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.