INOVACE VE VÝROBĚ, MIMOPECNÍM ZPRACOVÁNÍ A ODLÉVÁNÍ OCELI VE SPOLEČNOSTI HUTA CZESTOCHOWA. Miroslav Krayzel a Wlodzimierz Ociepa b Urszula Galisz c a) VÍTKOVICE Výzkum a vývoj, s.s r.o., Pohraniční 693/31, 70602 Ostrava Vítkovice, miroslav.krayzel@vitkovice.cz b) HUTA CZESTOCHOWA, s.a., Rejtana 6, 42207 Czestochowa, Polsko c) IMŽ GLIWICE, K. Miarki 12, 44101 GLIWICE, Polsko, ugalisz@imz.gliwice.pl An abstract The elements and sequence of the steelmaking shop modernisation at HUTA CZESTOCHOWA Co., Poland. The characterisation of the new production equipment multi-purpose continuous casting machine and ladle furnace and vacuum caisson station. The new hybrid electric arc furnace and its production and technological possibilities. Technological aspects of the modernisation. The steel production assortment. The economic and ecological aspects. 1. ÚVOD Výrobní program společnosti HUTA CZESTOCHOWA, a.s. (dále HCZ) zahrnuje tlusté plechy, bezešvé trubky, svařované nosníky a další konstrukční ocelové výrobky. HCZ se nachází v trvalém procesu restrukturalizace, který začal v době změn na trhu, konkurence schopnosti produkce a také jako reakce na restrukturalizační tendence ve světě, nové trendy v rozvoji metalurgie, logistiku v pohybu surovin atd. Aby se zlepšila kvalita výrobků a přitom snížily výrobní náklady, přistoupilo se k modernizaci výroby oceli formou investic do nových zařízení a technologií. Polská společnost HCZ může sloužit jako příklad realizace velmi úspěšné modernizace hutnického podniku v evropském měřítku v podmínkách přerodu ze státem řízené ekonomiky na tržní ekonomiku. Úspěch je také výsledkem kurzu managementu HCZ, pod jehož vedením celá přestavba probíhala. 2. PRVKY MODERNIZACE OCELÁRNY SPOLEČNOSTI HCZ. V době rozhodování o dalším osudu ocelárenského provozu se ocel vyráběla na čtyřech intenzifikovaných pevných martinských pecích. Vsázka byla tvořena šrotem a tekutým surovým železem z vlastní produkce vysokých pecí. V ocelárně nebylo žádné zařízení pro mimopecní rafinaci. Tavby z 200 t pecí byly vypouštěny vždy do dvou 100 tunových pánví pomocí výkyvného odpichového žlabu tvaru písmene T. Kvalita vyrobené oceli a výrobní náklady svými parametry přestaly být konkurence schopné a ocelárna měla být zavřena. Byly zde i ekologické důvody. Záchrana ocelárny a její postupné přebudování se odehrály v polovině 90 - tých let v následujících krocích. 1) Instalace pánvové pece, která převzala funkci rafinace oceli. Stanice pánvové pece je osázena kromě běžného vybavení injektážní tryskou pro vhánění práškových materiálů. Stanici vybudovala firma ELKEM. Pro zajištění rychloanalýz oceli byla na plošině pánvové pece umístěna plně automatizována kontejnerová laboratoř firmy SPECTRO. - 1 -
2) Téměř souběžně se rozběhla výstavba zařízení pro plynulé odlévání. Byl pořízen licí stroj firmy VAI s možnostmi odlévat buď bramové předlitky (jednoproudé) nebo čtvercové předlitky (tříproudé). Této variability se dosahuje záměnou krystalizátoru. 3) S určitým odstupem času se vybudovala vakuovací kesonová stanice podle technické a technologické dokumentace a.s. VÍTKOVICE. Stanice typu VD/VOD dále rozšířila možnosti výroby jakostní oceli. 4) Jako poslední v řadě se přistoupilo ke stavbě nového pecního agregátu. Byl vybrán systém DANARC společnosti DANIELI. Hybridní elektropec, shrnující v sobě výhody konvertorového procesu a elektroprocesu, v současnosti plně vykrývá produkci dřívějších martinských pecí. Podstatnou změnou v tomto novém uspořádání ocelárny je i to, že téměř veškerá produkce je v teplém stavu převážena k dalšímu zpracování ve válcovnách, z čehož rezultují přínosy z úspory energie. Ocelárenský provoz tak velmi pružně zajišťuje potřeby celé společnosti a reakci na změny na trhu. Nová zařízení jsou umístěna v nově vybudovaných halách, které navíc splňují požadavky na pracovní prostředí a navenek prakticky nezatěžují své okolí ekologickými vlivy. Při pohledu zvenčí jde o zcela nový objekt, obklopený ozeleněnými plochami, a to na místě, kde se ještě v nedávné minulosti nacházely desítky různých dílen a nevzhledných starých, ekologicky závadných objektů. 3.CHARAKTERISTIKA NOVÝCH ZAŘÍZENÍ V OCELÁRENSKÉM PROVOZE. 3.1 Pec KONEL. Tento pecní agregát je vybaven nejmodernějšími technickými prvky a poskytuje řadu technologických možností. Vedle obloukového ohřevu vsázky je systémem bočních stěnových hořáků kyslíkových trysek zajišťován dodatečný tepelný příkon a urychlováno tavení vsázky. Šetří se tím elektrická energie. Dále je využívána technologie tzv. napěňování strusky a do určité míry také dospalování CO na CO 2 jako dalších možných způsobů zlepšeného přenosu tepla v peci. Pec je řízena modulem ASŘ, založeném na analýze a teplotě odsávaných plynných zplodin z pece. Tyto zplodiny je možné využít k předehřevu tuhé vsázky v sázecím koši, nicméně tato možnost není prakticky zatím využívána. Následující tabulka ukazuje některá technická data pece: Instalovaný příkon transformátoru 65 MVA (+12%) Činný výkon transformátoru 55 MVA Nominální velikost pece 120 t Hmotnost odpichované taveniny 100 t Tekutý zbytek 13 t Doba tavby (tap-to-tap) 43 min Max. hmotnost šrotu v koši 77 t Využití kovu ze vsázky 90 % Průměr pláště pece 6,1 m Průměr rozteče elektród 1,25 m Průměr elektród 610 mm Celkový objem pece 113 m 3 Kyslíkové trysky ve stěně pece (2 kusy) 3000 Nm 3 /hod (příkon) Trysky pro dmýchání nauhličovadla (2 kusy) 20 kg/min (příkon) Kyslíkopalivové hořáky (7 kusů) 4,5 MW (příkon) - 2 -
Pro urychlení natavování se pracuje s tekutým zbytkem. Zatím se vesměs uplatňuje 30 až 40 % podíl tekutého surového železa ve vsázce. Přibližně po dvou minutách od spuštění elektrického oblouku se začne surové železo nalévat do pece přes pecní dvířka pomocí mobilního žlabu rychlosti přibližně 5 t/hod (tedy celkově 6 až 8 minut). Pec je však schopná pracovat i se 100 % pevné vsázky. Je vybavena excentrickým odpichovým otvorem typu EBT, což v kombinaci s tekutým zbytkem zajišťuje bezstruskový odpich ocelové taveniny. Hybridní elektropec (KONEL polský název pece, vzniklý zkrácením slov KONwertor ELektriczny) je umístěna v nově vybudované hale (viz přiložený situační plánek). Tato hala je jako celek odprášena a odhlučněna (systém ELEPHANT HOUSE). Převoz vyrobené surové oceli se uskutečňuje přes původní odlévací halu martinské ocelárny, kde zůstaly zachovány dvě licí plošiny pro případ havarijního odlití taveb. 3.2 Pánvová pec Byla uvedena do provozu v roce 1994 jako první v uvedené technologické linii. Na tomto zařízení lze komplexně připravit ocelovou taveninu. K tomuto účelu je zařízení vybaveno: - 12 zásobníky o objemu 2 m 3 ; - 4 zásobníky o objemu 4 m 3 ; - automatizovaným systémem navážení a transportu přísad; - injektážní tryskou (systém Scandinavian Lancers) pro vnášení práškových materiálů do taveniny (zpravidla za účelem odsíření nebo rafinace); - argonovací havarijní tryskou; - technickým uzlem pro automatické odběry vzorků, měření teploty oceli a měření hodnot aktivity kyslíku v oceli; - měřícím uzlem HYDRIS pro zjišťování aktuálního obsahu vodíku; - automatickou laboratoři SPECTROLAB, zajišťující získání analýzy oceli do tří minut od vložení vzorku, s přenesením výsledku do ASŘ LF stanice; LF stanice umožňuje obloukový příhřev s rychlosti ohřevu 3 C/min (max. 5 C/min). Pánev s ocelí při transportu k LF stanici je letmo zvážená. Zároveň se na hladinu taveniny nanese v rovnoměrné vrstvě základní dávka struskotvorné směsi. 3.3 Kesonová vakuovací stanice. O zařazení vakuovací techniky do technologické linie bylo rozhodnuto dodatečně, což vedlo k některým problémům jak ve výstavbě a umístění stanice, tak při jejím provozování. Zařízení není umístěno optimálně z hlediska logistiky a minimalizace manipulačního času. Dochází zde k situacím při provozování, že se kříží transportní trasy. Stanice má následující parametry: Pára pro vývěvový systém Tlak Min. 0,9 MPa Teplota 230 270 C Max. příkon 11,5 t/hod Chladící voda Tlak Min. 0,6 MPa Teplota Max. 29 C Sací výkon: Při 1 hpa 280 kg/hod Při 1,5 hpa 400 kg/hod Při 15 hpa 1000 kg/hod Při 80 hpa 1500 kg/hod Při 150 hpa 2000 kg/hod Nejnižší dosažitelný podtlak 0,5 hpa - 3 -
Pracovního tlaku v kesonu pod 1 hpa se dosahuje v čase pod 6. minut od zapnutí vývěv. Zvláštnosti vývěvového agregátu je zdvojení třetího a čtvrtého stupně ve dvou paralelních větvích. Větve mohou pracovat jak samostatně tak paralelně. Paralelní zapojení umožňuje zvýšit sací výkon v případě potřeby, naopak zapnutí jen jedné větvě šetří páru. Vakuovací keson je umístěn na převážecím voze. Dolomitem vyzděná pánev s ocelí, zpravidla po předúpravě na LF stanici, se transportuje a ukládá do kesonu jeřábem. Po dosednutí pánve do kesonové nádoby je automaticky provedeno napojení na argonové potrubí. Argon je možné dmýchat přes dvě dmýchací tvárnice, umístěné ve dně pánví. Každá tvárnice má samostatný přívod argonu. Přepnutí mezi dvěma větvemi argonové trasy lze provést na pokyn z velínu stanice. Kesonová nádoba má průměr 5,05 m. Její horní příruba se automaticky naplňuje chladící vodou při průjezdu pod hlavním víkem stanice. Technologické možností zařízení: - hluboké odplynění (odvodičení pod 2 ppm u veškerého sortimentu, při zvýšených požadavcích pod 1 ppm; desoxidace pod 30 ppm celkového kyslíku; oddusičení pod 50 ppm, špičkově pod 30 ppm); - odsíření prostřednictvím vhodné rafinační strusky podle požadavků pod 20 ppm; - přesné dolegování při vysokém využití legur; - oduhličení při využití dmýchání kyslíku tryskou za podtlaku podle požadavků pod 50 ppm uhlíku, případně níže; - chemický reakční příhřev při využití dmýchání kyslíku za podtlaku (rychlost ohřevu taveniny 9 až 15 C/min); - modifikace v tavenině zbylých vměstků (vybaveno dvěma vícežílovými podavači drátů a plněných profilů; podávání se provádí za normálního tlaku v inertním prostředí Ar). Zařízení je vybaveno mechanizovaných odběrem vzorků, měřením teploty a aktivity kyslíku, pracujícím spolehlivě bez narušení podmínek podtlaku. Proces v kesonu je sledován dvěma průmyslovými kamerami. Odsávané plynné zplodiny jsou monitorovány sondou typu GANOX a termočlánky. Legovací systém je společný s LF stanicí. Toto se ukázalo v praxi jako nevýhodné. V současnosti se připravuje technická úprava, která řeší z části vzájemnou závislost a situace, kdy potřeba legování koliduje. Projektovaný podíl vakuově zpracované oceli byl 20 %. Nyní se však vakuuje 50 až 60 % produkce. Tento podíl podle narůstajících požadavků a významného ekonomického efektu má být zvýšen na 80 %. K zajištění tohoto úkolu jsou připravovány další technické kroky. 3.4 Zařízení pro plynulé odlévání oceli. ZPO v ocelárně HCZ, dodané firmou VAI, umožňuje odlévat jak bramové kontislitky (rozměry 150 nebo 220 x 1100 až 2000), tak také čtvercové kontislitky (kvadrát 250 a 280). Současná praxe je taková, že 6 dnů v týdnu jsou vyráběny bramové kontislitky a jeden den čtvercové. Zařízení je plně automatizované, produkované kontislitky jsou kontrolované online systémem (CAQC), což mimo jiné znamená, že lze produkci ocelárny bezprostředně, za tepla, zpracovávat ve válcovnách při významné úspoře energie. Podíl nejakostní výroba je mimořádně nízký, u vakuované produkce téměř nulový. 4. SHRNUTÍ Zavedení nové technologické linie v HCZ vytvořilo podmínky pro výrobu vysoce jakostních ocelí. Zvýšily se plastické vlastnosti ocelí, jejích izotropie, minimalizovaly se problémy při svařování. HCZ získala řadu osvědčení na dodávky špičkových ocelových materiálů. Aniž se zvýšila produkce tekuté oceli, zvýšila se výroba válcovaného materiálu o - 4 -
422 t/den. O 12,3 % se snížil podíl překlasifikované produkce. Zvýšilo se využití legur. Zavedením bázických vyzdívek pánvi se i při vyšší ceně snížily náklady na žáruvzdorné materiály a na opravy pánvi ve srovnání s dřívějším stavem. Byly vyzkoušeny a zvládnuty technologické postupy, které umožňují vyrábět vysokolegované oceli typu AK. Investiční prostředky, vložené do modernizace, byly získány z vlastní činnosti. Jen menší podíl činily půjčky, které jsou již splaceny. HCZ na rozdíl od jiných hutnických podniků v Polsku nemá dluhy. Situační plánek ocelárny HCZ po modernizaci (layout). Legenda: 1. Odprášení haly elektropece. EAF dedusting collector. 2. Ocelový odpad. Scrap. 3. Tekuté surové železo. Hot metal. 4. Surová ocel. Crude steel. 5. Hybridní elektrická pec. DANARC hybrid EAF. 6. Kesonová vakuovací stanice. VD/VOD station. 7. Odprášení pánvové pece. LF dedusting collector. 8. ZPO (brama/kvadrát). Continuous Casting Machine (slab/billet). 9. Hala přípravy segmentů pro ZPO. CC segments preparation hall. 10. Hala přípravy mezipánvi pro ZPO. CC tundishes preparation hall. 11. Mechanické dílny ocelárny. Mechanical shop of the steelwork. 12. Příprava vsázkových materiálů. Charge materials manufacture. 13. Hala hybridní elektropece. EAF hall. 14. Hala sekundární metalurgie a ZPO. Secondary steelmaking and CC machine hall. 15. Pánvová pec. Ladle furnace. - 5 -
- 6 -