Роль инноваций (кислородного дутья в конверторе) в истории развития черной металлургии - Реферат

В своем развитии кислородно-конвертерный процесс оказал влияние как на конкурирующие технологии, так и на процессы, относящиеся к другим металлургическим переделам. Но и они, в свою очередь, оказывали влияние на кислородно-конвертерный способ выплавки стали.

Принцип выплавки стали в кислородном конвертере достаточно прост: жидкая ванна продувается кислородом для удаления лишнего углерода. Может сложиться мнение, что развитие данного способа выплавки стали было достаточно простым. Однако речь идет о поэтапном его совершенствовании в течение нескольких десятков лет.

Вначале совершим небольшой экскурс в историю кислородно-конвертерного процесса на примере Австрии. Идея использования чистого кислорода в производстве стали возникла задолго до появления кислородно-конвертерного процесса. Еще Генри Бессемер указывал на возможность улучшения своего процесса при замене воздуха чистым кислородом (причем продувка должна была вестись снизу). Внедрение продувки чистым кислородом тормозилось из-за отсутствия технологий и установок для производства это¬го газа в промышленных масштабах. Перемены наступили только после того, как фирма Linde разработала метод сжижения воздуха. Уже в 1930-е гг. появилась возможность производить кислород в достаточных объемах.

В 1952 г. на заводе в Линце был пущен первый кислородно-конвертерный цех с 30-т конвертерами. В 1953 г. аналогичные агрегаты были введены в эксплуатацию на заводе в Донавице. Когда запускались первые конвертеры, никто не мог и подумать, что это станет крупнейшей инновацией в сталеплавильном производстве. Мнения специалистов расходились. Эксперты оценивали мужество австрийских металлургов, которые дерзнули продувать сталь ее злейшим врагом - кислородом.

Кислородно-конвертерный процесс начал свое шествие по миру. Конвертеры стали вытеснять мартеновские печи, которые в конце 1960-х гг. уже потеряли свое лидерство. Этому способствовали меньшие капитальные затраты при сооружении конвертеров и их большая производительность. Этих аргументов в пользу кислородно-конвертерного способа вполне хватило для того, чтобы вытеснить мартеновский процесс. Но полный и окончательный триумф наступил лишь через несколько лет, когда стало ясно, что конвертерная сталь отличается высоким качеством, а сама технология - гибкостью.

В разных странах внедрение кислородно-конвертерного процесса проходило по-разному. Япония быстрее всего отреагировала на австрийскую новинку и за счет ее внед¬рения быстро стала ведущей металлургической державой. Оперативное внедрение кислородно-конвертерного процесса и удачная концепция управления инновациями привели к тому, что австрийская черная металлургия стала развиваться быстрее, чем в других странах Западной Европы. Сегодня в 85% конвертеров используется верхняя продувка кислородом и донное перемешивание инертным газом, а в 15% конвертеров - верхняя и нижняя продувка кислородом [1].

Впервые в СССР техническая возможность применения кислорода для продувки жидкого чугуна была показана Н. И. Мозговым в 1933 г. в результате опытов по вдуванию кислорода в 1,0—1,5-т ковши через графито-кварцевые трубки с внутренним диаметром сопла 16—20 мм. В 1937—1939 гг. эти опыты были продолжены в Академии наук УССР, а в 1940—1944 гг. — на Косогорском металлургическом заводе и в экспериментальном научно-исследовательском институте металлорежущих станков. В 1945—1952 гг. опыты были перенесены па конвертеры емкостью 1,5; 3; 5 и 12,5 т; при этом были опробованы всевозможные методы подачи чистого кислорода. На основании проведенных исследований на опытном конвертере Ново-Тульского завода и промышленном Енакиевского завода была отработана технология конвертерной плавки с подачей кислорода сверху через водоохлаждаемую фурму в практически современном варианте.

Соответствующие исследования были выполнены в Австрии в 1952—1954 гг., там же появились и первые кислородно-конвертерные цехи с конвертерами емкостью 30 т. В СССР первый кислородно-конвертерный цех пущен в эксплуатацию на заводе им. Петровского в 1956 г. В 1957 г. мировая выплавка кислородно-конвертерной стали составляла 2821 тыс. т; работало 5 конвертерных цехов с 11 конвертерами, причем 3 из них в СССР. В то время на долю СССР приходилась почти треть всей мировой выплавки. К началу 1961 г. в мире действовало уже 32 конвертерных цеха с 64 конвертерами[2].

Первоначальный вариант кислородно-конвертерного процесса значительно трансформировался за счет так называемых комплектов модернизации (если применять терминологию из сферы информационных технологий). К ним относятся системы перемешивания инертным газом, отсечки шлака, вспомогательные фурмы и системы предотвращения выбросов. На стадии развития находятся такие средства управления технологическим процессом, как непрерывный анализ отходящих газов, непрерывный замер температуры ванны и определение ее массы в ходе продувки.

Существенный прогресс был достигнут в сфере автоматизации кислородно-конвертерного процесса. Уже в 1980-е гг. можно было точно определить момент окончания продувки с помощью вспомогательных фурм. Высокая достоверность результатов достигается за счет точного измерения входных и выходных параметров, а также применения усовершенствованных моделей технологического процесса.

По некоторым оценкам, к фундаментальным инновациям и принципиально новым металлургическим технологиям в черной металлургии XX века можно отнести следующие нововведения: большие доменные печи с механизированными системами шихтоподачи, появившиеся в США в начале столетия; бессемеровский процесс, разработанный в Англии Г.Бессемером в 10-е годы; процессы непрерывной горячей и холодной прокатки, внедренные компанией Armco Steel в США в 20-х годах; кислородно-конвертерный процесс (процесс LD), разработанный фирмой VAI в Австрии в 50-х годах на базе советских и немецких исследований; непрерывная разливка слябов, впервые осуществленная в промышленном масштабе в советской металлургии в 60-е годы.

В дальнейшем появление новых технологий связано со стремлением к повышению стабильности и эффективности технологических процессов. Примером может служить общепринятая сегодня технология выплавки стали в высокомощных электродуговых печах, впервые осуществленная в США на заводе Northwestern Steel and Wire фирмой Union Carbide в 70-е годы [3].

В первой половине прошлого столетия производство черных металлов развивалось высокими темпами, материальные и финансовые ресурсы расходовались в основном на совершенствование технологических процессов и повышение их эффективности. Решающее влияние на техническую и экономическую политику металлургических предприятий оказывали инженерные разработки технологических служб. Подобный технократический подход - следствие устойчивости стального рынка, который находится под контролем производителей, когда спрос на стальную продукцию превышает предложение.

С конца 70-х годов снизились темпы роста сталеплавильного производства. На глобальном стальном рынке впервые предложение стальной продукции превысило спрос. В 2001 г. при мировом производстве стали 850 млн. т прогнозировалось сокращение обще¬го производства на 8%, в том числе в США на 6%, в странах ЕС на 7,4%, в странах СНГ на 4,7%. В это время в отрасли отмечались кризисные явления, которые проявились, в частности, в банкротстве 17 крупнейших компаний в США, повышении в США до 40% ввозных тарифов на сталь. В такой ситуации планировалось по¬этапное снижение мирового производства на 65 млн. т/год к 2004 г., на 23 млн. т/год - к 2010 г [4].

Предприятия начали сокращать неэффективные мощности, рационализировать организационные структуры, модернизировать производство в ожидании новой волны расширения спроса на сталь. Технократический менталитет руководителей заводов стал заменяться экономическим, на первый план вышли интересы акционеров, основное внимание было сосредоточено на финансовых результатах работы предприятий как главной цели любого бизнеса. Инновационная активность металлургов начала выходить за границы технологического процесса, они стали все в большей мере концентрировать свое внимание на конечных продуктах. Исследования и разработки, которые раньше ставили своей задачей совершенствование производства традиционной металлопродукции, были пере¬нацелены на создание новых рынков, на обновление самой продукции, расширение ее видов, на выпуск но¬вой продукции с высокой добавленной стоимостью. Т.е инновационная активность стала переходить с процесса на продукт.
Инвесторы начали снижать риски внедрения новых технологических процессов, поскольку большинство капиталоемких металлургических проектов долго реализуется. Принятие решения о строительстве может тянуться годами, рентабельность при этом находится на низком уровне - лучшие показатели 10-12%.

Появилась тенденция сохранения привычных схем производства с отработанными технологиями и известными затратами[5].

Одна из актуальнейших проблем модернизации чёрной металлургии, связанных со строительством новых конверторных цехов, является достаточно дорогостоящей (450-850 млн. долл. США) и сопряжена со значительной реконструкцией зданий, вспомогательных и энергетических коммуникаций. Главным же недостатком существующего кислородно-конвертерного способа, да и всей чёрной металлургии в нынешнем её состоянии является экологическая вредность с её губительными выбросами в атмосферу и не менее вредными отходами.

Поэтому мы детально разработали энергетически, экономически и технологически обоснованные мероприятия, позволяющие достичь повышенной производительности конвертора (альтернативных современным конвертерам).

В данной области существует множество изобретений, позволяющих повысить производительность процесса выплавки стали, повысить стойкость агрегата, упростить его конструкцию, сократить длительность плавки, повысить выход годного, расширить технологические возможности агрегата, упростить процесс завалки металлолома и заливки чугуна и т. д. Был проведен патентный поиск по группе изобретений, относящихся к области черной металлургии, конкретнее к кислородно-конвертерному производству стали.

На основе изученных материалов был разработан комплекс мероприятий и усовершенствований, позволяющих повысить производительность конвертерного оборудования. На изобретение была оформлена заявка на получение патента и принята к рассмотрению [Конвертер для производства стали с применением кислородного дутья, заявка №2010106687].

Таким образом, недостатком известного конвертора для производства стали с применением кислородного дутья является повышенный угар железа металлолома, длительный цикл плавки и повышенный расход твердого топлива.

Задачей изобретения является снижение угара железа металлолома, использование тепла отходящих газов и сокращение цикла плавки. Эта задача решается за счет того, что газоотводящий тракт снабжен кольцевым газоотводом с вращающимся подом, на огнеупорной рабочей поверхности которого размещается металлолом и уголь.

В ходе исследований и расчетов были получены некоторые технико-экономические показатели работы конвертора с кольцевым газоотводом, которые для наглядности сопоставлены с основными показателями выплавки стали в КЦ-2 ОАО «НЛМК» за 2008 год.

Данные результаты позволяют сделать вывод о целесообразности ведения инновационной политики в черной металлургии, а в частности, использования на практике конвертора с кольцевым газоотводом.

Таким образом, можно сделать ряд выводов:

• для придания развитию отечественной металлургии, как и экономике в целом, инновационного ускорения государство и промышленность должны создать стратегический союз для достижения национальной конкурентоспособности и увеличить капиталовложения в исследования и разработки;
• традиционная привязанность к зрелым технологиям в долгосрочном плане неизбежно ведет к технологическому отставанию.