Готовые стальные изделия превращаются в "основной" скрап после окончания их жизненного цикла, длительность которого зависит от их характера и назначения. Эта длительность варьирует от очень короткой (консервные банки и банки для напитков) до 10 лет (автомобили), 15 лет (домашняя техника) и до более 30 лет (суда, металлоконструкции зданий и т.п.). В некоторых индустриальных странах основной скрап обеспечивает до 70 % производства стали. В следующие 15 лет доля основного скрапа может увеличиваться по различным оценкам на 20, 30 и, даже, на 50 %. При этом доля "быстрого" скрапа, с известным химсоставом и легко сортируемого, в общей массе используемого скрапа будет непрерывно снижаться и достигнет к 2015 году уровня 23-26 % (35% в 1998 г.).

Возрастающая загрязненность основного скрапа цветными металлами (цинк, медь и др.), неконтролируемый состав этого скрапа и трудности сортировки сильно ограничивают его применение при выплавке значительного числа марок стали повышенного качества. Металлошихта для таких марок стали обязательно должна включать ГЖ и/или чугун.

2. Губчатое железо

ГЖ железо в настоящее время используется в качестве альтернативы скрапа преимущественно в электростале­плавильных печах. В некоторых случаях, при особых экономических и конъюнктурных условиях ГЖ используют при выплавке чугуна в доменных печах с целью увеличения их производительности и снижения расхода топлива. В кислородно- конвертерном процессе ГЖ применяют от случая к случаю и в небольших количествах (не более 50 кг/т). ГЖ по сравнению со скрапом имеет более сильный охлаждающий эффект, но, с другой стороны, оно имеет и более низкое содержание железа.

ГЖ, как компонент металлошихты для электростале­плавильных печей, не содержит загрязняющих элементов. Оно имеет низкое содержание серы, если производится по технологии

I 2 «Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

с использованием природного газа. Содержание фосфора в нем может быть несколько выше, чем в скрапе. Содержание углерода _в ГЖ имеет особо важное значение для технологии плавки с его использованием. При определенных количествах в шихте ГЖ способствует вспениванию шлака. При количестве не менее 25 % в шихте ГЖ способствует снижению содержания азота в стали (по сравнению с работой на 100 % скрапа). Это особенно важно при выплавке марок сталей для глубокой вытяжки. Вместе с этим, ГЖ, из-за присутствия в нем пустой породы, требует увеличения расхода извести и дополнительного расхода электроэнергии. При работе на 100 % ГЖ расход электроэнергии увеличивается на 20 %.

В настоящее время 90 % всего ГЖ производится в процессах с использованием природного газа. В связи с тем, что в ряде регионов природный газ отсутствует или имеется в незначительном количестве и весьма дорог, перспектива увеличения производства и потребления ГЖ очень сильно зависит от разработки и совершенствования процессов его получения с использованием угля. Если прогнозируемый рост производства ГЖ к 2015 году будет реализован по-прежнему за счет процессов, использующих в качестве энергоносителя природный газ, то его потребление на производство ГЖ в мире будет равно общему потреблению природного газа в такой стране, как Франция [3].

Среди множества существующих технологий производства ГЖ с использованием угля пока нет ни одного, подготовку которого к широкому индустриальному применению можно было бы считать завершенной. Все эти процессы пока малопроизводительны и их продукты содержат золу и серу угля, причем содержание серы часто является критическим. Такое "грязное" ГЖ имеет экономические преимущества лишь в случае его загрузки в электропечь с высокой температурой, т.е. без охлаждения после его получения. Тем не менее, в настоящее время получение "чистого" ГЖ с использованием угля в качестве

аСостояние и перспективы бездоменной металлургии железа» I 3

энергоносителя уже стала реальностью благодаря комбинации промышленных процессов Согех и Midrex, которая будет рассмотрена позже. Имеются и другие, не вышедшие пока из стадии разработки, технологии получения чистого ГЖ с использованием угля.

В период с 1988 по 1998 гг. производство ГЖ увеличивалось на 9 % в год (с 15 до 35 млн.т/год), что хорошо коррелирует с ростом выплавки электростали в мире за этот период (с 220 до 270 млн.т/год). При сохранении такого темпа роста производство ГЖ в 2015 году достигнет 140 млн. тонн в год.

В зависимости от соотношения цен на скрап, ГЖ и твердый чугун, производители электростали периодически меняют состав металлошихты, что делает экономически весьма рискованным производство ГЖ вне интегрированного завода. В связи с этим будущий рост производства ГЖ сильно зависит от наличия и цен скрапа, чугуна (жидкого или твердого), а также от развития высокоэффективных основанных на угле процессов получения ГЖ, которые могут быть легко интегрированы в состав заводов полного металлургического цикла. По этой причине рост производства ГЖ в ближайшие 15 лет, вероятно, не будет превышать 4,5% в год и к 2015 году оно составит 75 млн.т., из которых от 5 до 10 млн.т., скорее всего, будут производиться комбинированными процессами, завершающимися получением чугуна из горячего ГЖ (процессы Sidcomet, Iron Dynamics, Fastmelt или Redsmelt). При таком росте производства ГЖ баланс потребносг ей и наличия скрапа и ГЖ показывает, что при существующей степени рециклирования "основного" скрапа возникнет значительная нехватка металлошихты. Сталеплавильное производство может быть полностью обеспечено металлошихтой в этом случае только при увеличении выхода "основного" скрапа на 22-30 % [3].

1 4 «Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

3. Чугун

Большинство производимого чугуна в течение последних 10 лет (472 млн.т из 508) использовалось в жидком виде. Жидкий чугун не только не содержит загрязняющих элементов и может быть легко десульфурирован, но его химический состав может поддерживаться в довольно узких пределах с целью регулирования приносимого им химического тепла. Это позволяет в кислородно-конвертерном процессе, который является основным потребителем жидкого чугуна, использовать значительное количество скрапа.

В электросталеплавильном произволегве жидкий чугун применяется еще редко, хотя его применение повышает производительность печей и снижает расход электроэнергии на 50-100 кВт*час/т. По некоторым сообщениям при 35 % жидкого чугуна в металлошихте время плавки сокращается на 25-30 %. Кроме того, наличие углерода в чугуне способствует удалению азота из металла благодаря кипению. Использование от 30 до 35 % жидкого чугуна в шихте вместе с высококачественным скрапом и ГЖ позволяет выплавлять в электропечах сталь для глубокой вытяжки. Технология выплавки стали в электропечах с применением жидкого чугуна, в связи с этим, определенно повышает важность и ценность избытка мощностей для производства чугуна. По некоторым оценкам производство листовой стали к 2010 году вырастет с 20 млн.т. (8 % от всего производства электростали в настоящее время) до 68 млн.т.

Твердый чугун из-за отсутствия в нем загрязняющих примесей и возможности его предварительной десульфурации перед разливкой в чушки может использоваться в сталеплавильных процессах взамен высококачественного скрапа. Преимуществом чугуна перед скрапом в этом случае является

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа» 1 5

более высокое содержание химического тепла, но он требует точной дозировки из-за опасности вскипания ванны.

Чугун производится в основном в современных мощных доменных печах, производительность и расход топлива на ряде которых приближаются к предельным значениям. Однако большой объем доменных печей, высокие капитальные вложения на подготовку сырья и топлива и, связанные с ними проблемы защиты окружающей среды, делают доменный процесс менее гибким, а многоступенчатость традиционной технологической схемы интегрированного завода создает высокий уровень потерь металла по сравнению с технологической схемой мини-заводов, что сказывается на себестоимости продукции интегрированных заводов.

Капиталовложения в производство чугуна, включая подготовленные железорудные материалы (агломерат и окатыши) и кокс, с учетом защиты среды, составляют 235-260 евро/т в год. Включение в эту схему кислородно-конвертерного процесса увеличивает эту цифру до 395-450 евро/т в год. Инвестиции в электросталеплавилыюе производство составляют только 100-120 евро/т в год. По мнению [3], производство чугуна в ближайшие 15 лет вырастет незначительно и, вероятно, достигнет в 2015 году уровня 525 млн.т. Однако уже в 2000 году производство чугуна составило порядка 565 млн.т. Будущее доменного производства связано с существующими агрегатами, с их модернизацией, улучшением контроля и управления, улучшением качества сырьевых материалов и кокса, с повышением температуры дутья. Снижение себестоимости чугуна возможно, также, за счет применения более дешевых сырьевых материалов и заменителей кокса.

Необходимость в дополнительном металле, для получения которого перечисленные меры по повышению эффективности доменного производства могут оказаться недостаточными, может

1 б «Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»