Oțel: oasele civilizației — turnarea plăcilor, semifabricatelor și grinzilor
Turnăm lumina soarelui în forme. Ieri, cuptoarele cu cărbune au fost deja înlocuite cu arcuri curate; astăzi transformăm „metalul luminii” lichid în oasele podurilor, șinelor, turnurilor și uneltelor — silențios, precis și rapid.
De ce oțel (și de ce acum)
Oțelul rămâne cea mai puternică poezie a civilizației pe kilogram. Problema nu a fost metalul — ci fumul. Cu energie curată (3–4 părți) și sortare inteligentă (2 părți) turnăm și laminăm la nivel global, fără să poluăm cerul.
- Cerere uriașă: turnuri, șine, nave, fabrici, rame solare, turnuri eoliene.
- Proces electrificat: EAF și încălzirea electrică transformă atelierele în vecini prietenoși cu rețeaua.
- Laminare directă: metal fierbinte direct în mașină = mai puțină energie, mai puțin timp, mai puțină dramă.
Bazele turnării (plăci, bile, semifabricate)
Turnare continuă (CCM)
Oțelul lichid curge într-o matriță răcită cu apă, se formează o crustă, fluxul este tras și tăiat. Fără parcuri uriașe de turnare, fără „muzee de reîncălzire” — doar un râu continuu de oțel.
Placă: grosime 200–250 mm • lățime până la 2 000 mm Bilă: pătrat 200–350 mm Semifabricat: pătrat 100–180 mmViteza de turnare: placă ~1–2 m/min; semifabricat ~3–6 m/min (depinde de marcă).
Energie și randamente la turnare
- Consum electric la turnare: ~20–40 kWh/t (antrenare, răcire secundară)
- Randament de la topitură la turnare: ~92–96% (tăieturi, pâlnie intermediară, părți inițiale/finale)
- Transfer fierbinte: direct în linia de laminare 700–1000 °C — cu 60–90% mai puțină încălzire
Încălzire electrică, nu flacără (de ce contează)
Încălzim oțelul, nu aerul
Pentru plăci, bilă și semifabricate folosim cuptoare inductive și rezistive. Acestea transmit energia direct către metal; nimic nu scapă pe coș.
- Încălzire completă (placă rece → 1 200 °C): ~0.25–0.35 MWh/t
- Transfer la cald (700–900 °C → 1 200 °C): ~0.05–0.15 MWh/t
- Antrenări și asistență la laminare: ~0.08–0.15 MWh/t
Cifrele includ recuperarea căldurii și angrenaje moderne; proiectați după limita superioară, bucurați-vă de cea inferioară.
De ce atelierele preferă microrețele
- Cicluri de lucru prognozate → ușor de acoperit vârfurile cu acumulare.
- Recuperare de căldură → abur de proces pentru vecini (vopsire, spălătorie, alimente).
- Arzătoare fără NOx → aer curat și mai puține permise.
Linii de laminare și produse (ce producem)
Linie de laminare la cald (HSM) — role
Plăcile se transformă în role pentru automobile, electrocasnice, plăci pentru nave și urmăritoare solare.
- Intrare: placă de 200–250 mm
- Ieșire: bandă de 1.2–20 mm
- Electricitate linie: ~0.12–0.25 MWh/t (cu transfer la cald)
Placă / Steckel — plăci groase
Plăci groase, late pentru turnuri eoliene, poduri, carcase de nave.
- Ieșire: placă de 10–150 mm
- Electricitate linie: ~0.10–0.20 MWh/t (transfer la cald)
Profile / bare — grinzi, șine, armătură, sârmă
Semifabricate/bile devin armătură, grinzi H, șine, bare de sârmă.
- Electricitate linie: ~0.08–0.18 MWh/t (transfer cald)
- Șine: rectitudine <0.3 mm/m
Referință pe tonă (produse din oțel)
Electricitate (fără topire)
| Operațiune | kWh pe tonă | Note |
|---|---|---|
| Turnare și tăiere lungimi | 20–40 | Antrenări, apă |
| Reîncălzire (tablă rece) | 250–350 | Inducție/rezistență |
| Reîncălzire (transfer cald) | 50–150 | Depinde de T de intrare |
| Rulare și auxiliare | 80–150 | Motoare, hidraulică |
În total (bobină livrată cald): ~0.20–0.40 MWh/t. În total (tablă rece): ~0.35–0.50 MWh/t.
Randament (nuo lydalo iki galutinio)
| Pas | Randament, % | Comentariu |
|---|---|---|
| Descărcare EAF → turnare | 92–96% | Bavuri, pâlnie intermediară |
| Turnare → laminare | 97–99% | Capete tăiate |
| Laminare → produs | 95–98% | Tăiere margini, bavuri |
În total: ~85–92% în funcție de amestecul de produse și transferul la cald. Zgura se întoarce în EAF.
Scenarii de fabrici calculate în avans
Scenariul A — mini fabrică (produse lungi, zgură→EAF)
Capacitate 1 Mt/an • semifabricate/blanks → armături, grinzi H, șine.
| Poziție | Valoare |
|---|---|
| Pierdere medie | ~125 t/oră (8 000 ore/an) |
| Electricitate EAF (topire) | ~0.50 MWh/t → ~62.5 MW |
| Turnare + laminare (transfer la cald) | ~0.15 MWh/t → ~18.8 MW |
| Încărcare medie totală | ~80–90 MW |
| PV min. (pentru acoperirea zilnică) | ~410–460 MWp |
| Depozit (12 ore) | ~0.96–1.08 GWh |
| Amprentă (suprafață) | ~20–35 ha (cechai + aikštelės) |
Minimul PV conform Medie.(MW)×5.14 (5,5 PSH, 85% DC→AC). Mărim pentru a alimenta vecinii.
Scenariul B — centru de produse laminate (DRI(H₂)+EAF + HSM)
Capacitate 5 Mt/an • plăci → role/plăci, utilizând pe scară largă transferul la cald.
| Poziție | Valoare |
|---|---|
| Pierdere medie | ~625 t/oră |
| Electricitate DRI(H₂)+EAF | ~3.5–4.0 MWh/t → ~2.2–2.5 GW |
| Rulare (transfer la cald) | ~0.20 MWh/t → ~125 MW |
| Încărcare medie totală | ~2.3–2.6 GW |
| Consum H₂ | ~250–300 kt/an |
| Minim PV | ~12–13 GWp |
| Depozit (12 ore) | ~28–31 GWh |
| Amprentă | ~60–120 ha + câmp PV din apropiere |
Electrolizerele constituie cea mai mare parte a puterii. Laminarea este un segment „politicos".
Mânerul amestecului de producție (1 Mt/an fabrică)
| Amestec | Rolă | Placă | Profile/bare | Medie electricitate (MW) |
|---|---|---|---|---|
| Mult pentru role | 60% | 10% | 30% | ~86 |
| Echilibrat | 40% | 20% | 40% | ~82 |
| Mult pentru lungi | 20% | 10% | 70% | ~79 |
Diferențele provin din necesitatea motoarelor de laminare și a părții de preîncălzire; sarcina EAF este similară.
Randament, calitate și deșeuri zero
Deșeurile — un avantaj, nu un dezavantaj
- Tăieturile marginilor, rebuturile și resturile se întorc direct în găleata EAF.
- În loc să se macine și să se încălzească, scade energia de topire și timpul de la încărcare până la turnare.
- Capetele semifabricatelor/rolelor alimentează o mică turnătorie pentru turnături și semifabricate pentru utilaje.
Asigurarea calității — într-un mod interesant
- Măsurători liniare: grosime, profil, planitate.
- „Metalurgie pe șine“: spectrometre lângă turnare; duritate și granulație lângă mașinile de bobinat.
- Trasabilitate: fiecare grindă și bobină are un certificat digital de naștere.
Amprentă și echipă (fabrică mini de 1 Mt/an)
Suprafață
- Atelier de topire + turnare: ~8–12 ha (închis)
- Laminare și finisaje: ~8–15 ha
- Platforme și logistică: ~5–8 ha
- Câmp PV (min.): ~2,0–2,5 km² (aproape)
Oameni și competențe
- Echipe de operatori pentru fiecare atelier (3 schimburi), bază solidă de automatizare.
- Electricieni > maeștri ai arzătoarelor (așa este proiectat).
- Metalurgi, calitate, întreținere și stand de limonadă pentru excursiile elevilor care sosesc.
Întrebări și răspunsuri
„Chiar sunt grinzile și bobinele din același aliaj?“
Da — plăcile pentru bobine/plăci și semifabricatele/blanks pentru profile/bare cad din curenți de turnare paraleli. Aceeași chimie, forme diferite, aceiași — niciun — fum.
„Iar zincarea și acoperirea?“
Alături. Liniile electrice de recoacere, băile de zinc/aluminiu și liniile de acoperire a bobinelor trăiesc în aceeași microrețea, sorbind excesul de energie solară din partea 3.
„Putem încărca totul la cald?“
Aproape. Tamponii inteligenți mențin temperatura curentului până la laminare; când trebuie să se oprească, golul este umplut prin încălzire electrică — fără „focul dragonilor“.
În continuare: Aluminiu, cupru și metale rare — arterele puterii (partea 6). Sârme, aliaje ușoare și metale pentru baterii — sistemul nervos al oaselor noastre.