Сталь: кістки цивілізації — лиття листів, заготовок і балок
Ми ллємо сонячне світло у форми. Вчора вугільні печі вже замінені чистими дугами; сьогодні рідкий «світловий метал» перетворюємо на кістки мостів, рейок, веж і інструментів — тихо, точно і швидко.
Чому сталь (і чому зараз)
Сталь досі є найміцнішою поезією цивілізації на кілограм. Проблема була не в металі — а в диму. З чистою енергією (3–4 частини) та розумним сортуванням (2 частини) ми ллємо і прокатуємо у світовому масштабі, не забруднюючи небо.
- Попит величезний: башти, рейки, кораблі, заводи, сонячні рами, вітрові башти.
- Електрифікований процес: EAF та електричний нагрів перетворюють цехи на дружніх до мережі сусідів.
- Пряме прокатування: гарячий метал безпосередньо у верстати = менше енергії, менше часу, менше проблем.
Основи лиття (плити, блюми, заготовки)
Безперервне лиття (CCM)
Рідка сталь тече у форму, охолоджувану водою, утворюється кірка, потік тягнеться і ріжеться. Жодних величезних парків виливків, жодних «музеїв повторного нагріву» — лише рівномірна сталева ріка.
Плита: 200–250 мм товщини • до 2 000 мм ширини Блюм: 200–350 мм квадрат Заготовка: 100–180 мм квадратШвидкість лиття: плита ~1–2 м/хв; заготовка ~3–6 м/хв (залежить від марки).
Енергія та вихід при литті
- Електроспоживання при литті: ~20–40 кВт·год/т (приводи, вторинне охолодження)
- Вихід від розплаву до виливка: ~92–96% (обрізки, проміжний лійок, початкові/кінцеві частини)
- Гарячий перехід: безпосередньо на прокатний стан 700–1000 °C — на 60–90% менше нагріву
Електричний нагрів, а не полум'я (чому це важливо)
Нагріваймо сталь, а не повітря
Для плит, блюмів і заготовок ми використовуємо індукційні та опірні печі. Вони передають енергію безпосередньо металу; нічого не вилітає в димохід.
- Повний нагрів (холодна плита → 1 200 °C): ~0.25–0.35 MWh/t
- Гаряча передача (700–900 °C → 1 200 °C): ~0.05–0.15 MWh/t
- Приводи прокатки та допоміжне обладнання: ~0.08–0.15 MWh/t
Цифри включають відновлення тепла та сучасні приводи; проектуйте за верхньою межею, радійте нижній.
Чому цехи люблять мікромережу
- Прогнозовані робочі цикли → акумуляції легко покривати піки.
- Відновлення тепла → пар процесу для сусідів (фарбування, пральня, харчова промисловість).
- Без NOx пальників → чисте повітря і менше дозволів.
Лінії прокату та продукція (що ми виробляємо)
Лінія гарячого прокату (HSM) — рулони
Плити перетворюються в рулони для автомобілів, побутової техніки, корабельних плит і сонячних трекерів.
- Вхід: 200–250 мм плита
- Вихід: 1.2–20 мм стрічка
- Електроенергія лінії: ~0.12–0.25 MWh/t (з гарячою передачею)
Плита / Steckel — товсті плити
Товсті, широкі плити для вітрових веж, мостів, корпусів кораблів.
- Вихід: 10–150 мм плита
- Електроенергія лінії: ~0.10–0.20 MWh/t (гаряча передача)
Профілі / прутки — балки, рейки, арматура, дріт
Заготовки/блюми перетворюються на арматуру, H-балки, рейки, дротяний пруток.
- Лінійна електроенергія: ~0.08–0.18 MWh/t (гаряча передача)
- Рейки: прямолінійність <0.3 мм/м
Пам’ятка на тонну (сталеві вироби)
Електроенергія (без плавлення)
| Операція | кВт·год на тонну | Примітки |
|---|---|---|
| Лиття та різання заготовок | 20–40 | Приводи, вода |
| Нагрівання (холодна плита) | 250–350 | Індукція/опір |
| Нагрівання (гаряча передача) | 50–150 | Залежить від вхідної T |
| Вальцювання та допоміжні | 80–150 | Двигуни, гідравліка |
Всього (гарячекатаний рулон): ~0.20–0.40 MWh/t. Всього (холодна плита): ~0.35–0.50 MWh/t.
Виходи (від плавлення до кінцевого)
| Крок | Вихід, % | Коментар |
|---|---|---|
| Випуск EAF → лиття | 92–96% | Обрізки, проміжний лійок |
| Лиття → прокатка | 97–99% | Відрізані кінці |
| Прокатка → виріб | 95–98% | Обрізки країв, задирки |
Загалом: ~85–92% залежно від суміші виробів і гарячої передачі. Брухт повертається назад у EAF.
Заздалегідь розраховані сценарії заводів
Сценарій A — міні-завод (довгі вироби, брухт→EAF)
Потужність 1 Мт/рік • заготовки/блюми → арматура, H‑балки, рейки.
| Позиція | Значення |
|---|---|
| Середній прохід | ~125 т/год. (8 000 год./рік) |
| Електрика EAF (плавлення) | ~0.50 МВт·год/т → ~62.5 МВт |
| Лиття + прокатка (гаряча передача) | ~0.15 МВт·год/т → ~18.8 МВт |
| Загальне середнє навантаження | ~80–90 МВт |
| PV мін. (для денного покриття) | ~410–460 МВтп |
| Сховище (12 год.) | ~0.96–1.08 ГВт·год |
| Відбиток (площа) | ~20–35 га (цехи + майданчики) |
Мінімум PV за формулою Середн.(МВт)×5.14 (5,5 PSH, 85% DC→AC). Збільшуємо, щоб живити сусідів.
Сценарій B — центр листових виробів (DRI(H₂)+EAF + HSM)
Потужність 5 млн т/рік • плити → рулони/плити, широко застосовуючи гарячу передачу.
| Позиція | Значення |
|---|---|
| Середній прохід | ~625 т/год |
| DRI(H₂)+EAF електроенергія | ~3.5–4.0 МВт·год/т → ~2.2–2.5 GW |
| Катанка (гаряча передача) | ~0.20 МВт·год/т → ~125 МВт |
| Загальне середнє навантаження | ~2.3–2.6 GW |
| Витрати H₂ | ~250–300 тис.т/рік |
| PV мін | ~12–13 GWp |
| Сховище (12 год.) | ~28–31 ГВт·год |
| Слід | ~60–120 га + поруч розташоване PV поле |
Електролізери складають більшу частину потужності. Прокатка — «ввічливий» сегмент.
«Ручка» виробничої суміші (1 млн т/рік завод)
| Суміш | Рулон | Плита | Профілі/прути | Середня електроенергія (МВт) |
|---|---|---|---|---|
| Багато рулонів | 60% | 10% | 30% | ~86 |
| Збалансовано | 40% | 20% | 40% | ~82 |
| Багато довгих | 20% | 10% | 70% | ~79 |
Різниці виникають через потребу в двигунах прокатки і частині підігріву; навантаження ЕАФ подібне.
Вихід, якість і нульові відходи
Лом — перевага, а не недолік
- Обрізки країв, брак і відрізки повертаються безпосередньо в ковш ЕАФ.
- Замість подрібнення і підігріву зменшується енергія плавлення і час від завантаження до виливки.
- Кінці заготовок/рулонів живлять малу ливарню для виливків і заготовок прокатного стану.
Забезпечення якості — цікаво
- Лінійні вимірювачі: товщина, профіль, плоскостність.
- «Металургія на рейках»: спектрометри біля лиття; твердість і зернистість біля намотувальних станків.
- Відстежуваність: кожна балка і рулон мають цифрове свідоцтво про народження.
Відбиток і команда (міні-завод 1 Мт/рік)
Площа
- Плавильний цех + лиття: ~8–12 га (закритий)
- Прокатка та завершальні роботи: ~8–15 га
- Площі та логістика: ~5–8 га
- PV поле (мін.): ~2.0–2.5 км² (поруч)
Люди та компетенції
- Команди операторів для кожного цеху (3 зміни), потужна база автоматики.
- Електрики > майстри пальників (так спроектовано).
- Металурги, якість, контроль і стенд з лимонадом для шкільних екскурсій.
Питання та відповіді
«Чи справді балки і рулони з одного й того ж сплаву?»
Так — листи для рулонів/листів і заготовки/блюми для профілів/прутків падають із паралельних потоків лиття. Та сама хімія, різні форми, ті самі — жодних — димів.
«А цинкування і покриття?»
Поруч. Лінії електричного відпалу, ванни цинку/алюмінію та лінії покриття рулонів живуть у тій самій мікромережі, смакуючи надлишкову сонячну енергію з 3 частини.
«Чи можемо ми все заряджати гарячим?»
Майже. Розумні буфери підтримують температуру струму до прокатки; коли потрібно зупинитись, проміжок заповнює електричний підігрів — без «вогню драконів».
Далі: Алюміній, мідь і рідкісні метали — життєві артерії потужності (6 частина). Дроти, легкі сплави та метали для акумуляторів — нервова система наших кісток.