Теперь ему предстоит сыграть значительную роль в повышении энергоэффективности одной из самых углеродоемких отраслей на планете, обеспечивая производство новых высококачественных металлов, включая «зеленую» сталь, которые имеют решающее значение для обрабатывающей промышленности, строительного сектора и глобального экономического развития.
Компания ABB объединила свое традиционное электромагнитное перемешивание с перемешиванием газом, чтобы совместить преимущества обоих методов в процессе обработки в ковшовой печи.
Этот перемешивач — вовсе не ложка. Гениальность Дрейфуса заключалась в том, что он распространил закон электромагнитной индукции Фарадея (согласно которому переменное магнитное поле индуцирует электрический ток) на жидкий металл. Запатентованное в 1937 году изобретение, по словам Мартена Седена (Martin Sedén), инженера по научно-исследовательским и опытно-конструкторским работам в металлургическом подразделении ABB, имело огромное значение, поскольку оно создавало эффективный бесконтактный способ перемешивания расплава снаружи тигля, позволяя управлять как направлением, так и амплитудой перемешивающего усилия.
Располагаясь рядом с печью или под ней, электромагнитный перемешивач (EMS) создает бегущее магнитное поле, которое приводит расплав в движение, что обеспечивает более стабильную температуру по всему объему жидкого металла и ускоряет реакции на границе раздела шлака и металла.
В 1930-х годах это стало революционным шагом вперед по сравнению с механическим перемешиванием с помощью ротора, которое, по словам Седена, было неэффективным способом перемешивания расплава, а также «приводило к проблемам с обслуживанием» и сопутствующим простоям.
Третий известный метод металлургического перемешивания — вдувание газов, таких как азот, кислород или аргон, в расплавленную массу — в то время был развит недостаточно хорошо, говорит Седен. «Место, куда вы вдуваете газ в жидкий металл, может создавать слабое место в печи, и с этой технологией было связано множество проблем безопасности», — поясняет он.
Многие из этих проблем к настоящему времени решены, и для некоторых применений ковшовых печей компания ABB теперь использует электромагнитные перемешиватели в сочетании со вдуванием газа в расплав. «Перемешивание газом особенно эффективно для создания турбулентной границы раздела стали и шлака, что способствует десульфурации расплава», — говорит Седен. Технология комбинированного перемешивания ABB, получившая название EMGAS, впервые прошла испытания в начале 2000-х годов и доказала свою способность улучшать производительность на различных этапах процесса в ковшовой печи.
ArcSave® настраивает усилие перемешивания в соответствии с конкретными технологическими потребностями. Эта технология оптимизирует металлургические показатели при работе дуговой электропечи (ДЭП).
До первого коммерческого применения технологии EMS в дуговой электропечи (ДЭП) в Швеции в 1947 году компания ABB была технологическим лидером в производстве печей для металлургической промышленности. «Изобретение Дрейфусом электромагнитного перемешивателя, которое позволило ему рассчитывать и контролировать ток внутри жидкого металла, сделало ABB абсолютным лидером среди поставщиков металлургических технологий в мире», — отмечает Седен.
С тех пор несколько тысяч систем EMS, основанных на изобретении Дрейфуса, были установлены в различных процессах металлообработки, таких как ДЭП, ковшовые печи (также впервые разработанные ABB), непрерывная разливка стали и переплав алюминия.
Сотрудничество стимулирует инновации
Тесно сотрудничая с клиентами при каждом вводе в эксплуатацию оборудования EMS, компания ABB накопила беспрецедентное понимание того, как эта технология ведет себя в различных условиях и при использовании различных шихтовых материалов. Этот глубокий массив данных лежит в основе каждой новой установки и разработки.
«Мы обладаем самым большим опытом в этой области в мире, — говорит Седен. — Мы собрали результаты применения нашей технологии в различных условиях и для каждого клиента можем предоставить симуляции того, как она будет работать у него».
«Практически для каждой установки, — продолжает он, — мы отправляем наших специалистов на объект заказчика, чтобы проконтролировать работу после монтажа и выяснить: “Каковы результаты?” Я думаю, это весьма особенный подход — уникальный в этом бизнесе».
Помимо сотрудничества с отдельными заказчиками, на протяжении десятилетий компания ABB также объединяла усилия с крупными производителями и игроками отрасли.
Например, в 1980-х годах ABB заключила партнерское соглашение с японской компанией Kawasaki Steel для применения электромагнитного поля в традиционном слябовом литье с целью дальнейшего повышения качества слябов. Продуктом совместной работы стал агрегат EMBR (ElectroMagnetic BRake), обеспечивающий контроль над импульсом потоков струй в процессе непрерывной разливки слябов. В 1990-х годах это партнерство продолжилось разработкой кристаллизатора с управлением потоком (Flow Control Mold) для традиционных машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) слябового типа.
ABB Ability™ Optimold Control обеспечивает замкнутый контур управления в реальном времени при непрерывной разливке слябов.
Впоследствии компания ABB разработала кристаллизатор с управлением потоком третьего поколения (FC Mold G3), чтобы отвечать новым требованиям рынка. В последние годы основные усилия были сосредоточены на использовании потенциала цифровизации для дальнейшего совершенствования систем EMS и их автоматизации, а следовательно — и общей эффективности процессов. Optimold Control, цифровое решение, объединяющее систему EMS и устройство измерения температуры кристаллизатора, обеспечивает замкнутый контур управления технологическим процессом в реальном времени при непрерывной разливке слябов.
Поддержание тесной связи с клиентами — залог успеха
«Тесное сотрудничество с нашими клиентами имеет жизненно важное значение для непрерывного совершенствования металлургических процессов», — говорит Седен. Поскольку части этих процессов протекают при столь высоких температурах — 1500 градусов Цельсия и выше — «сложно точно предсказать, что произойдет в новом сценарии», отмечает он. «Вы можете не знать о некоторых происходящих явлениях или их физических параметрах, поэтому значительную часть технологий приходится разрабатывать на основе опыта». Симуляции ABB предоставляют отличный способ проектирования решений, однако «каждое новое изобретение должно быть где-то установлено, протестировано и проверено в реальных условиях, прежде чем можно будет двигаться дальше», подчеркивает Седен.
Сегодня производители стали, алюминия и других металлов сталкиваются со множеством задач: им необходимо повышать качество продукции и сокращать выбросы углекислого газа в процессе производства при сохранении конкурентоспособных цен. Электромагнитные перемешиватели ABB были разработаны для широкого спектра печей и машин непрерывного литья заготовок с целью повышения энергоэффективности и производительности металлургического производства, а также предоставления производителям контроля над своими процессами, что, в свою очередь, облегчает выпуск новых и более прочных сплавов — как более экономичных, так и более чистых.
Экологизация сталелитейной промышленности
Новейшие дуговые электропечи, например, демонстрируют большой потенциал для производства значительных объемов так называемой «зеленой» стали. Работая на электричестве, они могут использовать энергию из возобновляемых источников; кроме того, традиционно они превращают металлолом в новую стальную продукцию, используя возможности вторичной переработки стали и прокладывая путь к экономике замкнутого цикла для этого важнейшего материала.
Инновационное решение ABB Tenova для загрузки, плавки и электромагнитного перемешивания в дуговой электропечи (ДЭП) на предприятии Acciaieria Arvedi в Италии.
В 2022 году в рамках многолетнего сотрудничества ABB с производителем печей ДЭП компанией Tenova было достигнуто важнишее событие — получена окончательная приемка от сталелитейной компании Acciaieria Arvedi на рекордно крупный плавильный агрегат с емкостью печи по выпуску металла 300 метрических тонн.
Consteel EAF от компании Tenova потребовала инновационной адаптации технологии электромагнитного перемешивания ABB ArcSave, последнего поколения EAF-EMS, чтобы дополнить систему непрерывной загрузки твердого металла. «Мы совместно работали над разработкой новой концепции конфигурации перемешивателя для их конкретной печи», — говорит Седен (Sedén).
Совместно разработанный продукт получил название ConsteerrerTM, что привело к снижению потребления электроэнергии на 3,6% (что эквивалентно сокращению выбросов CO2 завода на 38 000 тонн в год) на предприятии Acciaieria Arvedi, а также к увеличению производительности на 5% при одновременном снижении конечного содержания кислорода в производимой стали на 17%. Другие преимущества включают в себя повышение выхода годного металла из лома и уменьшение уноса шлака.
Настоящая «зеленая» сталь производится с использованием железа прямого восстановления, которое получают путем применения «зеленого» водорода или биогаза для удаления кислорода из железной руды, в то время как ранее этот процесс осуществлялся с использованием кокса (высокоуглеродистого угля). Среди текущих научно-исследовательских и опытно-конструкторских проектов ABB Metallurgy, как отмечает Седен: «Мы разрабатываем процессы ЭМП, которые позволяют нам эффективно работать с этим новым сырьем для дуговой печи».
Обеспечение технологического будущего металлургии
«Цифровизация — это новая область, — говорит Седен, — которая позволит нам собирать данные, анализировать их и использовать полученные результаты либо для управления нашим оборудованием, либо для получения новых идей по созданию новой продукции». В Optimold Control сочетание и взаимодействие между ЭМП, датчиками и интеллектуальными системами управления обеспечивают управление процессом и его оптимизацию на уровне, который ранее был невозможен. «Быстрая адаптация и принятие контрмер при динамических изменениях процесса — это новая область, находящаяся под пристальным вниманием наших исследователей».
«Это новая эра с новыми вызовами, и мы рады быть частью решения».
