Стомана: костите на цивилизацията — леене на плочи, заготовки и греди
Ние леем слънчевата светлина във форми. Вчера въглищните пещи вече бяха заменени с чисти дъги; днес превръщаме течния „метал на светлината“ в кости на мостове, релси, кули и инструменти — тихо, точно и бързо.
Защо стомана (и защо сега)
Стоманата все още е най-силната поезия на цивилизацията за един килограм. Проблемът не беше металът — а димът. С чиста енергия (3–4 части) и интелигентно сортиране (2 части) леем и валцуваме в световен мащаб, без да замърсяваме небето.
- Огромно търсене: кули, релси, кораби, фабрики, слънчеви рамки, вятърни кули.
- Електрифициран процес: EAF и електрическо загряване превръщат цеховете в приятелски със съседите мрежови участници.
- Директно валцоване: горещ метал директно в машината = по-малко енергия, по-малко време, по-малко драма.
Основи на леенето (плочи, блумове, заготовки)
Непрекъснато леене (CCM)
Течна стомана тече във форма, охлаждана с вода, образува се кора, потокът се дърпа и реже. Никакви огромни паркове с отливки, никакви „музеи на повторното загряване“ — само плавна река от стомана.
Плоча: 200–250 мм дебелина • до 2 000 мм ширина Блум: 200–350 мм квадрат Заготовка: 100–180 мм квадратСкорост на леене: плоча ~1–2 м/мин; заготовка ~3–6 м/мин (зависи от марката).
Енергия и добив при леене
- Електроенергия за леене: ~20–40 kWh/t (задвижвания, вторично охлаждане)
- Добив от разтопен метал до отливка: ~92–96% (отрязъци, междинен фуния, начални/крайни части)
- Горещ трансфер: директно към валцоващата линия 700–1000 °C — 60–90% по-малко загряване
Електрическо загряване, а не пламък (защо е важно)
Нека загряваме стоманата, а не въздуха
За плочи, блуми и заготовки използваме индукционни и съпротивителни пещи. Те предават енергията директно на метала; нищо не излита в комина.
- Пълно загряване (студена плоча → 1 200 °C): ~0.25–0.35 MWh/t
- Топла предавка (700–900 °C → 1 200 °C): ~0.05–0.15 MWh/t
- Валцови задвижвания и помощ: ~0.08–0.15 MWh/t
Числата включват възстановяване на топлина и модерни задвижвания; проектирайте според горната граница, радвайте се на долната.
Защо цеховете харесват микромрежата
- Прогнозирани работни цикли → лесно покриване на пиковете с акумулация.
- Възстановяване на топлина → процесна пара за съседите (боядисване, пералня, храни).
- Без NOx горелки → чист въздух и по-малко разрешителни.
Валцови линии и продукти (какво произвеждаме)
Линия за горещо валцоване (HSM) — ролки
Плочите се превръщат в ролки за автомобили, домакински уреди, корабни плочи и слънчеви следящи устройства.
- Вход: 200–250 мм плоча
- Изход: 1.2–20 мм лента
- Електричество на линията: ~0.12–0.25 MWh/t (с топла предавка)
Плоча / Steckel — дебели плочи
Дебели, широки плочи за вятърни кули, мостове, корпуси на кораби.
- Изход: 10–150 мм плоча
- Електричество на линията: ~0.10–0.20 MWh/t (топла предавка)
Профили / пръти — греди, релси, армировка, тел
Заготовки/блумове се превръщат в армировка, H-греди, релси, телени пръти.
- Електричество на линията: ~0.08–0.18 MWh/t (горещ трансфер)
- Релси: праволинейност <0.3 mm/m
Бележка за тон (стоманени изделия)
Електричество (без леене)
| Операция | kWh на тон | Бележки |
|---|---|---|
| Ливане и рязане на дължини | 20–40 | Задвижвания, вода |
| Подгряване (студен лист) | 250–350 | Индукция/съпротивление |
| Подгряване (горещ трансфер) | 50–150 | Зависи от входящата T |
| Валцуване и помощни | 80–150 | Двигатели, хидравлика |
Общо (горещо валцуван рулон): ~0.20–0.40 MWh/t. Общо (студен лист): ~0.35–0.50 MWh/t.
Изходи (от леене до крайно)
| Стъпка | Добив, % | Коментар |
|---|---|---|
| Изход от EAF → ливане | 92–96% | Отрязъци, междинен фуния |
| Ливане → валцоване | 97–99% | Отрязани краища |
| Валцоване → изделие | 95–98% | Отрязъци от ръбове, стърготини |
Общо: ~85–92% в зависимост от сместа на изделията и горещия трансфер. Скрапът се връща обратно в EAF.
Предварително изчислени сценарии за фабрики
Сценарий A — мини фабрика (дълги изделия, скрап→EAF)
Капацитет 1 Mt/година • заготовки/блумове → арматура, H-греди, релси.
| Позиция | Стойност |
|---|---|
| Средна пропускливост | ~125 т/ч (8 000 ч/година) |
| EAF електричество (плавене) | ~0.50 MWh/t → ~62.5 MW |
| Ливане + валцоване (горещ трансфер) | ~0.15 MWh/t → ~18.8 MW |
| Общо средно натоварване | ~80–90 MW |
| Минимален PV (за дневно покритие) | ~410–460 MWp |
| Склад (12 ч) | ~0.96–1.08 GWh |
| Следа (площ) | ~20–35 ха (цехове + площадки) |
Минимално PV според средно (MW)×5.14 (5,5 PSH, 85% DC→AC). Увеличаваме, за да захранваме съседите.
Сценарий B — център за листови продукти (DRI(H₂)+EAF + HSM)
Капацитет 5 Mt/година • плочи → ролки/плочи, широко използване на горещ трансфер.
| Позиция | Стойност |
|---|---|
| Средна пропускливост | ~625 т/ч |
| DRI(H₂)+EAF електричество | ~3.5–4.0 MWh/t → ~2.2–2.5 GW |
| Валцоване (горещ трансфер) | ~0.20 MWh/t → ~125 MW |
| Общо средно натоварване | ~2.3–2.6 GW |
| Разход на H₂ | ~250–300 kt/година |
| PV мин | ~12–13 GWp |
| Склад (12 ч) | ~28–31 GWh |
| Следа | ~60–120 ха + близко разположено PV поле |
Електролизерите формират по-голямата част от мощността. Валцуването е „възпитан“ сегмент.
Дръжка на производствената смес (1 Mt/година фабрика)
| Смес | Ролка | Плоча | Профили/пръти | Средна електроенергия (MW) |
|---|---|---|---|---|
| Много ролки | 60% | 10% | 30% | ~86 |
| Баланс | 40% | 20% | 40% | ~82 |
| Много дълги | 20% | 10% | 70% | ~79 |
Разликите произтичат от нуждата от валцови двигатели и част за подгряване; натоварването на EAF е сходно.
Изход, качество и нулеви отпадъци
Отпадъците — предимство, а не недостатък
- Отрязъците от ръбове, бракът и изрезките се връщат директно в кофата на EAF.
- Вместо раздробяване и загряване, намалява енергията за топене и времето от зареждане до леене.
- Краищата на заготовки/ролки захранват малка леярна за отливки и заготовки за машини.
Осигуряване на качество — по интересен начин
- Линейни измерватели: дебелина, профил, плоскост.
- „Металургия на релси“: спектрометри при леенето; твърдост и зърно при навиване.
- Проследимост: всяка греда и ролка имат цифрово свидетелство за раждане.
Отпечатък и екип (мини завод 1 Mt/година)
Площ
- Леярски цех + леене: ~8–12 ха (затворен)
- Валцоване и довършителни работи: ~8–15 ха
- Площи и логистика: ~5–8 ха
- PV поле (мин.): ~2.0–2.5 км² (близо)
Хора и компетенции
- Екипи оператори за всеки цех (3 смени), силна автоматизация.
- Електротехници > майстори на горелки (проектирано така).
- Металурзи, качество, поддръжка и щанд за лимонада за пристигащите ученически екскурзии.
Въпроси и отговори
"Наистина ли гредите и ролките са от един и същ метален разтоп?"
Да — плочи за ролки/плочи и заготовки/блумове за профили/пръти падат от паралелни леярски потоци. Същата химия, различни форми, същите — никакви — изпарения.
"А как е с поцинковането и покритието?"
Близо. Електрически линии за отгряване, цинкови/алуминиеви вани и линии за покритие на ролки живеят в същата микромрежа, поглъщайки излишната слънчева енергия от част 3.
"Можем ли да зареждаме всичко горещо?"
Почти. Интелигентни буфери поддържат температурата на тока до валцоване; когато трябва да се спре, празнината се запълва с електрическо подгряване — без "огън на дракони".
Продължение: Алуминий, мед и редки метали — силови жилки (част 6). Жици, леки сплави и батерийни метали — нервната система на нашите кости.