О стратегии выбора и применения огнеупоров в современном сталеплавильном производства с учетом стоимостных и качественных характеристик этих материалов

В данной статье на опыте ЗАО ММЗ “ИСТИЛ (Украина)” показана эволюция решений, позволяющих осуществить экономически оправданный переход от применения в сталеплавильном комплексе предприятия дорогих огнеупоров зарубежного производства к возможному использованию отечественных изделий. При этом указаны основные препятствия для более широкого использования украинской огнеупорной продукции в сталеплавильном производстве страны.

Общее движение к оптимальным футеровкам

Одним из условий достижения эффективности сталеплавильного комплекса является эксплуатация качественных огнеупорных изделий и масс. С учетом данного тезиса сегодня работают многие производители стали. В то же время металлургические предприятия, осуществляющие реконструкцию оборудования, сталкиваются с необходимостью решения еще одной задачи, а именно: как в быстром и безаварийном режиме освоить современные огнеупорные технологии, соответствующие требованиям реконструируемого производства. В подобных условиях к процессу технического развития стараются привлекать иностранные фирмы-производители, которые рассматриваются не только в качестве поставщиков огнеупоров, но и владельцев современных огнеупорных технологий.

Такой путь стал наиболее распространенным среди металлургов еще и потому, что одним из требований фирм-изготовителей металлургического оборудования на стадии гарантийных испытаний их продукции является использование огнеупоров известных фирм, которые имеют в мире репутацию изготовителей качественных материалов и надежных поставщиков. В данном случае уровень качества огнеупорной продукции приобретает критическое значение, ведь в период пуска и освоения нового металлургического оборудования на его футеровку накладываются максимальные нагрузки. И здесь важно обеспечить безаварийную работу вводимых в эксплуатацию агрегатов.

Мини-металлургический завод “ИСТИЛ (Украина)” начинал реконструировать свое сталеплавильное производство также с помощью иностранных производителей. Именно по их рекомендациям в 1999-2002гг. было закуплено и освоено метоборудование, необходимое для работы с современными огнеупорами, составлена и внедрена технология выполнения и эксплуатации футеровок различных тепловых агрегатов.

Следующий этап работы предприятия по “огнеупорному” направлению был ознаменован накоплением собственного опыта эксплуатации новых огнеупоров (в частности, в тот период достигается наиболее значительная часть прироста стойкости футеровок и снижения удельных расходов на огнеупоры). Общение с иностранными фирмами-поставщиками переходит на иной качественный уровень, с их участием решаются более конкретные и узкие задачи. Причем иностранным поставщикам огнеупоров выдвигаются все более жесткие условия сотрудничества, после выполнения которых эти фирмы и получают возможность для последующих поставок огнеупоров на завод.

Параллельно с названными процессами внутри структуры металлургического предприятия осуществляется оптимизация схем выполнения футеровок и эксплуатации оборудования, все в большей степени осознаются причинно-следственные связи между результатами использования огнеупоров и условиями реального производства. После этого момента порядок использования огнеупоров на заводе удается закрепить на оптимальном уровне с точки зрения технологической и экономической составляющих.

Следующим шагом становится снижение затрат на огнеупоры за счет использования менее дорогостоящих огнеупорных материалов в отдельных элементах футеровки агрегатов. Необходимо подчеркнуть, что замена становится возможной только после накопления определенного опыта с выявлением элементов футеровки, на которых возможен переход на более простые и дешевые огнеупоры без снижения технико-экономических показателей службы теплового агрегата в целом.

Таким образом, вначале на “ИСТИЛ (Украина)” освоили схемы выполнения и эксплуатации современных футеровок различных элементов, входящих в состав технологического цикла электросталеплавильного производства. Это было сделано с участием таких зарубежных поставщиков огнеупорной продукции, как Lafarge (после недавнего слияния с некоторыми другими производителями огнеупоров компания стала называться Calderys – прим. ред.), Techcom, Vezuvius, Mayerton. Затем специалисты предприятия приступили к активному поиску отечественных материалов, которые смогли бы выступить в качестве альтернативы импортным огнеупорам, ныне используемым в сталеплавильном производстве мини-завода.

Применительно к футеровкам каждого агрегата из технологической цепочки сталеплавильного комплекса “ИСТИЛ (Украина)” это работа проводилась и проводится следующим образом.

Сталеплавильная печь: больше китайских блоков

По первоначальному проекту футеровка дуговой сталеплавильной 120-тонной печи с системой DANARC производства Danieli включала в себя такие составляющие: периклазоуглеродистые изделия в рабочем слое стен, набивка из магнезиальных масс в подине, периклазоуглеродистые продувочные узлы и эркерный выпуск. Однако после первых кампаний в условиях отработки технологии выплавки, регулирования элементов оборудования (в частности, выбор направленности стеновых горелок), а также неритмичной работы, связанной с перебоями в снабжении металлоломом, было принято решение о переходе на периклазовую футеровку стен изделиями П-91.

В течение 2000-2004гг. проводились работы по повышению стойкости, которые были связаны в первую очередь с отработкой различных схем футеровки, а также с оптимизацией шлакового и энергетического режимов. Как результат, стойкость рабочего слоя футеровки повышена со 150 до 450-480 плавок. Сейчас здесь используются периклазовые изделия П-91 производства ОАО “Комбинат “Магнезит” (г. Сатка Челябинской обл.). Выбор поставщика обусловлен удовлетворительным качеством изделий и их относительно невысокой стоимостью.

Нынешняя межремонтная стойкость соответствует циклу проведения ремонтов механического оборудования. (При необходимости дальнейшего повышения стойкости данный показатель должен быть увеличен сразу в 2 раза, что обеспечивает возможность планирования профилактического ремонта оборудования в середине кампании. Такие показатели стойкости были зафиксированы при использовании периклазоуглеродистых изделий Mayerton – 988 плавок. В частности, ремонт оборудования проводился после 500 плавок, далее кампания печи по футеровке была продолжена.) Для дальнейшего снижения материальных и временных затрат на межремонтное обслуживание футеровки необходима установка более качественных изделий в локальные зоны с интенсивным износом. Для решения этого вопроса у ОАО “Комбинат “Магнезит” приобретена партия изделий из плавленого периклаза марки ППЛУ.

Заслуживает внимания магнезиальная набивная масса ППФ-1 того же производителя, которая нашла широкое применение в сталеплавильном комплексе нашего предприятия. На ДСП-2 она используется для проведения горячих ремонтов футеровки стен, узла эркерного выпуска, при необходимости применяется как торкретмасса. В определенной степени данная масса может являться аналогом такой продукции западного производства, как Ankerfrit NX98, Ankerharth SB25, Ankerjet GP15.

Центральная часть свода печи изначально выполнялась из бетонных блоков производства фирмы RHI, стойкость которых составляла 250-450 плавок. Затем была разработана схема футеровки штучными изделиями периклазохромитового состава. Запросы о возможности изготовления данных изделий были разосланы на украинские предприятия, однако по причине невысокой потребности до изготовления дело не дошло. В дальнейшем выяснилось, что ОАО “Комбинат “Магнезит” выпускает изделия ПХСЭУТ, форма и размеры которых соответствуют нашим требованиям. В настоящее время наше предприятие использует эти изделия серийно, стойкость сводов составляет 400-500 плавок (соответствует длительности кампании по стенам), затраты в сравнении с импортным вариантом снижены в несколько раз.

Стойкость эркерного узла за время эксплуатации печи повышена с 70 до 160 плавок. При этом рост данного показателя происходил по этапам, каждый из которых был обусловлен следующими мероприятиями:

Использование на дуговой печи донной продувки инертным газом системы DANARC позволяет интенсифицировать процесс выплавки. Для обеспечения продувки используются периклазоуглеродистые пробки высотой 750 мм, в которых газопропускные каналы выполнены при помощи металлических трубок с диаметром отверстия 1 мм. В течение первых пяти лет здесь использовались пробки производства RHI. Проблем в отношении их стойкости не было (стойкость соответствовала длительности кампании печи по стенам), однако отмечались серьезные проблемы с обеспечением стабильной продувки, торцы пробок зашлаковывались. Для восстановления газопроницаемости повышалось давление аргона. Но данный прием приводил к вздутию донной части металлической обечайки пробок и отрыву металлических трубок от газораспределительного коллектора, что с учетом длительности кампании является опасным дефектом. В 2005г. были закончены испытания китайских пробок, поставляемых Mayerton. Эта продукция имеет конструктивное усиление вышеуказанного проблемного участка, что позволило решить вопрос с деформацией кожуха. Кроме того, китайские пробки менее склонны к зарастанию и обеспечивают более стабильную газопроницаемость.

В настоящее время удельный расход периклазовых изделий для футеровки ДСП – 0,98 кг/т, расход неформованных огнеупоров – 2,1 кг/т. В футеровке стен ДСП-2 используются российские периклазовые огнеупорные изделия. Неформованные огнеупоры, продувочные блоки и узел эркерного выпуска поставляются производителями из стран дальнего зарубежья с увеличением доли использования китайской продукции.

Сталеразливочные ковши: украинские пробки и шиберная керамика

В рабочем слое комбинированной футеровки сталеразливочных ковшей серийно используются тиксотропные корундошпинельные низкоцементные массы и периклазоуглеродистые изделия производства фирм Lafarge (сейчас Calderys – прим. ред.) и Vezuvius. В течение трех лет совместно с ОАО “УкрНИИО им. А.С. Бережного” проводятся работы по освоению тиксотропной массы отечественного производства. Достигнуты определенные положительные результаты, но удельный расход импортных масс пока несколько ниже, а работы по повышению служебных свойств отечественного аналога движутся, по нашему мнению, медленно.

Что же касается периклазоуглеродистых изделий шлакового пояса, то в данной связи необходимо отметить следующее. На ММЗ “ИСТИЛ (Украина)” к порядку эксплуатации ковшей выдвигаются очень жесткие условия в плане соблюдения требований технологического цикла, что в свою очередь обуславливает использование высококачественной продукции. С учетом данного обстоятельства использование отечественных огнеупоров в данном элементе сталеплавильного цикла предприятия будет возможным только при достижении таких же качественных показателей, как у ведущих западных производителей этой продукции.

Расход тиксотропных масс за время эксплуатации данного вида футеровок снижен с 2,58 кг/т (2000г.) до 1,42 кг/т (11 мес.2005 г.), расход периклазоуглеродистых изделий – с 2,24 кг/т (2000г.) до 1,52 кг/т (11 мес.2005г.), стойкость повышена с 25-30 до 50-60 плавок.

В затворах системы Iberzetta Z-21 первоначально использовались шиберные плиты периклазоуглеродистого состава фирмы RHI с показателем стойкости в 2,5 плавки. В дальнейшем ОАО “Часовоярский огнеупорный завод” (Украина) по нашим чертежам выполнил муллитокорундовые плиты, стойкость которых на этапе внедрения составляла 2-2,5 плавки. В последствии характеристики плит ухудшились, и проблемной стала отливка даже одной плавки.

В настоящее время для футеровки ковшей используется шиберная керамика фирмы Vezuvius (плиты корундоцирконоуглеродистого состава) и продукция отечественного поставщика – фирмы “Фематек-Украина” (плиты муллитокорундового состава). Ковшевой стакан и стакан-коллектор обе фирмы выполняют из корундошпинельного бетона. Продукция фирмы “Фематек” имеет следующую стойкость:

Одним из наиболее успешных проектов в плане конкурентоспособности отечественных огнеупорных изделий являются продувочные пробки для сталеразливочных ковшей производства ОАО “УкрНИИО им. А.С. Бережного”. Работы по проектированию и созданию качественных изделий были начаты в 2002г. Лучшим вариантом оказались пробки, прошедшие высокотемпературный обжиг, с шириной щелей не менее 0,2 мм. Щели с меньшей шириной требуют более интенсивной обработки кислородом перед каждой плавкой, что негативно сказывается на их стойкости.

В настоящее время изделия института обеспечивают 100% потребности электросталеплавильного цеха “ИСТИЛ (Украина)”, заменив собой продукцию фирмы “Лафарж (Украина)”. Испытания пробок различных фирм-производителей показали, что пробки УкрНИИО в условиях завода превосходят импортные аналоги в плане стойкости и стабильности продувки. Стойкость продувочных пробок составляет 30-35 плавок. В настоящее время проводятся работы по созданию конструкции пробок с максимально возможной газопроницаемостью.

МНЛЗ: отечественная торкретмасса “плюс” дорогой высококачественный импорт

На ММЗ “ИСТИЛ (Украина)” практикуются два способа разливки стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ): открытой струей сериями до 18 плавок и с защитой струи металла сериями до 5 плавок. При этом используются промежуточные ковши с универсальной схемой футеровки: теплоизоляционный слой, бетонная футеровка стен и днища и рабочий магнезиальный торкретслой, толщина которого зависит от серийности разливки. Стойкость бетонной футеровки во временном измерении составляет около 1 года (1000-1200 плавок). Вся футеровка выполняется огнеупорами Lafarge (сейчас Calderys – прим. ред.), т.к. предложений от отечественных производителей не поступало. С положительными результатами при серийности 18 плавок прошли испытания торкретмассы немецкой фирмы FEURO.

Компановка разливочных узлов зависит от способа разливки, а именно:

Как видим, в сталеплавильном комплексе ЗАО “ММЗ “ИСТИЛ (Украина)” огнеупоры украинского производства используются, но их доля в общем расходе невелика и зависит прежде всего от конкурентоспособности украинской продукции в конкретных условиях производства предприятия. Конечно, завод заинтересован в расширении используемого сортамента отечественной продукции. Однако практика показывает, что составить реальную конкуренцию качеству импортных огнеупоров способны либо украинские предприятия с иностранными технологиями (“Лафарж-Украина”, “Фематек-Украина”), либо ОАО “УкрНИИО им. А.С. Бережного”, обладающее научной базой и возможностью проведения собственных исследований с последующим внедрением результатов в производство готовой продукции. Сотрудничество с остальными огнеупорными заводами Украины сводится в большей степени к использованию продукции рядового традиционного сортамента (шамот, ПХС, муллитокорунд и т.д.).

В сложившейся ситуации дальнейшее расширение объемов использования украинских огнеупоров может иметь перспективы лишь при наличии следующих составляющих в работе отечественных производителей данной продукции. Во-первых, наши огнеупорщики должны работать над повышением качества своих изделий в комплексе с коммерческой целесообразностью их предложения на рынке. Во-вторых, украинским предприятиям необходимо расширять сортамент выпускаемых огнеупоров, что позволит выбирать отечественную продукцию применительно к четко определенным условиям каждого металлургического производства.

В целом же можно резюмировать следующим образом. Украинские металлургические заводы ожидают предложений со стороны отечественных производителей огнеупоров, но их продукция в данном случае не должна уступать по качеству импортным аналогам. Не будут лишними также и усилия огнеупорных предприятий страны, направленные на то, чтобы ведущие изготовители металлургического оборудования выбирали именно их продукцию в качестве стартового варианта при пуске и освоении этого оборудования на метпредприятиях.