Кислородно-конвертерное производство стали должно стать превалирующим в черной металлургии Украины. Иначе наши метпредприятия станут малоэффективными бизнесами уже в среднесрочной перспективе
Алексей Смирнов, Донецкий национальный технический университет
Кислородно-конвертерное производство стали должно стать превалирующим в черной металлургии Украины. Иначе наши метпредприятия станут малоэффективными бизнесами уже в среднесрочной перспективе
В настоящее время в Украине функционирует 7 кислородно-конвертерных цехов (ККЦ), которые имеют в своем составе 21 плавильный агрегат. В 2007г. на этих мощностях было выплавлено 21,7 млн.т конвертерной стали, ожидаемое ее производство в 2008г. – 26 млн.т. Крупнейшими производителями конвертерной стали в стране являются комбинаты «АрселорМиттал Кривой Рог» (АМКР) и «Азовсталь». А наибольшее ее количество – свыше 8 млн.т в год – выплавляется в г. Мариуполь (Донецкая обл.). Наиболее крупные конвертеры функционируют на МК «Азовсталь».
Эти «пики», впрочем, возникли совсем не в одночасье. История конвертерного производства стали в Украине насчитывает десятилетия, а само внедрение данного технологического процесса в черную металлургию страны происходило в три немалых по времени этапа.
Краткий курс истории ККЦ
Первый из них (1960-е – начало 1970-х гг.) характеризуется быстрым наращиванием сталеплавильных мощностей и объемов производства стали в Украине. Именно в первой половине 1960-х гг. в республике было завершено строительство последних крупных мартеновских цехов. На то время эти производства были вполне конкурентоспособны с конвертерными цехами. «Устойчивость мартеновской технологии» немало подкреплялась сложившейся на тот период спецификой ценообразования на минеральные и энергетические ресурсы. Кроме того, еще не практиковалась в широких промышленных масштабах непрерывная разливка стали.
Технологический перелом в сталеплавильном комплексе тогда еще УССР (да и всего Советского Союза) берет свое начало в середине 1960-х гг., когда в нашей стране были введены в эксплуатацию по одному конвертерному цеху на ММК им. Ильича и Енакиевском металлургическом заводе (ЕМЗ), еще два – на МК «Криворожсталь». Каждый из этих цехов имел в своем составе по три 160-тонных конвертера. Однако система технологий и организации грузопотоков предполагала работу лишь двух конвертеров одновременно, а продувка кислородом производилась только в одном конвертере одновременно. При этом третий конвертер выводился на ремонт (преимущественно для замены футеровки, стойкость которой составляла 400-500 плавок).
Генеральными проектами указанных цехов предполагалась разливка стали в слитки без ее обработка и доводки в ковше (Следует отметить, что в этот же период на российском Новолипецком МК был запущен первый в мире не только крупный, но и современный конвертерный цех. Он включал в себя три конвертера вместимостью 160 т каждый и предусматривал возможность 100%-й непрерывной разливкой стали на пяти вертикальных слябовых МНЛЗ).
Собственно, консервативная по нынешним меркам схема разливки стали в слитки и до сегодняшнего дня сохранилась на крупнейшем метпредприятии страны – ОАО «АМКР». Более того, этот комбинат группы ArcelorMittal в настоящее время является одним из крупнейших метпредприятий в мире из тех, которые до сих пор не используют в технологической цепочке производства стали способ ее непрерывной разливки. Напротив, в конвертерных цехах ММК им. Ильича и Енакиевского метзавода в последнее десятилетие проводится модернизация с внедрением технологий внепечной доводки и непрерывной разливки стали.
На втором этапе (конец 1970-х – начало 1980-х гг.) в Украине были введены в строй еще два крупных конвертерных цеха на МК «Азовсталь» и Днепровском МК им. Дзержинского. Первый из них (год пуска – 1977) располагал двумя конвертерами вместимостью 350 т каждый, двумя установками для продувки стали в ковше и тремя радиальными 2-ручьевыми слябовыми МНЛЗ. Такая конфигурация и технологическое построение конвертерного цеха полностью соответствовали лучшим известным на то время техническим решениям. Это обеспечило комбинату «Азовсталь» высокую конкурентоспособность как внутри страны, так и в мире. Соответственно, МК «Азовсталь» на долгое время занял лидирующие позиции в конвертерном производстве Украины.
Конвертерный цех ДМК им. Дзержинского, запущенный в эксплуатацию в 1982г., имел в составе два конвертера вместимостью 250 т каждый. Собственно, только лишь сооружение этого цеха обеспечило комбинату возможность для вывода из эксплуатации мартеновского производства, что и было сделано в 1990-х гг.
Первоначально разливка стали в конвертерном цехе Днепровского меткомбината осуществлялась только в слитки. Введение в эксплуатацию участка для непрерывной разливки стали (две 6-ручьевые блюмовые МНЛЗ) было выполнено лишь в 1994г. Однако уже первые годы эксплуатации этих машин непрерывного литья заготовок показали, что при выборе их конструкции, а также изготовителя были сделаны серьезные стратегические ошибки.
Во-первых, выбор пал на далеко не оптимальную модель МНЛЗ конструкции Южно-Уральского машиностроительного завода. Это машина уже на момент принятия решений характеризовалась как «морально устаревшая». Она еще до пуска требовала существенных доработок конструкции, которые, однако, сделаны не были. Во-вторых, предпринятые позже на ДМК им. Дзержинского усилия по замене части ручьев одной МНЛЗ на сечение 160х160 мм реальных преимуществ в технологическом плане обеспечить не смогли. Как результат – фактически пущенные в эксплуатацию МНЛЗ до сих пор не обеспечивают комбинату ни высокой производительности, ни высокого качества заготовки.
В целом же план модернизации конвертерного цеха Днепровского меткомбината предусматривал дооснащение цеха третьим конвертером, установкой «ковш-печь», вакууматором и третьей МНЛЗ еще в первой половине 1990-х гг. Под эту программу даже были закуплены три первых агрегата, а также подготовлена и забетонирована площадка для сооружения четвертого. Однако в силу определенных экономических соображений и недальновидности тогдашних владельцев и руководства комбината все оборудование так и осталось лежать на складе.
Третий исторический этап развития конвертерного производства в Украине характеризуется стремлением ряда предприятий модернизировать свои сталеплавильные цеха. Он совпадает с выходом украинских металлургических предприятий на мировые рынки в условиях разрыва единого экономического пространства бывшего СССР. Начиная со второй половины 1990-х гг., украинские метпредприятия сумели существенно нарастить позиции по экспорту металлопродукции. Однако этот результат был достигнут, прежде всего, за счет экспорта полупродуктов по предельно низким (а иногда и демпинговым) ценам.
Сегодня такая ситуация во многом не устраивает наиболее прогрессивных владельцев ряда украинских металлургических заводов. Они нацелены на извлечение более высокой добавленной стоимости из производимой стали, чем та, которую приносит полуфабрикат. А реализовать данную задачу в рыночных условиях возможно только лишь за счет модернизации всех переделов метпредприятия и сталеплавильного его производства в частности. Этим, в принципе, и объясняется старт нескольких программ коренной реконструкции сталеплавильных мощностей в Украине, которыми ознаменовалась черная металлургия страны уже в 2000-е годы.
Современные задачи ковертерной металлургии
Уже аксиомой стало то, что стратегия развития современных конвертерных цехов заключается в приведении всей системы технологий в соответствие с таким перечнем необходимых требований:
повышение производительности плавильных агрегатов,
снижение энерго- и ресурсопотребления,
применение комплексной внепечной обработки стали,
100%-я разливка стали на машинах непрерывного литья заготовок – МНЛЗ.
(Тенденции развития конвертерного производства в мировом масштабе подробно рассмотрены в «Металле» №8 за 2006г., статья «Конвертерный прогресс» – прим. ред.).
Между тем означенный подход требует гармонизации всей технологической цепочки, начиная с работы аглофабрики и доменного цеха и завершая эксплуатацией МНЛЗ в ритме конвертерного цеха. Немаловажным аспектом является обеспечение ККЦ необходимым количеством кислорода для полноценной работы всех конвертеров одновременно.
В этом отношении весьма характерный пример демонстрирует техническое развитие конвертерного цеха Енакиевского металлургического завода, где усилиями компаний «СКМ» (сейчас ЕМЗ входит в ее дочернюю группу «Метинвест») и «ДАНКО» выполнены следующие мероприятия по коренной реконструкции. В период с 2002г. здесь пустили в строй две установки «ковш-печь» и две высокоскоростные 6-ручьевые сортовые МНЛЗ. Это позволило в 2007г. разлить на МНЛЗ свыше 2,27 млн.т стали при общем объеме ее выплавки 2,79 млн.т (данные самого ЕМЗ).
Кроме того, конвертерный цех Енакиевского метзавода был оснащен современным кислородным блоком; на предприятии также заявлены масштабные планы по реконструкции в доменном переделе. Дальнейший план развития конвертерного цеха предполагает строительство на ЕМЗ еще одной или двух МНЛЗ и установки «ковш-печь». Эти мероприятия позволят разливать непрерывным способом всю выплавляемую на заводе сталь при одновременном увеличении уровня ее годового производства до 3,5-3,6 млн.т.
Серьезная программа технического развития конвертерного производства осуществляется и на основном металлургическом активе «Метинвеста» – комбинате «Азовсталь». На этом предприятии в 2005г. совместно с Новокраматорским машиностроительным заводом (НКМЗ) была выполнена модернизация двух слябовых МНЛЗ. В конце января с.г. на проектную мощность вышла первая двухпозиционная установка «ковш-печь» (оборудование поставила Siemens VAI), способная обрабатывать до 2 млн.т стали в год. Дальнейший проект модернизации предполагает, что в ближайшей перспективе в ККЦ комбината будут сооружены и введены в строй: вторая двухпозиционная установка «ковш-печь», вакууматор и очередная слябовая машина непрерывного литья заготовок мощностью до 2,5 млн.т/год (МНЛЗ №6). По завершении этой программы МК «Азовсталь» заметно повысит свою конкурентоспособность на мировом рынке металлопродукции.
Слябовую МНЛЗ в своем конвертерном цехе не так давно (2006г.) пустил в эксплуатацию еще один крупный производитель стали в стране – ММК им. Ильича. Изготовителем и поставщиком оборудования здесь также выступила фирма Siemens VAI. И сегодня в конвертерном производстве ММК им. Ильича созданы все необходимые предпосылки для обеспечения 100%-й разливки стали на МНЛЗ уже в этом году.
Однако наиболее глобальную программу модернизации и коренной реконструкции с возведением конвертерных мощностей с нуля сегодня в Украине осуществляет корпорация «Индустриальный союз Донбасса» на принадлежащем ей Алчевском металлургическом комбинате (АМК). Начиная с 2004г., на базе этого предприятия ИСД реализует строительство нового ККЦ в составе двух конвертеров с комбинированным дутьем и номинальной массой плавки 300 т. Вот перечень только важнейших технико-экономических показателей проекта:
длительность плавки от выпуска до выпуска – 40 минут;
среднесуточная производительность (учитывая общее количество плавок в год и полное рабочее время): один конвертер (первая очередь) – 29 плавок; два конвертера (полное развитие) – 58 плавок;
планируемая стойкость футеровки конвертера – 2400 плавок;
максимально возможная годовая проектная производительность конвертерного цеха – 6 млн.т стали.
Кроме собственно конвертера, в состав ККЦ на Алчевском меткомбинате входят агрегат «ковш-печь», вакууматор камерного типа и две 2-ручьевые слябовые МНЛЗ номинальной производительностью 2,5 млн.т заготовки в год каждая. В проекте также предусмотрен участок десульфурации чугуна.
Завершение первого этапа этой реконструкции можно отнести на конец 2005г., когда в строй были успешно введены первая установка «ковш-печь» и первая 2-ручьевая слябовая МНЛЗ. А к настоящему времени в состав ККЦ Алчевского МК входят конвертер, установка «ковш-печь», вакууматор и две МНЛЗ.
Сегодня вполне уже можно констатировать: по целому ряду соображений для металлургов постсоветских государств проект реконструкции АМК носит, по сути, беспрецедентный характер. Во-первых, это первый мощный современный конвертерный цех, сооружаемый от нулевой площадки до пуска «под ключ» с привлечением известного в мире производителя металлургического оборудования (немецко-австрийская фирма Siemens VAI). Во-вторых, сооружение ККЦ осуществляется в условиях действующего производства с постепенным наращиванием его объемов. В-третьих, при реконструкции сталеплавильного передела была применена конверсионная схема пуска в эксплуатацию технологических агрегатов: сначала МНЛЗ и установка «ковш-печь», затем еще одна МНЛЗ и вакууматор и только потом был выполнен запуск первого конвертера.
До последнего времени жидкая сталь на АМК выплавлялась в существующем еще мартеновском цехе. Но уже на конец текущего года предполагается, что сталеплавильное производство в Алчевске будет представлено мартеновским цехом в составе двух двухванных сталеплавильных агрегатов вместимостью 2х300 т и конвертерным цехом в составе двух 300-тонных конвертеров. А после завершения строительства третьей МНЛЗ разливка стали в слитки на Алчевском МК будет прекращена полностью.
Конвертер без альтернатив
Рассматривая перспективы развития тех или иных способов выплавки стали в Украине, необходимо всегда учитывать одно важное обстоятельство. А именно: наша страна располагает достаточно большими собственными запасами железорудного сырья. Традиционно эти месторождения обеспечивали сырьем не только украинские металлургические предприятия, но и многие металлургические заводы Восточной Европы. При этом на севере государства, недалеко от границ Восточной Украины, расположены также богатейшие месторождения Курской магнитной аномалии (Россия), которые при определенных условиях могут служить поставщиком железной руды для отечественных заводов.
И в таком вот ракурсе именно конвертерный способ производства стали представляется наиболее приоритетным для металлургических предприятий Украины. Ведь промышленная эксплуатация данной технологии в сравнении с мартеновской выплавкой стали не требует дополнительных затрат природного газа или мазута, являющихся импортными составляющими украинских энергоносителей.
А развитие конвертерных производств страны, по нашему мнению, будет происходить по двум основным направлениям:
Модернизация и дооснащение существующих ККЦ с целью повышения производительности сталеплавильных агрегатов, улучшения качества металлопродукции и обеспечения энергосбережения (в т.ч. и за счет разливки 100% стали на МНЛЗ).
Строительство новых конвертерных цехов взамен действующих крупных мартеновских.
Говоря о модернизации и дооснащении действующих конвертерных цехов, следует подчеркнуть, что эти мероприятия имеют весьма большой потенциал как в плане увеличения производительности, так и в части улучшения качества металлопродукции. Обращаясь к известным технологическим построениям в Западной Европе, отметим, что в настоящее время современные конвертерные цеха обязательно имеют в своем составе установки «ковш-печь» и вакууматоры, а также высокопроизводительные МНЛЗ (в том числе литейно-прокатные агрегаты для получения полосы).
Например, в конвертерном цехе металлургического завода Voestalpine Stahl GmbH (Линц, Австрия) при трех эксплуатируемых 160-тонных конвертерах достигнута производительность в 4,8 млн.т стали (данные 2006г.). Это соответствует 30700 плавкам в год или 87 плавкам в день. При этом расход металлолома на предприятии составляет 355 кг на тонну непрерывнолитой заготовки, расход жидкого чугуна – не более 782 кг/т стали. Конструкция конвертера (рабочий объем 104 м3) предполагает комбинированную продувку с установкой в днище 12 продувочных узлов для инжектирования аргона. Отсечка шлака на выпуске осуществляется газодинамическим устройством. Доводка стали в ковше выполняется на двух агрегатах «ковш-печь» и двух вакууматорах RH.
Но, по большому счету, за примерами эффективного производства стали в конвертерах можно и не ходить в экономически отдаленную от нас Западную Европу. В черной металлургии соседней России не первый год просматриваются весьма прогрессивные подходы к развитию кислородно-конвертерного процесса. Так, РФ располагает 8 крупными конвертерными цехами. И почти все из этих цехов (за исключением ККЦ Западно-Сибирского металлургического комбината) оснащены установками внепечной обработки, вакуумирования и непрерывной разливки стали. Это позволяет российским металлургам занимать устойчивые позиции в части конкурентоспособности продукции, что достаточно легко просматривается, допустим, в сегменте производства автолиста со сверхнизким содержанием углерода (тип ULC и IF).
Возвращаясь в наши пенаты, особо подчеркнем следующее. Строительство новых конвертерных цехов в Украине в немалой степени должно быть обусловлено стремлением владельцев некоторых металлургических заводов заменить действующее мартеновское производство стали на высокоэффективное конвертерное. Украина, как известно, остается сегодня крупнейшим в мире производителем мартеновской стали, выплавляя ее около 17 млн.т в год (подробнее см. «Металл» №4 за 2007г., статья «Артефакт» – прим. ред.). В условиях перманентного роста цен на природный газ и нефть, а также повышения требований к качеству металлопродукции конкурентоспособность мартеновской стали будет продолжать снижаться. Вплоть до того, что в ближайшие 3-5 лет оставшиеся мартены в черной металлургии страны заметно снизят рыночную эффективность предприятий, продолживших эксплуатацию данного способа выплавки стали.
И этот важнейший фактор обуславливает необходимость скорейшей модернизации сталеплавильного передела на некоторых металлургических заводах. На наш взгляд, наиболее актуальной представляется замена мартеновского цеха МК «Запорожсталь» на конвертерный. Заявленный проект реконструкции этого предприятия предполагает строительство до 2012г. крупного конвертерного цеха с установкой такого парка основного оборудования: двух конвертеров вместительностью 250 т, двух слябовых 2-ручьевых МНЛЗ, двух двухпозиционных установок «ковш-печь», вакууматора, двух установок десульфурации чугуна. Строительство планируется реализовать в две очереди, его продолжительность – 4 года, проектируемый итоговый результат – получение до 4,7 млн.т непрерывнолитых слябов в год.
Весьма вероятным представляется также наращивание мощности в конвертерном производстве ММК им. Ильича. Это возможно осуществить за счет строительства еще одного или двух конвертеров с последующим поэтапным выводом мартеновского цеха комбината.
В целом же объемы производства конвертерной стали в Украине могут существенно возрасти уже в ближайшие 6-8 лет и достичь уровня 40-45 млн.т в год. Но при соблюдении таких условий, как:
повышение производительности действующих конвертерных цехов,
достижение полной мощности в конвертерном цехе Алчевского МК,
строительство новых ККЦ на МК «Запорожстали» и ММК им. Ильича.
Ближайшие перспективы (через 1-2 года) принесут более скромные объемы и цифры – 30-32 млн.т конвертерной стали в год.
В завершение нельзя не отметить следующий момент. При всех предпринимаемых усилиях реструктуризация и модернизация сталеплавильного комплекса Украины осуществляется все же достаточно медленными темпами. Особенно это заметно в случае с заводами Днепровского региона. На некоторых комбинатах по-прежнему не используется комплексная внепечная обработка и непрерывная разливка стали, что резко ограничивает их возможности в части создания конкурентоспособной продукции.
Между тем украинские специалисты имеют все возможности для оценки современных решений в конвертерном цехе, используя опыт Алчевского МК. Нельзя не отметить и то, что при желании наши металлурги вполне успешно могут переложить на свои реалии практику развития конвертерных производств стали, которая накоплена в соседней РФ. Причем как в части воплощения эффективного построения современной технологической концепции ККЦ, так и в отношении прикладных моментов реализации тех или иных программ техперевооружения. В отличие от украинских металлургов, их российские коллеги модернизацию и реконструкцию своих конвертерных цехов осуществляют заметно быстрее.
Предтечи – в бессемерах
Применение конвертерного способа выплавки стали в Украине имеет достаточно интересную предысторию. Так, еще до начала второй мировой войны в стране весьма широкое распространение получил бессемеровский процесс, основанный на продувке жидкого чугуна воздухом через днище конвертера и использовании кислой футеровки. В середине 1939г. на Криворожском металлургическом заводе, например, был пущен крупнейший в Европе конвертерный цех, оснащенный новейшей по тому времени техникой: двумя конвертерами емкостью 30 т каждый. Цех был рассчитан на производство 1200-1500 т стали в сутки бессемеровским методом.
А основные усилия по развитию современного ныне кислордно-конвертерного процесса были предприняты в 1956г. Тогда в Украине на верхнее кислородное дутье был переведен бессемеровский цех на Днепропетровском металлургическом заводе им. Петровского, а в 1957г. был пущен в эксплуатацию кислородно-конвертерный цех на МК «Криворожсталь».
Примечательно, что Украина стала второй (после Австрии) страной, успешно освоившей промышленное использование кислородных конвертеров. Это обеспечило долгосрочное лидерство СССР в области конвертерных технологий. Сейчас же нашим металлургам приходится наверстывать упущенное в экономическом хаосе 1990-х годов.