Интенсивный рост мировой экономики способствует прогрессивному росту спроса на нержавеющую сталь. Спрос на нее в последние 5 лет стабильно увеличивался в среднем на 5,5% в год. Динамичное развитие выпуска нержавеющей стали стало явлением предсказуемым. В последние годы оно заметно опережало развитие металлургии: прирост выпуска нержавеющей стали, металлолом Донецк как правило, обгонял рост выпуска обычной стали. В 2006 г. достигнут рекордный уровень выплавки нержавеющей стали в мире. По данным из различных источников, он колеблется от 27,8 до 28,2 млн. т. На нержавеющую сталь приходится чуть более 2,2% от общего объема выплавки стали в мире. Этот вид продукции в значительной степени служит качественной характеристикой развития металлургического комплекса той или иной страны.
Соотношение выплавки углеродистой и нержавеющей стали в ряде стран с развитой металлургической промышленностью выглядит так: в Китае доля этой стали составляет около 1,25% от общего объема выплавки стали (5,3 млн. т — нержавеющая сталь; 422,7 млн. т — общий объем); в Японии — 3,5% (4,1 млн. т и 116,2 млн. т); в США — 2,6% (2,5 млн. т и 98,6 млн. т); в Республике Корея — 5,1% (2,46 млн. т и 48,5 млн. т); — в России — 0,18% (0,127 млн. т и 70,8 млн. т). Объемы производства нержавеющей стали показывают 2 важных момента состояния промышленности страны: 1) темпы роста металлопотребляющих отраслей промышленности:
машиностроения, химической промышленности, производства бытовых товаров, транспорта и стройиндустрии;
наглядный пример — рост промышленности Китая, где потребление нержавеющей стали в 1999 г. оценивалось на уровне менее 1 кг на человека в год, а сейчас составляет более 5,4 кг/чел.
В соседних с Китаем странах этот показатель выглядит еще более внушительным: Тайвань — 48 кг, Республика Корея — 34 кг, Япония — 24 кг. В России уровень потребления нержавеющей стали не превышает 1,95 кг/чел. в год; 2) качественный уровень развития металлургического комплекса. В настоящее время производить нержавеющую сталь без современного высокотехнологичного оборудования невозможно.
Правильнее сказать, возможно, но нерентабельно. Выход годного, качество отделки поверхности, однородный химический состав и стабильные механические свойства являются определяющими в конкурентной борьбе производителей за рынки сбыта. По мировым оценкам, при изготовлении этого количества нержавеющей стали в год было использовано около 8 млн. т нержавеющего лома, иными словами — каждая четвертая тонна стали в мире произведена из лома. Мировое производство нержавеющей стали в прошлом году, по предварительным прогнозам оценивается в 29 млн. т, что на 2,2% больше, чем в 2006 г. Объем выплавки нержавеющей стали в России в 2006 г. составил чуть более 127 тыс. т, что соответствует объему 2000 г. В структуре доминирует выпуск сортового проката, на долю которого приходится более 40%. Доля плоского проката, чуть менее 38%. Производство бесшовных труб — 13%. Чуть более 6% приходится на выпуск проволоки, немного менее 5% — на производство электросварных труб и первичной заготовки. Ведущими российскими производителями продукции из нержавеющей стали являются Челябинский металлургический комбинат, на долю которого приходится 34,6% общего объема выплавки, Златоустовский металлургический завод — 13,6%, «Ижсталь» — 13,1%, Металлургический завод «Электросталь» — 8,2% и металлургический завод «Красный Октябрь» — 7,7%.
Производство продукции из нержавеющей стали в России имеет ряд особенностей:
● отсутствие современных специализированных предприятий. Продукция из нержавеющей стали производится в том числе с продукцией из углеродистой стали и составляет в общем объеме производства от 0,3 до 3%;
● ограниченная номенклатура выпускаемой продукции. В России отсутствует производство плоского холоднокатаного проката с высокой отделкой поверхности;
● моральный и физический износ основного и вспомогательного оборудования, используемого при выплавке нержавеющей стали. С конца 80-гг. прошлого столетия в модернизацию и замену основного и вспомогательного металлургического оборудования не вкладывали сколько-нибудь значительных средств. В результате конкурентоспособность российской продукции оказалась на низком уровне как по качественным, так и по стоимостным показателям. В 2006 г. объем потребления нержавеющей стали в России увеличился до 278 тыс. т, а в 2007 г. достиг 310 тыс. т. Значительная часть нержавеющей стали закупается российскими потребителями за рубежом.
Согласно оценке Ассоциации «Спецсталь», в ближайшее время основной прирост потребления нержавеющей стали в России по-прежнему будет осуществляться за счет увеличения импорта продукции, который составил в 2006 г. почти 159 тыс. т. В 2007 г. мы ожидаем прирост около 10%, до отметки 175 тыс. т. 17 февраля 2007 г. Правительство России приняло постановление «О мерах по защите российских производителей никельсодержащего проката». Согласно данному постановлению Россия ввела сроком на 3 года антидемпинговую пошлину в размере 840 евро/т плоского никельсодержащего проката, импортируемого из стран ЕС. По данным ассоциации «Спецсталь», объем импорта плоского никельсодержащего проката из этих стран в 2006 г. составил 54 500 т. Россия, которая долгое время до развала СССР, практически полностью обеспечивала свои потребности в нержавеющих и специальных сталях, на сегодняшний момент все более и более зависит от внешних поставок, особенно в секторе плоского проката.
Если еще несколько лет назад потребность в нержавеющих и специальных сталях, в том числе и для нужд атомной энергетики и оборонной промышленности, обеспечивалась отечественной металлургией, то, сегодня и они начинают отрабатывать сценарии возможных закупок в Китае, на Тайване, в Индии. В целом проблемы производителей нержавеющей продукции схожи с проблемами производителей рядовых марок сталей: это неуклонный рост цен на сырье и энергоносители. В связи с ростом спроса возникает проблема стабилизации и оптимизации ценообразования в выплавке нержавеющей стали. Для решения этой задачи производители уже сейчас начали активно внедрять технологии, позволяющие уменьшить расход никеля, молибдена и других легирующих элементов. Это вызвано прежде всего нежеланием потребителей мириться с достаточно жесткой реакцией производителей – это изменение базовых цен и доплаты за лигатуру при изменениях цен на никель и другие легирующие элементы. В качестве альтернативных легирующих элементов технологи рекомендуют увеличить применение хрома и марганца. Но использование более дешевых легирующих элементов достаточно ограниченно, т. к. низкокачественная сталь не может в полной мере заменить «классические» сорта нержавейки. В этой связи особого внимания заслуживает сбор и дальнейшая переработка лома нержавеющих сталей. По мировым оценкам, при выпуске нержавеющей стали в 2006 г. было использовано около 8 млн. т нержавеющего лома, иными словами каждая четвертая тонна стали в мире произведена из лома. Поведение рынка лома нержавеющей стали заметно отличается от динамики развития событий на остальных металлургических рынках. Доступность этого материала не играет решающей роли в определении цен на него, поскольку основное влияние на стоимость лома оказывает обстановка на рынке никеля, используемого в печах вместе с ломом. Российских производителей специальных сталей также тревожит необоснованное повышение цен на никель.
Выпускающие его предприятия имеют рентабельность до 300%. В ближайшие 2–3 года рынок никеля может просто обвалиться, т. к. при таком росте цен либо сталь станет невыгодно производить и ее заменят на какойибо другой материал, либо металлурги найдут общий язык с государством и оно начнет регулировать цены на никель, а сверхприбыль направлять на развитие науки. По мнению производителей специальных сталей, сегодня необходимо отменить таможенные пошлины, создать металлоцентры и государственные холдинги спецсталей, вести государственную политику и сформировать перспективный план развития этой отрасли. Поэтому одним из путей решения проблемы снижения стоимости нержавеющей стали является рациональное использование лома нержавеющих сталей. По экспертным оценкам, порядок внутреннего потребления нержавеющего лома в России можно оценить в 80–100 тыс. т в год. Между тем, по различным данным в 2006 г. из России экспортировано порядка 600 тыс. т легированных ломов, из них около 400 тыс. т – никельсодержащих.
Эта проблема определяется двумя основными факторами:
● более низкими внутренними ценами на лом нержавеющих сталей по сравнению с экспортными;
● отсутствием эффективных технологий плавки таких сталей с большим использованием металлолома;
● 90% экспорта. В 2006 г. российский экспорт лома нержавеющей стали составил около 286 тыс. т, что в 2,2 раза превосходит объем ее выплавки в России. В последние годы, помимо прямых поставок на внешний рынок, большое развитие получил так называемый толлинг лома нержавеющей стали.
С одной стороны, толлинг позволяет не платить вывозную таможенную пошлину при экспорте лома, а с другой — импортировать готовый прокат, оплачивая ввозную таможенную пошлину только от стоимости переработки. Данная операция является всего лишь схемой минимизации таможенных платежей, т. к. идентифицировать лом в готовой продукции практически невозможно. Основными странами – импортерами российского лома являются Финляндия, на долю которой приходится более 52%, Голландия — 17,5%, Германия — 9,9% и Индия — 5%. Очевидная зависимость техникоэкономических показателей выплавки нержавеющих сталей с использованием первородных материалов от постоянно растущих цен на основные легирующие компоненты никель и хром, рост количества и необходимость использования отходов нержавеющих сталей (накапливающихся в процессе производства изделий и амортизации) вызвали необходимость создания и использования технологии выплавки нержавеющих сталей переплавом легированных отходов.
Пока у металлургов не было возможности использовать в необходимых количествах газообразный кислород, переплав легированных отходов (имеются в виду отходы нержавеющих и близких к ним по составу сталей) не давал особых преимуществ производителям. «Чистый» переплав (сплавление без окисления примесей) отходов нержавеющих сталей давал возможность получать стандартный по составу металл лишь в тех случаях, когда в качестве плавильного агрегата использовалась индукционная тигельная печь, которая позволяла избежать науглероживания расплава. Технология производства нержавеющих сталей путем сплавления отходов нержавеющего металла в тигельной индукционной печи ограниченно применялась в металлургической практике ранее, изредка применяется и сейчас при использовании вакуумных индукционных печей. Массовый выпуск нержавеющих сталей таким способом невозможен из-за ограниченных размеров и производительности индукционных печей, сложностей со сбором, хранением и подготовкой нержавеющих отходов к плавке.
Поэтому недопустимо смешивание и невозможно использование отходов с различным содержанием углерода, нерационально использование шихты с малой насыпной плотностью и очень велики расходы на порезку отходов иза малых размеров тигля. Кроме того, плавка в обычной открытой индукционной печи не позволяет рафинировать металл от вредных примесей, накапливающихся в отходах. «Чистый» (без окисления примесей) переплав отходов нержавеющих сталей в дуговой сталеплавильной печи затруднен иза науглероживания легированного расплава в процессе плавки материалом графитированных электродов и практической невозможности получать таким путем нержавеющую сталь с содержанием углерода не более 0,12%. Данные отечественных заводов показывают, что при «чистом» переплаве отходов нержавеющих сталей в дуговой печи содержание углерода в них увеличивалось на 0,02–0,04%.
Поэтому переплав отходов нержавеющих сталей в дуговых электропечах без окисления примесей практически можно было осуществить, лишь существенно разбавив углерод в расплаве путем введения в состав шихты в больших количествах «мягкого» железа (с содержанием углерода не более 0,05%). Такая технология довольно широко использовалось в отечественной практике до начала применения газообразного кислорода в электрометаллургии. Содержание мягкого железа в шихте обычно составляло 35–45%. После расплавления шихты меняли шлак и проводили восстановительный период, во время которого осуществляли раскисление и десульфурацию металла, а также доводили состав стали до стандартного, добавляя в него низкоуглеродистый феррохром и никель.
В связи с большим количеством «мягкого» железа в шихте расход низкоуглеродистого феррохрома и никеля для доводки стали был большим, стоимость металла высокой, что является существенным недостатком данного технологического варианта. Другим существенным недостатком этой технологии была невозможность рафинирования металла от ряда примесей иза отсутствия окислительных процессов и кипения ванны. К положительным сторонам данной технологии относится радикальное решение проблемы дефосфорации высоколегированных отходов нержавеющих сталей путем сильного разбавления фосфора в расплаве низкофосфористым мягким железом. Этот удачный прием широко использовался в дальнейшем в технологии плавки нержавеющих сталей на легированных отходах с использованием газообразного кислорода. Но полное использование все больше накапливающихся нержавеющих отходов стало возможным только после разработки технологии плавки с применением газообразного кислорода для окисления избыточного углерода в расплаве.
Наличие большого количества хроа в железоуглеродистом расплаве существенно затрудняет окисление углерода иза снижения активности углерода и кислорода в таком расплаве. При обычных температурах сталеплавильной ванны (порядка 1600°С) понижение содержания углерода до концентраций менее 0,10% возможно только при очень низком содержании хрома в расплаве. В этих условиях использование отходов нержавеющих сталей в большом количестве невозможно. И хотя присутствие в расплаве никеля несколько облегчает окисление углерода, для получения концентраций углерода порядка 0,05–0,06%, обычно необходимых при выплавке большинства нержавеющих сталей в дуговых печах, требуется вести обезуглероживание высокохромистого расплава (более 10% хрома) при температуре выше 1880–1890°С.
Поэтому использование твердых окислителей, обычно загружаемых на печной шлак и сильно снижающих температуру ванны, для глубокого обезуглероживания высокохромистых расплавов невозможно. Начиная со 2 половины 50 гг. за рубежом и в нашей стране для обезуглероживания высокохромистого легированного расплава при выплавке нержавеющих сталей монопроцессом в дуговых электропечах стали использовать газообразный кислород – окислитель, применение которого не только не снижает, но и существенно повышает температуру расплава за счет тепла экзотермических реакций окисления составляющих легированного расплава. Тогдао и оформились основные положения технологии плавки нержавеющей стали в дуговых электропечах переплавом легированных отходов с обезуглероживанием расплава газообразным кислородом.
Для выплавки нержавеющей стали переплавом легированных отходов лучше использовать специализированную дуговую печь, что обычно соб людается в мировой и отечественной практике. Необходимость специализации печи вызывается сравнительно длительными высокими тепловыми нагрузками на футеровку печи, причем не только на футеровку стен и свода, но и на футеровку подины печи (температура расплава в конце периода обезуглероживания достигает 1950°С, а иногда бывает и выше). При заправке футеровки ванны печей, специализированных на выплавке нержавеющих сталей, к магнезитовому порошку добавляют некоторое количество огнеупорных материалов, содержащих оксиды хрома, например, размолотый в порошок бой отрабоогнеупоров. В таком случае отмечаетя более надежная служба футеровки ванны. Имеются сведения об образовании гарнисажа на стенках дуговых печей, выплавляющих нержавеющую сталь.
Специализированные на выплавке нержавеющих сталей дуговые печи оснащаются устройствами для интенсивной подачи газообразного кислорода в расплав, в частности с шестидесятых годов специальными водоохлаждаемыми фурмами. Конструкция и место установки такой фурмы на печи оказывают существенное влияние на технико-экономические показатели выплавки нержавеющей стали. Шихта для выплавки нержавеющей стали переплавом легированных отходов составляется из отходов нержавеющих и близких к ним по соста ву сталей, некоторого количества угле родистого феррохрома и материалов с высоким содержанием никеля, а также определенного количества низкофосфористых отходов, вводимых для разбавления фосфора в легирован ном расплаве, т. к. надежных, дешевых и технологичных способов дефосфорации высокохромистых расплавов металлургам пока не удалось разработать.
При выплавке сталей типа Х18Н9 содержание хрома в шихте поддерживается на уровне 12–14%, считается , что при более высоком содержании хрома возрастают потери хрома при плавлении шихты и обезуглероживании расплава. Содержание никеля в шихте обычно находится на уровне нижнего предела его содержания в производимой стали. Содержание углерода в шихте обычно равно 0,30–0,50%, более высокое содержание углерода вызывает затруднения при обезуглероживании расплава, т. к. при высоком содержании углерода в начале продувки ванны кислородом над печью появляется высокое мощное пламя горящей закиси углерода, снижающее сроки службы оборудования печи. Часто для уменьшения потерь хрома во время плавления и обезуглероживания в шихте повышают содержание кремния до 1%, вводя в ее состав кремнийсодержащие отходы или относительно дешевые ферросплавы с большим содержанием кремния.
Для повышения технико-экономических показателей процесса большое значение имеет рациональная подготовка нержавеющих отходов к плавке и рациональное сочетание различных видов отходов нержавеющих сталей. Серьезные проблемы вызывает использование амортизационных отходов, особенно отходов вышедшего из строя оборудования химических предприятий, загрязненного остатками вредных химических соединений, производимых на этом оборудовании. В таком случае существенно затрудняются как огневая резка отходов (обычно трудоемкая и дорогая операция), так и переплав загрязненных отходов. Серьезные проблемы вызывает разделка на габаритные части и переплав частей ракет и космического оборудования, загрязненных вредными металлическими примесями (медь, вольфрам, кобальт и др.).
Следует учитывать и возможное наличие остатков токсичного ракетного топлива в таких отходах. Ждет своего решения важная проблема использования отходов нержавеющей стали из отслуживших свой срок ядерных реакторов. Такие отходы не обладают наведенной радиацией (т.е. сам металл не радиоактивен), на их поверхности внешней или часто внутренней (трубы) находится тонкий слой радиоактивного осадка.
Количество нержавеющих отходов из отслуживших ядерных реакторов только в нашей стране исчисляется тысячами тонн, оно непрерывно увеличивается. Попытки решить проблему путем смывания радиоактивного слоя с поверхности отслуживших деталей из нержавеющих сталей водой малоэффективны и резко увеличивают количество жидких радиоактивных отходов. По нашему мнеию, весьма перспективны пирометаллургические варианты дезактивации радиоактивных отходов, переводящие радиоактивную грязь в прочный не разлагающийся со временем шлак. Соответствующие металлургические разработки такого процесса имеются.
Серьезные проблемы возникают и при использовании стружки, полученной при механической обработке изделий из нержавеющей стали. Эти проблемы связаны со смешиванием стружки различных марок стали, загрязнением стружки остатками водомасляной эмульсии и примесями неметаллов, а также повышенными потерями ценных легирующих при переплаве стружки. Особо стоит вопрос об использовании отходов, получаемых при абразивной зачистке слитков и заготовок нержавеющей стали.
Трудности при использовании таких отходов связаны с очень малыми размерами стружки и загрязнением отходов частицами абразивного материала (корунда с повышенным содержанием серы). В то же время увеличение количества нержавеющей стали, разливаемой на МНЛЗ, приводит к увеличению количества отхоов, получаемых при абразивной зачистке заготовок.
Подводя итог, следует сказать, что российская металлургия стоит перед выбором: становиться основным импортером нержавеющих стаей, оставаясь при этом лидером по экспорту дефицитного нержавеющего лома, или стремительно освоить разработанные российские технологии и перерабатывать все без исключения отходы нержавеющей стали. По всей видимости, хотя и с определенными трудностями, мы будем осваивать второй путь, и первый положительный сдвиг на этом трудном пути – это создание государственной корпорации по производству спецсталей.
metallolom 