технологий, собираются в единые организованные источники. Технологический учет выбросов загрязняющих веществ практически не получил распространения на российских объектах, выпускающих продукцию дальнейшего передела черных металлов; поцеховой учет выбросов, напротив, встречается весьма часто.
Сложившаяся к настоящему времени система нормирования, основанная прежде всего на расчетах рассеяния загрязняющих веществ, отличается разнообразием применяемых подходов и решений; однотипные источники могут быть описаны по-разному в связи с тем, что различны условия рассеяния. Некоторые респонденты предоставили данные, основываясь на сведениях, направляемых в Росстат; другие предпочли использовать материалы проектов томов предельно допустимых выбросов.
Технологические показатели, характеризующие сточные воды, предложить практически невозможно: выпуски сточных вод организованы так, что в них поступают воды самого разного генезиса, характера и способа очистки. В связи с этим обращение со сточными водами описано в справочнике с точки зрения наилучших практик, получивших распространение в России и за рубежом.
Общее заключение, которое можно сделать в результате подготовки данного справочника НДТ, состоит в том, что отечественные предприятия, выпускающие продукцию дальнейшего передела черных металлов, в течение многих лет выполняют программы, направленные на повышение экологической результативности и ресурсоэффективности производства, применяют на практике результаты научно-исследовательских работ, участвуют в распространении лучших практик природоохранной деятельности в рамках ведущих компаний, ассоциаций и некоммерческих партнерств.
Программы производственного экологического контроля на предприятиях области применения ИТС 27-2023 получили отражение в информационно-техническом справочнике ИТС 22.1 "Основные принципы производственного экологического контроля и его метрологического обеспечения". Они нацелены на получение надежной информации о степени соответствия предприятий установленным нормативам, то есть именно в ходе производственного экологического контроля происходит формирование и накопление данных, необходимых для ответа на первоочередной вопрос соблюдения объектами I категории требований НДТ. Однако для целей технологического нормирования программы производственного экологического контроля должны получить серьезное развитие; в частности, система учета выбросов загрязняющих веществ должна быть совершенствована и даже унифицирована там, где это возможно.
В целом, процесс уточнения информации, актуализации, совершенствования справочника должен отражать принцип последовательного улучшения - основной принцип современных систем менеджмента. Составители информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям "Производство изделий дальнейшего передела черных металлов" надеются, что коллеги готовы разделить эту позицию и поддержать совершенствование документа, а также разработку национальных стандартов в этой области.
(обязательное)
Таблица А.1
Маркерные вещества для выбросов в атмосферный воздух
Производство горячекатаного плоского проката |
Азота оксид |
Азота диоксид |
Углерода оксид |
Взвешенные вещества <1> |
Производство холоднокатаного плоского проката (включая прокат с покрытиями) |
Азота оксид |
Азота диоксид |
Углерода оксид |
Хлористый водород |
Производство сортового проката (в том числе длинномерной продукции) |
Азота оксид |
Азота диоксид |
Углерода оксид |
Взвешенные вещества <1> |
Производство горячедеформированных (горячекатаных и горячепрессованных) труб |
Азота оксид |
Азота диоксид |
Углерода оксид |
Взвешенные вещества <1> |
Производство холоднодеформированных труб |
Азота оксид |
Азота диоксид |
Углерода оксид |
Серная кислота |
Производство сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса; электросварных; изготовленных непрерывной печной сваркой) труб |
Азота оксид |
Азота диоксид |
Углерода оксид |
Взвешенные вещества <1> |
Нанесение покрытий на трубы (эпоксидное, полиэтиленовое, полипропиленовое, цинковое) и фосфатирование муфт |
Азота оксид |
Азота диоксид |
Углерода оксид |
Производство горячекатаного плоского проката |
Хлористый водород |
Взвешенные вещества <1> |
Таблица А.2
Маркерные вещества для сбросов в водные объекты
Взвешенные вещества |
Железо |
Сульфат-анион (сульфаты) |
Хлорид-анион (хлориды) |
Фосфаты (по фосфору) |
Нефтепродукты (нефть) |
Таблица А.3
Технологические показатели выбросов загрязняющих веществ
в атмосферный воздух, соответствующие НДТ
Производственный процесс | Наименование загрязняющего вещества | Единица измерения | Величина |
Производство горячекатаного плоского проката: - предварительная подготовка заготовки, нагрев заготовки, удаление окалины, прокат (горячая прокатка в реверсивных, полунепрерывных, непрерывных станах), охлаждение, финишная обработка (резка, термообработка, правка, травление, промывка, сушка), установки газо- и водоочистки | Азота оксид | кг/т | <= 0,07 |
Азота диоксид | кг/т | <= 0,37 | |
Углерода оксид | кг/т | <= 0,40 | |
Взвешенные вещества | кг/т | <= 0,024 (к взвешенным веществам относятся все твердые вещества в составе выброса, включая "Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20, 20 - 70, а также более 70 процентов") | |
Производство холоднокатаного плоского проката (включая прокат с покрытиями): - подготовка заготовки (термическая обработка, травление кислотными растворами, удаление окалины), прокат (многоклетьевые станы "тандем" или многоклетьевые реверсивные станы), обработка проката (термообработка, травление кислотными растворами), дрессировка, финишная обработка (резка, правка, промасливание и пр.), горячее цинкование, нанесение полимерных покрытий, установки газо- и водоочистки | Азота оксид | кг/т | <= 0,06 <= 0,08 (для производства проката из низкоуглеродистой стали) |
Азота диоксид | кг/т | <= 0,12 <= 0,13 (для производства проката из низкоуглеродистой стали) | |
Углерода оксид | кг/т | <= 0,54 <= 0,66 (для производства проката из низкоуглеродистой стали) | |
Хлористый водород | кг/т | <= 0,03 | |
Производство сортового проката (в том числе длинномерной продукции): - производство арматуры и катанки: нагрев блюмовой заготовки, прокат (получение арматуры и катанки), подготовка катанки (удаление окалины, травление), волочение (сухое или мокрое), термообработка (отжиг, патентирование, закалка), финишная обработка, установки газо- и водоочистки; - производство сортовой продукции: нагрев блюмовой заготовки, прокат (формование сортового профиля), охлаждение, термообработка, финишная обработка, установки газо- и водоочистки | Азота оксид | кг/т | <= 0,07 |
Азота диоксид | кг/т | <= 0,25 | |
Углерода оксид | кг/т | <= 0,45 | |
Взвешенные вещества | кг/т | <= 0,14 (к взвешенным веществам относятся все твердые вещества в составе выброса, включая "Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20, 20 - 70, а также более 70 процентов") | |
Производство горячедеформированных (горячекатаных и горячепрессованных) труб: - производство горячекатаных труб: нагрев заготовки, удаление окалины, прокат (прошивка заготовок, раскатка гильз, калибровка, правка, резка), высадка концов труб, термообработка, финишная обработка (нарезка резьб, снятие фаски, обработка торцов, гидроиспытание труб, нанесение консервационного покрытия, покраска труб), установки газо- и водоочистки; - производство горячепрессованных труб: подготовка заготовки (обточка, порезка, сверление, торцовка), (нагрев, удаление окалины, прошивка либо экспандирование заготовки, прессование гильз, химическая обработка труб, термообработка (нормализация, отпуск, отжиг), финишная обработка (резка, снятие фаски, обработка торцов, правка), установки газо- и водоочистки | Азота оксид | кг/т | <= 0,17 |
Азота диоксид | кг/т | <= 0,78 | |
Углерода оксид | кг/т | <= 1,55 | |
Взвешенные вещества | кг/т | <= 0,30 (к взвешенным веществам относятся все твердые вещества в составе выброса, включая "Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20, 20 - 70, а также более 70 процентов") | |
Производство холоднодеформированных труб: - механическая обработка, холодная прокатка (ХПТ, ХПТР), волочение, термическая обработка, химическая обработка, резка, гидроиспытание труб, установки газо- и водоочистки | Азота оксид | кг/т | <= 0,17 |
Азота диоксид | кг/т | <= 1,00 | |
Углерода оксид | кг/т | <= 3,10 <= 0,25 (для печей термической обработки труб в защитной атмосфере) | |
Серная кислота | кг/т | <= 0,60 | |
Производство сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса; электросварных; изготовленных непрерывной печной сваркой) труб: - производство прямошовных труб, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса: подготовка листового проката, формовка листа, сборка трубы, сварка технологического шва, сварка внутреннего и наружного швов, экспандирование, финишная обработка (обработка торцов, гидроиспытание труб), установки газо- и водоочистки; - производство электросварных труб: подготовка рулонного проката (штрипса), стыковая сварка концов рулонов, формовка, сварка труб, охлаждение, калибровка и правка труб, резка труб, финишная обработка (снятие фаски, обработка торцов, гидроиспытание труб), установки газо- и водоочистки; - производство труб непрерывной печной сваркой: подготовка ленты, стыковая сварка концов ленты, нагрев ленты, формовка, сварка труб, редуцирование и калибрование труб, резка, финишная отделка (правка, резка, нанесение консервационного покрытия, гидроиспытание труб), установки газо- и водоочистки | Азота оксид | кг/т | <= 0,02 |
Азота диоксид | кг/т | <= 0,10 | |
Углерода оксид | кг/т | <= 0,40 | |
Взвешенные вещества | кг/т | <= 0,17 (к взвешенным веществам относятся все твердые вещества в составе выброса, включая "Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20, 20 - 70, а также более 70 процентов") | |
Нанесение покрытий на трубы (эпоксидное, полиэтиленовое, полипропиленовое, цинковое) и фосфатирование муфт: - нанесение покрытий на трубы (эпоксидное, полиэтиленовое, полипропиленовое): предварительный нагрев, абразивная очистка поверхности труб, нагрев, хроматирование поверхности, нанесение покрытия, водяное охлаждение труб с покрытием, зачистка концов труб от покрытия, установки газо- и водоочистки; - нанесение цинкового покрытия: промывка в горячей воде, химическое обезжиривание, травление, промывка в холодной воде, флюсование, цинкование, установки газо- и водоочистки; фосфатирование муфт | Азота оксид | кг/т | <= 0,01 |
Азота диоксид | кг/т | <= 0,07 | |
Углерода оксид | кг/т | <= 0,11 | |
Хлористый водород | кг/т | <= 0,40 | |
Взвешенные вещества <1> | кг/т | <= 0,02 (к взвешенным веществам относятся все твердые вещества в составе выброса, включая "Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20, 20 - 70, а также более 70 процентов") <= 1,30 (для цинкового покрытия) (к взвешенным веществам относятся все твердые вещества в составе выброса, включая "Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20, 20 - 70, а также более 70 процентов") |
Таблица А.4
Технологические показатели загрязняющих веществ в сбросах
в водные объекты, соответствующие НДТ для промливневых
и промышленных стоков предприятий передельной
металлургии (не применяются для предприятий
полного металлургического цикла)
Наименование загрязняющего вещества | Единица измерения | Величина |
Взвешенные вещества | мг/дм3 | <= 11,3 (среднегодовая концентрация) |
Железо | мг/дм3 | <= 0,6 (среднегодовая концентрация) |
Сульфат-анион (сульфаты) | мг/дм3 | <= 235 (среднегодовая концентрация) |
Хлорид-анион (хлориды) | мг/дм3 | <= 80 (среднегодовая концентрация) |
Фосфаты (по фосфору) | мг/дм3 | <= 0,32 (среднегодовая концентрация) |
Нефтепродукты (нефть) | мг/дм3 | <= 0,4 (среднегодовая концентрация) |
(обязательное)
N | Номер НДТ | Наименование НДТ |
1. | Системы экологического менеджмента | |
2. | Системы энергетического менеджмента | |
3. | Организация ресурсосберегающего и энергосберегающего технологического процесса | |
4. | Применение механизированных и автоматизированных непрерывных прокатных станов | |
5. | Применение процессов бесконечной прокатки | |
6. | Применение процессов многониточной прокатки, волочения | |
7. | Применение высокоэффективных автоматизированных систем привода основного и вспомогательного оборудования, основанных на использовании электродвигателей переменного тока с частотными преобразователями | |
8. | Применение технологии горячего посада заготовок | |
9. | Создание литейно-прокатных комплексов | |
10. | Внедрение процессов термомеханической обработки | |
11. | Использование избыточного тепла, образованного при нагреве, подогреве металла перед горячей деформацией и других тепловых операций с металлом в процессе изготовления проката, для повторного нагрева материалов - применение систем рекуперации и регенерации | |
12. | Использование систем автоматического регулирования подачи энергоресурсов | |
13. | Использование систем рециркуляции жидких и порошкообразных материалов, используемых при производстве изделий | |
14. | Внедрение автоматизированных систем управления производством и технологическим процессом | |
15. | Использование MES-систем | |
16. | Использование автоматизированных систем контроля геометрических параметров, качества поверхности, формы изделий в процессе производства | |
17. | Использование автоматизированных систем управления работой технологического оборудования | |
18. | Использование автоматизированных систем управления технологическим процессом | |
19. | Снижение эмиссий в процессах нагрева исходных заготовок, подогрева передельного продукта и других операций нагрева металла в процессе производства изделий | |
20. | Использование нагревательного оборудования, оснащенного современными газоанализаторами и системами автоматического управления процессом нагрева | |
21. | Использование нагревательного оборудования, оснащенного высокоэффективными горелками с импульсной подачей топлива, плоскопламенными горелками, работающими в автоматическом режиме | |
22. | Применение нагревательных устройств, работающих в автоматическом режиме | |
23. | Применение термоизоляции, герметизация нагревательных устройств | |
24. | Применение горелок с пониженным образованием NOx | |
25. | Применение печей с безокислительной атмосферой, в том числе восстановительной атмосферой на основе чистого водорода | |
26. | Обеспечение стабильности производственного процесса изготовления холоднодеформированных труб | |
27. | Использование высокопроизводительных шлифовальных установок | |
28. | Применение станов холодной прокатки труб с использованием жидких смазок | |
29. | Применение безванновой очистки поверхности труб от остатков технологической смазки | |
30. | Обеспечение стабильности производственного процесса изготовления горячекатаного проката | |
31. | Применение клетей с многовалковыми калибрами, калибрующих блоков и блоков чистовых клетей | |
32. | Снижение выбросов в процессах химической обработки изделий | |
33. | Использование процесса периодического травления | |
34. | Использование агрегатов непрерывного действия с герметизацией ванн, машин и аппаратов и удалением вредных выбросов с помощью систем вытяжной вентиляции | |
35. | Снабжение травильных ванн двойными крышками и гидравлическими затворами у бортов | |
36. | Применение пенообразующих добавок | |
37. | Применение газоочистных систем с использованием пенных аппаратов, полых скрубберов, низконапорных скрубберов Вентури, фильтров из винилпластиковых сеток | |
38. | Применение системы адсорбции кислых компонентов щелочными растворами | |
39. | Применение фильтров из синтетических волокнистых материалов, полученных иглопробивным способом, а также ионообменных смол для очистки газов гальванических ванн | |
40. | Снижение выбросов загрязняющих веществ в технологических процессах производства изделий в линии станов горячей и холодной прокатки | |
41. | Использование более экологичных видов материалов (смазочных материалов, СОЖ, эмульсий, масел, порошковых дезоксидантов и др.) | |
42. | Совершенствование систем очистки выбросов и повышение эффективности работы очистного оборудования | |
43. | Использование автоматических средств измерения и учета объема, массы выбросов маркерных веществ | |
44. | Применение вентиляционных систем с вытяжными зонтами для удаления пыли с рабочих мест технологического оборудования | |
45. | Организация локальных укрытий, оснащенных местными пылеочистными устройствами | |
46. | Использование эффективных пылеочистных аппаратов сухого типа | |
47. | Оснащение камер напыления, применяемых для реализации процесса нанесения изоляционных покрытий, очистными устройствами | |
48. | Снижение сбросов в процессах производства изделий дальнейшего передела черных металлов | |
49. | Недопущение утечек потребляемой воды из систем ее транспортирования | |
50. | Снижение уровня загрязнения сточных вод (в локальных и общих стоках предприятия) | |
51. | Применение водоочистного оборудования и технологий, позволяющих организовать бессточные системы водного хозяйства | |
52. | Создание локальных водооборотных циклов, оборудованных собственными системами грубой и/или при необходимости тонкой очистки от загрязняющих веществ | |
53. | Расширение объема испарительного охлаждения нагревательных печей с целью сокращения расхода воды, идущей на охлаждение технологического оборудования | |
54. | Последовательная передача избыточной или продувочной воды от потребителей с более высокими требованиями к качеству воды потребителям с более низкими требованиями | |
55. | Недопущение утечек неочищенных сточных вод из систем их транспортирования | |
56. | Сбор и использование случайных сбросов дренажных вод, поверхностного стока и их очистка с целью дальнейшего использования | |
57. | Обессоливание продувочных вод на заводских деминерализационных установках с возвратом полученной чистой воды в производственный процесс | |
58. | Использование дебалансовых и продувочных вод в качестве исходной воды для промышленных котельных и котлов-утилизаторов | |
59. | Совершенствование систем очистки промышленных сточных вод | |
60. | Автоматизация технологических процессов очистки сточных вод | |
61. | Использование систем автоматического управления расходом реагентов для очистки сточных вод и обработки осадка | |
62. | Использование автоматических средств измерения и учета объема сбросов сточных вод | |
63. | Предотвращение загрязнения почв и грунтовых вод | |
64. | Использование современных систем энергосбережения | |
65. | Использование тепла, образующегося при функционировании основного технологического процесса, для различных производственных целей, в том числе хозяйственных нужд предприятия (отопление, горячее водоснабжение и т.п.) | |
66. | Использование энергосберегающих осветительных приборов | |
67. | Использование систем автоматического включения (выключения) электрических устройств | |
68. | Организация систем экранов в технологических линиях | |
69. | Использование отходов производства |
(обязательное)
В.1 Краткая характеристика отрасли с точки зрения энергопотребления
В справочнике ИТС НДТ "Производство изделий дальнейшего передела черных металлов" энергоэффективность и ресурсоэффективность являются одними из ключевых критериев выбора НДТ, поскольку технологические процессы характеризуются значительными уровнями потребления топлива, электроэнергии, воды; выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух (представляющие собой основной фактор негативного воздействия на окружающую среду) обусловлены, прежде всего, сжиганием топлива (см. разделы 2 и 3). Именно это обстоятельство получило отражение в принятой последовательности этапов выбора НДТ (см. раздел 4), в соответствии с которой прежде всего рассматривается ресурсоэффективность (в том числе энергоэффективность) технологических и технических решений.
В информационно-техническом справочнике по наилучшим доступным технологиям ИТС 48-2017 "Повышение энергетической эффективности при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности" представлены результаты дифференциации отраслей и видов по их технологической, энергетической и экологической эффективности (рисунок В.1).
по энергоресурсной эффективности
Черная металлургия отнесена к отраслям "ядра"; отмечено, что производство проката и труб отличается относительно более высокой энергоэффективностью, чем производство чугуна и стали.
В Государственных докладах о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации черной металлургии в целом уделяется весьма значительное внимание; в части изделий дальнейшего передела черных металлов приводятся сведения об удельном расходе топливно-энергетических ресурсов в производстве проката (до 2015 г.) и стальных труб (в 2016 г.), т у.т./тонну продукции.
ИС МЕГАНОРМ: примечание. В официальном тексте документа, видимо, допущена опечатка: имеется в виду п. [1] Библиографии к Приложению В, а не [24]. |
В соответствии с Государственным докладом за 2017 г. удельный показатель энергопотребления при производстве проката готовых черных металлов составил 94 кг у.т./тонну [24].
ИС МЕГАНОРМ: примечание. В официальном тексте документа, видимо, допущены опечатки: имеются в виду п.п. [2, 3] Библиографии к Приложению В, а не [25, 26] соответственно. |
В Государственных докладах за 2018 г. и 2019 г. удельные расходы топливно-энергетических ресурсов не приводятся, уровни потребления указаны в валовых значениях для обрабатывающей промышленности в целом [25, 26]. Согласно данным, представленным в государственном докладе за 2018 г., в обрабатывающей и добывающей промышленности потребление топливно-энергетических ресурсов увеличилось 11,9 млн т.у.т. (на 28,7%) за период 2015 - 2018 гг. Существенная доля тепловой энергии на предприятиях обрабатывающей промышленности используется не в технологических процессах, а на отопление и вентиляцию промышленных зданий. Эта часть потребления энергии чувствительна к климату. В теплом 2017 г. сравнительно мягкая зима замедляла рост потребления топливно-энергетических ресурсов, а в холодных 2016 г. и 2018 г., напротив, способствовала его росту. Также способствовало росту энергопотребления увеличение объемов производства продукции предприятиями отрасли. В 2016 г. негативный вклад внес технологический фактор, однако это было в какой-то мере компенсировано структурным сдвигом в сторону выпуска менее энергоемкой продукции. В 2017 - 2018 гг. наблюдалось снижение удельных расходов энергии на производство продукции и увеличение загрузки производственных мощностей, что сдерживало рост энергоемкости сектора.
Согласно данным Государственного доклада, в 2019 году потребление топливно-энергетических ресурсов по сектору "Обрабатывающая промышленность" снизилось более чем на 5 млн т.у.т. В первую очередь данный результат был обеспечен за счет структурного и технологического факторов. В 2019 г. снижение потребления топливно-энергетических ресурсов за счет технологического фактора составило более 6,6 млн т.у.т. Фактор экономической активности значительно сдержал совокупное снижение энергоемкости по сектору, однако рост потребления топливно-энергетических ресурсов за счет данного фактора был наименьшим за последние 3 года.
В 2019 году энергоемкие производства (клинкер, прокат черных металлов, сталь) росли медленнее, чем производства с высокой степенью переработки и низкой энергоемкостью (машины, оборудование, компьютеры). Повышение загрузки производственных мощностей привело к снижению условно-постоянного расхода энергетических ресурсов на единицу продукции. Этот фактор способствовал замедлению роста потребления энергоресурсов в 2017 - 2018 гг.
Снижения удельных показателей энергоемкости производители изделий дальнейшего передела черных металлов добиваются на основе разработки и реализации инновационных технологий и мероприятий, в том числе передовых энерго- и ресурсосберегающих технологий, включая создание новых агрегатов для их реализации; внедрения совмещенных процессов производства металлопродукции при сокращении технологических операций и т.д.
Описание процессов производства изделий дальнейшего передела черных металлов приведено в разделе 2.
При производстве изделий дальнейшего передела черных металлов используются различные виды энергоносителей (природный газ, коксовый и доменный газы, электроэнергия, кислород, сжатый воздух и т.д.). Для приведения этих видов энергоносителей к условному топливу и расчета энергоемкости используются переводные коэффициенты, которые установлены для средних теплоемкостей используемых энергоносителей.
Прокатное производство является завершающим звеном в металлургическом цикле. В прокатных цехах металлургических предприятий полного цикла потребление первичных электроресурсов может достигать 20% от общих их расходов по предприятию, электроэнергии - несколько меньше (пример распределения электроэнергии по производствам для завода с полным циклом сортового направления: аглоизвестковое - 13%; доменное - 4%; коксохимическое - 9%; прокатное - 16%; сталеплавильное - 5%; энергетика - 47%; механика и проч. - 6%). По данным предприятий, в 2000 г. на крупных заводах энергоемкость составила в 2000 г.: НЛМК - 659; ЕВРАЗ ЗСМК - 684; "Северсталь" - 687; ММК - 719; ЕВРАЗ НТМК - 797; Мечел - 932; "Уральская Сталь" - 920 (кг у.т./т продукции).
Тепло высокого потенциала в прокатном производстве расходуется в нагревательных печах, которые используются на разных этапах технологического процесса: для нагрева металла перед деформацией, подогрева металла и его термической обработки. Основными энергоносителями служат доменный, коксовый и природный газы. Расход этого вида энергии в среднем составляет в переводе на условное топливо 0,1 - 0,2 т на 1 т проката.
Прокатное производство является электроемким. Электроэнергия расходуется главным образом также на силовые процессы и транспортно-подъемные механизмы. Общий расход электроэнергии на эти процессы оценивается в 100 - 120 кВт*ч на тонну. Число часов использования максимума нагрузки колеблется в пределах 5000 - 6000. Большой диапазон затрат электроэнергии объясняется спецификой сортамента заготовок и готового проката по размерам, маркам стали и назначению, которые определяют энергозатраты как в основном технологическом потоке производства, так и при отделочных операциях (меньшая требуемая вытяжка металла обуславливает более низкие затраты электроэнергии для прокатки на обжимных станах по сравнению с сортовыми и листовыми, на крупносортных - по сравнению с мелкосортными и проволочными, на толстолистовых - по сравнению с широкополосными станами).
В.3 Уровни потребления
Уровни потребления ресурсов при производстве различных видов продукции дальнейшего передела черных металлов проанализированы в разделе 2 справочника, а также представлены выше в параграфе "Основные технологические процессы, связанные с использованием энергии".
Средние по отрасли и по федеральным округам значения потребления топливно-энергетических ресурсов получают ежегодно отражение в Государственных докладах о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации.
В Докладах 2014 - 2016 гг. указано, что, по данным Федеральной службы государственной статистики Российской Федерации, удельный расход топливно-энергетических ресурсов на прокат готовых черных металлов в России в целом планомерно снижался в период с 2012 по 2015 гг.; сокращение составило 10,9%. В 2015 г. был достигнут показатель 0,098 т.у.т./тонну проката.
В частности, в Центральном, Приволжском, Южном, Уральском и Сибирском федеральных округах наблюдалось стабильное снижение на 0,03 - 0,053 т.у.т./т. Ключевым фактором, повлиявшим на наблюдаемую динамику показателей, по мнению составителей Государственного доклада, стала модернизация сталепрокатных мощностей на большинстве предприятий отрасли. Кроме того, за рассматриваемый период введены в строй новейшие производственные мощности, обеспечивающие высокую энергоэффективность производства.
Согласно данным Росстата, удельный расход топливно-энергетических ресурсов на производство стальных труб за период с 2012 по 2015 гг. также снижался (общее снижение составило 24,8%); показатель достиг величины 0,088 т.у.т./тонну продукции. Отмечено, что в Центральном, Южном, Уральском и Сибирском федеральных округах наблюдалось стабильное снижение на 0,034 - 0,06 т.у.т./т. Ключевым фактором, повлиявшим на наблюдаемую динамику, также стала модернизация мощностей, на сей раз - по производству стальных труб - на большинстве предприятий отрасли. Практически полностью ликвидированы устаревшие энергозатратные, неэкологичные технологии поштучной горячей прокатки труб, а уровень удовлетворения спроса российский потребителей по номенклатуре и объемам приблизился к 100%. В 2015 и 2016 гг. наблюдался некоторый рост удельного расхода топливно-энергетических ресурсов на производство стальных труб к уровню предыдущего года; в соответствии с данными Росстата этот показатель в 2016 г. составил 0,099 т.у.т./тонну продукции. Тем большее значение приобретает учет критерия обеспечения высокой энергоэффективности при идентификации наилучших доступных технологий для производства изделий дальнейшего передела черных металлов.
В соответствии с информацией, представленной в Докладе 2020 г., в 2019 году энергоемкие производства, к которым относится прокат черных металлов, росли медленнее производств с высокой степенью переработки и низкой энергоемкостью (например, машиностроение, производство компьютеров). Повышение загрузки производственных мощностей привело к снижению условно-постоянных расходов энергетических ресурсов на единицу продукции. Этот фактор способствовал замедлению роста потребления энергии в 2017 - 2018 гг., однако в 2019 г. его влияние оказалось несущественным.
В.4 Наилучшие доступные технологии, направленные на повышение энергоэффективности, оптимизации и сокращение ресурсопотребления
С учетом накопленного в отрасли опыта и распространенных технологических, технических и управленческих решений к наилучшим доступным технологиям, направленным на обеспечение высокой энергоэффективности производства, отнесены следующие основные решения (см. раздел 5).
НДТ 2. Системы энергетического менеджмента:
Система энергетического менеджмента представляет собой совокупность взаимосвязанных или взаимодействующих элементов, используемая для установления энергетической политики и энергетических целей, а также процессов и процедур для достижения этих целей. Поэтому выбор технологических и технических решений, приведенных ниже в тексте Приложения Г, особенно при модернизации производства, осуществляется в соответствии с приоритетными целями, поставленными в рамках развития системы энергетического менеджмента.
НДТ 3. Организация ресурсосберегающего и энергосберегающего технологического процесса, в том числе:
- применение механизированных и автоматизированных непрерывных прокатных станов;
- применение процессов бесконечной прокатки;
- применение процессов многониточной прокатки, волочения;
- применение высокоэффективных автоматизированных систем привода основного и вспомогательного оборудования, основанных на использовании электродвигателей переменного тока с частотными преобразователями;
- применение технологии горячего посада заготовок;
- создание литейно-прокатных комплексов;
- внедрение процессов термомеханической обработки;
- использование избыточного тепла, образованного при нагреве, подогреве металла перед горячей деформацией и других тепловых операций с металлом в процессе изготовления проката, для повторного нагрева материалов - применение систем рекуперации и регенерации;
- использование систем автоматического регулирования подачи энергоресурсов;
- использование систем рециркуляции жидких и порошкообразных материалов, применяемых при производстве изделий.
НДТ 4. Внедрение автоматизированных систем управления производством и технологическим процессом, включая:
- использование MES-систем (Manufacturing Execution Systems);
- использование автоматизированных систем контроля геометрических параметров, качества поверхности, формы изделий в процессе производства;
- использование автоматизированных систем управления работой технологического оборудования;
- использование автоматизированных систем управления технологическим процессом.
НДТ 5. Снижение эмиссий в процессах нагрева исходных заготовок, подогрева передельного продукта и других операций нагрева металла в процессе производства изделий; предусмотрены следующие решения:
- использование нагревательного оборудования, оснащенного современными газоанализаторами и системами автоматического управления процессом нагрева;
- использование нагревательного оборудования, оснащенного высокоэффективными горелками с импульсной подачей топлива, плоскопламенными горелками, работающими в автоматическом режиме;
- применение нагревательных устройств, работающих в автоматическом режиме;
- применение термоизоляции, герметизация нагревательных устройств;
- применение горелок с пониженным образованием NOx;
- применение печей с безокислительной атмосферой, в том числе восстановительной атмосферой на основе чистого водорода.
НДТ 6. Обеспечение стабильности производственного процесса изготовления холоднодеформированных труб:
- использование высокопроизводительных шлифовальных установок;
- применение станов холодной прокатки труб с использованием жидких смазок;
- применение безванновой очистки поверхности труб от остатков технологической смазки.
НДТ 7. Обеспечение стабильности производственного процесса изготовления горячекатаного проката:
- применение клетей с многовалковыми калибрами, калибрующих блоков и блоков чистовых клетей.
НДТ 10. Снижение сбросов в процессах производства изделий дальнейшего передела черных металлов:
- недопущение утечек потребляемой воды из систем ее транспортирования;
- применение водоочистного оборудования и технологий, позволяющих организовать бессточные системы водного хозяйства;
- создание локальных водооборотных циклов, оборудованных собственными системами грубой и/или при необходимости тонкой очистки от загрязняющих веществ;
- последовательная передача избыточной или продувочной воды от потребителей с более высокими требованиями к качеству воды потребителям с более низкими требованиями;
- сбор и использование случайных сбросов, дренажных вод, поверхностного стока и их очистка с целью дальнейшего использования.
НДТ 11. Использование современных систем энергосбережения, в том числе:
- использование тепла, образующегося при функционировании основного технологического процесса для различных производственных целей, в том числе хозяйственных нужд предприятия (отопление, горячее водоснабжение и т.п.);
- использование энергосберегающих осветительных приборов;
- использование систем автоматического включения (выключения) электрических устройств;
- организация систем экранов в технологических линиях.
НДТ 12. Использование отходов производства.
В разделе 5 ИТС 27 приведена информация о применимости перечисленных выше решений.
В.5 Целевые показатели ресурсной и энергетической эффективности
При подготовке настоящего приложения проанализированы анкеты, предоставленные предприятиями, производящими изделия дальнейшего передела черных металлов, в которых были представлены показатели ресурсной и энергоэффективности.
Таблица В.1
Показатели ресурсной и энергетической эффективности
Показатель ресурсной или энергетической эффективности (материальные ресурсы, энергопотребление, продукт/полупродукт, отходы, вторичные ресурсы и т.д.) | Единица измерения | Значение |
Производство горячекатаного плоского проката | ||
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 210 |
Природный газ | м3/т продукции | <= 150 |
Производство холоднокатаного плоского проката | ||
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 150 |
Природный газ | м3/т продукции | <= 50 |
Производство сортового проката (в том числе длинномерной продукции) | ||
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 190 |
Природный газ | м3/т продукции | <= 100 |
Производство горячедеформированных (горячекатаных и горячепрессованных) труб | ||
Технологические газы: | м3/т продукции | <= 600 |
- сжатый воздух | ||
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 400 |
Природный газ | м3/т продукции | <= 160 |
Производство холоднодеформированных труб | ||
Технологические газы: | м3/т продукции | <= 700 |
- сжатый воздух | ||
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 720 |
Природный газ | м3/т продукции | <= 150 |
Производство сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса; электросварных; изготовленных сваркой в среде инертных газов; изготовленных непрерывной печной сваркой) труб | ||
а) Производство сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса; электросварных) труб | ||
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 290 |
б) Производство сварных (изготовленных сваркой в среде инертных газов) труб | ||
Технологические газы: | м3/т продукции | |
- аргон | <= 25,0 | |
- сжатый воздух | <= 200 | |
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 480 |
в) Производство сварных (изготовленных непрерывной печной сваркой) труб | ||
Технологические газы: | м3/т продукции | |
- сжатый воздух | <= 350 | |
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 170 |
Природный газ | м3/т продукции | <= 150 |
Нанесение покрытий на трубы (эпоксидное, полиэтиленовое, полипропиленовое, цинковое) и фосфатирование муфт | ||
а) Нанесение покрытий на трубы (эпоксидное, полиэтиленовое, полипропиленовое) | ||
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 70 |
Природный газ | м3/т продукции | <= 10 |
б) Нанесение покрытий на трубы (цинковое) | ||
Технологические газы: | м3/т продукции | |
- сжатый воздух | <= 150 | |
Природный газ | м3/т продукции | <= 50 |
В.6 Экономические аспекты реализации НДТ, направленные на повышение энергоэффективности, оптимизацию и сокращение ресурсопотребления
Основные принципы методологии определения НДТ представлены в разделе 4. Внедрение большинства НДТ, представленных в настоящем справочнике, соответствует общепринятому инвестиционному циклу реализации проектов реконструкции, модернизации производства.
Инвестиционная стадия внедрения НДТ (для объектов капитального строительства) состоит из следующих основных этапов:
1. Разработка технико-экономического обоснования инвестиций. На этом этапе делается акцент на технологическую сторону проекта (обосновывается целесообразность выбора конкретной технологии и оборудования).
2. Разработка проектной документации.
3. Получение разрешения на строительство (если проект предполагает строительство).
4. Выбор исполнителя, утверждение сметы затрат.
5. Монтаж технологического оборудования, пусконаладочные работы.
6. Формирование капитала предприятия (активов и трудовых ресурсов). Приобретаются объекты основного капитала (машины, различный инвентарь) и первоначальный оборотный капитал (материалы на производство первой партии продукции). Формируется кадровый состав предприятия (руководители, сотрудники и специалисты, рабочие).
7. Выход на проектную мощность, ввод объекта в эксплуатацию.
При внедрении НДТ на объекте хозяйственной деятельности необходимо учитывать, в первую очередь, затраты на технологические изменения и аппаратурное оснащение производства. Это важно, поскольку реализация технических мероприятий, направленных на модернизацию отдельных узлов технологических линий, может привести к определенному улучшению существующих технологических процессов, что, в свою очередь, может способствовать снижению затрат, повышению эффективности производства и экологических показателей.
Затраты делятся на инвестиционные и эксплуатационные. В инвестиционных затратах необходимо учесть стоимость проектных работ. Значимое место занимают затраты на приобретение оборудования. Сметную стоимость оборудования можно представить из следующих составляющих:
- цена приобретения оборудования;
- стоимость запасных частей;
- стоимость тары, упаковки и реквизита;
- транспортные расходы и услуги посредников или снабженческо-сбытовых организаций;
- расходы на комплектацию;
- заготовительно-складские расходы;
- другие затраты, относимые к стоимости оборудования.
Важная составляющая затрат - это монтажные работы, в том числе:
- сборка и установка в проектное положение всех видов оборудования;
- прокладка линий электроснабжения и сетей к электросиловым установкам;
- прокладка технологических трубопроводов и устройство подводок к оборудованию;
- монтаж и установка технологических металлоконструкций, обслуживающих площадок, лестниц и других устройств, конструктивно связанных с оборудованием;
- другие работы, предусмотренные в сборниках сметных нормативов на монтаж оборудования.
Также учитываются прочие затраты, включая непредвиденные.
Капитальные затраты при реконструкции и модернизации действующих установок являются значительными, и в некоторых случаях они могут превышать величину рассчитываемой выгоды. Реализация типовых проектных решений с учетом требований по охране окружающей среды способствует оптимизации финансовых затрат, связанных с проектированием, строительством и реконструкцией.
Выбирая НДТ, необходимо учитывать природно-климатические условия и экономические возможности предприятия.
При выборе НДТ для внедрения, как правило, проводится ранжирование вариантов НДТ с точки зрения экологической результативности. Вариант с наименьшим воздействием на окружающую среду может быть признан наилучшим в том случае, если такой вариант доступен с экономической точки зрения.
Экономическая целесообразность является неотъемлемой составной частью концепции НДТ. Углубленную оценку экономической целесообразности проводят только в тех случаях, когда существуют явные разногласия относительно того, внедрение каких именно НДТ является экономически эффективным. В случае, если существуют реальные основания полагать, что технология (или комбинация технологий) является чрезмерно дорогостоящей, проводится детальная оценка.
При внедрении ресурсо- и энергосберегающих НДТ в большинстве случаев обеспечивается существенное снижение производственных затрат, поэтому показатели производственных затрат наряду с природоохранными результатами необходимо включить в максимальный набор эколого-экономических показателей.
При детальной оценке следует учитывать минимизацию затрат на приобретение расходных материалов, сокращение затрат в период эксплуатации за счет таких статей, как стоимость технического обслуживания, снижение платежей за потребление энергоресурсов и платежей за негативное воздействие на окружающую среду и др. Кроме того, необходимо учитывать налоги и субсидии предприятия при внедрении НДТ. Подобный подход к оценке затрат может определить короткий период окупаемости и оправдать реализацию НДТ.
Полученный из представленных анкет объем информации недостаточен для определения затрат предприятий, производящих изделия дальнейшего передела черных металлов, на внедрение проектов НДТ. В разделах 1, 2, 3 настоящего справочника приводятся общие затраты на реализацию отдельных проектов по реконструкции и модернизации производства и природоохранных мероприятий, в связи с чем не представляется возможным проанализировать экономическую доступность внедрения НДТ, указанных в Разделе 5.
В.7 Перспективные технологии, направленные на повышение энергоэффективности
Перспективные технологии производства изделий дальнейшего передела черных металлов базируются на применении новых высокоэффективных конструкций оборудования для нагрева заготовки перед прокаткой (методические печи) и термической обработки проката как готового, так и промежуточного размера сечения (колпаковые печи). Известно, что значительные энергозатраты в прокатных цехах связаны с функционированием установок, вырабатывающих необходимые в технологическом процессе газы (кислород, водород, азот).
Другое направление в перспективных технологиях, направленных на повышение энергоэффективности, - использование принципиально новых устройств для извлечения указанных выше ресурсов. Примером этого может служить применение современных установок для производства водорода методом парового риформинга. Снижению энергопотребления способствует также внедрение процесса гибридной сварки труб и процесса ESP, позволяющего исключить промежуточный нагрев при изготовлении тонкой горячекатаной полосы.
Перечисленное выше напрямую определяет снижение энергоемкости производства изделий дальнейшего передела черных металлов. Многие из перспективных технологий прокатного производства оказывают косвенное влияние на энергоэффективность процесса, например, использование современных технологий регулируемых процессов прокатки обеспечивает получение требуемых механических свойств продукции непосредственно с прокатного передела, исключая при этом необходимость проведения дополнительной термической обработки, связанной с нагревом металла (процесс QTR для арматурной стали, технология поточной термической обработки проката THERMEX для сортового проката и др.).
Кроме того, большинство перспективных технологий направлены на повышение качества металлопродукции, что предопределяет снижение коэффициента расхода металла и, в свою очередь, уменьшение количества сырья, запускаемого в обработку. Так, например, снижение коэффициента расхода металла на 0,01 при годовом объеме производства 300 тыс. т позволяет экономить 3 тыс. т исходного сырья (заготовки), а соответственно - уменьшить величину энергозатрат, необходимых для переработки этого количества металла.
(справочное)
Г.1 Производство горячекатаного листового проката
Таблица Г.1
Оборудование для производства горячекатаного
листового проката
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Машина огневой зачистки | Подготовка металла к прокатке | Глубина зачистки 2 - 7 мм; скорость зачистки 0,1 - 0,4 м/с, производительность 60 - 100 кг/мин, расход кислорода 25 - 40 м3/мин. |
Нагревательный колодец | Нагрев слитков из специальных сталей перед прокаткой | Тип: рекуперативный (предпочтительно) или регенеративный; расположение горелок: верхнее, нижнее, боковое; максимальная масса садки до 140 т; производительность одной ячейки до 60 тыс. т/год; топливо - природный газ. |
Методическая печь | Нагрев слябов, непрерывнолитой заготовки перед прокаткой | Количество зон нагрева 4 - 10, одно- или многорядная, движение заготовки - толкателем или подвижными (шагающими) балками. Используется принцип противотока, загрузка и выдача - торцевая; общая тепловая мощность - 250 МВт; производительность 570 - 870 тыс. т/год; топливо - природно-доменная смесь. |
Устройство для гидросбива окалины | Удаление окалины с поверхности металла | Насосная станция (давление на выходе 20,5 - 24,5 МПа; общий проток - 225 л/сек; максимальный расход воды - 760 м3/ч), коллекторы гидросбива, форсунки, АСУТП. |
Стан горячей прокатки листа (толстолистовой) | Формоизменение нагретого металла деформацией в валках | Количество клетей 2 - 4: черновая клеть дуо реверсивная, клеть с вертикальными валками дуо, чистовая клеть (1 или 2) - кварто. Стан "5000": 3 клети: окалиноломатель, вертикальная обжимная дуо, чистовая кварто реверсивная (усилие прокатки 120 МН), производительность до 1,5 млн т/год. Стан "2800": 2 клети: черновая дуо реверсивная (усилие прокатки 32500 кН) и чистовая кварто реверсивная (усилие прокатки 6000 кН), толщина листа 8 - 50 мм, ширина 2500 мм, производительность 1,8 млн т/год. |
Стан горячей прокатки широкой полосы непрерывный | Формоизменение нагретого металла деформацией в валках | Станы "2000", "2500". Тип - непрерывный: количество клетей 8 - 14: черновая группа - клети дуо горизонтальные, вертикальные, универсальные; чистовая группа - клети кварто; толщина полосы 1,2 - 16 мм, ширина 900 - 2300 мм, скорость прокатки - до 30 м/с; производительность - до 6 млн т/год; масса рулона до 46 т. |
Стан горячей прокатки широкой полосы полунепрерывный | Формоизменение нагретого металла деформацией в валках | Станы "2300/1700", "2800/1700". Тип - полунепрерывный: количество клетей 9 - 11: черновая группа - клети дуо горизонтальные, вертикальные, универсальные; чистовая группа - кварто; толщина полосы 1,2 - 25 мм, ширина - 1500 мм, скорость прокатки - до 24 м/с; производительность - до 4 млн т/год; масса рулона до 36 т. |
Правильная машина | Финишная обработка горячекатаного листа | Количество роликов 5 - 11; расположение рядов роликов - с параллельными и пересекающимися линиями осей; расположение опорных роликов: в одной вертикальной плоскости с рабочими и V-образное; регулировка роликов индивидуальная; диаметр роликов 225 - 300 мм (лист толщиной до 25 мм) и до 450 мм (лист толщиной более 25 мм). |
Ножницы для резки листового проката | Финишная обработка горячекатаного листа | Гильотинного типа, размеры разрезаемых листов: толщина 5 - 50 мм, ширина 2150 - 3450 мм, усилие резки - 20 МН. |
Роликовая проходная печь - закалочная машина | Финишная обработка горячекатаного листа (термическая обработка) | Количество секций - 20 (10 зон температурного регулирования), горелки над роликовым подом и под ним, в боковых стенках печи с обеих сторон, свод печи - арочный. |
Агрегат поперечной резки полосы | Финишная обработка горячекатаного листа | Состав: разматыватель с отгибателем концов полос, дрессировочная клеть, правильная машина, летучие ножницы, листоукладчики; две группы по толщине разрезаемого листа: 1,5 - 6,5 мм и 4,0 - 12,0 мм, производительность до 1 млн т/год. |
Агрегат поперечной резки полосы | Финишная обработка горячекатаного листа | Состав: двухпозиционный разматыватель с отгибателем концов полос, дрессировочная клеть, дисковые и кромкокрошительные ножницы, правильная машина, намоточное устройство; толщина разрезаемого листа: 1,2 - 9,5 мм; скорость 3 м/с; производительность до 0,5 млн т/год. |
Клеймовочно-маркировочная машина | Финишная обработка горячекатаного листа | Маркировка краской: метод электромагнитный/пневматический; режим - автоматический (при остановке листа); ориентация - поперечная. Маркировка клеймением: метод электромагнитный/пневматический; режим - автоматический; ориентация - поперечная; глубина клейма - 0,1 - 0,4 мм. Маркировка штрих-кодом: режим - автоматический; ориентация - поперечная. |
Г.2 Производство холоднокатаного листового проката
Таблица Г.2
Оборудование для производства холоднокатаного
листового проката
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Непрерывный травильный агрегат | Подготовка металла к прокатке | Количество ванн - 4 и более, максимальная скорость кислотного травления полосы до 6 м/с, кислоты: соляная, серная, азотная, плавиковая, щелочное травление - расплав NaOH. |
Установка дробеметной зачистки | Подготовка металла к прокатке | Двукратная обработка (последовательно дробь диаметром 0,4 - 1,0 и 0,2 - 0,4 мм) обеспечивает удаление 96 - 99% окалины, длина линии 8 - 15 м, скорость обработки до 150 м/мин. |
Изгибо-растяжная машина | Подготовка металла к прокатке | Количество роликов - не менее 5, величина деформации (удлинения) 1% |
Стан холодной прокатки одноклетьевой | Получение особо тонкой полосы холодной деформацией в валках | Тип клети - кварто, шестивалковая, 12, и 20-валковая реверсивная. Стан "1200": клеть - 20-валковая: толщина полосы 0,1 - 0,5 мм, ширина полосы 500 - 1000 мм, скорость прокатки 7,5 м/с, масса рулона до 15 т, производительность 10 - 20 т/ч. |
Стан холодной прокатки многоклетьевой непрерывный | Получение особо тонкой полосы путем холодной деформации металла в валках | Стан "2030": клетей - 5, кварто, толщина полосы 0,35 - 3,5 мм, ширина полосы 900 - 1850 мм, скорость прокатки 33 м/с, масса рулона до 45 т, производительность 2,5 млн т/год. Стан "2500": клетей - 4, кварто, толщина полосы 0,6 - 2,5 мм, ширина полосы 1050 - 2350 мм, скорость прокатки 21 м/с, масса рулона до 25 т, производительность 1,5 млн т/год. Стан "1700": клетей - 5, кварто, толщина полосы 0,4 - 2,0 мм, ширина полосы 700 - 1550 мм, скорость прокатки 25 м/с, масса рулона до 23 т, производительность 1,3 млн т/год. |
Стан дрессировочный | "Дрессировка" полосы - прокатка полосы с малыми обжатиями | Дрессировочный стан "1700", кварто: толщина полосы 0,4 - 20,0 мм, ширина полосы 700 - 1550 мм, скорость прокатки 25 м/с, масса рулона до 23 т, производительность 1,0 млн т/ч. |
Колпаковая печь | Термическая обработка холоднокатаного металла в рулонах | Одностопная с нижним расположением эжектора и радиальным размещением инжекционных горелок: топливо - смесь природного и доменного газов, общий расход газа - 670 м3/ч. Температура отжига 650 - 710 °C, атмосфера защитного газа (95 - 97% азот и 5 - 3% водород), расход защитного газа за цикл отжига 8 - 9 м3, масса садки 7 - 120 т, ширина полосы 350 - 1550 мм. |
Непрерывный закалочно-травильный агрегат (НЗТА) | Термическая обработка и удаления окалины с холоднокатаных полос из коррозионностойких сталей | Состоит из нескольких проходных печей и ванны электролитического травления с горячим раствором сульфата натрия и электродами (напряжение 5 - 30 В). При выходе металла из печи возможна его обработка распыленными струями 3 - 10%-ного раствора щелочи для облегчения травления в ванне. |
Колпаковая печь с улучшенными энергопоказателями | Термическая обработка холоднокатаного металла в рулонах | Удельный расход энергоресурсов 24 - 28 кг у.т./т (550 - 570 кВт·ч/т), достигается за счет применения современных горелочных устройств, использования отработанного водорода и эмульсии в качестве топлива, сокращения длительности нагрева и охлаждения садки рулонов, применения систем автоматизации, использования высокоэффективных изолирующих материалов футеровки, применения гидроприжимных устройств для муфеля, использования нагревательных и охлаждающих колпаков (при этом нагревательный колпак используется на следующем стенде). Садка до 5 рулонов, температура нагрева - до 1200 °C, атмосфера защитного газа - водород, продувка муфеля азотом. |
Агрегат горячего лужения | Нанесение защитного покрытия на поверхность холоднокатаного листа | Состав: задатчик листов, ванна химического травления, установка струйной промывки, ванны лужения, жировая и химического обезжиривания, транспортер, чистильная машина, укладчик листов. Производительность трехрядного агрегата - 10 тыс. т/год; толщина оловянного слоя 10 - 15 мкм; скорость движения жести 6 - 15 м/мин, расход олова 19 - 21 кг/т. |
Агрегат электролитического лужения | Нанесение защитного покрытия на поверхность холоднокатаного листа | Скорость движения полосы до 12 м/с; диаметр рулона: наружный - 1,5 - 2 м, внутренний - 0,5 м; температура электроосаждения 35 - 55 °C, скорость полосы в технологической части 5 - 9 м/с, электролиты - фенолсульфоновые или галогенидные. |
Агрегат свинцевания | Нанесение защитного покрытия на поверхность холоднокатаного листа | Флюс - раствор хлористого цинка; температура ванны свинцевания 370 - 400 °C, жировой ванны 300 - 350 °C, размеры листа: толщина 0,5 - 1,5 мм, ширина 600 - 1000 мм, длина 1000 - 1200 мм; полоса в рулонах - ширина 100 - 350 мм, масса до 5 т; толщина покрытия 6 - 12 мкм. |
Агрегат цинкования | Нанесение защитного цинкового покрытия на поверхность холоднокатаного листа | Покрытие цинком полос толщиной до 4 мм и шириной до 2000 мм. Состав агрегата: линия очистки поверхности (обезжиривание, травление, мойка), линия нагрева печи до 500 °C с последующим отжигом или нормализацией в восстановительной атмосфере, ванна цинкования, линия охлаждения, пассивации и дрессировки. Нагрев цинковальной ванны - индукционный; скорость полосы - 3 м/с; производительность до 500 тыс. т/год. |
Агрегат нанесения полимерного покрытия | Нанесение защитного полимерного покрытия на поверхность холоднокатаного листа | Геометрические размеры полосы: толщина 0,3 - 2,0 мм, ширина 600 - 1800 мм; масса рулона до 10 т; скорость движения полосы в агрегате 10 - 50 м/мин; длина линии агрегата 350 м; производительность 140 тыс. т/г; вид покрытия - органозоль, пластизоль, эмали. |
Г.3 Производство длинномерной продукции
Таблица Г.3
Оборудование для производства длинномерного проката
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Методическая печь | Нагрев блюмов, непрерывно-литой заготовки перед прокаткой | Количество зон нагрева 2 - 8, движение заготовки - толкателем или подвижными (шагающими) балками, используется принцип противотока, загрузка и выдача - торцевая и боковая; производительность 100 - 300 т/ч; размеры сечения нагреваемых заготовок 80 x 80 - 200 x 200 мм; топливо - природный газ или смесь газов. |
Устройство для гидросбива окалины | Удаление окалины с поверхности металла | Скорость транспортировки заготовок 0,9 - 1,2 м/с. Давление воды - 30 МПа. Расход воды макс. - 394 л/мин. |
Стан мелкосортный линейный | Формоизменение нагретого металла деформацией в валках | Количество клетей 7 - 10, диаметр валков чистовых клетей 250 - 330 мм, скорость прокатки 3,9 - 8,2 м/с, производительность 250 - 500 тыс. т/год, размеры сечения заготовки 125 x 125 - 200 x 200 мм, диаметр готового проката 10 - 35 мм |
Стан мелкосортный непрерывный | Формоизменение нагретого металла деформацией в валках | Количество клетей 10 - 24, диаметр валков чистовых клетей 250 - 380 мм, скорость прокатки 7 - 25 м/с, производительность 300 - 900 тыс. т/год, размеры сечения заготовки 80 x 80 - 200 x 200 мм, диаметр готового проката 10 - 40 мм. |
Стан проволочный непрерывный | Формоизменение нагретого металла деформацией в валках | Количество клетей 37 - 55 (включая блоки чистовых клетей), диаметр валков чистовых клетей 150 - 250 мм, скорость прокатки 30 - 70 м/с, производительность 700 - 900 тыс. т/ч, размеры сечения заготовки 80 x 80 - 200 x 200 мм, диаметр готового проката 5 - 19 мм, масса бунтов до 2,2 т. |
Правильная машина | Правка сортового проката | Тип - роликовая, одноплоскостной правки, девяти- или одиннадцатироликовая со всеми приводными роликами, скорость правки до 10 м/с. |
Линия охлаждения мелкосортного проката в бунтах | Охлаждение мелкосортного проката в бунтах | Состав: пропускные трубы-охладители; секции ускоренного охлаждения проката, моталка для смотки проката площадью сечения 50 - 530 мм2, скорость диска моталки 6 - 20 м/с, диаметр бунта наружный - 1200 мм; машина для увязки бунтов, транспортер; навешиватель бунтов, крюковой конвейер длиной 450 м, содержит 250 крюковых тележек, расстояние между крюками 1,8 м, скорость движения конвейера 0,05 - 0,18 м/с; бунтосъемная машина, четырехстержневая пакетировочная машина. |
Линия двухстадийного охлаждения катанки по способу Стелмор | Охлаждение катанки | Состав: пропускные трубы-охладители, расход воды на одну нитку 240 м3/ч; виткообразователь, сетчатый транспортер с 10 вентиляторами, расход воздуха 3,5 - 10 м3/ч; шахта для сбора витков, пресс для осаживания бунта, машина для увязки бунтов. |
Таблица Г.4
Оборудование для производства проволоки
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
"Садочные" ванны травления и промывки | Очистка поверхности катанки от окалины | Применяемый травильный раствор: вода, 2,5 - 12% серной кислоты или соляной кислоты, ингибитор для серной кислоты (поваренная соль) 0,2 - 3%, пенообразователь для предотвращения испарения кислоты, промывка - душирующая промывка и погружная ванна с горячей и ванна с холодной водой |
Линия механического удаления окалины | Очистка поверхности катанки от окалины | Диаметр катанки 5 - 12 мм; скорость обработки 120 - 180 м/мин; масса бунта 400 - 2200 кг; диаметр барабана намотки 1000 - 1100 мм. |
Линия обточки катанки/проволоки | Очистка поверхности проволоки | Диаметр катанки/проволоки 5 - 12 мм; скорость обработки 10 - 90 м/мин; масса мотка 250 - 400 кг; диаметр барабана намотки 1000 - 1100 мм. |
Машина волочения проволоки | Холодная деформация металла | Диаметр готовой проволоки dп = 8 мм и более, волочильная машина с накоплением проволоки (ВН), диаметр чистового барабана DБК = 750 - 1000 мм, кратность волочения (количество барабанов) n = 1 - 3, скорость волочения v = 50 - 160 м/мин. Параметры работы при производстве проволоки других размеров: dп = 6 - 8 мм, ВН, DБК = 550 - 750 мм, n = 1 - 5, v = 60 - 600 м/мин. dп = 4 - 6 мм, ВН, DБК = 550 - 750 мм, n = 2 - 6, v = 100 - 800 м/мин. dп = 1,6 - 4 мм, ВН, DБК = 550 мм, n = 4 - 12, v = 200 - 1000 м/мин. dп = 0,8 - 1,6 мм, ВН, DБК = 350 - 550 мм, n = 4 - 12, v = 350 - 1200 м/мин. dп = 0,8 - 2,5 мм, прямоточная волочильная машина ВП, DБК = 550 мм, n = 7 - 14, v = 600 - 1500 м/мин. dп = 0,4 - 0,8 мм, волочильная машина со скольжением проволоки (ВС), DБК = 200 - 350 мм, n = 10 - 18, v = 500 - 1200 м/мин. dп = 0,2 - 0,4 мм, ВС, DБК = 150 - 200 мм, n = 13 - 21, v = 700 - 1200 м/мин. dп = 0,1 - 0,2 мм, ВС, DБК = 150 мм, n = 18 - 21, v = 700 - 1200 м/мин. |
Линия правки-резки проволоки на прутки | Изготовление калиброванного проката | Диаметр проволоки и проката 1,2 - 14 мм; скорость обработки 10 - 30 м/мин; длина прутка 500 - 6000 мм; класс шероховатости Г, Д. |
Линия шлифовки и полировки прутков | Изготовление калиброванного проката | Диаметр прутков 1,0 - 14 мм; скорость обработки 5 - 30 м/мин; длина прутка 500 - 6000 мм, класс шероховатости А, Б, В, Г. |
Линия нанесения профиля | Изготовление холоднодеформированной арматуры | Диаметр катанки 6,0 - 13,5 мм; скорость обработки 60 - 600 м/мин; масса бухты 1000 - 3000 кг; диаметр барабана намотки 500 - 600 мм. |
Колпаковая печь | Термическая обработка проволоки в бунтах | Состав печи: поддон, защитный муфель из жаростойкого металла, нагревательный колпак, футерованный огнеупорами и теплоизолирующим легковесным материалом, нагревательные элементы в виде излучающих трубок или электрических спиралей, вентилятор; масса садки 0,8 - 10 т. |
Агрегат для патентирования проволоки непрерывного типа | Термическая обработка проволоки | Состав: печь; селитровая ванна или ванна с расплавом свинца; ванна промывки и охлаждения; травильная ванна; промывочная ванна; ванна для нанесения подсмазочного покрытия (бура, фосфат); сушильное устройство; намоточное устройство (12 - 30 катушек); температура нагрева 800 - 1000 °C; патентирование (охлаждение с выдержкой при температуре 450 - 550 °C) проволоки в ванне с расплавом свинца или селитры. Травление - серная или соляная кислота; концентрация буры 70 - 120 г/л, температура ванны 85 - 90 °C; диаметр проволоки 0,8 - 5 мм, производительность 1,2 - 24 тыс. т/год. |
Печь для патентирования проволоки | Термическая обработка проволоки | Состав: печь; селитровая ванна или ванна с расплавом свинца; ванна промывки и охлаждения; намоточное устройство (12 - 24 намотки мотков до 250 кг); температура нагрева 800 - 1100 °C; патентирование (охлаждение с выдержкой при температуре 450 - 550 °C) в ванне с расплавом свинца или селитры. Диаметр проволоки 5 - 10 мм, производительность 3 - 9 тыс. т/год. |
Агрегат для горячего цинкования проволоки непрерывного типа | Термическая обработка и покрытие проволоки цинком | Состав: печь; ванна с расплавом свинца для высокоуглеродистой проволоки; ванна промывки и охлаждения; травильная ванна; промывочная ванна; ванна флюсования; сушильное устройство; ванна с расплавом цинка; намоточное устройство (12 - 30 катушек); температура нагрева печи 800 - 1000 °C; патентирование (охлаждение с выдержкой при температуре 450 - 550 °C) проволоки в ванне с расплавом свинца или селитры. Травление - соляная кислота; диаметр проволоки 0,8 - 6 мм, производительность 1,2 - 24 тыс. т/год. |
Таблица Г.5
Оборудование для производства сортового проката
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Методическая печь | Нагрев блюмов, непрерывно-литой заготовки перед прокаткой | Количество зон нагрева 2 - 8, движение заготовки - толкателем или подвижными (шагающими) балками, независимо от расположения горелок используется принцип противотока, загрузка и выдача - торцевая и боковая; производительность 100 - 300 т/ч; размеры сечения нагреваемого металла 80 x 80 - 300 x 360 мм; длина печи 15 - 32 м; топливо - природно-доменная смесь, природный газ. |
Стан заготовочный | Формоизменение горячего металла в валках | Стан "900/680" - производительность 350 тыс. т/год. |
Стан крупносортный линейный | Формоизменение горячего металла в валках | Станы "780", "650", "580" - число клетей 2 - 4, черновые - трио реверсивная, дуо реверсивная, чистовые - трио реверсивная, дуо, размеры заготовки 250 x 250 - 280 x 280 мм, скорость прокатки 2,8 - 4,7 м/с, производительность 800 - 1100 тыс. т/год. |
Стан рельсобалочный | Формоизменение горячего металла в валках | Стан "800" - число клетей 4, черновая - дуо реверсивная, чистовые - трио реверсивная, дуо универсальная, размеры заготовки 340 x 340 мм, скорость прокатки 4,8 - 5,2 м/с, производительность 800 - 1350 тыс. т/год. |
Стан универсальный балочный (УБС) | Формоизменение горячего металла в валках | УБС с последовательным расположением клетей - число клетей 4 - 7, черновая - дуо реверсивная, чистовые - реверсивная дуо универсальная, масса заготовки 2,5 - 15,5 т, скорость прокатки 5 - 10,5 м/с, производительность 660 - 1600 тыс. т/год. |
Стан крупносортный с последовательным расположением клетей | Формоизменение горячего металла в валках | Станы "500", "600" - число клетей 9 - 17, черновая - трио, дуо, чистовые - дуо, дуо универсальная, размеры заготовки 210 x 210 - 300 x 300 мм, скорость прокатки 3,5 - 10 м/с, производительность 950 - 1600 тыс. т/год. |
Стан крупносортный непрерывный | Формоизменение горячего металла в валках | Стан "600", "700" - число клетей 8 - 14, черновая - дуо, чистовые - дуо универсальная, размеры заготовки 340 x 340 мм, скорость прокатки 1,3 - 6,2 м/с, производительность 1200 - 2000 тыс. т/год. |
Стан среднесортный линейный | Формоизменение горячего металла в валках | Станы "450", "400", "360" - число клетей 4 - 6, черновая - трио, чистовые - трио, дуо, размеры заготовки 170 x 170 - 200 x 200 мм, скорость прокатки 2,5 - 5,5 м/с, производительность 52 - 450 тыс. т/год. |
Стан среднесортный полунепрерывный | Формоизменение горячего металла в валках | Станы "350", "370" - число клетей 7 - 13, черновая - трио, дуо, чистовые - дуо, размеры заготовки 120 x 120 - 180 x 180 мм, скорость прокатки 5 - 16 м/с, производительность 120 - 850 тыс. т/год. |
Стан среднесортный непрерывный | Формоизменение нагретого металла деформацией в валках | Станы "450", "350" - число клетей 7 - 16, черновая - дуо, чистовые - дуо, размеры заготовки 150 x 150 - 200 x 200 мм, скорость прокатки - до 16 м/с, производительность 450 - 1500 тыс. т/год. |
Ножницы маятниковые | Обрезка концов раската, одиночный рез, аварийная резка | Усилие резания 400 кН, скорость резания макс. - 38 резов/мин. |
Ножницы четырех кривошипные | Резка концов раската, одиночный рез, аварийная резка | Усилие резания - 380 кН, скорость резания макс. - 550 резов/час. |
Пила горячей резки | Резка заготовок на мерные длины | Размер разрезаемых заготовок: круглых - 190 мм, квадратных - 170 мм, число оборотов диска макс. - 1470 об/мин. |
Абразивно-отрезная пила | Резка заготовок на мерные длины | Размер разрезаемых заготовок: круглых - диаметром 12 - 70 мм, квадратных - со стороной квадрата 12 - 65 мм, шестигранных - диаметром вписанного круга 12 - 70 мм, арматурного проката периодического профиля - номинальным диаметром 12 - 40 мм, максимальная скорость абразивного диска - 100 м/с. |
Колодец неотапливаемый | Охлаждение проката готового сортового проката | Футеровка - шамотный кирпич, облицовка - металлические плиты, крышка - чугунная с асбестовой прокладкой, емкость - до 200 т, температура загрузки - не ниже 700 °C, общая продолжительность охлаждения садки массой до 120 т - до 4 суток. |
Камерная печь | Термическая обработка (отжиг) сортовой стали | Сортовая сталь всех размеров длиной до 6 м, садка до 50 т, загрузка напольной машиной, топливо - природный газ. |
Правильная машина | Правка сортового проката | Тип - роликовая, одноплоскостной правки, нижние или верхние ролики - приводные, 7 - 9 роликовые с регулируемым шагом, для крупносортных скорость правки 0,25 - 2 м/с; для среднесортных - скорость правки 1 - 3 м/с. |
Станок бесцентрово-токарной обточки | Удаление дефектов поверхности сортового проката | Скорость резания - 200 м/мин, подача 50 мм/об, глубина резания 0,15 - 10 мм, точность обработки: +/- 0,05 мм (диаметр проката меньше 50 мм); +/- 0,1 - 0,2 мм (диаметр проката больше 60 мм). |
Токарно-обдирочный станок | Удаление дефектов поверхности сортового проката | Производительность 20 - 40 т/час (один станок), размер обрабатываемых заготовок макс. - 190 мм. |
Шлифовальная машина | Выборочное удаление наружных дефектов на сортовом прокате | Размер обрабатываемых заготовок: круглых - 180 мм, квадратных - 110 мм, удельная производительность - 220 кг/ч. |
Г.4 Производство трубной продукции
Таблица Г.6
Оборудование для производства горячекатаных труб
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Пресс холодной ломки заготовок | Ломка штанг в холодном состоянии на заготовки требуемой длины | Геометрические размеры разрезаемых штанг: наружный диаметр 90 - 260 мм, длина (макс.) 12,0 м. Геометрические размеры заготовок: длина (макс.): 4,3 м. Усилие: 800 тс. Производительность: 230 изломов/час. |
Пресс-ножницы холодной резки заготовок | Разрезка штанг в холодном состоянии на заготовки | Геометрические размеры разрезаемых штанг: наружный диаметр (макс.) 160 мм. Усилие резания: 10 000 кН. |
Нагревательная печь с шагающими балками | Нагрев заготовок перед прокаткой в линии ТПА | Геометрические размеры нагреваемых заготовок: наружный диаметр 156 - 410 мм. Производительность (макс.): 200 т/час. |
Кольцевая нагревательная печь с вращающимся подом | Нагрев заготовок перед прокаткой в линии ТПА | Геометрические размеры нагреваемых заготовок: наружный диаметр 160 - 400 мм, длина (макс.) 3,8 м. Температура в печи (макс.): 1 350 °C. |
Нагревательная печь с шагающим подом | Нагрев стальных штанг перед разрезкой, прокаткой в линии ТПА | Геометрические размеры нагреваемых заготовок: наружный диаметр 120 - 156 мм. Температура нагрева штанг (макс.): 1280 °C. Производительность (макс.): 73,5 т/час. |
Ножницы горячей резки | Разрезка штанг в горячем состоянии на заготовки | Геометрические размеры разрезаемых штанг: 120 - 160 мм. Усилие резания: 1000 кН. |
Обжимной стан | Уменьшение наружного диаметра круглых стальных заготовок | Тип: стан винтовой прокатки. Количество валков: 3. Размеры заготовок: наружный диаметр 120 - 160 мм. Размеры заготовок после проката: наружный диаметр 115 - 123 мм. Производительность (макс.): 300 шт/час. |
Прошивной стан винтовой прокатки с направляющими дисками | Получение из сплошной круглой заготовки толстостенной гильзы | Количество валков в клети: 2. Направляющий инструмент: диски. Линия PQF 10 3/4", размеры исходных заготовок: наружный диаметр 210 - 300 мм, длина (макс.) 5,0 м. Размеры гильз: наружный диаметр 222 - 328 мм, длина (макс.) 10,2 м. |
Прошивной стан винтовой прокатки с направляющими линейками | Получение из сплошной круглой заготовки толстостенной полой гильзы | Количество валков: 2. Направляющий инструмент: линейки. Линия ТПА 50-200: размеры исходных заготовок: наружный диаметр 90 - 260 мм, длина (макс.) 4,2 м. размеры гильз: наружный диаметр 50 - 203 мм, длина (макс.) 7,8 м. Линия ТПА 159-426: размеры исходных заготовок: наружный диаметр 260 - 410 мм, длина (макс.) 4,8 м. размеры гильз: наружный диаметр (макс.) 505 мм, толщина стенки 24 - 56 мм, длина (макс.) 10,4 м. Линия FQM 14 3/8": размеры исходных заготовок: наружный диаметр 290 - 400 мм, длина (макс.) 4,15 м. размеры гильз: наружный диаметр 328 - 400 мм, длина (макс.) 10,2 м. Линия ТПА-140: размеры исходных заготовок: наружный диаметр 115 - 156 мм. размеры гильз: наружный диаметр 126 - 167 мм, толщина стенки 14 - 25 мм. Линия ТПА 80: размеры исходных заготовок: наружный диаметр 100 - 123 мм. размеры гильз: наружный диаметр 98 - 129 мм, толщина стенки 14 - 22 мм. |
Установка вдувания дезоксиданта | Обработка полости гильз дезоксидирующим порошковым материалом | Геометрические размеры гильз: наружный диаметр 328 - 433 мм, внутренний диаметр 235,0 - 379,2 мм, длина (макс.) 10,2 мм. Расход материала (макс.): 2 кг/т. Производительность (макс.): 75 шт/час. |
Трехвалковый трубопрокатный стан винтовой прокатки | Раскатка толстостенной гильзы в трубу | Размеры труб: наружный диаметр 50 - 250 мм, длина (макс.) 13 м. Размеры валков (макс.): диаметр 500 мм, длина (макс.) 400 мм. Размеры оправок: удерживаемые оправки - наружный диаметр 60 - 140 мм, длина 800 мм, плавающие оправки - наружный диаметр 47 - 180 мм, длина (макс.) 11,5 м. Ход удерживаемой оправки при прокате (макс.): 400 мм. |
Трубопрокатный стан продольной прокатки | Раскатка толстостенной гильзы на оправке | Геометрические размеры прокатываемых труб: наружный диаметр 118...160 мм. |
Извлекательно-калибровочный стан | Съем трубы с оправки непрерывного стана, калибрование труб по диаметру | Линия ТПА 159-426: количество клетей: 10 шт. Количество валков в клети: 2 шт. Размеры труб: наружный диаметр 159 - 426 мм, толщина стенки (макс.) 42 мм. Линия PQF 10 3/4": количество клетей: 8 шт. Количество валков в клети: 3 шт. Размеры труб: наружный диаметр 178 - 288 мм, толщина стенки (макс.) 25,2 мм. |
Стан извлекатель | Съем трубы с оправки непрерывного стана, калибрование труб по диаметру | Количество клетей: 3 шт. Количество валков в клети: 3 шт. Геометрические размеры прокатываемых труб: наружный диаметр 280 - 370 мм, толщина стенки (макс.) 38,3 мм, длина (макс.) 26,7 м. Скорость прокатки (макс.): 3,9 м/с. Производительность (средняя): 70 тн/ч. |
Обкатной стан | Выравнивание толщины стенки трубы по длине | Геометрические размеры прокатываемых труб: наружный диаметр 125 - 175 мм. |
Индукционная установка | Подогрев прокатанной трубы перед последующей операцией деформации | Размеры труб: наружный диаметр 140 - 178 мм, толщина стенки 6 - 14 мм. Потребляемая мощность (макс.): 3 260 кВт. Температура трубы на входе в установку (макс.): передний конец 830 °C, задний конец 860 °C. Температура трубы на выходе из установки (макс.): 950 °C. Скорость перемещения трубы (макс.): 0,8 м/сек. |
Печь с шагающими балками для подогрева труб | Подогрев прокатанной трубы перед последующей операцией деформации | Линия ТПА 50-200: Размеры труб: наружный диаметр 78 - 208 мм, толщина стенки 5 - 50 мм, длина 7 - 10 м. Линия PQF 10 3/4": Размеры труб: наружный диаметр 178 - 288 мм, толщина стенки (макс.) 25,2 мм. Температура (макс.): 1050 °C Тип топлива: природный газ. Количество зон нагрева: 10. Удельный расход топлива: около 105 ккал/кг. Линия FQM 14 3/8": Размеры труб: наружный диаметр 280 - 370 мм, толщина стенки (макс.) 38,3 мм, длина (макс.) 26,7 м. Удельный расход топлива: 15 кг у.т./т. Производительность (макс.): 180 т/ч. |
Калибровочный стан продольной прокатки | Калибрование труб по диаметру без оправки | Линия FQM 14 3/8": количество клетей: 14. Количество валков в клети: 3. Размеры труб: наружный диаметр 168 - 365 мм, толщина стенки 6,4 - 40 мм, длина (макс.) 27 м. Линия ТПА-140: размеры труб: наружный диаметр 89 - 168 мм, толщина стенки 5 - 25 мм. |
Калибровочный стан винтовой прокатки | Калибрование труб по диаметру без оправки | Количество валков в стане: 3. Размеры прокатываемых труб: наружный диаметр 60 - 245 мм, длина (макс.) 10 м. |
Редукционный стан | Уменьшение диаметра трубы с изменением толщины стенки | Геометрические размеры готовых труб: наружный диаметр 73 - 102 мм, толщина стенки 5 - 17 мм. |
Редукционно-калибровочный стан | Уменьшение диаметра трубы с изменением толщины стенки | Количество клетей: 12. Количество валков в клети: 2. Геометрические размеры прокатываемых труб: наружный диаметр 57 - 203 мм, толщина стенки 6 - 28 мм. |
Редукционно-растяжной стан | Уменьшение диаметра трубы с изменением толщины стенки | Линия PQF 10 3/4": размеры готовых труб: наружный диаметр 73...219 мм, толщина стенки 5,5...25,4 мм. Линия ТПА-80: размеры готовых труб: наружный диаметр 30...89 мм, толщина стенки (макс.) 13,0 мм. Производительность (макс.): 300 шт/час. |
Пила пакетной резки | Разрезка труб на мерные длины в линии трубопрокатного агрегата | Размеры труб: наружный диаметр 28 - 365,1 мм, толщина стенки 2,5...40 мм, длина (макс.) 75 м. Диаметр диска (макс.): 1600 мм. Ширина реза (макс.): 12 мм. Скорость резания: 80 - 600 м/мин. |
Правильная машина | Устранение кривизны стальных труб | Количество валков: 3 - 10 шт. Размеры труб: наружный диаметр 42 - 365,1 мм, толщина стенки 5 - 40 мм, длина (макс.) 27 м. Скорость прокатки (макс.): 1,5 м/с. |
Трубопрокатный агрегат ТПА 140 | Производство горячекатаных бесшовных труб | Тип: с автомат-станом. Размеры готовых труб: наружный диаметр 57 - 133 мм. Производственная мощность: 114 тыс. т/год. |
Трубопрокатный агрегат ТПА 220 | Производство горячекатаных бесшовных труб | Тип: с автомат-станом. Размеры готовых труб: наружный диаметр 133...219 мм. Производственная мощность: 210 тыс. т/год. |
Трубопрокатный агрегат ТПА 30-102 | Производство горячекатаных бесшовных труб | Тип: с непрерывным станом. Размеры готовых труб: наружный диаметр 32...108 мм. Производственная мощность: 447 тыс. т/год. |
Трубопрокатный агрегат ТПА 160 | Производство горячекатаных бесшовных труб | Тип: с трехвалковым раскатным станом. Размеры готовых труб: наружный диаметр 63...203 мм. Производительность: 166 тыс. т/г. |
Таблица Г.7
Оборудование для обработки труб на участках
термической обработки
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Проходная роликовая печь | Отжиг труб, стальных круглых заготовок | Размеры труб: наружный диаметр 48 - 245 мм, толщина стенки 5 - 55 мм, длина (макс.) 11,0 м. Число труб в пакете (макс.): 50 шт. Вес пакета труб (макс.): 7,0 тн. Размеры заготовок: наружный диаметр (макс.) 360 мм, длина (макс.) 10 м. |
Секционная печь | Нагрев труб под нормализацию, закалку | Количество секций: 20. Топливо: природный газ. Размеры труб: наружный диаметр 146 - 365,1 мм, толщина стенки 5,6...45 мм, длина (макс.) 13 м. Температура нагрева труб: под закалку 750 - 1000 °C, под нормализацию 850 - 980 °C. Производительность (макс.): 25 т/ч. |
Роликовая печь | Нагрев труб под нормализацию, закалку | Температура пространства печи: 750 - 1200 °C. Производительность (макс.): 16 т/час. |
Печь с шагающими балками | Нагрев труб под нормализацию, закалку | Количество ячеек (макс.): 83 шт. Температура в печи (макс.): 1 050 °C. |
Установка гидросбива окалины | Удаление окалины с наружной поверхности труб | Количество колец: 2 - 3. Количество форсунок: кольцо 1 - 4 - 6, кольцо 2 - 7 - 8, кольцо 3 - 8 шт. Давление воды: 12...35 МПа. |
Ванна | Закалка труб | Объем: 70 м3. Расход воды: 900 м3/час. Количество форсунок для внутренней закалки: 1 шт. Расход воды: 300 м3/час. Давление воды для внутренней закалки (мин.): 0,5 МПа. |
Спрейер | Закалка труб | Типа: осевой. Количество секций: до 4. Количество стержней в секции (макс.): 32. Количество форсунок на каждый стержень (макс.): 36. Тип: кольцевой. Количество: колец - 63; сопел - 10. Давление воды (макс.): 0,63 МПа. |
Секционная печь | Нагрев труб для проведения отпуска, нормализации | Количество секций: 20 шт. Тип топлива: природный газ. Размеры труб: 166,3 - 365,1 мм, толщина стенки 5,6 - 34,5 мм, длина (макс.) 13 м. Температура нагрева труб: отпуск - 550...750 °C, нормализация - 850 - 980 °C. Производительность (макс.): 25 т/ч. |
Печь с шагающими балками | Нагрев труб для термообработки | Температура нагрева труб: 520 - 750 °C. Количество ячеек: 128 - 144 шт. Производительность: 15 т/час. |
Калибровочный стан | Повышение точности размеров трубы по диаметру | Количество клетей: 3 - 5. Количество валков в клети: 2 - 3. Размеры труб: наружный диаметр 50 - 426 мм, толщина стенки (макс.) 34,8 мм, длина (макс.) 13,0 м. Скорость прокатки (макс.): 1,5 м/с. Температура трубы (макс.): 730 °C. |
Правильная машина | Устранение кривизны труб | Тип: косовалковая машина. Количество валков: 6 - 10 шт. Угол разворота валков: 25 - 35 град. Размеры труб: наружный диаметр до 426 мм, толщина стенки до 55 мм, длина до 13 м. Скорость прокатки (макс.): 1,7 м/с. Температура труб (макс.) 725 °C. |
Таблица Г.8
Оборудование для обработки труб на участках отделки
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Автоматическая линия плазменной резки труб | Отрезка концов труб, торцовка труб | Геометрические размеры труб: наружный диаметр 60 - 168 мм, толщина стенки 4 - 25 мм, длина 4...12 м. Длина отрезаемых концов: 60 - 300 мм. |
Трубообточной бесцентрово-токарный станок | Механическая обработки наружной поверхности труб | Геометрические размеры труб до обработки: наружный диаметр 56 - 220 мм, длина 3,1 - 9,0 м, масса (макс) 2,8 т. Геометрические размеры труб после обработки: наружный диаметр 50 - 210 мм. Глубина срезаемого слоя (макс.): 5 мм. |
Трубоотрезной станок | Отрезка концов труб, торцовка труб | Размеры труб: наружный диаметр 20 - 530 мм, толщина стенки 2 - 43 мм, длина 6...13 м. Размеры фаски: наружная фаска (макс.) - 15 x 15 мм, внутренняя фаска (мин.) - 3 x 3 мм. Длин отрезаемых концов: 30 - 600 мм. Ширина реза (макс.): 8 мм. |
Калибровочный пресс | Калибрование концов труб | Геометрические размеры труб: наружный диаметр 114,3 - 355,6 мм, толщина стенки 6 - 28,2 мм, длина (макс.) 15 м. Усилие (макс.): 500 т. |
Трубонарезной станок | Механическая обработка концов труб: нарезка резьбы, фаски | Размеры труб: наружный диаметр (макс.) 425 мм, толщина стенки 5 - 25 мм, длина 6 - 13,5 м. Мощность (макс.): 147 кВт. Частота вращения шпинделя: 14 - 600 об/мин. Скорость подачи (макс.): 4000 мм/мин. |
Установка фосфатирования концов труб | Нанесение фосфатного покрытия на резьбовую поверхность концов труб | Метод нанесения: струйный облив. Размеры труб: наружный диаметр 42 - 219 мм, толщина стенки 4,0 - 20,0 мм, длина 6,0 - 13,3 м. Длина обрабатываемых участков труб: 150 - 300 мм. Толщина покрытия: 6 - 15 мкм. Температура сушки: 70 - 80 °C. Продолжительность обработки: 3 - 10 мин. |
Муфтонаверточный станок | Навинчивание муфты на трубу | Геометрические размеры труб: наружный диаметр 168 - 325 мм, толщина стенки 6 - 16 мм, длина 6 - 13 м. Момент свинчивания: 15 - 30 кНм. |
Пресс гидравлического испытания труб | Испытание труб внутренним гидростатическим давлением | Геометрические размеры труб: наружный диаметр: 60,3 - 351 мм, толщина стенки, (макс.) 25 мм, длина 4 - 13 м. Испытательное давление (макс.): 40 - 150 МПа. Производительность (макс.): 180 шт/час. |
Установка нанесения консервационного покрытия | Нанесение консервационного покрытия на наружную поверхность труб | Геометрические размеры труб: наружный диаметр 40 - 380 мм, толщина стенки 6 - 55 мм, длина 6,5 - 15,0 м. |
Линия нанесения консервационного покрытия | Нанесение консервационного покрытия на наружную поверхность труб | Скорость движения гладких труб: наружный диаметр 33 - 78 мм - 35 - 40 м/мин; наружный диаметр 79 - 123 мм - 40 - 45 м/мин; наружный диаметр 124 - 168 мм - 50 - 60 м/мин. Скорость движения нарезных труб: 35 - 40 м/мин. |
Ванна нанесения консервационного покрытия | Нанесение консервационного покрытия на наружную поверхность труб | Геометрические размеры труб: длина (макс.) 12 м. |
Линия покраски труб | Покраска поверхности труб | Геометрические размеры труб: наружный диаметр 33 - 168 мм, длина 5,0 - 11,8 м. |
Пресс высадки концов труб | Утолщение концов труб (высадка) путем горячей деформации | Геометрические размеры высаженных концов труб: наружный диаметр 42,2 - 146,1 мм. Усилие высадки (макс.): 2 500 кН. Ход цилиндра: 1700 мм. Осевой ход зажимного механизма: 180 мм. Максимальное давление зажимного механизма: 280 бар. Скорость высадки (макс.): 95 мм/сек. Рабочее давление (макс.): 280 бар. |
Муфтозаготовительный станок | Разрезка труб на муфтовые заготовки заданной длины | Геометрические размеры задаваемых труб: наружный диаметр (макс.) 365 мм, толщина стенки (макс.) 25 мм, длина 4 - 12,5 м. Длина муфт (макс.): 328 мм. |
Муфтонарезной станок | Расточка внутренней поверхности, нарезка резьбы на внутренней поверхности муфтовых заготовок | Геометрические размеры готовых муфт: наружный диаметр (макс.) 365 мм, толщина стенки (макс.) 25 мм. длина (макс.) 328 мм. Частота вращения шпинделя: 8 - 500 мин-1. Крутящий момент шпинделя (макс): 8690 Нм. |
Таблица Г.9
Оборудование для производства горячепрессованных труб
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Станок для обточки прутков | Механическая обработка наружной поверхности исходных заготовок | Диаметр прутков до обточки: 134 - 400 мм. Диаметр прутка после обточки: 130 - 396 мм. Величина съема металла за один проход: 2,0 - 10,0 мм. Длина прутков: 3,0 - 12,0 м. Шероховатость поверхности после обточки: Ra = 0,5 - 3,0 мкм. Частота вращения резцовой головки: 20 - 280 об/мин. |
Станок для порезки прутков | Разрезка холодных штанг на заготовки требуемой длины | Геометрические размеры разрезаемых прутков: наружный диаметр 130 - 250 мм, длина 3,0 - 12,0 м. Геометрические размеры готовых заготовок: длина 250 - 1400 мм. Максимальный ход диска пилы: 600 мм. Скорость резания: 8,0 - 23,5 м/мин. Подача пилы: гидравлическая. Скорость рабочей подачи (макс.): 200 м/мин. |
Станок глубокого сверления | Сверление центральной зоны исходных заготовок | Геометрические размеры обрабатываемых заготовок: наружный диаметр 130 - 400 мм. Глубина сверления: 250 - 1400 мм. Диаметр сверления: 25 - 50 мм. Частота вращения заготовки: 300 об/мин. Частота вращения сверла: 145 - 1500 об/мин. Подача сверла: 0,02...1,0 мм/об. Быстрая подача сверла: 3000 мм/мин. |
Станок для обработки торцов | Подготовка торцов исходных заготовок к прессованию | Диаметр заготовок: 130 - 400 мм. Длина заготовок: 330 - 1400 мм. Высота оси обработки над уровнем пола: 1200 мм. Ход узлов обработки: 600 мм. Вертикальный ход кареток для перемещения детали: 500 мм. Общий продольный ход кареток для перемещения деталей: 5000 мм. Длина рольганга: 8900 мм. Скорость перемещения каретки: 18 м/мин. |
Кольцевая печь с вращающимся подом | Предварительный нагрев заготовок | Диаметр x ширина пода: 26 x 6,6 м. Скорость вращения: 5,72 м/мин. Температура нагрева (макс.): 1130 °C. Масса оборудования: 650 тн. Мощность главного привода: 30 кВт. |
Индукционная установка | Нагрев металла до температуры деформации в линии пресса 55 МН | Тип: горизонтальная. Размеры заготовок: наружный диаметр 130 - 250 мм диаметр сверления (макс.) 50 мм. Длина печи: 7 м. Внутренний диаметр индукторов: 260 - 400 мм. Участков регулирования - 3. Индукторов на каждом участке: 1/2/2. Длина индукторов: 1406/1156/1406 мм. Мощность индукторов (макс.): 1150 кВт. Тип: вертикальная. Размеры гильз: наружный диаметр 230 - 370 мм, диаметр внутреннего отверстия 50 - 220 мм, длина 520 - 1400 мм. Внутренний диаметр футеровки индукторов: 1) при диаметре гильзы 130 - 172 мм - 200 мм; 2) при диаметре гильзы 173 - 230 мм - 244 мм. Внутренний диаметр катушки индукторов: 1) при диаметре гильзы 130 - 172 мм - 240 мм; 2) при диаметре гильзы 173 - 230 мм - 292 мм. Диапазон регулирования напряжения 308 - 600 В. Мощность индукторов 750 кВт. |
Вертикальный пресс | Экспандирование предварительно сверленых заготовок, прошивка заготовок | Тип: вертикальный, гидравлический, двухконтейнерный. Линия пресса 20 МН: Размеры заготовок: наружный диаметр 145 - 220 мм, длина 350 - 850 мм, диаметр отверстия (до экспандирования) 25 - 50 мм, (после экспандирования) 45 - 145 мм. Усилие пресса: 6,5 МН. Скорость экспандирования (макс.): 400 мм/сек. Линия пресса 55 МН: Размеры заготовок: наружный диаметр 260 - 353 мм, длина 480 - 1350 мм, диаметр отверстия (до экспандирования) 30 - 50 мм, (после прошивки) 115...240 мм. Усилие пресса: 25 МН. Главных цилиндров - 3. Скорость прошивки (макс.): 300 мм/сек. |
Горизонтальный пресс | Прессование полых гильз в трубы | Тип пресса: горизонтальный, гидравлический, двухконтейнерный. Линия пресса 20 МН: Размеры гильз: наружный диаметр 152 - 212 мм. длина 350 - 870 мм. Геометрические размеры прессуемых труб: наружный диаметр 42 - 146 мм, толщина стенки: 3,5 - 25 мм, длина 4,5 - 25,0 м. Усилие пресса: 20 МН. Скорость прессования (макс.): 300 мм/сек. Скорость холостого хода (макс.): 600 мм/сек. Линия пресса 55 МН: Размеры гильз: наружный диаметр 271 - 366 мм, длина 480 - 1350 мм. Размеры прессуемых труб: наружный диаметр 57 - 273 мм, толщина стенки 3,5 - 30 мм, длина 4,0 - 35,0 м. Усилие пресса: 55 МН. Количество главных цилиндров: 2. Усилие главных цилиндров: 15 МН, 40 МН. Скорость прессования (макс.): 300 мм/сек. |
Правильная машина | Устранение кривизны стальных труб | Размеры труб: наружный диаметр 30 - 245 мм, толщина стенки 4 - 30 мм, длина 4 - 15 м. Максимально допустимый момент изгиба: 440 000 Нм. Угол разворота валков: 28 - 37 град. Диаметр валков (макс.): 360 мм. Скорость правки (макс.): 130 м/мин. |
Труборазрезные станки | Обрезка разлохмаченного конца трубы | Размеры труб: наружный диаметр 25 - 245 мм, толщина стенки 2 - 30 мм, длина труб на входе 4,0 - 15,0 м, длина труб на выходе из станка 4,0 - 12,5 м. Длина отрезаемого конца: 150 - 500 мм. Частота вращения резцовой головки (макс.): 510 об/мин. |
Станок для изготовления фаски | Нарезка фаски с переднего и заднего концов труб | Размеры труб: наружный диаметр 25 - 245 мм, толщина стенки 2,0 - 30,0 мм, длина трубы на выходе из станка 4,0 - 12,5 м. Частота вращения шпинделя: 95 - 1322 об/мин. Длина хода рабочего шпинделя: 100 мм. |
Труборазрезные станки | Обрезка разлохмаченного конца трубы | Размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 42 - 245 мм, толщина стенки 2,5 - 30,0 мм, длина труб на входе в станок 4,0 - 15,0 м, длина труб на выходе из станка 4,0 - 12,5 м. Длина отрезаемого конца: 200 - 500 мм. Частота вращения резцовой головки: 12,5...450 об./мин |
Установка ультразвукового контроля труб | Контроль качества трубы без разрушения изделия | Размеры труб: наружный диаметр 42 - 126 мм, толщина стенки 2,5 - 30,0 мм, длина 4,0 - 12,5 м. Общая кривизна: не более 10 мм. Скорость контроля (макс.): 60 м/мин. Длина неконтролируемых концов (макс.): 150 мм. |
Шлифовальный станок | Шлифовка наружной поверхности труб | Размеры заготовок: наружный диаметр 114 - 245 мм, толщина стенки 4,2 - 20,0 мм, длина 4,0 - 12,5 м. Окружная скорость шлифовального круга: 45 м/сек. Частота вращения шпинделя: 2456 об/мин. Длина "бесконечной" абразивной ленты: 3500 мм. |
Таблица Г.10
Оборудование для производства холоднодеформированных труб
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Стан холодной прокатки | Холодная прокатка труб | ХПТ-32. Размеры труб: наружный диаметр 8 - 32 мм, толщина стенки до 5,0 мм, длина до 24 м. ХПТ-32М Размеры труб: наружный диаметр 16 - 32 мм, толщина стенки (макс.) 3 мм. ХПТ-55 Размеры труб: наружный диаметр 22 - 68 мм, толщина стенки до 10 мм, длина до 24 м. ХПТ-55М. Размеры труб: наружный диаметр 25 - 55 мм, толщина стенки до 12 мм ХПТ-75. Размеры труб: наружный диаметр 25 - 89 мм, толщина стенки до 20 мм, длина до 24 м. ХПТ-90. Размеры готовых труб: наружный диаметр 38 - 90 мм, толщина стенки (макс.) 18 мм. ХПТ-90М. Размеры готовых труб: наружный диаметр 38 - 114 мм, толщина стенки (макс.) 20 мм. ХПТ 40-5. Размеры готовых труб: наружный диаметр 12 - 35 мм, толщина стенки (макс.) 8,0 мм. ХПТ 10-45. Размеры готовых труб: наружный диаметр 10 - 45 мм, толщина стенки (макс.) 8,0 мм. |
Стан холодной прокатки труб роликами | Холодная прокатка труб | ХПТР 8-15. Размеры готовых труб: наружный диаметр 6 - 15 мм, толщина стенки (макс.) 1,5 мм. ХПТР 15-30. Размеры готовых труб: наружный диаметр 10 - 30 мм, толщина стенки (макс.) 2,0 мм. ХПТР 30-60. размеры готовых труб: наружный диаметр 28 - 60 мм, толщина стенки (макс.) 3,5 мм. ХПТР 60-120 размеры готовых труб: наружный диаметр 50 - 120 мм, толщина стенки (макс.) 4,5 мм. |
Трубоволочильный стан | Волочение труб | Тип станов: барабанные. Усилие волочения: 3 - 100 кН. |
Трубоволочильный стан | Волочение труб | Тип станов: линейные оправочные. Усилие волочения: 1 - 1000 кН. Стан усилием волочения 80 кН: Размеры трубных заготовок: наружный диаметр 6 - 45 мм, длина 2,5 - 10,5 м. Размеры труб: длина 14 м. Стан усилием волочения 150 кН: Размеры трубных заготовок: наружный диаметр 16 - 60,3 мм, длина 2,5 - 10,5 м. труб: длина 15 м. Стан с усилием волочения 300 кН: Размеры трубных заготовок: наружный диаметр 33,7 - 73 мм, длина 5 - 11,5 м. Размеры труб: длина 25 м. Стан с усилием волочения 600 кН: Размеры трубных заготовок: наружный диаметр 48,3 - 88,9 мм, длина 6,0 - 13,5 м. Размеры труб: длина 21 м. |
Трубоволочильный стан | Волочение труб | Тип станов: линейный безоправочный. Размеры готовых труб: наружный диаметр 6...40 мм, длина (макс.) 20 м. |
Ванна кислотная | Химическая обработка труб | Тип кислот: серная, азотная, азотно-плавиковая Геометрические размеры обрабатываемых труб: длина (макс.) 24,0 м |
Ванна меднокупоросная | Нанесение смазочного подслоя | Геометрические размеры обрабатываемых труб: длина (макс.) 11,5 м. |
Ванна промывная | Промывка труб | Геометрические размеры обрабатываемых труб: длина (макс.) 16,8 м. |
Ванна фосфатная | Нанесение смазочного подслоя | Геометрические размеры обрабатываемых труб: длина (макс.) 11,2 м. |
Ванна нейтрализации | Нейтрализация труб | Геометрические размеры обрабатываемых труб: длина (макс.) 14,1 м. |
Ванна мыльная | Нанесение смазочного слоя | Геометрические размеры обрабатываемых труб: длина (макс.) 12,0 м. |
Ванна промывная горячая | Промывка труб от остатков кислот, солевых расплавов, загрязнений. | Геометрические размеры обрабатываемых труб: длина (макс.) 17,1 м. |
Ванна обезжиривания | Удаление жировых загрязнений | Геометрические размеры обрабатываемых труб: длина (макс.) 16,6 м. |
Ванна пассивация | Создание окисной пленки | Геометрические размеры обрабатываемых труб: длина (макс.) 16,6 м. |
Ванна графитовая | Нанесение смазочного слоя | Геометрические размеры обрабатываемых труб: длина (макс.) 9,0 м. |
Электрованна СВЩ | Химическая обработка с целью удаления окислов с поверхности | Тип раствора: щелочной расплав, гидрид натрия. Геометрические размеры обрабатываемых труб: длина (макс.) 13,5 м. |
Проходная печь | Термическая обработка труб | 1) Газовая с роликовым подом. Размеры труб: наружный диаметр 5 - 120 мм, толщина стенки 0,5 - 14 мм, длина 2,5 - 24 м. Температура (макс.): 1000 °C. 2) Электрическая. Размеры труб: наружный диаметр 6 - 73 мм, толщина стенки 1 - 12 мм, длина 2,5 - 10,5 м. Рабочая температура (макс.): 1000 °C. |
Роликовая печь с защитной атмосферой | Термическая обработка труб | Тип - с радиационными трубами. Размеры труб: наружный диаметр 6 - 89 мм, толщина стенки 1 - 13 мм, длина 3,0 - 8,5 м. Температура (макс.): 1000 °C. |
Электропечь с роликовым подом | Термическая обработка труб | Геометрические размеры обрабатываемых труб: длина (макс.) 22 м. Температура нагрева труб (макс.): 1180 °C. |
Вакуумная печь | Термическая обработка труб | Геометрические размеры обрабатываемых труб: длина (макс.) 9 м, масса (макс.) 200 кг. Температура нагрева труб (макс.): 950 °C. |
Электроконтактная печь | Термическая обработка труб | Геометрические размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 3,0 - 120 мм, толщина стенки 0,16 - 1,0 мм. Температура нагрева труб (макс.): 1180 °C. |
Печь термообработки в защитной среде | Термическая обработка труб | Среда особо чистого водорода. Размеры труб: наружный диаметр 8 - 60 мм, длина (макс.) 31 м. Температура нагрева труб (макс.): 1180 °C. |
Линия резки труб | Обрезка концов труб, резка труб | Геометрические размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 16 - 125 мм, толщина стенки 0,8 - 16 мм, длина 3,0 - 25 м. |
Ленточный станок | Разрезка труб | Геометрические размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 10 - 410 мм. |
Трубоотрезные станки | Обрезка концов труб, резка труб | Геометрические размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 10 - 114 мм, толщина стенки 2 - 10 мм. |
Пресс гидравлического испытания труб | Испытание внутренним давлением | Геометрические размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 20 - 114 мм, длина 3,5 - 16 м. Испытательное давление 7 - 40 МПа. |
Бесцентрово-токарный станок | Механическая обработка наружной поверхности | Геометрические размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 50 - 160 мм, длина 3 - 7 м. |
Расточной станок | Механическая обработка внутренней поверхности | Геометрические размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 48 - 170 мм, внутренний диаметр 43 - 152 мм, длина 2,5 - 6 м. |
Шлифовальный станок | Шлифовка труб | Геометрические размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 4 - 100 мм, длина (макс.) 31 м. |
Таблица Г.11
Оборудование для производства сварных спиральношовных труб
большого диаметра (по состоянию на 2021 г.
оборудование законсервировано)
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Поворотное устройство загрузки рулонов | Загрузка рулона в линию трубосварочного агрегата | Геометрические размеры рулонов: внешний диаметр 1350 - 2300 мм, внутренний диаметр 700 - 850 мм, ширина 800 - 1850 мм, масса (макс.) 35 т. |
Оборудование линии ТЭСА электродуговой сварки под слоем флюса | Обрезка кромок полосы и концов рулона, стыковка и сварка рулонов, формовка, сварка кромок трубы | Усилие резки гильотинных ножниц: 1600 кН. Усилие резки калибровочных ножниц: 1600 кН. Диаметр формующих роликов: 110 мм. Геометрические размеры труб: наружный диаметр 530 - 1420 мм, толщина стенки 4 - 16 мм. Выходная скорость трубы (макс.): 1,2 м/мин. |
Плазматрон | Разрезка труб на мерные длины | Длина перемещения тележки: 2450 мм. Скорость возврата тележки: 5,6 м/мин. Зазор между соплом плазменной головки и трубой: 10 - 12 мм. |
Закалочная печь | Нагрев труб под закалку | Способ нагрева: газопламенный нагрев. Размеры труб: наружный диаметр 530 - 1420 мм, длина 9,3 - 12 м. Количество транспортных дисков: 18 шт. |
Отпускная печь | Отпуск труб | Способ нагрева - газопламенный. Размеры труб: наружный диаметр 530 - 1420 мм, длина 9,3 - 12 м. Количество транспортных дисков: 14 шт. |
Трубонарезной станок | Обработка торцов труб | Размеры: наружный диаметр 530 - 1420 мм, толщина стенки до 14 мм, длина 12,5 м. |
Пресс гидравлического испытания труб | Испытание внутренним давлением | Геометрические размеры труб: наружный диаметр 530 - 1420 мм, толщина стенки 8 - 14 мм, длина 10,0 - 12,2 м. Испытательное давление (макс.): 95 кгс/см2. |
Таблица Г.12
Оборудование для производства прямошовных труб
большого диаметра
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Листоукладчик | Задача листового проката в производство | Размеры труб: наружный диаметр 508 - 1420 мм, толщина стенки 8,0 - 48,0 мм, длина 9 - 12,5 мм, класс прочности (макс.) К80 (X100). |
Листоправильная машина | Исправление неплоскостности проката | Размеры труб: наружный диаметр 508 - 1067 мм, толщина стенки 7,0 - 32,0 мм, длина труб 9 - 12,5 м, класс прочности (макс.) К60 (X70). |
Кромкофрезерная установка | Механическая обработка кромок листа под сварку | Размеры труб: наружный диаметр 508 - 1420 мм, толщина стенки 6,0 - 48,0 мм, длина 8 - 12,5 мм, класс прочности (макс.) К80 (X100). |
Станок кромкострогальный | Обработка продольных кромок под сварку | Размеры труб: наружный диаметр 508 - 1067 мм, толщина стенки 7,0 - 32,0 мм, длина труб 9 - 12,5 м, класс прочности (макс.) К60 (X70). |
Пресс подгибки кромок | Подгибка кромок листов | Тип: гидравлический. Размеры труб: наружный диаметр 508 - 1420 мм, толщина стенки 7,0 - 48,0 мм, длина 9 - 12,5 мм, класс прочности (макс.) К80 (X100). |
Трехвалковая листогибочная машина | Формование листов в трубные заготовки | Геометрические размеры листов: длина 8 - 12,5 м, ширина 1430 - 4480 мм, толщина 6 - 42 мм. Геометрические размеры готовых труб: наружный диаметр 508 - 1422 мм. |
Пресс гидравлический для предварительной формовки | Формование листов в трубные заготовки U-образной формы | Формование в трубную заготовку U-образной формы для производства труб геометрических размеров: наружный диаметр 508 - 1067 мм, толщина стенки 7,0 - 32,0 мм, длина труб 9,0 - 12,5 м, класс прочности (макс.) К60 (X70). |
Пресс гидравлический окончательной формовки заготовок | Формование листов в трубные заготовки O-образной формы | Формование листов в трубные заготовки O-образной формы для производства труб геометрических размеров: наружный диаметр 508 - 1067 мм, толщина стенки 7,0 - 32,0 мм, длина труб 9,0 - 12,5 м, класс прочности (макс.) К60 (X70). |
Пресс шаговой формовки | Формование листов в трубные заготовки | Размеры труб: наружный диаметр 508 - 1420 мм, толщина стенки 8,0 - 48,0 мм, длина 9 - 12,5 м, класс прочности (макс.) К80 (X100). |
Доформовочный пресс | Уменьшение раскрытия трубной заготовки | Размеры труб: наружный диаметр 508 - 1420 мм, толщина стенки 8,0...48,0 мм, длина 9000...12500 мм, класс прочности (макс.) К80 (X100). |
Установка догибки кромок | Догибка кромок сформованной заготовки | Размеры труб: наружный диаметр 508 - 1422,4 мм, толщина стенки 6,4 - 42 мм, длина 8 - 12,5 мм, масса (макс.) 21 тн. |
Установка соединительной сварки | Сборка трубной заготовки | Геометрические размеры готовых труб: наружный диаметр 508 - 1422,4 мм, толщина стенки 6,4 - 42 мм, длина 8,0 - 12,5 мм. Скорость сварки 1 - 10 м/мин. |
Сборочно-сварочный стан | Сборка трубной заготовки | Размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 508 - 1422,4 мм, толщина стенки 6,4 - 48,0 мм, длина труб 8,0 - 12,5 м, класс прочности (макс.) К80 (X100). |
Оборудование внутренней сварки труб | Сварка внутреннего шва | Размеры: наружный диаметр 508 - 1422,4 мм, толщина стенки 6,4 - 48,0 мм, длина труб 8 - 12,5 м, класс прочности до К80 (X100). Скорость сварки 0,5 - 4,0 м/мин. |
Оборудование наружной сварки труб | Сварка наружного шва | Размеры: наружный диаметр 508 - 1422,4 мм, толщина стенки 6,4 - 48,0 мм, длина труб 8 - 12,5 м, класс прочности до К80 (X100). Скорость сварки 0,5 - 4,0 м/мин. |
Оборудование для калибровки внутреннего диаметра (экспандер) | Повышение точности размеров труб раздачей внутренним давлением | Тип: механический, гидромеханический. Размеры труб: 406 - 1422,4 мм, длина труб 6 - 12,5 мм, толщина стенок 6,4 - 48 мм, класс прочности (макс.) К80 (X100). |
Станок фрезерный | Снятие сварного усиления по концам трубы | Геометрические размеры труб: 406 - 1422,4 мм, длина труб 6 - 12,5 мм, толщина стенок 6,4 - 48 мм, класс прочности (макс.) К80 (X100). |
Установка для удаления швов | Удаление сварного усиления по концам труб | Геометрические размеры труб: 406 - 1422,4 мм, длина труб 6 - 12,5 мм, толщина стенок 6,4 - 48 мм, класс прочности (макс.) К80 (X100). |
Установка для обработки торцов труб | Предварительная торцовка труб | Размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 508 - 1422,4 мм, толщина стенки 6,0 - 48,0 мм, длина 8 - 12,5 м, класс прочности (макс.) К80 (X100). |
Трубоподрезной станок | Изготовление фаски на концах труб | Размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 508 - 1422,4 мм, толщина стенки 6,0 - 48,0 мм, длина 8 - 12,5 м, класс прочности (макс.) К80 (X100). |
Пресс для гидроиспытаний труб | Испытание внутренним гидростатическим давлением | Размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 406...1422,4 мм, толщина стенки 6,4...48,0 мм, длина 6,0...12,5 мм, класс прочности (макс.) К80 (X100). |
Таблица Г.13
Оборудование для производства электросварных труб
малого и среднего диаметра
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Агрегат продольной резки | Порезка рулонного проката на ленты | Геометрические размеры исходного рулона: ширина 600 - 1550 мм, толщина 1 - 6 мм, масса (макс.) 12 т. Скорость движения полосы (макс.): 250 м/мин. |
Трубоэлектросварочный агрегат | Производство сварных труб | ТЭСА 4-10. Геометрические размеры готовых труб: наружный диаметр 3,2 - 8 мм. Производительность: 5,5 тыс. т/год. ТЭСА 4-12. Геометрические размеры готовых труб: наружный диаметр 4,76 - 12 мм. Производительность: 5,8 тыс. т/год. ТЭСА 10-32. Геометрические размеры готовых труб: наружный диаметр 12 - 32 мм. Производительность: 14 тыс. т/год. |
Трубоэлектросварочный агрегат | Производство сварных труб | ТЭСА 10-63,5. Геометрические размеры готовых труб: наружный диаметр 10 - 63,5 мм, толщина стенки 0,8 - 2,5 мм, профильные трубы - трубы квадратного сечения 15 x 15 - 40 x 40 мм, трубы прямоугольного сечения 30 x 15 - 50 x 25 мм. Скорость сварки (макс.): 100 м/мин. ТЭСА 10-63,5. Геометрические размеры готовых труб: наружный диаметр 16 - 54 мм. Производительность: 33 тыс. т/год. ТЭСА 10-76. Геометрические размеры готовых труб: наружный диаметр 21 - 63,5 мм. Производительность: 45 тыс. т/год. ТЭСА 20-76. Геометрические размеры готовых труб: наружный диаметр 20 - 76 мм, толщина стенки 1 - 4 мм, длина 6 - 10 м, профильные трубы - трубы квадратного сечения 40 x 40 - 60 x 60 мм, трубы прямоугольного сечения 28 x 25 - 80 x 40 мм. Производительность: 100 тыс. т/год. ТЭСА 20-102. Геометрические размеры готовых труб: наружный диаметр 21 - 108 мм, толщина стенки 2,5 - 5 мм, длина 6 - 11,5 м. ТЭСА 51-114. Геометрические размеры готовых труб: наружный диаметр 51 - 114 мм, толщина стенки 1,5 - 4,0 мм. Производительность: 45 т/час. ТЭСА 73-219. Геометрические размеры готовых труб: наружный диаметр 73 - 219 мм, толщина стенки 3 - 8 мм, профильные трубы - трубы квадратного сечения 100 x 100 - 120 x 120 мм, трубы прямоугольного сечения 120 x 60 - 150 x 100 мм. Скорость сварки (макс.): 60 м/мин. |
Профилегибочный агрегат | Производство сварных труб профильного сечения | ПГА 2 - 4 x 150 - 450. Геометрические размеры полосы: ширина 150 - 450 мм. Размеры труб: наружный диаметр 127 - 219 мм, толщина стенки 3 - 8 мм, длина 5 - 12 м, профильные трубы - трубы квадратного сечения 100 x 100 - 160 x 160 мм. Скорость сварки (макс.): 90 м/мин. |
Трубоэлектросварочный агрегат | Производство сварных труб | ТЭСА 168-530. Геометрические реометрические размеры готовых труб: наружный диаметр 168 - 530 мм, толщина стенки 4,8 - 12,7 мм. Производительность: 110 тыс. тон/год. |
Таблица Г.14
Оборудование для производства сварных труб, изготовленных
способом непрерывной печной сварки
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Агрегат непрерывной печной сварки труб (АНПСТ) | Производство сварных труб круглого сечения | АНПСТ 15-50 (1/2-2"). Тип проходной печи: туннельный. Тип топлива: природный газ. Количество клетей формовочно-сварочного стана: 8 клетей. Тип привода клетей формовочно-сварочного стана: индивидуальный. Скорость выхода ленты из печи: 30 - 90 м/мин. Температура кромок перед сваркой: до 1 500 °C. Количество клетей редукционно-калибровочного стана: 20 клетей. Скорость выхода трубы из редукционно-калибровочного стана: до 600 м/мин. Горелочные устройства, температура - 500 °C. Производительность: 45 т/час. |
Таблица Г.15
Оборудование для производства сварных труб, изготовленных
способом сварки в среде инертных газов
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Агрегат продольной резки | Порезка рулонного проката (штрипса) на ленты | Геометрические размеры исходного рулона: ширина (макс.) 1600 мм, толщина 0,4 - 6,0 мм, масса (макс.) 30 000 кг. |
Сварная линия | Производство сварных труб из легированных марок сталей | Геометрические размеры сварных труб: наружный диаметр 9 - 114,3 мм, толщина стенки 0,4 - 4,0 мм. |
Таблица Г.16
Оборудование для производства труб с наружным
антикоррозионным, внутренним гладкостным покрытием
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Газовая печь | Нагрев труб в линии нанесения наружного покрытия | Геометрические размеры труб: бесшовные трубы - наружный диаметр 114 - 426 мм, толщина стенки 6 - 36 мм, длина 8 - 12,5 м, сварные трубы - наружный диаметр 530 - 1420 мм, толщина стенки 7 - 48 мм, длина 9 - 12,5 м. |
Газовая печь | Нагрев труб в линии нанесения внутреннего покрытия | Геометрические размеры труб: наружный диаметр 508 - 1420 мм, толщина стенки 9 - 48 мм, длина 9 - 12,5 м. |
Дробеструйные машины обработки поверхности труб | Абразивная обработка наружной поверхности труб | Применяемый материал: дробь. Скорость дроби (макс.): 100 м/сек. Число турбин: 2. Диаметр турбин 455 - 490 мм, ширина лопаток 110 - 135 мм, количество лопаток - 8 шт. Производительность (макс.): 460 м2/час. |
Газовая печь | Нагрев труб перед нанесением эпоксидного покрытия | Геометрические размеры труб: бесшовные трубы - наружный диаметр 114 - 426 мм, толщина стенки 6 - 36 мм, длина 8 - 12,5 м, сварные трубы - наружный диаметр 530 - 1420 мм, толщина стенки 7 - 48 мм, длина 9 - 12,5 м. Температура нагрева труб (макс.): 250 °C. |
Камера нанесения эпоксидного покрытия | Нанесение эпоксидного покрытия | Геометрические размеры труб: бесшовные трубы - наружный диаметр 114 - 426 мм, толщина стенки 6 - 36 мм, длина 8 - 12,5 м, сварные трубы - наружный диаметр 530 - 1420 мм, толщина стенки 7 - 48 мм, длина 9 - 12,5 м. Количество стационарных пистолетов для распыления эпоксидного покрытия (макс.): 20 шт. |
Камера нанесения хроматного концентрата. | Нанесение водного раствора хроматного концентрата на наружную поверхность труб | Геометрические размеры труб: бесшовные трубы - наружный диаметр 114 - 426 мм, толщина стенки 6 - 36 мм, длина 8 - 12,5 м, сварные трубы - наружный диаметр 530 - 1420 мм, толщина стенки 7 - 48 мм, длина 9 - 12,5 м. Температура трубы (макс.): 60 °C. |
Газовая печь | Сушка и нагрев поверхности труб | Геометрические размеры труб: бесшовные трубы - наружный диаметр 114 - 426 мм, толщина стенки 6 - 36 мм, длина 8 - 12,5 м, сварные трубы - наружный диаметр 530 - 1420 мм, толщина стенки 7 - 48 мм, длина 9 - 12,5 м. Температура нагрева трубы (макс.): 220 °C. |
Индукционная установка | Нагрев поверхности труб перед нанесением эпоксидного покрытия | Геометрические размеры труб: бесшовные трубы - наружный диаметр 114 - 426 мм, толщина стенки 6 - 36 мм, длина 8 - 12,5 м, сварные трубы - наружный диаметр 530 - 1420 мм, толщина стенки 7 - 48 мм, длина 9 - 12,5 м. Температура нагрева трубы (макс.): 250 °C. |
Газовые печи | Оборудование нанесения эпоксидного покрытия пневмораспылением порошка. | Температура нагрева трубы 185 °C - 246 °C. Количество распылительных стационарных пистолетов эпоксидного покрытия - 12 шт. |
Экструдер адгезива, экструдер полиэтилена | Нанесение антикоррозионного покрытия на наружную поверхность труб | Скорость движения труб (макс.): 5,5 м/мин. Давление в экструдере (макс.): адгезива - 165 бар; полиэтилена - 350 бар. Шаг вращения труб (макс.): 155 мм. Частота вращения шнека экструдера (макс.): адгезива - 65 об/мин; полиэтилена (макс.) - 80 об/мин. Температура полиэтилена на выходе из насадки экструдера (макс.): 250 °C. |
Покрасочная камера | Нанесения покрытия на внутреннюю поверхность | Размеры труб: наружный диаметр 508 - 1420 мм, толщина стенки 9 - 48 мм, длина 9 - 12,5 м. Расход краски (макс.): 4 л/мин. Давление жидкости в пистолете распыления краски (макс.): 280 бар. |
Камера охлаждения | Охлаждение поверхности труб с наружным антикоррозионным покрытием | Тип среды: вода. Геометрические размеры труб: бесшовные трубы - наружный диаметр 114 - 426 мм, толщина стенки 6 - 36 мм, длина 8 - 12,5 м, сварные трубы - наружный диаметр 530 - 1420 мм, толщина стенки 7 - 48 мм, длина 9 - 12,5 м. Температура воды (макс.): +35 °C. |
Камера полимеризации | Отверждение покрытия на внутренней поверхности | Геометрические размеры труб: наружный диаметр 508 - 1420 мм, толщина стенки 9 - 48 мм, длина 9 - 12,5 м. Температура в рабочем пространстве печи (макс.): 65 °C. |
Зачистная машина | Удаление наружного покрытия на концах труб | Геометрические размеры труб: бесшовные трубы - наружный диаметр 114 - 426 мм, толщина стенки 6 - 36 мм, длина 8 - 12,5 м, сварные трубы - наружный диаметр 530 - 1420 мм, толщина стенки 7 - 48 мм, длина 9 - 12,5 м. Длина обрабатываемых участков (макс.): 320 мм. Частота вращения зачистных щеток (макс.): 3600 об/мин. |
Таблица Г.17
Оборудование для производства оцинкованных труб
Наименование оборудования | Назначение оборудования | Технологические характеристики |
Ванна промывки | Удаление с поверхности труб рыхлой окалины, стружки, загрязнений | Рабочая среда: вода. Геометрические размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 15...159 мм, толщина стенки (макс.) 10 мм, длина (макс.) 10 м. Объем: 26 м3. Производительность (макс.): 12 т/ч. |
Ванна химического обезжиривания | Удаление с поверхности труб жировых загрязнений | Рабочая среда: обезжириватель. Геометрические размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 15...159 мм, толщина стенки (макс.) 10 мм, длина (макс.) 10 м. Объем: 26 м3. Производительность (макс.): 12 т/ч. |
Ванна травления | Удаление с поверхности труб окалины, окислов | Рабочая среда: соляная кислота, вода. Геометрические размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 15...159 мм, толщина стенки (макс.) 10 мм, длина (макс.) 10 м. Объем: 26 м3. Производительность (макс.): 12 т/ч. |
Ванна флюсования | Удаление с поверхности труб солей железа, растворение окислов, создание защитной пленки из солей цинка | Рабочая жидкость: цинк хлористый, аммоний хлористый. Геометрические размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 15...159 мм, толщина стенки (макс.) 10 мм, длина (макс.) 10 м. Объем: 26 м3. Производительность (макс.): 12 т/ч. |
Сушильная камера | Сушка, подогрев труб | Температура в рабочем пространстве (макс.): 400 °C. Геометрические размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 15...159 мм, толщина стенки (макс.) 10 мм, длина (макс.) 10 м. Производительность (макс.): 12 т/ч. |
Ванна цинкования | Нанесение защитного цинкового покрытия на поверхность труб | Рабочая среда: цинк. Геометрические размеры обрабатываемых труб: наружный диаметр 15...159 мм, толщина стенки (макс.) 10 мм, длина (макс.) 10 м. |
Стенд продувки | Удаление излишков цинкового покрытия, выглаживание внутренней поверхности труб | Рабочая среда: пар. Геометрические размеры труб: наружный диаметр 15 - 159 мм, толщина стенки (макс.) 10 мм, длина (макс.) 10 м. |
(обязательное)
Д.1 Введение
Черная металлургия одна из самых энергоемких отраслей промышленности, но при этом не является лидирующим эмитентом парниковых газов (ПГ).
Следование предприятиями отрасли глобальному тренду по переходу к низкоуглеродной экономике вызвано не только необходимостью участия в достижении национальных климатических целей в соответствии с Парижским соглашением, но и условиями мирового рынка. Растущий интерес потребителей к углеродному следу продукции также стимулирует металлургическую отрасль к разработке стратегий снижения выбросов ПГ, к проявлению инициатив по снижению углеродоемкости продукции.
В силу особенностей технологий черная металлургия относится к отраслям, которым сложно существенно сократить выбросы парниковых газов. Однако, на сегодняшний день, большинство предприятия черной металлургии ставят перед собой цели по декарбонизации производства и сокращению выбросов ПГ. Многие компании утвердили цели по достижению углеродной нейтральности к 2050 году.
Цели по снижению выбросов парниковых газов устанавливаются и пересматриваются исходя из технической достижимости и экономической целесообразности.
Проведенный бенчмаркинг показал, что в большинстве открытых источников целевой показатель удельных выбросов CO2 (Охваты 1 + 2) в черной металлургии на 2050 год составит менее 0,12 тонн на тонну выплавленной стали. <1> Отдельные целевые показатели предприятий "передельной" металлургии для проката и трубной продукции не публикуются.
--------------------------------
<1> См., например, IEA, 2021. Net Zero by 2050 - https://iea.blob.core.windows.net/assets/deebef5d-0c34-4539-9d0c-10b13d840027/NetZeroby2050-ARoadmapfortheGlobalEnerqySector_CORR.pdf
По данным МЭА, в 2020 году средняя углеродоемкость производства стали (Охваты 1 + 2) в целом по миру составляла 1,74 тонны CO2 на тонну выплавленной стали. <2> По данным Worldsteel, среднее по отрасли значение показателя удельных выбросов CO2 (Охваты 1 и 2 + основные выбросы, относящиеся к Охвату 3), в 2021 году составило 1,91 тонны на тонну сырой стали. При этом для основной технологии BF-BOF, включающей доменную печь и кислородный конвертер, этот показатель составил 2,32 тонны CO2 на тонну сырой стали, для ЭДП с использованием стального лома - 0,67 тонны CO2 на тонну сырой стали, для ПВЖ-ЭДП - 1,65 тонны CO2 на тонну выплавленной стали. <3>
--------------------------------
<2> Там же. См также SBTi Steel Science Based Target Setting Guidance draft (2022) - https://sciencebasedtarqets.orq/resources/files/SBTi-Steel-Guidance-draft.pdf и GSCC The Steel Climate Standard - https://globalsteelclimatecouncil.org/get/draft-standard
<3> См. Worldsteel Sustainability Indicators 2022 report - https://worldsteel.org/media-centre/press-releases/2022/sustainability-indicators-2022/
Крупнейшими производителями изделий дальнейшего передела черных металлов в мире являются как вертикально-интегрированные компании, объединяющие производство чугуна, стали (стальной заготовки), проката и труб (Северсталь, ММК НЛМК, Евраз, ArcelorMittal, Nippon Steel, Baoshan, Salzgitter и др.), так и специализированные компании производящие трубную продукцию (ТМК, ОМК, Tenaris, Vallourec).
По результатам проведенного анализа в таблице Д.1 приведены некоторые показатели климатической политики Российских и зарубежных интегрированных предприятий и предприятий передельной металлургии. Представленные в таблице Д.1 показатели служат исключительно для информационных целей и не могут быть использованы для выявления наилучших доступных технологий снижения выбросов парниковых газов или установления индикативных показателей выбросов парниковых газов в связи с тем, что определены по различным методикам, в различных границах и в разные временные периоды. Корпоративные показатели периодически пересматриваются компаниями, а также могут быть отменены в связи с невозможность их выполнения.
Таблица Д.1
(источник информации - интернет сайты компаний)
Текущая углеродоемкость | Основные климатические цели | Климатические цели при производстве изделий | Основные меры | Зеленые продукты (бренды) |
Северсталь | ||||
2,21 т CO2-экв в 2022 г. (Охват 1 + 2 + 3 по методике WSA) | К 2030 г. снизить удельные выбросы ПГ (на тонну стали) на 10% по сравнению с 2020 г. К 2050 - 2060 г.г. снизить удельные выбросы ПГ на 40 - 60% по сравнению с 2020 г. | Нет | НДТ, использование вторичных энергоресурсов, ВИЭ | Разработана линейка "зеленой продукции" |
Евраз | ||||
1,9 т CO2-экв - в 2021 г. (Охват 1 + 2) | К 2025 г. - повышение энергоэффективности на 18%, снижение энергоемкости производства стали на 20% по сравнению с 2018 г. К 2030 г. - достижение сокращения удельных выбросов ПГ (Охват 1 + 2) от сталеплавильных производств на 20% по сравнению с 2019 г. | Нет | ПВЖ, водород, ВИЭ, CCUS | "Зеленый рельс" |
Металлоинвест | ||||
ОЭМК (2021 г.) 0,95 т CO2-экв/т продукции (Охват 1), 1,32 т CO2-экв/т продукции (Охват 1 + 2), 1,96 тонн CO2-экв/т продукции (Охват 1 + 2 + 3). | К 2025 году - сокращение выбросов ПГ Охвата 1 и 2 на 1,8% по отношению к базовому 2019 году, и сокращение ПГ Охвата 3 на 25% по отношению к базовому 2019 г. С 2026 по 2036 год - переход на низкоуглеродное производство ПВЖ и сокращение ПГ Охвата 1 на 13% по отношению к базовому 2019 году. до 2050 года - достижение углеродной нейтральности. | Нет | ПВЖ, водород Учет ESG-рейтингов в процессе выбора поставщиков (Охват 3) | Нет |
НЛМК | ||||
1,83 т CO2-экв/на т стали в 2022 г. (рыночный метод) 1,92 т (региональный метод) (Охват 1 + 2) | К 2050 г. сократить углеродоемкость (Охват 1 + 2) на 40%, как минимум до 1,2 т CO2/т стали при доступности технологии производства ГБЖ, с достижением углеродной нейтральности при наличии достаточных объемов низкоуглеродной электроэнергии и промышленно освоенной технологии восстановления железа водородом. | Нет | НДТ, ВИЭ, Генерация энергии с использованием вторичных энергоресурсов, ЭДП-ПВЖ/ГБЖ, водород, CCUS | Нет |
ММК | ||||
2,19 т CO2-экв в 2022 году (Охват 1 + 2) | Снизить удельные выбросы ПГ до 1,8 т CO2-экв/т стали к 2025 году. | нет | НДТ, ВИЭ | нет |
ОМК | ||||
0,3 т CO2-экв в 2021 году от переделов по выплавке стали | Снизить валовые выбросы ПГ предприятия в Выксе не менее чем на 0,2% в год к 2025 г. и не превысить объем в 1,3 млн тонн CO2-экв в год. | Нет | ||
ТМК | ||||
0,82 т CO2-экв (Охват 1 + 2), 1,94 т CO2-экв (Охват 1 + 2 + 3) в 2021 г. | Снизить к 2027 г. валовые выбросы парниковых газов на 10% (Охват 1 + 2) от 2021 г. | нет | НДТ, ВИЭ | Нет |
ArcelorMittal | ||||
1,98 т CO2-экв/т стали (Охват 1 + 2 + 3) в 2022 г. 2,3 т CO2-экв (только доменный процесс) | Снизить углеродоемкость (Охват 1, 2) на 25% к 2030 г. от уровня 2018 г. В Европе снизить углеродоемкость (Охват 1, 2) на 35% к 2030 г от уровня 2018 г. К 2050 г. ArcelorMittal стремится к достижению углеродной нейтральности. | Нет | ПВЖ-ЭДП, водород, ВИЭ | Xcarb |
Tenaris | ||||
1,17 т CO2-экв/т отлитой или обработанной стали (Охват 1 + 2 + 3) в 2021 и 2022 г.г. | Снижение интенсивности выбросов CO2-экв./на тонну стали на 30% к 2030 г. по сравнению с 2018 г.; Достижение углеродной нейтральности в долгосрочной перспективе. | Нет | ВИЭ | Нет |
Nippon Steel | ||||
1,95 т CO2/на т сырой стали (Охват 1 + 2) в 2021 г. | К 2030 г. сократить выбросы CO2 (Охват 1, 2) в абсолютном выражении на 30% по сравнению с 2013 г. К 2050 г. стать углеродно-нейтральным производителем стали. | Нет | Водород в доменном производстве ПВЖ, ВИЭ, ЭДП | Нет |
Tata Steel | ||||
В 2022 г. (Охват 1 + 2 + 3) 2,43 т CO2/на т сырой стали в Индии. 1,78 т CO2/на т стали в Нидерландах. | К 2030 г. достичь показателя менее 1,8 т. CO2 на тонну произведенной стали. К 2050 г. достичь углеродной нейтральности на предприятиях Tata Steel в Европе. | Нет | ВИЭ, ПВЖ, ЭДП, HIsarna. | Zeremis Carbon Lite в Нидерландах |
POSCO | ||||
2,05 т CO2/на т сырой стали (Охваты 1 + 2) в 2021 г. | К 2030 г. сократить выбросы CO2 на 20% (по сравнению со средними выбросами ПГ за 2017 - 2019 г.г.). К 2040 г. - на 50% (по сравнению со средними выбросами ПГ за 2017 - 2019 г.г.). | Нет | ЭДП, ВИЭ, водород. Полный переход на водородную металлургию в долгосрочной перспективе. | Есть три зеленых бренда - марки стали, предназначенные для зеленых технологий |
Baoshan (Baosteel) | ||||
1,897 т CO2/на т сырой стали (Охваты 1 + 2) в 2021 г. | К 2035 г. снизить показатель удельных выбросов (Охваты 1, 2) на 30% (по сравнению с 2020 г.); Достижение углеродной нейтральности к 2050 г. | Нет | ВИЭ, водород, CCUS, ЭДП. | Нет |
Основная доля выбросов ПГ (Охват 1 + 2 + 3) вертикально-интегрированных компаний приходится на процессы производства чугуна и стали (Охват 1), в первую очередь на процесс BF-BOF. Соответственно, в целях снижения своих выбросов ПГ такие компании в первую очередь стремятся к модернизации головных процессов. И сокращения выбросов, связанных с этими процессами, являются определяющими при установлении целевых климатических показателей.
Ключевые технологии, обеспечивающие наибольшее сокращение выбросов ПГ в отрасли, хорошо известны. Это производства электростали, переход к производству ПВЖ на основе "низкоуглеродного" водорода (при принятии решений о создании нового производства), использование ВИЭ, увеличение доли лома в составе исходного сырья, а также улавливание, утилизация и захоронение углерода (CCUS) (при экономической целесообразности и доказанной эффективности). Повышение энергоэффективности и переход на НДТ рассматриваются в качестве первоочередных и необходимых действий.
В стратегиях декарбонизации компаний, занимающихся производством стали и стального проката, и в соответствующей литературе, включая методические разработки МЭА <4>, SBTi <5>, Worldsteel <6>, Eurofer <7>, не содержится каких-либо специальных положений и/или рекомендаций по декарбонизации производства проката и труб. Снижение выбросов парниковых газов обеспечивается с помощью повышения энергоэффективности и перехода на НДТ.
--------------------------------
<4> См. IEA, 2020. Iron and Steel Technology Roadmap, part of energy Technology Perspectives, Technology report, Oct 2020 https://www.iea.orq/reports/iron-and-steel-technoloqy-roadmap
<5> Отраслевое руководство SBTi для черной металлургии не принято, на сайте SBTi опубликован проект, который предполагается утвердить в сентябре 2023 г. См. https://sciencebasedtargets.org/resources/files/SBTi-Steel-Guidance-draft.pdf
<6> См. https://worldsteel.org/publications/policy-papers/climate-change-policy-paper/
<7> См. https://www.eurofer.eu/assets/Uploads/EUROFER-Low-Carbon-Roadmap-Pathways-to-a-CO2-neutral-European-Steel-Industry.pdf
У предприятий передельной металлургии нет доменного производства, они выплавляют электросталь либо приобретают стальную заготовку (полуфабрикат) у других металлургических компаний. Поэтому такие компании отличает сравнительно низкий уровень удельных выбросов по Охвату 1 и высокий - по Охвату 3, что связано с высокой углеродоемкостью приобретаемых полуфабрикатов.
У трубных предприятий с ДСП значительная часть выбросов ПГ связана с потреблением электроэнергии, которая может вырабатываться на собственных установках и/или поступать со стороны. Соответственно, выбросы ПГ могут перетекать из одного охвата в другой. В связи с этим ключевую роль в снижении выбросов Охватов 1 и 2 в данном случае является замена источника электроэнергии.
Высокий уровень выбросов Охвата 3 специализированных трубных компаний требует от них работы с поставщиками сырья (заготовок, полуфабрикатов). Снижение выбросов Охвата 1 и 2 предприятий полного цикла будет приводить к снижению выбросов Охвата 3 для трубных предприятий. И именно в этой области находятся большие возможности снижения углеродоемкости их продукции.
Выпуск по требованию рынка новых высококачественных видов продукции ставит перед металлургическими предприятиями задачи развития и совершенствования производственных мощностей. Решение этой задачи связано с значительными инвестициями и зачастую приводит к увеличению энергетических затрат, что безусловно приведет к увеличению выбросов парниковых газов.
В условиях перехода РФ на низкоуглеродную экономику государство заинтересовано в развитии и поддержке внедрения технологий и оборудования с минимально возможным выбросом парниковых газов. Разработанные в настоящем справочнике индикативные показатели удельных выбросов парниковых газов будут использоваться при принятии решения о мерах государственной поддержки.
Д.2 Бенчмаркинг удельных выбросов парниковых газов
Д.2.1 Этапы проведения бенчмаркинга
Для производственных процессов дальнейшего передела черных металлов, относящихся к отрасли черной металлургии, национальный бенчмаркинг выполнен с учетом требований ГОСТ Р 113.00.11-2022 "Наилучшие доступные технологии. Порядок проведения бенчмаркинга удельных выбросов парниковых газов в отраслях промышленности" [1].
Результаты бенчмаркинга удельных выбросов парниковых газов являются основой для установления индикативных показателей удельных выбросов парниковых газов.
Основные этапы проведения бенчмаркинга:
- формирование экспертной группы;
- определение границ процессов для количественного определения выбросов парниковых газов;
- выбор методик(и) расчета выбросов парниковых газов;
- разработка анкеты для сбора данных, необходимых для расчета выбросов парниковых газов;
- сбор, анализ и уточнение полученной информации;
- обработка данных, необходимых для расчета удельных выбросов парниковых газов;
- расчет удельных выбросов парниковых газов;
- верификация результатов расчетов удельных выбросов парниковых газов;
- построение кривой бенчмаркинга удельных выбросов парниковых газов;
- анализ кривых бенчмаркинга удельных выбросов парниковых газов;
- экспертная оценка результатов бенчмаркинга.
Д.2.2 Экспертная группа
Экспертная группа (техническая рабочая группа) по проведению бенчмаркинга удельных выбросов парниковых газов сформирована и утверждена приказом Минпромторга России от 06 марта 2023 г. N 709.
Д.2.3 Определение границ производственных процессов для количественной оценки выбросов парниковых газов
Количественная оценка выбросов парниковых газов выполнена для следующих производственных процессов дальнейшего передела черных металлов:
- производство горячекатаного проката (плоского проката в рулонах и толстолистового проката);
- производство холоднокатаного проката (в том числе с покрытием);
- производство сортового проката;
- производство горячедеформированных (горячекатаных и горячепрессованных) труб;
- производство холоднодеформированных труб;
- производство сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса; электросварных; изготовленных непрерывной печной сваркой) труб.
Границы расчета выбросов парниковых газов от производственных процессов дальнейшего передела черных металлов приведены в таблице Д.2
Таблица Д.2
от производственных процессов дальнейшего
передела черных металлов.
Наименование производственного процесса (передела) | Описание границ |
Производство горячекатаного проката (плоского проката в рулонах и толстолистового проката) | Учитывается эмиссия парниковых газов: - при потреблении природного, коксового, доменного газа, электроэнергии и тепловой энергии на технологию на следующих стадиях производственного процесса: - предварительная подготовка заготовки; - нагрев заготовки; - удаление окалины; - прокат (горячая прокатка в реверсивных; полунепрерывных, непрерывных станах); - охлаждение; - финишная обработка (резка, термообработка, правка, травление, промывка, сушка); - газоочистка, водооборот и водоочистка; - при потреблении электроэнергии на производство технологических газов (кислород, азот, аргон, сжатый воздух). Не включаются в границы выбросы парниковых газов от использования топлива и энергоресурсов и технических газов) на: - водоподготовку и водоотведение за пределами данного производства; - транспортировку и переработку твердых и жидких отходов за пределами данного производства; - ремонтные работы; - общецеховые нужды, не связанные непосредственно с технологическим процессом. |
Производство холоднокатаного проката (включая прокат с покрытиями) | Учитывается эмиссия парниковых газов: - при потреблении природного, коксового, доменного газа, электроэнергии и тепловой энергии на технологию на следующих стадиях производственного процесса: - подготовка заготовки (термическая обработка, травление кислотными растворами, удаление окалины); - прокат (многоклетьевые станы "тандем" или многоклетьевые реверсивные станы); - обработка проката (термообработка; травление кислотными растворами); - дрессировка, финишная обработка (резка, правка, промасливание и пр.); - горячее цинкование; - нанесение полимерных покрытий; - газоочистка, водооборот и водоочистка; - при потреблении электроэнергии на производство технологических газов (кислород, азот, аргон, сжатый воздух). Не включаются в границы выбросы парниковых газов от использования топлива и энергоресурсов (электроэнергии, тепловой энергии, технических газов) на: - водоподготовку и водоотведение за пределами данного производства; - транспортировку и переработку твердых и жидких отходов за пределами данного производства; - ремонтные работы; - общецеховые нужды, не связанные непосредственно с технологическим процессом |
Производство сортового проката (арматуры и катанки, сложных профилей, специальных изделий) | Учитывается эмиссия парниковых газов: - при потреблении природного, коксового, доменного газа, электроэнергии и тепловой энергии на технологию на следующих стадиях производственного процесса: производство арматуры и катанки: - нагрев блюмовой заготовки; - прокат (получение арматуры и катанки); - подготовка катанки (удаление окалины, травление); - волочение (сухое или мокрое); - термообработка (отжиг, патентирование, закалка); - финишная обработка; - газоочистка, водооборот и водоочистка; - при потреблении электроэнергии на производство технологических газов (кислород, азот, аргон, сжатый воздух). производство сортовой продукции: - нагрев блюмовой заготовки; - прокат (формование сортового - профиля); - охлаждение; - термообработка; - финишная обработка; - газоочистка, водооборот и водоочистка; - при потреблении электроэнергии на производство технологических газов (кислород, азот, аргон, сжатый воздух). Не включаются в границы выбросы парниковых газов от использования топлива и энергоресурсов (электроэнергии, тепловой энергии, технических газов) на: - водоподготовку и водоотведение за пределами данного производства; - транспортировку и переработку твердых и жидких отходов за пределами данного производства; - ремонтные работы; - общецеховые нужды, не связанные непосредственно с технологическим процессом. |
Производство горячедеформированных (горячекатаных и горячепрессованных) труб | Учитывается эмиссия парниковых газов: - при потреблении природного газа, электроэнергии и тепловой энергии на технологию на следующих стадиях производственного процесса: производство горячекатаных труб: - нагрев заготовки; - обжатие заготовки; - удаление окалины, - прокат (прошивка заготовок, раскатка гильз, калибровка, правка, резка); - высадка концов труб; - термообработка; - финишная обработка (нарезка резьб, снятие фаски, обработка торцов); - гидроиспытание труб; - нанесение консервационного покрытия покраска труб; - газоочистка, водооборот и водоочистка; - при потреблении электроэнергии на производство сжатого воздуха, кислорода. производство горячепрессованных труб: - подготовка заготовки (обточка, порезка, сверление, торцовка); - нагрев; - удаление окалины; - прошивка либо экспандирование заготовки; - прессование гильз; - химическая обработка труб; - термообработка (нормализация, отпуск, отжиг); - финишная обработка (резка, снятие фаски, обработка торцов, правка); - газоочистка, водооборот и водоочистка; - при потреблении электроэнергии на производство сжатого воздуха. |
Не включаются в границы выбросы парниковых газов от использования топлива и энергоресурсов (электроэнергии, тепловой энергии, технических газов) на: - водоподготовку и водоотведение за пределами данного производства; - транспортировку и переработку твердых и жидких отходов за пределами данного производства; - ремонтные работы; - общецеховые нужды, не связанные непосредственно с технологическим процессом. | |
Производство холоднодеформированных труб | Учитывается эмиссия парниковых газов: - при потреблении природного газа, электроэнергии и тепловой энергии на технологию на следующих стадиях производственного процесса: - механическая обработка; - холодная прокатка (ХПТ, ХПТР); - волочение; - термическая обработка; - химическая обработка; - резка; - гидроиспытание труб; - газоочистка, водооборот и водоочистка; - при потреблении электроэнергии на производство сжатого воздуха, азота, аммиака. Не включаются в границы выбросы парниковых газов от использования топлива и энергоресурсов (электроэнергии, тепловой энергии, технических газов) на: - водоподготовку и водоотведение за пределами данного производства; - транспортировку и переработку твердых и жидких отходов за пределами данного производства; - ремонтные работы; - общецеховые нужды, не связанные непосредственно с технологическим процессом. |
Производство сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса; электросварных; изготовленных непрерывной печной сваркой) труб | Учитывается эмиссия парниковых газов: - при потреблении природного газа, электроэнергии и тепловой энергии на технологию на следующих стадиях производственного процесса: производство прямошовных труб, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса: - подготовка листового проката и формовка листа; - сборка трубы; - сварка технологического шва; - сварка внутреннего и наружного швов; - экспандирование; - финишная обработка (обработка торцов); - гидроиспытание труб; - газоочистка, водооборот и водоочистка; - при потреблении электроэнергии на производство сжатого воздуха, кислорода, аргона, углекислого газа. производство электросварных труб: - подготовка рулонного проката (штрипса); - стыковая сварка концов рулонов; - формовка, сварка труб; - охлаждение; - калибровка и правка труб; - резка труб; - финишная обработка (снятие фаски и обработка торцов); - гидроиспытание труб; - газоочистка, водооборот и водоочистка; - при потреблении электроэнергии на производство аргона и сжатого воздуха. производство труб непрерывной печной сваркой: - подготовка ленты; - стыковая сварка концов ленты; - нагрев ленты; - формовка, сварка труб; - редуцирование и калибрование труб; - финишная отделка (правка, резка, нанесение консервационного покрытия); - гидроиспытание труб; - газоочистка, водооборот и водоочистка; - при потреблении электроэнергии на производство сжатого воздуха, кислорода. |
Не включаются в границы выбросы парниковых газов от использования топлива и энергоресурсов (электроэнергии, тепловой энергии, технических газов) на: - водоподготовку и водоотведение за пределами данного производства; - транспортировку и переработку твердых и жидких отходов за пределами данного производства; - ремонтные работы; - общецеховые нужды, не связанные непосредственно с технологическим процессом. |
Д.2.4 Методические подходы к количественной оценке выбросов парниковых газов
Методика разработана для целей установления индикативных показателей выбросов парниковых газов отдельных производственных процессов (переделов) и позволяет провести сравнительный анализ (бенчмаркинг) производственных процессов (переделов) отрасли.
Для расчета интенсивности выбросов CO2 в целях определения бенчмарков производства продукции черной металлургии принята единая методика для всех видов продукции (горячекатаный плоский прокат, холоднокатаный плоский прокат, сортовой прокат, горячедеформированные трубы, холоднодеформированные трубы, сварные трубы, разработанная на основании методических подходов, описанных в существующих национальных нормативно-методических документах, международных руководящих документах и документах стандартизации [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8].
При проведении количественной оценки выбросов ПГ для отрасли черной металлургии учитываются выбросы CO2, выбросы иных парниковых газов не учитываются, т.к. в соответствии с данными [9] их вклад в общую массу выбросов парниковых газов составляет менее 1%.
Методика учитывает:
- прямые выбросы CO2 от топливосжигающих технологических установок производственного процесса (передела);
- косвенные выбросы CO2, связанные с потреблением импортируемой электрической и тепловой энергии технических газов, очищенной воды, используемых в производственном процессе (переделе).
При расчете выбросов принадлежность их к прямым и косвенным определяется относительно границ производственного процесса, поскольку для выполнения задачи установления индикативных показателей, исходными анкетными данными являются расходы ТЭР в целом на технологию.
Принятые в национальной и международной практике понятия Охватов (1, 2 и 3) напрямую не применимы к настоящей методике, т.к. при определении выбросов парниковых газов рассматриваются не границы предприятия, а границы производственных процессов.
Расчет выбросов CO2 при производстве горячекатаного и холоднокатаного плоского проката, сортового проката и трубной продукции проводится по расходам ТЭР для потребителей (оборудования) технологических процессов в соответствии с описанием технологий в Разделе 2 и Приложении Г настоящего справочника.
В таблицах Д.3 и Д.4 приведены перечни основного технологического оборудования производства проката и трубной продукции, которые учитываются в расчетах выбросов парниковых газов.
Таблица Д.3
производства проката и трубной продукции
Наименование производственного процесса (передела) | Топливосжигающие технологические установки |
Производство горячекатаного плоского проката (в рулонах, толстый лист) | Газовые печи (нагревательные и для термообработки): - с шагающими балками; - с шагающим подом; - толкательного типа; - нагревательные колодцы (рекуперативного и регенеративного типа); - проходные роликовые; - с выдвижным подом; - камерные. Оборудования для отделки металла: - машины огневой зачистки; - газовые резаки. |
Производство холоднокатаного проката | Газовые печи (для термической обработки): - колпаковые; - агрегаты непрерывного отжига; - агрегаты нормализации; - проходные пламенные; - башенные; - горизонтальные; Оборудование для отделки металла: - установка дробеметной зачистки; - агрегаты для горячего лужения (обогрев газом); - агрегаты для горячего свинцевания; - агрегаты непрерывного горячего цинкования; - агрегаты для нанесения полимерных покрытий; - агрегат нанесения электроизоляционного покрытия. |
Производство сортового проката | Газовые печи (нагревательные и для термообработки): - с шагающими балками; - с шагающим подом; - конвейерные; - камерные; - колпаковые; - роликовые. Оборудование для отделки металла: - газовые резаки - агрегат горячего цинкования проволоки; - агрегат для патентирования проволоки непрерывного типа. |
Производство горячедеформированных (горячекатаных и горячепрессованных) труб | Газовые печи (нагревательные и для термообработки): - с шагающими балками; - с шагающим подом; - секционная; - методическая ролевая; - роликовая; - кольцевая. |
Производство холоднодеформированных труб | Нагревательные газовые печи: - секционная; - проходная с роликовым подом; - камерная; - с окислительной атмосферой. |
Производство сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса; электросварных; изготовленных непрерывной печной сваркой) труб | Газовые печи (нагревательные и для термообработки): - секционная скоростного нагрева; - туннельная. |
Таблица Д.4
проката и трубной продукции
Наименование производственного процесса (передела) | Потребители электроэнергии |
Производство горячекатаного плоского проката (в рулонах, толстый лист) | Агрегаты для производства горячекатаного проката, в том числе: - литейно-прокатные модули; - станы (обжимные, толстолистовые, широкополосные полунепрерывные, широкополосные непрерывные, полосовые станы с печными моталками); - правильные машины; - устройства резки (ножницы дисковые, гильотинные, кромкообрезные, качающиеся, ротационные, барабанные летучие ножницы, агрегаты поперечной резки, агрегаты продольной резки); - спрейерные устройства. Оборудование для отделки металла: - устройства для зачистки поверхности слябов (лезвийная, абразивная, электроконтактная); - оборудование для химической и механической обработки металла. Оборудование водооборотных циклов: - насосы и иное энергопотребляющее оборудование оборотных циклов. |
Производство холоднокатаного проката | Агрегаты для производства холоднокатаного проката: - станы реверсивные и непрерывные многоклетьевые, станы бесконечной прокатки; - дрессировочные станы; - печи (колпаковые электрические, проходные электрические, муфельные); - правильные машины (роликовые, растяжные); - стыкосварочные машины; - устройства резки металла (непрерывные агрегаты продольной, поперечной резки, комбинированные, барабанные, дисковые ножницы). Оборудование для химической и механической обработки: - непрерывный закалочно-травильный агрегат; - непрерывные травильные агрегаты; - агрегат нанесения защитного покрытия; - агрегат нанесения электроизоляционного покрытия; - агрегаты горячего лужения (электрический обогрев); - агрегаты электрохимического лужения, хромирования, цинкования; - агрегаты непрерывного горячего цинкования (индукционный нагрев); - агрегаты нанесения полимерных покрытий; - установка дробеметной зачистки. Оборудование для подготовки и регенерации травильных растворов: - насосы, реагентное хозяйство и иное энергопотребляющее оборудование. |
Производство сортового проката | Агрегаты для производства сортового проката: - станы обжимные, заготовочные; - станы крупносортные (линейные, с последовательным расположением клетей, полунепрерывные, непрерывные), среднесортные (линейные, с шахматным расположением клетей, полунепрерывные, непрерывные), мелкосортные (линейные, с шахматным расположением клетей, полунепрерывные, непрерывные), проволочные (линейные, полунепрерывные, непрерывные), рельсобалочные, универсальные балочные, прессо-прокатные; - волочильные машины (прямоточного, непрерывно-петлевого типа); - печи для термической обработки (муфельные, индукционные); - правильные машины (роликовые, многовалковые, растяжные, прессы); - устройства резки металла (пилы салазкового типа, абразивно-отрезные, дисковые, роторные; ножницы летучие барабанные, рычажного типа, маятниковые, четырехкривошипные). Оборудование для отделки металла: - спрейерные устройства (охлаждающие и отсекающие форсунки); - вентиляторы воздушного охлаждения; - линия двухстадийного охлаждения катанки по способу Стелмор; - оборудование для удаления окалины (электрохимическим, химико-механическим, термическим, ультразвуковым, механическим путями); - оборудование для обработки поверхности (шлифовка, полировка). Оборудование для водооборотных циклов: - насосы и иное энергопотребляющее оборудование оборотных циклов. |
Производство горячедеформированных (горячекатаных и горячепрессованных) труб | Трубопрокатные агрегаты (ТПА) в том числе: - гидравлические пресса; - пресс-ножницы; - пресса холодной ломки; - станы (прошивной, раскатной, обкатной, калибровочный, редукционный, непрерывный, редукционный-растяжной, пилигримовый, винтовой); - правильные машины или пресса; - пилы холодной или горячей резки, автоматизированные пневматические машины; - спрейерные устройства; - оборудование для гидроиспытания и обработки торцов труб; - оборудование неразрушающего контроля. Трубопрессовые агрегаты в том числе: - индукционные печи; - токарные станки; - пилы холодной резки или фрезерно-отрезные станки; - прошивные пресса; - горизонтальные высадочные пресса; - горизонтально-ковочные машины; - редукционный стан; - правильные пресса или ролико-правильные машины; - оборудование для химической и механической обработки; - оборудование для гидроиспытания; - оборудование обработки торцов труб; - оборудование неразрушающего контроля. |
Производство холоднодеформированных труб | - станы холодной прокатки труб (роликовые, валковые); - трубоволочильные станы (ХВТ); - печи (электрические, электроконтактные, вакуумные); - ковочные машины; - правильные машины или пресса; - оборудование для химической и механической обработки и гидроиспытания; - оборудование для обработки торцов труб; - оборудование неразрушающего контроля. |
Производство сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса; электросварных; изготовленных непрерывной печной сваркой) труб | Трубоэлектросварочные агрегаты (ТЭСА) для труб большого диаметра в том числе: - листоукладчик; - правильная машина; - кромкострогальные станки; - ножницы; - формовочный стан; - стан для приварки технологических планок; - станы наружной и внутренней сварки; - экспандер; - станки для обработки торцов, снятия усиления шва; - гидропресс; - оборудование неразрушающего контроля. Трубоэлектросварочные агрегаты (ТЭСА для электросварных труб) в том числе: - разматыватель; - правильная машина; - установка для обрезки концов полосы; - стыкосварочная машина; - тянущие ролики; - петлеобразователь; - дисковые ножницы с кромкокрошителем; - проводки с кромкострогательным устройством; - подающая машина и вводная проводка формовочно-сварочного аппарата; - правильно-калибровочный стан; - гидропресс; - станки для обработки торцов; - оборудование неразрушающего контроля. |
Трубосварочные агрегаты непрерывной печной сварки в том числе: - разматыватель; - правильная машина; - стационарные ножницы; - формовочно-сварочная линия; - формовочно-сварочный узел; - редукционно-растяжной и калибровочный станы, пилы, станки для обработки торцов; - оборудование неразрушающего контроля. |
Остальные потребители учитывались исходя из принятых границ расчета выбросов парниковых газов (таблица Д.2).
Выбросы определяются за один полный календарный год.
Расчет интенсивности выбросов CO2 (бенчмарк) для производства продукции.
Расчет удельных выбросов CO2 для производства продукции выполняется по формуле (1):
где:
ICO2 - интенсивность выбросов (бенчмарк) для производства определенного вида металлургической продукции, т CO2/т продукции;
- удельные выбросы в границах производственного процесса (передела), т CO2/т продукции;ECO2,электр. - удельные выбросы, связанные с электроэнергией, т CO2/т продукции;
ECO2,тепл. - удельные выбросы, связанные с тепловой энергией, т CO2/т продукции;
ECO2,тех.газы - удельные выбросы, связанные с техническими газами, т CO2/т продукции.
Удельные выбросы CO2 определяются как валовые выбросы CO2, отнесенные к объему основной произведенной продукции для каждого производственного процесса (передела).
При расчете удельных выбросов CO2 содержание углерода в исходной заготовке и готовой продукции, а также выбросы CO2, связанные с угаром исходной заготовки и образованием окалины не учитывается, т.к. являются незначительными.
Расчет удельных выбросов CO2 в границах производственного процесса (передела).
Расчет удельных выбросов CO2 в границах производственного процесса (передела) выполняется по формуле (2):
где:
Rвх,i - удельный объем использования i-го углеродсодержащего ресурса в границах производственного процесса (передела) металлургической продукции (на входе в передел), ед. изм. (т, тыс. м3 и др.)/т продукции;
Cвх,i - содержание углерода в i-м углеродсодержащем ресурсе, т C/ед. изм. (т, тыс. м3 и др.).
В формуле (2) должны учитываться объемы ресурсов, непосредственно использованные в технологических процессах. Рекомендуемым источником информации о расходе ресурсов являются технические и балансовые отчеты производственных и энергетических цехов предприятия.
Содержание углерода принимается одинаковым для всех предприятий для следующих видов топлива/сырья: природный газ, мазут, дизельное топливо, вторичные топливные газы (доменный газ, коксовый газ и т.п.) и т.п. Для вторичных топливных газов используется приведенное содержание углерода, соответствующее природному газу с учетом теплоты сгорания топлива.
Расчет удельных выбросов CO2, связанных с потреблением и выработкой электроэнергии
Расчет удельных выбросов CO2, связанных с электроэнергией, выполняется по формуле (3):
где:
Pпотр. - удельное потребление электроэнергии в границах производственного процесса (передела), МВт·ч/т продукции;
Pвыр. - удельная выработка электроэнергии в границах производственного процесса (передела), МВт·ч/т продукции;
EFCO2,электр. - коэффициент выброса для электроэнергии, т CO2/МВт·ч.
Величины Pпотр., Pвыр. определяются по фактическим данным предприятия. Величины Pпотр. и Pвыр. при подстановке в формулу (3) не должны включать затраты электроэнергии на собственные нужды источника электроэнергии. Величина Pпотр. включает суммарное потребление электроэнергии, как поставленной со стороны для данного производства (передела), так и выработанной в границах производственного процесса (передела). Электроэнергия Pвыр. включает суммарную выработку электроэнергии, которая может быть потреблена как внутри, так и за границами рассматриваемого производственного процесса (передела).
Величина EFCO2,электр. принимается равной 0,504 т CO2/МВт·ч для всех предприятий черной металлургии, что соответствует значению по умолчанию, принимаемому WSA при определении бенчмарков. Данное значение находится между средним значением для сетевой электроэнергии в РФ (около 0,34) и приблизительным значением для конденсационного режима заводских электростанций черной металлургии (0,55 - 0,6) применительно к природному газу или его эквиваленту с точки зрения выбросов CO2. Также значение 0,504 примерно соответствует замыкающему конденсационному режиму регулирующих электростанций в энергосистеме (условно газовые станции).
Расчет удельных выбросов CO2, связанных с потреблением и выработкой тепловой энергии
Расчет удельных выбросов CO2, связанных с тепловой энергией, выполняется по формуле (4):
где: Qпотр. - удельное потребление тепловой энергии (в паре и горячей воде) в границах производственного процесса (передела), Гкал/т продукции;
Qвыр. - удельная выработка тепловой энергии (в паре и горячей воде) в границах производственного процесса (передела), Гкал/т продукции;
EFCO2,тепл. - коэффициент выброса для тепловой энергии, т CO2/Гкал.
Тепловая энергия включает энергию, передаваемую с паром и горячей водой. Величины Qпотр., Qвыр. определяются по фактическим данным предприятия. Величина Qпотр. включает суммарное потребление тепловой энергии, как поставленной со стороны для данного производственного процесса (передела), так и выработанной в границах производственного процесса (передела). Тепловая энергия Qвыр. включает суммарную выработку тепловой энергии, которая может быть потреблена как внутри, так и за границами рассматриваемого производственного процесса (передела).
Величина EFтепл. принимается равной 0,27 т CO2/Гкал для всех предприятий черной металлургии. Данная величина рассчитана исходя из предположения, что тепловая энергия вырабатывается на основе природного газа (как замыкающего топлива) с эффективностью производства и передачи тепловой энергии, равной 85%.
Расчет удельных выбросов CO2, связанных с техническими газами
Расчет удельных выбросов CO2, связанных с техническими газами, выполняется по формуле (5):
где:
Gi - удельное потребление i-технического газа в границах производства, тыс. м3/т продукции;
EFCO2,тех.газ,i - коэффициент выброса для i-технического газа, т CO2/тыс. м3.
Технические газы включают кислород, азот, аргон, а также сжатый воздух, используемые на технологические нужды в границах рассматриваемого производственного процесса (передела). Косвенные выбросы ПГ, связанные с производством потребленного водорода не учитываются. Величины Gi определяются по фактическим данным предприятия без учета потерь при производстве и передаче. Расход газов приводится к стандартным условиям (20 °C, 101,325 кПа).
Величины EFCO2,тех.газ,i для всех предприятий черной металлургии принимаются равными для кислорода 0,355 т CO2/тыс. м3, азота 0,103 т CO2/тыс. м3, аргона 0,103 т CO2/тыс. м3, сжатого воздуха 0,06 т CO2/тыс. м3. Для кислорода, азота и аргона приняты значения, рекомендованные WSA по умолчанию. Для сжатого воздуха принято значение на основании экспертной оценки, основанной на анализе представленных предприятиями отрасли данных о затратах электроэнергии на производство сжатого воздуха.
Расчет удельных выбросов парниковых газов с учетом потенциалов глобального потепления парниковых газов
ИС МЕГАНОРМ: примечание. В официальном тексте документа, видимо, допущена опечатка: имеется в виду п. [3] Библиографии, а не [9]. |
Расчет удельных выбросов парниковых газов в т CO2-эквивалента (CO2-экв.) выполняется по формуле согласно методическим указаниям [9] по формуле (6):
где:
ECO2e,y - удельные выбросы парниковых газов в CO2-эквиваленте за период y, т CO2-экв./т продукции;
Ei,y - выбросы i-парникового газа за период y, т/т продукции;
GWPi - потенциал глобального потепления i-парникового газа, т CO2-экв./т;
n - количество видов выбрасываемых парниковых газов;
i - CO2, CH4, N2O, CHF3, CF4, C2F6, SF6.
Для производственных процессов (переделов) отрасли черной металлургии, при расчете удельных выбросов парниковых газов в CO2-эквиваленте учитываются только выбросы CO2.
Значения потенциалов глобального потепления (GWPi) приведены в распоряжении Правительства РФ от 22 октября 2021 г. N 2979-р [10]. Для CO2 потенциал глобального потепления равен 1.
Д.2.5 Коэффициенты содержания углерода и выбросов парниковых газов
Расчет выполнен на основании данных об объемах производимой продукции, а также данных об объемах потребляемых материальных и энергетических ресурсов, предоставленных предприятиями отрасли при проведении анкетирования.
Входные и выходные потоки углеродсодержащих материалов (заготовки на передел, конечной продукции передела, лома (обрезь и брак)) не учитываются ввиду того, что потери углерода в этих процессах отсутствуют. Потерями углерода с угаром при горячем прокате, с окалиной при производстве горячедеформированных труб и термообработках ввиду их незначительности пренебрегают.
Коэффициенты содержания углерода в энергетических ресурсах приняты на основании показателей, приведенных в национальных и международных методиках и стандартах. Для природного газа принят коэффициент содержания углерода по умолчанию - 0,52 т/тыс. м3 (на основании усредненных данных, полученных от предприятий).
Учитываемые при проведении количественной оценки удельных выбросов CO2 входные и выходные материально-энергетические ресурсы для производственных процессов (переделов) отрасли черной металлургии, а также рекомендуемые к использованию коэффициенты содержания углерода и выбросов парниковых газов в материальных и энергетических ресурсах приведены в таблице Д.5.
Таблица Д.5
в материальных и энергетических ресурсах
Ресурсы | Единицы измерения | Содержание углерода, т C/ед. | Коэффициент выбросов, т CO2/ед. | Источник данных/Примечание |
Входной поток: | ||||
Природный газ | тыс. м3 | 0,5200 | 1,9053 | По данным предприятий |
Коксовый газ | прив. тыс. м3 | 0,2517 | 0,9221 | Расчетное значение <*> |
Доменный газ | прив. тыс. м3 | 0,0585 | 0,2142 | Расчетное значение <*> |
Кислород | тыс. м3 | - | 0,3550 | WSA, CO2 Data Collection, App. 3 [6] |
Азот | тыс. м3 | - | 0,1030 | WSA, CO2 Data Collection, App. 3 [6] |
Аргон | тыс. м3 | - | 0,1030 | WSA, CO2 Data Collection, App. 3 [6] |
Очищенная вода | тыс. м3 | - | 0,2500 | По данным предприятий |
Сжатый воздух | тыс. м3 | - | 0,06 | Расчетное значение] |
Электроэнергия | МВт·ч | - | 0,5040 | WSA, CO2 Data Collection, App. 3 [6] |
Теплоэнергия (пар, сетевая вода) | Гкал | 0,2700 | Расчетная величина (КПД 85%, топливо - природ. газ) | |
Выходной поток: | ||||
Электроэнергия | МВт·ч | - | 0,5040 | WSA, CO2 Data Collection, App. 3 [6] |
Теплоэнергия (пар, сетевая вода) | Гкал | - | 0,2700 | Расчет (КПД 85%, топливо - природ. газ) |
--------------------------------
<*> Расчет показателя производится исходя из величины выбросов CO2, которые имели бы место при сжигании замещенного природного газа (замыкающего топлива), по формуле:
где:
EFCO2,втор.газ,i - коэффициент выброса CO2 на единицу приведенного объема i-го вторичного топливного газа, т CO2/прив. тыс. м3; EF'CO2,прир.газ - коэффициент выброса CO2 на единицу энергии природного газа, т CO2/т у.т. (принят равным 1,63 т CO2/т у.т. на основании фактических данных предприятий);
ki - калорийный эквивалент приведенного объема i-го вторичного топливного газа, т у.т./прив. тыс. м3 (для доменного газа 1/7 = 0,1429; коксового газа 4/7 = 0,5714);
- показатель эффективности сжигания i-го вторичного топливного газа в сравнении со сжиганием природного газа, доля (для доменного газа 0,92; коксового газа 0,99).Д.2.6 Исходные данные для расчета выбросов парниковых газов
Бенчмаркинг для процессов дальнейшего передела черных металлов, включающих производство горячекатаного, холоднокатаного, сортового, трубного проката, проведен в 2023 г. на основании данных анкетирования за 2018 - 2022 гг. (с выборкой значений показателей для 2-х лет, в которые наблюдался минимальный и максимальный объем производства) по 29 предприятиям отрасли, представляющим крупнейших производителей металлургической продукции конечных переделов в Российской Федерации (охват отрасли составляет порядка 90% производства):
- по производству горячекатаного проката - 8 предприятий;
- по производству холоднокатаного проката - 6 предприятий;
- по производству сортового проката - 15 предприятий;
- по производству труб - 12 предприятий.
Выбранный подход к сбору данных на основе минимального и максимального объема производства позволяет охватить вероятный диапазон значений выбросов парниковых газов в зависимости от загрузки производства в рассмотренный период, однако, не исключает, что при иных показателях работы прокатных и трубных производств значения выбросов парниковых газов могут быть как выше, так и ниже установленного диапазона.
Д.3. Результаты расчетов удельных выбросов парниковых газов
Результаты расчета удельных выбросов парниковых газов производственных процессов (переделов) металлургических изделий дальнейшего передела черных металлов, представлены в таблице Д.6. и на рисунках Д.1 - Д.7.
Проведенные в ходе проведения бенчмаркинга расчеты удельных выбросов парниковых газов признаны достоверными по результатам оценки экспертной группы. Выявленные в ходе проведения расчетов отдельные искажения исходных данных были устранены, выпадающие из ряда данных верхние и нижние значения были исключены из расчетов.
Таблица Д.6
процессов производства изделий дальнейшего
передела черных металлов
Удельный выброс парниковых газов, т CO2/т продукции | Произведенная продукция/продукция по паспорту, % | Удельный выброс парниковых газов, т CO2/т продукции | Произведенная продукция/продукция по паспорту, % |
при минимальном объеме произведенной годной продукции за период 2018 - 2022 гг. | при максимальном объеме произведенной годной продукции за период 2018 - 2022 гг. | ||
Производство горячекатаного плоского проката | |||
Производство горячекатаного плоского проката (в рулонах) | |||
0,121 | 108 | 0,129 | 115 |
- | - | 0,157 | - |
0,165 | 103 | 0,187 | 109 |
0,192 | 40 | 0,161 | 84 |
- | - | 0,203 | - |
0,231 | 81 | 0,231 | 90 |
0,250 | 53 | 0,241 | 68 |
Производство горячекатаного плоского проката (толстый лист) | |||
0,257 | 106 | 0,247 | 128 |
- | - | 0,315 | - |
0,400 | 87 | 0,375 | 99 |
Производство нержавеющего плоского проката <*> | |||
Производство нержавеющего плоского проката (в рулонах) | |||
0,664 | 24 | 0,627 | 29 |
Производство нержавеющего плоского проката (толстый лист) | |||
0,824 | 77 | 0,824 | 86 |
Производство холоднокатаного плоского проката <*> | |||
0,170 | - | 0,160 | - |
0,241 | 89 | 0,238 | 101 |
0,780 | - | 0,676 | - |
1,958 | 3 | 0,792 | 7 |
Производство холоднокатаного проката электротехнической стали | |||
1,36 | н/с | 1,21 | н/с |
Производство сортового проката | |||
0,080 | 69 | 0,073 | 103 |
- | - | 0,103 | - |
0,101 | 98 | 0,104 | 99 |
0,108 | 94 | 0,107 | 104 |
0,118 | 75 | 0,111 | 96 |
0,137 | 77 | 0,135 | 90 |
0,156 | 49 | 0,134 | 63 |
0,177 | 97 | 0,167 | 101 |
0,199 | 80 | 0,182 | 93 |
0,204 | 90 | 0,192 | - |
0,221 | 35 | 0,195 | 47 |
0,222 | 60 | 0,199 | 83 |
0,225 | 65 | 0,202 | 69 |
0,227 | 83 | 0,238 | 89 |
0,228 | 45 | 0,230 | 49 |
0,229 | 93 | 0,169 | 106 |
0,237 | 70 | 0,197 | 89 |
0,238 | 48 | 0,190 | 54 |
0,238 | 64 | 0,224 | 70 |
0,241 | 85 | 0,201 | 99 |
0,263 | 65 | 0,233 | 76 |
0,267 | 37 | 0,252 | 61 |
0,293 | 54 | 0,287 | 60 |
0,381 | 56 | 0,285 | 93 |
Производство специальных видов проката <*> | |||
Шаровой прокат | |||
0,253 | 153 | 0,247 | 167 |
0,281 | 49 | 0,134 | 108 |
Производство колес | |||
0,423 | 111 | 0,402 | 126 |
Фасонный прокат | |||
0,937 | 50 | 0,675 | 78 |
Производство бандажей | |||
1,209 | 87 | 1,139 | 99 |
Производство горячедеформированных труб (горячекатаных) | |||
без термообработки | |||
0,199 | 88 | 0,199 | 89 |
0,201 | 66 | 0,178 | 100 |
0,232 | 65 | 0,191 | 85 |
0,234 | 79 | 0,234 | 87 |
0,243 | 97 | 0,238 | 103 |
0,263 | 69 | 0,216 | 111 |
0,270 | 94 | 0,240 | 106 |
0,280 | 83 | 0,252 | 92 |
0,339 | 80 | 0,288 | 105 |
0,365 | 60 | 0,307 | 101 |
0,407 | 98 | 0,448 | 104 |
0,459 | 79 | 0,378 | 100 |
с термообработкой | |||
0,166 | 84 | 0,375 | 93 |
0,289 | 50 | 0,355 | 72 |
0,360 | 21 | 0,370 | 28 |
0,649 | 12 | 0,660 | 12 |
1,039 | 15 | 1,067 | 21 |
1,571 | 5 | 0,437 | 8 |
Производство горячедеформированных труб (горячепрессованных) <**> | |||
0,800 | 54 | 1,00 | 72 |
Производство холоднодеформированных труб <***> | |||
0,502 | 72 | 0,503 | 82 |
0,884 | 73 | 0,870 | 75 |
Производство сварных труб (прямошовных изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса) | |||
0,039 | 29 | 0,026 | 65 |
0,043 | 17 | 0,032 | 27 |
0,055 | 30 | 0,033 | 88 |
0,071 | 13 | 0,033 | 64 |
0,081 | 27 | 0,034 | 97 |
0,110 | 51 | 0,085 | 110 |
0,129 | 3 | 0,037 | 60 |
0,168 | 10 | 0,084 | 50 |
Производство сварных труб (электросварных) | |||
0,015 | 55 | 0,019 | 73 |
0,019 | 26 | 0,023 | 48 |
0,023 | 44 | 0,015 | 75 |
0,027 | 27 | 0,029 | 51 |
0,033 | 39 | 0,027 | 58 |
0,040 | 83 | 0,035 | 99 |
0,043 | 46 | 0,050 | 57 |
0,045 | 88 | 0,043 | 104 |
0,069 | 20 | 0,056 | 28 |
0,071 | 37 | 0,063 | 49 |
0,113 | 10 | 0,05 | 56 |
0,123 | 12 | 0,106 | 13 |
0,137 | 67 | 0,139 | 74 |
0,167 | 15 | 0,097 | 42 |
0,186 | 43 | 0,175 | 55 |
0,227 | 9 | 0,106 | 16 |
0,444 | 21 | 0,143 | 85 |
0,509 | 51 | 0,772 | 54 |
Объемная термическая обработка электросварных труб | |||
0,101 | 7 | 0,07 | 11 |
0,084 | 15 | 0,082 | 41 |
Производство сварных труб (изготовленных непрерывной печной сваркой) | |||
0,058 | 70 | 0,041 | 84 |
0,310 | 28 | 0,310 | 39 |
--------------------------------
ИС МЕГАНОРМ: примечание. Текст дан в соответствии с официальным текстом документа. |
Рисунок Д.1 - Результаты расчета удельных
выбросов парниковых газов для производства
производство горячекатаного плоского
проката (в рулонах), т CO2-экв./т продукции
Производство горячекатанного проката (толстый лист)
Рисунок Д.2 - Результаты расчета удельных выбросов
парниковых газов для производства горячекатаного
плоского проката (толстый лист), т CO2-экв./т продукции
Производство сортового проката (длинномерная продукция)
Рисунок Д.3 - Результаты расчета удельных выбросов
парниковых газов для производства сортового проката,
т CO2-экв./т продукции
Трубопрокатный агрегат (без термообработки)
Рисунок Д.4 - Результаты расчета удельных выбросов
парниковых газов для производства горячедеформированных труб
(горячекатаных) без термообработки, т CO2-экв./т продукции
Трубопрокатный агрегат (с термообработкой)
Рисунок Д.5 - Результаты расчета удельных выбросов
парниковых газов для производства горячедеформированных труб
(горячекатаных) с термообработкой, т CO2-экв./т продукции
Производство сварных труб (прямошовных изготовленных
электродуговой сваркой под слоем флюса)
Рисунок Д.6 - Результаты расчета удельных выбросов
парниковых газов для производства сварных труб
(прямошовных изготовленных электродуговой сваркой
под слоем флюса), т CO2-экв./т продукции
Рисунок Д.7 - Результаты расчета удельных выбросов
парниковых газов для производства сварных труб
(электросварных, изготовленных непрерывной
печной сваркой), т CO2-экв./т продукции
По результатам экспертной оценки при определении индикативных показателей не учитывались следующие расчетные данные удельных выбросов парниковых газов:
1. Производство холоднокатанного проката представлено различного вида продукцией, которая определяет заданное множество технологических операций: число проходов при деформации и количество химических, термических и иных видов дополнительных обработок холоднокатанного проката. Все это в совокупности формирует уровень потребления энергоресурсов в виде топлива, электрической энергии, а также технологических газов, а в итоге, объем эмиссии парниковых газов. Существенные различия видов производимой холоднокатанной продукции отражает размах величин эмиссии парниковых газов (на порядок величин).
Ввиду малого объема выборки при столь значительных различиях величин эмиссий установить индикативные показатели, характеризующие в целом технологию холодного проката, не представляется возможным.
Сведения об эмиссиях парниковых газов для холоднокатанного проката, в том числе проката электротехнической стали, приводятся в таблице Д.6 в качестве референтных.
2. Для производства холоднодеформированных труб анкетные данные приведены суммарно для 18 и 19 станов. Технологический процесс производства труб холодной прокаткой и холодным волочением предусматривает комплекс операций по подготовке исходной заготовки, промежуточные и окончательные операции отделки труб. Наличие конкретных технологических операций, их характеристики зависят от марки стали или сплава, из которой изготавливают трубы, размера и назначения труб.
Отличительной особенностью данной технологии является трудоемкость, вариативность, многопроходность технологического процесса, цикличность которого определяется размерами готовой трубы и исходной заготовки - горячекатаные, прессованные и сварные трубы.
В практике трубного производства для изготовления особо тонкостенных, капиллярных труб количество циклов технологических операций может превышать 10. При этом предприятиями для производства труб малого диаметра зачастую реализуется сочетание циклов холодной прокатки и волочения с целью сокращения трудоемкости технологического процесса. Так, например, со станов холодной деформации трубы могут поступать в виде готовой продукции, при этом их могут прокатывать на одном, двух или трех станах последовательно с промежуточной термической, химической обработками или трубы могут поступать на холодное волочение после любого из циклов прокатки, при этом подвергаться волочению различными способами. То есть для получения труб малых размеров заготовкой служат трубы, получаемые на более крупных станах ХПТ и ХПТР, а также трубы, получаемые холодным волочением.
На основании вышеизложенного, а также учитывая, что обработка труб одного и того же сортамента может выполняться по различным схемам в зависимости от размеров исходной заготовки, а оборудование в цехе неоднократно задействовано на различных циклах производства труб в рамках одного заказа, оценка расхода энергоресурсов на конкретную технологию не представляется возможной.
3. Продукция, относимая к специальным видам проката (шары, фасонный прокат, колеса, бандажи), является уникальной, требующей особых условий деформирования и термической обработки. Производится на одном-двух предприятиях, по этой причине невозможно подготовить бенчмаркинг и соответственно установить индикативные показатели. Сведения об эмиссиях парниковых газов для специальных видов сортового проката приводятся в таблице Д.6 в качестве референтных.
Производство сортового проката, для которого установлены индикативные показатели, охватывает широкий спектр видов длинномерной продукции, в том числе: пруток круг, пруток квадрат, пруток шестигранник, арматура в прутках и бунтах, катанка, полоса, уголок (равнополочный и неравнополочный), зетовый профиль, швеллер (нормальный и облегченный), двутавр (нормальный и облегченный), рельс, специальные профили.
Д.4 Индикативные показатели удельных выбросов парниковых газов
Д.4.1 Критерии установления индикативных показателей удельных выбросов парниковых газов
Методика разработана для целей установления индикативных показателей удельных выбросов парниковых газов отдельных производственных процессов (переделов) и позволяет провести сравнительный анализ (бенчмаркинг) производственных процессов отрасли.
На основании полученных результатов отраслевого бенчмаркинга и построенных кривых бенчмаркинга для производственных процессов (переделов) отрасли установлены индикативные показатели удельных выбросов парниковых газов двух уровней:
1. Верхний уровень индикативного показателя (ИП 1) - может использоваться в рамках правового регулирования отношений в области выбросов парниковых газов и определяется по формуле (7):
где:
Imax - максимальный удельный показатель выбросов CO2-экв., т CO2-экв./т продукции;
Imin - минимальный удельный показатель выбросов CO2-экв., т CO2-экв./т продукции.
2. Нижний уровень индикативного показателя (ИП 2) - может использоваться при принятии решений о государственной поддержке и определяется по формуле (8):
где:
Imax - максимальный удельный показатель выбросов CO2-экв., т CO2-экв./т продукции;
Imin - минимальный удельный показатель выбросов CO2-экв., т CO2-экв./т продукции.
Учитывая подтвержденный расчетами факт, что при производстве изделий дальнейшего передела черных металлов удельные показатели выбросов ПГ зависят от загрузки производства, которая определяется потребностями рынка, индикативные показатели определялись исходя из их максимальных значений по результатам выполненных расчетов.
Д.4.2 Индикативные показатели удельных выбросов парниковых газов
Индикативные показатели удельных выбросов парниковых газов для различных производственных процессов (переделов) отрасли черной металлургии приведены в таблице Д.7 и на кривых бенчмаркинга на рисунках Д.8 - Д.14.
Таблица Д.7
для различных производственных процессов (переделов)
производства изделий дальнейшего передела черных металлов
Производственный процесс (передел) | Индикативный показатель удельных выбросов парниковых газов, т CO2-экв./т продукции | |
Нижний уровень индикативного показателя (ИП 2) | Верхний уровень индикативного показателя (ИП 1) | |
Производство проката | ||
Производство горячекатаного плоского проката (в рулонах) <*> | 0,177 | 0,232 |
Производство горячекатаного плоского проката (толстый лист) <*> | 0,314 | 0,379 |
Производство сортового проката | 0,200 | 0,336 |
Производство горячедеформированных труб (горячекатаных) | ||
Производство горячедеформированных труб (горячекатаных) без термообработки | 0,303 | 0,420 |
Производство горячедеформированных труб (горячекатаных) с термообработкой | 0,841 | 1,389 |
Производство сварных труб | ||
Производство сварных труб (прямошовных изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса) | 0,091 | 0,149 |
Производство сварных труб (электросварных, изготовленных непрерывной печной сваркой) | 0,189 | 0,380 |
--------------------------------
<*> В случае, если в течение года производится горячекатанный плоский прокат двух видов (в рулонах и толстый лист), при расчете индикативного показателя удельных выбросов парниковых газов для определенного вида проката используются сведения об объемах потребляемых материальных и энергетических ресурсов при производстве продукции определенного вида за рассматриваемой период
Рисунок Д.8 - Кривая бенчмаркинга и индикативные показатели
удельных выбросов парниковых газов для производства
производство горячекатаного плоского проката
(в рулонах), т CO2-экв./т продукции
Производство горячекатанного проката (толстый лист)
Рисунок Д.9 - Кривая бенчмаркинга и индикативные показатели
удельных выбросов парниковых газов для производства
горячекатаного плоского проката (толстый лист),
т CO2-экв./т продукции
Производство сортового проката (длинномерная продукция)
Рисунок Д.10 - Кривая бенчмаркинга и индикативные показатели
удельных выбросов парниковых газов для производства
сортового проката, т CO2-экв./т продукции
Трубопрокатный агрегат (без термообработки)
Рисунок Д.11 - Кривая бенчмаркинга и индикативные показатели
удельных выбросов парниковых газов для производства
горячедеформированных труб (горячекатаных)
без термообработки, т CO2-экв./т продукции
Трубопрокатный агрегат (с термообработкой)
Рисунок Д.12 - Кривая бенчмаркинга и индикативные показатели
удельных выбросов парниковых газов для производства
горячедеформированных труб (горячекатаных)
с термообработкой, т CO2-экв./т продукции
Производство сварных труб (прямошовных изготовленных
электродуговой сваркой под слоем флюса)
Рисунок Д.13 - Кривая бенчмаркинга и индикативные показатели
удельных выбросов парниковых газов для производства сварных
труб (прямошовных изготовленных электродуговой сваркой
под слоем флюса), т CO2-экв./т продукции
Рисунок Д.14 - Кривая бенчмаркинга и индикативные показатели
удельных выбросов парниковых газов для производства сварных
труб (электросварных, изготовленных непрерывной
печной сваркой), т CO2-экв./т продукции
Д.5 Ключевые направления декарбонизации производства изделий дальнейшего передела черных металлов
"Декарбонизация черной металлургии требует проведения масштабных инвестиций в модернизацию производственных мощностей, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и работ по трансферу соответствующих технологий" - отмечается в Стратегии развития металлургической промышленности РФ [11].
Для достижения поставленных целей декарбонизации интегрированные компании разрабатывают специализированные программы по низкоуглеродному развитию/сокращению эмиссии парниковых газов, которые, как правило, включают мероприятия и проекты по первым переделам (выплавка чугуна, стали и др.), позволяющие достичь наибольших результатов. Отдельные программы снижения выбросов ПГ непосредственно для дальнейших переделов не разрабатываются. Планируемые к реализации крупные мероприятия, связанные с модернизацией производства изделий, также обычно входят в корпоративные углеродные программы.
Поскольку общие выбросы ПГ зависят от объема производства, конкретного продукта, используемой технологии и ее энергоэффективности, главным направлением декарбонизации производства изделий дальнейшего передела черных металлов прежде всего принято сокращение потребления энергоресурсов.
Выполняя требования действующего законодательства, компании черной металлургии уже много лет разрабатывают программы энергосбережения и повышения энергоэффективности производства. Реализация этих программ помимо сокращения расхода энергоресурсов, снижения издержек производства, повышения конкурентоспособности продукции гарантирует сокращение эмиссий парниковых газов.
Анализ информации, представленной предприятиями черной металлургии в анкетах в рамках подготовки настоящего Приложения, позволил выявить следующие основные направления энергосбережения и повышения энергоэффективности производства изделий дальнейшего передела черных металлов:
1. совершенствование и оптимизация существующих технологических процессов;
2. внедрение энергосберегающих технологий и оборудования;
3. использование вторичных энергоресурсов.
При этом реализуемые на заводах компаний проекты и мероприятия можно разделить на организационно-технические и технические.
Согласно данным анкет, организационно-технические мероприятия при производстве проката и труб включают следующие мероприятия, связанные с парниковой тематикой:
- оптимизация энергопотребления (отключение неработающего оборудования от источников питания, соблюдение режимов работы оборудования в соответствии с технологическим процессом);
- оптимизация загрузки печей;
- снижение температуры режима холостого хода печей;
- снижение расхода газа при длительных простоях и ППР;
- соблюдение графика использования газовых горелок печей в зависимости от температуры окружающей среды;
- снижение расхода природного газа за счет отключения горелочных устройств штрипсонагревательной печи;
- перекрытие подачи азота на охлаждение пирометров во время перевалок;
- оптимизация работы двигателей прокатных станов, извлекательно-калибровочных станов, правильных машин;
- отключение электродвигателей насосной станции в выходные дни;
- экономия потребления энергоресурсов за счет остановки приводов систем гидравлики, вентиляционных систем, систем аспирации, насосов экспандера при отсутствии производства свыше 1-го часа;
- снижение производительности дымососов системы очистки газов линии непрерывного стана FQM во время длительных перевалок и простоев в автоматическом режиме;
- отключение входного рольганга трубоправильной машины BRONX комплекса непрерывного стана FQM при отсутствии трубы;
- изменение алгоритма включения входного рольганга стана-извлекателя "KOCKS";
- отключение преобразователей ППЧВ 500 при простоях более 4-х часов;
- оптимизация алгоритма работы рольгангов;
- отключение системы охлаждения печи индукционного нагрева ОКБ-875А и печного рольганга при производстве нередуцируемой трубы на ТЭСА 20-102;
- контроль холостых ходов транспортных рольгангов при продолжительных технологических остановах.
Эффективность указанных мероприятий не приводится в силу неопределенности исходных расчетных параметров.
Можно выделить следующие направления реализуемых предприятиями технических мероприятий (проектов):
- реконструкция станов, их обновление, модернизация, капитальные ремонты (с инновационной составляющей и без);
- реконструкция, замена, обновление оборудования станов;
- реконструкция, замена, обновление отдельных агрегатов в технологических линиях производства продукции;
- реконструкция нагревательных печей, печей отжига, оборудования термической обработки;
- реконструкция отдельных узлов печей (своды, горелочные устройства);
- внедрение приборного контроля за расходом ТЭР по всем звеньям технологической цепи;
- замена электрооборудования в процессах производства (электродвигатели, системы плавного пуска, преобразователи);
- совершенствование технологических процессов.
В таблицах Д.8 - 11 приведены исходя из предоставленных анкетных данных наиболее значимые мероприятия по ресурсо-энергосбережению при производстве изделий дальнейшего передела черных металлов, которые имеют прямой эффект сокращения эмиссий ПГ.
Указанные мероприятия внедряются или уже внедрены на производстве и могут быть тиражированы на предприятиях, производящих аналогичную продукцию.
Таблица Д.8
парниковых газов процессов производства проката
N | Наименование мероприятий | Эффект | Сокращение выбросов, т CO2-экв |
Производство горячекатаного проката | |||
1. | Реконструкция нагревательных печей. Замена на новые печи производительностью до 450 т/ч на холодном и 500 т/ч на горячем посаде без использования системы испарительного охлаждения | Снижение удельного расхода газа с 56,7 до 40,7 м3/т | - |
2. | Техническое перевооружение нагревательных печей в цехах горячего проката | Снижение удельного расхода топлива с 80,54 кг у.т./т до 45,55 кг у.т/т (в зависимости от объема реконструкции) (до 106500 тыс. м3 природного газа в год) | до 202914 |
3. | Модернизация нагревательных печей. Изменение схемы подачи воздуха в рекуператор методической печи (организация перекрестно-противоточного движения дымовых газов и воздуха в секциях трубчатого рекуператора) | Снижение удельного расхода газа с 41,2 до 38,3 м3/т (до 1192 тыс. м3 природного газа в год) | до 2271 |
Производство холоднокатанного проката | |||
4. | Совершенствование технологических процессов цеха холодной прокатки. Совершенствование характеристик упаковки металлопроката для термообработки в стендах колпаковых печей оптимальных садок | Снижение удельного расхода топлива | - |
Производство сортового проката | |||
5. | Модернизация нагревательных печей. Реконструкция системы рекуперации тепла методических нагревательных печей с заменой трубчатого рекуператора пластинчатым | Экономия топлива 12,6% - 18,0% | - |
6. | Модернизация нагревательных печей. Реконструкция арочного свода печного агрегата с заменой кирпичной кладки на плоский свод из стальных панелей, покрытых волокнистым огнеупорным материалом | Снижение теплопотерь, снижение потребления топлива на 1,95% от общего потребления печи | - |
7. | Совершенствование технологических процессов цеха сортовой прокатки Организация горячего посада заготовок в нагревательную печь (минуя промежуточное охлаждение) | Снижение удельного расхода природного газа 5 м3/т проката | - |
Таблица Д.9
Мероприятия по экономии природного газа и снижению выбросов
парниковых газов процессов производства трубной продукции
N | Наименование мероприятий | Расчетная годовая экономия природного газа, тыс. м3 | Сокращение выбросов, т CO2-экв |
Производство горячедеформированных труб | |||
1. | Техническое перевооружение нагревательных печей с установкой автоматизированной системы управления технологическим процессом в части регулирования горения топлива | до 1430 | до 2725 |
2. | Установка системы сегментного регулирования скорости роликов печей | до 4170 | до 7945 |
3. | Замена футеровки нагревательных печей из огнеупорных кирпичных материалов на футеровку из модульных блоков керамического волокна | до 960 | до 1829 |
4. | Установка рекуператора нагревательных печей для утилизации тепловой энергии уходящих газов | до 1890 | до 3600 |
5. | Установка футерованных заслонок с приводом на окне загрузки печи отпуска | до 950 | до 1810 |
6. | Модернизация системы учета расхода природного газа | до 200 | до 380 |
7. | Замена горелочных устройств в камерных печах на энергоэффективные | до 340 | до 648 |
8. | Организация промежуточных зон хранения заготовок для оптимизации загрузки печей | до 4170 | до 7945 |
9. | Замена проходных печей на высокоэкономичные агрегаты нового поколения с более высоким КПД | до 3380 | до 6440 |
Производство сварных труб | |||
10. | Установка приборов учета природного газа | 130 | 248 |
11. | Замена газовых 4-х щелевых печей на индукционные | 1520 | 2896 |
12. | Модернизация печи с защитной атмосферой | Нет данных | - |
Таблица Д.10
Мероприятия по экономии электроэнергии и снижению выбросов
парниковых газов процессов производства проката
N | Наименование мероприятий | Эффект | Сокращение выбросов, т CO2-экв <*> |
Производство горячекатаного проката | |||
1. | Модернизация оборудования стана. Установка устройства плавного пуска для вентиляторов нагревательных печей стана | - | - |
2. | Модернизация оборудования стана. Установка насоса охлаждения валков черновой группы клетей стана горячей прокатки | Снижение удельного расхода электроэнергии с 90,2 до 90 кВт·ч/т (до 1326 тыс. кВт·ч. в год) | до 668 |
3. | Модернизация оборудования стана. Установка эффективных насосов "грязного" оборотного цикла по подаче 5000 м3/ч и напору 31 м. вод. ст | Снижение удельного расхода электроэнергии с 87,4 до 86,8 кВт·ч/т (до 4037 тыс. кВт·ч. в год) | до 2035 |
Производство холоднокатанного проката | |||
4. | Модернизация оборудования стана. Установка системы плавного пуска электродвигателей вентиляторов охлаждения главных приводов стана 1400 | - | - |
5. | Модернизация оборудования стана. Замена электромашинных преобразователей 31,32 ДАП на тиристорные преобразователи | Экономия электроэнергии - 10% | - |
6. | Модернизация агрегатов цеха холодного проката. Совершенствование конструкции секции прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования | - | - |
7. | Совершенствование технологических процессов цеха холодной прокатки. Оптимизация процесса сушки электроизоляционного покрытия | - | - |
8. | Совершенствование технологических процессов цеха холодной прокатки. Оптимизация работы системы рекуперации тепла агрегата непрерывного горячего цинкования | - | - |
Производство сортового проката | |||
9. | Совершенствование технологических процессов цеха сортовой прокатки. Обеспечение работы печного агрегата LOI с горячего посада | Повышение энергоэффективности на 6,5% | - |
Таблица Д.11
парниковых газов процессов производства труб
N | Наименование мероприятий | Расчетная годовая экономия электроэнергии, тыс. кВт·ч | Сокращение выбросов, т CO2-экв |
Производство горячедеформированных труб | |||
1. | Внедрение экономичных двигателей СОЖ сверлильных и отрезных станков | нет данных | - |
2. | Замена системы гонный двигатель-генератор на статический преобразователь на транспортной механизации | до 650 | до 328 |
3. | Устранение присосов воздуха в газовом тракте котла-утилизатора КУ-40 | до 250 | до 126 |
4. | Замена машинных преобразователей на статические | нет данных | |
5. | Замена эл. насосных агрегатов на более эффективные | нет данных | |
6. | Замена приводов постоянного тока с электродвигателями на трубоотрезных станках на приводы переменного тока с частотным преобразователем | нет данных | |
7. | Повышение энергоэффективности оборудования системы питания транспортных рольгангов | 850 | 428 |
8. | Замена преобразователя промышленной частоты на тиристорный преобразователь частоты | 880 | 444 |
9. | Модернизация рольгангов | до 1900 | до 958 |
10. | Замена машинных генераторов ВГО-1500-500 на электронные преобразователи | до 2910 | до 1467 |
11. | Замена обдува труб на столе охлаждения со сжатого воздуха на обдув вентиляторами | нет данных | |
12. | Снижение удельного расхода сжатого воздуха (устранение утечек, ревизия пневмооборудования, замена изношенных РЭП и уплотнительных манжетов) | нет данных | |
13. | Замена двигателей постоянного тока на двигатели переменного тока для задающего рольганга | 170 | 86 |
Производство сварных труб | |||
14. | Модернизация системы управления приводами транспортной системы стана ТЭСА 73-219 с установкой оборудования автоматизации | до 360 | до 180 |
15. | Автоматизация транспортных рольгангов на участке ТПС стана ТЭСА 73-219 | до 430 | до 217 |
16. | Модернизация участка локальной термообработки шва на ТЭСА 73-219 | до 330 | до 166 |
17. | Внедрение автоматической системы цикличной продувки труб на ТЭСА 73-219 | до 360 | до 180 |
18. | Модернизация сварочной установки ТЭСА с заменой лампового генератора на полупроводниковый | до 1700 | до 857 |
19. | Модернизация печи ОКБ с заменой генераторов на преобразователи частоты | до 2920 | до 1472 |
20. | Перевод приводов станков ТТ6502 линии отделки труб с привода постоянного тока на привод переменного тока | до 450 | до 227 |
21. | Замена ламповых генераторов ВЧС трубоэлектросварочных станов на полупроводниковые генераторы с КПД не ниже 95% | до 8360 | до 4213 |
22. | Замена устаревшей системы вентиляции на ФВУ (фильтровентиляционные установки) | до 1490 | до 751 |
Для указанных мероприятий расчет сокращения выбросов CO2 проводился с использованием коэффициентов эмиссии принятых в таблице Д.4 | |||
Как видно из представленных компаниями данных снижение выбросов парниковых газов при производстве проката и труб является следствием реализации мероприятий по ресурсо и энергосбережению.
Помимо мероприятий, связанных непосредственно с технологиями производства изделий дальнейшего передела черных металлов, компании реализуют реальные общецеховые энергосберегающие проекты. Это проекты модернизации и реконструкции систем освещения и систем отопления производственных помещений; которые вносят вклад в декарбонизацию предприятий черной металлургии. Некоторые результаты реализации этих проектов приведены в таблице Д.12.
Таблица Д.12
в результате модернизации системы освещения компаний
N | Компания/завод | Период | Экономия электроэнергии, тыс. кВт·ч | Сокращение выбросов, т CO2-экв |
1. | ММК | 2020 - 2023 г.г. | 44 478 | 22416 |
2. | Металлоинвест | 2018 - 2022 г.г. | 19 126 | 9640 |
3. | НЛМК | 2017 - 2023 г.г. | 134 074 | 67 573 |
4. | Северсталь | 2014 - 2022 г.г. | 137 031 | 69 064 |
5. | ОМК | 2018 - 2022 г.г | 19 180 | 9667 |
6. | ТМК | 2018 - 2022 г.г. | 44 990 | 22675 |
Модернизация системы освещения состоит в замене ламп накаливания и ртутных ламп на индукционные или светодиодные светильники в цехах, на отдельных участках, в технологических пролетах, в отделениях. При этом экономия электроэнергии на освещение может составить от 40% до 70% в зависимости от объема реконструкции.
Таблица Д.13
Общецеховые мероприятия по повышению энергоэффективности
(модернизация системы освещения) процессов производства
изделий дальнейшего передела черных металлов
N | Наименование мероприятий | Расчетная годовая экономия электроэнергии, тыс. кВт·ч | Сокращение выбросов, т CO2-экв |
1. | Установка светодиодных светильников внутреннего освещения цеха | до 12520 | до 6310 |
2. | Модернизация системы освещения с установкой энергосберегающего оборудования (замена ДРЛ-1000 на ДНАТ 400) 700 шт. | до 1840 | до 927 |
3. | Замена светильников верхового освещения (706 шт.) | до 1680 | до 847 |
4. | Замена светильников с лампами на светодиодные светильники (5066 шт.) | до 34550 | до 17413 |
5. | Замена электроламп ДРЛ-1000 на электролампы ДНаТ-600 в светильниках потолочного освещения цеха (2020 шт) | до 7570 | до 3815 |
6. | Замена электроламп ДРИ-700 на энергосберегающие электролампы HPI 400 в светильниках потолочного освещения (230 шт.) | до 1210 | до 610 |
7. | Реконструкция системы освещения цеха | до 16560 | до 8346 |
8. | Замена светильников с люминесцентными лампами на светодиодные светильники ДСП 44-38-002 (10 шт.) | до 1880 | до 948 |
9. | Модернизация системы освещения с установкой энергосберегающего оборудования (замена ДРЛ-1000 и ДРЛ-700 на металлогалогеновые лампы) | до 7270 | до 3664 |
10. | Модернизация подкранового освещения | до 450 | до 227 |
11. | Модернизация системы освещения | до 880 | до 444 |
12. | Замена светильников с лампами ДРЛ-1000 и ДРЛ-700 на светодиодные светильники | до 4530 | до 2283 |
13. | Модернизация системы освещения предприятия с заменой газоразрядных источников света на светодиодные | до 1640 | до 827 |
Общецеховые мероприятия по модернизации и реконструкции систем отопления производственных помещений, их энерго и углеродная эффективность приведены в Таблицах Д.14 и Д.15.
Таблица Д.14
парниковых газов процессов производства проката
N | Наименование мероприятий | Эффект | Сокращение выбросов, т CO2-экв |
Производство сортового проката | |||
1 | Модернизация системы отопления. Установка инфракрасных излучателей ИКНГ-50 (закрытие паровой котельной) | Экономия энергии 75% | - |
Таблица Д.15
парниковых газов процессов производства труб
N | Наименование мероприятий | Расчетная годовая экономия тепловой энергии, Гкал | Сокращение выбросов, т CO2-экв |
Производство горячедеформированных труб | |||
1. | Утилизация тепла закалочной и отпускной печей | 1500 | 405 |
2. | Увеличение термического сопротивления ограждающих конструкций зданий за счет установки стеклопакетов вместо деревянных оконных рам, замена зенитных фонарей на поликарбонат | 1200 | 324 |
3. | Внедрение системы автоматического регулирования тепловой энергии на нужды отопления цехов | 1760 | 475 |
Справочно в таблице Д.16 приведен перечень единиц оборудования, технических решений, используемых в настоящее время, направленных на уменьшение энергопотребления и сокращения эмиссии парниковых газов при производстве изделий дальнейшего передела черных металлов в рамках действия данного ИТС. Перспективные низкоуглеродные технологии выделены курсивом.
Таблица Д.16.
и электрической энергии (низкоуглеродные технологии)
Технологическая операция/Группа технологических операций | Техническое/технологическое решение | Направленность |
Производство горячекатаного проката | ||
Нагрев заготовки | Применение печей с шагающими балками (и иных с низким энергопотреблением) | Снижение потребления топлива (природного газа) |
Применение эффективных систем рекуперации тепла | ||
Использование теплоизолирующих материалов в конструкциях печи | ||
Герметизация (и изоляция) печного пространства для сокращения тепловых потерь | ||
Использование для отопления печей вторичных энергоресурсов | ||
Применение технологии горячего посада заготовки | ||
Применение систем автоматического управления процессом горения и нагрева заготовки | ||
Прокат | Внедрение технологии литейно-прокатных модулей | Снижение потребления топлива и электроэнергии |
Применение технологии прокатки с регулируемой температурой | ||
Модернизация оборудования станов в части повышения энергоэффективности | Снижение потребления электроэнергии | |
Применение высокоэффективных систем привода основного и вспомогательного оборудования с использованием двигателей переменного тока с частотными преобразователями | ||
Применение систем автоматизации и искусственного интеллекта для управления процессом прокатки | ||
Производство холоднокатаного проката | ||
Производство водорода | Использование технологии риформинга природного газа для производства водорода | Сокращение потребления электроэнергии |
Использование технологии риформинга природного газа с захоронением углекислого газа (производство "голубого водорода") | Сокращение эмиссий парниковых газов | |
Использование технологии производства низкоуглеродного водорода (производство "зеленого водорода") | ||
Прокат | Применение технологических комплексов бесконечной холодной прокатки полос | Сокращение потребления электроэнергии |
Производство премиальных видов продукции для энергетики (для ветроэнергетики, высокоэффективных трансформаторных сталей) | Сокращение эмиссий парниковых газов у потребителей продукции | |
Применение систем автоматизации и искусственного интеллекта для управления процессом прокатки | Сокращение потребления электроэнергии | |
Химико-термическая обработка | Использование модернизированных стендов колпаковых печей | Снижение потребления топлива |
Утилизация тепла колпаковых печей | ||
Применение современных агрегатов нанесения покрытий и типов покрытий (горячего цинкования, полимерных, покрытий с особыми свойствами, например, антибактериальное) | Снижение потребления топлива и электроэнергии | |
Производство сортового проката | ||
Нагрев заготовки | Применение технологии горячего посада заготовок | Снижение потребления топлива |
Прокат | Применение процессов многониточной прокатки | Снижение потребления электроэнергии |
Применение систем автоматизации и искусственного интеллекта для управления процессом прокатки | ||
Производство бесшовных горячедеформированных труб | ||
Нагрев исходных заготовок, подогрев труб в линии трубопрокатных агрегатов (ТПА), нагрев труб в термических печах | Применение кольцевых нагревательных печей для нагрева исходных заготовок | Снижение потребления природного газа |
Применение систем рекуперации и регенерации | ||
Использование рекуперативных, регенеративных горелок | ||
Применение технологии беспламенного сжигания | ||
Применение технологии импульсного горения | ||
Герметизация рабочего пространства печей | ||
Использование теплоизолирующих материалов в конструкции нагревательных устройств | ||
Применение систем автоматического управления процессом горения | ||
Прошивка заготовок в линии трубопрокатных агрегатов | Использование станов винтовой прокатки | Снижение потребления электроэнергии |
Использование электродвигателей переменного тока с частотными преобразователями | Снижение потребления электроэнергии | |
Раскатка гильз в трубы в линии трубопрокатных агрегатов | Применение высокопроизводительных непрерывных станов | Снижение потребления электроэнергии |
Использование электродвигателей переменного тока с частотными преобразователями | Снижение потребления электроэнергии | |
Технологический процесс производства бесшовных горячедеформированных труб в целом | Использование автоматизированных систем управления работой оборудования в линии ТПА | Снижение потребления электроэнергии, воды, воздуха |
Применение автоматизированных систем управления технологическим процессом | Снижение потребления электроэнергии, воды, воздуха | |
Производство сварных труб | ||
Производство сварных труб малого и среднего диаметров | Применение сварки токами высокой частоты | Снижение потребления электроэнергии |
Использование электродвигателей переменного тока с частотными преобразователями | Снижение потребления электроэнергии | |
Использование автоматизированных систем управления работой оборудования | Снижение потребления электроэнергии, воды, воздуха | |
Применение автоматизированных систем управления технологическим процессом | Снижение потребления электроэнергии, воды, воздуха | |
Производство сварных труб большого диаметра | Применение гибридной технологии лазерно-дуговой сварки | Снижение потребления электроэнергии |
Использование электродвигателей переменного тока с частотными преобразователями | Снижение потребления электроэнергии | |
Использование автоматизированных систем управления работой оборудования | Снижение потребления электроэнергии, воды, воздуха | |
Применение автоматизированных систем управления технологическим процессом | Снижение потребления электроэнергии, воды, воздуха | |
Производство холоднодеформированных труб | ||
Нагрев передельных труб, подогрев труб в ходе технологического процесса, нагрев труб в термических печах | Применение систем рекуперации и регенерации | Снижение потребления природного газа |
Использование рекуперативных, регенеративных горелок | ||
Применение технологии беспламенного сжигания | ||
Применение технологии импульсного горения | ||
Герметизация рабочего пространства печей | ||
Использование теплоизолирующих материалов в конструкции нагревательных устройств | ||
Применение систем автоматического управления процессом горения | ||
Волочение труб | Применение многониточного волочения | Снижение потребления электроэнергии |
Холодная прокатка труб | Применение станов холодной прокатки труб с использованием жидких смазок | Снижение потребления природного газа в печах для подогрева труб в связи с сокращением проходности производственного процесса |
Технологический процесс производства холоднодеформированных труб в целом | Использование автоматизированных систем управления работой оборудования | Снижение потребления электроэнергии, воды, воздуха |
Применение автоматизированных систем управления технологическим процессом | Снижение потребления электроэнергии, воды, воздуха | |
Библиография
[1] ГОСТ Р 113.00.11-2022. Наилучшие доступные технологии. Порядок проведения бенчмаркинга удельных выбросов парниковых газов в отраслях промышленности.
[2] Методика количественного определения объема выбросов парниковых газов (утв. приказом Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации от 27.05.2022 г. N 371).
[3] Методические указания по количественному определению объема косвенных энергетических выбросов парниковых газов (утв. приказом Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации от 29.06.2017 г. N 330).
[4] МГЭИК 2008, Руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов МГЭИК 2006 года. Базовое руководство. Подготовлено в рамках Программы по национальным кадастрам парниковых газов. Эглстон Х.С., Мива К., Шривастава Н. и Танабэ К. (ред.). Опубликовано: ИГЭС, Япония.
[5] International Standard ISO 14404. Calculation method of carbon dioxide emission intensity from iron and steel production.
[6] CO2 Data Collection, User Guide, version 10, Review 2021, World Stell Association, - URL: https://worldsteel.org/wp-content/uploads/CO2-data-collection-user-guide-version-10.pdf.
[7] European Standard EN 19694-2:2016. Stationary source emissions - Determination of greenhouse gas (GHG) emissions in energy-intensive industries. Part 2: Iron and steel industry.
[8] Excel tool for European Standard EN 19694-2, Eorofer, - URL: https://www.eurofer.eu/publications/reference-documents/excel-tool-for-european-standard-en-19694-2/.
[9] Национальный доклад о кадастре антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями парниковых газов, не регулируемых Монреальским протоколом, за 1990 - 2021 гг.
[10] Распоряжение Правительства РФ от 22 октября 2021 г. N 2979-р "Об утверждении перечня парниковых газов, в отношении которых осуществляется государственный учет выбросов парниковых газов и ведение кадастра парниковых газов".
[11] Стратегия развития металлургической промышленности Российской Федерации на период до 2030 года (утв. распоряжением Правительства РФ от 28.12.2022 г. N 4260-р).
(обязательное)
"ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ДАЛЬНЕЙШЕГО ПЕРЕДЕЛА ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ"
Область применения настоящего заключения совпадает с областью применения информационно-технического справочника по НДТ для производства изделий дальнейшего передела черных металлов (ИТС 27-2023 "Производство изделий дальнейшего передела черных металлов") и распространяется на следующие основные виды деятельности:
- производство горячего проката;
- производство холоднокатаного проката;
- производство длинномерной продукции;
- производство горячекатаных труб;
- производство горячепрессованных труб;
- производство холоднодеформированных труб;
- производство прямошовных труб, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса (ТБД);
- производство электросварных труб;
- производство труб непрерывной печной сваркой;
- производство труб сваркой в среде инертных газов;
- производство труб с покрытием.
Заключение также распространяется на процессы, связанные с основными видами деятельности, которые могут оказать влияние на объемы эмиссий и (или) масштабы загрязнения окружающей среды: методы предотвращения и сокращения эмиссий и образования отходов.
Дополнительные виды деятельности при производстве изделий дальнейшего передела черных металлов и соответствующие им справочники НДТ приведены в таблице Е.1.
Таблица Е.1
справочники НДТ
Вид деятельности | Соответствующий справочник НДТ |
Очистка сточных вод, направленная на сокращение сбросов загрязняющих веществ в водные объекты | ИТС 8-2022 "Очистка сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных предприятиях" |
Очистка сточных вод поселений и городских округов | ИТС 10-2019 "Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов" |
Использование отходов в производстве | ИТС 15-2021 "Утилизация и обезвреживание отходов (кроме обезвреживания термическим способом (сжигание отходов)" |
Хранение и захоронение отходов на собственных объектах размещения отходов | ИТС 17-2016 "Размещение отходов (производства и потребления" |
Эксплуатация промышленных систем охлаждения, например градирни, пластинчатые теплообменники | ИТС 20-2016 "Промышленные системы охлаждения" |
Очистка выбросов вредных (загрязняющих) веществ | ИТС 22-2016 "Очистка выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при производстве продукции (товаров), а также проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях" |
Осуществление производственного экологического контроля | ИТС 22.1-2021 "Общие принципы производственного экологического контроля и его метрологическое обеспечение" |
Очистка стоков при производстве изделий дальнейшего передела черных металлов на предприятиях полного цикла | ИТС 26-2022 "Производство чугуна, стали и ферросплавов" |
Обработка поверхностей металлов | ИТС 36-2017 "Обработка поверхностей металлов и пластмасс с использованием электролитических и химических процессов" |
Выработка пара и электроэнергии на тепловых станциях | ИТС 38-2022 "Сжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии" |
Хранение и обработка материалов | ИТС 46-2019 "Сокращение выбросов загрязняющих веществ, сбросов загрязняющих веществ при хранении и складировании товаров (грузов)" |
Повышение энергетической эффективности производства | ИТС 48-2023 "Повышение энергетической эффективности при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности" |
Сфера распространения
Сфера распространения настоящего справочника НДТ приведена в таблице Е.2.
Таблица Е.2
Наименование продукции по ОК 034-2014 (КПЕС 2008) | Наименование вида деятельности по ОК 029-2014 (КДЕС Ред. 2) | ||
Прокат листовой горячекатаный стальной, без дополнительной обработки | Производство листового горячекатаного стального проката | ||
Прокат листовой холоднокатаный стальной, без дополнительной обработки, шириной не менее 600 мм | Производство листового холоднокатаного стального проката | ||
Прокат листовой стальной, плакированный, с гальваническим или иным покрытием, и прокат листовой из быстрорежущей и электротехнической стали | Производство листового холоднокатаного стального проката, плакированного, с гальваническим или иным покрытием | ||
Прокат сортовой и катанка горячекатаные стальные | Производство сортового горячекатаного проката и катанки | ||
Профили незамкнутые горячей обработки стальные, прокат листовой стальной в пакетах и профиль рельсовый для железных дорог и трамвайных путей стальной | Производство незамкнутых стальных профилей горячей обработки, листового проката в пакетах и стального рельсового профиля для железных дорог и трамвайных путей | ||
Прокат черных металлов прочий, не включенный в другие группировки | Производство прочего проката из черных металлов, не включенного в другие группировки | ||
Трубы, профили пустотелые и их фитинги стальные | Производство стальных труб, полых профилей и фитингов | ||
Полуфабрикаты стальные прочие | Производство прочих стальных изделий первичной обработкой |
Наилучшие доступные технологии
Таблица Е.3
Наилучшие доступные технологии
N | Номер НДТ | Наименование НДТ |
1. | Системы экологического менеджмента | |
2. | Системы энергетического менеджмента | |
3. | Организация ресурсосберегающего и энергосберегающего технологического процесса | |
4. | Применение механизированных и автоматизированных непрерывных прокатных станов | |
5. | Применение процессов бесконечной прокатки | |
6. | Применение процессов многониточной прокатки, волочения | |
7. | Применение высокоэффективных автоматизированных систем привода основного и вспомогательного оборудования, основанных на использовании электродвигателей переменного тока с частотными преобразователями | |
8. | Применение технологии горячего посада заготовок | |
9. | Создание литейно-прокатных комплексов | |
10. | Внедрение процессов термомеханической обработки | |
11. | Использование избыточного тепла, образованного при нагреве, подогреве металла перед горячей деформацией и других тепловых операций с металлом в процессе изготовления проката, для повторного нагрева материалов - применение систем рекуперации и регенерации | |
12. | Использование систем автоматического регулирования подачи энергоресурсов | |
13. | Использование систем рециркуляции жидких и порошкообразных материалов, используемых при производстве изделий | |
14. | Внедрение автоматизированных систем управления производством и технологическим процессом | |
15. | Использование MES-систем | |
16. | Использование автоматизированных систем контроля геометрических параметров, качества поверхности, формы изделий в процессе производства | |
17. | Использование автоматизированных систем управления работой технологического оборудования | |
18. | Использование автоматизированных систем управления технологическим процессом | |
19. | Снижение эмиссий в процессах нагрева исходных заготовок, подогрева передельного продукта и других операций нагрева металла в процессе производства изделий | |
20. | Использование нагревательного оборудования, оснащенного современными газоанализаторами и системами автоматического управления процессом нагрева | |
21. | Использование нагревательного оборудования, оснащенного высокоэффективными горелками с импульсной подачей топлива, плоскопламенными горелками, работающими в автоматическом режиме | |
22. | Применение нагревательных устройств, работающих в автоматическом режиме | |
23. | Применение термоизоляции, герметизация нагревательных устройств | |
24. | Применение горелок с пониженным образованием NOx | |
25. | Применение печей с безокислительной атмосферой, в том числе восстановительной атмосферой на основе чистого водорода | |
26. | Обеспечение стабильности производственного процесса изготовления холоднодеформированных труб | |
27. | Использование высокопроизводительных шлифовальных установок | |
28. | Применение станов холодной прокатки труб с использованием жидких смазок | |
29. | Применение безванновой очистки поверхности труб от остатков технологической смазки | |
30. | Обеспечение стабильности производственного процесса изготовления горячекатаного проката | |
31. | Применение клетей с многовалковыми калибрами, калибрующих блоков и блоков чистовых клетей | |
32. | Снижение выбросов в процессах химической обработки изделий | |
33. | Использование процесса периодического травления | |
34. | Использование агрегатов непрерывного действия с герметизацией ванн, машин и аппаратов и удалением вредных выбросов с помощью систем вытяжной вентиляции | |
35. | Снабжение травильных ванн двойными крышками и гидравлическими затворами у бортов | |
36. | Применение пенообразующих добавок | |
37. | Применение газоочистных систем с использованием пенных аппаратов, полых скрубберов, низконапорных скрубберов Вентури, фильтров из винилпластиковых сеток | |
38. | Применение системы адсорбции кислых компонентов щелочными растворами | |
39. | Применение фильтров из синтетических волокнистых материалов, полученных иглопробивным способом, а также ионообменных смол для очистки газов гальванических ванн | |
40. | Снижение выбросов загрязняющих веществ в технологических процессах производства изделий в линии станов горячей и холодной прокатки | |
41. | Использование более экологичных видов материалов (смазочных материалов, СОЖ, эмульсий, масел, порошковых дезоксидантов и др.) | |
42. | Совершенствование систем очистки выбросов и повышение эффективности работы очистного оборудования | |
43. | Использование автоматических средств измерения и учета объема, массы выбросов маркерных веществ | |
44. | Применение вентиляционных систем с вытяжными зонтами для удаления пыли с рабочих мест технологического оборудования | |
45. | Организация локальных укрытий, оснащенных местными пылеочистными устройствами | |
46. | Использование эффективных пылеочистных аппаратов сухого типа | |
47. | Оснащение камер напыления, применяемых для реализации процесса нанесения изоляционных покрытий, очистными устройствами | |
48. | Снижение сбросов в процессах производства изделий дальнейшего передела черных металлов | |
49. | Недопущение утечек потребляемой воды из систем ее транспортирования | |
50. | Снижение уровня загрязнения сточных вод (в локальных и общих стоках предприятия) | |
51. | Применение водоочистного оборудования и технологий, позволяющих организовать бессточные системы водного хозяйства | |
52. | Создание локальных водооборотных циклов, оборудованных собственными системами грубой и/или при необходимости тонкой очистки от загрязняющих веществ | |
53. | Расширение объема испарительного охлаждения нагревательных печей с целью сокращения расхода воды, идущей на охлаждение технологического оборудования | |
54. | Последовательная передача избыточной или продувочной воды от потребителей с более высокими требованиями к качеству воды потребителям с более низкими требованиями | |
55. | Недопущение утечек неочищенных сточных вод из систем их транспортирования | |
56. | Сбор и использование случайных сбросов дренажных вод, поверхностного стока и их очистка с целью дальнейшего использования | |
57. | Обессоливание продувочных вод на заводских деминерализационных установках с возвратом полученной чистой воды в производственный процесс | |
58. | Использование дебалансовых и продувочных вод в качестве исходной воды для промышленных котельных и котлов-утилизаторов | |
59. | Совершенствование систем очистки промышленных сточных вод | |
60. | Автоматизация технологических процессов очистки сточных вод | |
61. | Использование систем автоматического управления расходом реагентов для очистки сточных вод и обработки осадка | |
62. | Использование автоматических средств измерения и учета объема сбросов сточных вод | |
63. | Предотвращение загрязнения почв и грунтовых вод | |
64. | Использование современных систем энергосбережения | |
65. | Использование тепла, образующегося при функционировании основного технологического процесса, для различных производственных целей, в том числе хозяйственных нужд предприятия (отопление, горячее водоснабжение и т.п.) | |
66. | Использование энергосберегающих осветительных приборов | |
67. | Использование систем автоматического включения (выключения) электрических устройств | |
68. | Организация систем экранов в технологических линиях | |
69. | Использование отходов производства |
Технологические показатели НДТ
Таблица Е.4
Технологические показатели выбросов загрязняющих веществ
в атмосферный воздух, соответствующие НДТ
Производственный процесс | Наименование загрязняющего вещества | Единица измерения | Величина |
Производство горячекатаного плоского проката: - предварительная подготовка заготовки, нагрев заготовки, удаление окалины, прокат (горячая прокатка в реверсивных, полунепрерывных, непрерывных станах), охлаждение, финишная обработка (резка, термообработка, правка, травление, промывка, сушка), установки газо- и водоочистки | Азота оксид | кг/т | <= 0,07 |
Азота диоксид | кг/т | <= 0,37 | |
Углерода оксид | кг/т | <= 0,40 | |
Взвешенные вещества <1> | кг/т | <= 0,024 | |
Производство холоднокатаного плоского проката (включая прокат с покрытиями): - подготовка заготовки (термическая обработка, травление кислотными растворами, удаление окалины), прокат (многоклетьевые станы "тандем" или многоклетьевые реверсивные станы), обработка проката (термообработка, травление кислотными растворами), дрессировка, финишная обработка (резка, правка, промасливание и пр.), горячее цинкование, нанесение полимерных покрытий, установки газо- и водоочистки | Азота оксид | кг/т | <= 0,06 |
Азота оксид (для производства проката из низкоуглеродистой стали) | кг/т | <= 0,08 | |
Азота диоксид | кг/т | <= 0,12 | |
Азота диоксид (для производства проката из низкоуглеродистой стали) | кг/т | <= 0,13 | |
Углерода оксид | кг/т | <= 0,54 | |
Углерода оксид (для производства проката из низкоуглеродистой стали) | кг/т | <= 0,66 | |
Хлористый водород | кг/т | <= 0,03 | |
Производство сортового проката (в том числе длинномерной продукции): - производство арматуры и катанки: нагрев блюмовой заготовки, прокат (получение арматуры и катанки), подготовка катанки (удаление окалины, травление), волочение (сухое или мокрое), термообработка (отжиг, патентирование, закалка), финишная обработка, установки газо- и водоочистки; - производство сортовой продукции: нагрев блюмовой заготовки, прокат (формование сортового профиля), охлаждение, термообработка, финишная обработка, установки газо- и водоочистки | Азота оксид | кг/т | <= 0,07 |
Азота диоксид | кг/т | <= 0,25 | |
Углерода оксид | кг/т | <= 0,45 | |
Взвешенные вещества <1> | кг/т | <= 0,14 | |
Производство горячедеформированных (горячекатаных и горячепрессованных) труб: - производство горячекатаных труб: нагрев заготовки, удаление окалины, прокат (прошивка заготовок, раскатка гильз, калибровка, правка, резка), высадка концов труб, термообработка, финишная обработка (нарезка резьб, снятие фаски, обработка торцов, гидроиспытание труб, нанесение консервационного покрытия, покраска труб), установки газо- и водоочистки; - производство горячепрессованных труб: подготовка заготовки (обточка, порезка, сверление, торцовка), (нагрев, удаление окалины, прошивка либо экспандирование заготовки, прессование гильз, химическая обработка труб, термообработка (нормализация, отпуск, отжиг), финишная обработка (резка, снятие фаски, обработка торцов, правка), установки газо- и водоочистки | Азота оксид | кг/т | <= 0,17 |
Азота диоксид | кг/т | <= 0,78 | |
Углерода оксид | кг/т | <= 1,55 | |
Взвешенные вещества <1> | кг/т | <= 0,30 | |
Производство холоднодеформированных труб: - механическая обработка, холодная прокатка (ХПТ, ХПТР), волочение, термическая обработка, химическая обработка, резка, гидроиспытание труб, установки газо- и водоочистки | Азота оксид | кг/т | <= 0,17 |
Азота диоксид | кг/т | <= 1,00 | |
Углерода оксид | кг/т | <= 3,10 | |
Углерода оксид (для печей термической обработки труб в защитной атмосфере) | кг/т | <= 0,25 | |
Серная кислота | кг/т | <= 0,60 | |
Производство сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса; электросварных; изготовленных непрерывной печной сваркой) труб: - производство прямошовных труб, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса: подготовка листового проката, формовка листа, сборка трубы, сварка технологического шва, сварка внутреннего и наружного швов, экспандирование, финишная обработка (обработка торцов, гидроиспытание труб), установки газо- и водоочистки; - производство электросварных труб: подготовка рулонного проката (штрипса), стыковая сварка концов рулонов, формовка, сварка труб, охлаждение, калибровка и правка труб, резка труб, финишная обработка (снятие фаски, обработка торцов, гидроиспытание труб), установки газо- и водоочистки; - производство труб непрерывной печной сваркой: подготовка ленты, стыковая сварка концов ленты, нагрев ленты, формовка, сварка труб, редуцирование и калибрование труб, резка, финишная отделка (правка, резка, нанесение консервационного покрытия, гидроиспытание труб), установки газо- и водоочистки | Азота оксид | кг/т | <= 0,02 |
Азота диоксид | кг/т | <= 0,10 | |
Углерода оксид | кг/т | <= 0,40 | |
Взвешенные вещества <1> | кг/т | <= 0,17 | |
Нанесение покрытий на трубы (эпоксидное, полиэтиленовое, полипропиленовое, цинковое) и фосфатирование муфт: - нанесение покрытий на трубы (эпоксидное, полиэтиленовое, полипропиленовое): предварительный нагрев, абразивная очистка поверхности труб, нагрев, хроматирование поверхности, нанесение покрытия, водяное охлаждение труб с покрытием, зачистка концов труб от покрытия, установки газо- и водоочистки; - нанесение цинкового покрытия; промывка в горячей воде, химическое обезжиривание, травление, промывка в холодной воде, флюсование, цинкование, установки газо- и водоочистки; фосфатирование муфт | Азота оксид | кг/т | <= 0,01 |
Азота диоксид | кг/т | <= 0,07 | |
Углерода оксид | кг/т | <= 0,11 | |
Хлористый водород | кг/т | <= 0,40 | |
Взвешенные вещества <1> | кг/т | <= 0,02 | |
Взвешенные вещества <1> (для цинкового покрытия) | кг/т | <= 1,30 | |
Таблица Е.5
Технологические показатели загрязняющих веществ в сбросах
в водные объекты, соответствующие НДТ для промливневых
и промышленных стоков предприятий передельной металлурги (не
применяются для предприятий полного металлургического цикла)
Наименование загрязняющего вещества | Единица измерения | Величина <*> |
Взвешенные вещества | мг/дм3 | <= 11,3 |
Железо | мг/дм3 | <= 0,6 |
Сульфат-анион (сульфаты) | мг/дм3 | <= 235 |
Хлорид-анион (хлориды) | мг/дм3 | <= 80 |
Фосфаты (по фосфору) | мг/дм3 | <= 0,32 |
Нефтепродукты (нефть) | мг/дм3 | <= 0,4 |
Целевые показатели ресурсной и энергетической эффективности
Таблица Е.6
Показатели ресурсной и энергетической эффективности
Показатель ресурсной или энергетической эффективности (материальные ресурсы, энергопотребление, продукт/полупродукт, отходы, вторичные ресурсы и т.д.) | Единица измерения | Значение |
Производство горячекатаного плоского проката | ||
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 210 |
Природный газ | м3/т продукции | <= 150 |
Производство холоднокатаного плоского проката | ||
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 150 |
Природный газ | м3/т продукции | <= 50 |
Производство сортового проката (в том числе длинномерной продукции) | ||
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 190 |
Природный газ | м3/т продукции | <= 100 |
Производство горячедеформированных (горячекатаных и горячепрессованных) труб | ||
Технологические газы: - сжатый воздух | м3/т продукции | <= 600 |
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 400 |
Природный газ | м3/т продукции | <= 160 |
Производство холоднодеформированных труб | ||
Технологические газы: - сжатый воздух | м3/т продукции | <= 700 |
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 720 |
Природный газ | м3/т продукции | <= 150 |
Производство сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса; электросварных; изготовленных сваркой в среде инертных газов; изготовленных непрерывной печной сваркой) труб | ||
а) Производство сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса; электросварных) труб | ||
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 290 |
б) Производство сварных (изготовленных сваркой в среде инертных газов) труб | ||
Технологические газы: | м3/т продукции | |
- аргон | <= 25,0 | |
- сжатый воздух | <= 200 | |
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 480 |
в) Производство сварных (изготовленных непрерывной печной сваркой) труб | ||
Технологические газы: | м3/т продукции | |
- сжатый воздух | <= 350 | |
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 170 |
Природный газ | м3/т продукции | <= 150 |
Нанесение покрытий на трубы (эпоксидное, полиэтиленовое, полипропиленовое, цинковое) и фосфатирование муфт | ||
а) Нанесение покрытий на трубы (эпоксидное, полиэтиленовое, полипропиленовое) | ||
Электроэнергия | кВт·ч/т продукции | <= 70 |
Природный газ | м3/т продукции | <= 10 |
б) Нанесение покрытий на трубы (цинковое) | ||
Технологические газы: | м3/т продукции | |
- сжатый воздух | <= 150 | |
Природный газ | м3/т продукции | <= 50 |
Производственный экологический контроль
Производственный экологический контроль эмиссий проводится с целью подтверждения соблюдения технологических нормативов, временно разрешенных выбросов, сбросов, установленных в КЭР.
Описание универсальных подходов и методов, применимых при осуществлении процедур производственного экологического контроля (ПЭК) на предприятиях черной металлургии, изложены в ИТС 22.1-2021 "Общие принципы производственного экологического контроля и его метрологического обеспечения".
Показатели должны контролироваться в соответствии с программой производственного экологического контроля.
Системы автоматического контроля выбросов/сбросов создаются в соответствии с:
- постановлением Правительства РФ от 13 марта 2019 г. N 262 "Об утверждении Правил создания и эксплуатации системы автоматического контроля выбросов загрязняющих веществ и (или) сбросов загрязняющих веществ";
- постановлением Правительства РФ от 13 марта 2019 г. N 263 "О требованиях к автоматическим средствам измерения и учета показателей выбросов загрязняющих веществ и (или) сбросов загрязняющих веществ, к техническим средствам фиксации и передачи информации о показателях выбросов загрязняющих веществ и (или) сбросов загрязняющих веществ в государственный реестр объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду";
- распоряжением Правительства РФ от 13 марта 2019 г. N 428-р "Об утверждении видов технических устройств, оборудования или их совокупности (установок) на объектах I категории, стационарные источники выбросов загрязняющих веществ, сбросов загрязняющих веществ которых подлежат оснащению автоматическими средствами измерения и учета показателей выбросов загрязняющих веществ и (или) сбросов загрязняющих веществ, а также техническими средствами фиксации и передачи информации о показателях выбросов загрязняющих веществ и (или) сбросов загрязняющих веществ в государственный реестр объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду".
Перечень источников выбросов/сбросов, подлежащих оснащению средствами автоматического контроля, определяется программой, содержащейся в КЭР.
Перечень может быть скорректирован исходя из следующих критериев:
- невозможность обеспечения требований промышленной безопасности;
- отсутствие технической возможности установки элементов системы автоматического контроля;
- невозможность обеспечения требуемой точности измерений (на основании результатов расчета суммарной погрешности измерения после выбора всех элементов системы);
- отсутствие средств измерения, отвечающих условиям проведения измерения.
Библиография к введению
[1] Федеральный закон от 10.01.2002 N 7-ФЗ "Об охране окружающей среды" (в редакции от 02.07.2021 г.).
[2] Распоряжение Правительства РФ от 10 июня 2022 г. N 1537-р "Об утверждении поэтапного графика актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям".
[3] ГОСТ Р 113.00.03-2019 Наилучшие доступные технологии. Структура информационно-технического справочника.
[4] ГОСТ Р 113.00.04-2020 Наилучшие доступные технологии. Формат описания технологий.
[5] ГОСТ Р 56828.15-2016 Наилучшие доступные технологии. Термины и определения.
Библиография к предисловию
[1] Федеральный закон от 21.07.2014 N 219-ФЗ "О внесении изменений в Федеральный закон "Об охране окружающей среды" и отдельные законодательные акты Российской Федерации" (в редакции федеральных законов от 29.12.2014 N 458-ФЗ, от 29.12.2015 N 404-ФЗ, от 03.07.2016 N 254-ФЗ, от 28.12.2017 N 422-ФЗ, от 29.07.2018 N 252-ФЗ, от 03.08.2018 N 321-ФЗ, от 25.12.2018 N 496-ФЗ, от 26.07.2019 N 195-ФЗ).
[2] Федеральный закон от 29.06.2015 N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации" (в редакции от 30.12.2020 г.).
[3] Постановление Правительства РФ от 23.12.2014 г. N 1458 "О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям" (в редакции от 03.03.2021 г.).
[4] Распоряжение Правительства РФ от 24.12.2014 г. N 2674-р "Об утверждении перечня областей применения наилучших доступных технологий" (с изменениями от 01.11.2021 г.).
[5] Приказ Минпромторга России от 06.03.2023 г. N 709 "О создании технической рабочей группы "Производство изделий дальнейшего передела черных металлов".
[6] Федеральный закон от 10.01.2002 N 7 ФЗ "Об охране окружающей среды" (в редакции от 02.07.2021 г.).
[7] Приказ Минпромторга России от 18.12.2019 г. N 4841 "Об утверждении порядка сбора и обработки данных, необходимых для разработки и актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям".
[8] Распоряжение Правительства РФ 10.06.2022 г. N 1537-р "Об утверждении поэтапного графика актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям".
Библиография к разделу 1
[1] Росстат представляет данные о промышленном производстве в декабре 2020 года [Электронный ресурс] URL: https://rosstat.gov.ru/folder/313/document/112098
[2] О промышленном производстве в 2020 году [Электронный ресурс] URL: https://gks.ru/bgd/free/B04_03/IssWWW.exe/Stg/d02/8.htm
[3] 2020 + полшага: как чувствует себя мировая металлургия [Электронный ресурс] URL: https://metallobazy.ru/news/1630
[4] Экспорт из России. Все товары. Январь 2020 - Декабрь 2020 [Электронный ресурс] URL: https://ru-stat.com/date-M202001-202012/RU/export/world
[5] Металлургия. Аналитическая справка ВНИИ Труда [Электронный ресурс] URL: https://spravochnik.rosmintrud.ru/storage/app/media/Metallupgiya_2019.pdf
[6] Теория пластической деформации и обработка металлов давлением / В.А. Мастеров, В.С. Берковский - М.: Металлургия, 1989. - 400 с.
[7] Основные показатели работы черной металлургии в 2020 году / В.В. Катунин, Н.Г. Зиновьева, И.М. Иванова, Т.М. Петракова // Бюллетень "Черная металлургия", 2021. - N 4. - С. 367 - 392.
[8] Производство и потребление нержавеющей стали в России понемногу увеличиваются [Электронный ресурс] URL: https://rusmet.ru/proizvodstvo-i-potreblenie-nerzhaveyuschey-stali-v-rossii-ponemnogu-uvelichivayutsya/
[10] Региональная экономика: учебник для студентов вузов, обучающихся по экономическим специальностям / Морозова Т.Г., Победина М.П., Поляк Г.Б., Шишов С.С., Барменкова Н.А., Борзов С.М., Семикина Г.Ю., Шубцова Л.В., - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2017. - 526 с.]
[11] Экономическая география России: учебник / под. ред. Т.Г. Морозовой. - 3-е изд., перераб. / и доп. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2011. - 479 с.
[12] Дальневосточный металлургический кластер: приоритеты и перспективы развития / Ю.Г. Данилов, В.П. Григорьев // Горная промышленность, 2016 - N 3 (127) - С. 20 - 24.
[13] Предприятия "Северсталь-метиза" произвели рекордные объемы продукции [Электронный ресурс] URL: https://metiz.severstal.com/press-center/news/predpriyatiya-severstal-metiza-proizveli-rekordnye-obemy-produktsii/
[14] ММК-МЕТИЗ подводит итоги [Электронный ресурс] URL: https://mmk-metiz.ru/company/novosti-mmk-metiz/mmk-metiz-podvodit-itogi/
[15] БМК в 4 квартале 2020 года нарастил поставки метизов [Электронный ресурс] URL: https://www.mechel.ru/press/news/bmk-v-4-kvartale-2020-goda-narastil-postavki-metizov/
[16] Операционные результаты Группы НЛМК за 4 кв. и 12 мес. 2020 г. [Электронный ресурс] URL: https://nlmk.com/ru/media-center/news-groups/q4-and-12m-2020-nlmk-group-trading-update/
[17] Государственный доклад о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации в 2019 г. М.: Минэнерго, 2021. 114 с. [Электронный ресурс] URL: https://www.economy.gov.ru/material/dokumenty/gosudarstvennyy_doklad_o_sostoyanii_energosberezheniya_i_povyshenii_energeticheskoy_effektivnosti_v_rossiyskoy_federacii_za_2019_god.html
[18] Государственный доклад "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2019 году" [Электронный ресурс] URL: https://www.mnr.gov.ru/docs/gosudarstvennye_doklady/
[19] Металлоинвест инвестирует более 21 млрд рублей в Экологическую программу [Электронный ресурс] URL: https://www.metalloinvest.com/media/press-releases/471376/
[20] ПАО "Северсталь". Экология [Электронный ресурс] URL: https://www.severstal.com/rus/sustainable-development/environment/
[22] ММК разрабатывает стратегию снижения выбросов CO2 на период до 2030 года. [Электронный ресурс] URL: https://www.interfax-russia.ru/ural/exclusives/direktor-po-ohrane-truda-prombezopasnosti-i-ekologii-mmk-grigoriy-shchurov-mmk-k-2025-godu-nameren-snizit-valovye-vybrosy-zagryaznyayushchih-veshchestv-v-dva-raza-po-sravneniyu-s-urovnem-2020-goda
[23] [https://mmk.ru/ru/sustainability/ecology/environmental-activity/]
[24] http://urbc.ru/1068103151-mmk-naraschivaet-prirodoohrannye-investicii.html
[25] https://mmk.ru/ru/press-center/news/23-04-2019mmk-vlozhil-v-ekologiyu-v-2000-2018-godakh-bolee-58-mlrd-rubley/
[26] Группа НЛМК улучшила свою позицию в рейтинге экологической открытости WWF [Электронный ресурс] URL: https://nlmk.com/ru/media-center/news-groups/nlmk-group-improves-its-wwf-environmental-transparency-rating/
[27] Металлургия может быть зеленой [Электронный ресурс] URL: https://lipetsk.nlmk.com/ru/media-center/interviews-and-speeches/metallurgiya-mozhet-byt-zelenoy/
[28] Ключевые экологические показатели НЛМК. [Электронный ресурс] URL: https://nlmk.com/ru/responsibility/environment/key-environmental-indicators/
[29] ЕВРАЗ. Наш подход и политика [Электронный ресурс] URL: https://www.evraz.com/ru/sustainability/environmental-stewardship/approach-and-policies/
[30] Мероприятия, направленные на улучшение экологической обстановки в регионах присутствия Группы "Мечел". [Электронный ресурс] URL: https://www.mechel.ru/development/ekologiya/
[31] ТМК. Устойчивое развитие. Окружающая среда. [Электронный ресурс] URL: https://www.tmk-group.ru/Environment
[32] ОМК за 3 года вложила более 3 млрд руб. в защиту экологии в Нижегородской области [Электронный ресурс] URL: https://www.interfax-russia.ru/volga/news/omk-za-3-goda-vlozhila-bolee-3-mlrd-rub-v-zashchitu-ekologii-v-nizhegorodskoy-oblasti
[33] Первый в России проект зеленой металлургии "Эколант" получил первое финансирование от отечественных банков на 33 млн евро. [Электронный ресурс] URL: https://omk.ru/news/32963/
[34] Предприятия черной металлургии в кризисный 2020 год нарастили инвестиции в основные средства [Электронный ресурс] URL: https://russtal.ru/news/284.html
Библиография к разделу 2
[1] Беняковский М.А. Технология прокатного производства: справочник в 2-х книгах / М.А. Беняковский, К.Н. Богоявленский, А.И. Виткин и др. - М.: Металлургия, 1991. - 862 с.
[2] Технология прокатного производства: учебник для вузов / Б.Б. Диомидов, Н.В. Литовченко. - М.: Металлургия, 1979. - 487 с.
[3] Николаев В.А. Технология прокатки листов и полос: учебное пособие. - Киев: УМК ВО, 1990. - 168 с.
[4] Антипин, В.Г. Прокатные станы: справочник в 3-х томах / В.Г. Антипин, С.В. Тимофеев, Д.К. Нестеров и др. - М.: Металлургия, 1992. - Т. 1. - 429 с., Т. 2. - 496 с., Т. 3. - 428 с.
[5] Дукмасов В.Г. Состояние и развитие технологий и оборудования в мировой черной металлургии / В.Г. Дукмасов, Л.М. Агеев. - Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2002. - 187 с.
[6] Кугушин А.А. Высокоскоростная прокатка катанки / А.А. Кугушин, Ю.А. Попов. - М.: Металлургия, 1982. - 144 с.
[7] Коковихин Ю.И. Технология сталепроволочного производства: учебник для вузов. - Киев: "ВIПОЛ", 1995. - 608 с.
[8] Справочник волочильщика проволоки / М.Б. Горловский, В.Н. Меркачев. - М.: Металлургия, 1993. - 336 с.
[9] Битков В.В. Технология и машины для производства проволоки. - Екатеринбург: УрО РАН, 2004. - 344 с.
[11] Бочков Н.Г. Производство качественного металла на современных сортовых станах - М.: Металлургия, 1988. - 312 с.
[12] Соколовский В.И. Непрерывные калибровочные станы / В.И. Соколовский, В.С. Паршин, Г.Л. Баранов. - М.: Металлургия, 1984. - 96 с.
[13] Шевакин Ю.Ф. Производство труб: учебное пособие / Ю.Ф. Шевакин, А.П. Коликов, Ю.Н. Райков. - М.: Интермет Инжиниринг, 2005. - 568 с.
[15] Производство стальных труб / В.М. Друян, Ю.Г. Крупман, Л.С. Ляховецкий и др. - М.: Металлургия, 1989. - 400 с.
[16] Трубное производство: учебник / Б.А. Романцев, А.В. Гончарук, Н.М. Вавилкин, С.В. Самусев. - М.: Издательский Дом МИСИС, 2011. - 970 с.
[17] Технология и оборудование трубного производства: учебник для вузов / В.Я. Осадчий, А.С. Вавилин, В.Г. Зимовец, А.П. Коликов. - М.: Интермет Инжиниринг, 2001. - 608 с.
[18] Осадчий В.Я. Производство и качество стальных труб: учебное пособие для вузов / В.Я. Осадчий, А.П. Коликов. - М.: Издательство МГУПИ, 2012. - 370 с.
[19] Данилов А.Ф. Горячая прокатка и прессование труб / А.Ф. Данилов, А.З. Глейберг, В.Г. Балакин. - М.: Металлургия, 1972. - 576 с.
[20] Технология производства труб / И.Н. Потапов, А.П. Коликов, В.Н. Данченко и др. - М.: Металлургия, 1994. - 528 с.
[21] Металлургические печи: атлас / В.И. Миткалинный, В.А. Кривандин, В.А. Морозов и др. - М.: Металлургия, 1987. - 483 с.
[22] Зимовец В.Г. Совершенствование производства стальных труб / В.Г. Зимовец, В.Ю. Кузнецов. - М.: МИСиС, 1996. - 480 с.
[23] Технология трубного производства / В.Н. Данченко, А.П. Коликов, Б.А. Романцев, С.В. Самусев. - М.: Интермет Инжиниринг, 2002. - 640 с.
[24] Патент РФ N 2362639. Способ продольной прокатки / А.И. Брижан, Ю.В. Бодров, В.С. Гончаров и др. - Опубликовано 27.07.2009. - Бюллетень N 21.
[25] Матвеев Ю.М. Калибровка инструмента трубных станов / Ю.М. Матвеев, Я.Л. Ваткин. - М.: Металлургия, 1970. - 480 с.
[26] Клачков А.А. Опыт эксплуатации первого в России непрерывного стана с трехвалковыми клетями PQF 10 3/4" в ОАО "ТАГМЕТ" // Сталь, 2011. - N 11. - С. 85 - 91.
[27] Развитие технологий производства бесшовных горячедеформированных труб на ТПА с непрерывным станом на заводах Группы ТМК / Е.И. Шифрин, И.И. Лубе // Труды X Конгресса прокатчиков. - М.: ООО "ВАШ ФОРМАТ", 2015. - Т. 2. - С. 159 - 166.
[28] Комплексная реконструкция сталеплавильного и трубопрокатного производства на ОАО "СТЗ" - новый шаг к производству высококачественных труб для нефтяной промышленности / В.А. Топоров // Труды XXI Международной научно-практической конференции "Трубы-2014". - Челябинск: ОАО "РосНИТИ", 2014. - С. 40 - 43.
[30] Белая металлургия - новый стандарт производства. Технический каталог ОАО "ЧТПЗ", ОАО "ПНТЗ". Челябинск: ОАО "ЧТПЗ". - 2015. - 78 с.
[31] Патент РФ N 2387496. Трубопрокатная установка для прокатки бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров / А.В. Сафьянов, А.А. Федоров, С.Г. Чикалов и др. - Опубликовано 27.04.2010. - Бюллетень N 12.
[32] Патент РФ N 2242522. Способ нормализации труб в проходных печах / А.А. Федоров, В.В. Игнатьев, Л.И. Лапин и др. - Опубликовано 20.12.2004. - Бюллетень N 35.
[33] Патент РФ N 2542132. Способ производства товарных труб размером 406,4 + 0,4/-0x14,38 + 0,28/-0,72 мм из титанового сплава Gr 29 для последующего использования их для обустройства геотермальных скважин / А.В. Сафьянов, А.А. Федоров, В.И. Тазетдинов и др. - Опубликовано 10.01.2015. - Бюллетень N 5.
[34] Патент РФ N 2368440. Способ горячей прокатки бесшовных тонкостенных труб / Б.И. Тартаковский, Л.Г. Марченко, М.М. Фадеев. - Опубликовано 27.09.2009. - Бюллетень N 27.
[35] Патент РФ N 2402392. Способ горячей прокатки бесшовных тонкостенных труб / Б.И. Тартаковский, М.М. Фадеев, В.В. Ананян. - Опубликовано 27.10.2010. - Бюллетень N 30.
[36] Геометрические, кинематические и силовые параметры переходного процесса при перемещении оправки в прошивном стан / Б.И. Тартаковский // Производство проката, 2010. - N 12. - С. 28 - 36.
[37] Особенности производства тонкостенных труб на агрегате с трехвалковым раскатным станом / Б.И. Тартаковский // Сталь, 2009. - N 11. - С. 71 - 72.
[38] Трубы для нефтяной промышленности / В.А. Ткаченко, А.А. Шевченко, В.И. Стрижак, Ю.С. Пикинер. - М.: Металлургия, 1986. - 256 с.
[39] Новое решение проблемы герметичности резьбовых соединений обсадных труб с использованием "Технологии чистого свинчивания" (ClearMakeUpTechnology или CMT) / А.В. Емельянов, А.В. Токарев // Бурение и нефть, 2012. - N 2. - С. 46 - 48.
[40] Патент РФ N 2520275. Трубное резьбовое соединение и способ его выполнения / И.Ю. Пышминцев, Н.П. Самкова, В.И. Кузнецов. - Опубликовано 20.06.2014. - Бюллетень N 17.
[41] Производство труб для новых проектов сухопутных и морских газопроводов и нефтепроводов. // Трубопроводный транспорт, 2010. - N 5. - 3 - 11 с.
[42] Технология производства труб в условиях АО "ЗТЗ" / А.А. Лясковский // Труды XXII Международной научно-практической конференции "Трубы - 2016". - Челябинск: ОАО "РосНИТИ", 2016. - Ч. 1. - С. 97 - 101.
[43] Влияние технологии формовки листовой заготовки на комплекс механических свойств электросварных труб / И.П. Шабалов, Г.А. Филиппов, Д.М. Соловьев, О.В. Ливанова // Сборник докладов международного научно-технического конгресса "ОМД 2014. Фундаментальные проблемы. Инновационные материалы и технологии". - М.: ООО "Белый ветер", 2014. - Ч. 2. - С. 17 - 23.
[44] Современная технология нанесения полиэтиленового, полипропиленового и эпоксидного покрытий на магистральные трубопроводы / Е.А. Максимов // Бюллетень "Черная металлургия", 2017. - N 6. - С. 80 - 88.
[45] Максимов Е.А. Современные технологии антикоррозионных покрытий металлопроката, трубопроводов и профилей: монография / Е.А. Максимов, Р.Л. Шаталов, П.П. Степанов. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2015. - 333 с.
[46] ГОСТ 30732-2006 Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана с защитной оболочкой. Технические условия. - М., 2014. - С. 17 - 23.
[47] Государственный доклад "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 г.". - М.: Минприроды России; НИА-Природа. - 2016. - 639 с.
[48] Государственный доклад "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2020 г.". - М.: Минприроды России; МГУ имени М.В. Ломоносова - 2021. - 1000 с.
[49] Металлургия. Аналитическая справка ВНИИ Труда [Электронный ресурс] URL: https://spravochnik.rosmintrud.ru/storage/app/media/Metallupgiya_2019.pdf
[50] Результаты металлургических компаний в 2020 году [Электронный ресурс]. URL: https://metallobazy.ru/news/1428
[51] Основные показатели работы черной металлургии в 2016 году / В.В. Катунин, Т.М. Петракова, И.М. Иванова, // Бюллетень "Черная металлургия", 2017. - N 3. - С. 3 - 23.
[52] Основные показатели работы черной металлургии в 2017 году / В.В. Катунин, Т.М. Петракова, И.М. Иванова, // Бюллетень "Черная металлургия", 2018. - N 4. - С. 6 - 28.
[53] Основные показатели работы черной металлургии в 2018 году / В.В. Катунин, Н.Г. Зиновьева, Т.М. Петракова, И.М. Иванова // Бюллетень "Черная металлургия", 2019. - N 3. - С. 293 - 314.
[54] Основные показатели работы черной металлургии в 2019 году / В.В. Катунин, Н.Г. Зиновьева, И.М. Иванова, Т.М. Петракова // Бюллетень "Черная металлургия", 2020. - N 4. - С. 309 - 334.
[55] Основные показатели работы черной металлургии в 2020 году / В.В. Катунин, Н.Г. Зиновьева, И.М. Иванова, Т.М. Петракова // Бюллетень "Черная металлургия", 2021. - N 4. - С. 367 - 392.
Библиография к разделу 3
[1] EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook. 2016. [Электронный ресурс]. URL: https://www.eea.europa.eu/publications/emep-eea-guidebook-2016]
[2] Reference Document on Best Available Techniques in the Ferrous Metals Processing Industry. 2001. [Электронный ресурс]. URL: http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/fmp_bref_1201.pdf
[3] Kick-off meeting for the review of the Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Ferrous Metals Processing. 2017. [Электронный ресурс]. URL: http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/FMP_KoM_report_final.pdf
[4] Технология прокатного производства: справочник в 2-х книгах. / М.А. Беняковский, К.Н. Богоявленский, А.И. Виткин и др. М.: Металлургия, 1991. 862 с.
[5] Экология металлургического производства: Курс лекций / Большина Е.П. Новотроицк: НФ НИТУ "МИСиС". 2012. 155 с.
[6] Прокатка листового металла. Технологическое обеспечение процесса прокатки. Новое поколение высокоэффективных систем очистки больших объемов водных технологических жидкостей и стоков. Часть 1: Техника и технология холодной (горячей) прокатки листового металла. Концепция и методология расчета и проектирования ресурсосберегающих и экологизированных систем очистки: учебное пособие / Е.М. Булыжев, В.Н. Кокорин, Ю.А. Титов, А.А. Григорьев. Ульяновск: УлГТУ, 2009. 186 с.
[8] ГОСТ Р ИСО 14001-2016. Системы экологического менеджмента. Требования и руководство по применению.
[9] Системы экологического менеджмента: практический курс / Дайман С.Ю., Гусева Т.В., Заика Е.А., Сокорнова Т.В. М.: Форум, 2010. 336 с.
[11] ГОСТ Р ИСО 9001-2015. Системы менеджмента качества. Требования.
[13] ГОСТ Р ИСО 31000-2019. Менеджмент риска. Принципы и руководство.
[14] Федеральный закон от 10.01.2002 N 7-ФЗ "Об охране окружающей среды" (в ред. от 02.07.2021)
[15] Regulation (EC) No. 1221/2009 of the European Parliament and of the Council of 25 November 2009 on the voluntary participation by organisations in a Community eco-management and audit scheme (EMAS), repealing Regulation (EC) No. 761/2001 and Commission Decisions 2001/681/EC and 2006/193/EC.
[16] ИТС 22.1-2021. Общие принципы производственного экологического контроля и его метрологического обеспечения.
[17] Федеральный закон от 21.07.2014 N 219-ФЗ "О внесении изменений в Федеральный закон "Об охране окружающей среды" и отдельные законодательные акты Российской Федерации" (в редакции федеральных законов от 29.12.2014 N 458-ФЗ, от 29.12.2015 N 404-ФЗ, от 03.07.2016 N 254-ФЗ, от 28.12.2017 N 422-ФЗ, от 29.07.2018 N 252-ФЗ, от 03.08.2018 N 321-ФЗ, от 25.12.2018 N 496-ФЗ, от 26.07.2019 N 195-ФЗ).
[18] Официальный сайт Трубной металлургической компании. Ответственность: окружающая среда. [Электронный ресурс]. [Режим доступа]: https://www.tmk-group.ru/Environment.
[19] Официальный сайт Группы НЛМК. Устойчивое развитие. Экология. [Электронный ресурс]. [Режим доступа]: https://nlmk.com/ru/responsibility/ecology/.
[20] Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC). Reference Document on Best Available Techniques in the Ferrous Metals Processing Industry, 2001. [Электронный ресурс]. URL: http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/fmp_bref_1201.pdf.
[21] Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Iron and Steel Production, 2013. [Электронный ресурс]. URL: http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/I&S/IS_Published_0312.pdf.
[22] Энергетическая стратегия РФ: офиц. текст. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://minenergo.gov.ru/node/1026.
[23] Федеральный закон "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" от 23.11.2009 N 261-ФЗ (в ред от 11.06.2021).
ИС МЕГАНОРМ: примечание. Здесь и далее в официальном тексте документа, видимо, допущена опечатка: вместо адреса "https://minenergo.gov.ru/node/5197" следует читать "https://www.economy.gov.ru/material/dokumenty/gosudarstvennyy_doklad_o_sostoyanii_energosberezheniya_i_povyshenii_energeticheskoy_effektivnosti_v_rossiyskoy_federacii_za_2017_god.html". |
[24] Государственный доклад о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации в 2017 г. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://minenergo.gov.ru/node/5197.
[25] Государственный доклад о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации в 2018 г. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.economy.gov.ru/material/dokumenty/gosudarstvennyy_doklad_o_sostoyanii_energosberezheniya_i_povyshenii_energeticheskoy_effektivnosti_v_rossiyskoy_federacii_za_2018_god.html
[26] Государственный доклад о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации в 2019 г. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.economy.gov.ru/material/dokumenty/gosudarstvennyy_doklad_o_sostoyanii_energosberezheniya_i_povyshenii_energeticheskoy_effektivnosti_v_rossiyskoy_federacii_za_2019_god.html
[27] Стратегия развития черной металлургии России на 2014 - 2020 гг. и на перспективу до 2030 г. Утверждена приказом Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 5 мая 2014 г. N 839.
[28] Методические рекомендации по определению технологии в качестве наилучшей доступной. Утверждены приказом Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 23.08.2019 г. N 3134.
[29] ИТС 48-2017. Повышение энергетической эффективности при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности.
[30] Reference Document on Best Available Techniques for Energy Efficiency. [Электронный ресурс]. URL: http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/ENE_Adopted_02-2009.pdf/.
[32] ISO 50002:2014. Energy audits - Requirements with guidance for use.
[33] ISO 50004:2014. Energy management systems - Guidance for the implementation, maintenance and improvement of an energy management system.
[34] ISO 50006:2014. Energy management systems - Measuring energy performance using energy baselines (EnB) and energy performance indicators (EnPI) - General principles and guidance.
[35] ISO 50015:2014. Energy management systems - Measurement and verification of energy performance of organizations - General principles and guidance.
[36] ГОСТ Р ИСО 50001-2012. Системы энергетического менеджмента. Требования и руководство по применению.
[37] Industrial energy efficiency accelerator - Guide to metalforming sector. London. The Carbon Trust, 2011. 79 p.
[38] Д.О. Скобелев, М.В. Степанова Энергетический менеджмент: прочтение 2020. Руководство по управлению энергопотреблением для промышленных предприятий, Федеральное государственное автономное учреждение "Научно-исследовательский институт "Центр экологической промышленной политики", г. Москва.
[39] N 10 (366) май 2019 года - WWW.EPRUSSIA.RU - информационный портал энергетика. Энергосбережение: какие технологии применяют в металлургии - Энергетика и промышленность России
Библиография к разделу 4
[1] Правила определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям. Утверждены постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. N 1458.
[2] Методические рекомендации по определению технологии в качестве наилучшей доступной технологии. Утверждены приказом Минпромторга России от 23 августа 2019 г. N 3134.
[3] Reference Document on Economics and Cross-Media Effects, 2006. [Электронный ресурс]. URL: http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/ecm_bref_0706.pdf.
[4] ГОСТ Р 54097-2010. Ресурсосбережение. Наилучшие доступные технологии. Методология идентификации.
[5] ГОСТ Р 33570-2015. Ресурсосбережение. Методология идентификации. Зарубежный опыт.
[6] Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC). Reference Document on Best Available Techniques in the Ferrous Metals Processing Industry. December 2001. URL: http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/fmp_bref_1201.pdf.
[7] Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Iron and Steel Production, 2013. [Электронный ресурс]. URL: http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/I&S/IS_Published_0312.pdf.
[8] ИТС 48-2017. Повышение энергетической эффективности при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности.
[9] Reference Document on Best Available Techniques for Energy Efficiency. [Электронный ресурс]. URL: http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/ENE_Adopted_02-209.pdf/.
[10] Федеральный закон от 21.07.2014 N 219-ФЗ "О внесении изменений в Федеральный закон "Об охране окружающей среды" и отдельные законодательные акты Российской Федерации" (в редакции федеральных законов от 29.12.2014 N 458-ФЗ, от 29.12.2015 N 404-ФЗ, от 03.07.2016 N 254-ФЗ, от 28.12.2017 N 422-ФЗ, от 29.07.2018 N 252-ФЗ, от 03.08.2018 N 321-ФЗ, от 25.12.2018 N 496-ФЗ, от 26.07.2019 N 195-ФЗ).
[11] Федеральный закон от 10.01.2002 N 7-ФЗ "Об охране окружающей среды" (в ред. от 02.07.2021).
ИС МЕГАНОРМ: примечание. В официальном тексте документа, видимо, допущена опечатка: вместо адреса "http://www.mnr.gov.ru/regulatory/list.php?part=1996" следует читать "https://www.mnr.gov.ru/docs/gosudarstvennye_doklady/". |
[12] Государственный доклад "О состоянии и охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 г.". [Электронный ресурс]. [Режим доступа]: http://www.mnr.gov.ru/regulatory/list.php?part=1996.
Библиография к разделу 6
[1] Скляр В.О. Инновационные и ресурсосберегающие технологии в металлургии. Учебное пособие / Скляр В.О. - Донецк.: ДонНТУ, 2014. - 224 с.
[2] Дукмасов В.Г. Состояние и развитие технологий и оборудования в мировой черной металлургии / В.Г. Дукмасов, Л.М. Агеев. - Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2002. - 187 с.
[3] Schriefer I. The Revival of Steckel mills in Rolling Plate // New Steel. - 1995. - N 11. - P. 26 - 33.
[4] R. Di Capua, Olivotto M. Acid free cleaning line automation system // Danieli Open Week Book. - 2000. - Vol. 1. 1. - P. 256 - 258.
[5] Дукмасов В.Г. Эффективность современных технологий в металлургии / В.Г. Дукмасов, В.Г. Ильичев. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. - 178 с.
[6] Матвеев Б.Н. Новые тонкослябовые литейно-прокатные агрегаты // Сталь, 2018. - N 6. - С. 62 - 68.
[7] Высокоэффективная технология переработки полосовой обрези / Б.В. Баричко, В.В. Панов // Сталь, 2011. - N 2. - С. 67 - 68.
[8] Освоение новой технологии производства высокоуглеродистой горячеоцинкованной проволоки с блестящим покрытием / Г.С. Гун, Э.М. Голубчик, А.Д. Носов и др. // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. - Магнитогорск, 2005. - N 3 (11).
[9] Непрерывный стан с трехвалковыми клетями и удерживаемой оправкой // Новости черной металлургии за рубежом. - М.: ОАО "Черметинформация", 2007. - N 6. - С. 62 - 63.
[10] Инновационные и эффективные решения для получения труб высшего качества. / М. Леферинк, К. Петерс. // Труды XXI Международной научно-практической конференции "Трубы-2014". Сборник докладов. Часть I. - Челябинск: ОАО "РосНИТИ", 2014. - С. 31 - 36.
[11] Четырехвалковый калибровочный стан для прокатки бесшовных труб. // Металлургическое производство и технология, 2012. - N 1. - С. 44 - 47.
[12] Минитрубопрокатные агрегаты на основе станов винтовой прокатки / Б.А. Романцев, А.В. Гончарук, А.С. Алещенко // Труды X Конгресса прокатчиков: Том 1. - Липецк: МОО "Объединение прокатчиков", 2015. - С. 183 - 192.
[13] Пат. N 2586177 Российская Федерация, МПК7 В21В19/04. Агрегат для изготовления бесшовных труб / Б.В. Баричко, А.В. Выдрин, А.А. Клачков и др.; заявители и патентообладатели ОАО "РосНИТИ", ПАО "СинТЗ", N 2014151518/02; заявл. 18.12.14; опубл. 10.06.16.
[14] Минимизация образования окалины на внутренней поверхности бесшовных горячекатаных труб / А.В. Емельянов, И.И. Лубе, В.И. Кузнецов, Д.А. Левченко // Сталь, 2020. - N 5. - С. 31 - 37.
[15] Реечные станы и перспективы их применения / М.Д. Алютин, В.В. Широков // Металлург, 2018. - N 10. - С. 76 - 79.
[16] Развитие процессов холодной деформации труб / Б.В. Баричко, В.И. Чурбанов, К.Ю. Панова // Сталь, 2011. - N 2. - С. 44 - 46.
[17] Влияние защитной газовой среды при термической обработке труб из хромоникелевых сталей на их коррозионную стойкость / Л.П. Щесно, И.С. Ситковский, В.Н. Лобунченко и др. // Производство труб: тематический отраслевой сборник. - М.: Металлургия, 1975. - N 1. - С. 304 - 308.
[18] Исследование свойств центробежнолитой трубной заготовки из стали 08Х18Н10Т / Б.В. Баричко, Я.И. Космацкий, С.В. Рущиц и др. // Металлург, 2013. - N 4. - С. 59 - 62.
[19] Разработка новых марок флюсов различного назначения на ОАО "ЧТПЗ" / И.А. Бухтояров, Н.А. Кайчева, А.В. Артемьев, И.В. Кремнева // Труды XXI Международной научно-практической конференции "Трубы-2014". Сборник докладов. Часть I. - Челябинск: ОАО "РосНИТИ", 2014. - С. 203 - 205.
[20] Современная технология нанесения полиэтиленового, полипропиленового и эпоксидного покрытий на магистральные трубопроводы / Е.А. Максимов // Бюллетень "Черная металлургия", 2017. - N 6. - С. 80 - 88.
[21] Разработка технологии лазерно-гибридной сварки труб большого диаметра на ОАО "ЧТПЗ" / М.А. Федоров, А.Н. Маковецкий, И.А. Романцов, А.И. Романцов. // Труды XXI Международной научно-практической конференции "Трубы-2014". Сборник докладов. Часть I. - Челябинск: ОАО "РосНИТИ", 2014. - С. 206 - 209.
[22] Патент РФ 2609609, кл. В23К26/348. Способ сварки труб большого диаметра лазерной и гибридной лазерно-дуговой сваркой / И.А. Романцов, М.А. Федоров, А.О. Котлов, А.А. Черняев: Патентообладатель ОАО "ЧТПЗ". - N 2015126174; заявл. 30.06.2015, опубл. 02.02.2017. - Бюл. N 4.
[23] Гибридная лазерная сварка - объединяя усилия / К. Пауль, Ф. Ридель // Фотоника, 2009. - N 1. - С. 2 - 5.
[24] Гибридная лазерно-дуговая сварка под флюсом / У. Райзген, С. Ольшок // Автоматическая сварка, 2009. - N 4. - С. 46 - 51.
Библиография к Приложению В
[1] Государственный доклад о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации в 2017 г. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://minenergo.gov.ru/node/5197.
[2] Государственный доклад о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации в 2018 г. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.economy.gov.ru/material/dokumenty/gosudarstvennyy_doklad_o_sostoyanii_energosberezheniya_i_povyshenii_energeticheskoy_effektivnosti_v_rossiyskoy_federacii_za_2018_god.html
[3] Государственный доклад о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации в 2019 г. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.economy.gov.ru/material/dokumenty/gosudarstvennyy_doklad_o_sostoyanii_energosberezheniya_i_povyshenii_energeticheskoy_effektivnosti_v_rossiyskoy_federacii_za_2019_god.html