Мартеновский способ производства стали

Шихтовые  материалы (скрап, чугун, флюсы) загружают  в печь через завалочные окна 17. Разогрев шихты, сплавление и нагрев металла и шлака происходит при контакте плавящихся материалов с факелом горящих газов.

Эффективность работы мартеновских печей определяют, сравнивая их производительности и  себестоимости выплавляемой стали.

В мартеновских печах в «ЧМК» можно переплавлять в сталь чугун и скрап любого состава и в любой пропорции.

В настоящее  время в «ЧМК» используют две технологии выплавки стали в мартеновских печах. Их отличие заключается в типе используемого чугуна – жидкого или твердого:

1) скрап-процесс – при котором шихта состоит из стального лома и твердого чушкового чугуна (доля чугуна составляет 25 – 45%). По этой технологии сталь выплавляют на заводах неполного металлургического цикла при отсутствии доменного производства. Вместимость мартеновских печей, выплавляющих сталь скрап-процессом, составляет 50–250 т.

2) скрап-кислородный процесс – при котором шихта состоит из скрапа и жидкого чугуна (доля чугуна составляет 55 – 75%). По этой технологии сталь выплавляют на металлургических заводах полного цикла, на которых имеется собственное доменное производство. Вместимость мартеновских печей, работающим скрап-кислородным процессом, равна 200–600 т. Когда металлическая шихта на 100% состоит из жидкого чугуна (скрапа нет), а в печь в твердом виде заливают только железную руду, процесс называют рудным. В зависимости от состава шлака и материала пода мартеновский процесс может быть «основным» (в составе огнеупоров подины преобладают основные окислы – CaO, MgO) и «кислым» (подина состоит из SiO₂).

Рассмотрим технологию выплавки стали в «ЧМК».

В мартеновской плавке различаются обычно следующие периоды: заправка печи, завалка и прогрев шихты, заливка жидкого или завалка твёрдого чугуна, плавление, доводка, раскисление и легирование, выпуск. Загрузку, прогрев и плавление шихты ведут при максимальной тепловой нагрузке печи.

Заправка печи. Это операции по осмотру и ремонту подины и откосов рабочего пространства печи. Продолжительность заправки 10–30 мин.

Завалка шихты. Завалка шихты осуществляется завалочной машиной. Все твёрдые шихтовые материалы подаются к печи в специальных коробах – мульдах (ёмкостью до 3,3 м³). Продолжительность завалки в зависимости от ёмкости печи колеблется от 1 до 3 часов. Порядок загрузки зависит от типа технологии. При скрап-процессе на подину загружают мелкий стальной лом, затем отдельными участками известняк и боксит, затем средний и крупный лом, сверху чушковый чугун. При скрап-кислородном процессе на подину загружают слой железной руды, затем известняк и стальной скрап.

Прогрев шихты. При скрап-кислородном процессе эту операцию ведут как подготовительный этап перед заливкой чугуна. Длительность периода 20–30 мин.

Заливку чугуна в печь ведут на хорошо прогретый  скрап из чугуновозных ковшей по желобам, установленным в крайние окна печи. Длительность периода 15–30 мин.

Период плавления начинается сразу после окончания заливки чугуна и продолжается 1–5 ч. В печь в этот период подаётся максимальное количество топлива, ванна продувается кислородом. В процессе заливки чугуна и в первый момент плавления происходит интенсивное образование шлака. Толстый слой образовавшегося шлака затрудняет передачу тепла от факела к металлу. В связи с этим в первой половине плавления удаляют из печи (путём спуска в шлаковые чаши) некоторое количество шлака.

Доводка (кипение). Задача данной операции заключается в достижении к концу периода необходимой концентрации углерода и температуры, а также концентраций в металле фосфора и серы. В связи с этим период кипения – наиболее ответственный период мартеновской плавки. Главной реакцией этого периода является реакция окисления растворённого в жидком металле углерода.

Раскисление и легирование – завершающий период плавки, основное назначение которого состоит в снижении содержания кислорода в металле и доведении состава металла до заданного по содержанию всех элементов, включая легирующие. Раскисляющие и легирующие добавки в зависимости от выплавляемой марки стали вводят или в печь, или в сталеплавильный ковш во время выпуска металла.

Выпуск. При достижении требуемого состава и температуры проводят выпуск стали из печи в сталеразливочный ковш. В мартеновской печи выпускное отверстие (лётка) расположено в нижней части задней стенки по центру печи.

3. Направления совершенствования  отрасли черной металлургии

 

Акценты инновационной политики совершенствования отрасли черной металлургии должны постепенно переходить от задач закрепления предприятий на мировом рынке металлопродукции  к задачам мобилизации потенциала развития и в дальнейшем к обеспечению условий для повышения технического уровня отечественной металлообрабатывающей промышленности. Тем самым, процесс ресурсосбережения в самой металлургии будет постепенно распространяться на металлообрабатывающие отрасли. Экономия тонны металла в потреблении примерно на порядок эффективнее экономии при производстве.

В долгосрочной перспективе предполагается, что развитие черной металлургии будет характеризоваться:

- вовлечением в освоение месторождений, прежде всего Сибири и Дальнего Востока;

- ускорением темпов технического перевооружения производств;

- увеличением к 2020 году доли кислородно-конвертерной стали до 38% и электростали – до 62% в общем объеме производства, а также выводом производства стали мартеновским способом;

- совершенствованием сортаментной структуры производства и увеличением доли продукции с высокой добавленной стоимостью;

- повышением качества и конкурентоспособности металлопродукции;

- импортозамещением;

- расширением внутреннего спроса на металлопродукцию;

- повышением уровня участия государства в формировании спроса (госзаказы, стимулирование развития важнейших металлопотребляющих отраслей: промышленная сборка автомобилей, трубопроводный транспорт, судо- и авиастроение, реализация инвестиционных программ отраслей – естественных монополий).

Таблица 1

Факторы, определяющие развитие производства черных металлов

Вид деятельности	Факторы роста (инерционный  вариант)	Дополнительные  факторы роста (инновационный  вариант)
Производство  проката черных металлов	Рост внутреннего  спроса за счет развития машиностроения, строительства, нефтяной, газовой промышленности и транспорта.	Сохранение  позиций российских компаний на мировом рынке металлов. Увеличение  конкурентоспособности российской металлургической продукции с высокой  добавленной стоимостью (холоднокатаный лист, лист с полимерными покрытиями).
Производство  труб	Сохранение  объемов экспортных поставок на уровне не ниже 2011 года.	Повышение спроса на трубы со стороны ТЭКа и строительства. Замещение импортной  продукции за счет ввода новых  мощностей и повышения качества продукции. Расширение  экспортных поставок с переориентацией  на рынки СНГ.

 

В инерционном  варианте предполагается умеренная  динамика развития отраслей – основных потребителей металлургической продукции  и сохранение экспортных поставок. При этом основной экспортной составляющей будет оставаться продукция с  низкой добавленной стоимостью (чугун и полуфабрикаты из железа), предполагается прирост полуфабрикатов в 2020 году на 14,3% по отношению к 2012 году. Сохранение экспорта на уровне 2011 года может быть связано с развитием собственного производства в странах-импортерах российских металлов и изменением позиций игроков мирового рынка.

До 2020 года предполагается ввести в эксплуатацию значительные мощности по производству сортового  и листового проката, большинство  новых производств будет введено в период с 2013 по 2015 год. Трубные компании для обеспечения своих заводов сырьем предусматривают ввести в эксплуатацию комплексы по производству листа и заготовки. Так, за счет ввода в эксплуатацию стана 5000 на ОАО «ЧМК» и модернизации действующих станов будут отсутствовать экономические предпосылки для закупок штрипса для производства труб большого диаметра.

Таблица 2

Факторы, определяющие развитие производства цветных металлов

Вид деятельности	Факторы роста (инерционный  вариант)	Дополнительные  факторы роста (инновационный  вариант)
Производство цветных металлов	Рост экспортных поставок первичных металлов. Умеренный рост внутреннего потребления.	Расширение  сырьевой базы. Новое строительство  и модернизация производства цветных  металлов, увеличивающая предложение  их качественных видов. Расширение экспортных поставок продукции повышенной технологической готовности. Повышение спроса со стороны отраслей – потребителей цветных металлов (строительство, машиностроение и др.).

 

В производстве тяжелых цветных металлов предполагается расширение внедрения автогенных процессов с использованием нового плавильного оборудования (прежде всего, барботажного типа) при переработке сульфидного сырья. Доля меди, произведенной с использованием автогенных процессов, в 2013 г. составит 80-85%, никеля – 65-70%, в 2015 г. – соответственно 85-90% и 70-75%.

В целом по цветной  металлургии расширятся масштабы использования  более экологически чистых гидрометаллургических  процессов, обеспечивающих, помимо снижения выбросов вредных веществ, вовлечение в производство низкокачественных промпродуктов и повышение комплексности использования сырья.

Основные направления  развития и совершенствования металлургии  условно можно разделить по приоритетам  повышения эффективности технологической  модернизации.

1. Наращивание эффективности производства на основе увеличения мощности отдельных агрегатов, повышение качества металлопродукции и оптимизации производительности агрегатов на основе встраивания дополнительных подсистем в действующее производство (микролегирование, вакуумирование, прецизионное литье, непрерывная разливка стали, контролируемая прокатка). Система взаимосвязи производства и потребления металла выделяется в сектор сервисной металлургии, оснащенный специальными технологиями (раскрой, резка, отделка).

Технологическая модернизация должна быть ориентирована на реструктуризацию производства, на мобилизацию ресурсов повышения эффективности металлургии. Металлургические агрегаты специализируются по видам продукции и на использование определенных видов сырья. Это позволит вывести из эксплуатации значительные мощности без потери выпуска металлопродукции (в США и ФРГ на этой основе было ликвидировано 30 процентов мощностей по выплавке стали, в Японии – 20 процентов, в цветной металлургии Японии, ЕС прошли значительные замещения производства первичных металлов на вторичные).

2. Постепенный  переход к общемировым процессам,  усиливает специализацию производств  в металлургии, повышая разнообразие  направлений технологической модернизации. В металлургическом комплексе  могут быть сформированы достаточно обособленные сектора, выполняющие специфические функции и имеющие собственные задачи в сфере технологической модернизации. Принципы разделения секторов многообразны, что в большей степени отражают «институциональный» характер процессов, а не только технологических аспектов.

На выполнение экологических функций ориентированы  технологии утилизации вторичной металлургии, функции формообразования и обработки  металла определяют развитие порошковой металлургии, производства изделий  дальнейшего передела, в создании базовых материалов активную роль играют «виртуальная» металлургия, организация выпуска биметаллов и композитов, на модернизацию базовых процессов и работу с традиционными потребителями ориентирована инжиниринговая металлургия.

Ключевое значение для экономики в 2015-2025 годах имеют следующие направления технологического развития:

- формирование технологических кластеров, реализующих производственный потенциал металлургии. Предполагается повышение технологической однородности производств, занятых в производстве и потреблении металлопродукции, включая соответствующую информационную среду, сопряженное качество продукции.

- организация утилизации и переработки вторичного сырья на базе электросталеплавильных технологий в рамках развития мини заводов. В условиях ограниченных возможностей для добычи руды в России, развитие вторичной металлургии практически не имеет конструктивных альтернатив. Только в данном направлении развития металлургического производства у России имеются реальные резервы. В настоящее время приняты к реализации или находятся в стадии рассмотрения проекты по производству стали на основе вторичных ресурсов общей мощностью около 15 млн.тонн (20 процентов выплавки стали в России).