Металлургические мини-заводы
Украинская Ассоциация Сталеплавильщиков

"Мини" против "макси"

А.Н.Смирнов

Мини против макси

Глубокий кризис, поразивший мировую металлургию во второй половине прошлого года, продолжает держать сталелитейное производство на короткой уздечке. Никаких надежд на быстрое возобновление прежних объемов производства стали и сохранение былой структуры ее производства нет. Несмотря на это, определенные металлургические заводы продолжают функционировать практически в прежних форматах, не снижая объемов производства. Многие из этих предприятий объединяет один фактор: они являются мини-заводами. В условиях кризиса они доказали свою конкурентность, и это очень хорошее основание для увеличения их числа. Украина уже следует этим путем, но очень важно не наделать ошибок, экономя на бывшем в употреблении оборудовании, которое уже через пару лет будет неконкурентоспособным. Но где же найти деньги в условиях кризиса? Помочь в решении этих проблем должны свои, отечественные, производители недорогого оборудования для мини-заводов.

Почему об этом

На территории СНГ к металлургическим предприятиям, успешно переживающим кризис, можно отнести Белорусский МЗ, Оскольский ЭМЗ, Павлоградский завод КАСТИНГ, металлургический завод НОВОРОСМЕТАЛЛ (Новороссийск), завод ЭЛЕКТРОСТАЛЬ(Курахово), Литейнопрокатный завод (Ярцево) и прочие. Все эти заводы классифицируются как мини-заводы.

На территории бывшего СССР продолжают появляться и строиться новые мини-заводы, вхождение которых на металлургический рынок происходит с различной степенью успеха. В условиях динамически изменяющейся внешней среды сравнительно небольшие размеры мини-заводов несут явные преимущества, среди которых особо выделяются быстрота реакции на меняющийся спрос на различные виды продукции, а также возможность выполнения мелких заказов применительно к конкретному заказчику.

Сравнивая работу интегрированного металлургического завода с работой мини-завода, необходимо отметить, что технологическая схема интегрированного завода предполагает организацию эффективного сочетания ряда разноплановых непрерывных и дискретных производственных процессов, отличающихся пределами допустимой производительности, продолжительностью технологического цикла, стойкостью и стоимостью основных агрегатов. В принципе задача полной остановки такого предприятия неразрешима, а нормальная работа возможна только при организации в технологической цепочке ряда накопительных элементов, коими являются: рудный двор, миксерные отделения сталеплавильных цехов, склады слитков, заготовок и готовой продукции. “Длинная” схема производства стали на интегрированных заводах вызвана, прежде всего, низким энергетическим потенциалом сырья, применяемого для производства стали.

Вследствие вышеизложенного для интегрированного завода характерна явная зависимость затрат по переделу от степени загруженности основных технологических агрегатов. По ряду оценок, снижение производительности металлургического завода на 20% приводит к увеличению удельных расходов на 15-20 USD и более.

По мере развития техники и технологического обеспечения металлургические мини-заводы достигли технико-экономического уровня, достаточного для их высокой конкурентоспособности в сравнении с традиционными заводами полного цикла. При этом современная концепция металлургического мини-завода, как правило, основывается на выплавке стали в высокопроизводительных дуговых сталеплавильных печах (ДСП), доводке металла по химическому составу и температуре в агрегатах “ковш-печь” и вакуумирования, последующей разливке на сортовых или тонкослябовых МНЛЗ и прокатке.

Как все начиналось

Эра быстрого развития минизаводов началась с появлением в металлургической практике в середине шестидесятых годов прошлого века установок комплексной доводки стали, получивших название ASEA-SKF (по названиям двух шведских компаний, разработавших технологию и оборудование для ее реализации). Учитывая высокую себестоимость обработки в агрегатах ASEA и SKF, их применяли в электросталеплавильных цехах, производящих продукцию высокого качества.

В середине восьмидесятых годов ХХ века становится общепринятым применение следующих технических решений и технологических приемов производства стали:

  • оформление концепции высокопроизводительного металлургического мини-завода для получения сортовой непрерывнолитой заготовки;
  • освоение непрерывной разливки сортовой заготовки с применением кристаллизатора, внутренняя поверхность которого имеет так называемый параболический профиль, что в 2-3 повысило скорость разливки;
  • оснащение дуговых сталеплавильных печей трансформаторами удельной мощностью до 0,9-1 МВА/т;
  • начало освоения технологии плавления лома с остатком порции металла предыдущей плавки (так называемого “болота”);
  • применение топливно-кислородных горелок не столько как альтернативного источника энергии, сколько для ускоренного плавления лома в “холодных” зонах рабочего пространства печи;
  • стремление работать с короткими дугами с целью максимального их заглубления под уровень шлака;
  • широкое применение технического кислорода (удельный расход достиг 30 кубометров на тонну металла);
  • освоение эркерного выпуска стали;
  • использование водоохлаждаемых элементов для стен и свода и новых высококачественных периклазоуглеродистых огнеупоров для ванны печи;
  • широкое промышленное внедрение в производство агрегатов для внепечной доводки стали типа “ковш-печь”;
  • промышленное освоение непрерывной разливки тонких слябов, толщиной 40-60 мм.

Опыт эксплуатации дуговых печей в этот период показал, что сверхмощная дуговая сталеплавильная печь не требует больших расходов по переделу, а также концентрации людских и материальных ресурсов в период ремонтов и, наряду с конвертером, становится одним из основных сталеплавильных агрегатов по производству стали массового сортамента. Действительно, с 1960 по 1984 год доля мирового производства стали, выплавляемой в электропечах, выросла более чем в 4,5 раза и составляла 163 миллиона тонн. При этом количество мини-заводов во всем мире достигло 330-350 предприятий с общим объемом производства 75-78 миллионов тонн стали в год. Производительность дуговой сталеплавильной печи практически удвоилась и достигла 91-93 тонн в час, при этом количество выпускаемых в год плавок увеличилось с 2500 до 5000.

Начиная с середины восьмидесятых годов ХХ века на прогресс в черной металлургии все больше влияли последствия развития энергетического кризиса, что сопровождается снижением темпов роста и некоторым сокращением объемов производства стали в основных промышленноразвитых странах. Дополнительно к этому на мировом рынке наблюдались заметные колебания потребности в металлопродукции при ужесточении требований к ее качеству в условиях снижения себестоимости. Мини-завод как технологическое построение в таких условиях достаточно быстро превратился в устойчивую производственную систему, которая обеспечивала минимизацию издержек на всех стадиях технологического процесса получения длинномерной продукции массового потребления.

Это было достигнуто, в первую очередь, за счет обеспечения модульной схемы построения мини-завода, в которой производительность дуговой сталеплавильной печи полностью соответствовала возможностям разливки стали на многоручьевой высокоскоростной сортовой МНЛЗ. Совмещение дискретного процесса выплавки стали с ее непрерывной разливкой осуществляется с помощью агрегата “ковшпечь”, позволяющего обеспечивать доводку стали по химическому составу и температуре. Благодаря научнотехническому прогрессу в части конструкции дуговых печей период выплавки в них стали уменьшился до 50-60 минут, а новые решения в части высокоскоростных сортовых МНЛЗ обеспечили годовую производительность одного ручья на уровне 200-250 тысяч тонн жидкой стали. При этом следует отметить, что в последнее время для нужд мини-заводов созданы крупные высокопроизводительные печи, которые в состоянии обеспечить годовое производство одним агрегатом на уровне 1-1,5 миллиона тонн и более. Заказчики все большее предпочтение отдают именно крупным дуговым сталеплавильным печам с массой плавки 100 тонн и более.

Таким образом, к середине восьмидесятых годов прошлого века полностью оформилась технологическая архитектура высокопроизводительного металлургического мини-завода для производства длинномерного проката. Это стимулировало появление новых мини-заводов в ранее неметаллургических странах и регионах, в которых благодаря наличию металлолома и внутреннему потреблению длинномерного проката создавались крайне благоприятные конкурентные условия для их функционирования. Дополнительными преимуществами для таких мини-заводов являются снижение транспортных расходов на перевозку металлолома и металлопродукции (вследствие ориентации мини-завода на определенный экономический регион), а также наличие достаточно дешевой электроэнергии и рабочей силы. Как правило, мини-заводы строились и строятся в удаленных от крупных металлургических заводов местах с удобной транспортной сетью (например, на берегу морей и крупных рек), а также вблизи крупных потребителей длинномерного проката.

Параллельно со строительством новых были реконструированы многие металлургические мини-заводы, построенные ранее. Существо таких реконструкций сводилось, прежде всего, к замене действующих дуговых электропечей одной высокопроизводительной ДСП и реконструкции или установке новой МНЛЗ, обеспечивающей разливку всей производимой стали. Примером такого подхода к реконструкции может служить Молдавский металлургический завод и ИСТИЛ (УКРАИНА) (ныне Донецкий электрометаллургический завод), электросталеплавильный цех металлургического комбината СЕВЕРСТАЛЬ, которые в настоящее время могут обеспечить годовое производство стали на уровне 0,8-1 миллион тонн и более. Несколько ранее аналогичную реконструкцию осуществили ряд заводов Западной и Восточной Европы.

Широкое использование концепции мини-заводов позволило, например, Испании и Турции, имеющим выгоднейшее географическое положение, выйти на серьезные позиции в мировом рейтинге производителей стали.

В целом же наибольшее количество стали на мини-заводах производится в настоящее время в следующих странах: США, Китай, Япония, Южная Корея, Италия, Индия, Турция, Германия и Испания. Благодаря строительству мини-заводов в ряду заметных производителей металлопродукции появились ранее неметаллургические страны: Турция, Египет, Аргентина, Индонезия, Таиланд, Мексика, Венесуэла, Саудовская Аравия и прочие.

Вследствие существенного роста удельной производительности дуговых сталеплавильных печей и расширения возможностей по повышению качества жидкой стали в металлургии конца восьмидесятых годов прошлого столетия начало оформляться новое направление развития: мини-заводы по производству плоского проката. Как известно, традиционно производство плоского проката предполагает использование конвертерных цехов и слябовых МНЛЗ, что обеспечивает высокую чистоту металлопродукции по вредным примесям и высокую производительность цеха, необходимую для обеспечения прокатных цехов непрерывно-литой заготовкой. Для металлургических мини-заводов вопрос чистоты стали в принципе решается посредством использования специальной шихты, полученной в результате прямого восстановления. Более сложной технической задачей представляется совмещение производительности выплавки и разливки стали на МНЛЗ с производительностью прокатных станов при сравнительно небольших (для плоского проката) объемах производства (0,6-1 миллион тонн в год).

Эта задача была решена благодаря принципиально новой совокупности технологических решений в виде литейно-прокатного модуля (ЛПМ), в котором процесс разливки стали успешно совмещается с процессом последующей прокатки в единую технологическую цепочку. Принципиально новыми техническими решениями для ЛПМ следует считать применение вертикального кристаллизатора, который имеет чечевицеобразную полость в верхней части вдоль его главной оси. Это обеспечивает подвод металла в кристаллизатор при толщине сляба 50-80 мм и его ширине до 3-3,5 м. Таким образом, на выходе из кристаллизатора формируется тонкий сляб толщиной 50-80 мм требуемой ширины. Скорость разливки таких слябов составляет 5-8 метров в минуту. Для повышения качества внутренней структуры такого сляба в зоне вторичного охлаждения его подвергают “мягкому” обжатию, что позволяет получить на выходе из МНЛЗ заготовку толщиной 40-60 мм. После выхода из МНЛЗ заготовка без охлаждения подается в проходную печь для обеспечения выравнивающего нагрева перед прокаткой, которая выполняется либо на стане Стеккеля, либо по схеме непрерывного прокатного стана.

В настоящее время общие мощности литейно-прокатных агрегатов приближаются к 50 миллионам тонн стали в год и такие агрегаты работают более чем на 30 заводах.

Безусловно, такая технологическая схема получения плоского проката, реализуемая в условиях мини-завода, имеет огромный потенциал в части экономии энергетических ресурсов за счет сокращения технологической цепочки получения плоского проката и исключения дополнительных циклов охлаждения и нагрева заготовки (рисунок). Как видно из приведенных данных, использование ЛПМ обеспечивает снижение расхода природного газа для нагрева заготовки перед прокаткой в 5-7 раз и более. При этом сохраняются все рассмотренные преимущества мини-заводов, что, безусловно, обеспечивает экономическую мотивацию для их дальнейшего развития и совершенствования особенно для регионов, имеющих устойчивую потребность в плоском прокате, но удаленных от крупных его производителей. Примером такого подхода является металлургический завод Saldanha Steel (ЮАР), на котором используют технологии для прямого восстановления железа. Затем полученный продукт переплавляется вместе с металлоломом в агрегатах типа Conarc и разливается на ЛПМ на сляб толщиной 90 мм и шириной 900-1560 мм с последующим “мягким” обжатием до 75 мм.

Следует ожидать, что мини-заводы для производства плоского проката будут, прежде всего, появляться в регионах, испытывающих потребность в таковом и достаточно удаленных от основных его производителей. Не следует при этом исключать возможность появления специализированных мини-заводов по производству плоского проката, ориентированных на определенные виды продукции. Примером такого проекта может быть строительство Объединенной металлургической компанией мини-завода рядом с Выксунским металлургическим заводом с целью выпуска листа для труб большого диаметра.

В конце ХХ — начале ХХI века на некоторых металлургических предприятиях мира стали появляться опытно-промышленные и полупромышленные агрегаты для непрерывной разливки стали непосредственно на тонкую полосу. Основное преимущество прямой отливки тонкого листа — исключение из технологической схемы операции горячей прокатки с соответствующим сокращением энерго- и трудозатрат. В агрегатах прямой отливки тонкого листа кристаллизатор состоит из двух валков, расположенных непосредственно под промежуточным ковшом и вращающихся в противоположных направлениях. Жидкая сталь при разливке поступает в пространство между валками и при контакте с поверхностью валков кристаллизуется, образуя корочки, которые двигаются вместе с поверхностью и выходят из валков в форме листа, толщина которого определяется расстоянием между валками, а ширина — боковыми стенками кристаллизатора. Для отвода выделяющегося тепла валки, изготовленные, как правило, из сплава меди с хромом, охлаждаются водой. В качестве покрытия валков используют различные материалы на основе никеля, хрома или керамики.

Технологическая схема получения тонкого листа с применением двухвалковых МНЛЗ имеет огромный потенциал в части экономии энергетических ресурсов (в 8-10 раз), снижения потерь с окалиной (в 40-50 раз), повышения производительности работы персонала (5-10 раз), снижения выбросов парникового газа (в 10-20 раз) при существенном снижении затрат на капитальное строительство, что обеспечивает экономическую мотивацию в части его дальнейшего развития и совершенствования.

Особенности мини-заводов в СНГ

В условиях стран СНГ наибольшее развитие получили две тенденции: реконструкция действующих электросталеплавильных и мартеновских цехов по концепции мини-завода и создание новых мини-заводов небольшой производительности.

В целом для первой тенденции в реконструкции характерными элементами являются крупные высокомощные дуговые сталеплавильные печи, наличие многофункционального агрегата “ковш-печь” и высокоскоростная многоручьевая МНЛЗ последнего поколения, что в совокупности обеспечивает реализацию стратегии минимизации издержек на производство заготовки. Эффективность работы таких предприятий зависит от правильно выбранной стратегии развития и наличия собственного прокатного передела.

Реализация стратегии строительства новых мини-заводов получила в последнее десятилетие достаточно широкое развитие за счет строительства комплексов в неметаллургических районах. В прессе заявлено о нескольких десятках проектов. Однако реально запущены в эксплуатацию едва ли полтора десятка минизаводов. При этом эти заводы ориентируются на местные источники металлолома, элетроэнергии. Такие заводы сооружаются либо на базе нового оборудования, либо с применением оборудования, выведенного из эксплуатации в странах Европы по причине его морального старения и низкой экономической эффективности производства. Дополнительной причиной является политика ряда промышленно развитых стран, направленная на ограничения в области производства металлопродукции низкой кондиции.

Особо обращает на себя внимание тот факт, что компании, торгующие оборудованием “секонд хэнд”, проявляют высокую активность на рынке России и Украины. Ранее такое явление имело место в Турции и ряде стран Юго-Восточной Азии. Так, в Турции сейчас по меньшей мере 19 мини-заводов общей мощностью плавильных печей около 14 миллионов тонн. Загрузка производственных мощностей на турецких металлургических заводах в последние годы не превышает 70%. При этом несколько минизаводов построены на базе оборудования “секонд хэнд”, закупленного в странах Европы.

Конкурентными преимуществами компаний, торгующих бывшим в употреблении оборудованием, являются низкая его цена (в 5-7 раз ниже, чем на новое) и быстрый срок поставки. Но так ли очевидны преимущества этого пути развития металлургических предприятий? Заметим сразу, что такое оборудование, как правило, имеет возраст 12-15 лет или более. А это, прежде всего, значит, что ни о каких новых технологиях и высоких показателях качества говорить не приходится. Недаром же ведущие компании мира интенсивно реконструируют свои сталеплавильные цеха, построенные более десяти лет назад.

В настоящее время “дешевые” мини-заводы небольшой мощности были закуплены рядом российских трейдеров металлолома. Размещение этих заводов осуществлено весьма удачно: в неметаллургических регионах вблизи водных путей. При этом в данных регионах предполагаются большие источники металлолома, которые обеспечат работу предприятий в течение многих лет. По данным на сегодняшний день, ни один из перечисленных мини-заводов (кроме НОВОРОСМЕТАЛЛА, который перестраивался дважды) не достиг планируемых эксплуатационных показателей. На мой взгляд, причина кроется именно в использовании устаревшего оборудования, которое еще и не гармонизировано между собой. Это объясняется тем, что поставляющие оборудование фирмы имеют широкие возможности по компоновке оборудования с разных заводов в зависимости от требований клиента. Безусловно, в этом плане они существенно проигрывают новым заводам, поскольку для них концептуально закладывается сопряженность всех технологических единиц.

Подтверждением вышесказанному может служить динамика развития мини-завода ЭЛЕКТРОСТАЛЬ в Курахово и литейно-прокатного завода в Ярцево (оба —Россия), запущенных в эксплуатацию в 2008 году и уже через несколько месяцев достигших номинальных показателей. Конкурентные преимущества этих заводов заключаются в использовании нового современного оборудования. Дополнительным преимуществом является удачное расположение (в непосредственной близости от электростанции) и наличие собственного сортопрокатного цеха.

В целом же использование концепции применения оборудования, бывшего в эксплуатации, по моему мнению, имеет ряд крайне негативных черт:

  • низкая технологичность оборудования, связанная с его моральным старением, и обязательные первичные капитальные затраты на модернизацию оборудования;
  • отсутствие полной информации об оборудовании и его реальном состоянии, что впоследствии (после ввода в эксплуатацию) потребует дополнительных капитальных вложений;
  • нанесение прямого морального и материального ущерба экспортному потенциалу страны вследствие применения устаревших технологий и оборудования;
  • дискриминация отечественных производителей оборудования и лишение машиностроительных предприятий дополнительных рабочих мест.

Перспективы

В условиях резкого спада спроса на металлопродукцию большинство введенных в работу мини-заводов сохраняют устойчивость. Ряду из них удаетс поддерживать номинальные объемы производства. Некоторые же другие ощутили спад на уровне 30-50%, что следует рассматривать как сигнал о необходимости повышения конкурентоспособности продукции. Примечательным является тот факт, что новые металлургические заводы появились в Казахстане, Туркмении, Азербайджане, неметаллургических районах России. Эти предприятия стратегически ориентированы на определенные ниши рынка и могут представлять серьезную конкуренцию для традиционных производителей стали за счет выгодного географического положения и использования местных условий. Следует ожидать, что строительство мини-заводов на территории СНГ (в том числе и в Украине) продолжится даже в непростых кризисных условиях. Однако предпочтение будет отдаваться заводам небольшой производительности. Например, за последнее время в Украине успешно запущен завод АЗОВЭЛЕКТРОСТАЛЬ (Мариуполь) и готовится к пуску литейно-прокатный завод в Павлограде.