Без всякого сомнения, можно говорить о том, что сталь - это один из самых востребованных и важных конструкционных материалов. Он используется при конструировании транспорта, авиации, в строительстве и так далее. Стоит заметить, что сегодня производство стали развито очень хорошо. Эта отрасль металлургии считается одной из самых сложных и трудоемких. Давайте более подробно поговорим на данную тему и разберемся со всеми интересными нюансами и деталями.

О мировой сталелитейной промышленности

В 2014 году произошло некое восстановление металлургической промышленности, в частности сталелитейной, после кризиса 2012 года. Статистика показывает, что мировая выплавка ежегодно растет. К примеру, с 2001 по 2012 год объемы увеличились почти на 700 миллионов тонн. Тем не менее, цикличность производства делает сталелитейную промышленность относительно нестабильной отраслью.

Сегодня же можно говорить о том, что ежегодный спрос на данный материал будет постоянно увеличиваться. Страны с развитой инфраструктурой будут выступать в качестве главных покупателей. Обусловлено это необходимостью урбанизации и индустриализации. Из этого можно сделать простой вывод - производство стали никуда не денется, и будет только развиваться.

Кременчугский сталелитейный завод

Данное украинское предприятие известно практически во всем мире. По большей части тут отливаются детали для грузовых вагонов, в частности колеса. Помимо этого завод изготавливает литые детали для автомобильной промышленности и собственных ремонтных нужд. На этом заводе работает примерно 2 500 специалистов по состоянию на 2014 год. Но ввиду экономического кризиса на Украине и ухудшения отношений с Россией завод почти полностью остановился. Обусловлено это тем, что примерно 95% изготавливаемой продукции покупала РФ. В результате все чаще говорят о консервации завода, а после этого его могут просто разобрать.

Первые видимые ухудшения начались еще в 2009 году, когда компания потеряла большую часть своих активов. Уже в 2010 году завод стал банкротом, но свою работу не прекратил. Тем не менее, к 2013 году объемы производства сократились на 48%, что фактически означало остановку предприятия, это и случилось немного позже. Сейчас сложно сказать будет ли работать Кременчугский сталелитейный завод или нет.

Кислородно-конвертерный процесс

В настоящее время существует несколько способов получения стали. Один из них, он же основной - кислородно-конвертерный. Этот метод появился несколько позже бессемеровского. По сути, можно говорить о том, что процесс получения стали в конвертере точно такой же, но несколько усовершенствованный. Давайте немного разберемся с тем, как все работает.

В конвертер заливается жидкий чугун, который снизу продувается кислородом. В процессе происходит окисление примесей чугуна из-за чего и происходит его превращение в сталь. Причем, технология производства стали такова, что во время окисления вырабатывается тепло, которого достаточно для обеспечения необходимой температуры в камере. Как вы видите, это довольно простой метод, позволяющий получить качественный продукт за небольшое время. Температура в камере обычно поддерживается в диапазоне 1 600 градусов.

Мартеновский процесс

Это еще один популярный метод получения качественной стали. Суть заключается в том, что плавка осуществляется на поду в отражательной печи. Предварительно ее оснащают регенераторами, которые необходимы для подогрева воздуха или газа. Можно сказать, что сама идея такой плавки появилась достаточно давно, однако мартеновский процесс производства стали требует высокой температуры, чего добиться никак не удавалось. Но уже в 1864 году впервые использовали регенераторы, которые показали себя с лучшей стороны.

Чтобы получить сталь, в мартеновскую печь загружают шихту. В ее состав входит скрап, лом и чугун. В результате воздействия высокой температуры через некоторое время происходит плавка шихты, а дальше подаются специальные добавки. Они нужны для того, чтобы придать стали необходимые эксплуатационные свойства. Готовый продукт отливается в ковши и транспортируется к пункту назначения. Так как мартеновский метод довольно эффективный и не требует больших затрат, поэтому очень скоро стал основным чуть ли не во всем мире.

Про электросталеплавильное производство

Сегодня практически любой сталелитейный завод имеет в своем составе дуговые сталеплавильные печи. Помимо этого имеют место и печи постоянного и переменного тока, однако они используются редко и объемы выплавки с них невелики. Но вот электродуговые печи пользуются большой популярностью. Обусловлено это тем, что в них можно получить сталь электропечного сортамента. Тут довольно просто получить высоколегированные и легированные стали. В это же время добиться таких же хороших результатов в мартеновских печах и конвертерах не удается. Обусловлено это тем, что в дуговой печи осуществляется быстрый нагрев, что позволяет добавить большое количество легирующих элементов. Наряду с этим защита металла от угара дает хороший результат. В принципе, тут имеется возможность не только плавной регулировки температуры, но и точной, что тоже немаловажно. Ввиду того, что этот метод только развивается, можно говорить о его перспективности.

Производство стали в России

С российской металлургией знакомы во всем мире, так как она является довольно мощной и конкурентоспособной. Не исключением является такая отрасль, как сталелитейное производство. В настоящее время РФ занимает 5 место в мире по количеству производимой стали. Несмотря на то, что внутренние интересы в металле довольно высоки, по состоянию на 2012 год было экспортировано порядка 40% от общего количества продукции.

По статистике, за последние 10 лет наблюдается положительная динамика развития сталелитейной промышленности России. По сравнению с 1999 годом, в 2009 году производительность была увеличена примерно на 64%, что довольно существенно. В это же время многие лидирующие российские заводы не отстают от зарубежных конкурентов и догоняют их в плане производительности. В 2009-м году в России примерно 57% стали изготавливалось в кислородных конвертерах, 27% - в электродуговых печах и всего 16% - в мартеновских печах. В целом Российская Федерация ежегодно изготавливает порядка 4,5% от мирового производства. Но по статистике, эта цифра постепенно ползет вверх, что говорит о положительной динамике.

О ситуации в мире в 2014 году

Как было отмечено выше, после мирового кризиса в 2012 году сталелитейная промышленность оправилась только спустя несколько лет. Так, за это время всемирный спрос на данный металл увеличился на 3,3%. Многие эксперты отмечают, что случилось это потому, что в странах с развитой экономикой постоянно растет спрос на сталь. Наиболее интенсивно рост производства стали проходит в Китае. Там с 2013 года до 2015 было изготовлено больше на 3,5%. Нельзя не отметить и рост в Индии, где было произведено стали больше на 5,6%. В США же рост увеличения объемов производства основывается на увеличении спроса автомобильной промышленности. Планируется изготовить на 3% больше стали по сравнению с предыдущими годами. В Европе в 2012 и 2013 году была отрицательная тенденция, то есть потребление не увеличивалось, а уменьшалось. Но уже в 2014 году потребление выросло на 2,1%. Результат хоть и незначительный, но приятный.

О ценах и еще кое-что

Как было отмечено немного выше, металлургическая промышленность цикличная. Это говорит о том, что цены на металл постоянно изменяются: то они растут, то падают. Тем не менее, по сравнению с 2012 годом был замечен неплохой рост. Однако нужно понимать, что тут все зависит от стоимости исходного сырья. Чем дороже будет обходиться кокс, шихта, лом и другие продукты, тем дороже будет сталь. Нельзя и не обращать внимания на такой фактор, как перенасыщение рынка дешевой китайской продукцией. Это способно существенно снизить цены. Еще один интересный момент заключается в том, что многие потребители пытаются заменить сталь другими материалами. Вместо стальных лопат используют пластиковые, металлические детали заменяют полимерными. К примеру, кузов электрокара изготавливается уже не из стали, а из специального волокна, которое по заявлению производителя имеет отличные прочностные и эксплуатационные характеристики и значительно меньший вес.

Заключение

Как вы видите, на сегодняшний день есть несколько актуальных способов получения стали. Это конвертерный метод, мартеновский и плавка в дуговых печах. Каждый из них чем-то хорош и имеет свои недостатки. Тем не менее, производство стали в мире таково, что приходится пользоваться даже не самыми выгодными, с экономической точки зрения, способами. Одно можно сказать точно, цены на сталь будут постепенно расти, а объемы увеличиваться. Но это будет происходить до определенного момента. В любом случае, через некоторое время появятся лучшие материалы, которые будут иметь меньший вес, лучшее сопротивление коррозии и т.п. Сегодня они если и есть, то невыгодно выглядят на фоне металлических изделий из-за своей высокой стоимости. В принципе, на этом все.

История человечества насчитывает не одну тысячу лет. На протяжении всего периода существования нашей расы отмечается стабильный технический прогресс, немаловажную роль в котором сыграло умение человека обращаться с металлом, создавать и добывать его. Поэтому вполне логично, что металлургия - это то, без чего невозможно представить наш быт, нормальное выполнение рабочих обязанностей и многое другое.

Определение

Прежде всего стоит разобраться с тем, как по-научному, с технической точки зрения, называют современную сферу производства.

Итак, металлургия - это раздел науки, техники, который охватывает процесс получения различных металлов из руды или иных материалов, а также все процессы, имеющие связь с трансформацией химического состава, свойств и структуры сплавов.

Структура

На сегодняшний день металлургия - это мощнейшая отрасль промышленности. Кроме того, она - обширное понятие, которое включает в себя:

• Непосредственное производство металлов.
• Обработку металлических изделий как в горячем, так и холодном виде.
• Сварку.
• Нанесение различных металлических покрытий.
• Раздел науки - материаловедение. Данное направление в теоретическом изучении физико-химических процессов ориентируется на познание поведения металлов, сплавов и интерметаллидов.

Разновидности

Во всем мире существует две основные отрасли металлургии - черная и цветная. Такая градация сложилась исторически.

Черная металлургия заключается в обработке железа и всех сплавов, в котором оно присутствует. Также эта отрасль подразумевает извлечение из недр земли и последующее обогащение руд , сталелитейное и чугунолитейное производство, прокат заготовок, производство ферросплавов.

К цветной металлургии причисляют работу с рудой любого металла, кроме железа. Кстати, условно делят на две большие группы:

Тяжелые (никель, олово, свинец, медь).

Легкие (титан, магний, алюминий).

Научные решения

Несомненно, что металлургия - это деятельность, требующая внедрения инновационных технологий. В связи с этим многие страны нашей планеты активно ведут исследовательские работы, целью которых является изучение и применение на практике самых разнообразных микроорганизмов, которые помогли бы решить, например, такой злободневный вопрос, как очистка сточных вод, являющихся обязательной составляющей металлургического производства. Помимо этого, уже стали реальностью такие процессы, как биологическое окисление, осаждение, сорбция и прочие.

Разделение по технологическому процессу

Заводы металлургии можно условно причислить к двум основным группам:

Пирометаллургии, где процессы протекают при очень высоких температурах (плавка, обжиг);

Гидрометаллургии, которая заключается в извлечении металлов из руд при помощи воды и прочих водных растворов с использованием химических реактивов.

Принцип выбора места постройки металлургического завода

Для того чтобы понять, на основе каких выводов принимается решение о возведении предприятия в том или ином месте, стоит рассмотреть основные факторы размещения металлургии.

В частности, если вопрос касается дислокации завода цветной металлургии, то здесь на первый план выходят такие критерии, как:

• Наличие энергоресурсов. Производство, связанное с обработкой легких цветных металлов, требует колоссального количества электрической энергии. Поэтому подобные предприятия возводят максимально близко к гидроэлектростанциям.
• Требуемое количество сырья. Разумеется, что чем ближе находятся залежи руды, тем, соответственно, лучше.
• Экологический фактор. К сожалению, страны постсоветского пространства не могут быть отнесены в категорию, где предприятия металлургии являются экологически безопасными.

Таким образом, размещение металлургии - сложнейший вопрос, решению которого следует уделять самое пристальное внимание с учетом всевозможных требований и нюансов.

Для формирования максимально подробной картины в описании обработки металлов важно указать на ключевые участки данного производства.

Предприятия черной металлургииимеют в своем составе несколько так называемых переделов. Среди них: аглодоменный, сталеплавильный, прокатный. Рассмотрим каждый из них детальнее.

Доменное производство

Именно на этом этапе осуществляют освобождение железа непосредственно из руды. Происходит это в доменной печи и при температуре свыше 1000 градусов Цельсия. Таким образом происходит выплавка чугуна. Свойства его будут напрямую зависеть от протекания процесса плавки. Регулируя плавление руды, можно в конечном счете получить один из двух передельный (используют в дальнейшем для производства стали) и литейный (из него отливают чугунные заготовки).

Производство стали

Соединяя железо с углеродом и, при необходимости, с различными легирующими элементами, в итоге получают сталь. Методов ее выплавки достаточно количество. Особо отметим кислородно-конверторный и электроплавильный, которые являются самыми современными и высокопродуктивными.

Конверторная плавка характеризуется своей скоротечностью и получением в итоге стали с требуемым химическим составом. Основу процесса составляет продувка кислородом через фурму, в результате чего чугун окисляется и трансформируется в сталь.

Электросталеплавильный способ - самый эффективный. Именно благодаря использованию дуговых печей можно выплавить самые качественные легированные марки стали. В подобных агрегатах нагрев загруженного в них металла происходит очень быстро, при этом есть возможность добавлять необходимое количество легирующих элементов. Кроме того, получаемая таким методом сталь имеет низкое содержание неметаллических включений, серы и фосфора.

Легирование

Этот процесс заключается в изменении состава стали посредством внедрения в нее рассчитанных концентраций вспомогательных элементов для последующего придания ей определенных свойств. В числе наиболее часто применяемых легирующих компонентов значатся: марганец, титан, кобальт, вольфрам, алюминий.

Прокат

Многие заводы металлургииимеют в своем составе прокатную группу цехов. В них производят как полуфабрикаты, так и уже полностью готовую продукцию. Сущность процесса заключается в пропуске металла в зазоре между вращающимися в противоположных направлениях стана. Причем ключевым моментом является то, что расстояние между валками должно быть меньше, чем толщина пропускаемой заготовки. За счет этого металл втягивается в просвет, перемещается и в итоге деформируется до заданных параметров.

После каждого пропуска зазор между валками делают меньше. Важный момент - зачастую металл недостаточно пластичен в холодном состоянии. И потому для обработки его заранее подогревают до требуемой температуры.

Потребление вторичного сырья

В современных условиях рынок потребления вторсырья как черных, так и цветных металлов неуклонно развивается. Во многом это обусловлено тем, что ресурсы руды, к огромному сожалению, не являются возобновляемыми. Каждый год их добычи существенно снижает запасы. Учитывая тот факт, что потребности в металлопродукции в машиностроении, строительстве, авиастроении, судостроении и прочих отраслях народного хозяйства неуклонно растут, вполне разумным выглядит решение развивать переработку уже отработавших свой ресурс деталей и изделий.

Можно с уверенностью утверждать, что развитие металлургии в некоторой степени объясняется и позитивной динамикой сегмента отрасли - использованием вторичного сырья. При этом переработкой металлолома занимаются и крупные, и мелкие компании.

Мировые тенденции развития металлургии

В последние годы наблюдается чёткое повышение объемов выпуска металлопроката, стали и чугуна. Во многом это объясняется настоящей экспансией Китая, который стал одним из ведущих планетарных игроков на рынке металлургического производства.

При этом различные факторы металлургии позволили Поднебесной отвоевать себе практически 60% всего мирового рынка. Остальную десятку основных производителей составили: Япония (8%), Индия и Соединенные Штаты Америки (6%), Россия и Южная Корея (5%), Германия (3%), Турция, Тайвань, Бразилия (2%).

Если же рассматривать отдельно 2015 год, то наблюдается тенденция снижения активности производителей металлопродукции. Причем самый большой спад отмечен в Украине, где был зафиксирован результат, который на 29,8% ниже прошлогоднего.

Новые технологии в металлургии

Как и любая другая промышленность, металлургия просто немыслима без разработки и внедрения на практике инновационных разработок.

Так, сотрудники Нижегородского государственного университета разработали и начали внедрять в практику новые наноструктурированные износостойкие твердые сплавы, в основе которых лежит карбид вольфрама. Основное направление применения новшества - производство современного металлообрабатывающего инструмента.

Кроме того, в России был модернизирован колосниковый барабан со специальной шаровой насадкой с целью создания новой технологии переработки жидкого шлака. Это мероприятие было выполнено на основе государственного заказа Министерства образования и науки. Такой шаг полностью себя оправдал, поскольку его результаты в итоге превзошли все ожидания.

Крупнейшие предприятия металлургии в мире

• Arcelor Mittal - компания с главным офисом в Люксембурге. Ее доля составляет 10% всего мирового производства стали. В России компании принадлежат шахты Березовская, Первомайская, Анжерская, а также "Северсталь-групп".
• Hebei Iron & Steel - гигант из Китая. Он полностью принадлежит государству. Помимо производства, компания занимается добычей сырья, его транспортировкой и проведением научно-исследовательских работ. На заводах компании используются исключительно новые разработки, и самые современые технологические линии что позволило китайцам научиться производить ультратонкие стальные плиты и сверхтонкий холоднокатанный лист.
• Nippon Steel - представитель Японии. Менеджмент компании, которая начала свою работу еще в 1957 году, стремится к объединению с другим предприятием, именуемым Sumitomo Metal Industries. По мнению экспертов, такое слияние позволит достаточно быстро выйти японцам на первое место в мире, обогнав всех своих конкурентов.

1. Технико-экономическая и организационная характеристика сталеплавильного производства.

2. Время действия агрегатов в сталеплавильных цехах.

3. Определение суточной производительности сталеплавильных агрегатов.

4. Производственная программа сталеплавильных цехов.

5. Организация производства и труда в сталеплавильных цехах.

1. Технико-экономическая и организационная характеристика сталеплавильного производства

Выплавка стали, ведется в основном тремя способами: мартеновским, конверторным и электросталеплавильным. В настоящее время мартеновский способ уступает место более прогрессивным – конвертерному и электросталеплавильному. При относительном уменьшении доли мартеновской стали, абсолютный объем ее производства из года в год возрастает.

Конвертерный процесс, как процесс технически более совершенен и экономически более эффективен, имеет целый ряд преимуществ перед другими способами, и в первую очередь перед мартеновским:

1. Более высокая производительность на единицу емкости агрегата и на одного трудящегося.

2. Удельные капитальные вложения на строительство цеха такой же производительности, как мартеновского, с учетом затрат на кислородные станции.

3. Расход огнеупоров на единицу мощности агрегата в 2-3 раза меньше.

4. В хорошо работающих цехах при оценке лома по цене чугуна себестоимость стали ниже мартеновской.

Производство стали в электродуговых печах обладает рядом технологических преимуществ перед конверторным и мартеновским способами производства. Во-первых, высокая температура в значительной мере экранированных от стен и свода источников тепловой энергии позволяет быстро нагревать и поддерживать требуемую температуру металла в ванне. Во-вторых, возможность создавать в рабочем пространстве электропечи как окислительную, так и восстановительную атмосферу. Указанные преимущества позволяют с высокой достоверностью контролировать ход плавки с точки зрения:

Эффективного рафинирования металла от вредных примесей;

Легирования металла при минимальных потерях дорогостоящих элементов.

Сталеплавильные цехи занимают промежуточное место в общем, металлургическом цикле, имеют тесные производственные связи с доменными и прокатными цехами. Такое положение требует четкой согласованности во время снабжения сталеплавильных агрегатов жидким чугуном, а прокатных станов горячими слитками и заготовками. Сталеплавильное производство характеризуется нестабильностью многих факторов процесса (разная длительность отдельных периодов плавки стали, непостоянное качество используемых материалов, изменение длительности плавки в течение компании печи и др.). сталеплавильные агрегаты обслуживаются общими участками (шихтовый двор, миксерное отделение, отделение подготовки изложниц и раздевания слитков) и оборудованием (завалочные машины, разливочные, разливочные и уборочные краны и др.).

Приведенные особенности обуславливают необходимость строгой регламентации производственного процесса каждого агрегата в отдельности и всех агрегатов вместе, требуют увязки работы всех участков цеха между собой и согласования его работы с работой смежных и обслуживающих цехов. Решение этих вопросов невозможно без регламентации производственных процессов.

В первую очередь регламентации подлежит:

1. состав шихты (химический состав чугуна, пропорции составных частей – количество тяжеловесного лома, размеры материалов);

2. время и порядок завалки различных материалов шихты и заливки жидкого чугуна;

3. время и порядок подачи шихтовых материалов на рабочую площадку;

4. длительность плавки по периодам;

5. тепловой и температурный режимы по периодам плавки;

6. время и порядок подготовки разливочного пролета к приему и разливке стали (подготовка ковшей, скорость разливки стали, время выдержки металла в ковше);

7. время и порядок уборки продуктов плавки (время выдержки стали после разливки, транспортировки составов к нагревательным колодцам прокатного цеха, смета шлаковых чаш);

8. расход шихтовых материалов на одну тонну стали и выход годного;

9. сроки и длительность ремонтов печей и оборудования;

10. штат рабочих и руководителей по участкам и цеху в целом;

11. нормы выработки, нормы времени по видам работ и порядок оплаты труда (система зарплаты, расценки, показатели премирования);

12. рациональные приемы работы, устанавливаемые на основе передового опыта и внедрение планов ОНОТ;

13. требования, предъявляемые к другим цехам и хозяйствам.

Кислородно-конверторные цехи по сравнению с мартеновскими более компактны, оборудование их более простое, условия труда значительно лучше. Однако сравнительно малая длительность плавки (40-50 мин) требует особенно четкой организации работы. Электросталеплавильные цехи по характеру и длительности операции технологического процесса, составу участков и организации обслуживания печей весьма сходны с мартеновскими. В ферросплавных цехах самостоятельными участками являются: подготовка и подача шихты, печной пролет (собственно плавка), разливка и уборка продуктов плавки. Ферросплавы выплавляют двумя способами: периодическим и непрерывным, что вносит соответствующие особенности в организации работы этих цехов. Регламентация процесса и увязка во времени всех производственных операций на участках цеха обеспечивают ритмичную и высокопроизводительную работу печей.

2. Время действия агрегатов в сталеплавильных цехах

Сталеплавильные процессы протекают при высоких температурах. Поэтому наиболее экономичный для них режим непрерывной круглосуточной работы. При планировании объема выплавки стали, во всех сталеплавильных цехах по каждому агрегату определяют время его работы в планируемом периоде и производительность в единицу времени. Время работы различают: календарное, номинальное и фактическое. Время действия сталеплавильных агрегатов включает простой печей на капитальных и текущих ремонтах. Фактическое время определяют, исключая горячие простои. Капитальные холодные ремонты вызываются, как правило, ремонтом кладки и связанные с полным охлаждением, последующей сушкой и разогревом печи и футеровки конвертера. Текущие (холодные) ремонты устанавливаются исходя из сроков службы отдельных элементов печи. Продолжительность простоя на холодном ремонте зависит от емкости печи и категории ремонта. Капитальные ремонты финансируются за счет амортизационных отчислений, а текущие – за счет производства, то есть затраты на их проведение включаются в себестоимость стали с равномерным распределением на весь межремонтный период. Номинальным (производственным) считается время нахождения печи в горячем состоянии. Определяется оно исключением из календарного времени холодных простоев (ремонтов), в течении которых печь полностью охлаждается.

Простои на холодных ремонтах в планируемом периоде определяют по каждой печи исходя из сроков службы отдельных ее элементов, даты последнего ремонта и последовательности чередования ремонтов. Горячие простои вызываются горячими, (печь находится в горячем состоянии) ремонтами: ремонт пода, огнеупорной кладки, оборудования и др. В основном это ремонты пода. К простоям печи относятся остановки по причине ремонта кожуха, футеровки, электрического оборудования высокого и низкого напряжения, механического оборудования, из за недостатка шихты, электроэнергии, электродов и т.д. Простоем считается время, когда трансформатор отключен (все типы ферросплавных печей) или, работают в холостую – без внешней нагрузки (рафинировочные печи). К холодным простоям относятся остановки печи на плановые ремонты. Продолжительность холодных простоев считается с момента отключения печи после выпуска последней плавки до выпуска первой плавки после ремонта. Разогрев печей после текущих и капитальных ремонтов не планируется. Время на разогрев входит в номинальное время работы печей. При необходимости разогрева печей после плановых холодных ремонтов планируемая среднесуточная производительность печей на данный месяц снижается. Производительность печей после капитального ремонта на период разогрева определяется, утверждается отдельно. Продолжительность перевода печей со сплава на сплав определяется как время с момента начала промывки или подачи в печь шихты на новый сплав до начала выпуска первой из пяти годных плавок, полученных подряд при переводе. Время перевода со сплава на сплав входит в состав холодных простоев и в технических отчетах показывается на том сплаве, из-за которого переводят печь. Горячими простоями считается незапланированные (аварийные) остановки печи, в течение которых невозможно вести технологический процесс. Причинами таких остановок могут быть:

1. неисправность оборудования (электрического, механического)

2. обламывание или разрушение электродов, аварии у горна, выбросы из печи, интенсивные ошлаковывание ванны

3. отсутствие шихты

4. отсутствие электроэнергии

5. отсутствие разливочной машины и т.д.

Первые три вида относятся к числу простоев по техническим причинам, остальные – по организационным причинам.

Технологическими простоями считаются время, необходимое для проведения таких технологических операций, при которых не подается электроэнергия; они входят в номинальное время работы печей. К технологическим простоям рафинировочных печей относят:

1. время, необходимое для выпуска металла и шлака;

2. время необходимое для наращивания и перепуска электродов или для их смены;

3. время на затравку ванны.

График ремонта печей на планируемый год разрабатывается в соответствии с нормативами периодичности и продолжительности ремонтов оборудования. Продолжительность и периодичность капитальных ремонтов конвертеров определяется объемом работ и методами их выполнения. Остановки на планово предупредительный ремонт, включаемые в календарное время, вызываются главным образом заменой футеровки и профилактикой оборудования. Частота замены футеровки зависит от ее стойкости. В среднем на предприятиях она колеблется от 700 и более плавок, а продолжительность ее замены от двух до двух с половиной суток. С повышением стойкости футеровки и сокращением времени ее замены при классической схеме работы агрегата значительно возрастает время нахождения конвертера в резерве. Опыт свидетельствует о возможности одновременной работы тремя конвертерами, что исключает простои в резерве и значительно увеличивает номинальное время работы конвертеров и объем выплавки стали, однако при этом требуется обеспечить достаточную пропускную способность участков цеха и согласовать работу конвертеров со сметными и обслуживающими цехами. Номинальное время работы конвертеров определяется исключением из календарного простоев на капитальном и ППР во время нахождения конвертеров (при классической схеме работы) в резерве.

Производство стали сегодня осуществляется в основном из отработанных стальных изделий и передельного чугуна. Сталь представляет собой сплав железа и углерода, последнего в котором содержится от 0,1 до 2,14%. Превышение содержания углерода в сплаве приведет к тому, что он станет слишком хрупким. Суть процесса производства стали, в составе которой содержится гораздо меньшее количество углерода и примесей, по сравнению с чугуном, состоит в том, чтобы в процессе плавки перевести эти примеси в шлак и газы, подвергнуть их принудительному окислению.

Особенности процесса

Производство стали, осуществляемое в сталеплавильных печах, предполагает взаимодействие железа с кислородом, в процессе которого металл окисляется. Окислению также подвергаются углерод, фосфор, кремний и марганец, содержащиеся в передельном чугуне. Окисление данных примесей происходит за счет того, что оксид железа, образующийся в расплавленной ванне металла, отдает кислород более активным примесям, тем самым окисляя их.

Производство стали предполагает прохождение трех стадий, каждая из которых имеет свое значение. Рассмотрим их подробнее.

Расплавление породы

На данном этапе расплавляется шихта и формируется ванна из расплавленного металла, в которой железо, окисляясь, окисляет примеси, содержащиеся в чугуне (фосфор, кремний, марганец). В процессе этого этапа производства из сплава необходимо удалить фосфор, что достигается за счет содержания в шлаке расплавленного оксида кальция. При соблюдении таких условий производства фосфорный ангидрид (Р2О5) создает с оксидом железа (FeO) неустойчивое соединение, которое при взаимодействии с более сильным основанием - оксидом кальция (CaO) - распадается, и фосфорный ангидрид превращается в шлак.

Чтобы производство стали сопровождалось удалением из ванны расплавленного металла фосфора, необходима не слишком высокая температура и содержание в шлаке оксида железа. Чтобы удовлетворить эти требования, в расплав добавляют окалину и железную руду, которые и формируют в ванне расплавленного металла железистый шлак. Содержащий высокое количество фосфора шлак, формирующийся на поверхности ванны расплавленного металла, удаляется, а вместо него в расплав добавляются новые порции оксида кальция.

Кипение ванны расплавленного металла

Дальнейший процесс производства стали сопровождается кипением ванны расплавленного металла. Такой процесс активизируется с повышением температуры. Он сопровождается интенсивным окислением углерода, происходящим при поглощении тепла.

Производство стали невозможно без окисления излишков углерода, такой процесс запускают при помощи добавления в ванну расплавленного металла окалины или вдувания в нее чистого кислорода. Углерод, взаимодействуя с оксидом железа, выделяет пузырьки оксида углерода, что создает эффект кипения ванны, в процессе которого в ней снижается количество углерода, а температура стабилизируется. Кроме того, к всплывающим пузырькам оксида углерода прилипают неметаллические примеси, что способствует уменьшению их количества в расплавленном металле и приводит к значительному улучшению его качества.

На данной стадии производства из сплава также удаляется сера, присутствующая в нем в форме сульфида железа (FeS). При повышении температуры шлака сульфид железа растворяется в нем и вступает в реакцию с оксидом кальция (CaO). В результате такого взаимодействия образовывается соединение CaS, которое растворяется в шлаке, но раствориться в железе не может.

Раскисление металла

Добавление в расплавленный металл кислорода способствует не только удалению из него вредных примесей, но и увеличению содержания данного элемента в стали, что приводит к ухудшению ее качественных характеристик.

Чтобы уменьшить количество кислорода в сплаве, выплавка стали предполагает осуществление процесса раскисления, который может выполняться диффузионным и осаждающим методом.

Диффузионное раскисление предполагает введение в шлак расплавленного металла ферросилиция, ферромарганца и алюминия. Такие добавки, восстанавливая оксид железа, снижают его количество в шлаке. В результате растворенный в сплаве оксид железа переходит в шлак, распадается в нем, высвобождая железо, которое возвращается в расплав, а высвобожденные оксиды остаются в шлаке.

Производство стали с осаждающим раскислением осуществляется путем введения в расплав ферросилиция, ферромарганца и алюминия. Благодаря наличию в своем составе веществ, обладающих большим сродством к кислороду, чем железо, такие элементы образуют соединения с кислородом, который, отличаясь невысокой плотностью, выводится в шлак.

Регулируя уровень раскисления, можно получать кипящую сталь, которая не полностью раскислена в процессе плавки. Окончательное раскисление такой стали происходит при затвердевании слитка в изложнице, где в кристаллизующемся металле продолжается взаимодействие углерода и оксида железа. Оксид углерода, который образуется в результате такого взаимодействия, выводится из стали в виде пузырьков, также содержащих азот и водород. Полученная таким образом кипящая сталь, содержит незначительное количество металлических включений, что придает ей высокую пластичность.

Производство сталей может быть направлено на получение материалов следующего типа:

• спокойных, которые получаются, если в ковше и печи процесс раскисления полностью завершен;
• полуспокойных, которые по степени раскисления находятся между спокойными и кипящими сталями; именно такие стали раскисляются и в ковше, и в изложнице, где в них продолжается взаимодействие углерода и оксида железа.

Если производство стали предполагает введение в расплав чистых металлов или ферросплавов, то в результате получаются легированные сплавы железа с углеродом. Если в стали данной категории необходимо добавить элементы, которые имеют меньшее сродство к кислороду, чем железо (кобальт, никель, медь, молибден), то их вводят в процессе плавки, не опасаясь за то, что они окислятся. Если же легирующие элементы, которые необходимо добавить в сталь, имеют большее сродство к кислороду, чем железо (марганец, кремний, хром, алюминий, титан, ванадий), то их вводят в металл уже после его полного раскисления (на окончательном этапе плавки или в ковш).

Необходимое оборудование

Технология производства стали предполагает использование на сталелитейных заводах следующего оборудования.

Участок кислородных конверторов:

• системы обеспечения аргоном;
• сосуды конверторов и их несущие кольца;
• оборудование для фильтрации пыли;
• система для удаления конверторного газа.

Участок электропечей:

• печи индукционного типа;
• дуговые печи;
• емкости, с помощью которых выполняется загрузка;
• участок складирования металлического лома;
• преобразователи, предназначенные для обеспечения индукционного нагревания.

Участок вторичной металлургии, на котором осуществляется:

• очищение стали от серы;
• гомогенизация стали;
• электрошлаковый переплав;
• создание вакуумной среды.

Участок для реализации ковшовой технологии:

• LF-оборудование;
• SL-оборудование.

Ковшовое хозяйство, обеспечивающее производство стали, также включает в себя:

• крышки ковшей;
• ковши литейного и разливочного типа;
• шиберные затворы.

Производство стали также предполагает наличие оборудования для непрерывной разливки стали. К такому оборудованию относится:

• поворотная станина для манипуляций с разливочными ковшами;
• оборудование для осуществления непрерывной разливки;
• вагонетки, на которых транспортируются промежуточные ковши;
• лотки и сосуды, предназначенные для аварийных ситуаций;
• промежуточные ковши и площадки для складирования;
• пробочный механизм;
• мобильные мешалки для чугуна;
• оборудование для обеспечения охлаждения;
• участки, на которых выполняется непрерывная разливка;
• внутренние транспортные средства рельсового типа.

Производство стали и изготовление из нее изделий представляет собой сложный процесс, сочетающий в себе химические и технологические принципы, целый перечень специализированных операций, которые используются для получения качественного металла и различных изделий из него.

Добыча железа началась, по крайней мере, за два тысячелетия до нашей эры. Получение чистого железа , его сплавов стало возможным благодаря опыту, накопленному древними металлургами по выплавке меди и её сплавов с оловом , серебром , свинцом и другими легкоплавкими металлами.

Плавку железа в древности производили в ямах-горнах, обмазанных глиной или выложенных камнем. В горн загружали дрова и древесный уголь . Через отверстие в нижней части горна нагнетали с помощью кожаных мехов воздух. На смесь древесного угля и дров засыпали измельченную железную руду . Сгорание дров и угля проходило интенсивно. Внутри горна достигалась относительно высокая температура .

Благодаря взаимодействию угля и оксида углерода СО, образовавшегося при сгорании угля, с оксидами железа, содержавшимися в руде, железо восстанавливалось и в виде тестообразных кусков накапливалось на дне горна. Куски были загрязнены золой, шлаком, выплавлявшимся из составляющих руды. Такое железо называли сыродутным. Из него необходимо было удалить примеси прежде, чем приступить к изготовлению изделий. Разогретый металл ковали и на наковальне выжимали остатки шлака, примесей и др. Отдельные куски железа сваривали в единое целое. Такой способ существовал вплоть до XII-XIII вв.

Когда стали использовать энергию падающей воды и приводить в движение меха механическим способом, удалось увеличить объём воздуха, подаваемого в горн. Горн сделали больше, стенки его выросли из земли, он стал прообразом доменной печи - домницей. Домницы имели высоту в несколько метров и сужались кверху. Сначала они были квадратными, потом стали круглыми. Подачу воздуха производили через несколько фурм. В нижней части домницы имелось отверстие, замазываемое глиной, через которое после окончания плавки вынимали готовое железо. Улучшение технологии плавки, обкладки стенок домницы природным огнеупорным камнем позволили значительно повысить температуру в горне. На дне печи образовывался жидкий сплав железа с углеродом - чугун . Вначале чугун считали отходом производства, так как он был хрупким (отсюда появилось английское название чугуна - pig iron , свиное железо). Позже заметили, что чугун обладает хорошими литейными свойствами и из него стали отливать пушки, ядра, архитектурные украшения .

В начале XIV в. из чугуна научились приготовлять ковкое железо, появился двухступенчатый способ производства металла. Куски чугуна переплавляли в небольших тиглях - горнах, в которых удавалось получать высокую температуру и создавать окислительные условия в области фурм. Благодаря окислению из чугуна выжигали большую часть углерода, марганца, кремния. На дне тигля собирался слой железной массы - крица . Масса была загрязнена остатками шлака. Её извлекали из тигля клещами или ломом и тут же в разогретом состоянии подвергали ковке для выдавливания загрязнений и сваривания в один прочный кусок. Такие горны назывались кричными. Они обладали большей производительностью, чем сыродутные, и давали металл более высокого качества. Поэтому со временем получение сыродутного железа было прекращено. Выгоднее было получать железо из чугуна, чем непосредственно из руды. По мере улучшения качества железа возрастали и потребности в нём в сельском хозяйстве, военном деле, строительстве, промышленности. Возрастало производство чугуна, домницы увеличивались в размерах, постепенно превращаясь в доменные печи. В XIV в. высота доменных печей достигала уже 8 м.

Ускоренное развитие металлургии началось после замены древесного угля коксом . Вырубка лесов для получения древесного угля привела к тому, что уже в XV в. в Англии было запрещено использовать древесный уголь в металлургии. Применение кокса не только удачно решило проблему топлива, но и благоприятствовало росту производительности доменных печей. Благодаря повышенной прочности и хорошей теплотворной способности кокса стало возможным увеличение диаметра и высоты печей. Позднее были успешно проведены опыты по использованию доменного колошникового газа для подогрева дутья. Раньше все газы выбрасывались в атмосферу, теперь колошник стали делать закрытым и улавливали отходящие газы.

Одновременно совершенствовался и способ получения стали. Кричный способ уже не мог удовлетворить потребности в железе. Прочность сталям придавал углерод . Науглероживание кричного железа производили либо в твердом состоянии, либо сплавлением с чугуном в маленьких тиглях. Но такие методы не могли дать много стали. В конце XVIII в. на металлургических заводах появился новый процесс - пудлингование . Сущность процесса пудлингования заключалась в том, что топка была отделена от ванны, в которой расплавляют чугун. По мере окисления примесей из жидкого чугуна выпадали кристаллы твердого железа, которые накапливались на поду ванны. Ванну перемешивали ломом, намораживали на него тестообразную железную массу (до 50 кг) и вытаскивали из печи. Эту массу - крицу обжимали под молотом и получали железо.

В 1864 г. в Европе появились первые мартеновские печи , в которых расплавление чугуна, окисление его примесей производили в подовых (отражательных) печах. Печи работали на жидком и газообразном топливе. Газ и воздух подогревали теплом отходящих газов. Благодаря этому в печи развивались настолько высокие температуры, что стало возможным на поду ванны иметь не только жидкий чугун, но и поддерживать в жидком состоянии более тугоплавкое железо и его сплавы. В мартеновских печах начали получать из чугуна сталь любого состава и использовать для переплава стальной и чугунный лом. В начале XX в появились электрические дуговые и индукционные печи. В этих печах выплавляли легированные высококачественные стали и ферросплавы. В 50-х годах XX в. начали использовать процесс передела чугуна в сталь в кислородном конвертере продувкой чугуна кислородом через фурму сверху. Сегодня это наиболее производительный метод получения стали. В последние годы появились значительно усовершенствованные по сравнению с прошлым процессы прямого получения железа из руды.

Развитие сталеплавильного производства повлекло за собой и развитие нового оборудования для горячей и холодней обработки стали. В конце XVIII в. появились прокатные станы для обжатия слитков и проката готовых изделий. В первой половине XIX в. начали применять крупные паровые и воздушные молоты для ковки тяжелых слитков. Последняя четверть XIX в. ознаменовалась появлением крупных прокатных станов и станов для непрерывной прокатки с электрическими приводами.

История развития чёрной металлургии в России

В России до XVII в. производство железа носило кустарный характер. Выплавкой железа занимались отдельные крестьянские семьи или совместно несколько крестьянских дворов. Строили домницы на землях Новгородчины, Псковщины, в Карелии. В начале XVII в. появились доменные печи на Городищенских заводах около Тулы , началось строительство заводов на Урале . В 1699 г. был построен Невьянский завод . Бурное производство чугуна началось при Петре I. Демидовыми на Урале была построена колоссальная по тем временам печь высотой в 13 м, выплавлявшая в сутки 14 т чугуна. Большие земельные вотчины , лежащие рядом с заводом, приписывались к заводу вместе с крестьянами, которые обязаны были отрабатывать на нём определённое время. Крепостное право в течение длительного времени обеспечивало заводы рабочей силой. Хорошие природные условия - руда, лес, из которого выжигали уголь, обилие воды, энергию которой использовали для приведения в движение различных механизмов, - способствовали бурному развитию русской металлургии. Чугун начали экспортировать за границу .

Но в XIX в. крепостное право стало тормозом в развитии производства. Страны Европы и США обогнали Россию по производству чугуна и стали. Если с 1800 по 1860 г. производство чугуна в России увеличилось только в два раза, то в Англии оно возросло в десять раз, во Франции - в восемь раз. Владельцы русских заводов, имевшие в своем распоряжении дешёвую рабочую силу, не заботились о развитии производства, о внедрении технических новшеств, облегчении условий труда рабочих. Постепенно старые уральские заводы приходили в упадок и останавливались.

Министерство финансов, в ведении которого находилась горно-металлургическая отрасль, стремилось внедрять в стране передовые технические достижения, в первую очередь британские. Отчёты о достижениях европейской промышленности, составляемые зарубежными «агентами» Корпуса Горных Инженеров , регулярно печатались на страницах «Горного журнала ». Так, например, об изобретении Нилсоном нагрева доменного дутья и многих других, российские металлурги и промышленники узнавали уже через несколько месяцев после их оглашения. Например, ещё в 1830-х гг., вскоре после того, как Дж. Нилсон внедрил своe изобретение, Христофор Иоакимович Лазарев , представитель знаменитого армянского рода промышленников и меценатов, провёл на Чёрмозском заводе в Пермском крае успешные опыты по использованию нагретого дутья. Но даже готовые технические решения практически не были востребованы, поскольку внешний спрос на русское железо иссяк ещё в начале века, после того, как Великобритания стала сама обеспечивать себя металлом, а внутренний спрос был крайне низок. Количество инициативных, предприимчивых людей, способных и желающих внедрять инновации, было невелико, поскольку бо́льшая часть населения страны не имела никаких прав, не говоря уже о капиталах. В результате даже те инновации, которые внедрялись наиболее технически грамотными и предприимчивыми заводовладельцами, представляли собой скорее дань технической моде, нежели реальный инструмент повышения экономической эффективности .

Ситуация изменилась в конце XIX в. - наметился подъём в чёрной металлургии России, особенно в южных районах (Украина). В 1870 г. русский купец Пастухов построил в г. Сулине завод для выплавки чугуна на донецком антраците . В местечке Юзовка (ныне г. Донецк) был пущен крупнейший по тому времени Юзовский металлургический завод . Бурное развитие металлургия Юга получила с открытием залежей железных руд Кривого Рога . В сочетании с запасами донецких углей это стало основой развития горнорудной промышленности Юга России. В отличие от заводов Урала южные заводы были оборудованы более крупными агрегатами. В доменные печи загружали кокс и выдавали в сутки примерно в шесть-семь раз больше чугуна, чем в печах, работающих на древесном угле.

В годы гражданской войны развитие металлургии было приостановлено, и только в 1926 г. был достигнут уровень 1913 г. - максимальной дореволюционной выплавки стали в 4,3 млн т. Интенсивное развитие чёрная металлургия в СССР получила в годы первых пятилеток. Были построены крупнейшие в мире комбинаты - Магнитогорский и Кузнецкий ; заводы Запорожский, «Азовсталь », Криворожский. Подвергались коренной реконструкции старые заводы: Днепропетровский, Макеевский, Ннжие-Днепровскнй, Таганрогский. Построены новые заводы высококачественных сталей: «Электросталь », «Днепроспецсталь ». В 1940 г. производство стали достигло 18,5 млн т и проката 13,1 млн т.

Большую роль в развитии отечественной металлургии сыграли выдающиеся ученые .

• П. П. Аносов разработал основы теории производства литой высококачественной стали.
• Д. К. Чернов является основоположником научного металловедения , его труды по кристаллизации стали не потеряли своего значения и в настоящее время.
• Академики А. А. Байков , М. А. Павлов , Н. С. Курнаков создали глубокие теоретические разработки в области восстановления металлов, доменного производства , физико-химического анализа.
• В. Е. Грум-Гржимайло , А. М. Самарин , М. М. Карнаухов заложили основы современного сталеплавильного и электросталеплавильного производства.
• Академик И. П. Бардин известен во всем мире своими трудами в области доменного производства и организацией научных металлургических исследований.

Состав

В состав чёрной металлургии входят следующие основные подотрасли:

• добыча и обогащение руд чёрных металлов (железная , хромовая и марганцевая руда);
• добыча и обогащение нерудного сырья для чёрной металлургии (флюсовых известняков , огнеупорных глин и т. п. );
• подготовка сырья к доменной плавке (окускование);
• производство чёрных металлов (чугуна , углеродистой стали , проката , металлических порошков чёрных металлов);
• производство стальных и чугунных труб ;
• коксохимическая промышленность (производство кокса , коксового газа и пр.);
• вторичная обработка чёрных металлов (разделка лома и отходов чёрных металлов).

Металлургический цикл

Предприятие чёрной металлургии - завод Algoma Steel, Онтарио, Канада

Собственно металлургическим циклом является:

• чугунно-доменное производство ;
• производство стали (мартеновское , кислородноконвертерное и электросталеплавильное) + непрерывная разливка ;
• производство проката (прокатное производство).

Предприятия, выпускающие чугун, углеродистую сталь и прокат, относятся к металлургическим предприятиям полного цикла . Предприятия без выплавки чугуна относят к так называемой передельной металлургии . «Малая металлургия» представляет собой выпуск стали и проката на машиностроительных заводах. Основным типом предприятий чёрной металлургии являются комбинаты . В размещении чёрной металлургии полного цикла большую роль играет сырьё и топливо, особенно велика роль сочетаний железных руд и коксующихся углей . С середины 20 века в металлургии начинает применяться прямое восстановление железа .

Все металлургические переделы являются источниками загрязнения пылью, оксидами углерода и серы

В России

Особенность промышленности России заключается в больших расстояниях между производствами различных циклов. Металлургические комбинаты , производящие чугун и сталь из руды, традиционно располагались около месторождений железных руд в районах, богатых лесом, так как для восстановления железа использовали древесный уголь . И в настоящее время металлургические комбинаты металлургической отрасли России расположены вблизи месторождений железной руды: Новолипецкий и Оскольский - около месторождений центральной России, Череповецкий («Северсталь») - около Карельского и Костомукшского, Магнитогорский - около горы Магнитная (уже выработанное месторождение) и в 300 км от Соколовско-Сарбайского в Казахстане, бывший Орско-Халиловский комбинат (в настоящее время «Уральская сталь») около месторождений природнолегированных руд, Нижнетагильский - вблизи Качканарского ГОКа , Новокузнецкий и Западно-Сибирский - около месторождений Кузбасса . Все комбинаты России расположены в местах, где ещё в XVIII веке и ранее существовало производство железа и изделий из него с использованием древесного угля. Месторождения коксующегося угля расположены чаще всего вдали от комбинатов именно по этой причине. Только Новокузнецкий и Западно-Сибирский металлургические комбинаты расположены непосредственно на месторождениях каменного угля Кузбасса. Череповецкий металлургический комбинат снабжается углём, добываемом в Печорском угольном бассейне .

В центральной части России большая часть железорудного сырья добывается в районе Курской аномалии . В промышленных масштабах железорудное сырьё производится также в Карелии и на Урале , а также в Сибири (добыча ведётся в Кузбассе , Красноярском крае, Хакасии и близких им районах). Большие запасы железной руды в Восточной Сибири практически не осваиваются из-за отсутствия инфраструктуры (железных дорог для вывоза сырья).

Два основных района производства коксующегося угля в России - Печорский и Кузнецкий угольные бассейны. Крупные угольные поля есть также в Восточной Сибири ; они отчасти разрабатываются, однако промышленное их освоение упирается в отсутствие транспортной инфраструктуры.

Центральная часть России, в частности Воронеж, Тула не богаты металлами, поэтому в основном для внутренних нужд все сырьё привозится из других регионов. Крупнейшими поставщиками металла в центральный регион являются общероссийские компании, такие как ЕВРАЗ Металл Инпром , и местные, такие как ПРОТЭК и Союзметаллкомплект.

При строительстве всех крупных металлургических комбинатов России (в советское время) одновременно велось и строительство ориентированного на каждый завод горно-обогатительного комбината. Однако, после распада СССР , некоторые комплексы оказались разбросанными по территории СНГ . Например, Соколовско-Сарбайское ГПО, поставщик руды на Магнитогорский меткомбинат, теперь находится в Казахстане. Железорудные предприятия Сибири ориентированы на Западно-Сибирский и Новокузнецкий меткомбинаты. Качканарский ГОК поставляет руду на Нижнетагильский меткомбинат. Костомукшский ГОК поставляет руду в основном на

Полезные инструменты