Сталь: Кости цивилизации — Литье слитков, заготовок и балок
Мы превращаем солнечный свет в формы. Вчерашние угольные печи заменены чистыми дугами; сегодня мы превращаем жидкий легкий металл в кости мостов, рельсов, башен и инструментов — тихо, точно и быстро.
Почему сталь (и почему сейчас)
Сталь по-прежнему самая сильная поэзия цивилизации на килограмм. Секрет был не в металле — а в дыме. С чистой энергией (Часть 3–4) и умной сортировкой (Часть 2) мы разливаем и прокатываем в мировом масштабе, не кашляя в небо.
- Спрос огромен: башни, рельсы, корабли, заводы, солнечные рамы, ветряные башни.
- Электрифицированный процесс: ДСП и электрический повторный нагрев делают заводы дружелюбными к электросети.
- Прямое прокатывание: горячий металл сразу на станок = меньше энергии, меньше времени, меньше проблем.
Основы разливки (слябы, блюмы, заготовки)
Непрерывная разливка (CCM)
Жидкая сталь поступает в водоохлаждаемые формы, образуется корка, сляб тянут и режут. Нет гигантских парков слитков, нет музеев повторного нагрева — только непрерывная река стали.
Сляб: толщина 200–250 мм • ширина до 2000 мм Блюм: квадрат 200–350 мм Заготовка: квадрат 100–180 ммСкорость разливки: сляб ~1–2 м/мин; заготовка ~3–6 м/мин (зависит от марки).
Энергия и выходы на разливочном станке
- Электричество разливочного станка: ~20–40 кВт·ч/т (приводы, вторичное охлаждение)
- Выход плавки→литья: ~92–96% (обрезка, ковш, голова/хвост)
- Горячая загрузка: прямая подача на стан при 700–1000 °C сокращает повторный нагрев на 60–90%
Электрический разогрев, а не пламя (почему это важно)
Нагревайте сталь, а не воздух
Мы используем индукционные и сопротивления печи для слябов, блюмов и заготовок. Они напрямую передают энергию металлу; ничего не уходит в дымовую трубу.
- Полный разогрев (холодный сляб → 1,200 °C): ~0.25–0.35 МВт·ч/т
- Горячая загрузка (700–900 °C → 1,200 °C): ~0.05–0.15 МВт·ч/т
- Приводы прокатки и вспомогательное оборудование: ~0.08–0.15 МВт·ч/т
Цифры включают рекуперацию и современные моторные системы; ориентируйтесь на верхний предел, радуйтесь низкому.
Почему прокатные станы любят микросети
- Предсказуемые циклы нагрузки → легко покрывать пики с помощью хранения.
- Восстановление тепла → технологический пар для соседей (покраска, прачечная, пищевое производство).
- Отсутствие горелок NOx → чистый воздух и меньше разрешений.
Линии прокатки и продукция (что мы производим)
Горячекатаный стан (HSM) — рулоны
Слябы превращаются в рулоны для автомобилей, бытовой техники, заготовок для судостроения и солнечных трекеров.
- Вход: сляб 200–250 мм
- Выход: полоса 1.2–20 мм
- Энергопотребление линии (электричество): ~0.12–0.25 МВт·ч/т (с горячей загрузкой)
Плита / Стекель — тяжелая плита
Толстая, широкая плита для ветряных башен, мостов, корпусов судов.
- Выход: плита 10–150 мм
- Мощность линии: ~0,10–0,20 МВт·ч/т (горячая загрузка)
Секция / Пруток — балки, рельсы, арматура, проволока
Заготовки/болванки превращаются в арматуру, Н-образные балки, рельсы, проволочный пруток.
- Мощность линии: ~0,08–0,18 МВт·ч/т (горячая загрузка)
- Рельсы: прямолинейность <0,3 мм/м
Шпаргалка на тонну (стальные изделия)
Электроэнергия (кроме плавки)
| Работа | кВт·ч на тонну | Примечания |
|---|---|---|
| Кастер и резка по длине | 20–40 | Приводы, вода |
| Дожиг (холодный сляб) | 250–350 | Индукция/сопротивление |
| Дожиг (горячая загрузка) | 50–150 | Зависит от температуры на входе |
| Прокатка и вспомогательное оборудование | 80–150 | Двигатели, гидравлика |
Итого (горячезагруженная катушка): ~0.20–0.40 МВт·ч/т. Итого (холодный сляб): ~0.35–0.50 МВт·ч/т.
Выход продукции (плавка → конечный продукт)
| Шаг | Выход продукции % | Комментарий |
|---|---|---|
| Слив ДСП → литейка | 92–96% | Обрезки, ковш |
| Литейка → завод | 97–99% | Обрезанные концы |
| Завод → продукция | 95–98% | Обрезки кромок, лом |
Общее: ~85–92% в зависимости от ассортимента продукции и горячей загрузки. Лом возвращается в ДСП.
Предварительно рассчитанные сценарии заводов
Сценарий A — Мини-завод (длинномерные изделия, лом→ДСП)
Мощность 1 млн т/год • заготовки/болванки → арматура, Н‑образные балки, рельсы.
| Предмет | Значение |
|---|---|
| Средний пропускной поток | ~125 т/ч (8,000 ч/год) |
| Электроэнергия ДСП (плавка) | ~0.50 МВт·ч/т → ~62.5 МВт |
| Литейка + прокатка (горячая загрузка) | ~0.15 МВт·ч/т → ~18.8 МВт |
| Средняя общая нагрузка | ~80–90 МВт |
| Минимальный PV (для покрытия дневного потребления) | ~410–460 ГВтp |
| Хранение (12 ч) | ~0.96–1.08 ГВт·ч |
| Площадь застройки | ~20–35 га (заводы + площадки) |
Минимальный размер PV по Avg(МВт)×5.14 (5.5 PSH, 85% DC→AC). Мы увеличиваем мощность, чтобы обеспечить соседей.
Сценарий B — Центр плоской продукции (DRI(H₂)+EAF + HSM)
Мощность 5 Мт/год • слябы → рулоны/лист с интенсивной горячей зарядкой.
| Предмет | Значение |
|---|---|
| Средний пропускной поток | ~625 т/ч |
| Электроэнергия DRI(H₂)+EAF | ~3.5–4.0 МВт·ч/т → ~2.2–2.5 ГВт |
| Непрерывный (горячая зарядка) | ~0.20 МВт·ч/т → ~125 МВт |
| Средняя общая нагрузка | ~2.3–2.6 ГВт |
| Потребление H₂ | ~250–300 кт/год |
| Минимум PV | ~12–13 ГВтp |
| Хранение (12 ч) | ~28–31 ГВт·ч |
| Площадь застройки | ~60–120 га + рядом поле с солнечными панелями |
Электролизёры доминируют в потреблении энергии. Прокатка — более скромная часть.
Регулятор ассортимента продукции (завод 1 млн т/год)
| Смешать | Проволока | Пластина | Секции/пруток | Среднее электропотребление (МВт) |
|---|---|---|---|---|
| Проволочно-тяжелый | 60% | 10% | 30% | ~86 |
| Сбалансированный | 40% | 20% | 40% | ~82 |
| Длинный и тяжелый | 20% | 10% | 70% | ~79 |
Различия обусловлены потреблением мотора прокатки и долями повторного нагрева; нагрузка ЭСП схожа.
Выходы, качество и циклы с нулевыми отходами
Лом — это особенность, а не ошибка
- Кромочный обрезок, окалина и обрезки идут прямо в ковш ЭСП.
- На месте измельчение и предварительный нагрев сокращают энергию плавки и время от загрузки до загрузки.
- Концы заготовок/проволоки подаются на небольшое литейное производство для отливок и заготовок для механической обработки.
QA — это весело
- Встроенные датчики: толщина, профиль, ровность.
- Металлургия на рельсах: спектрометры у кристаллизатора; твёрдость и зернистость у размотчиков.
- Отслеживаемость: каждая балка и рулон имеют цифровое свидетельство о рождении.
Площадь и штат (мини-мельница 1 млн т/год)
Регион
- Плавильный цех + кристаллизатор: ~8–12 га (закрытые)
- Прокатка и отделка: ~8–15 га
- Площадки и логистика: ~5–8 га
- Солнечное поле (мин): ~2,0–2,5 км² (рядом)
Люди и навыки
- Операционные бригады на каждую секцию (3 смены), мощная автоматизация.
- Электрики > специалисты по горелкам (по замыслу).
- Металлурги, контроль качества, обслуживание и лимонадный киоск для школьных экскурсий.
Вопросы и ответы
«Правда ли, что балки и рулоны получаются из одной и той же плавки?»
Да — слябы для рулонов/плит и заготовки/болванки для сечений/прутков выходят из параллельных стренговых кристаллизаторов. Та же химия, разные формы, тот же отсутствие дыма.
«А как насчёт гальванизации и покрытия?»
Рядом. Линии электрического отжига, ванны цинка/алюминия и намоточные установки работают в одной микросети, потребляя излишки солнечной энергии из части 3.
«Можно ли всё горячо заряжать?»
Почти. Умные буферы поддерживают высокую температуру пряди до мельницы; когда нужно сделать паузу, электрический разогрев заполняет промежуток без запуска горелок.
Далее: Алюминий, медь и редкие металлы — жилы силы (часть 6). Провода, легкие сплавы и аккумуляторные металлы — нервная система наших костей.