ЦНИИчермет им. И.П. Бардина развивает ферросплавное направление
В преддверии 80-летия Государственного научного центра ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина» рассказываем о научно-исследовательских центрах, входящих в его состав. Среди них - Научный центр комплексной переработки сырья им. П.П. Лякишева (НЦКП), который отвечает за ферросплавное направление института. Сегодня мы беседуем с к.х.н., директором НЦКП А.И. Волковым.
- Антон Иванович, напомните, пожалуйста, что такое ферросплавы и для чего они нужны, в чем особенности их производства?
Ферросплавы используются для легирования и раскисления выплавляемых материалов. Первый процесс позволяет существенно улучшить свойства стали путем добавления в ее состав дополнительных элементов, например, вольфрама, молибдена, никеля. Задача второго - удаление из материала кислорода, который является вредной примесью и может существенно ухудшать механические свойства.
Помимо металлургии ферросплавы являются источниками 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.
Ферросплавы производят в руднотермических печах, их производство характеризуется большим потреблением электроэнергии. Себестоимость ферросплавов с редкими металлами (ниобий, молибден, вольфрама) обусловлена стоимостью сырья, а сами сплавы часто производят из оксидов соответствующих металлов внепечным процессом без затрат электроэнергии.
- Что представляет собой отечественная ферросплавная отрасль, 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 в 2 раза – до 2 млн т 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 т.д. Существенная доля ферросилиция (40-50%) уходит на экспорт. Наиболее красноречивая ситуация с хромовыми ферросплавами – 80-90% феррохрома и хрома металлического экспортируются, т.к. объём выпуска нержавеющей (коррозионностойких) 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 для марганца.
За последние 15-20 лет благодаря запуску производства и наращиванию объёмов на ЧЭМК, Саткинском чугуноплавильном заводе, Косогорском металлургическом заводе и на Западно-Сибирском электрометаллургическом заводе удалось преодолеть критическую зависимость от поставок ферромарганца и ферросиликомарганца. Так, если раньше доля импортных поставок в объёме потребления ферромарганца составляла 40%, то сегодня она - 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, какова роль Научного центра комплексной переработки сырья им. П.П. Лякишева (НЦКП)?
- Сегодня преобладает направление переработки сырья, в т.ч. техногенного, а также отходов производства, железосодержащих материалов. Так, 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. 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 и др.
В 2020-2022 гг. 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 придаем 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.
- Можете ли Вы обозначить перспективные направления будущих исследований?
Да, к ним можно отнести применение новых процессов к переработке техногенного сырья (применение сверхкритических жидкостей для гидрометаллургической переработки сырья; использование археобактерий вместо обычных микроорганизмов для выщелачивания металлов; 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 (новые объёмно-планировочные решения отделения (цеха); создании оптимальной конструкции плавильного агрегата; подборе материала футеровки и отработке рациональной её конструкции, поиске путей создания шлакового гарнисажного слоя; обеспечении технологий и оборудования непрерывной подготовки шихтового материала), совершенствовании производства кремния для солнечной энергетики за счёт металлургического передела, создании технологий производства чистых металлов и сплавов за счёт вакуумно-термического процесса.