1.2.1. Суть процесу

Основною сировиною для масового виробництва сталі є пере­робний чавун і скрап (металобрухт й металеві відходи металур­гійних та машинобудівних заводів). Чавун порівняно зі сталлю містить більшу кількість вуглецю, марганцю, кремнію, фосфо­ру й сірки. Позбутись надлишку вуглецю, марганцю, кремнію і фосфору можна шляхом їх оксидації. Під час оксидації вуглець у вигляді газоподібного оксиду вуглецю CO виходить в атмос­феру, а марганець і кремній утворюють нерозчинні в розплав­леному металі оксиди МпО і Si0₂. Фосфор оксидується до Р₂О_й, який, сполучаючись з флюсом СаО, переходить у нерозчинний у металі фосфат кальцію (СаО)₃ • Р₂0.. Сірку з розчиненого в металі сульфіду заліза FeS переводять у нерозчинний сульфід кальцію CaS. Утворені сполуки (МпО, Si0₂, (CaO)₃ • Р₂0₅), які ма­ють меншу від заліза густину, випливають на поверхню як шлак.

1.2.2. Тенденції розвитку виробництва сталі у XX ст.

Попри все ширше використання в народному господарстві сплавів кольорових металів, пластмас, керамічних і композит­них матеріалів, сталь залишається основним конструкційним матеріалом завдяки кращим механічним і технологічним влас­тивостям та порівняно невисокій вартості. Жодна з промислово розвинених країн світу не обходиться без власного виробництва сталі. Обсяги виробництва сталі та його технології є важливою характеристикою промислового потенціалу кожної держави.

Виробництво сталі у світі протягом XX ст. розвивалось над­звичайно високими темпами (рис. 1.2.1 і табл. 1.2.1). Якщо сумарна кількість сталі, виплавленої у світі в 1900 p., стано­вила 28,3 млн т, то в 2000 р. вона зросла до 829,6 млн т, тобто за 100 років виробництво сталі у світі збільшилось майже у 30 разів, в Україні — в 27 разів, а у СІЛА — до 10 разів. За результатами 2001 р. Україна посіла сьоме місце серед вироб­ників сталі (див. табл. 1.2.1).

Зазначимо, що на початку XX ст. у металургійній промисло­вості світу панували два основні способи виробництва сталі — конвертерний (в бессемерівських і томасівських конвертерах)

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Рік

Рис. 1.2.1. Розвиток виробництва сталі та найпоширеніших технологій протягом XX ст.

та мартенівський. Третій спосіб — виробництво сталі в елек­тропечах — перебував на початковій стадії розвитку. В 1952 р. започатковано промислове виробництво сталі в кисневих конвер­терах. Киснево-конвертерна сталь за якістю не поступалась мартенівській, але вартість киснево-конвертерної сталі була нижчою.

Очевидно, що попит на сталь, виплавлену тим чи іншим способом, визначався її ціною і властивостями. Попри високу продуктивність бессемерівських і томасівських конвертерів та порівняно низькі виробничі витрати, металургам не вдалося забезпечити високу якість конвертерної сталі. Ось чому мартенів­ське виробництво, частка якого в 1900 р. становила близько 40 %, стало поступово витісняти конвертерний спосіб. У 1960 р.

в мартенівських печах виробляли 82 % сталі, в електропечах — 10 %, в бессемерівських і в томасівських конвертерах разом — близько 4 %, у кисневих конвертерах — 3,5 %. Киснево-конвер­терний спосіб, починаючи з 1954 p., став надзвичайно швидко поширюватись у світі. Як наслідок, частка сталі, вироблена в кисневих конвертерах у 1970 p., перевищила 40 %, у 1980 р. вона становила близько 52 %, у 1990 р. — 56,6 %, а у 2001 р. — 59,1 %.

Киснево-конвертерна сталь зовсім витіснила зі світової арени виробництво сталі в бессемерівських та в томасівських конвер­терах і стала причиною занепаду мартенівського виробництва, яке в 2001 р. зменшилась до 4,3 %.

Виробництво сталі в електричних печах від початку століття розвивалось дуже повільно, досягнувши в 1925 р. близько 1 %, у 1950 р. — 6,5 %. Однак потреба у високоякісній сталі стимулю­вала розвиток електрометалургії. Ось чому вже в 1970 р. част­ка виплавленої електросталі в світі становила 14 %, у 1990 р. — 27,6 %, а в 2001 р. — 33,6 %. Сьогодні виробництво сталі в електропечах вийшло на друге місце після киснево-конвертер­ного способу й зберігає тенденцію до зростання.

Покажемо, яким способам виробництва сталі віддавали перевагу протягом XX ст. в окремих країнах, розглянувши три найпоширеніші в наш час способи виплавлення сталі — кисне­во-конвертерний, електропічний і мартенівський. Якщо в галу­зі киснево-конвертерного виробництва в 1960 р. Україна перевищила світовий показник (рис. 1.2.2, а), то в наступні роки вона поступово втрачала свої позиції і вже в 2001 р. частка україн­ської сталі, виробленої киснево-конвертерним способом, стано­вила 49,0 % [18] проти 59,1 % у світі [17]. Відносна кількість киснево-конвертерної сталі, виготовленої в США, не набагато відхилялась від світового рівня. У Японії темпи киснево-конвер­терного виробництва були особливо високі в 1970-1977 pp., коли частка цього виробництва сягала 80 %.

Особливо помітне відставання України від темпів світового розвитку в галузі електрометалургії (рис. 1.2.2, б). Частка ста­лі, виплавлюваної в електропечах США до 1969 p., не переви­щувала світового рівня, а далі темпи розвитку американської електрометалургії перевищили світові (за 2000 р. в США вироб-

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Рік

Рис. 1.2.2. Порівняння показників розвитку киснево-конвертерного (а).

електропічного (б) та мартенівського виробництва (в) сталі в світі, Україні,

Японії та США протягом XX ст.

лено 49,0 % [17] електросталі, у світі — 33,6%). Японія переви­щила світовий рівень в електрометалургії ще в 1930 р.

Найбільше відстає Україна від світових технологій щодо мар­тенівського виробництва (рис. 1.2.2, в). Якщо Японія припини-

ла виробництво мартенівської сталі ще в 1977 p., а частка марте­нівської сталі в США в 1990 р. впала до 3,6 %, то в Україні вона становила 52 %. У 2001 р. частка мартенівської сталі зни­зилась в Україні до 48,2 %.

Отже, попри те, що Україна за обсягами виробництва сталі до­сягла високого рівня, вона відстає від сучасних технологій виплав-лювання сталі. Украй занедбана металургійна промисловість Укра­їни потребує докорінної реконструкції й чималих капіталовкладень.