Ежегодная международная конференция металлургов в Дюссельдорфе (Германия) «Сталь-2008» Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ЕЖЕГОДНАЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ МЕТАЛЛУРГОВ В ДЮССЕЛЬДОРФЕ (ГЕРМАНИЯ)

«СТАЛЬ-2008»

«STAHL-2008» DUESSELDORF, 13-14 NOVEMBER 2008

В этом году конференция проходила под девизом «Достижения для будущего». Как и обычно, на конференции присутствовали представители металлургической промышленности, отраслей-потребителей, исследователи, предприниматели, экономисты и политики из разных стран мира, для которых обсуждение технических и экономических проблем отрасли и ее перспектив представляло интерес. 13 ноября на протяжении всего рабочего дня работали секции, на которых обсуждались следующие вопросы:

- металлургическая промышленность в условиях противоречий между повышающимися ценами на сырье и увеличивающимся спросом на сталь;

- развитие технологий обработки металлов давлением;

- возможности более эффективного использования энергии в металлургии;

- новые концепции промышленных материалов для энергетических систем будущего;

- развитие металлургических процессов с целью получения продукции, ориентированной на будущее;

- предпринимательские стратегии в отношении факторов риска;

- предпосылки для получения разрешения на ввод новых установок в разных странах мира.

14 ноября состоялось пленарное заседание, на котором обсуждалось общее состояние и перспективы отрасли, в т.ч. в условиях обостряющегося кризиса. Обсуждались также вопросы подготовки кадров и пути совершенствования развития инженерного образования. Особенностью конференции в этом году было отсутствие т. н. сталь-форума, на котором обычно обсуждалась основная тема конференции и в котором обычно участвовало наибольшее число участников.

Несмотря на утверждения большинства экспертов о том, что отрасли не грозит крупномасштабный кризис, трудно было избавиться от впечатления, что дыхание кризиса касается уже и непосредственно конференции. Хотя официальных данных о числе участников объявлено не было, создавалось впечатление, что конференция в этом году была менее представительной, чем в прошлые годы. Некоторые германские участники конференции рассказывали, например, что их фирмы отказались командировать их в этом году на конференцию и что для участия в конференции им пришлось брать отпускные дни. Удивило и то, что в этом году обслуживание в гардеробе было платным - стоимость обслуживания составляла 2 евро. Более того, если нужно было сдать при этом рюкзак на хранение, приходилось за эту услугу платить дополнительно 2 евро. Оплата за обед во время конференции никогда не была низкой, но чашку кофе или чаю всегда можно было выпить бесплатно. В этом году не только за кофе и чай, но и за маленькую чашечку минеральной воды нужно было тоже заплатить 2 евро. Тем не менее, участие в банкете после конференции не только для участников, но и для их жен или мужей оставалось бесплатным.

Современное состояние отрасли

Центральным на пленарном заседании был доклад недавно избранного нового председателя экономического объединения «Сталь» Ганса-Юргена Керкхоффа (Hans-Juergen Kerkhoff). Прежде всего, он рассказал о своих впечатлениях от проходившего пятью неделями ранее всемирного ежегодного металлургического конгресса в Вашингтоне. Тогда, несмотря на уже отчетливо выявившуюся всемирную экономическую депрессию, создавалось впечатление, что металлургическая отрасль имеет шансы устоять и что серьезных оснований для паники нет. В то же время уже тогда было ясно, что мировой стальной бум последних пяти лет, по крайней мере, временно подошел к концу. В 2007 году мировое производство стали достигло 1343 млн. т по сравнению с 1250 млн. т в 2006. Весной 2008 года делались прогнозы на годовой рост в объеме 5,2 %. Сейчас это представляется недостижимым. В настоящее время всемирное объединение Worldsteel воздерживается от каких-либо прогнозов на 2009 год.

Прошедшие пять лет были и для германской металлургической промышленности годами бума. В прошлом году производство жидкой стали в Германии достигло 48,5 млн. т. При этом по производству стали Германия занимает первое место в Евросоюзе и седьмое место в мире. Предполагается, что в этом году, благодаря продолжавшемуся в первом полугодии росту, существенного сокращения объема производства не произойдет. Из стран Евросоюза наименее затронутыми кризисом в металлургической отрасли являются Германия, Нидерланды и Швейцария. В Испании и Великобритании положение дел в металлургии несколько хуже. Повсеместно, правда, отмечается падение цен на сталь.

Хотя докладчик оптимистично пытался утверждать, что современный финансовый кризис не означает еще однозначно экономический кризис, фактически кризис уже коснулся металлургической отрасли, в т. ч. и в Германии. Крупный немецкий концерн Salzgitter объявил о снижении производства проката на 15 %. Снижают производ-

ство также предприятия Saarstahl и Georgmaschienenhuette. Мировой лидер в отрасли ArcelorMittal останавливает в Европе в результате уменьшающегося спроса на сталь 13 единиц оборудования. Австрийский концерн Voestalpine переносит начало строительства нового металлургического завода в Восточной Европе на неопределенное время. На электрометаллургическом предприятии итальянского Riva-Konzern в Henningsdorfer переведено 730 сотрудников на сокращенный режим работы. Не миновал кризис и флагмана немецкой металлургии ThyssenSteel, который объявил о снижении производства как жидкой стали, так и проката и планирует во время декабрьских праздников практически полностью остановить производство.

Отмечалось, что одной из наиболее пострадавшей от кризиса стран Европы является Украина. Так оценивает ситуацию, по крайней мере, международный валютный фонд. Одной из причин этого является отток иностранных инвестиций из страны. Во-вторых, рецессия связана со снижением спроса на важнейший продукт экспорта Украины - сталь. Особую роль здесь играет развитие металлургической промышленности в Индии и Китае. Еще в прошлом году в Украине было произведено 43 млн. т стали, из них 80 % на экспорт, в т.ч. в азиатские страны. Сейчас Индия и Китай выросли в мировых производителей, которые сами экспортируют сталь на мировые рынки. Тонна украинской стали стоит в среднем на 130 USD дороже, чем более высокого качества конкурентный продукт из Китая. Причина такого положения состоит в том, что крупнейшие металлургические предприятия Востока страны не подвергались модернизации с советских времен. Только масштабные инвестиции, которые в настоящее время отрасль не может себе позволить, могут ее спасти от окончательного упадка. Дополнительными факторами, усложняющими положение отрасли, являются возможное повышение цены на газ в 2009 году и катастрофическое падение курса национальной валюты - гривни.

Важнейшей причиной начала кризиса металлургической промышленности является упадок одной из главных отраслей-потребителей - автомобилестроения. Есть ли при этом основания для оптимизма у металлургов, как утверждает Ганс-Юрген Керкхофф, и на чем они основаны? Прежде всего, вселяет надежду тот факт, что в мировом масштабе потребность в стали растет и будет продолжать расти, прежде всего, за счет развивающихся стран, которые обусловливают около 80 % мирового рынка стали. Среднее производство стали на душу населения в мире составляет 220 кг, в 25 старых государствах Евросоюза - 420 кг, в Японии и в Южной Корее - более 800 кг. Спрос на сталь особенно растет в таких развивающихся странах как Китай, Индия, Бразилия, а также, по мнению докладчика, Россия. Приводилось и следующее соображение. Послевоенное развитие экономики, и притом отнюдь не в последнюю очередь металлургии, привело к современному уровню благосостояния около 300 млн. человек. Предстоит привести к такому же уровню еще около 3 млрд. человек.

На одной из секций рассматривался вопрос о будущем рынка стали на ближнем и среднем Востоке - докладчик Иоахим Шредер (Joachim Schroeder), исследовательско-консультативная коммерческая фирма, Дюссельдорф. Есть основания считать, что некоторые страны ближнего и среднего Востока, в первую очередь, Египет, Иран и Объединенные Арабские Эмираты будут при любых обстоятельствах увеличивать импорт стали. При оптимистичном сценарии развития событий импорт в этот регион будет увеличиваться с 21 до 36 млн. т в год. На три указанных государства приходится около 90 % всего импорта в регион. Востребованы в наибольшей степени стальной лист и трубы. Основными поставщиками в регион являются Китай, Россия, Украина, Турция, которые соперничают между собой за сферы влияния в регионе. Сюда приходится более 20 % всего экспорта стали из Китая. Если даже считать, что события могут развиваться по худшему сценарию, т. е. что регион окажется втянут в экономический кризис, все равно эти страны будут иметь достаточные доходы от продажи нефти, чтобы развивать строительство и другие отрасли. Конечно, будет развиваться, особенно в Иране, и металлургия. Но в любом случае, по крайней мере, до 2012 г., ближний и средний Восток будет оставаться достаточно надежным импортером стали.

Во-вторых, наряду с упадком в автомобилестроении фиксируется рост потребления стали в других отраслях, в частности, в строительстве. При этом особенно впечатляющими являются некоторые строительные проекты Китая, финансируемые правительством. Наиболее грандиозным из них является строительство моста через Восточно-Китайское море, который сократит путь из промышленного региона Шанхая к портовому центру Нингбо более чем на 120 км. Интересно, что строители моста гарантируют не только прочность конструкции в условиях самого сильного морского шторма, но и устойчивость против коррозии в морской воде не менее, чем на 100 лет. Длина моста 36 км. Для его строительства наряду с 2,45 млн. кубометров бетона потребовалось 800000 т стали. Это почти в 8 раз больше, чем было использовано при строительстве олимпийского стадиона в Пекине, и в 6 раз больше, чем для строительства грандиозной пекинской башни CCTV-Tower высотой 234 м. Только для строительства этих трех объектов понадобилось более 1 млн. т стали. Другая бурно развивающаяся отрасль, потребляющая большое количество стали, - это энергетика, особенно связанная с новыми видами получения энергии, например, строительство ветряных электростанций.

Новая область широкого применения стали - это глобальные научные исследования, характерным примером чего является создание большого адромнного коллайдера. Большой адронный коллайдер (БАК) (рис. 1) представляет собой гигантский кольцевой подземный туннель диаметром 3 м и длиной 27 км. Два пучка протонов будут двигаться по нему в противоположных направлениях, разгоняясь до скорости, близкой к скорости света, и стал-

Рис. 1. Большой адронный коллайдер в CERN-e

киваясь друг с другом. С помощью БАК физики надеются ответить на фундаментальные вопросы теории элементарных частиц. Коллайдер построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы, на 100-метровой глубине в горах швейцарского кантона Юра. По состоянию на 2008 год БАК стоимостью 6 млрд. швейцарских франков является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Большим БАК назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м, адронным - из-за того, что он ускоряет адроны, то есть частицы, состоящие

из кварков, коллайдером (англ. collide - сталкиваться) - из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных местах.

Работа коллайдера требует мощности180 МВт. Предположительные энергозатраты всего CERN на 2009 год с учетом работающего коллайдера - 1000 ГВт-ч, из которых 700 ГВт-ч придется на долю ускорителя. Это - около 10 % от суммарного годового энергопотребления кантона Женева. По масштабам коллайдер можно сравнить с проектом создания термоядерного реактора или запуском человека на Луну. В этом проекте, как в свое время в атомном, собрали не только ученых, но и инженеров из 40 стран мира, в том числе из России: ведь необходимо было создавать принципиально новое оборудование и новые материалы.

В БАК-е использовано 70 тыс. т (девять Эйфелевых башен) высококачественной стали с особыми свойствами, способной выдерживать экстремальные нагрузки при сверхнизких температурах. В том числе сталь для 1200 34-тонных дипольных электромагнитов, для 500 других магнитов, вакуум-камер, труб и защитных элементов. БАК содержит электрофизическое оборудование, изготовленное из магнитогорской стали. Новосибирский НИИ ядерной физики поставил для коллайдера 4 тыс. т дипольных магнитов, для изготовления которых потребовалась низкоуглеродистая сталь с низкой коэрцитивной силой. На Магнитогорском металлургическом комбинате разработали технологию производства новых марок электротехнической стали с использованием внепечной обработки кислородно-конвертерной стали. Металл был отправлен на Верх-Исетский металлургический завод на прокатку, а полученная электротехническая тонколистовая сталь - в Новосибирск, Всего магнитогорцы поставили для нужд российских ученых, участвовавших в реализации масштабного международного проекта, три партии металла.

Свой вклад внесли и металлурги АО «Ижорские заводы», которые поставили стальные цельнокованые плиты толщиной 134-138 мм из стали 03Х20Н16АГ6 для компактного мюонного соленоида. Контроль качества промышленных партий металлопродукции проведен инженерным центром прочности Минатомэнерго. Выполнено около 1400 испытаний по определению химического состава и механических свойств при различных нагрузках. Многие результаты испытаний контролировались CERN. На заводе ОАО «Красный Выборжец» разработана по заданию CERN технология производства заготовок (плиты и прутки) с повышенными прочностными характеристиками из кремнистой латуни ЛК75-0,5. Для слоев металла-поглотителя латунь получили, переплавив гильзы от снарядов, лежавших на складах ВМФ РФ, а вольфрамат свинца произвели на Богородицком химкомбинате, в Тульской области. В общей сложности ЦЕРН сделал в РФ заказов на 120 миллионов долларов. В производстве необходимых компонентов было задействовано 30 российских предприятий.

Среди экономических проблем, стоящих перед отраслью, упоминались, прежде всего, две: продолжающийся рост цен на сырье и новые экологические требования, выдвигаемые Евросоюзом. Только за последний год цена на железную руду, которая практически диктуется тремя мировыми концернами Vale, VHP Billiton и Rio Tinto, выросла на 100 %, цена на кокс - даже на 200 %. В этих условиях ведущие металлургические концерны разрабатывают новую стратегию. Лидером в новом подходе к вопросу является ведущий мировой концерн ArcelorMittal, который производит около 130 млн. т стали в год, что составляет 10 % мирового производства. Концерн использует полученные в течение последних лет прибыли, чтобы становиться также крупным железорудным и каменноугольным концерном. Почти еженедельно концерн приобретает один рудник или каменноугольную шахту в различных регионах мира: в Африке, Индии, Канаде, России, Америке, Австралии, Казахстане. Уже сегодня концерн использует для доменного производства около 50 % собственной железной руды и собирается повысить эту долю до 80 % в 2014 году. С этой целью планируется инвестировать 6 млрд. долларов. Только недавно концерн объявил о покупке

одного из ведущих бразильских предприятий London Mining Brasil за 810 млн. долларов. Еще 700 млн. долларов собирается вложить концерн в их реконструкцию.

Подобную стратегию берут на вооружение и другие крупные металлургические концерны. Охота за рудниками и угольными шахтами ведется повсеместно. Так, металлургические концерны Южной Америки, России, Индии, Китая постоянно конкурируют друг с другом, когда идет речь о продаже рудников или шахт. Российское предприятие «Северсталь» скупает акции крупнейшего американского угольного предприятия PBS Coals Corp. Крупнейший в мире производитель стали Китай богат каменным углем, в т. ч. коксующимся, но недостаток собственной железной руды вызывает у китайских металлургов панику и требует срочной выработки новой стратегической линии. В то же время германские ведущие концерны, в том числе лидер отрасли ThyssenKrupp, считают для себя покупку рудников и шахт делом невыгодным, поскольку объем их производства относительно невелик. Только несколько лет назад ThyssenKrupp продал свой последний рудник в Бразилии концерну Vale. И это несмотря на то, что некоторая «разрядка» на рынке железной руды ожидается не раньше 2012 года, а на рынке кокса - еще позже. Германские концерны предпочитают вкладывать деньги в дальнейшую специализацию и реконструкцию своих предприятий.

Следующей серьезной проблемой германских и других европейских металлургов являются новые планы евро-комиссии по торговле сертификатами на выбросы СО2. В середине декабря 2008 года должна Еврокомиссия принять решение о том, как должны будут оплачивать с 2013 года металлурги эти сертификаты, которые в настоящее время отрасль получает бесплатно. При этом речь идет не только о стоимости сертификатов, но и о существенном ограничении их количества. Планируется вводить продажу сертификатов ступенчато, так, чтобы доля продаваемых сертификатов достигла к 2020 г. 15 %. Защитники окружающей среды критикуют это мероприятие как половинчатое и не могущее привести к серьезному предотвращению изменений климата. Промышленники же, наоборот, опасаются (и не без серьезных оснований), что продажа сертификатов приведет к заметному подорожанию европейской стали и сделает ее неконкурентоспособной на мировом рынке. Предполагается, что тонна углеродистой стали подорожает в связи с этим на 45-50 евро. Если при этом продавать сталь по прежней цене, это будет означать для только германской металлургии убытки в размере 2,5 млрд. евро к 2020 году.

Сталеплавильщики не одиноки в своей борьбе против торговли сертификатами. Их поддерживают и представители других отраслей промышленности, сталкивающиеся с теми же проблемами: производства строительных материалов, стекла, бумаги, а также химики и энергетики. Все эти отрасли должны считаться с увеличением расходов с 2020 г. на 7,2 млрд. евро, с 2013 г. - на 4 млрд. евро. В борьбу включились и профсоюзы. Многие отрасли, в т.ч. металлурги, считают себя затронутыми вдвойне, т.к., кроме расходов на сертификаты, им придется считаться также с повышением цены на электроэнергию. Промышленники и профсоюзы едины в своих требованиях к правительству. Они считают возможным и необходимым повышение энергоэффективности своих предприятий, но требования еврокомиссии считают чрезмерными. Металлурги выражают серьезное опасение, что подобная политика приведет к упадку европейской металлургии, т. к. европейцам будет выгоднее импортировать сталь из Китая. Это приведет к значительным потерям рабочих мест и росту безработицы, при этом во всемирном масштабе будут достигнуты результаты, прямо противоположные тем целям, которые ставит еврокомиссия. Дело в том, что в Китае действуют существенно более высокие допустимые нормы выделений СО2, чем в Европе. Поэтому существенное расширение металлургических мощностей в Китае приведет к повышению выбросов СО2 в атмосферу и будет способствовать нежелательным изменениям климата на земле.

Металлурги считают, что имеется хорошая альтернатива планам еврокомиссии. При этом обращается внимание на уже достигнутые успехи. За период с 1990 по 2006 г.г. выделения СО2 от предприятий энергоемких отраслей снизились на 20 % при одновременном росте производства на 28 %. В то же время металлурги проводят интенсивные исследования по разработке новых технологических процессов с уменьшенным выделением СО2. Так, проект ULCOS (Ultra Low СО2 Steelmaking), который разрабатывается по плану еврокомиссии 48 европейскими предприятиями и организациями, является попыткой существенного изменения ведения доменного процесса. Есть также идея транспортировки и хранения углекислого газа под землей. Однако, эти проекты будут вряд ли полностью осуществлены до 2020 года. Поэтому металлурги рассчитывают на временную финансовую поддержку правительства, которая позволила бы освободить отрасль от дополнительных затрат и дала бы ей возможность нормально функционировать с достижением в перспективе тех результатов, на которых настаивает еврокомиссия. Недавно канцлер Германии Ангела Меркель высказалась за такую поддержку.

Интересным новым направлением является строительство мини-заводов, приближенных к источникам сырья и потребления. Концерн SMS Demag AG сообщает о поставках оборудования и технологии для нового завода SeverCorr, построенного в американском штате Колумбус. SeverCorr является современным мини-заводом российской «Северстали» и ее американских партнеров. Мощности первой очереди, введенной в строй в ноябре 2007 г., составляют 1,5 млн. тонн плоского проката в год. Если будет принято решение о строительстве второй очереди завода, то мощности этого предприятия к 2010 году вырастут до 3 млн. тонн в год. Численность сотрудников SeverCorr составляет 450 человек. SeverCorr расположен в непосредственной близости к железной дороге и круп-

ным автомобильным магистралям, а также к строящимся на юге США производствам автомобилей. Продукция мини-завода предназначена для использования в автомобильной, строительной, аграрной, трубной и машиностроительной индустрии. Предполагается, что 15-20 % готовой продукции будет составлять производство автолиста.

На заводе впервые применена электропечь для выплавки автолиста - это более экономичная и менее трудоемкая технология. Технологический процесс включает производство стали из стального лома в электропечах, непрерывную разливку тонких слябов и последующую их горячую прокатку на установке CSP (Compact Strip Production), холодную прокатку и последующее цинкование холоднокатаных полос (рис. 2). Сталеплавильное производство включает электродуговую печь мощностью 130 мегаватт, емкостью 150 т и производительностью 220 т/час, промежуточный ковш (Pfannenofen) и установку вакуумирования.

Рис. 2. Технологическая схема производства тонколистовой стали на заводе SeverCorr

Очищенный металл разливается со скоростью до 6 м/мин на двухручьевой тонкослябовой УНРС в слябы толщиной 65 мм и шириной 900-1880 мм, которые затем прокатываются в 6-клетевой непрерывной группе до толщины 1,4 мм и сматываются в рулоны. На непрерывной установке удаления окалины рулоны свариваются в одну непрерывную полосу и поступают в травильную установку. Очищенная полоса затем прокатывается в пятиклете-вом непрерывном стане холодной прокатки до толщины 0,28 мм и сматывается в рулоны массой до 40 т. Производительность этой непрерывной линии «травление-холодная прокатка» составляет 1 млн. т. в год. Завершает технологический процесс непрерывная линия горячего цинкования производительностью 400 тыс. т. в год.

В 2007 году выпущены пробные партии для внутренних деталей автомобилей. В этом году уже пойдут первые пробные партии на лицевые детали. Промышленные объемы по поставкам лицевых деталей будут достигнуты в 2009 году. С пуском этого завода корпорация «Северсталь» сможет экономить на каждой тонне холоднокатаного листа, который раньше поставлялся в США из России, около 100 долларов на транспортных расходах.

Новые концепции промышленных материалов для энергетических систем будущего

На секции рассматривалось, какой вклад может внести сталь как промышленный материал в развитие энергетики будущего и какие требования предъявляет энергетика к этому материалу. Эти вопросы рассматривались с политической, экономической и научной точек зрения. Каждая система энергоснабжения предъявляет свои особенные, часто противоречивые требования к материалу. Противоречивые комбинации свойств (высокая вязкость при низких температурах и высокая прочность при высоких) должны сочетаться с особыми требованиями, например, высокая работоспособность в условиях агрессивного коррозионного воздействия. На секции рассматривались вопросы как применительно к условиям традиционных тепловых станций, так и для современных ветряных и гидравлических электростанций. Особо рассматривались вопросы применения материалов для новых энергосистем, в частности, биологических и солнечных.

Доклад представителя концерна E.ON Energie Христана Фолке (Christian Folke) назывался « На пути к угольным электростанциям с коэффициенотом полезного действия 50 %». Проблема повышения кпд тепловых электростанций имеет два аспекта. С одной стороны повышение кпд ведет, естественно, к снижению расхода топлива на производство 1 кВт-ч электроэнергии, с другой, параллельно к снижению выбросов СО2 в атмосферу. Если в 1990 г. наибольшая величина кпд тепловых станций составлял 43 %, то сейчас 46 %. Средняя величина кпд ныне действующих угольных электростанций Германии составлет 38 %. К 2010 г. эта величина составит на новых станциях 48 %. Основная проблема в решении этой задачи состоит в том, что для повышения эффективности станций необходимо повышение температуры и давления перегретого пара. В настоящее время эти параметры составляют 260 бар и 545 °С. К 2010 г. они должны быть повышены соответственно до 290 бар и 600 °С. Для дальнейшего повышения эффективности нужно предусматривать температуры порядка 700 °С.

Решение этой задачи осуществляется сейчас в рамках проекта USC 700 ° C Power Р1аШ:,который разрабатывается десятью крупнейшими энергетическими концернами Европы: пятью германскими, двумя датскими, одним бельгийским, одним французским, одним австрийским. Инициатором разработки программы была германская земля Северный Рейн - Вестфалия, которая взяла на себя обязательства по частичному финансированию проекта. Дополнительное финансирование осуществляется европейским фондом регионального развития. В ориентированной на период 2015-2020 г. г. части проекта предполагается не только доказать техническую возможность повышения эффективности до 50 %, но и показать снижение выделений СО2 не менее, чем на 25 % по сравнению с находящимися сегодня в эксплуатации электростанциями. За счет уменьшения расхода горючего создается возможность частичной компенсации растущей его стоимости. В более долгосрочной перспективе, а именно, после 2020 г., на станциях с 700 °С-технологий возможно создание предпосылок для отделения СО2 из отходящих газов и удаления его в специально предусмотренные места. В настоящее время о подобной технологии не может быть речи, поскол-ку она приводит к заметному снижению кпд. Для компенсации этого пришлось бы значительно повысить расход горючего.

Основное техническое задание разрабатывается концерном VGB Power Tech. Отдельные инновационные разработки, касающиеся важнейших частей проекта (парогенератор, паровая турбина и другие части, подверженные воздействию особо высоких температур) будут проводиться специализированными фирмами, в распоряжении которых имеются необходимые Know-how. Предусматривается широкий обмен информацией в процессе работы как между задействованными концернами и фирмами, так и с инвесторами, которые по ходу работы могли бы самостоятельно выносить суждения о целесообразности продолжения инвестиций.

Разработки разделены на три ступени:

1. Проектирование и испытание опытно-промышленной каменноугольной 700 °С-установки мощностью около 500 МВт.

2. Использование технических и экономических решений, полученных на опытно-промышленной установке, для создания промышленной 700 °С-установки мощностью около 1000 МВт, работающей на каменном угле.

3. Использование технических и экономических решений полученных на первых двух стадиях, для создания промышленной 700 °С-установки мощностью около 1000 МВт, работающей на буром угле.

На опытно-промышленной установке должна быть проверена принципиальная схема работы при начальной температуре пара 700 °С. Поскольку при переходе от меньшей установки к большей всегда увеличиваются риски, уже опытно-промышленная установка изготавливается достаточно большой мощности. Во избежание дальнейших рисков приходится сразу отказываться на этой стадии от попыток уменьшения расходов. В настоящее время определено место строительства опытно-промышленной установки - г. Вильгельмсгафен (Wilhelmshafen) на севере Германии. Строительство начнется в 2010 г., запуск планируется в 2014 г. Ее кпд должен превысить 50 %. На второй стадии определяется, может ли эта концепция с достаточной экономической эффективностью быть реализована на крупной промышленной установке. На третьей стадии проверяется, не приведут ли более низкие температуры сжигания бурого угля к заметному снижению эффективности. В настоящее время создана в г. Гельзенкир-хен (Gelsenkirchen) первая в мире опытная установка для получения пара с температурой перегрева 700 °С.

Доклад проф. Христины Бергер (Christina Berger) из Центра конструкционных материалов в Дармштадте (Darmstadt) был посвящен концепции новых материалов для тепловых электостанций ближайшего и отдаленного будущего.

Для паросборника и труб пароперегревателя 700 °С-установок планируется применение сплава Alloy 617 (Ni Cr23 Co12 Mo), который уже сейчас применяется для футеровки камер сжигания стационарных газовых турбин и в авиастроении. Химический состав сплава (%): C = 0,05-0,15; Fe < 3,0; Si < 0,50; Mn < 0,50; Co = 10-15 %; Cr = 20-24 %; Ti < 0,60; P < 0,015; S < 0,015; Mo = 8-10; Al = 0,80-1,50; B < 0,06; Cu < 0,50; Ni > 44,5. Механические свойства горячекатаного листа: предел текучести - не менее 322 МПа, предел прочности - не менее 734 МПа, относительное удлинение - не менее 62 %. В холоднотянутых трубах предел текучести - не менее 383 МПа, предел прочности - не менее 758 МПа, относительное удлинение - не менее 56 %. Длительная прочность на базе 1000 часов составляет при температуре 650 °С 320 МПа, при температуре 760 °С - 150 МПа. Для надежной работы в условиях тепло-

вых станций необходимо достичь длительной прочности 100 МПа при рабочей температуре на базе 100000 часов. Соответствующие работы сейчас ведутся. Сплав устойчив в широком диапазоне коррозионных сред. Хорошо сваривается. Структура состоит из твердого раствора типа никелевого аустенита и вторичных фаз типа TiN и M23C6.

Для установок с более высокой температурой пара (до 800 °С) рекомендуется сплав Alloy C-263. Его химический состав (%): C = 0,04-0,08; Mn < 0,60; Si < 0,40; S < 0,007; P < 0,015; Cr = 19-21; Mo = 5,6-6,1; Co = 19-21; Cu < 0,20; Fe < 0,70; Al = 0,30-0,60; Ti = 1,9-2,4; Ni - остальное. Добавки кобальта и молибдена упрочняют твердый раствор. Добавки алюминия и титана способствуют образованию у-фазы Ni 3(Al,Ti) при дисперсионном твердении. Бор и цирконий повышают сопротивление ползучести. В микроструктуре наблюдаются также карбиды типа M23C6 выделения которых не должны образовывать сплошных пленок по границам зерен. После дисперсионного твердения предел текучести составляет не менее 400 МПа, предел прочности - не менее 540 МПа, относительное удлинение - не менее 15 %. При напряжении 120 МПа в течение 50 часов при 800 °С деформация ползучести не превышает 0,1%. Термическая обработка для получения твердого раствора проводится при температуре 1150±10 °С. При этом твердость составляет менее 230 НВ. Дисперсионное твердение проводят при температуре 800±15 °С продолжительностью 8±0,5 часа на твердость не менее 275 НВ. Смягчающую обработку между процессами холодной деформации проводят при 1080±10 °С, диффузионный отжиг сварных соединений при 1150 °С.

Для некоторых элементов (т.н. промежуточных пластин) камер сгорания применяется ферритная сталь Crofer22APU. Химический состав стали (%): C < 0,03; Cr = 20-24; Mn = 0,30-0,80; Si < 0,50; Cu < 0,50; Al < 0,50; S < 0,020; P < 0,05; Ti = 0,03-0,20; La = 0,04-0,20. Сталь используется, главным образом, в виде тонких пластин, которые получают холодной прокаткой с последующим рекристаллизационным отжигом и травлением. Термическая обработка производится в вакуумных электропечах или в печах с защитной атмосферой. Толстые листы получают горячей прокаткой. Минимальный уровень механических свойств составляет: предел текучести 250 МПа, предел прочности 350 МПа, относительное удлинение 20 %. Благодаря очень высокой коррозионной прочности и жаростойкости сталь может быть использована в различных средах при температурах до 900 °С. Высокое сопротивление коррозии и окислению объясняется возникновением на поверхности тонких окисных пленок, основными компонентами которых являются Cr2O3 и (Mn,Cr)3 O4. Очень важным свойством этой стали является то, что она имеет в широком диапазоне температур (от комнатной до 900 °С) коэффициент линейного расширения близкий к коэффициенту линейного расширения керамики, из которой изготавливают корпуса камер сгорания.

Институтом плазменной физики им. Макса Планка в Гархинге (Garching) разрабатывается проект Extremat стоимостью около 35 млн. евро, целью которого является разработка материалов с особыми свойствами для элек-тронники, энергетики и ядерной техники, в частности материалов с высокой теплопроводностью. Хорошие результаты были достигнуты при использовании пористого карбида кремния. Материал выдерживает тепловые нагрузки до 380 MВт/ м1, что важно для теплообменников тепловых электростанций. Материал защищает сам себя от коррозии. При высоких тепературах на поверхности образуется прочная защитная пленка из оксида кремния, которая служит надежной защитой от дальнейшего окисления. Этот же материал рекомандован для тепловой защиты турбин. В этом случае необходимы дополнительные меры для защиты от разрушения водяным паром. С этой целью используют покрытие на базе редкоземельных металлов. Разработана промышленная методика упрочнения медных сплавов волокнами или наночастицами из карбида кремния. При этом решающее влияние на свойства материала оказывают свойства на границе матрица - наполнитель. Для применения в электроннике разработаны компрозиционные материалы, упрочненные алмазными или угольными волокнами. Материалы с непрерывными базальтовыми волокнами разработаны как теплоизоляционные.

Ротор турбины является очень крупным и длинномерным изделием, разные части которого работают в различных температурных условиях. Учитывая высокую стоимость никелевых сплавов, рекомендуемых для работы при температурах выше 700 °С, предлагаются сварные конструкции ротора, состоящие из двух или нескольких частей, причем низкотемпературная часть ротора может изготовляться из высокохромистой ферритной или феррито-мар-тенситной стали. Разнородность материалов значительно усложняет условия сварки. В этом направлении ведутся многочисленные исследования, в частности, предложены процессы, где между никелевым сплавом и хромистой сталью вваривается участок из материала промежуточного состава, например, аустенитной стали. В перспективе ставится вопрос о создании градиентных материалов с переменными по длине составом и свойствами.

В докладе Антона Месланга (Anton Moeslang) из института исследования материалов в Карлсруэ (Karlsruhe) рассматривались требования к материалам для ядерных реакторов. Известными преимуществами атомных электростанций являются практически неограниченные возможности, полное отсутствие выделений СО2 и низкое потребление энергоносителя (1г урана обеспечивает производство 26000 кВт-ч электроэнергии). Самая крупная АЭС работает сейчас во Франции. Ее мощность составляет 500 МВт. Строительство продолжалось около 10 лет и стоило около 7 млрд. евро. Всего в мире на атомных электростанциях производится 82-108 КВт -ч электроэнергии, при этом предотвращается выделение в атмосферу 245000 т углекислого газа.

Для активного теплообмена в ядерных реакторах применяют металлические теплоносители, имеющие более высокую теплопроводность, чем вода или газы. В качестве теплоносителей применяют металлы с низкой темпера-

турой плавления, способные растворять уран. Обычно используют висмут или натрий. Для работы в среде расплавленного металла конструкционные материалы должны обладать высокой коррозионной стойкостью в этих специфических условиях. При строительстве атомных электростанций используют самые разнообразные материалы: конструкционные стали, нержавеющие и жаропрочные стали и сплавы, цветные металлы и сплавы. Температура и давление пара на АЭС ниже, чем на тепловых. Поэтому наиболее характерным материалом для высокотемпературных элементов (роторы, диски) являются феррито-мартенситные хромистые стали с 7-12 % хрома. Высокотемпературная прочность этих сталей может быть повышена введением в их структуру мелкодисперсных окислов, что повышает возможную температуру их применения примерно на 100 °С. Но атомная техника предъявляет к материалам дополнительные требования, не встречающиеся в других отраслях. Это, прежде всего, способность поглощать тепловые нейтроны. Причем требуются материалы как с высокой способностью к поглощению нейтронов, так и с низкой.

Металлы, из которых изготовлены реакторы, подвергаются облучению различными элементарными частицами, образующимися при работе реактора. Эти частицы, особенно быстрые нейтроны, глубоко проникают внутрь металла и вызывают остаточные изменения его свойств. Изменение свойств обусловлено тем, что нейтроны, вне-дряюшиеся в кристаллическую решетку, выбивают из регулярных мест в решетке атомы, которые в свою очередь могут выбивать другие. Теория показывает, что один нейтрон может вывести из равновесного состояния за счет такой «цепной реакции» до 300 атомов в алюминии. Кроме того, дефекты возникают в результате термических циклов, когда часть энергии нейтронов затрачивается на локальное повышение температуры, что в сочетании с последующим охлаждением приводит к сильным остаточным искажениям решетки. Образование таких искажений упрочняет металл и понижает его пластичность подобно наклепу. Кроме того, в результате облучения или захвата нейтрона атомом основного металла может произойти превращение атома в атом другого элемента и, следовательно, изменение химического состава материала. Наконец, в результате нейтронного облучения металл становится радиоактивным и опасным для здоровья человека. В силу указанных причин при разработке и выборе материала проводится обязательное изучение его свойств после облучения.

Ряд докладов был посвящен особенностям материалов для новых, экологически чистых источников энергии. Такими способами в Германии в настоящее время вырабатываетя около 12 % электроэнергии, к 2000 г. планируется довести долю таких видов энергии до 20 %. В докладах Карстена Грайсерта (Carsten Greisert) и Рене Сурма (Rene Surma) рассказывалось о ветряных электростанциях и используемых в их строительстве материалах. В Гер -мании в настоящее время насчитывается около 20 тыс. таких установок суммарной мощностью около 22 тыс. МВт. При этом Германия занимает в этом отношении лидирующее положение в мире, хотя темпы строительства ветряных электростанций в последнее время замедлились. В настоящее время строятся установки мощностью от 2 до 3 МВт, крупнейшая установка имеет мощность около 5 МВт. Планируемая продолжительность работы установки - 20 лет. География строительства установок определяется погодными условиями, в частности, характерными скоростями ветра в регионе. Поэтому большинство установок строятся в прибрежных зонах, но имеются установки и в глубине материка. Диаметр ротора крупнейших установок составляет 116 м, высота - 85 м.

Наиболее материалоемкой частью конструкции является башня. Используют несколько типов башен: в виде цилиндрической или конусной металлической трубы, в виде решетчатой конструкции или в виде бетонной конструкции. По стоимости материала первый тип башни является наиболее дорогим, но в этом случае монтаж осуществляется наиболее просто.

Условия работы ветряных станций, особенно в прибрежных зонах, выдвигают особые требования к материалам. Опорные конструкции должны выдерживать вес гондолы, пропеллеров и мачты. Кроме нагрузок от ветра надо учитывать нагрузки от морских волн и морских течений. Последние носят переменный характер, в связи с чем от материала требуется высокая усталостная прочность. Естественно, материал должен хорошо сопротивляться коррозии в морской воде. Поскольку температура эксплуатации может понижаться до -10 °С, сталь должна быть хладостойкой и сохранять вязкость при пониженных температурах. Сталь должна хорошо свариваться и не изменять существенно своих свойств в околошовной зоне. Кроме того, для ряда изделий требуются заготовки большой толщины.

В зависимости от требуемого уровня свойств сталь может поставляться после различной термической обработки. При требуемом пределе текучести 355 МПа используют нормализованный прокат. Для получения предела текучести 500 МПа можно использовать улучшенную сталь, но сейчас предпочитают термомеханически обработанную сталь. Для термомеханической обработки применяют стали, микролегированные ниобием, ванадием или титаном. Типичными марками стали являются S420M3Z (С = 0,09 %; Mn = 1,44 %; Ni = 0,22 %; Cu = 0,15 %; Mo = 0,05 %; Nb+V+Ti=0,02 %) и S520M3Z (C = 0,06 %; Mn = 1,58 %; Ni = 0,54 %; Cu = 0,28 %; Mo = 0,15 %; Nb+V+Ti = 0,02 %) - приведены средние значения содержаний элементов. Первая сталь обеспечивает предел прочности 500-660 МПа, относительное удлинение не менее 19 %, ударную вязкость при температуре -40 °С не менее 60 Дж/ см1. Вторая сталь обеспечивает соответственно 600-750 МПа, 17 % и не менее 60 Дж/см1. В тех случаях, когда требуется особо высокая прочность используют строительную сталь S355J2G3, которая после термического

улучшения обеспечивает предел текучести до 1100 МПа. Для различных деталей используют также конструкционные машиностроительные стали. Например, для планетарных зубчатых колес применяют сталь 18CrNiMo7-6 (C = 0,15-0,21%; Si < 0,40 %; Mn = 0,50-0,60 %; P и S < 0,035 %; Cr = 1,50-1,80 %; Mo = 0,25-0,35 %; Ni = 1,40-1,70 %). Крупномодульные зубчатые колеса подвергают цементации на глубину около 3,5 мм и закалке с цементационного нагрева с подстуживанием.

В докладе Нормана Пернера (Norman Perner) из Voith Siemens Hydro Power Generation рассматривался вопрос об использовании энергии моря для производства электроэнергии. Можно использовать энергию приливов и отливов, энергию волн, энергию подводных морских течений. По ориентировочным оценкам мощность морских потоков у берегов Европы, которая может быть использована, составляет до 18 ГВт. Считают, что энергия моря более доступна для использования, чем солнечная или ветряная. Солнечной энергией можно пользоваться в среднем только до 1000 часов в год, энергией ветра - 2200 часов, энергией моря у берегов Швеции до 4000 часов, а у открытых берегов Великобритании и Норвегии - даже до 6000 часов. Имеются различные конструкции установок. Турбина обычно находится под водой. Ток подается через кабель на берег. Морские потоки обычно меняют свое направление каждые 6 часов. Установки конструируются так, чтобы они автоматически меняли свое положение по направлению течения. Монтаж и демонтаж установок, а также ремонтные работы ведутся с помощью обслуживающего судна. Для материалов используются различные виды защиты от коррозии, в т.ч. протекторная защита.

В докладе д-ра Михаила Шпигеля (Michael Spiegel) рассказывалось о требованиях к материалам, предназначенным для электростанций, работающих на биотопливе и мусоре. Температура сжигания мусора составляет 250-350 °С, температура перегрева пара 350-500 °С, т.е. ниже, чем в угольных станциях. Температура перегрева пара в случае использования биомассы несколько выше - 400-600 °С. Основной проблемой выбора материала в этих случаях является специфическая коррозионная среда, приводящая к хлоридной и сульфатной коррозии. Дополнительным осложнением является возможность наличия в мусоре тяжелых легкоплавких металлов. В особо тяжелых условиях работают шнеки для подачи топлива в камеру сгорания. Корпуса камер сгорания изготавливают обычно из биметалла -сталь 15Мо3 - Alloy 625. Используют также хромистые и хромоникелевые коррозионностойкие и жаропрочные стали, например, 12CrMoV, 25Cr20NiMoNb, 21Cr6Al, 25Cr6Si. Начинают использоваться материалы с покрытиями.

Профессор д-р Роберт Пиц-Паал (Robert Pitz-Paal) остановился на особенностях установок для использования солнечной энергии. Параболический коллектор представляет собой согнутое зеркало определенной формы. Зеркала монтируются на несущей конструкции, которая чаще всего представляет собой стальную трубу. Изготавливается несущая конструкция из обычных строительных сталей. Особую роль играет монтаж, так как требуется точность монтажа до 2 мм. Специалисты непрерывно стремятся усовершенствовать солнечные элементы и сделать их эффективнее. Хороших результатов в этом отношении добился Центр прогрессивных технологий компании «Боинг». Созданный им солнечный элемент преобразует в электроэнергию 37 % попавшего на него солнечного света. Это достижение стало возможным, с одной стороны, благодаря использованию двухслойной конструкции. Верхний слой из арсенида галлия поглощает излучение видимой части спектра. Нижний слой из антимонида галлия предназначен улавливать инфракрасное излучение, которое обычно теряется. С другой стороны, высокая эффективность достигается благодаря специальному покрытию, преломляющему свет и фокусирующему его на активные области солнечной ячейки.

В Японии ученые работают над совершенствованием фотогальванических элементов на кремниевой основе. Однако поскольку интенсивность солнечного света не всегда и не везде одинакова, то даже при установке множества солнечных батарей зданию может понадобиться дополнительный источник электричества. Одним из возможных решений проблемы является использование солнечных элементов в комплексе с двухсторонним топливным элементом. В дневное время, когда работают солнечные элементы, избыточную электроэнергию можно пропускать через водородный топливный элемент и таким образом получать водород из воды. Ночью же топливный элемент сможет использовать этот водород для производства электроэнергии.

Развитие металлургических процессов

В докладе ряда авторов из различных стран (G.Zuo, Швеция; G.Danloy, Бельгия; J. Borlee, Франция; K.Mueller, Германия и др.) был дан обзор перспектив развития доменного производства. Отмечалось, что за последние 50 лет произошел заметный прогресс в отрасли. Расход кокса на 1 т чугуна снизился с 1000 кг в 1950 г. до 487 кг в 2007 г. Сейчас обсуждается вопрос о путях дальнейшего улучшения этих результатов и снижения выбросов СО2 в атмосферу. Разрабатывается т.н. ULCOS-проект (Ultra Low СО2 Steelmaking), который предусматривает как общее внедрение новых источников энергии (биомасса, природный газ, водород), так и в особенности пути существенного снижения расхода кокса в доменном производстве. Одна из новых концепций доменного производства - вдувание кислорода в доменную печь. Как показывает моделирование, вдувание смеси кислород - угольная пыль может снизить расход кокса на 20 %.

В этом процессе в фурмы вместо горячего воздушного дутья вдувается холодный кислород. Большая часть колошникового газа проходит через скрубер для отделения СО2 от полезных восстановительных компонентов.

Порция свободного от СО2 колошникового газа с температурой 1200 °С вводится в нижнюю часть доменной печи через второй ряд фурм, в результате чего смесь колошникового газа и кислорода нагревается до 900 °С. Процесс прошел успешное опробование на опытно-промышленный доменной печи. Для применения в промышленном масштабе исследовательский институт VDEh совместно с предприятием ArcelorMittal Eisenhuettenstadt разработал проект оснащения доменной печи №1 (диаметр горна 7,1 м; рабочий объем 778 м3) кислородными фурмами новой конструкции, которые позволят изменить в нужном направлении кинетику процесса.

Интересным новым направлением является применение коксового газа для процессов прямого восстановления и получения брикетированного железа. Количество коксового газа, вырабатываемого при производстве кокса, составляет от 410 до 560 м3 на тонну. Газ должен быть очищен от смолы, бензола и серы. Теплотворная способность его ниже, чем у природного газа, и составляет от 16,4 до 18 МДж/м3. Особенно важно, что этот газ богат водородом, содержание которого составляет от 55 до 65 %, и содержит меньше СО2 по сравнению с природным газом. В результате эмиссия СО2 снижается примрно на 30 %. Коксовый газ может также вводиться как восстновительный агент в доменные печи. Указанные технологии легче всего осуществимы в условиях интегрированного металлургического и коксо-химического производства.

В качестве одного из важнейших направлений развития сталеплавильного производства отмечалось совершенствование и расширение сфер применения т.н. RF-процесса, изобретенного еще в 50-х годах прошлого столетия и названного по первым буквам названия фирмы, впервые осуществившей этот процесс, и фамилии изобретателя. Сущность процесса состоит в поэтапном, порционном вакуумировании металла, что позволяет заметно повысить качество. В настоящее время по этому принципу работает в мире уже более 200 установок. Новое усовершенствование процесса было связано с производством хромоникелевых нержавеющих сталей, где содержание углерода должно быть достаточно низким. Процесс получил название RFO, где последняя буква происходит от химического символа кислорода. Основная проблема при выплавке таких сталей состоит в том, что выгорание углерода сопровождается также выгоранием хрома. В то же время в условиях вакуума создаются условия для защиты хрома от выгорания. С этой целью в обычную RF-установку дополнительно инсталлируется устройство для подачи через трубку кислорода. В 1972 г. был запущен в Хаттингене (Hattingen) крупнейший в мире (до сегодняшнего дня!) промышленный агрегат емкостью 150 т для выплавки сталей типа 18-8, работающий по этому принципу.

Дальнейшее развитие процесса обусловлено требованиями повышения производительности и снижения стоимости. Примером современной установки является 265-тонная RFO-установка N° 2, запущенная в 2001 г. на предприятии Duisburg-Beeckerwerth концерна ThyssenKrupp Stahl AG. В этой установке решаются одновременно следующие задачи: обезуглероживание, удаление газов (водорода, азота), деоксидация, легирование, гомогенизация состава и температуры, повышение степени чистоты. Наряду с повышенными металлургическими возможностями установка характеризуется более высокой оперативностью и более коротким производственным циклом. Уста -новка является двухковшевой, причем один ковш находится в рабочем состоянии, другой - в состоянии готовности. С помощью подъемного устройства ковш поднимается канатами с платформы таким образом, что трубки вакуумного устройства погружаются в расплав. Одна из трубок берет на себя ряд дополнительных операций, таких как обезуглероживание и минимизация образования твердых наростов путем дополнительного сжигания СО. Поддержка теплового состояния и наблюдение внутреннего пространства осуществляется видеокамерами. Вакуумное насосное устройство является четырехступенчатым с четырьмя параллельно работающими вакуумными насосами. Через специальную трубку из ковша ведется отбор проб для автоматического химического анализа. Специальные сложные и дорогостоящие системы вакуумного легирования рассчитаны таким образом, чтобы согласовать время выпуска жидкой стали с темпом работы установки непрерывной разливки.

О современном состоянии непрерывной разливки стали рассказал в своем докладе д-р Г. Кемпер (G. Kemper) из Дуйсбурга (Германия). Одной из новейших установок является УНРС № 3 предприятия Salzgitter Flachstahl GmbH. Это установка радиального типа, изготовленная из сегментов. Заготовки имеют толщину от 250 мм, ширина находится в пределах 850-2100 мм. Максимальная скорость разливки составляет 1,35 м/мин. и зависит от марки стали. Введение дополнительных горизонтальных сегментов может повысить в будущем скорость разливки до 1,6 м/мин. Установка полной длиной 30,9 м и длиной вертикального участка 2,6 м позволяет существенно расширить возможности предприятия, к продукции которого относятся как тонкие листы для изделий, требующих поверхностной обработки, так и заготовки для толстых листов и сортового проката. Сортамент включает прокат с малыми допусками как по размерам, так и по механическим свойствам. Ввод новой установки позволил расширить марочный сортамент, включив стали для тонких листов, микро- и низколегированные стали, малоперлитные микролегированные стали, трубные стали, высокопрочные стали, стали с повышенным содержанием кремния и фосфора. Большая часть литых заготовок отправляется сразу на дальнейшую обработку. Необходимым условием для этого является гарантированное качество заготовок. Вторичное охлаждение разделено на 16 зон. Для варьирования скоростью охлаждения используют комбинацию чистой воды и водо-воздушной смеси. Форсунки расположены по всей ширине. При меньшей ширине заготовок крайние форсунки могут быть отключены.

Наиболее широкие непрерывно-литые заготовки производятся в настоящее время китайской компанией Anyang Iron and Steel Company. Ширина заготовок достигает 3250 мм при толщине от 150 мм. При необходимости возможно также получение заготовок толщиной от 130 мм. Общая длина установки составляет 18,6 м, длина вертикальной части - 2,5 м. Максимальная скорость разливки - 2м/мин. Марочный сортамент включает высокопрочные низколегированные стали, трубные стали высокого качества, стали для котло- , судо- и мостостроения. При конструировании установки конструкторам немецкой фирмы SMS Demag пришлось столкнуться с необходимостью принятия специальных решений для широких заготовок, особенно для заготовок с высоким отношением ширины к толщине (22:1). Такие заготовки требуют для получения однородной структуры однородный теплоотвод по всей поверхности контакта с кокилем. Стенки кокиля представляют собой медные пластины, покрытые слоем никеля толщиной 1 мм. Кокили оснащены тремя рядами термоэлементов и располагают системами мониторинга. Количество воды для первичного охлаждения определяется и контролируется станцией обслуживания в зависимости не только от марки стали, но и от степени износа кокиля и вида используемого литейного порошка.

Самые толстые заготовки производятся на предприятии Dillinger Huettenwerke в Германии. Это предприятие является одним из ведущих поставщиков толстого листа для различных отраслей. Особо сложным является производство листов с требованием высокой ударной вязкости в средней части по толщине. В этом случае абсолютно недопустимы внутренние трещины, резко ужесточаются нормы по пористости, ликвации и чистоте. Установка является двухручьевой и отливает заготовки шириной от 1400 до 2200 мм. Узкие заготовки отливаются толщиной от 230 до 250 мм, широкие - толщиной 300, 350 и 400 мм. Необходимость получения заготовок толщиной более 300 мм обусловлена требованием высоких единичных обжатий при производстве термомеханически обработанных особо толстых листов для газопроводных труб. Общая длина установки - 15,6 м, скорость литья - от 0,3 до 1,9 м/мин.

Образованию внутренних трещин могут способствовать неметаллические включения и водород. Поэтому очень важна высокая степень чистоты по неметаллическим включением при равномерном их распределении. На удале -ние неметаллических включений и характер распределения их в заготовке значительное влияние оказывают скорость разливки и тип машины. Хорошие результаты могут быть достигнуты только при использовании установок вертикального типа. Те же требования определяют и ряд других конструктивных особенностей установки. Изгибу подвергается уже полностью закристаллизовавшаяся заготовка, которая затем подается в правильную машину. Следует отметить, что наибольшая толщина высококачественной заготовки при использовании радиальных машин составляет 320 мм (предприятие Shouqin в Китае).

Две установки особо высокой производительности запущены недавно в Китае на предприятии Maanshan Iron&Steel Co. Ltd. Их годовой объем производства достигает 5,7 млн. т. При скорости до 2,2 м/мин. отливают заготовки толщиной от 230 до 250 мм при ширине от 950 до 2150 мм. Обе установки двухручьевые, но отличаются по длине (количеству сегментов) - 15 и 19. В последнем случае рабочая длина составляет 42,6 м. Предусмотрена возможность удлинения при необходимости первой установки до такой же длины. Область вторичного охлаждения разделена на 20 зон. В первых трех зонах используют форсунки водяного охлаждения, в остальных - водо-воздушного. В соответствии с концепцией проектирования оборудования фирмы SMS Demag охлаждение организовано равномерно по всей ширине заготовки.

Фирма SMS Demag AG поставит к 2010 г. для завода фирмы Tata Steel в Jamshedpur (Индия) двухручьевую УНРС типа CSP. Установка состоит из двух разливочных машин с криволинейным кристаллизатором производительностью 2,4 млн.т/год, туннельных нагревательных печей и непрерывной шестиклетевой группы (предусмотрена возможность установки в будущем 7-й клети), установки ламинарного охлаждения прокатанных полос на отводящем рольганге и двух подпольных моталок (предусмотрена возможность установки третьей). Сортамент - тонкие слябы шириной 900-1680 мм и толщиной 50-80 мм, причем возможно бесступенчатое регулирование толщины разливаемого сляба в диапазонах 50-70 и 70-90 мм. Слябы прокатываются в непрерывной группе клетей до толщины 1,0-20,0 мм. Марочный сортамент: углеродистые, электротехнические, трубные и двухфазные стали.

Новое в обработке металлов давлением

По сообщению инж. Маркуса Шмитца (Markus Schmitz) фирма Edelstahlwerke выполнила серьезную реконструкцию имеющегося сортового стана в городе Siegen (федеральная земля Северный Рейн-Вестфа-лия). Фирма SMS Meer поставила чистовой шестиклетевой блок (рис. 3) из трехвалковых клетей (Drei-Walzen-MaЯwalzblock) типа PSM 420 (Precision Sizing Mill), который заменил устаревшую семиклетевую группу и трехклетевой калибровочный блок. Клети оснащены индивидуальным приводом и гидравлической установкой валков, рассчитанной на кор-

Рис. 3. Трехвалковый чистовой блок проволочного стана

ректировку калибра при прокатке. Новый блок позволяет прокатывать круглый прокат диаметром 22-85 мм с узкими допусками - 1/4 DIN.

Новый блок обеспечивает быструю перестройку клетей при смене программы и прокатку в узких допусках длинных заготовок с низкой температурой конца прокатки (термомеханическая прокатка).

Управляющий фирмы Edelstahl Rosswag Dr. Sven Donisi (город Pfinztal, федеральная земля Баден- Вюртемберг) доложил о разработке технологии изготовления круглых заготовок для зубчатых колес с узкими допусками массой до 5 т, диаметром до 3400 мм и толщиной до 630 мм. Сравнивали две технологии получения таких заготовок: прокаткой и ковкой. После свободной ковки (осаживание, прошивка по диаметру) заготовки прокатывали до конечного размера на радиально-аксиальном кольцепрокатном стане RAW 160/125 (рис. 4). От полученных заготовок отбирали пробы для испытаний на растяжение и усталость. Технология ковка-прокатка показала лучшие результаты.

Новый ковочный пресс изготавливается для завода ThyssenKrupp VDM в Unna (федеральная земля Северный Рейн-Вестфалия). 5000-тонный пресс предназначен для ковки заготовок из сталей, легированных никелем, ниобием и титаном, и тугоплавких металлов для авиации (Airbus A 380 и Boeing 787 Dreamliner), космических аппаратов, нефтяной и газовой промышленности, энергетической и автомобильной отрасли (рис. 5). Пресс может работать с 124 ходами/мин при максимальной массе заготовки до 60 т.

Аналогичный гидравлический пресс изготавливает фирма Siempelkamp Maschinen- und Anlagenbau (город Krefeld, Германия) для завода фирмы Goldsky Titanium Industry Technology ^.(провинция Хунань, Китай). Пресс усилием 40/45 MN предназначен для поковок из титана, инструментальных и высоколегированных сталей, особенностью которых является уз-Рис. 4. Радиально-аксиальный кольцепрокатный стан „

кий температурный интервал при ковке. Сортамент

пресса включает квадратные и плоские заготовки, валы, круги и кольца для особо прочных и одновременно легких деталей самолетов. Особенностью пресса является высокая частота ходов (110 в минуту), которая обеспечивает не только сокращение времени ковки, но и подвод дополнительного тепла к заготовке за счет ее внутреннего нагрева при частых обжатиях. Такой результат достигнут за счет оригинальной конструкции пресса и новых решений гидравлической и электронной систем. Пресс обслуживают два синхронно работающие манипулятора. Управление прессом осуществляется новой фирменной компьютерной системой PROD-IQ Metal, которая собирает и обрабатывает все необходимые параметры процесса ковки и параметры заготовки и выдает рекомендации по их корректировке. Поставка пресса запланирована в 2009 г., ввод в эксплуатацию - в 2010 г.

Система обработки и визуализации параметров прокатки установлена на проволочном стане фирмы Saarstahl в Burbach (Германия). Проволочный стан включает нагревательную печь, двухниточную черновую и четырехниточ-ную чистовую группы клетей блочного типа, установку охлаждения и сматывающие машины. Сортамент- проволока диаметром 5-15 мм, производительность - 1 млн.т/год. Стан оснащен системой сопровождения прокатываемого материала от заготовки до конечного продукта (рис. 6). Фотодиоды и видеокамеры, расположенные вдоль стана непрерывно собирают информацию о температуре, давлении и расходе воды, скорости прокатки, конечных размерах сечения проволоки, измеряемых лазерной системой, и т.д. Эти данные визуализируются в виде диаграмм, таблиц, предостерегающих символов и отображаются на пультах управления станом в реальном масштабе времени, Для повышения надежности системы и сохранения данных при возможных неполадках все данные дублируются в запасном компьютере.

Известная швейцарская фирма АВВ (Asea Brown Boveri Ltd) произвела реконструкцию тра-

Рис. 6. Система обработки и визуализации параметров прокатки на проволочном стане

вильной линии и 4-хклетевого стана тандем холодной прокатки на предприятии концерна Агсе1огМк1а1 в Е1$епЬШеп51а& (Германия). Цель реконструкции - сократить время цикла «травление-холодная прокатка» и потери металла в обрезь за счет устранения операций смотки рулона после травления и размотки его перед холодной прокаткой и перехода к непрерывному процессу травления и холодной прокатки. Такого рода реконструкция была проведена фирмой АВВ ранее на заводе в Liëge (Бельгия). Синхронизация процессов травления и прокатки осуществляется за счет движущегося накопителя с ¿--образным движением полосы между вертикальными роликами (рис. 7). В объеме реконструкции были установлены новая система управления приводами и компьютерная система синхронизации обоих процессов.

Рис. 7. Движущийся накопитель между линиями травления и холодной прокатки

Фирма SMS Meer проектирует новый проволочный стан для прокатки качественных сталей для завода концерна ArcelorMittal в Hochfeld производительностью 690 тыс.т/год, в том числе сталей для холодной высадки. Пуск стана намечен на 2010 г. Особенностью стана является FRS - технология.

В объем поставок входит печь с шагающими балками, прокатный стан с приводами, вспомогательное оборудование, адьюстаж с виткоукладчиком и холодильным транспортом витков, а также технология прокатки и охлаждения.

Нагревательная печь производительностью 150 т/час предназначена для нагрева квадратных заготовок со стороной 155 мм. Черновая группа состоит из 4-х клетей типа HL(HousingLess), предчистовая группа - из 14 клетей типа CL (CantiLever) в горизонтальном и вертикальном исполнении, Между чистовой группой, состоящей из шестиклетевого блока и четырехклетевого калибровочного блока FRS (Flexible Reduction and Sizing) в UHD (UltraHeavy Duty) исполнении расположен участок охлаждения витков проволоки и выравнивания ее температуры. Завершает линию участок водяного охлаждения. Концепция стана позволяет вести термомеханическую прокатку проволоки диаметром 5,5-25,0 мм с мелкозернистой структурой для холодной высадки с максимальной скоростью 120 м/с.

Подготовка инженерных кадров

Хотя в этом году специальная секция по этому вопросу не работала, проблема обсуждалась на других секциях и, главным образом, на пленарном заседании. Считается, что немецкой промышленности не хватает около 70 тыс. инженеров. Причем наблюдается тенденция увеличения этого числа ежегодно в среднем еще на 12 тыс. Это вызывает большие проблемы на промышленных предприятиях, т. к. недостаток кадров не позволяет своевременно и качественно обрабатывать заказы и снижает конкурентоспособность предприятий Германии. Финансовые потери от недостатка инженерных кадров оцениваются в 7,2 млрд. евро. Наряду с инженерами наблюдается также нехватка специалистов смежных профессий: математиков, физиков, специалистов по информатике. С учетом этих факторов экономисты оценивают общий хозяйственный ущерб примерно в 20 млрд. евро.

Карл-Ульрих Келлер (Karl-Ulrich Koeller), председатель концерна ThyssenKrupp Steel AG, считает, что причина этой ситуации связана с периодом реструктуризации экономики. В те времена, в период кризиса металлургической промышленности, шел процесс интенсивного снижения числа рабочих мест в отрасли. О подготовке молодых инженерных кадров не проявлялось достаточно заботы. Имидж металлургии как части «старой экономики» отпугивал многих молодых людей. Это является одной из причин того, что сейчас средний возраст инженерных кадров в металлургии (45 лет) существенно выше, чем в других отраслях. Основную ответственность за создавшееся положение несет, по мнению автора, образовательная политика, которая со времени реструктуризации пропагандирует неправильные приоритеты. В то время как правовые, социальные и гуманитарные направления в высшем образовании становились все более востребуемыми, спрос на инженерные специальности снижался. Число студентов технических специальностей снизилось по сравнению с общим числом студентов от 24 до 15 %. В связи с этим обеспечение притока молодых кадров становится центральной темой для обеспечения конкурентоспособности отрасли. Для этого наряду с определенными агитационными мероприятиями предлагается взятие на себя предприятиями оплаты за обучение, назначение стипендий и др. Школам предлагается уделять больше внимание изучению точных наук и преподаванию начальных технических знаний.

Как пример осуществления нового подхода в подготовке инженерных кадров приводят технический университет Clausthal. Сразу после зачисления студентов торжественно приветствуют не только сотрудники университета, но и представители промышленных предприятий, которые рассказывают начинающим студентам об их возможной профессиональной карьере. Летом проводятся специальные мессы, на которых студенты могут вступить в непосредственный контакт с представителями предприятий. На этих мессах особенно хорошо представлены металлургические предприятия. Технические профессии снова становятся привлекательными.

В университете представлено около 30 разных специализаций. К ним относятся «Производство промышленных материалов» и «Материаловедение» с завершением обучения на уровне мастера и «Материаловедение и производство промышленных материалов» с завершением обучения на уровне бакалавра. Clausthal относится к группе университетов АВС, которые пользуются очень большим спросом, особенно в Китае. Эти три буквы являются начальными буквами трех университетов в Аахене, Берлине и Клауштале (Clausthal), обеспечивающих особо высокое качество подготовки. Отличительной чертой университета Clausthal является особенно большое количество студентов- иностранцев - более 1/3. 19 % студентов университета составляют выходцы из Китая. Университет не может жаловаться на низкий спрос. Несмотря на повысившуюся плату за обучение число студентов за последний год выросло с 3100 до 3200 человек. Профессорско-преподавательский состав университета ведет также активную работу в школах с целью популяризации технических специальностей.

Еще осенью 2001 г. был заключен договор о содружестве между «Сталь-центром» в Дюссельдорфе и гимназией Гете. За это время удалось увлечь проблемами металлургии многих школьников. Ответственная за эту работу в «Сталь-центре» Беата Брюнингхауз (Beate Brueninghaus) читает школьникам лекции, организует экскурсии на предприятия. Это особенно важно, поскольку в Дюссельдорфе не так много семей с потомственными металлургическими традициями, которые могли бы сами познакомить своих детей с отраслью. Многие школьники при-

ходят в восторг от знакомства с металлургическими процессами. Если раньше понятие «сталь» ассоциировалось у школьников с грязью и шумом, то теперь им известно, что в отрасли есть условия для работы специалистов разных направлений, в т.ч. юристов, менеджеров, экономистов. Наилучшие шансы предоставляет отрасль, конечно, инженерам. Кооперация между «Сталь-центром» и гимназией является хорошим средством для поиска потенциальных инженеров, которые заинтересовались бы металлургией. Кроме того, раз в год организуется т.н. «Сталь-кампус», где со школьниками встречаются представители целого ряда металлургических предприятий, давая школьникам не только общую информацию об отрасли, но и сведения об особенностях отдельных предприятий, их потребности в кадрах и перспективах профессионального роста своих сотрудников.

В связи с дефицитом кадров разрабатываются также мероприятия по совершенствованию обучения без отрыва от производства, а также повышения квалификации и переквалификации специалистов. Новые предложения касаются прежде всего улучшения связи между обучением и профессиональной деятельностью. Считается, что каждый человек, независимо от возраста, должен иметь шансы повысить свой профессиональный уровень или вообще изменить направление своей деятельности. Новая программа исходит из обеспечения инвестиционного финансирования в объеме 200 млн. евро. Земли должны разработать облегченные требования к поступлению в высшие школы для работающих лиц, как имеющих, так и не имеющих законченное гимназическое образование. Как федерация, так и земли должны учитывать при финансировании высших школ не только направления их научной деятельности и набор студентов на стационарное обучение, но и их участие в программе повышения квалификации лиц, занятых в производстве. Совершенствование системы образования без отрыва от производства не является просто изменением существующей системы, но будет производиться на качественно новой основе. Федерация и земли договорились между собой о создании для этой цели специального постоянно действующего инвестиционного фонда.

Одержано 09.01.2009

© 2009 Д-р техн. наук А. Л. Геллер, д-р техн. наук В. С. Горелик

Дюссельдорф, Германия

РАЗВИТИЕ ОБЩЕСТВА И МЕТАЛЛЫ. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ

Статья Р. Л. Смита [1], обзор которой приводится ниже, является продолжением ряда его статей, освещающих связь добычи и производства металлов с жизнью разных стран. Профессор Р. Л. Смит был президентом Мичиганского технологического университета, председателем Общественной водопроводной компании в Грин-Велли и членом комитета железнодорожной компании Ь8&1. В последнее время работает профессором в Лехай-Университете.

В мировой истории не все новые территории были открыты и освоены иммигрантами в связи с поиском полезных ископаемых. Первые европейские поселенцы в Северной Америке, высадились с корабля «Мэейфлауэр» в бухте Залива Трески в 1620 г. вблизи нынешнего г. Бостона получили название «Пилигримы». Они и последующие волны иммиграции не были искателями золота. Бежав из Англии от религиозных преследований, Пиллигримы явились основателями 13 английских колоний, впоследствии ставших первыми штатами первого в мире свободного государства. Главным «золотом» в то время была пушнина. В дальнейшем в американских колониях появились небольшие металлургические заводы в Согусе и Велли Фордж и других местах Восточного побережья Соединенных Штатов и в ближайших северных территориях Канады. Один из «отцов-основателей» Соединенных Штатов Бэн Франклин - ученый, дипломат и писатель настоял, чтобы по Парижскому договору 1783 г. северная граница страны проходила через озеро Верхнее, включая остров Ильзе Ройяль, так как там по слухам находились залежи меди. Таким образом, медь, прежде чем ее действительно обнаружили, повлияла на урегулировании межгосударственной границы. [2]. Фробишер, Лэбот и Шамплейн по примеру испанцев занимались поисками минеральных ископаемых, однако неудачи в поисках привели к отставанию в развитии некоторых северных областей Соединенных Штатов на целое столетие от Латинской Америки. Густые леса и тяжелые грунты затрудняли процесс разведки восточной части страны. В связи с этим, до открытия в середине 1800-х гг. медных и железных руд в области озера Верхнее, свинцово-цинковых залежей на границе штатов Миссури, Канзаса и Оклахома и золотых и серебрянных россыпей на Западе, экономика страны была в основном аграрная. Хотя история не знает сослагательного наклонения, можно было бы предположить, что найдись эти минеральные богатства ранее, Соединенные Штаты стали бы, наряду с Англией, центром Индустриальной революции. Однако знаменательно, что и так Соединенные Штаты в своем развитии вышли вперед за очень короткое время.

Незначительные открытия минералов на Западе были сделаны еще в начале XIX столетия, но было еще далеко до «золотой» и «серебряной» лихорадок. Немногие испанские поселенцы Тихоокеанского побережья занимались только пушным промыслом. Жители Соединенных Штатов - исследователи новых земель, торговцы и мормоны