В состав ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина» входят 12 научно-исследовательских центров, каждый из которых имеет свою специализацию. В частности, за ферросплавное направление института отвечает Научный центр комплексной переработки сырья им. П.П. Лякишева (НЦКП). О состоянии, проблемах и перспективах подотрасли изданию «Про Металл» рассказал директор НЦКП, кандидат химических наук Антон Волков.
— Антон Иванович, напомните, пожалуйста, что такое ферросплавы, для чего они нужны и в чём особенности их производства?
— Ферросплавы используются для легирования и раскисления выплавляемых материалов. Первый процесс позволяет существенно улучшить свойства стали путём добавления в её состав дополнительных элементов, например, вольфрама, молибдена, никеля. Задача второго — удаление из материала кислорода, который является вредной примесью и может существенно ухудшать механические свойства.
Ферросплавы — это сплавы железа с другими элементами, применяемые главным образом для раскисления и легирования стали. К ним условно относят также некоторые сплавы, содержащие железо лишь в виде примесей и некоторые металлы и неметаллы с минимальным содержанием примесей. Получают ферросплавы из руд или концентратов в электропечах, металлотермическим способом, доменным способом, электролитическим способом или иными специальными методами
Помимо применения в металлургии ферросплавы используют как источники химических элементов в процессах нанесения защитных металлических покрытий. Также они применяются для получения особо чистых (химически) веществ, при изготовлении сварочных электродов, в качестве восстановителей в металлотермических процессах, при обогащении полезных ископаемых.
Производят ферросплавы в руднотермических печах, процесс этот характеризуется большим потреблением электроэнергии. Себестоимость ферросплавов с редкими металлами (ниобий, молибден, вольфрам) обусловлена стоимостью сырья, а сами сплавы часто производят из оксидов соответствующих металлов внепечным процессом без затрат электроэнергии.
Феррохром — это сплав железа и хрома (около 60%). Он применяется для легирования стали и сплавов в тех случаях, когда требуется увеличить предел прочности и текучести сталей. При этом хром повышает твёрдость и износостойкость в углеродистых сталях, а низкоуглеродистые стали (при содержании хрома в них более 12%) получают нержавеющие свойства
— Что представляет собой отечественная ферросплавная подотрасль, обеспечена ли страна ферросплавами в полной мере? Есть ли импорт, каков экспорт?
— Ферросплавная отрасль — неотъемлемая часть чёрной металлургии, поэтому ассортимент и объём выпуска продукции во многом обусловлен требованиями сталелитейных компаний. Ферросплавная отрасль России за последние 20 лет нарастила объёмы производства почти вдвое до 2 млн тонн ферросплавов в год. Из них до половины объёма производства — ферросилиций и по 20–25% — хромовые и марганцевые ферросплавы. Если говорить в целом, то отечественная сталелитейная отрасль обеспечена ферросплавами отечественного производства. Совокупная мощность имеющихся предприятий достаточна для покрытия внутреннего спроса. Но есть нюансы.
Из-за резкого падения потребления ферросплавов многие из них экспортируются. Снижение потребления обусловлено прекращением выпуска так называемой качественной стали, специальных марок стали, коррозионностойких сталей, спецсплавов и так далее. Существенная доля ферросилиция (40–50%) уходит на экспорт. Наиболее красноречивая ситуация с хромовыми ферросплавами — 80–90% феррохрома и хрома металлического экспортируются, так как объём выпуска нержавеющей (коррозионностойкой) стали небольшой. По ферромолибдену доля экспорта ещё больше (до 95%), а по ферровольфраму и ферротитану — 60–70%.
Единственные ферросплавы и легирующие металлы, потребление которых почти полностью обеспечивается поставками из-за рубежа, — это феррониобий, ферромарганец низкоуглеродистый, марганец металлический и марганец электролитический, лигатуры и чистые металлы с РЗМ. Объём потребления таких сплавов невелик — от сотен тонн для РЗМ до десятков тысяч тонн для марганца.
Индукционный переплав в лаборатории ферросплавного производства Научного центра комплексной переработки сырья имени Н.П. Лякишева
За последние 15–20 лет благодаря запуску производства и наращиванию объёмов на ЧЭМК, СЧПЗ, КМЗ и ЗСЭМЗ удалось преодолеть критическую зависимость от поставок ферромарганца и ферросиликомарганца. Так, если раньше доля импортных поставок в объёме потребления ферромарганца составляла 40%, то сегодня она насчитывает около 10%, а доля импортных поставок ферросиликомарганца снижена с 90% до 40%.
Основные проблемы ферросплавной отрасли связаны с сырьевой базой. Сырьё для производства некоторых сплавов поступает из-за рубежа. Работы в этом направлении велись и ведутся, есть, например, результаты по хрому и титану.
— Как сегодня развивается ферросплавное направление в ЦНИИчермет? Какая роль у возглавляемого Вами НЦКП?
— Сегодня преобладает направление переработки сырья, в том числе техногенного, а также отходов производства, железосодержащих материалов. Специалистами НЦКП с 2017 года проведены исследования технологических свойств различного железосодержащего сырья и созданы новые технологические подходы к его переработке, разработаны соответствующие технологии.
В результате предложены технологии переработки пиритных огарков, гематитовых руд, отсевов феррохрома и пыли системы аспирации участка дробления феррохрома, золы от сжигания мазута, переработки металлоотсевов, получения ферровольфрама, обезжелезивания шлака ферроникеля, переработки скрапа, переработки ванадиевых шламов.
Лаборатория комплексных химических исследований НЦКП. Подготовленные растворы для атомно-эмиссионного анализа
Также разработаны технологии получения чистых оксидов ванадия, получения ванадиевых лигатур и металлического ванадия, переработки титаномагнетитов, технология утилизации осадка известкования, переработки различных железных и марганцевых руд, отработанного катализатора процесса деметаллизации нефти, получения феррониобия, бакальской сидеритовой руды.
В 2020–2022 годах продолжены работы по исследованию процесса получения низкоуглеродистого феррохрома вакуум-термической обработкой композиций на основе высокоуглеродистого феррохрома. Большое внимание коллективом НЦКП уделено исследованиям форм элементов в природных и техногенных материалах (ванадия, хрома, марганца) и их влиянию на технологичность переработки. Разработан ряд новых научных подходов к переработке ванадийсодержащих отходов производства с извлечением ванадия в отдельный товарный продукт. При этом важное значение мы придаём разработке методик химического анализа неорганических материалов (руд, концентратов, продуктов переработки и отходов производства) с использованием современных методов химического анализа.
Проводится и анализ структуры производства и потребления минерального сырья, металлов и сплавов с разработкой рекомендаций по решению проблем отрасли. Во многие научно-исследовательские работы, проводимые НЦКП, включены предпроектные расчёты, включающие компоновочный план цеха, расчёт капитальных и эксплуатационных затрат, калькуляцию себестоимости продукции и финансовые показатели проекта.
Рентгеновский флюоресцентный спектрометр НЦКП и демонстрационные образцы металлов для химического анализа
— Можете ли Вы обозначить перспективные направления будущих исследований?
— Да, к ним можно отнести применение новых процессов к переработке техногенного сырья. Это и применение сверхкритических жидкостей для гидрометаллургической переработки сырья, и использование археобактерий вместо обычных микроорганизмов для выщелачивания металлов, и использование ионных жидкостей в качестве реагентов, экстрагентов и растворителей в металлургии. Также перспективны использование технологий искусственного интеллекта при решении практических задач металлургии, разработка принципиально новой конструкции электропечи с коксовой насадкой и технологии выплавки ферросплавов углетермическим непрерывным процессом, развитие направления СВЧ-металлургии.
Кроме того, речь может идти о разработке технологии и создании печного агрегата для непрерывной выплавки ферросплавов. Сюда можно отнести новые объёмно-планировочные решения отделения (цеха), создание оптимальной конструкции плавильного агрегата, подбор материала футеровки и отработку её рациональной конструкции, поиск путей создания шлакового гарнисажного слоя, обеспечение технологий и оборудования непрерывной подготовки шихтового материала. Также среди перспективных направлений можно отметить совершенствование производства кремния для солнечной энергетики за счёт металлургического передела, создание технологий производства чистых металлов и сплавов за счёт вакуумно-термического процесса.
Записал Дмитрий Смирнов
