Категорія: #Прометал

Незважаючи на усі намагання ворога послабити нашу віру в Перемогу терористичними атаками на міста України, наша єдність залишається такою ж міцною, як криворізька сталь. Сталева витримка і сміливість – ось що єднає українців. А що таке сталь – читайте в нашому матеріалі в рубриці #ПроМетал.

Сталь – універсальний матеріал, який широко використовується людством протягом тисячоліть. Завдяки унікальним властивостям, вона може бути перероблена та використана безліч разів. Кораблі в океані, «скелети» найвищих у світі споруд, найсучасніші автомобілі, найдрібніші гвинтики та пружинки – все зроблено з неї. Існує безліч марок сталі, і ця кількість з кожним днем стрімко зростає. З 2005 року і по цей час на нашому підприємстві було виплавлено близько 100 млн тонн сталі, а це, між іншим, більше ніж знадобилося б для побудови 10 тисяч Ейфелевих веж.

Яка ж сталь вважається ідеальною? Та, яка повністю відповідає вимогами споживача і при цьому зварена з мінімальними витратами сировини, енергії та часу. Начальник групи з розробки нових видів продукції технічного управління Дмитро Душкевич розповідає: «Ми постійно працюємо над підвищенням якості сталі та скороченням витрат на кожну її тонну, покращуємо технологію, вдосконалюємо культуру виробництва. Саме це підвищує конкурентоспроможність нашого підприємства». Дмитро про виплавку сталі на нашому підприємстві знає майже все. Він розповів «Металургу» про те, як зварити ідеальну сталь.

Все починається з клієнта 

 «АрселорМіттал Кривий Ріг» виробляє арматуру, кутник, смугу різних класів, які використовуються в будівництві, а також катанку, з якої потім роблять сітки, канати, арматурні пасма, ресори для автомобілів, зварювальний дріт, гвинти, цвяхи, пружини для меблів та ще безліч всього. Тому  надважливо одразу зрозуміти, що конкретно буде зроблено з тієї чи іншої сталі. Отримавши від замовника таку інформацію, ми пропонуємо конкретну продукцію, яка якнайкраще задовольнить його потреби. Під цю продукцію у конвертерному цеху вариться марка з необхідними властивостями.

Подарунок з неба

Перші згадки про залізо – основу сталі – є у Давньоєгипетських папірусах, написаних ще 3,5 тис років тому. Єгиптяни називали його металом, що впав з неба. Небесним металом його називали й жителі Месопотамії. Навіть у сучасній вірменській мові залізо іменують як єркат, тобто, те, що впало з неба. Стародавні греки ж називали його «зірка» або «світило».

Справа в тім, що перше залізо дійсно впало з неба у вигляді метеоритів. Вже пізніше людство навчилося виплавляти його з залізної руди. Це було не чисте залізо, а один з його сплавів – сталь або чавун. Цікаво, що деякі індіанські племена до відкриття Америки Колумбом не могли виробляти залізо з руди, але користувалися виробами з метеоритного заліза.

За твердженням дослідника Панькова, на території сучасної України широке використання заліза у побуті та військовій справі почалося приблизно з IX—VIII ст. до н. е. До нас дійшли міфи про легендарний скіфський меч Арея – символ військової могутності. А основним металургійним агрегатом наших предків, східних слов’ян, була сиродутна піч, в якій можна було отримати залізо лише у твердому «тістоподібному» стані, а не рідкий чавун чи сталь.

Сталь та чавун

Основними компонентами сталі, власне, як і чавуну, є залізо та вуглець. Навіщо ж витрачати час та ресурси для того, щоб з чавуну отримати сталь, запитаєте ви?

Чавун і сталь мають різні властивості. Якщо чавунну сковорідку впустити з висоти, вона розіб’ється. Сталева ж може лише погнутися. Тож чавун – крихкий, а сталь – пластична. Чавун дуже важко піддається зварюванню, тоді як сталь – навпаки, що дуже важливо для створення металоконструкцій. Сталь, на відміну від чавуну, піддається механообробці.

А ще властивості різних марок сталі різняться у надзвичайно широкому діапазоні, і це суттєво розширює сфери її використання. Завдяки вищезазначеному, сталь використовується скрізь, а чавун має доволі обмежені зони вжитку.

«Відмінність властивостей цих сплавів викликана різним вмістом вуглецю. Якщо його більше, ніж 2.14 відсотки, то це чавун, якщо менше – це сталь. Наші сталеплави можуть зварити й сплав з набагато меншим вмістом вуглецю, практично, чисте залізо, якщо це потрібно клієнту», – пояснює Дмитро Душкевич

З чого варять сталь?

Існують різні технології виробництва сталі. Найрозповсюдженіша, яка використовується і в «АрселорМіттал Кривий Ріг» – це продукування сталі з чавуну та металобрухту з продуванням киснем – тобто киснево-конвертерний спосіб.

Чавун для сталеплавильників дають доменні цехи. Він має відповідати базовим вимогам: мати температуру 1300-1320 ⁰С, містити не більше 0,03 % сірки, не більше 0,1 % фосфору, а вміст кремнію має бути 0,6–0,8 %. Можна використовувати чавун і з більшим вмістом  цих речови, але це спричинить збільшення часу на виплавку та удорожчання сталі.

Інша складова – металобрухт та скрап. Їх має бути близько 20 відсотків від всієї маси сировини. Ці складники  ми отримуємо з копрового цеху. Найякісніший металобрухт – це наші власні відходи: обріз прокату, заготовок тощо. Закупний металолом часто дрібніший. Металурги жартома називають його піонерським. Він спресовується спеціальним пресом у копровому цеху.

Щоб надати сталі необхідного хімічного складу, сталеплави використовують вапно та доломіти, вугілля, алюміній, феросплави тощо. Кисень для продування забезпечує кисневе виробництво.

«Спочатку чавун залізницею привозять у великих  ковшах до міксерного відділення конвертерного цеху. Там є чотири величезних міксери. Вони зовсім не схожі на кухонні, але виконують схожу роботу. У міксерах чавун перемішується, завдяки чому усереднюється за хімічним складом та температурою. Це спрощує роботу сталеплавам, адже варити сталь з чавуну з неоднорідними властивостями – клопітна справа, що вимагає додаткових затрат матеріалів та часу», – розповідає Душкевич.

Металобрухт до конвертерного цеху привозять у спеціальних вагонах, які металурги-сталеплави називають «ракетами». Завдяки специфічній формі таких вагонів, брухт зручно вивантажувати в конвертер.

Початок

Конвертер – це, якщо говорити просто, величезна діжка, до якої перед кожною плавкою завантажують 30-32 тонни металобрухту та 128-130 тонн чавуну. З них у конвертері варять основу для сталі. Таких агрегатів на підприємстві шість. Конвертер видає 20-22 плавки на добу.

Сам конвертер зроблений зі сталі, а зсередини вимощений (футерований) вогнетривними матеріалами. Він може нахилятися і навіть обертатися навколо осі на 360 градусів. Це необхідно для виробничих операцій. «Зараз він нахилений і готовий прийняти метал. Состав з металобрухтом вже тут. Бачите, як «ракети» по черзі підіймаються потужними кранами, брухт з них засипається у середину конвертера. А ось і чавун у величезних ковшах. За допомогою тих самих потужних кранів чавун також потрапляє у середину конвертера», – Дмитро розкладає процес по поличках.

Плавка почалась!

Металургійна алхімія

У процесі плавки необхідно видалити з розплаву надлишки вуглецю, а також сірки, кремнію, марганцю та деяких інших складових. Їх треба окиснити, для цього застосовується продувка киснем.

На початку продувки до розплавленої маси додають вапно, щоб утворився основний шлак, який потрібен для видалення з металу шкідливих домішок (сірки та фосфору). Кисень подають через фурму – охолоджувану водою трубу довжиною 12 метрів.  Під час реакцій окиснення виділяється велика кількість тепла, і температура розплаву сягає 1600-1700⁰ С. Вуглець, кремній, сірка та інші речовини взаємодіють з киснем і утворюють легші за залізо оксиди, які переміщуються у верхню частину розплавленої маси і утворюють шлак.

В залежності від товщини шару, шлак може бути корисним, захищаючи плавку від подальшого окиснення та зберігаючи температуру. Але може й шкодити – агресивно вступає в реакції і змінює хімічний склад не так, як потрібно. За словами Душкевича, якщо для більшості марок сталі, яку ми розливаємо у злитки, це не так важливо, то для тієї, яка надходить у відділення безперервного розливання, товщина шару шлаку у ковші повинна бути не більша, ніж 10 см. Тому на кількох конвертерах працюють установки «Монокон», які під час зливання сталі затримують зайвий шлак.

Зливай!

Режимом продувки та іншими параметрами киснево-конвертерного процесу керує машиніст дистриб’ютора.

Після продувки сталевар заміряє температуру в конвертері та бере пробу металу. Аналіз проби швидко і якісно виконується у роботизованій лабораторії безпосередньо в цеху.

Якщо склад та температура розплаву не одразу відповідають вимогам, то можна продовжити продувку чи додати необхідні компоненти. Якщо в розплаві залишається забагато бульбашок кисню, їх видаляють додаванням алюмінію, що зв’язує кисень. І знову беруть проби, перевіряючи готовність. Якщо з температурою та хімічним складом все нормально, то метал зливають у ківш.

Якщо ця сталь призначена для відділення безперервного розливання, то після попереднього розкислення конвертерники більше нічого з цим напівпродуктом не роблять, бо його доведуть до готовності вже на місці – на установці позапічної обробки (установка піч-ківш). А от сталь, яку будуть розливати у злитки, доводять до готовності одразу.

Під час випуску з конвертера у ківш сталь насичується необхідними елементами, набуває потрібного хімічного складу. Для цього сталевар додає прямо у сталерозливальний ківш феросплави, що містять кремній, марганець тощо. Якщо вуглецю менше норми – додається вугілля. Виходить, що в конвертері ми забираємо з розплаву практично все, крім заліза, а потім повертаємо необхідне вже у ковші», – каже Дмитро Душкевич.

Для отримання деяких марок додають такі елементи, як нікель, хром, молібден, бор, титан та інші. Наприклад, при виготовленні сталі за ізраїльським стандартом, мабуть найприскіпливішим за вимогами, для міцності додають ванадій. Злитки з розлитої у форми-виливниці сталі  підуть на виготовлення заготовок, з яких зроблять прокат.

Точність – це фішка

Сталь, яку планують розлити за допомогою машин безперервного лиття заготовок (МБЛЗ), доводиться до готовності у відділенні безперервного розливання. Обробка за допомогою установки піч-ківш дає можливість отримати надзвичайно точні параметри хімічного складу. Саме на машинах безперервного лиття «АрселорМіттал Кривий Ріг» виробляє більшість сталей з високою доданою вартістю. Така обробка дозволяє дозувати феросплави та інші добавки з ювелірною точністю.

Використання МБЛЗ дозволяє отримувати не злитки, а вже готові сталеві заготовки з дуже якісною поверхнею та необхідною внутрішньою структурою. Саме з таких заготовок частіше за все підприємство виробляє високовуглецеву катанку, яку наші замовники переробляють на суперміцні та гнучкі канати та арматурні пасма. З низьковуглецевої катанки замовники виробляють широкий спектр продукції, наприклад, унікальні за властивостями метизні вироби, продукцію для зварювання тощо. Але на захист сталі у злитках треба сказати, що і з неї за умов суворого дотримання технологій та маючи багаторічний досвід можна виробляти прокат з видатними властивостями. Наприклад, з нашої легованої сталі прокатники виготовляють продукцію, яка потім йде на міцні та пружні ресори для транспорту.

Тому і виходить, що ідеальна сталь – це сталь, яка ідеально підходить для виготовлення тих виробів, для яких вона зварена, а основа ідеальних властивостей – відповідний хімічний склад. .

А ще корисні властивості сталі можна підсилити під час обробки. Наприклад, прокатники під час термообробки арматури чи катанки надають їм додаткової міцності, пластичності, пружності тощо.

Якість нашої сталевої продукції, яка є затребуваною в світі, ґрунтується на злагодженій роботі доменників, що плавлять чавун, сталеплавів, які варять та розливають сталь, прокатників, які виготовляють з неї якісний прокат та низки управлінь, які розробляють технології та працюють над тим, щоб наша сталь та вироби з неї цілковито задовольняли наших клієнтів і давали прибуток підприємству. 

Зелена сталь

В майбутньому, разом з відповідністю до вимог споживача та економністю виробництва, ідеальна сталь матиме ще один критерій – нуль викидів вуглецю під час її виробництва. І  світові лідери з виробництва сталі вже крокують до цієї мети.

Компанія «АрселорМіттал» зобов’язалася до 2050 року повністю перейти на виробництво безвуглецевої сталі, яку ще називають «зеленою», що суттєво зменшить викиди шкідливих речовин у навколишнє середовище. Вже зроблені перші кроки.

Наприклад, підприємство «АрселорМіттал Гамбург» першим у світі запустило технологію отримання металевого заліза безпосередньо з окатишів оксиду заліза з використанням природного газу, що виключає доменний процес . А в Іспанії компанією розпочато проект будівництва металургійного підприємства, яке запрацює з 2025 року і буде виробляти високоякісну «зелену» сталь, використовуючи замість коксу водень.

«АрселорМіттал Кривий Ріг» як частина корпорації також стане ареною цих величезних зрушень, спрямованих на створення чистішого та досконалішого світу. Тож сталь має не лише минуле і теперішнє, але й завдяки своїй універсальності та здатності вдосконалюватися – майбутнє.

Агломераційне виробництво – своєрідний перехід від гірничо-збагачувальних до  металургійних процесів. Саме тут завершується підготовка залізорудної сировини для виробництва чавуну і печуться гарячі чорні агломератні пироги.

Що ж таке агломерат? Його основа – це дроблена і потім збагачена залізна руда, тобто залізорудний концентрат – майже чорний пил, який здатен розлетітися від потоків повітря. Щоб ці крихітні часточки трималися купи, концентрат спікають у шматки на агломераційних фабриках.  Його змішують з різними додатками, сильно нагрівають і за допомогою гарячого повітря підтримують необхідну для спікання температуру. Навіть саме слово «агломерація» походить від латинського agglomero – тобто приєдную, накопичую.

Якщо вдатися до історії, то агловиробництво стало відоме з кінця 19 століття. Винахід цього процесу пов’язують з англійцями Ф. Геберлейном і Т. Хантінгтоном. У 1887 році вони  отримали патент на «екзотермічний процес огрудкування пилуватих руд у змішуванні з коксом, що здійснюється шляхом просмоктування повітря через шар зверху вниз».

Перша агломераційна стрічка називалася ґраткою. Вона почала роботу у 1906 році і використовувалася для спікання мідної руди.

Прорив у сфері огрудкування руд зробили  два американські інженери – А. Дуайт і Р. Ллойд. У 1906 р. вони розробили конструкцію, а 1911 р. ввели у експлуатацію першу конвеєрну агломераційну машину безперервної дії у Бердсборо (штат Пенсільванія, США).

З того часу агломерація отримала широке промислове використання. Вона допомагала забезпечувати продуктивність доменного виробництва мінімум на 25-30 відсотків, впливала на інтенсивність плавки та дозволяла економити кокс щонайменше на 20 відсотків. 

З того часу і до сьогодні без агломерату неможливо виробити чавун, адже він є однією з головних його складових. Тому можна сказати, що від якості агломерату безпосередньо залежить і якість металу, який виробляє наше підприємство.

Aглокухня  «АрселорМіттал Кривий Ріг»

В «АрселорМіттал Кривий Ріг» агломерат для доменних печей виробляють чотири агломераційних цехи. Найстарший з них – аглоцех металургійного виробництва – почав  роботу в далекому 1951 році. В період з 1960 по 1962 роки запрацювали ще три – №№ 1, 2, 3, які на той час були у складі Новокриворізького гірничо-збагачувального комбінату і доєдналися до нашого підприємства у 1996 році. Напередодні війни, у  січні 2022 року, цехи виробили майже 850 тисяч тонн агломерату для трьох доменних печей.

Як готують пироги з агломерату, ми дізналися від досвідчених металургів.

Старший змінний майстер агломераційного цеху № 2 Олександр Петров за 22 роки роботи вже на відмінно вивчив кожен етап виробництва . Олександр водить нас «вулицями», «провулками» та «дворами» свого цеху, показує його велетенські агрегати та комунікації,  розповідає про квіти, турботливо висаджені на клумбах та в горщиках робітниками. Працівники цеху кажуть, що тут навіть білки бігають, випрошують в агломератників горішки та інші смаколики.    

«Останні кілька років наш цех значно реконструювали, – розповідає Олександр Петров. – Це помітно навіть неозброєним оком. Корпуси газоочисток блищать, нові установки працюють, як годинники. А бетонні майданчики біля виробничих дільниць регулярно миють водою зі шлангів – гарненько, під тиском, щоб пилу під ногами не було! Брудна вода теж стікає «з розумом» – спеціальними стоками, а далі у… «Байкал». Так між собою робітники жартома називають шламосховище, куди надходить уся вода, що була використана у виробництві».

Замішуємо основні інгредієнти

На першому пункті агломераційної «пекарні» – дільниці з вагоноопрокидувачем агломераційного цеху № 3 нас зустрів змінний майстер АЦ № 3 Олександр Заїка.

Саме в аглоцеху № 3 замішується правильне «тісто» для подальшого успішного випікання аглопирога. «Залізничними складами до нас привозять шихтові матеріали – основні інгредієнти: різного виду вапняки, кокс, вугілля, аглоруду. Вивантаження їх відбувається за допомогою вагоноопрокидувача. Вагон розміщується всередині спеціального ротора, міцно затискається і перевертається. Сировина висипається на спеціальну решітку приймального бункеру. Потім мережею конвеєрного транспорту сировина спрямовується на склад шихтових матеріалів», – розповів  фахівець.

Перше, що впадає в око на цьому відкритому складі – величезні конусні піраміди сировини, кольорові купи: руда купа – це аглоруда, чорна – коксова дрібниця, сіруваті – вапняки тощо.

Зі складу сировини сипкі матеріали подаються на дроблення. Дробарки розбивають грудки продукту: вапняки, паливо (коксову дрібницю) або вугілля. Це роблять п’ять молоткових дробарок та вісім чотирьохвалкових. «Що і де дробиться, можна визначити по кольору дробарок. Де вапняк, вони аж білі, чорні – де подрібнюється паливо», – говорить дробарник Андрій Рогалін.

На наступному етапі грохочення матеріал висипається на спеціальні сита і розділяється за розмірами шматків або частин (фракцій). Фракція гідного вапняку, який іде на дозування, за розмірами складає від 1 до 5 мм, інше повертається і знову проходить увесь ланцюг обробки.

Дозуємо –  і в «блендер»

Щоб спекти якісний агломерат, усі складові шихти потрібно ретельно відміряти, тобтозважити та видати у потрібних пропорціях.

«Компоненти шихти транспортуються конвеєрами до корпусу шихтових бункерів – розповідає Олена Хібіна, старший майстер основної виробничої дільниці АЦ № 3. – До речі, довжина конвеєрів нашого цеха складає майже 15 кілометрів. З операторського пункту керується робота конвеєрного транспорту, вагодозаторів, тарілчастих живильників, автостел. Потрібна кількість сировини потім транспортується до першого та другого агломераційних цехів для подальшого виробництва».

Відомо, що під час приготування будь-якої страви чи не найголовнішу роль грає змішування. У виробництві агломерату так само: усі компоненти потрібно ретельно змішати, щоб склад сировини став максимально однорідним.  Інакше спікання буде неможливе.

Розподіляємо та відправляємо у піч

Після змішувальної «каруселі» готова шихта конвеєром їде до корпусу спікання. Там вона розподіляється по бункерах  кожної агломераційної машини. В першому і другому аглоцеху їх по шість.

До речі, корпуси спікання – це доволі високі споруди. Висота у найвищих точках дорівнює майже дев’ятиповерховому будинку, але ці будинки мають дуже складну «начинку» з різних агрегатів. Головні з них, звичайно, агломераційні машини. Це своєрідні духовки з рухливою стрічкою спікальних візків, на які безперервно рівним шаром завантажується агломераційна шихта.

«Коли шихта надходить до бункерів агломашин, вона дозується живильниками до вторинних змішувачів, – пояснює Олександр Петров. – Туди подається вода для зволоження шихти та газ для її  підігріву. Температура перед спіканням має бути 52 градуси за Цельсієм. Потім шихта огрудковується і з пилоподібного матеріалу утворюються вологі грудочки розміром 3-12 мм, так шар шихти стає газопроникним. Завантажена на візок частина вирівнюється «гладилкою» і прямує під запалювальний горн».

Рухаючись по рейках візок проходить крізь запалювальний горн, де спалюється газ, який у свою чергу запалює паливо у шихті. Крізь шихту за допомогою ексгаустерів безперервно просмоктується повітря. Температура в горні досягає 1150 градусів Цельсія. Тільки уявіть, приблизно така ж температура всередині мантії Землі або розжареної вулканічної лави! Завдяки горінню палива у шарі шихти, в ньому відбувається часткове відновлення залізної руди і спікання окремих грудочок матеріалів у більші за розмірами грудки готового агломерату.

Агломашинами і взагалі всім обладнанням керують оператори пульта керування. А безпосередньо процесом спікання опікується агломератник, він головний «шеф-кухар».

«Я контролюю процес спікання агломерату, визначаю подачу необхідної  кількісті газу для запалення, підтримую необхідну температуру, вологість, подачу шихтових матеріалів, – розповідає агломератник Ігор Подколодній. – Допомагають прилади і досвід, бо працюю тут вже 15 років. Спочатку, коли тільки навчався, трохи боявся, чи впораюсь з процесом. Зараз почуваюся впевнено і вже навіть на око можу побачити, чого і скільки потрібно для спікання, та визначити якість агломерату».

«Пиріг», який добре пропікся, охолоджують у спеціальній зоні охолодження. Встановлені там вентилятори продувають агломерат  і знижують його температуру з 800-1000 до 90-100 градусів. Готовий продукт скидають з візків, дроблять, відсівають на грохотах і відправляють до доменного цеху для виготовлення чавуну. А дрібні шматочки агломерату повертають в змішувач для підготовки шихти – вони наново пройдуть увесь процес обробки при приготуванні іншої порції «пирога» від «а» до «я».

Гідна альтернатива

Але агломерат – не єдиний базовий інгредієнт для чавуну. Зараз країни з розвиненою металургією мають високий інтерес до залізорудних окатишів, як до одного з основних видів сировини для доменного виробництва. Наприклад, у Швеції до 100% окатишів складають залізорудну частину доменної шихти, у США й Канаді – 70-80%.

Окатиші – це рудний матеріал, отриманий з дрібної (пилоподібної) руди або тонкоподрібнених концентратів, у вигляді кулястих гранул діаметром 2-3 до 30 мм (зазвичай 10-15 мм). Залізорудні окатиші застосовуються головним чином у доменній плавці.

Металурги розглядають залізорудні окатиші як якісну сировину, що наближається по однорідності властивостей до агломерату. Ця сировина здатна транспортуватися на будь-які відстані без втрат ними металургійних властивостей. До того ж, газопроникність їхньої насипної маси більша, ніж в агломерату. Та і сам процес їх виготовлення значно екологічніший.

Саме тому «АрселорМіттал Кривий Ріг» з жовтня 2020 року розпочало будівництво нової суперсучасної фабрики огрудкування. Цей проект є уособленням та  важливим кроком компанії  у напрямку «зеленої металургії» – виробництва зі світовими стандартами щодо рівня викидів та забруднення навколишнього середовища.  

Передбачається, що нова фабрика огрудкування буде виробляти 5 млн тонн окатишів на рік, потужність за годину – 621 тонна. Там планується встановити потужні газоочисні та аспіраційні установки за європейськими екологічними стандартами.

Інвестувати у будівництво фабрики огрудкування компанія «АрселорМіттал» планувала понад 250 млн доларів. Так би воно і було. Перешкодила втіленню цих планів у життя війна. На сьогодні будівництво фабрики поки що призупинено. Найважливішим на часі є питання виживання підприємства і збереження трудового колективу.

Втім, будемо оптимістами. Війна обов’язково скінчиться, підприємство запрацює, а нові «зелені» проекти в агломераційному виробництві обов’язково будуть втілені в життя. Це зробить підприємство більш сучасним та ефективним.  

В народі 6-ту річницю весілля називають чавунною. Це означає, що молода сім’я вже зуміла стати міцною, але ще може тріснути від сильного удару. Насправді чавун – це такий сплав, який міцніший за камінь, але слабший проти сталі.

Чавун, в уявленні багатьох з нас, це велика важка чавунна сковорода, яка вироблена з якогось темно-сірого матеріалу. На підприємстві «АрселорМіттал Кривий Ріг» теж виробляють чавун, але сковорідок там немає

Річ у тім, що на металургійному виробництві виплавляють спеціальний чавун, з якого потім виготовляють сталь.

Чекайте, хіба сталь роблять не з заліза, запитаєте ви?

Звичайно, із заліза. Тобто із залізної руди, яку видобувають у глибинах землі. Але «чисте» залізо в металургії майже не використовується. Основну його масу ми споживаємо у сплавах – сталі та чавуну, які називаються чорними металами.

У кар’єрах «АрселорМіттал Кривий Ріг» видобувають справжні магічні кристали. Це такі корисні копалини, як гематит (Fe₂О₃) та магнетит (Fe₃О₄ ), що мають кристалічну форму. Обидва ці мінерали є природними оксидами заліза. Тобто містять в собі елементи заліза і кисень, останній перебуває у твердому стані.

Щоб перетворити ці кристали на залізо, необхідно позбутися кисню. Для цього нам потрібна доменна піч, де ця гірнича порода буде плавитись разом з іншими інгредієнтами.

З доменної печі вже ллється сталь?

Ще ні, доменні печі виплавляють чавун. Cотні років тому люди намагались отримати сталь напряму за схемою «залізна руда – сталь». Кінцевим продуктом було просякнуте шлаком та іншими домішками губчасте залізо пористої будови, так звана криця.

Позбавлятися домішок тоді не вміли. Ковалям шляхом багаторазового виковування виробів не завжди вдавалося досягти повного видалення шлаків. В результаті вони отримували «в’язке залізо», яке було крихким і мало низькі показниками міцності та корозійної стійкості.

Крицю намагалися переплавляти ще раз. Ці спроби продемонстрували значні переваги у якості залізної зброї, а потім таке виробництво почало розвиватися. Згодом почали будувати доменні печі й започаткували доменне виробництво. Виплавляти сталь почали з використанням напівпродукту (чавуну). Весь подальший розвиток металургії відбувався, як вдосконалення цього способу виробництва сталі.

Отже, чавун сприяв найбільшому технічному прогресу у розвитку металургії. Сталь і досі виготовляють за технологією, якій вже близько 1000 років. Але і в цій галузі останні роки відбуваються технологічні прориви.

Як виробляють чавун сьогодні?

Для приготування цієї металургійної «страви» необхідно підготувати особливі продукти – шихту – суміш сировинних матеріалів.

• Основним інгредієнтом «страви» є залізорудна сировина. Видобуті у кар’єрі «кристали» спочатку подрібнюють, а на спеціальних рудозбагачувальних фабриках до них додають корисні речовини. В результаті отримуємо концентрат.

Його піддають огрудкуванню — тобто виготовляють агломерат або окатиші, які потім відправляються у доменний цех.

• Другий інгредієнт – кам’яновугільний кокс та природний газ. Паливо відіграє не менш важливу роль хімічному процесі під час виплавляння чавуну.

• Третій інгредієнт — це флюси, тобто спеціальні добавки, які вводяться для зниження температури плавлення пустої породи шихтових матеріалів. У якості флюсів використовують вапняк.

Усі шихтові «інгредієнти» надходять у доменний цех і зсипаються у спеціальні бункери. Далі агломерат (окатиші), вапняк і кокс порціями (колошами) завантажують за допомогою підйомних кошиків (скіпів) або стрічкового конвеєру зверху на колошник печі та переплавляються на чавун.

Час перебування матеріалів всередині печі, тобто від моменту завантаження на колошник і до моменту випуску їх у вигляді готової продукції, становить 5-8 годин. За добу доменна піч проплавляє приблизно такий об’єм матеріалів, що дорівнює 3,5 об’ємам печі.

Доменна піч – це основний агрегат на металургійній кухні. Саме у ній при температурі 1900 °C із залізної руди, палива та флюсів народжується чавун.

Цей хімічний процес називається відновленням оксидів заліза, що відбувається шляхом витіснення кисню з породи, або зменшенням його ступеню.

Здійснити це можна тільки за високої температури нагрівання і з допомогою спеціального відновника, який має велику спорідненість з киснем. Це завдання під силу чадному газу (СО2), що утворюється в процесі згоряння коксу та розкладу флюсу (вапняку).

Щоб кокс почав горіти, треба добре розігріти доменну піч. Тому в неї вдувають знизу через фурми гаряче (до 600-800º С), збагачене киснем повітря.

Нагріті гази піднімаються у верхню частину печі, а в цей час назустріч їм поступово опускається донизу шихта. Чадний газ проходить крізь стовп шихти і поступово відновлює залізну руду.

Відновлене в доменній печі залізо поступово поринає у більш гарячу частину печі (розпар), частково реагує з вуглецем і чадним газом. Залізо розчиняє в собі до 4% вуглецю й інші домішки. Утворюється чавун — сплав заліза з вуглецем.

Цей процес виглядає дуже складним, але не для доменників «АрселорМіттал Кривий Ріг». Вони, як вправна хазяйка варить борщ, так само й «варять» свою фірмову страву і дуже пишаються, що вона виходить якісною.

У найбільшого металургійного підприємства є чотири доменні печі: ДП-6 та ДП-7 об’ємом 2 тис. кубометрів , ДП-8 об’ємом 2,7 тис. кубометрів і найбільша у в Європі ДП-9, яка має об’єм 5035 кубометрів. Всі працюють за одним «рецептом», всі виробляють свій чавун з вмістом вуглецю на рівні 2,5 -3%, щоб потім сталь виходила міцнішою.

Сталь – це сплав заліза (від 45%) та вуглецю (до 2,14%). Чим менше вуглецю, тим міцніша сталь.

Окрім чавуну в доменні печі утворюється ще один продукт. За високої температури вапняк, що додається до шихти як флюс, розкладається, і утворюються легкоплавкі речовини — шлаки. Оскільки шлак легший, ніж чавун, він збирається над розплавленим чавуном, як пінка молока над кавою, і захищає його від окиснення.

Рідкі продукти плавки видаляються через спеціальний отвір – чавунну льотку. Перший шлак з’являється приблизно через 15 годин після задувки (запуску в експлуатацію доменної печі після побудови або капремонту), а перший чавун — через 20-24 години після задувки. Через кілька діб доменна піч досягає своєї продуктивності.

Отриманий у доменній печі чавун зливають у чавуновозні ковші й транспортують у рідкому стані або до сталеплавильного (мартенівського, киснево-конверторного, електросталеплавильного) цеху, де переробляють на сталь, або до розливних машин, де його розливають у форми і отримують чушковий чавун. Чушки можна зберігати у твердому стані та використовувати у ливарному виробництві.

Нові способи виробництва сталі

Дуже довго чавун вважався у сталеплавильному виробництві єдиною сировиною для виготовлення сталі. До середини XIX ст. металурги були переконані, що виплавити міцну якісну сталь можна тільки двоступеневим способом за схемою «залізна руда – чавун – сталь». В останні роки в цій консервативній галузі відбувається новий прорив.

Вчені-металурги ніколи не полишали спроб знайти способи прямого відновлення заліза з руди, оминаючи доменне виробництво й уникаючи участі коксу у цьому процесі.

Одне з технологічних рішень – це використання гарячебрикетованого заліза, металізованих окатишів або губчастого заліза, в яких вміст заліза дуже високий – до 99%. Такий продукт може одразу використовуватися у сталеплавильних електродугових печах для отримання сталі.

Ефективність цієї технології вже доведена і розвивається понад 30 років, але вона вимагає первісної залізорудної сировини з високим вмістом заліза і низьким вмістом домішок, а ще потрібні великі газові ресурси. Тому цей напрямок розвивається в Бразилії та Австралії, де є в наявності дуже хороша руда, а також на Близькому Сході, де в надлишку – дешевий газ.

Ще одне рішення – відновлення залізної руди за допомогою водню замість викопного палива, яке було винайдено у другій половині XIX ст. Проте ефективність такого способу була доведена зовсім недавно. Європейські металурги ще тільки починають розробляти інноваційні технології у цьому напрямку. Зокрема ArcelorMittal також розглядає це питання: й у співпраці з Фрайберзькою гірничою академією компанія розпочала випробування відповідного обладнання на металургійному комбінаті компанії в Гамбурзі. Наприкінці пілотних випробувань ArcelorMittal розраховує отримати 100 000 тонн сталі, виробленої з використанням водню.

Пряме відновлення заліза дозволяє уникнути «засмічення» заліза сіркою та іншими небажаними елементами, що містяться в коксі, а також підвищити якість сталі. Таке виробництво надасть можливість зменшити вуглецевий слід, через який металургійна промисловість входить у трійку найбільших виробників вуглекислого газу в світі.

Основною проблемою цього способу на сьогодні є виробництво чистого водню у промислових масштабах. Процес вимагає величезного розширення потужностей відновлюваної енергетики й великих фінансових витрат.

Проте новітні технології не припинять виплавлення чавуну. Це виробництво протягом свого існування також активно розвивалось та удосконалювалось. На сьогодні є різні види чавуну, які добре зарекомендували себе в машинобудуванні, виготовленні побутових речей та інших галузях промисловості. І доменники нашого підприємства, які порівнюють свою працю з підкоренням вулканів, незважаючи на виклики часу, продовжують нести свою гарячу вахту біля доменних печей.