CC BY
189
The prospects of using synthetic composite materials of the kind sinticom in energy and metals complexes of a new generation of ORIEN. The technology of production of briquettes sinticoma and a new method of producing steels with their use.
Key words: ore, steel, briquettes, sinticom, ORIEN, briquetting, steel, electric, synthetic composite materials.
Dorofeev Genrikh Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, imsk@ list.ru, Russia, Tula, LLC «NPMP Intermet-Service»,
Yantovskiy Pavel Rudolfovich, general director, sintikomamail. ru, Russia, Tula, Ferro-Technology Group,
Barsukova Elena Yurevna, chief industrial engineer, sintikom@,mail. ru, Russia, Tula, Production Enterprise «Innovative technologies and materials» LLC
Stepanov Yaroslav Mihajlovich, general director, sintikom@,mail. ru, Russia, Tula, Production Enterprise «Innovative technologies and materials» LLC
УДК 658.511.2
НОВЫЕ КОНЦЕПЦИИ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТАЛИ
Г. А. Дорофеев, В.М. Паршин
Рассмотрены достижения и проблемы современного производства стали с позиций ресурсосбережения. Одной из перспектив развития является электрометаллургический процесс ОШЕЫ, разработанный в России.
Ключевые слова: производство стали, ресурсосбережение, процесс ОШЕЫ, синтиком, экология, энергозатраты, качество стали.
1. Достижения и проблемы
Черная металлургия достигла впечатляющих результатов в своем развитии, решив задачу поистине исторического масштаба - обеспечение потребностей мировой экономики в чугуне, стали и прокате. Это достижение является эпохальным и подтверждает эффективность процессов, лежащих в основе металлургии и основанных на использовании углерода в качестве базового источника энергии и восстановителя. Естественной платой за это является «парниковый эффект», главным «поставщиком» которого является тот самый углерод.
Большая часть стали в настоящее время производится на металлургических заводах полного цикла по аглококсодоменной технологии. Их основу составляют доменное производство и его производственная инфраструктура, включая, как правило, на этапе выплавки стали кислородные конвертера. Процесс получения металла по традиционной технологии за свою 600-летнюю историю практически достиг предельного развития.
Параллельно и одновременно с этим развиваются процессы выплавки стали в электродуговых печах, в которой основным исходным материалом вместо чугуна является вторичное металлическое сырье-лом. В большинстве стран наблюдаются тенденция непрерывного снижения роли аглококсодоменной технологии и одновременное возрастание значения электросталеплавильного производства стали. Единственным исключением из этого правила является Китай, производство стали в котором из-за отсутствия ресурсов лома базируется на использовании чугуна. Вследствие этого аглококсодоменная технология в Китае продолжает сохранять доминирующие позиции. До недавнего прошлого такое положение являлось несомненным достижением, однако со временем оно все больше превращается в обременение.
Достигнутые успехи не могут заслонить проблем, которые сопровождают непрерывный рост объемов выплавки стали и острота которых с каждым годом возрастает. Среди них следует отметить непрекращающийся рост цен на металл, значительные энергозатраты, носящие в ряде случаев неоправданный характер, огромные капиталовложения, явления гигантомании, проявляющиеся в создании агрегатов сверхвысокой единичной мощности, проблемы с качеством и дефицитом исходного сырья, прежде всего рудного сырья и металлолома. К числу проблемных вопросов относится также качество получаемой металлопродукции, практически застывшей на месте и требующей применения дополнительных и дорогих технологических приемов. Многие из них уже приблизились к формату ухищрений.
Дополнительными негативными факторами, особенно чувствительными для электросталеплавильного производства, являются дефицит лома, непрерывное ухудшение его химических и физических свойств, а также острая нехватка чистой первородной шихты. Надежды на развитие твердофазных процессов получения первичного металлического сырья в виде железа прямого восстановления не оправдались. В силу этих причин качество электростали оказывается зачастую хуже, чем конверторного металла, создавая тем самым дополнительные сложности для потребителей и ограничивая дальнейшее развитие электрометаллургии, а также снижая ее конкурентоспособность.
Особую актуальность в настоящее время приобрела проблема экологии, тесно связанная с затратами сырья, материалов, энергии. Экологические параметры технологических процессов в черной металлургии пре-
вратились в своеобразный критерий, эталонный показатель, бенчмарку, которые определяют соответствие существующих технологий требованиям ХХ1 века. С этих позиций черная металлургия, особенно аглококсовое производство, не отвечает современным требованиям.
Таким образом, успехи металлургии достигнуты высокой ценой в прямом и переносном смысле и породили целый ряд проблем, ставящих под вопрос развитие традиционной металлургии, основанной на аглокок-содоменной парадигме.
Проблемы металлургии, перечисленные выше, в рамках существующей технологической базы не могут быть устранены в принципе. Локальные достижения не идут в счет, они лишь создают иллюзию разрешения проблем металлургии, не решая их по существу. Они лишают металлургию возможности ответить на вызовы времени и ведут ее в экономический тупик. Проблемы черной металлургии, несомненно, связаны с кризисными явлениями в мировой экономике. Однако в решающей степени они обусловлены исчерпанием ее потенциала развития, т.е. ее собственными внутренними причинами. Поэтому назрела необходимость создания новой высокоэффективной металлургии.
Основной стратегической задачей металлургии является замена существующей технологии восстановления, с помощью которой получают основное металлическое сырье - чугун. Именно эта стадия общего технологического цикла производства стали является наиболее экологически грязной и ресурсозатратной. Поэтому дальнейшее развитие черной металлургии возможно лишь на базе отказа от аглококсодоменной парадигмы и перехода к технологическому укладу, основанному на современных инновационных решениях.
Исходя из этого, монотонная традиционная траектория развития металлургии, насчитывающая многие сотни лет и носящая в основном эволюционный характер, должна быть заменена новой технологической концепцией, имеющей прорывной бифуркационный характер. По сути дела, речь идет о вхождении черной металлургии в четвертую промышленную революцию и новую индустриализацию, которая коренным образом изменит технологический цикл и облик процессов производства стали.
На протяжении всего времени развития производства металла металлургия зачастую была вынуждена игнорировать фундаментальные принципы физикохимии. Особенно это касается кинетики гетерогенных реакций, лежащих в основе карботермического восстановления железа -главного процесса в металлургии, а также ограниченного применения в процессах восстановления высокоэффективных источников тепла в виде электрической энергии. В этом состоит одна из причин появления проблем с экологией, энергоэффективностью, качеством стали, а также «ключ» к разработке инновационной технологии производства стали, что, в свою очередь, повышает роль исследований в области теории металлургических процессов.
Контуры новой технологии получения стали пока еще до конца не определены и являются предметом широких дискуссий и исследований. Однако основные принципы инновационной металлургии, позволяющей изменить в лучшую сторону экологические показатели, снизить энергоемкость, сократить издержки производства и себестоимость стали, уже ясны.
Кардинальное сокращение выбросов, улучшение экологии, снижение энергопотребления, уменьшения себестоимости металла, повышение эффективности ресурсосбережения в целом может быть достигнуто только при условии объединения нескольких технологий, отказа от многоступенчатости и перехода к одностадийным совмещенным процессам гибридного характера.
Главным источником вредных выбросов и высоких энергозатрат сегодня является получение чугуна в доменных печах. Сложная многоступенчатая схема доменного производства включает в себя вредные и энергоемкие производства - коксохимическое, агломерационное, получение железорудных окатышей, выплавку стали в конверторах. Без их устранения нельзя говорить об улучшении экологии, ресурсосбережении, качестве стали и т.д. Исходя из этого, инновационное направление развития производства стали сводится к разработке ресурсосберегающей экологически чистой технологии прямого восстановления железа как первичного металлического сырья для выплавки стали. Необходимым условием для этого является более широкое применение высокопотенциальных источников энергии на базе электричества вместо тепловых и повышения коэффициента электрификации металлургического производства в целом. С позиций ресурсосбережения, экологии и энергетики новая металлургия должна базироваться на более широком использовании в технологических процессах электричества.
2. Новые разработки в области ресурсосбережения
Подтверждением особой актуальности проблемы экологии в современном мире является программа европейской черной металлургии иЪС08, выполняемая с 2004 г. Данный проект ставит целью добиться значительного сокращения выбросов диоксида углерода путем создания технологии производства стали с ультранизкой эмиссией С02. Конкретной задачей является снижение выбросов С02 в процессах восстановления, основанных на карботермическом принципе, на 50 % на тонну стали в период до 2050 г. Фактически речь идет о высокоинновационной металлургии нового поколения.
История металлургии не знает подобных примеров постановки столь грандиозной задачи, подтверждая тем самым особую важность улучшения ресурсосберегающих показателей производства стали и экологии. До сих пор новые способы рождались как бы сами собой. Сейчас за-
61
дача ставится совершенно по другому - создать более эффективную металлургию. Вопрос о смене доминирующей схемы производства стали назрел.
Одна из сложностей проблемы заключается в том, что существующая аглококсодоменная технология близка к технологически возможному минимуму расходов углерода и выбросам парниковых газов и не имеет потенциала развития. Исходя из этого, новая технология производства стали для достижения поставленных целей должна иметь прорывной характер.
Программа иЪС08 представляет собой результат исторического решения глав государств и правительств ЕС от 9 марта 2007 г. в области защиты климата планеты. Продолжением и развитием этой тенденции являются Парижское соглашение по сохранению климата и снижению выбросов парниковых газов (декабрь 2015 г.). Поставленные цели являются весьма сложными и предполагают значительные изменения в технологии производства стали. К сожалению, ни одно металлургическое предприятие России не участвует в этой программе.
В настоящее время в рамках пилотного проекта программы ЦЪС08 рассматриваются два способа восстановления: доменный процесс с чистым кислородным дутьем и отводом колошникового газа и процесс восстановления плавки Швагпа, представляющий бездоменную технологию выплавки чугуна в виде восстановительно-плавильного реактора. Предварительный анализ, расчеты и экспериментальные результаты, полученные по состоянию на сегодня на опытных установках, показали невозможность достижения поставленной цели - сокращения выбросов до требуемого уровня. Однако исследования продолжаются, и есть основания полагать, что, в конце концов, удастся решить задачу исторического масштаба - создать новую эффективную ресурсосберегающую технологию производства стали с улучшенной экологией в отношении эмиссии С02. На это инициаторы работ отводят 10 лет. В рамках существующей схемы получения стали решить вопросы экологии, энергоэффективности, рентабельности, снижении затрат на производство стали не представляется возможным.
Перечисленные выше способы не исчерпывают всего многообразия и огромного количества предложенных способов восстановления, в том числе в России.
Продолжаются работы в МИСис по дальнейшему совершенствованию и развитию технологии получения чугуна в печи с барботажным шлаковым расплавом (процесс в печи Ванюкова) под руководством Г.С. Под-городецкого. Надо признать, что данная разработка сыграла и продолжает играть огромную стимулирующую роль в развитии новых процессов.
Новейшей российской разработкой в области жидкофазного восстановления является струйно-эмульсионный реактор (СЭР). Цикл этих работ, выполненных коллективом ученых и производственников под руководством профессора В.П. Цымбала, значительно обогатил и углубил на-
учные основы процессов жидкофазного восстановления (ЖФВ). Значение работ российских металлургов в области жидкофазного восстановления трудно переоценить.
Подтверждением этого является процесс твердофазного восстановления фирмы «Kobe Steel», так и не сумевший доказать свою конкурентоспособность, в том числе в России. Данный способ, как и подавляющее большинство процессов, предложенных за рубежом, базировался на твердофазном принципе восстановления железной руды, не позволяющем создать режим благоприятствования для гетерогенных процессов реакций восстановления. Только переход к жидкофазному характеру восстановления вместо твердофазного способен кардинально изменить природу, механизм, процессы тепломассообмена в получении железа прямого восстановления.
Впрочем, окончательный вопрос о «победителе» в соревновании технологии прямого (бездоменного) получения железа из оксидов при наличии таких уже разработанных до промышленного уровня, как COREX и MIDREX, позволивших полноценно заменить аглодоменную схему, еще не завершен. приоритетным, а также ряд других положений по повышению эффективности сталеплавильного производства в целом.
3. Процесс жидкофазного восстановления ORIEN
В России группой компаний «Ферро-Технолоджи» и аффилированными с ней структурами: ООО «НПМП «Интермет-Сервис», ООО «Инновационные технологии и материалы», ООО «Металлургические материалы» с участием научно-исследовательских организаций, в том числе ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина» и «Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова», ряда вузов и металлургических предприятий России и зарубежных стран разработан, опробован в опытно-промышленных условиях и запатентован не имеющий аналогов альтернативный процесс выплавки стали - технология электрометаллургического комплекса ORIEN [1 - 4]. Металлургическая цель этого процесса аналогична процессам «руда - сталь», предложенным ранее (М.А. Глинков, А.М. Биге-ев и др.). Схема процесса ORIEN представлена на рисунке.
Отправной точкой создания процесса ORIEN являются синтетические композиционные материалы, получившие название синтиком, основу которых составляют ведущие элементы Fe - C - O [5,6]. Заключительную роль в развитии новых представлений сыграли работы отечественных исследований в области оксидоугольных брикетов и применение их в электроплавке. Среди них следует особо отметить цикл работ, выполненных под руководством проф. Г.Н. Еланского. Именно данные о природе, механизме и поведении этих композитов послужили толчком к разработке жид-кофазных процессов восстановления. В общем виде классическая реакция восстановления железа из его оксидов имеет вид [7]
63
Авторы предлагают для рассмотрения свой вариант такой технологии, считая его
(Рв203)Т + 2СТ = 2[Рв]Ж + 3[СО] - 5620кДЖ/кгжелеза. (1)
Согласно этой реакции на получение железа с помощью карбомет-рического восстановления при 1500 °С требуется затратить 1,56 кВт-ч/кг железа.
С металлургических позиций одностадийные совмещённые процессы типа ОМЕК, базирующиеся на использовании в качестве плавильного агрегата электродуговой печи, сочетают в себе одновременно две функции: карботермического восстановления железа и получения из него полупродукта или стали. Первая из этих функций в существующей схеме производства стали является прерогативой доменной печи или печи прямого восстановления железа. Вторая же функция - выплавка стали - остается прежней.
Применение в качестве альтернативной технологии способа ОМЕК сводит весь технологический процесс к простой блок-схеме: производство исходного оксидоугольного сырья - карботермическое получение железа -выплавка полупродукта или стали из железа прямого восстановления, получаемого в ходе плавки и превращаемого параллельно и одновременно с восстановлением в конечный металл при совмещении этих процессов во времени и пространстве.
Схемы процесса получения стали
Новая схема производства стали освобождает металлургию от применения кокса, агломерата, железорудных окатышей, выплавки чугуна в доменных печах и получения стали в кислородных конверторах. Это создает необходимые предпосылки для коренного улучшения экологии, сни-
жения энергозатрат, сокращения издержек производства стали и ее себестоимости, а также улучшения качества металлопродукции. Безусловно, процесс выплавки стали в варианте отказа от аглодоменной схемы получения чугуна вносит решающий вклад в инновацию черной металлургии, однако этому должен сопутствовать еще ряд факторов инновационного характера, содействующих этому процессу, как с позиции технологической необходимости, так существенно влияющих на экономику сталеплавильного производства - критерия эффективности этого важнейшего звена в получении металлопродукции из черных металлов - основного конструкционного материала современной цивилизации.
4. Вопросы автоматизации и управления
Сталеплавильные агрегаты и МНЛЗ оснащены всеми современными средствами контроля и управления технологическими процессами и эксплуатации оборудования. Успехи в области информационных технологий позволили создать компактные, удобные в эксплуатации средства. Они позволяют получать и накапливать практически любой объем информации, предоставляя ее технологу как в режиме on-line, так и извлеченную из архивов.
Постоянно накапливаемый огромный объем знаний о технологических процессах в сталеварении, формировании слитка, работе металлургического оборудования и его влиянии на эти процессы, установление природы дефектов и причинно-следственных связей параметров технологии с вероятностью их появления, казалось бы, должны гарантировать получение заготовки практически без дефектов. Вместе с тем, продукция сталеплавильных агрегатов, выполненных на современном уровне и применяющих новейшие технологии под контролем современных средств автоматизации, функционирующих по патентованным математическим моделям, не гарантирует бездефектность.
Понятно, что по причинам технологического характера реализация режима горячего посада не может применяться для значительной части существующего марочного сортамента. Более того, большинство проектных решений по расположению сталеплавильных и прокатных цехов на действующих предприятиях сильно затрудняют передачу горячей заготовки к нагревательным печам прокатного стана, но резерв повышения качества по дефектам металлургического происхождения достаточно велик и должен быть реализован при всех требованиях, указанных выше. Безусловно, уровень брака и объем «ремонта» заготовок (зачистки) невелики, однако случаи возврата сотен, а то и тысяч тонн металлопроката по причине дефектов сталеплавильного производства не редки. Предприятия не отказались от адъюстажей для визуального осмотра.
Современное оборудование ЛВС (локальных вычислительный сетей) на отечественных металлургических предприятиях позволяет решать задачи экономичного интеллектуального управления технологическими
процессами, однако внедрение интеллектуальных систем управления сдерживается отсутствием заинтересованности предприятий по тем или иным причинам. В настоящее время в ЦНИИчермете разработаны принципы построения математического ядра интеллектуальной системы управления технологическими процессами нового поколения [8, 9, 10]. По экспертным оценкам, внедрение таких систем, интегрирующих существующие системы управления производством в одно целое, позволяет снизить себестоимость непрерывнолитой заготовки как конечной продукции сталеплавильного производства не менее чем на 20 %.
5. Промышленные отходы и их использование
Основными отходами сталеплавильного производства являются шлаки окислительного периода, так называемые черные шлаки (ЧШ), шлаки периода рафинирования - белые шлаки (БШ), пыль и шламы газоочисток.
Предприятия черной металлургии активно занимаются переработкой шлаков сталеплавильного производства. Преимущественно перерабатывают ЧШ как наиболее массовые (50...200 кг на 1 т стали) в продукцию для нужд строительства, а БШ (20...40 кг/т), как правило, смешиваются с ЧШ и теряются безвозвратно, так как со временем распадаются и распыляются.
В настоящее время большинство из образующихся шлаков классифицируются как промышленные отходы четырех категорий и зачастую хранятся в специальных отвалах для гарантии от распада длительное время (до одного года), затем «добываются» и подлежат переработке на дробильно-сортировочных комплексах, превращаясь в товарную продукцию.
Известно, что вместе со шлаком в отвалы попадают и остатки стали (при сливе ЧШ и БШ), которые затем извлекаются в виде «козлов» и возвращаются в производство, часть стали в виде мелких корольков остается в массе шлака, затем сепарируется при переработке (~ 60 %) и также возвращается в производство. Однако часть этих корольков не извлекается при сепарации и остается в шлаках (5...7 % от массы шлака) и теряется безвозвратно. При этом в окислительных шлаках также содержится значительная доля оксидов железа: в среднем для конвертерных шлаков 10... 15 %, а для шлаков электросталеплавильного производства эта доля может доходить до 40 %, что связано с применением кислорода для высокой интенсификации плавления и сокращения времени выплавки.
Железо, содержащееся в шлаках в виде оксидов таких концентраций, теряется безвозвратно, а учитывая, что они находятся в жидком расплаве, процесс их восстановления представляется малозатратным, тем более, что прочность щебня при снижении концентрации оксидов железа до 5...7 % изменяется незначительно. Решение задачи переработки шлаков непосредственно в жидком состоянии после выпуска из сталеплавильного
агрегата (ЧШ) или ковша (БШ), кроме того, оздоравливает обстановку в цехе, позволяет остановить накопление шлаковых отвалов и освобождает земельные территории, ослабляя нагрузку на окружающую среду.
Такая возможность возникает при комплексной схеме переработки шлака, когда на 1-м этапе происходят восстановление железа из оксидов и коагуляция мелких включений стали в массе шлака [11], а затем на 2-м этапе в специальном устройстве достигается его быстрое затвердевание с приданием необходимых свойств, отвечающих требованиям потребителей продукции для строительных нужд [12]. Решив эту задачу, можно реализовать лозунг «Экология - это выгодно!» даже с позиции формальной экономии.
В настоящее время во ФГУП «ЦНИИчермет им. И. П. Бардина» разработан промышленный процесс 2-го этапа комплексной переработки [13 - 15], при этом 1-й этап для БШ не потребуется, так как шлак содержит незначительное количество оксидов железа (до 5 %). Оставшиеся мелкие фракции металла в этом шлаке, ранее безвозвратно теряемые, в составе полученного стойкого к распаду щебня полностью возвращаются в производство. БШ — это синтетический шлак эвтектического состава с содержанием СаО не менее 50 % - идеальный материал для добавки в качестве флюса к извести, частично заменяющий ее и вследствие своих свойств ускоряющий ее растворение. Кроме того, в процессе переработки, как было сказано выше, получаемый кусковой известково-шлаковый щебень из этого материала не склонен к распаду с течением времени, а следовательно, способен к длительному содержанию в емкостях без ущерба для экологии.
Анализ возможных агрегатов для реализации процесса восстановления железа из оксидов окислительных шлаков приводит к выводу, что наиболее подходящим для этого является процесс, реализуемый в печи Ванюкова, кратко рассмотренный в работе [16]. Относительно проблемным при этом остается решение задачи совмещения непрерывности процесса в печи Ванюкова с дискретным характером поступления жидкого шлака.
Но и при переработке твердого кускового шлака независимо от срока его образования, как показывают расчеты, экономический эффект значителен. Так, по упомянутым ранее расчетам специалистов ООО «Норд», при переработке 250 тыс. т в год окислительного шлака с содержанием 40 % оксидов только за счет реализации произведенного чугуна можно получить более 600 млн руб. выручки при современных ценах на эту продукцию.
6. Инновационные элементы технологии в сталеплавильном производстве, разработанные в России
Практика закупок оборудования и технологий для металлургии российскими предприятиями у ведущих европейских производителей в последние два десятилетия, безусловно, позволила коренным образом модер-
низировать производство на предприятиях-лидерах отрасли, а также ввести в эксплуатацию ряд мини-заводов. С другой стороны, пренебрежение возможностями отечественных машиностроителей способствовало стагнации отрасли и значительной утере конкурентоспособности российских заводов тяжелого машиностроения. Тем не менее, это не должно отменять внедрение инновационных решений мирового уровня в области как металлургических технологий, так и техники. Вот несколько примеров.
Разработанная в ЦНИИчермете технология управления кристаллизацией расплава с помощью ввода расходуемого макрохолодильника позволяет значительно улучшить внутреннюю макроструктуру непрерывно-литой заготовки и соответственно повысить качество готового проката, особенно толстых листов и плит [17]. Разработкой аналогичной технологии в настоящее время заняты в Китае.
Проведенные более 20 лет назад первые эксперименты по наложению ультразвуковых колебаний на стенки кристаллизатора в СССР, Японии и Франции дали блестящие результаты в плане улучшения качества поверхности заготовок (с дальнейшим повышением уровня качества холоднокатаного листа). Сейчас ЦНИИчермет имеет аналогичную современную технологию [18], реализуемую на современной элементной базе.
Для производства бесшовных труб могут применяться полые не-прерывнолитые заготовки. Это позволяет значительно упростить технологический процесс и сократить расходы энергии до 15 %. Соответствующие технология и оборудование были разработаны еще советскими учеными, прошли испытания, но не были внедрены ввиду тяжелой экономической ситуации начала 1990-х годов. Данная разработка актуальна по сей день [19]. Например, кроме бесшовных труб, можно производить такую инновационную продукцию, как полые железнодорожные оси.
Наконец, на текущий момент в мире существует не менее девяти установок непрерывной разливки стали, позволяющих получать слябовую заготовку толщиной от 350 до 500 мм. Из них в РФ находится лишь одна, но максимальная толщина не превышает 355 мм. Получение заготовок больших толщин особенно актуально при производстве металлопроката с особыми требованиями к свойствам (например, для освоения арктических районов). Конечно, требуемая продукция может быть либо получена из слябов текущего производства по более дорогой технологии, либо закуплена за рубежом. Однако с учетом постоянно усиливающихся санкций, импорт как заготовок требуемого размера, так и готовой продукции сопряжен с большими рисками. Строительство новой или реконструкция одной из действующих установок позволила бы существенно снизить стратегический риск [12, 20].
Заключение. Предлагаемые технические решения, представленные в четырех разделах, являются отечественными разработками и, как правило, имеют мировой приоритет и, самое главное, существенно повышают
конкурентоспособность. Тем не менее, сложилась ситуация, когда у отечественных металлургов они недостаточно востребованы. В этих условиях понятна позиция владельцев предприятий как представителей бизнеса, приобретающих в абсолютном большинстве, как показали последние десятилетия, только иностранную технику и технологии. В этом случае они застрахованы от возможных убытков контрактной системой, гарантирующей уход от малейшего риска. Существующая же система, призванная стимулировать бизнес-сообщество к инновациям в виде грантов и всех видов госзаказов, включая ФЦП, предусматривает софинансирование «индустриальным партнером», т.е. тем же бизнесом. При этом условия выполнения госзаказа не предусматривают каких-либо преференций не только за возможные риски, но и требуют немедленной дальнейшей коммерциализации разработки, исключая необходимый период доработки инновационных решений.
Общеизвестно, что как бы ни было технически обосновано такое решение, оно по своей природе содержит риск, без которого прогресс невозможен в принципе. Об этом красноречиво свидетельствует наша собственная история мучительного процесса признания роли «чистого кислорода» в металлургических процессах и способа непрерывной разливки стали в 1950-х годах. Тогда нашлись специалисты уровня академика И.П. Бардина, убедившие руководство страны в необходимости этих инноваций, а время доказало их правоту, выдвинув в те годы черную металлургию СССР в мировые лидеры.
Представленные в данной статье разработки имеют не только реальную коммерческую перспективу в российской черной металлургии, но и имея инновационный характер на уровне патентной новизны, способны стать интеллектуальным продуктом, востребованным на международном рынке металлургических технологий.
Кто и что должны в сегодняшних экономических условиях России стать реальной поддержкой отечественных инноваций — основополагающий вопрос. Ибо продолжающаяся практика тотального импортирования металлургической техники и технологии обрекает этот ключевой сектор индустрии на роль вечного аутсайдера в семье индустриально развитых стран.
В этих условиях создание технопарка по черной металлургии на принципах государственного коммерческого партнерства, по образу и подобию созданного в г. Туле по инициативе академии И.П. Бардина в 50-х годах прошлого столетия - единственный выход из этого положения.
И первые шаги сделаны: представлена концепция сталеплавильного мини-завода на инновационных принципах под девизом «Природоподоб-ные безотходные технологии» на рассмотрение Тульской областной администрации.
Список литературы
1. Патент РФ № 25.1.1.41. Способ жидкофазного получения железа прямого восстановления / Г.А. Дорофеев [и др.]. Опубликовано 10.04.2014. Бюллетень №10.
2. Концепция энергометаллургического комплекса ORIEN / Г.А. Дорофеев, П.Р. Янтовский, Я.М. Степанов, В. А. Синельников // Труды IV Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием) «Моделирование и наукоемкие информационные технологии в технических и социально-экономических системах». Ч. 1. Новокузнецк, 2016. С. 13-17.
3. Электрометаллургический процесс нового поколения ORIEN. / Г. А. Дорофеев [и др.] // Сборник трудов XIII Международного конгресса сталеплавильщиков. Москва - Полевское. 2014. С. 395-398.
4. New energy - metallurgical production process of direct reduced iron and electrical energy / G.A. Dorofeev, P.R. Yantovski, T.N. Odorodko, J.V. Kharitonova, A.A. Protopopov, V.A. Erofeev, A.A. Arsenieva, S.G. Murat // Proceedings of International scientific and technical Conference named after Leonardo da Vinci. Wissenschaftliche Welt, e.Vol. 2013. №1. P. 54-58.
5. Шахпазов Е.Х., Дорофеев Г. А. Новые синтетические композиционные материалы и технология выплавки стали с их использованием. М.: Интерконтакт Наука, 2008. 272 с.
6. Дорофеев Г.А., Афонин С.З., Шевелев Л.Н. Энерготехнологические особенности использования синтикома при выплавке стали в электродуговых печах. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 112 с.
7. Металлургия стали / под ред. В.И. Явойского и Г.Н. Ойкса. М.: Металлургия, 1973. 816 с.
8. Чертов А. Д. Управление качеством непрерывнолитой заготовки / Труды XII Международного конгресса сталеплавильщиков. Выкса, 2012.
9. Паршин В. М., Чертов А. Д. Управление качеством непрерывно-литой заготовки // Сталь, 2005. № 2. С. 20 - 29.
10. Паршин В. М., Чертов А. Д. Интеллектуальные системы управления качеством непрерывнолитой заготовки // Сталь, 2005. № 3. С. 20 -29.
11. Технология восстановления оксидов железа из жидких сталеплавильных шлаков в процессе их комплексной переработки / В.В. Журавлев [и др.] // Черная металлургия: бюл. науч.-техн. и экон. инф. 2014. № 1. С. 74 - 78.
12. Буланов Л.В., Бусыгин В.В., Авдонин В.Ю. Перспективы и проблемы МНЛЗ для разливки слябов толщиной более 350 мм // Черная металлургия: бюл. науч.-техн. и экон. инф. 2014. № 17. С. 33 - 42.
70
13. Комплексная переработка жидких сталеплавильных шлаков с восстановлением железа и получением качественной товарной продукции / А.Г. Шакуров [и др.] // Сталь. 2014. № 2. С. 75 - 81.
14. Результаты разработки технологии и оборудования для переработки и стабилизации шлакового расплава в товарный продукт / А.Г. Шакуров [и др.] // Черная металлургия: бюл. науч.-техн. и экон. инф. 2014. № 2. С. 82 - 86.
15. Школьник Я.Ш., Шакуров А.Г., Мандель М.З. Новая технология и оборудование для переработки шлаковых расплавов // Металлург. 2011. № 10. С. 58 - 60.
16. Ковалев В.Н. Металлургический комплекс для получения товарной продукции из материалов техногенного и природного происхождения // Сталь. 2013. № 4. С. 78 - 82.
17. Голенков М.А. Непрерывная разливка с вводом вибрирующих расходуемых макрохолодильников как способ повышения качества макроструктуры заготовок // Черная металлургия: бюл. науч.-техн. и экон. инф. 2013. № 10. С. 38 - 40.
18. Ультразвуковое воздействие на стенки кристаллизатора при непрерывной разливке стали / П.Ю. Жихарев, В.М. Паршин, А. Д. Чертов,
A.Н. Грот // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2013. № 2. С. 38 - 44.
19. О производстве полых непрерывнолитых заготовок для бесшовных труб (в порядке обсуждения) / В.М. Паршин, А.С. Смоляков,
B.Н. Хребин, П.Ю. Жихарев // Сталь. 2012. № 12. С. 15 - 19.
20. Ковалев В.Н. Эффективность получения чугуна в печи с барбо-тажным шлаковым расплавом // Сб. тр. XIII Междунар. конгресса сталеплавильщиков. Москва - Полевское, 2014. С. 415 - 417.
Дорофеев Генрих Алексеевич, канд. техн. наук, доц., imsk@,list.ru, Россия, Тула, ООО «НПМП Интермет-Сервис»,
Паршин Валерий Михайлович, д-р техн. наук, директор, parshinvm@,gmail. com, Россия, Москва, Центр непрерывной разливки стали ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина»
THE NEW CONCEPT OF RESOURCE CONSERVA TION IN THE PRODUCTION OF STEEL
G.A. Dorofeev, V.M. Parshin
Examined the achievements and problems of modern steel production from the standpoint of resource saving. One of the prospects of development of the electrometallurgic-al process is ORIEN, developed in Russia.
Key words: steel production, resource conservation, process ORIEN, Sinticom, environment, energy, quality steel.
Dorofeev Genrikh Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, imsk@ Hst.ru, Russia, Tula, LLC «NPMP Intermet-Service»,
Parshin Valeriy Mihajlovich, doctor of technical sciences, director, par-shinvm@,gmail. com, Russia, Moscow, State Scientific Center of the Russian Federation Federal State Unitary Enterprise (FSUE) I.P. Bardin Central Research Institute for Ferrous Metallurgy
УДК 621.745.4
АНАЛИЗ ПОВЕДЕНИЯ УГЛЕРОДА В ПРОЦЕССЕ ЭЛЕКТРОПЛАВКИ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ
ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТЫХ БРИКЕТОВ СИНТИКОМА
Г.А. Дорофеев, П.Р. Янтовский, Я.М. Степанов
Показано, что использование в электропечах брикетов синтикома на основе ¥е-О-С вносит принципиальные изменения в главную реакцию сталеварения - окисление углерода, а также в получение из высокоуглеродистых брикетов синтикома в печи высокоэффективного науглероживателя в виде железоуглеродистого расплава нового типа.
Ключевые слова: углерод, электроплавка, брикеты, синтиком, науглерожива-тель, карботермическое восстановление.
Введение в шихтовку электродуговых печей брикетов синтикома на основе элементов Бе - О - С вносит существенные изменения в главную реакцию сталеварения - окисление углерода. Суть их заключается в создании нового фронта взаимодействия углерода и конденсированного кислорода, представленного оксидами железа, который содержит брикеты син-тикома. Данный фронт служит одновременно зоной получения железа прямого восстановления и образования в печи значительного количества монооксида углерода, являющегося потенциальным энергоносителем в случае его дожигания до СО2. Помимо отмеченных явлений, одним из важных следствий эффекта применения брикетов синтикома на оксидо-угольной основе является науглероживание ванны и дополнительное развитие процесса обезуглероживания. Это сопровождается, в свою очередь, выделением СО, интенсивным кипением и перемешиванием ванны, ускоренным нагревом металла и его рафинированием, более быстрым шлакообразованием и другими позитивными эффектами. Кроме того, интенсивное образование СО и его более раннее выделение внутри слоя холодной шихты, начинающееся сразу с момента загрузки брикетов синтикома, существенно улучшает условия дожигания СО до СО2 и повышает степень усвоения этого тепла благодаря совмещению зон образования СО, его дожигания и передачи тепла.
