ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Исходными металлическими материалами для производства стали являются чугун (жидкий или твердый), стальной лом (скрап), продукты прямого восстановления железа (металлизованное сырье), ферросплавы. Самая дешевая часть металлошихты – лом. В любой промышленной стране ежегодно образуется значительное количество этого материала.
В зависимости от происхождения лом разделяют на три большие категории:
1) собственные отходы черной металлургии и литейного производства (circulating scrap). Фактически эти отходы полностью идут на переплавку на производственных предприятиях, за исключением незначительного обмена между заводами;
2) отходы металлообрабатывающих заводов (process scrap). В данном случае речь идет о «неизбежном ломе», который во избежание загромождения, производственное предприятие вынуждено продавать – следовательно, объем таких отходов на рынке тесно связан с уровнем промышленного производства;
3) утильный или амортизационный лом (capital scrap), который включает все забракованные или устаревшие металлические изделия, начиная от промышленного превращения в скрап, и, кончая бытовыми отходами. Весь металлолом, вне зависимости от его происхождения, практически полностью используется в черной металлургии.
На рис. 30. представлены основные источники образования лома и отходов черных металлов и их доля (по оценке АО «Втормет» на 2000 г.).
Количество собственного (оборотного) лома на металлургических предприятиях зависит от объема выплавки жидкой стали и уровня использования непрерывной разливки.
В последнее время, в связи с ростом доли непрерывной разливки, количество оборотного лома постоянно уменьшается. С 1990 по 1997 гг. объем стали, разливаемой на машинах непрерывной разливки, увеличился с 23,1 до 46,5 %, что привело к снижению отходов оборотного лома почти на 28 %.
Доля отходов металлообрабатывающей и машиностроительной отраслей в ресурсах лома также снижается за счет совершенствования технологических процессов металлообработки. В то же время объем использования амортизационного лома увеличивается (рис. 31). Для России характерна такая же тенденция. Количество амортизированного лома определяется металлофондом страны и срока службы металла в различных видах основных средств. Ниже приведены нормативные сроки службы производственных и непроизводственных зданий, некоторых видов рабочих машин и транспортных средств, лет:
| Здания производственного и непроизводственного назначения | 40…100 |
| Металлорежущее оборудование | 12…15 |
| Оборудование литейного производства | 6…10 |
| Кузнечно-прессовое производство | 10…16 |
| Насосы | 3…8 |
| Машины и оборудование: | |
| подъемно-транспортные | 8…20 |
| для бетонных и отделочных работ | 5…10 |
| для дорожно-строительных работ | 5…15 |
| для подземных и открытых горных работ | 3…7 |
| черной металлургии | 10…20 |
| цветной металлургии | 8…17 |
| Сельскохозяйственные машины | 5…10 |
| Железнодорожный подвижный состав | 15…30 |
| Суда: | |
| морские | 14…27 |
| речные | 21…36 |
| рыболовецкие | 16…20 |
| Автомобильный транспорт | 6…12 |
Средний срок службы металла в основных фондах составляет 24 - 25 лет, т.е. металл, вложенный в основные фонды, через 25 лет превращается в амортизационный лом. Таким образом, ресурсы амортизационного лома 2000 г. должны соответствовать объему металловложений в основные фонды в 1975 г., ресурсы лома 2020 г. – объему металловложений в 1995 г.
Ржавчина занимает больший объем , чем железо, из которого она образуется. Это явление может вызывать катастрофические последствия. Каменные блоки собора святого Павла в Лондоне (1675-1710_ были скреплены железными скобами, положенными поверх рядов камня в желобах. За сотни лет скрепы проржавели, увеличились в объеме и стали поднимать слои камня. Колокольню собора стало наклонять. Потребовалось разобрать кладку и заменять скобы на нержавеющую сталь.
Купол над читальным залом Британского музея (1854-1858) держится ржавчиной. Чугунные детали его решетки скрепили «замазкой» из железных опилок с нашатырем, замешанным на воде. Опилки быстро превратились в ржавчину, смесь отвердела и плотно заполнила щели между деталями. Она туго распирает детали, прижимая их друг к другу.
По статистическим данным реально списывается в амортизационный лом не более 30 - 50 % его потенциальных ресурсов. Это связано со следующими причинами:
- убыточность или слишком низкая рентабельность работы с вторичным сырье в отдаленных от перерабатывающих предприятий районах Восточной и Северо-Восточной России;
- качество амортизационного лома ухудшается. Возрастает доля низкосортного легковесного лома, содержащего примеси цветных металлов, а отечественные предприятия по подготовке лома к плавке оснащены устаревшим оборудованием, не способным выполнить требования заказчика по качеству вторичных металлов;
- ужесточение требований к качеству выплавляемой стали по содержанию вредных примесей ограничивает применение в шихте не только низкокачественных, но и высококачественных оборотных отходов;
- меняющаяся конструкция дуговых сталеплавильных печей, вывод из строя мартеновских печей предъявляют специфические требования к вторичным металлам по физическим и химическим параметрам.
Основными качественными показателями металлолома как шихтового материала являются насыпная плотность, химическая однородность, содержание неметаллических примесей (земли, песка, ржавчины, масла, деталей из органических материалов и т. д.) и цветных металлов. Для приведения лома в удобное для использования состояние производят его предварительную подготовку: сортировку, разделку, дробление, прессование, пакетирование, обжиг и т. д. Сбором всех видов лома, его подготовкой, занимаются специализированные предприятия (Вторчермет). Несмотря на то, что для этого требуются значительные затраты, эти затраты (на 1 т) ниже затрат на добычу, обогащение железной руды и получение из нее чугуна. Поэтому лом, даже после переработки, стоит дешевле чугуна. Кроме того, при использовании лома на производство стали требуется меньше в 2,5 раза энергетических ресурсов, чем при применении чугуна (энергоемкость лома составляет 302 кг условного топлива/т, а чугуна – 757 кг условного топлива/т).
Использование вторичных черных металлов в качестве сырья позволяет сохранить природные ресурсы, улучшить экологическую обстановку: так пылегазовыделение при подготовке 1,25 т лома составляет 0,99 кг/т, а при производстве чугуна – 27,7 кг/т. Экологический ущерб природе от коррозии металлофонда, невозвращающегося для повторного использования составляет около 7 млрд. руб. в год.
В качестве добавочных материалов (флюсов) в сталеплавильном производстве используют известняк, известь, боксит, плавиковый шпат, марганцевую руду, песок (около 95 % SiO2), шамотный бой. Ко всем добавочным материалам предъявляют высокие требования по содержанию вредных примесей (серы, фосфора и др.).
Окислителями являются кислород, сжатый воздух, железная руда, окалина, железорудные брикеты.