ОБЕСПЕЧЕНИЕ КРУПНЕЙШИХ ГОСУДАРСТВЕННЫХ ПРОГРАММ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЙ МЕТАЛЛОПРОДУКЦИЕЙ

Анализ мировых тенденций в развитии металлургического производства, а также оценка состояния металлургической промышленности России обусловливает ряд выводов, позволяющих определить место отечественных производителей на мировом рынке металлов. Производственный потенциал черной металлургии России позволяет производить (млн.т в год): готового проката— 67; стали — 94; чугуна — 61; кокса — 34; товарной железной руды — 103.

Однако следует отметить структурное отставание металлургии России, выражающееся в преобладании мартеновского производства (>60%), разливки в слитки (75%) над более прогрессивными металлургическими процессами: конвертерным, электропечным, а также непрерывной разливкой.

Выделение России в самостоятельное государство в некоторой мере способствовало снижению объема производства металлопродукции (г 17,5 %), обострило сырьевую базу, одновременно потребовав значительного улучшения качества и расширения сортамента производимых сталей, освоения новых кооперационных связей, ориентируясь преимущественно на российских производителей. Но несмотря на указанные трудности черная металлургия России в состоянии обеспечить собственные потребности в металле высокого качества. Наиболее характерными примерами решения народнохозяйственных задач, стоящих перед черной металлургией России, можно назвать технологические разработки, связанные с обеспечением автомобилестроения и топливно энергетического комплекса отечественной металлопродукцией мирового уровня. Г Развитие автомобилестроения обусловило необходимость разработки нового поколения холоднокатаных сталей, отличающихся высоким сочетанием прочности и параметров штампуе мости, в том числе после нанесения горячих покрытий и отжига в непрерывных агрегатах (АНО, АГЦ).

Для решения поставленных задач принципиального повышения штампуемости холоднокатаных сталей известно растущее применение в мире так называемых IF (Interstitial ?гее)сталей без свободных атомов внедрения, в которые вводят прецизионное количество сильного карбонитридообразующего элемента (Ti, Nb, В) в количествах, близких к стехиометрическому составу соответствующих соединений. Это исключает полностью наличие свободных атомов внедрения — углерода и азота в решетке при любых условиях охлаждения после прокатки и термической обработки и повышает пластические свойства и деформационное упрочнение и штампуемость сталей. Уникальные свойства IFсталей позволили на некоторых зарубежных фирмах производить автомобиль со 100 %ным использованием этих сталей для изготовления лицевых деталей. Характерный химический состав IFсталей, получивший наибольшее распространение, приведен ниже, %:

Кроме титана в сталь можно вводить ниобий при соответствующем снижении содержания титана. При данном химическом составе и правильно подобранных режимах горячей и холодной прокатки, термообработки обеспечивается возможность получения высоких показателей штампуемости ( 300 МПа; <г„ > 45,0 %; R > 1,8; АД <0,50; л >0,23).

Наибольшего прогресса в производстве холоднокатаных сверхнизкоуглеродистых сталей, стабилизированных титаном и ниобием, достигли на Новолипецком металлургическом комбинате. Массовое производство IFсталей потребовало высокого уровня металлургической технологии, что явилось показателем такого уровня. При этом исходили из принципиального положения, что за счет только одного какоголибо технологического передела невозможно обеспечить высокое качество готовой продукции.

При освоении новой металлопродукции речь должна идти только о сквозных технологиях и комплексном изучении потребительских свойств готовой продукции для формирования спроса потребителя. Реализованная в промышленных условиях схема производства IFсталей представлена на рис.1.

Реализация сквозной технологии начинается с подготовки металлолома и глубокой вне доменной обработки чугуна — процессов десульфурации чугуна и очистки его от доменного шлака. Процессы десиликонизации, дефосфорации и деазотации чугуна в настоящее время на металлургических комбинатах России носят опытнопромышленный характер и широкого применения при производстве холоднокатаных сталей не получили.

Принятая технология десульфурации чугуна порошкообразным магнием обеспечивает получение содержания серы на уровне 0,005 0,010 % в зависимости от исходного содержания серы в чугуне и готовой стали. Недостатки данного способа ввода магния привели к освоению более прогрессивного способа ввода магния — в виде проволоки с наполнителем. Внедрение этого метода позволило сократить расход магния до 0,40,5 кг/т чугуна вследствие более высокой степени его использования, сократить расход чугуна, снизить температурные потери, улучшить экологию процесса. Однако, учитывая дефицитность магния, следует более активно развивать внедоменную десульфурацию чугуна рафинированным доменным шлаком в специальном агрегате. Опытнопромышленное опробование этого метода в 230т агрегатах полностью подтвердили все научные и практические предпосылки преимуществ этой технологии (S < 0,001+0,005 %) перед всеми другими, получившими развитие в мире.

Современный конвертерный процесс достиг высокого уровня совершенства, но и в этих условиях при производстве упомянутых сталей сохраняется много нерешенных проблем. Основными из них являются остановка на заданном содержании углерода, получение оптимальной температуры с учетом последующих технологических переделов, регулирование окисленности металла. Оснащение конвертеров комбинированной продувкой в значительной степени помогло в решении многих технологических задач. Исследования, проведенные на НЛЖ, позволили установить, что с учетом последующей внепечной обработки для IF сталей содержание углерода в металле перед выпуском из конвертера предпочтительнее иметь 0,025—0,035 %.

Другим важнейшим элементом, контроль которого возможен при выплавке металла в конвертере и имеющим ключевое значение для IF сталей, является азот. Использование комплекса технологических решений в конвертерном процессе обеспечивает содержание азота на уровне 0,00150,0025 % после продувки.

Фактором, ограничивающим широкое внедрение комбинированной продувки при производстве IFсталей, следует назвать неудовлетворительные номенклатуру и качество огнеупоров для днища конвертера, отставшие в аппаратурном оборудовании для регулирования процесса подачи газов через днище. Г Современный сталеплавильный процесс как органическую составляющую включает в себя обработку металла в сталеразливочном ковше. Для IFсталей получила развитие следующая схема внепечной обработки: выпуск нераскис ленного металла из конвертера в сталеразливочный ковш с основной футеровкой; обработка металла при выпуске специальными добавками, глубокое обезуглероживание металла в циркуляционном вакууматоре; на базе модели, включающей замер окисленности металла и температуры, расчет расхода раскислителей и микролегирующих элементов и их ввод в заданной последовательности, корректировка химического состава.

Важнейшими задачами, которые необходимо решить при промышленном освоении IFсталей в конвертерных цехах, являются стабилизация температурного режима, оптимизация содержания кислорода и азота в металле после продувки в конвертере, контроль процесса раскисления и микролегирования для стабилизации химического состава, выбор режимов и расходов газов, подаваемых в ковш и ва кууматор для глубокого обезуглероживания металла, обеспечение наиболее благоприятной формы и состава неметаллических включений.

Непрерывная разливка сверхнизкоуглеродистых сталей является довольно сложным технологическим переделом. Основными задачами можно назвать сохранение полученного ранее химического состава прежде всего по содержанию углерода, азота, титана, алюминия, обеспечение высокого качества поверхности литых слябов, макро и микроструктуры. Эти задачи можно решить за счет полной защиты металла от контактов с воздухом на участке стальковш — промковш — кристаллизатор, обеспечения высоких скоростей разливки (^1,0 м/мин), большого по объему (30—50 т) промковша, использованием низкоуглеродистых шлаковых смесей, поддержанием минимального диапазона колебаний уровня металла в кристаллизаторе. В настоящее время применительно к разливке IFсталей эти задачи в полной мере требуют своего решения.

Массовое освоение в промышленных условиях IFсталей в значительной мере позволит?

удовлетворить растущие требования отечественных автомобилестроителей в высокоштам пуемом металле. Среди потребителей IFсталей, активно изучающих ее потребительские свойства, следует назвать таких автогигантов, как ВАЗ, АЗЛК, КамАЗ. Ориентировочная потребность в сталях такого класса, в том числе с защитными покрытиями, составляет ~ 1 млн.т в год. Для освоения этого количества необходимо оснащение еще одногодвух конвертерных цехов дополнительным оборудованием в соответствии с приведенной ранее схемой.

Россия является основным потребителем труб большого диаметра для газовой промышленности СНГ. По данным концерна Тазпроми, на ее долю приходится 77% общей потребности в трубах диаметром 530—1420 мм, в том числе 88 % в трубах диаметром 1420 мм и irptfb ъ дополнении, т.е. повышенной прочности и хладостойкости.

Ранее значительную часть таких труб изготавливали предприятия России и Украины, причем хладостойкие трубы с толщиной стенки > 12 мм — только предприятия Украины. В частности, трубы диаметром 1420 мм (основные при транспортировке газа) для Газпрома поставляли с Харцизского трубного завода или закупали по импорту. Без собственного трубосварочного агрегата для изготовления таких труб проблема отказа от импорта при строительстве протяженных газовых магистралей в России не будет решена.

Вместе с тем начинающееся активное освоение шельфовых газовых месторождений выдвигает задачи обеспечения морских участков газовых трасс новыми видами труб. Так, АО "Росшельф” получило лицензию на разработку Штокмановского месторождения газа на шельфе Баренцева моря с разведанными запасами >3 триллионов м3.

Для разработки месторождения 90% оборудования будет произведено на отечественных заводах.

Транспортировку газа на материк предполагается осуществлять по дну моря на расстояние 650 км трубопроводами под давлением 100—150 атм. Согласно предварительным расчетам, для строительства ниток морского участка трубопровода потребуется, начиная с 1998 г., ежегодно 200—250 тыс.т труб диаметром 10201220 мм с толщиной стенки 30—36 мм. Общий объем поставки составляет приблизительно 1,5 млн.т.

Учитывая необходимость обеспечения высокой степени надежности подводного участка трассы транспортирования газа, к трубам предъявляются чрезвычайно высокие требования по прочностным показателям и хладостойкости. Класс прочности труб должен состав

лять К60—К65 (временное сопротивление > 60 кгс/мм2), ударная вязкость на образцах с острым надрезом при 20 °С (КСЛГ20) должна быть не менее 8—10 Дж/см2. Трубы должны быть покрыты двухсторонней изоляцией стенок. Если в настоящее время Россия не в состоянии производить такую продукцию, то имеется реальная возможность подготовить металлургическую промышленность к ее освоению в требуемые сроки.

На основании опыта, накопленного при освоении производства труб большого диаметра для северных магистральных газопроводов, а также перспективных исследований в области создания хладостойких штрипсовых сталей и металлургических технологий, институтами и предприятиями разработаны предложения для решения этой задачи. Для труб морского газопровода можно использовать стали, близкие по химическому составу к стали 10Г2ФБ, разработанной Институтом качественных сталей ЦНИИчермета для северных труб категории прочности К60 с толщиной стенки 15,7 мм, с дополнительным легированием никелем, молибденом в количестве до 1,5% для обеспечения требуемых показателей листов в толщинах 30—36 мм. При этом технология выплавки должна обеспечивать повышенную чистоту стали по вредным примесям (< 0,003 % S, <0,010% Р, <0,008% N2 и < 3 cmVIOO г Нг) и суженные пределы колебания основных легирующих элементов от плавки к плавке. При этом толщина непрерывнолитого сляба должна составлять <300 мм. Технологическое оборудование на прокатном переделе должно обеспечивать реализацию технологии контролируемой прокатки, ускоренное охлаждение листов с регулируемой скоростью, их последующее замедленное охлаждение в стопе. Средства отделки, контроля и испытания готовых пггрипсов, а также термические средства вне потока для исправления механических свойств (отпуск, нормализация, закалка) должны отвечать самым современным требованиям при выпуске продукции ответственного назначения.

Наиболее технологически подготовленным в России является вариант организации производства труб диаметром 1020 мм по схеме: изготовление труб — Выксунский металлургический завод; изготовление штрипсового проката — металлургический завод Ижорасталь” изготовление слябов — Новолипецкий и (или) Череповецкий комбинаты (рис.З).

В настоящее время для ВМЗ разработаны основные технологические схемы производства штрипсов толщиной 14—16 мм, шириной 3200 мм категории прочности К60 по кооперации HJIMK (выплавка и разливка) и Ижорский завод (контролируемая прокатка). На НЛМК производство заготовки для стана 5000 из стали 10Г2ФБЮ осуществляется по технологической схеме, предусматривающей выплавку полупродукта в 180т кислородных конвертерах, вне печную обработку на УДМ с продувкой металла порошкообразным силикокальцием в струе аргона и непрерывную разливку в кристаллизатор сечением 240x1550 мм. На стане 5000 предложенная технология включает нагрев однократный слябов в печах с выкатным подом до 1180—1200°С в течение 1012 ч и последующую контролируемую прокатку с завершением деформации при 770—710°С.

Проведено опробование предложенной технологической схемы при производстве штрип сов из стали 10Г2ФБЮ, показавшее ее перспективность для организации на ВМЗ производства хладостойких труб диаметром 1020 мм. Основные технологические параметры схемы можно использовать для штрипсов толщиной 3036 мм для морского участка газопровода. При выплавке стали для штрипсов реализуется полный цикл внепечной обработки, включающий отсечку конвертерного шлака при выпуске металла из конвертера; использование сталеразливочных ковшей с высокоглиноземистой футеровкой; обработку металла синтетическим шлаком при выпуске из конвертера; применение жидких ферросплавов; перемешивание металла аргоном с целью выравнивания химического состава и температуры, повышения чистоты по неметаллическим включениям; продувку порошкообразным силикокальцием фракции 0—1,5 мм в среде аргона; корректировку химического состава на УДПК; использование теплоизолирующих крышек.

Реконструкция установок непрерывной разливки направлена на снижение ликвационной неоднородности и повышение толщины слябов (до 300 мм). Годовая потребность в штрипсах 200250 тыс.т может быть обеспечена со стана 5000 Ижорского завода за счет поэтапного ввода недостроенного технологического оборудования.

На первом этапе (производство штрипсов до 100 тыс.т/год): завершение строительства нагревательных колодцев и адъюстажного пролета с термическими печами и ультразвуковой установкой; замена действующей станины клети кварто 5000 на станину повышенной прочности.

На втором этапе (производство штрипса до 150 тыс.т/год): удлинение цеха с установкой черновой клети дуо, ножниц поперечной резки, правильной машины для правок листов толщиной 10—50 мм в потоке стана, передаточных шлепперов, огнерезных и зачистных машин.

На третьем этапе (завершение строительства первой очереди с выходом на проектную мощность 370 тыс.т в год, в том числе штрипсов 200 тыс.т/год): установка второй правильной машины в потоке стана, ножниц продольной резки, термических проходных печей, роликовой закалочной машины и УЗК в потоке стана.

Освоение производства этого вида металлопродукции позволяет подготовить техническую базу для освоения других месторождений газа в России (Обская губа, Сахалинский шельф, Чукотка—Корея и др.).

Таким образом, предприятия черной металлургии России в состоянии в полном объеме обеспечить потребности этих и других ведущих отраслей промышленности для реализации крупных государственных проектов и программ высококачественным металлом. Реализации предложенных мероприятий по внедрению новых технологических решений повысит общий технический уровень отечественной металлургии и ее конкурентоспособность на мировом рынке высококачественной металлопродукции.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 2, Москва 1994