CC BY
102
РОССИЙСКАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ - НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ
1 Введение
Несмотря на большие успехи в разработке неметаллических материалов, металлы сохраняют главенствующее положение. Прогноз [1], что в будущем неметаллические материалы заменят не более 10 % черного и около 30 % цветных металлов подтверждается. Во всех промышленно развитых странах металлургия считается одной из важнейших отраслей, которую часто называют барометром экономики. От уровня развития металлургии зависит прогресс в развитии всей промышленности и сельского хозяйства. Более 90 % конструкционных материалов для промышленного и жилищного строительства, изготовления оборудования, судов, инструментов и бытовой техники, транспортных средств, энергетических систем и др. производят на металлургических предприятиях. Продукция черной и цветной металлургии является важнейшим элементом оборонной промышленности, освоения космоса, микроэлектроники и средств информации.
Если вспомнить историю, то совершенно ясно, что Россия в прошлом была великой металлургической державой. Во времена советской власти экономическая и политическая мощь СССР в значительной степени базировалась на высокоразвитой металлургии. В XXI веке у России так же нет другого пути развития, как иметь современную высокоразвитую металлургическую промышленность и продолжать оставаться великой металлургической державой. В настоящее время Россия по выплавке стали занимает достойное 4-ое место в мире. У России имеются все основания быть великой металлургической державой, ведь по сырьевым ресурсам и объемам производства различных видов металлопродукции [2] она находится в числе мировых лидеров (рис. 1).
2 Металлургия начала XXI века
За прошедшее время Россия пережила тяжелейший в своей истории период распада СССР и перехода из одной социально-экономической системы в другую, что негативным образом сказалось на развитии всех отраслей народного хозяйства, в том числе и металлургии.
Однако, благодаря созданному за многие десятилетия производственному потенциалу, рациональной системе организации управления производством, наличию квалифицированных специалистов и рабочих, а также способностям российских людей адаптироваться к сложным условиям труда и быта, металлургия России сохранила достойное место в мире и в структуре народного хозяйства России.
В развитии металлургической промышленности России с начала 90-х годов можно выделить несколько этапов [3]. В период до середины 1998 года происходило падение объемов производства, обусловленное значительным снижением потребления металлов на внутреннем рынке. В 1999 и 2000 годах металлургия была одним из лидеров по показателям роста производства в отраслях промышленности. Темпы роста объемов производства промышленной продукции составили соответственно в черной металлургии 116,8 % и 115,7 %, цветной - 110,1 % и 115,2 %. Основными факторами роста производства в металлургии в этот период были повышение эффективности экспорта металлопродукции, обусловленное девальвацией рубля и благоприятной внешней конъюнктурой, а также некоторое увеличение внутреннего спроса на металлы.
Однако, к началу 2001 года факторы, обеспечивающие поступательное развитие металлургии в основном были исчерпаны, что привело к замедлению темпов роста производства. Это связано, в первую очередь, с недостаточной емкостью внутреннего рынка, осложнением ситуации на внешних рынках и с низким уровнем конкурентоспособности российской металлопродукции.
б
Рис. 1. Процентная доля и положение России в мировых запасах полезных ископаемых (а) и в мировом производстве (б)
а
К настоящему времени металлургический комплекс России включает в себя около 3 тыс. предприятий и организаций, в том числе 200 предприятий черной и 130 - цветной металлургии. В металлургии занято около 1,2 млн. трудящихся, около 96 % предприятий являются акционерными обществами.
Металлургический комплекс является одной из базовых отраслей российской экономики. Его доля в ВВП промышленности страны составляет около 5 %. Доля комплекса в промышленном производстве России - 16 %, в том числе 10 % - черная металлургия, доля в основных фондах промышленности - 11,1 %, в численности - 9,3 %. Доля в экспорте - около 18 % (2-е место после отраслей ТЭК). Доля металлургического комплекса в налоговых платежах во все уровни бюджетов составляет 9 %.
Являясь одним из крупнейших потребителей продукции и услуг естественных монополий, металлургический комплекс потребляет 35 % перевозимых в стране железнодорожным транспортом грузов, 30 % электроэнергии и 25 % природного газа от потребляемых в промышленности.
Металлургическую промышленность России отличает высокая степень концентрации производства: около 90 % продукции в черной металлургии производится шестью крупными компаниями, в цветной - пятью. Основные тенденции в развитии металлургической промышленности, сложившиеся и укрепившиеся в последние годы, свидетельствуют о постоянном росте товарной продукции; систематическом росте инвестиций на развитие отрасли, вследствие чего снижаются показатели износа основного капитала; рост экспорта продукции; поддержание достаточно высокого уровня рентабельности производства, значительно превышающего, как правило, средние по промышленности показатели, а так же улучшение финансовой дисциплины в снижении просроченной кредиторской и дебиторской задолженностей и рост средней заработной платы. Динамика изменения основных показателей металлургического комплекса России (таблица 1) свидетельствует о целенаправленном его движении вперед по основным показателям [4].
Таблица 1 - Динамика основных показателей металлургического комплекса России (в числителе - черная металлургия, в знаменателе - цветная)
Показатели Годы
2000 2001 2002 2003 2004 2005
Объем промышленной продукции, млрд. руб. 367/416 396/420 478/459 695/530 1126/669 1475/508
Численность работающих, тыс. чел. 711/560 727/582 695/570 664/553 690/579 670/550
Уровень рентабельности, % 25,6/51,6 12,5/34,4 16,5/29,38 21,8/33,8 40/48,8 30/35
Средняя месячная зарплата, руб. 3521/6180,5 4827,8/8090,5 6055,3/9526,5 7901,6/11578,1 9417/13807 11771/17259
Налоговые поступления, млрд. руб. - / - - / - 33,7/42,3 48,9/45,9 89,7/60,1 98,2/65,5
Износ основных фондов, % 53,5/44,5 53,6/44,8 51/45 49,3/43,1 49/43 48,5/42,5
Инвестиции, млрд. руб. 23,3/32,1 31/45,7 29/48 34,1/52,3 73,3/65,1 94,4/80,2
Экспорт, млрд. долл. США 7,7/9,0 7,1/7,4 8,1/7,1 10,8/8,1 20/11,9 22,4/12,6
Импорт, млрд. долл. США 2,3/1,7 2,5/1,6 2,4/1,4 3,5/1,4 2,1/1,1.9 5,9/2,4
Главным фактором, предопределяющим развитие металлургии промышленноразвитых стран мира, является стабильный рост спроса внутреннего рынка металлопродукции. Так, видимое потребление проката черных металлов в России за 2000 - 2005 гг. возросло на 26,4 % и достигло 27,7 млн. т. При этом производство готового проката увеличилось на 15 % и составило в 2005 г. 54 млн. т. Вместе с тем, по потреблению готового проката на душу населения, Россия значительно отстает от многих индустриальных стран мира [2] (рис. 2).
Анализ объемов производства и потребления готового проката свидетельствует, что для российской металлургии пока основным стимулирующим фактором увеличения масштабов производства являлась благоприятная конъюнктура внешних рынков, куда в 2000-2004 гг. экспортировалось 26-29 млн. т проката. Рост поставок на внутренний рынок опережающими темпами по сравнению с экспортными поставками (рис. 3) снизил долю экспорта в производстве незначительно: с 56,4 % в 2000 г. до 53,4 % в 2004 г. [2].
Вместе с тем росли как абсолютные объемы импорта готового проката, так и доля импорта в общем потреблении на внутреннем рынке, которая составила 10,8 % в 2005 г. по сравнению с 6,4 % в 2000 г. Основными предпосылками Рис. 2. Видимое потребление прокатной продукции в 2005 г.роста спроса на металлопродукцию российского производ-на душу населения ства являются: ремонтно-восстановительные работы и тех-
ническое перевооружение основных фондов отраслей экономики вследствие высокой степени их изношенности; расширение производства автомобильной техники; освоение новых месторождений нефтегазового комплекса и строительство новых трубопроводов; нужды оборонного комплекса; многоэтажное строительство. Важнейшей задачей расширения внутреннего спроса является создание условий для прогрессивного развития отечественного машиностроения, его скорейшей реконструкции и модернизации.
Наиболее серьезное влияние на мировом рынке для металлопродукции российского производства может оказать Китай и другие развивающиеся страны, в которых производство и потребление растет опережающими среднемировыми темпами. Экспансия Китая уже началась и может усилиться после 2008 г. Руководители металлургии это понимают и на предприятиях ведется работа по снижению затрат на производство и повышение качества продукции, с тем чтобы остаться конкурентоспособными и сохранить или даже повысить производство стали и продукции из нее. Так, за 2000-2005 гг. расход стали на производство проката снизился с 1172 до 1135 кг на тонну (37 кг/ т), расход чугуна на выплавку стали - с 710 до 684 кг на тонну (26 кг/г), расход скипового кокса на производство чугуна - с 468 до 457 кг на тонну (11 кг/т), железорудной части шихты в доменном производстве - с 1673 до 1670 кг на тонну. Это обеспечивается на счет технического перевооружения: расширения доли непрерывной разливки, увеличения доли электростали, внепечной обработки стали и
Инвестиции в основном капитал в целом по металлургическому комплексу составили в 2005 г. 165,1 млрд. руб., что соответствует около 16 % от инвестиций всей промышленности [5]. Анализ капиталовложений показывает, что наиболее активно осуществлялись мероприятия по обновлению и росту мощностей в коксохимическом, доменном и сталеплавильном переделах производства.
Ввод новых мощностей в прокатном переделе в основном происходил на четвертом переделе (агрегаты покрытий, травления, термической обработки). В существующих прокатных цехах, как правило, модернизация происходит вяло. За исключением ММК, где сооружается комплекс по производству сортового проката, включающего две электросталеплавильные печи с МНЛЗ и станы «450», «370», «179» общей мощностью более 2 млн. т. Затраты на прокатное производство для крупнейших предприятий черной металлургии в сравнении с общими капвложениями приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Капиталовложения в промышленное строительство на ряде комбинатов России в 2004-2005 гг. (млн. руб.) в прокатное производство [3]
Предприятие Капиталовложения
Общие Реконструкция прокатного производства Новое строительство в прокатном производстве Капиталовложения в прокатное производство, %
Северсталь 22 000 3 345 2 400 26,1
ММК 19 425 3 630 7 000 54,7
НЛМК 7 345 1 454 1 335 38
НТМК 6 435 2 085 - 32,4
ЧМК 8 060 - - -
НКМК 2 025 640 - 31,6
ЗСМК 5 500 - - -
ОЭМК 1 962 50 - 2,5
Уральская Сталь 1 300 33 - 2,5
Всего 74 052 11 237 10 735 29,7
35. 30- +2,9 2 млнт
25 ---------------- ^^- * -
/ *4.4 1 млнт
1П
5 0
2000г. 2001г. 2002г. 2003г. 2004г. 2005г.
Рис. 3. Динамика производства готового проката России для внутреннего (1) и внешнего рынков (2)
перевооружения всех переделов прокатного производства (рис. 4).
100
2000 г. 2001г. 2(102 г. 201)3 г. 2004 г. 2005 г.
Рис. 4. Динамика инвестиций в основной капитал металлургических предприятий России (слева - черная металлургия, справа - цветная)
3 Стратегия развития металлургии России
В 2006 г. по поручению правительства РФ подготовлены материалы «Стратегия развития металлургической промышленности России на период до 2015 г.» [6]. Она должна быть программным документом после ранее созданных Федеральной программы (ФЦП) технического перевооружения и развития металлургии России (1993 -2000 гг.), ФЦП «Руда» и Комплекса мер по развитию металлургической промышленности России до 2010 г., которые реализовались на практике.
Стратегия основным инструментом, с помощью которого определяются как собственно системные проблемы и другие факторы, ограничивающие отраслевое развитие, так и цели и задачи, меры и механизмы для их преодоления, прогнозируются сроки и результаты их реализации. Основной системной проблемой металлургического ком -плекса является несоответствие технического и технологического уровня производства, конкурентоспособности реализуемой в настоящее время металлопродукции перспективным требованиям ее потребителей, целям и задачам высокоэффективного развития отрасли и страны в целом.
Существенным образом изменится структура металлургического производства. Для производства стали в электропечах составит к концу 2010 г. 28 %, в 2015 г. - 32-35 %, в конвертерах в период 2010-2015 гг. - 65-68 %. Мартеновское производство на предприятиях черной металлургии практически ликвидируется, однако оно может сохраниться на неспециализированных предприятиях других отраслей. Доля разливки стали на МНЛЗ прогнозируется к 2010 г. на уровне 76-79 %, к 2015 г. - 80-97 %. Доля листового металла в общем производстве листового и сортового проката - 58-59 % в 2010 г. и 60-62 % в 2015 г.
В период до 2010 г. можно ожидать относительной стабилизации развития наиболее металлоемких подотраслей машиностроительного комплекса - станкостроения, железнодорожного, сельскохозяйственного, строительно-дорожного машиностроения, в которых производство за годы кризиса значительно сократилось. Ожидается также, что возрастет спрос на металлопродукцию со стороны предприятий оборонно-промышленного комплекса России, а также атомного машиностроения. Предполагается реализация программы по освоению новых видов и улучшению качества металлопродукции для автопрома (в рамках реализации механизма промышленной сборки предусмотрено увеличение использования отечественных автокомпонентов до 79 % к 2009 г.) и сельхозмашиностроения, а также реализация судостроительной и авиационной стратегий (с учетом создания объединенной авиационной и судостроительной корпораций), развития транспортного машиностроения.
Прогнозируется рост потребления металлопродукции из черных металлов, направляемой на капитальное строительство, включая строительство новых магистральных газо- и нефтепроводов, дорожное строительство и ре-монтно-эксплуатационные нужды, а также для обеспечения реализации национальных проектов. Потенциально высоким может быть спрос на металлопродукцию для железнодорожного транспорта - железнодорожные рельсы изношены на 70 % и требуют замены. Это окажет положительное влияние на уровень эксплуатационной безопасности железнодорожного транспорта в Российской Федерации, и, кроме того, имеется спрос на рельсы для высокоскоростных магистралей.
В соответствии с мировыми тенденциями и спросом отечественного рынка опережающими темпами прогнозируется рост производства и потребления жести и проката с покрытиями против уровня 2005 г. в 2010 г. соответственно в 1,7 раза и 1,4 раза и в 2015 г. - в 2,8 раза и 1,9 раза. При условии ускоренного развития станкостроения можно также ожидать повышение спроса на сортовой прокат из легированных сталей - инструментальных, подшипниковых, нержавеющих.
Рынок стальных труб, как и прежде, будет зависеть от развития отраслей топливно-энергетического комплекса -нефтедобывающей и газовой промышленности, а также машиностроения и строительства. Ключевые направления, параметры развития трубопроводной инфраструктуры зафиксированы в Энергетической стратегии России до 2020 г. Среди наиболее значимых проектов магистральных трубопроводов - Североевропейский газопровод, нефтепровод Восточная Сибирь - Тихий океан и газовод Ямал - центр.
К 2010 г. спрос внутреннего рынка на стальные трубы в связи с развитием добычи газа, нефти и их переработку может составить по реалистическому варианту 9,8 млн. т, при этом доля импортных поставок снизится и составит не более 10 %. В 2015 г. спрос может возрасти примерно до 11,5 млн. т, а импортные поставки сократятся до 7-9 %. Внутренний рынок стальных труб будет определяться не только строительством новых газо- и нефтепроводов, но и расширением ремонтно-восстановительных работ на действующих трубопроводах (износ отдельных участков доходит до 80 %).
В соответствии с изменениями макропоказателей и стратегиями развития отдельных отраслей экономики прогнозируется рост емкости внутреннего рынка проката из черных металлов по реалистическому варианту к 2010 г. до 37,3 млн. т (35,7 млн. и 38 млн. т соответственно по пессимистическому и оптимистическому вариантам) к 2015 г. -41,5 млн. т (38,9 млн. т и 44 млн. т).
Общий объем инвестиций в черную металлургию оценен следующим образом (в ценах 2005 г.): 2007 - 2008 гг. -по 110 млрд. руб. в год; 2009 - 2010 гг. - по 115 млрд. руб.; 2011 - 2015 гг. - по 121 млрд. руб. ежегодно. Инвестиции будут формироваться за счет амортизационных отчислений, прибыли, акционерного капитала (при продаже ак-
ций) и привлекаемых кредитов отечественных и иностранных банков, облигационных займов, лизинга оборудования.
В соответствии со Стратегией [6] производство и потребление готовой прокатной продукции в России будет динамично развиваться и достигнет к 2015 году уровня, характерного для развитых стран Европы, Америки и Азии (таблица 3).
Таблица 3 - Динамика производства и потребления продукции черной металлургии в соответствии со Стратегией развития
Производство/Потребление, Производство/Потребление
Годы млн. т на душу населения, кг/чел.
Готовый сталь- Лист и жесть с Трубы Готовят стальной Лист и жесть с Трубы
ной прокат покрытиями прокат покрытиями
2005 54,7/28,5 2,3/2,6 6,7/6,0 381/198 16/18 47/42
2006 58,2/33,4 2,9/2,9 7,9/7,7 4006/233 20/20 55/54
2008 59,5/34,1 3,5/3,2 9,3/8,8 422/242 25/23 66/62
2010 62,2/38,0 4,0/6,0 10,5/9,8 443/270 28/26 75/70
2015 66,0/44,0 6,5/5,0 12,5/11,5 476/317 46/36 90/83
2015/2006, % 113,4/131,7 224,1/172,4 158,2/149,4 117,2/16,1 230/180 163,6/153,7
4 Достижения прокатного производства
За последние десятилетия в области прокатного производства достигнуты впечатляющие результаты и прокатное производство как и ранее в 19 и 20 веках является авангардом в металлургическом производстве по уровню и объему решаемых задач и достигнутым результатам. За прошедшие годы повысилась эффективность эксплуатационных затрат, капитальных вложения и потребность в оборотном капитале. Небывалыми темпами шла разработка новых марок сталей и сплавов и технологий их обработки, наиболее полно отвечающим запросам потребителей. Со времен первого мирового энергетического кризиса во всех подразделениях металлургии были внедрены высокоэффективные энергосберегающие технологии, позволившие снизить затраты производства. Значительно улуч -шилось взаимодействие между металлургами и прокатчиками на основе широкого использования непрерывного литья и создание литейно-прокатных агрегатов. Наладились более тесные связи между прокатчиками и потребителями их продукции во многих отраслях промышленности. В настоящее время прокатное производство отличается наивысшим уровнем автоматизации и высокой производительностью.
Производство стали в мире непрерывно увеличивается и уже преодолен психологический барьер в один млрд. т. В последние пять лет темпы роста стали составляют около 5 % в год, а в Китае и Индии зарегистрирован еще более значительный рост. Рост прокатных мощностей соответствует этим тенденциям (таблица 4) и за последние 15 лет (1990-2005 гг.) общие установленные мощности в прокатном производстве увеличились на 40 %; в такой же степени выросло и количество прокатных агрегатов. Распределение мощностей в производстве сортового и плоского проката составляет приблизительно 40 и 60 %. Интересно отметить, что в этот период мощности прокатного оборудования разных типов в производстве сортового и плоского проката увеличивались практически одинаковыми темпами. При уровне производства последних трех лет коэффициент использования оборудования в целом высок и находится на уровне 75-90 % [7].
5 Производство толстолистового проката
Уровень требований к характеристикам толстолистового проката непрерывно повышается. Это касается в первую очередь механических свойств: предела текучести, временного сопротивления, вязкости (рис. 5) толстолистового проката, идущего на магистральные трубопроводы для северных регионов и морской среды, элементы конструкции морских буровых платформ для нефтедобычи в холодных морях (например, по проекту «Сахалин-2»). Кроме того, потребители нуждаются в прокате больших толщин, вплоть до 120 мм, например, для мостовых конструкций («Viaduc de Millau» в южной Франции, «Erasmus Bridge» в Роттердаме) и крупных зданий («Sony Center» в Берлине) [7]. Все более жесткими становятся допуски на показатели
Рис. 5. Развитие процесса прокатки и изменение предела текучести толстых листов
Таблица 4 - Динамика роста мирового прокатного производства
Число Производительность по годам, тыс. т/год
Типы прокатных станов прокатных станов (2005 г.) 1990 1995 2000 2005
Горячекатаные листы и полосы
Толстолистовые 161 69847 74667 83817 94997
Полосовые 249 345632 383682 436252 478672
Всего 410 415479 458349 520069 573669
Холоднокатаные полосы
Непрерывные 224 161000 171890 193165 215025
Реверсивные 517 30575 34278 42775 50437
Всего 741 191575 206168 235940 265462
Сортовой п рокат
Крупносортные 107 48040 53320 56340 61890
Среднесортные 127 26964 29144 33174 38774
Фасонные 717 136673 155061 178454 202839
Мелкосортно- 166 3563 3713 4063 4363
проволочные
Проволочные 177 51548 56508 61758 68058
Всего 1294 256788 297746 333789 375924
Всего проката
Всего 2455 682267 756095 853858 949593
свойств и геометрические размеры проката, включая толщину и плоскостность. Это требует повышения воспроизводимости параметров процесса прокатки от листа к листу и однородности свойств в объеме каждого листа. Все это дает постоянные импульсы к совершенствованию процессов толстолистовой прокатки с целью удовлетворить новые требования покупателей.
На станах внедрены новые режимы термомеханической обработки, которые предусматривают комбинированное регулирование толщины, температуры и обжатия на каждой стадии процесса прокатки. На прокатном агрегате применены новые устройства регулирования температуры, такие как система ускоренного охлаждения с настройкой на разные режимы охлаждения, в частности для быстрого снижения температуры непосредственно в конце прокатки (интенсивное регулируемое охлаждение, прямая закалка). Примером может служить завод фирмы «JEF Steel» в Фукуяме, Япония, где разработана технология НОР (процесс термообработки в потоке прокатного агрегата), которая сочетает процесс Super OLAC и индукционный нагрев для прямой закалки-отпуска и получения толстых листов класса прочности 570-780 МПа для полых строительных профилей (HSS).
На рабочих клетях толстолистовых станов прокатных станов установлены новые исполнительные механизмы и системы, предназначенные для улучшения плоскостности листов и полос на каждой стадии процесса: устройства изгиба рабочих валков, устройства изгиба опорных валков, попарно скрещивающиеся валки или валки выпукло-вогнутой профилировки в комбинации со специальными устройствами охлаждения валков; устройства регулирования боковых кромок полос переднего и заднего концов полос в системе ускоренного охлаждения для уменьшения температурного градиента; усовершенствованная машина холодной правки.
Однородность свойств продукции по ширине и длине дополнительно повышается с использованием новых измерителей толщины, ширины, плоскостности, контроля свойств полос в любом направлении. Новые математические модели валков и полос, по которым рассчитывается изменение свойств по длине (температура, толщина, разнотолщинность и др.), новые математические модели с алгоритмом адаптации, использующие результаты различных технологических измерений на прокатном стане и методы расчета настроек исполнительных устройств в разных позициях по длине полос (усилие изгиба, раствор валков, интенсивность водяного охлаждения и др.) дали возможность иметь более широкий диапазон управления процессами прокатки.
6 Производство горячекатаных полос
Получили развитие разнообразные схемы расположения оборудования для полосовых станов горячей прокатки в течение последних 15 лет. Среди них высокопроизводительные (3,5-5,5 млн. т) полосовые станы горячей прокатки с двумя реверсивными клетями в черновой группе, семиклетевой чистовой группой и двумя подпольными моталками. Общая длина агрегатов уменьшилась до 400-500 м (максимум), некоторые из этих станов оборудованы редуцирующими прессами для калибровки слябов по ширине. Находится в эксплуатации компактные полосовые станы горячей прокатки - агрегаты с более короткой, около 300 м, технологической линией, с одной реверсивной черновой клетью, промежуточным перемоточным устройством для смотки подката, чистовой группой с пятью или шестью клетями и
одной или двумя моталками, производительностью в 2-3 млн. т/год. Получают распространение станы Стеккеля с реверсивной черновой клетью, одной реверсивной чистовой клетью, с двумя печными моталками, по одной на каждой стороне чистовой клети, и подпольной моталкой. Станы Стеккеля производительностью менее 1 млн. т/год пригодны для прокатки нержавеющих сталей при минимальных капитальных затратах [7].
Уже широко используют в практике производства тонких горячекатаных полос агрегаты с концепцией компактного производства полос (CSP), разработанные фирмой SMS, Германия, и впервые реализованной на заводе фирмы «Nucor», США. Эта концепция позволяет объединить в одну производственную линию тонкослябовую (около 50 мм) УНРС, нагревательную печь непрерывного действия с роликовым подом и непрерывный прокатный стан. Другие фирмы разработали несколько разновидностей такого агрегата с прокаткой слябов толщиной в диапазоне от 30 мм (ISP) до 90 мм. В варианте с отливкой сляба толщиной 30 мм к самой УНРС на выходе добавляют три прокатные клети небольшой производительности. При литье сляба толщиной 90 мм между УНРС и чистовой прокатной группой устанавливают одну или две непрерывные черновые клети. Производительность таких литей-но-прокатных агрегатов составляет 1,2-2 млн. т.
Концепция бесконечной прокатки впервые разработана в 1996 г. на новом полосовом стане горячей прокатки фирмы «Kawasaki Steel» в Тибе, Япония. После прокатки в обычной черновой группе, оборудованной редуцирующим прессом для обжатия по ширине, раскат поступает в печную моталку. Перед окончанием прокатки предыдущей полосы в чистовой группе последующая полоса разматывается и приваривается к предыдущей на сварочной машине для сварки на ходу. Затем в режиме бесконечной прокатки полоса поступает в чистовую группу и после прокатки режется перед моталкой быстроходными летучими ножницами. По этой технологии возможно осуществлять прокатку со скоростью до 20 м/с. Такой уровень скоростей необходим для прокатки очень малых толщин (0,81,3 мм) при температурах на выходе из чистовой группы выше Аг3.
Концепция CSP может быть реализована и при полубесконечной прокатке. Непрерывнолитой тонкий сляб большой длины (до 200 м) режут на выходе из УНРС, прокатывают в полностью непрерывном режиме в чистовой группе и перед смоткой режут на быстроходных летучих ножницах. Таким образом длинномерный исходный сляб перерабатывают в несколько рулонов.
Непрерывное литье через двухвалковый кристаллизатор дает возможность получать полосу толщиной около 3 мм. Группа чистовых клетей в потоке агрегата позволяет получить конечную толщину в пределах 1-2,5 мм. После нескольких серий экспериментов на опытных установках в Европе, Японии и Австралии фирма «Nucor» в 2004 г. ввела в эксплуатацию в США промышленный агрегат для переработки низкоуглеродистых сталей.
В настоящее время на чистовых клетях широко распространены три технологии: четырехвалковая клеть с принудительным изгибом валков; четырехвалковая клеть с осевым смещением рабочих валков (в сочетании с принудительным изгибом); четырехвалковая клеть с попарным скрещиванием валков. На новом полосовом стане горячей прокатки в Накаяме, Япония, введенном в эксплуатацию в 2000 г., была применена новая технология. Последние три клети чистовой группы выпонены по схеме SRDD (с валками разного диаметра и приводом одного валка). Клеть оборудована приводным нижним рабочим валком большого диаметра (620 мм) и неприводным верхним рабочим валком меньшего диаметра (490 мм). Такая система реализует асимметричную прокатку, при которой кроме напряжений сжатия действуют напряжения сдвига. В результате достигается снижение усилия прокатки, меньшее утонение кромки, появляется возможность увеличить обжатие.
Регулирование температурных условий процессов прокатки является одним из главных направлений совершенствования производства горячекатаных полос. В нагревательных печах значительный прогресс связан с применением регенеративных горелок. Будучи использованы главным образом в нижних зонах нагревательной печи, эти горелки работают попеременно на режиме горения и на режиме отвода дымовых газов. Эти горелки получили широкое распространение в Японии, где они позволяют снизить потребление отопительного газа, уменьшить выброс оксидов азота, уменьшить длину печи, повысить точность регулирования теплопередачи от печи слябу. Регулирование температурного клина раскатов эффективно осуществляется за счет экранирования промежуточного рольганга с использованием различного рода конструкций теплоотражающих и теплоаккумулирующих экранов.
На отводящем рольганге применяется эффективная технология «сверхбыстрого охлаждения» (UFC). Здесь ком -пактная управляемая система обеспечивает охлаждение со скоростями в 5-10 раз выше, чем при обычном ламинарном охлаждении. Возможны два варианта расположения системы: «раннее сверхбыстрое охлаждение», когда система устанавливается непосредственно за черновой группой стана, и «позднее сверхбыстрое охлаждение», когда система располагается перед подпольной моталкой. Главное достоинство концепции UFC - получение высокопрочных горячекатаных полос. Возможно повышение показателей механических свойств при использовании более дешевых легирующих элементов и упрощении процесса обработки. При этом достигается весьма высокая воспроизводимость и стабильность этих свойств.
Благодаря высоким скоростям охлаждения на выходе из чистовой группы стана раннее сверхбыстрое охлаждение (раннее UFC) наилучшим образом отвечает требованию об улучшении свойств высокопрочных низколегированных сталей (HSLA). Способ раннего охлаждения UFC действительно обеспечивает значительное измельчение
зерна и более сильное дисперсионное упрочнение.
Качество поверхности - один из главных показателей плоского горячекатаного проката. Здесь достигнуты большие успехи в предотвращении дефектов типа вкатанной окалины и следов износа валков, в применении смазки при прокатке, охлаждения поверхности полос. Улучшилось качество инструментальной стали для валков (улуч -шенные высокохромистые составы, усовершенствованная технология отливки ICDP). Кроме этого, современные технологии приспособлены к использованию системы автоматического контроля (ASIS) качества верхней и нижней поверхностей полос.
7 Производство холоднокатаных полос
Для холодной прокатки с производительностью менее 1 млн. т тонких холоднокатаных полос или 0,5 млн. т белой жести, используют реверсивные станы. При большей производительности предпочтение отдается непрерывным станам, которые часто совмещаются с линиями травления или станами бесконечной прокатки. Станы имеют четырехвалковые клети с мощными устройствами принудительного изгиба, клети с осевым смещением валков (такие как клети CVC фирмы SMS), с попарным скрещиванием валков, а также шестивалковые клети. С применением новейших устройств охлаждения валков, систем смазки и средств технологических измерений (толщины, плоскостности, температуры, скорости и др.) разнообразные конструкции клетей обеспечивают высокое качество продукции при высокой производительности [7].
Новейшие травильные агрегаты - это оборудование непрерывного действия, спроектированное в расчете на высокую производительность. Главная тенденция в этой области - совмещение травильных агрегатов с непрерывными станами холодной прокатки, что позволяет достичь производительности 1,5-2,5 млн. т/год.
В отношении марочного и размерного сортамента наблюдается тенденция к прокатке высокопрочных сталей, полос большой ширины и малых толщин: от более низкого к более высокому пределу текучести, стали IFHS и ВН с уровнем прочности 300-400 МПа, к ферритно-бейнитным и двухфазным сталям с уровнем прочности до 1000 МПа, TRIP-сталям с уровнем прочности 1000 МПа с высоким относительным удлинением (рис. 6).
Можно отметить развитие в области Fe-Mn-C-сталей или сталей X-IP, полностью аустенитных, легированных
марганцем (более 20 масс. %). Они отличатся наилучшим соотношением временного сопротивления (выше 1000 МПа) и удлинения (более 50 %), достигаемым путем оптимизации эффекта пластичности при двой-никовании (TWIP). У всех этих сверхвысокопрочных сталей свойства конечного продукта достигаются непрерывным отжигом после прокатки.
Критическими моментами процесса прокатки этих высокопрочных сталей являются сварка полос (на входе в травильный агрегат и/или стан холодной прокатки) и их прокатываемость при холодной прокатке. Полосы соединяют или: обычной стыковой сваркой с последующей термообработкой шва или лазерной сваркой, которая получает все более широкое распространение. Параметры лазерной сварки меньше зависят от марки стали, чем при дуговой сварке и это особенно важно для высокопрочных двухфазных и TRIP-сталей.
Явным прорывом в процессе холодной прокатки стало значительное повышение эффективности процесса в целом благодаря внедрению интегрированных производственных линий, которые включают рабочие клети прокатных станов, которые связаны на входной и выходной сторонах с секциями травления и отжига. Главными этапными моментами внедрения интегрированных линий стали следующие. В 1996 г. введен в эксплуатацию агрегат прямой прокатки, отжига и травления на фирме «J&L Specialty Steel» (ныне ATI). Оно рассчитано на переработку 300 тыс. т проката в год. Впоследствии этот исторический прорыв был повторен на других предприятиях: с 1998 г. интегрированная линия производительностью до 300 тыс. т/год на заводе фирмы «Ugine» в Исберге; линия RAP5 в Торнио, которая содержит очень мощную печь с коэффициентом TV до 320 мм х м/мин в первой очереди и 190 во второй очереди, общей пропускной способностью 1 млн. т; интегрированная линия на заводе фирмы «Lisco», Китай, с проектной мощностью 400 тыс. т.
Интегрированная линия обработки уменьшает капитальные затраты на 30 % по сравнению с обычным оборудованием. Она дает возможность повысить выход годного на 3-4 % по сравнению с обычными агрегатами в первую очередь за счет отсутствия некондиционных концевых участков полос. При прокатке некоторых марок сталей возможна сквозная прокатка полос со сварными швами. Достигается сокращение затрат на персонал за счет совмещения процессов и сокращения производственного цикла до 20-30 мин. вместо нескольких суток.
Удлинение,%
Рис. 6. Разработка сверхвысокопрочных сталей: 1 - высокопрочные низколегированные стали; 2 - ферритно-бейнитные; 3 - ТЫР-стали; 4 - двухфазные стали; 5 - сверхвысокопрочные стали для горячей штамповки; 6 - в состоянии поставки; 7 - мягкие стали; 8 - рефосфорированные, высокопрочные без фаз внедрения, упрочняемые сушкой; - только горячекатаные
В настоящее время интегрирование дрессировочной клети стало обычным решением при проектировании линий отжига и травления холоднокатаных полос и все чаще применяется на агрегатах светлого отжига. Используют двух- и четырехвалковые клети, в зависимости от сортамента проката и доли ферритных сталей, для которых требуется большее усилие прокатки и большая вытяжка. В последние годы можно видеть также сочетание дрессировочного стана и правильной машины.
В последние два десятилетия средние темпы роста мирового рынка нержавеющих сталей составляют 5-6 %. Кроме главных преимуществ, свойственных нержавеющим сталям, стимулом этого роста послужило снижение затрат на обработку и отпускные цены. Это снижение шло со скоростью 3-4 % в год. Снижение эксплуатационных затрат достигнуто в первую очередь благодаря увеличению мощности агрегатов. Производительность агрегатов отжига и травления достигла 1 млн. т/год. Сначала фирма ALZ, а затем «Arcelor» ввели в эксплуатацию агрегаты отжига и травления горячекатаных полос такой мощности, с коэффициентом TV (толщина х скорость) около 250 мм х м/мин. В настоящее время эти показатели заложены в некоторые проекты в Китае. Скорость агрегатов отжига и травления готовых холоднокатаных полос теперь превышает 120 м/мин., а производительность - 400 тыс. т/год.
Большинство станов холодной прокатки нержавеющих сталей - это 20-валковые станы номинальной годовой производительностью 120 тыс. т. Здесь наблюдаются значительные усовершенствования. Разъемная конструкция станины шириной до 1500 мм позволяет использовать наклонную верхнюю часть как эффективный исполнительный механизм для регулирования плотности, облегчает доступ при заправке полосы в начале процесса и сокращает простои при обрывах полос [7].
8 Тенденции развития прокатного производства С учетом гигантского научно-технического прогресса в ближайшее десятилетие следует ожидать не только и не столько количественного роста производства стали, а возрастания качественных показателей готовой прокатной продукции [8]. В связи с этим в ближайшие годы будут эксплуатироваться коренным образом модернизированные агрегаты и новейшие станы листовой и сортовой прокатки, обеспечивающие выполнение постоянно возрастающих требований потребителей.
Выбор состава и компоновки оборудования, средств автоматизации и уровня компьютеризации будет зависеть от масштаба производства, марочного и размерного сортамента продукции и соответствия требованиям потребителей. При этом, выбор надлежащей мощности оборудования будет производиться с целью оптимизации капитальных затрат в расчете на единицу мощности при высокой производительности. В расчет будет приниматься высокая гибкость, необходимая для производства продукции, диверсифицированной по качеству стали, и для сохранения низких дополнительных затрат даже при пониженном объеме производства. Механическое и электрическое оборудование должно иметь высокий уровень надежности и эффективности при минимальном уровне плановых и внеплановых простоев, при низком уровне энергопотребления. При этом должен проводиться постоянный мониторинг состояния оборудования и прогнозирования показателей качества (механические свойства, структура, состояние поверхности и т.п.) [9].
Сроки выполнения заказов в XXI веке будут иметь решающее значение. Средняя продолжительность производственного цикла от поступления заказа до отгрузки (от сляба до холоднокатаного готового продукта) составляет 4-6 недель, что в 10-15 раз превышает фактическое время производства. Повышение надежности, качества, снижение ограничений, накладываемых на производственный график, и управление цепочкой поставок - вот пути сокращения сроков. Это станет ключевым вопросом в области управления связями с потребителями и уменьшения складских запасов.
Перечень ссылок
1. Целиков А.И. Металлургические машины и агрегаты: настоящее и будущее. - М.: Металлургия, 1979. - 329 с.
2. Петросьян А. Место фондового рынка в развитии металлургического комплекса. Металлоснабжение и сбыт. - 2005. -№ 12. - C. 82-86.
3. Денисенко М.А. Российская цветная металлургия и мировой рынок металлов: проблемы и перспективы развития. Цветная металлургия. - 2002. - № 4-5. - C. 3-9.
4. Состояние и тенденции развития российской металлургии и смежных отраслей промышленности. Предварительные шаги 2005 г. / Металлоснабжение и сбыт. - 2005. - № 12. - C. 67-72.
5. Некрасов В. Состояние отечественной металлургии и приоритетное направление инвестиции. Металлоснабжение и сбыт. -2005. - № 12. - С. 94 - 98.
6. Обновление стратегического назначения. Металлоснабжение и сбыт. 2007. - № 4. - C. 14-24.
7. B. de L Amberterie. Recent evolutions and trends in the steel rolling industry opening address of the 9th International steel rolling conference. La Revue de Metallurgie - CIT. 2006. - № 7-8. - р. 311-318.
8. Черная металлургия зарубежных стран и России (под редакцией Катунина В.В.). - М.: Черметинформация. - 2001. - 319 с.
9. Зиновьев А.В. Некоторые аспекты производства плоского проката из цветных металлов на рубеже веков. Науковi вюти сучасш проблеми металурги.- Том 5. - Пластична деформащя металлiв. - Дншропетровськ, 2002. - С. 72-78.
© 2008 А. В. Зиновьев, В. А. Трусов Государственный технологический университет МИСиС, г. Москва
