Высокие
темпы роста спроса и цен на металлопродукцию, которые наблюдались до
середины 2008 года, стимулировали увеличение объемов выплавки стали во
всех регионах мира. Одновременно рос объем экспортных поставок товарной
заготовки и готовой стальной продукции. Углубление мирового
финансово-экономического кризиса привело к существенному снижению
спроса и цен на металлопродукцию во всех регионах.
Некоторые страны с развитой металлургией, которые являются
одновременно крупными импортерами и экспортерами (в частности, Китай,
Индия, Турция и Южная Корея), с наступлением кризиса смогли освоить
производство новых видов продукции, заместить импорт и избежать
существенного падения объемов производства. Однако такая тенденция
отрицательно сказалась на экспортоориентированных странах.
В нынешних условиях важно применение современных технологий, которые
позволяют более эффективно использовать металлургические агрегаты,
повышать конкурентоспособность производителей и осваивать производство
новых видов продукции. Наибольшее внимание уделяется совершенствованию
производства стали в электропечах и кислородных конвертерах.
Электросталь
В настоящее время в мире работает более 1200 дуговых
электросталеплавильных печей (ДЭСП) различной вместимости. Доля
электростали, произведенной в мире в 2008 году, составила 30,6% (405
млн. тонн) общемирового производства. При этом доля двенадцати стран,
производящих по 10 млн. тонн и более электростали, составляет около 70%
рынка этой продукции. В 2008 году крупнейшими производителями
электростали были Китай (45,6 млн. тонн), Индия (32,1 млн. тонн),
Турция (19,7 млн. тонн) и Россия (19,5 млн. тонн).
В последние годы расширение сортамента выплавки стали в ДЭСП
обусловлено технологическими решениями, среди которых: повышение
вместимости плавильных агрегатов до 300 тонн и более; расширение
диапазона применяемой металлошихты.
Устойчивому росту объемов производства электростали способствует ряд
технических усовершенствований, которые обеспечили снижение расхода
электроэнергии на производство 1 тонны стали до уровня 340-345 кВт-ч,
длительности плавки — до 40-42 минут, расход электродов — до 1,0-1,1
килограмма на тонну стали.
Считается, что строительство сверхкрупных ДЭСП позволяет добиться
максимально высоких производственных результатов и повысить
конкурентоспособность продукции при минимальном использовании персонала.
В ноябре 2009 года на заводе Tahara (Tokyo Steel, Япония) была
запущена в эксплуатацию одна из новых сверхкрупных ДЭСП объемом 420
тонн. Агрегат способен производить до 2,6 млн. тонн продукции в год и
предназначен для выплавки низкоуглеродистых и сверхнизкоуглеродистых
марок стали. Двухэлектродная электропечь постоянного тока с диаметром
кожуха 9700 мм оснащена двумя трансформаторами, мощностью 130 МВА
каждый.
Технологическое решение проекта мини-завода MМK-Atakas (Искендерун,
Турция) направлено на достижение высокой конкурентоспособности завода,
в том числе за счет разработки современной высокопроизводительной
крупнотоннажной ДЭСП. В сталеплавильном производстве, которое будет
запущено в конце текущего года, предусмотрено, что при массе плавки 250
тонн и мощности печного трансформатора 300 МВА (1200 кВА-т)
производительность печи составит 320 тонн в час, или 2,3 млн. тонн в
год. Эксплуатация такого агрегата в рамках литейно-прокатного модуля
обеспечит существенное снижение численности персонала, капитальных
затрат и потребления энергии. Конструкция ДЭСП обеспечивает гибкость в
применении шихтовых материалов. На начальной стадии предполагается
применять 80% стального лома и 20% чушкового чугуна, а в перспективе —
DRI и HBI.
Наиболее значимые последние достижения в части технологического
развития ДЭСП воплощены компанией Concast в проекте дуговой печи UHCP
(Ultra High Chemical Power), который имеет в своей основе концепцию
обеспечения минимальной длительности плавки при ее оптимальной
эффективности. Доказано, что длительность плавки в пределах 36-40 минут
вполне достижима для ДЭСП широкого спектра вместимости. Однако при этом
требуется ряд дополнительных подготовительных мероприятий и применение
комплексной системы автоматизации.
Рекордные результаты были достигнуты компанией Concast на
металлургическом заводе Nucor Steel — Jewett Texas (США) на печи с
массой плавки 82 тонн. Длительность плавки составила 30-32 минуты
(производительность — 150 тонн в час). Максимальный результат составил
28 минут, что позволяет осуществлять пятьдесят плавок в сутки. Объем
бадьи для подачи металлолома в печь составляет 140 кубометров, что
позволяет заваливать лом с одной подачи даже при его плотности на
уровне 0,65 тонны на кубометр. В этом случае средняя длительность
завалки, включая перемещение электродов и открытие свода, составляет
всего 50-70 секунд. Печь оборудована трансформатором 110 MВA. Удельный
расход вдуваемого природного газа составляет 4,8 кубометров в час, а
кислорода — 30 кубометров в час.
Сегодня система выплавки углеродистого полупродукта в ДЭСП
продолжает совершенствоваться, повышается производительность и
эффективность технологического процесса. Достигнутые на некоторых
заводах результаты по часовой производительности и массе плавки
сопоставимы с показателями конвертерных цехов. При этом использование
крупнотоннажных электропечей высокой производительности позволяет
предприятиям достичь более высокой конкурентоспособности за счет
снижения капитальных и эксплуатационных затрат.
Однако на данном уровне развития техники и технологии организация
выплавки углеродистого полупродукта для производства особо чистых
сверхнизкоуглеродистых марок стали в ДЭСП невозможна.
Кислородные конвертеры
В настоящее время в мире существует свыше 260 конвертерных цехов, в
которых эксплуатируется около 660 конвертеров. Это оборудование
производит более 67% мирового объема стали (примерно 889 млн. тонн в
2008 году). При этом только двадцать цехов имеют в своем составе печи
вместимостью 290-300 тонн и более. Четыре из них находятся в России
(Череповецкий, Магнитогорский, Новолипецкий и Западно-Сибирский
меткомбинаты), четыре в Японии (Kawasaki Steel Corp. (Mizushima Works),
Nippon Steel Corp. (Yawata Works), Nippon Steel Corp. (Kimitsu Works),
NKK Corp. (Keihin Works)) и два в Украине (“Азовсталь”, Алчевский
меткомбинат).
Пять ведущих стран-производителей конвертерной стали обеспечивают
более чем две трети мирового производства этого вида продукции. При
этом доля конвертерной стали в общем объеме производства металла
существенно колеблется: от 41,9% в США и 54,5% в Украине — до 90,9% в
Китае и 75,2% в Японии.
В отличие от дуговой электросталеплавильной печи, где приоритетен
вопрос производительности, развитие системы производства стали в
конвертерах концентрируется на технологических решениях, которые
направлены на снижение потерь энергии и железа, сокращении расхода
огнеупоров и других расходных материалов. Уделяется внимание сокращению
вредного воздействия на окружающую среду за счет уменьшения выбросов
углекислого газа и пыли.
Среди последних достижений по совершенствованию технологии производства стали в кислородном конвертере:
— увеличение производства стали с низким и особо низким (0,005 %)
содержанием серы, что обусловливает потребность конвертерного
производства в жидком чугуне с содержанием серы до 0,001-0,002%. Задача
реализуется путем внедоменной десульфурации чугуна в агрегатах
производительностью 10-20 тыс. тонн в сутки;
— совершенствование методов контроля положения и конструкции
кислородной фурмы, расхода кислорода, процесса растворения извести,
оптимизации параметров вдувания аргона через донные фурмы и прочее. А
также оперативное прогнозирование содержания углерода по ходу продувки;
— повышение стойкости футеровки конвертера за счет применения
комбинированных сбалансированных схем, в которых учитывают особенности
износа отдельных зон, в том числе подверженных повышенной эрозии;
— применение технологии раздува шлака в кислородном конвертере —
вдувание азота высокого давления через верхнюю кислородную или
вспомогательную фурму с целью разбрызгивания шлака по рабочей
поверхности футеровки. При этом шлак покрывает футеровку, охлаждается и
затвердевает, создавая прочную защитную корочку, препятствующую износу
огнеупоров. Технология раздува шлака предусматривает качание конвертера
для нанесения покрытия на участки футеровки, подвергаемые повышенному
износу при завалке металлолома и выпуске металла.
Сегодня нормальной стойкостью футеровки конвертера принято считать
3,5-5 тыс. плавок. Однако рекордные показатели достигают 20-30 тыс.
плавок.
Таким образом, процесс совершенствования технологии
кислородно-конвертерной плавки основан на повышении требований к
качеству передельного чугуна, углеродистого полупродукта и
продолжительности компании агрегата в рамках устоявшихся временного
цикла плавки и конструкции агрегата.
Совершенствование, оптимизация и уменьшение продолжительности плавки
в ДЭСП и конвертерах становится возможным в том числе и благодаря
внедрению технологий внепечной обработки стали — установок “ковш-печь”,
вакууматоров и др. Их внедрение позволяет увеличить производительность
имеющихся сталеплавильных цехов без увеличения объемов основных
агрегатов.
Авторы — члены Украинской ассоциации сталеплавильщиков.