1.5. Производство стаяв

Структура сталеплавильного производства определяется конвертерным,электросталеплавильным и мартеновским процессами.

Доля мартеновской стали в общем объеме ее производства в мире уже ничтожно мала и продолжает сокращаться (рис. 1.4, табл. 1.4).

Со временем практически все мартеновские печи выведут из эксплуатации. Однако нельзя их исключать полностью. В некото­ рых (единичных) случаях мартеновские печи еще могут работать в тех регионах, где нет электроэнергии для питания электропечей и нет доменных печей для производства чугуна для конвертеров, но есть лом и газ и спрос на сталь особого назначения (как на некото­ рых старых уральских заводах). Конвертерное производство еще долго сохранит доминирующее положение в сталеплавильном про­ изводстве. Производительность конвертеров увеличилась незначи­ тельно - с 11 тыс. плавок в 1970 г. до 12 тыс. плавок в 1998 г. Ко­ ренных изменений в конвертерном процессе, вероятно, не про­ изойдет. Комбинированная продувка жидкого чугуна составит ос­ нову всех процессов. В настоящее время известно несколько десят­ ков вариантов комбинированных процессов, продолжаются разра­ ботки новых и совершенствование существующих вариантов.

100

Рис. 1.4. Изме­ нение структуры сталеплавильного производства в мире за период 1960-2000 гг. и

прогноз до 2010 г.

Годы

Существенным для конвертерного производства являются широкое внедрение дожигания газов в объеме конвертера и повышение доли лома в шихте. Это один из вариантов решения проблемы коксового производства интегрированного завода.

В связи с повышением требований к служебным свойствам ме­ талла все большее значение придают улучшению качества продук­ ции - получению так называемой «чистой» стали с ультранизкими содержаниями углерода, серы, фосфора, газов, неметаллических включений. В одном конвертере обеспечить получение такого ме­ талла невозможно. Поэтому сталь получают по различным техно­ логиям, включающим предварительную обработку чугуна, конвер­ тирование и внепечную обработку стали. В перспективе конвертер будут использовать только для проведения «первичного» (до 0,03 ...0,05 % С) обезуглероживания чугуна. Ультраглубокое обез­ углероживание (< 0,01 % С), десульфурацию, дегазацию и рафини­ рование стали будут проводить в агрегатах внепечной обработки, вероятнее всего на установке ковш-печь, которая станет сопутст­ вующим агрегатом конвертера. Все это обеспечит получение ультрачистой качественной стали в основном листового назначения, которая будет разливаться непрерывно. Сохранение доменных пе­ чей в XXI веке предопределит и сохранение конвертеров, как са­ мых экономичных агрегатов передела чугуна и получения чистой стали. Снижения объема производства стали, выплавляемой в кон­ вертерах, не произойдет. Ее доля в общем объеме производства бу­ дет уменьшаться в результате развития электросталеплавильного производства.

Темпы роста объема производства электростали опережают темпы роста общего объема выплавки стали. Совершенствование технологии плавки стали в дуговых печах способствует значитель­ ному улучшению показателей производства. По результатам опро­ са в мире за последние десять лет масса плавки увеличена на 25 % (с 86 до 110 т), повышены мощность трансформатора на 33 % (с 60 до 80 MBA), удельная электрическая мощность трехфазных печей и постоянного тока соответственно на 25 % (с 590 до 758 кВА/т) и на 32 % (с 680 до 900 кВА/т), удельный расход кислорода увеличен

на 25 % (с 24 до 30 м3/т), температура стали на выпуске уменьшена на 25 °С (с 1660 до 1635 °С), продолжительность плавки сокращена на 33 % (со 105 до 70 мин), средняя производительность печи по­ вышена на 54 % (с 61 до 94т/ч), удельный расход графитовых электродов на трехфазных печах уменьшен на 34 % (с 2,9 до 1,9 кг/т) и на печах постоянного тока составляет 1,35 кг/т, удель­ ный расход электроэнергии снижен на 13 % (с 450 до 390 кВт-ч/т), расход огнеупоров уменьшен на 57 % (с 7 до 3 кг/т). В Японии за последние десять лет в электросталеплавильном производстве удельный расход электроэнергии на дуговых печах снижен на 13 % и достиг 367 кВт-ч/т, производительность печей повышена на 59 % (до 111 т/ч).

Рекордные показатели работы дуговых сталеплавильных печей в настоящее время - 46 плавок в сутки на заводе фирмы BSW (Гер­ мания), 40 плавок на заводе фирмы Stahl Gerlafingen (Германия) и более 30 плавок на заводах фирмы Nucor (США) и на других заво­ дах - свидетельствуют о возможности дальнейшего улучшения по­ казателей работы современных дуговых печей.

Проблему снижения содержания в стали азота, серы, фосфора и примесей цветных металлов решают путем использования в шихте металлизованного сырья и чугуна и совершенствования шлакового режима плавки. Лом остается основным шихтовым материалом при производстве стали в электропечах. В 1995 г. в мире было собрано 350 млн. т лома, по прогнозу в 2001 г. будет собрано 380 млн. т. Его доля в общем объеме выплавленной стали составляет 45...65 % в развивающихся странах и 19...22 % - в промышленно развитых странах. Объем металлизованного сырья в шихте составил в 1997 г. 32,2 млн. т и прогнозируется его рост до 40 млн. т в 2001 г.

Достигнута высокая степень очистки технологических газов, со­ держание пыли снижено до менее 5 мг/м3, диоксинов - до менее 0,1 нг/мл в результате «закалки» технологических газов и вдувания угля или коксика в них для адсорбции диоксинов.

Прогнозируется рост доли электростали в мировом объеме вы­ плавляемой стали до 40 % к 2010 г. (33 % в 1999 г.) Если в 1999 г. только 20 млн. т электростали предназначалось для производства

листового проката, то в 2010 г. из электростали предполагают по­ лучить 66 млн. т листа. Соответственно доля сортового проката из электростали снизится с 92 до 80 %. Общий объем выплавленной электростали увеличится с 230 до 264 млн. т.

Лом останется основным шихтовым материалом. Заменители лома будут использованы в меньшем объеме, чем прогнозирова­ лось ранее. В 2010 г. предполагается использовать около 50 млн. т металлизованного сырья и 5...9 млн. т жидкого чугуна.

В перспективе улучшатся технико-экономические показатели работы дуговых печей. К 2010 г. удельный расход электроэнергии уменьшится с 390 до 360 кВт ч/т при расходе угля и кислорода со­ ответственно 23 кг/т и 40 м3/т. Продолжительность плавки сокра­ тится с 68 до 58 мин при токовом времени плавки 45 мин. В Япо­ нии прогнозируется к 2010 г. снижение удельного расхода электро­ энергии до 267...314 кВт ч/т и повышение производительности пе­ чей до 134... 155 т/ч. Дуговые печи будут ненаклоняемыми, полно­ стью автоматизированными, загрузка шихты, содержащей металлизованное сырье и жидкий чугун, и выпуск плавки будут непре­ рывными.

Существенным элементом технологии будет подогрев лома (до 1200 °С) и использование систем газоочистки, снижающих содер­ жание диоксинов и пыли в технологических газах. Шлаки и пыль будут полностью рециклировать.

Прогнозируется рост доли электростали до некоторого предела (45...50 %), что связано со стоимостью и наличием чистого лома и электроэнергии.

1.6. Внепечное рафинирование стали

Внепечное рафинирование стало неотъемлемой частью сталепла­ вильного производства. Только за последние десять лет введены в

эксплуатацию в электросталеплавильных цехах 41 установка ваку- ум-кислородного обезуглероживания стали типа VOD/VD общей мощностью 16 млн. т/год и установки циркуляционного вакууми­ рования типа RJH/RHOB - 2 млн. т/год; в конвертерных цехах-

Рис. 1.5. Изме­ нение мирово­ го объема про­ изводства ста­ ли и вакуумированной стали по прогнозам, %:

1 - оптимисти­ ческому; 2 - среднему;

3 - пессими­ стическому

15 установок типа VOD/VD - 15 млн. т/год и 21 установка типа RH/RHOB - 29 млн. т/год. За это время при увеличении производ­ ства стали на 35 млн. т/год объем вакуумированной стали возрос до 62 млн. т/год. По прогнозу в 2010 г. доля вакуумированной стали в общем объеме ее производства достигнет 27 % (рис. 1.5).

Вакуумная обработка, продувка различными газами и порош­ кообразными реагентами, использование керамических фильтров для удаления включений, химический, дуговой, индукционный или плазменно-дуговой нагрев, направленное раскисление и легирова­ ние стали для управления формой и составом включений, а также строгий контроль параметров, определяющих качество стали, осу­ ществляемые в сталеразливочном или промежуточном ковшах - все это послужит «тончайшей доводкой» показателей качества ста­ ли, которыми можно управлять при жидком состоянии металла.

Внепечное рафинирование при неимоверном разнообразии способов останется «краеугольным камнем» сталеплавильного производства в ближайшем будущем.