Введение в курс
Сталеплавильное производство, особенно производство качественных сталей, не могло бы развиваться без ферросплавов – сплавов железа с различными легирующими элементами Периодической системы элементов Д.И. Менделеева: кремнием, хромом, марганцем, ванадием, титаном молибденом и другими элементами. Эти элементы вводят в сталь либо для раскисления, десульфурации и денитризации (т.е. удаления из стали кислорода, серы и азота), либо для придания стали специальных повышенных свойств, таких как жаропрочность, хладостойкость, кислотоупорность, коррозионная стойкость, пластичность, твердость.
Вместе с тем, кроме основных элементов в состав ферросплавов входят также ряд примесей – углерод, кремний, фосфор, сера, газы и др. Некоторые из этих примесей оказывают вредное влияние на свойства самого ферросплава или на свойства стали, для которой ферросплав применяется, поэтому их содержание ограничивается.
Для легирования сталей возможно применение и чистых металлов, однако при использовании ферросплавов уменьшается угар легирующих элементов, облегчается введение их в сталь и снижается стоимость легирования, так как получить металл в чистом виде, как правило, сложнее и дороже, чем в виде ферросплавов.
В истории развития производства ферросплавов выделяются два периода. В первый период (начало XIX века) ферросплавы из руд получали только в доменных печах (из-за низкой температуры – только ферромарганец, а остальные ферросплавы получались бедные и некомпактные).
Началом второго периода можно считать 1802 год, в котором русским ученым проф. В. В. Петровым было открыто явление электрической дуги. Причем он же впервые обосновал возможность и эффективность использования электрической дуги как источника тепла для осуществления восстановительных процессов.
История зарождения электроферросплавной промышленности связана со строительством и пуском 12 августа 1910 г. первого электроферросплавного завода «Пороги» на Урале (г. Садка).
Электропечи питались энергией непосредственно от генератора через систему шин и гибких кабелей, электрический режим работы был постоянным. Применялись графитированные электроды сечением 400×400 мм., позже завод накопил опыт работы печей с использованием самообжигающихся электродов. Начиная с 1910 г. в этих печах выплавляли ферросилиций, высокоуглеродистый ферромарганец, высокоуглеродистый феррохром, карбид кальция, карбид кремния и другие ферросплавы.
Наряду с этим, дальнейшее развитие энергетики в 90-х годах XIX века обеспечило благоприятные условия для дальнейшего ускорения темпов расширения производства ферросплавов в электропечах.
Хотя по масштабам производства первый и единственный в дореволюционной России электроферросплавный завод «Пороги» не мог удовлетворить потребность промышленности в ферросплавах, однако он сыграл значительную роль в подготовке кадров для ферросплавных заводов бывшего СССР. В годы первой пятилетки сооружались заводы ферросплавов в городах Челябинске, Запорожье, Зестафони и Липецке.
В последующие годы быстро рос объем производства традиционных и осваивалась выплавка новых комплексных ферросплавов. Необходимость их получения вызвана бурным развитием производства и ростом потребления жаропрочных, коррозионностойких и других сталей и сплавов специального назначения. Новых рубежей электроферросплавная промышленность достигла в 30-е годы 20 века по специальным сталям.
Первая печь по производству ферросплавов в СССР была запущена на Челябинском ферросплавном заводе в 1930 г. В 1933 г. были запущены Запорожский (Украина) и Зестафонский (Грузия) заводы ферросплавов. Затем в период 1941 по 1944 г. г. были запущены Ключевский, Чусовский, Кузнецкий (Россия), Актюбинский (Казахстан) заводы ферросплавов. Далее с расширением и реконструкцией действующих предприятий вводятся Серовский (1958 г.), Стахановский (1962 г.), Никопольский (1966 г.) Украина, Аксуский (Казахстан) заводы (1968 г.). Электроферросплавы производятся также в цехах России: Новолипецкого металлургического комбината и НПО «Тулачермет».
Перед началом Великой Отечественной войны СССР не только отказался от импорта ферросплавов, но и превратился в одного из крупнейших в мире экспортеров. В 1966 г. по производству и экспорту ферросплавов СССР занял первое место в мире. В 80-е годы производительность ферросплавов достигла 4,5 млн. т. С распадом СССР выплавка ферросплавов в странах СНГ сократилась.
В настоящее время основное количество ферросплавов получают в руднотермических (дуговых) электропечах с использованием в качестве восстановителей углерода, кремния и алюминия. Сортамент выпускаемой продукции содержит более 150 различных видов и марок простых и сложных ферросплавов, в которые отдельно или в различном сочетании входят 25 элементов. К ним относится большинство легких (Al, Ва, В, Са, Mg, Sr, Тi), часть редких и рассеянных (V, W, Се, Y, Мо, Nb, Та, Sc), тяжелых (Со, Мn, Ni, Cr) металлов, а также неметаллов (Si, Р, Se, Те и N).
В наследство от плановой экономики бывшего СССР Казахстану достался Жайремский ГОК и Донской ГОК по добыче и обогащению минерального сырья и два ферросплавных завода – Актюбинский и Аксуский. Основной товарной продукцией на этих двух заводах до перестройки были хромистые и кремнистые ферросплавы. В то же время в Казахстане не было организовано производство такой важной высоколиквидной ферросплавной продукции как марганцевые ферросплавы, потребных для выплавки качественных сталей, в том числе специальных легированных, а марганцеворудное сырье Жайремского ГОКа поставлялось в Россию, Украину и Грузию.
Важнейшей задачей в промышленности Казахстана являлось освоение местного марганцевого минерального сырья в металлургии с организацией впервые в Республике Казахстан выплавки марганцевых сплавов, без которых невозможно обеспечение народнохозяйственного комплекса качественными видами металлопродукции.
В настоящее время эта задача практически выполнена. Создано и продолжает развиваться собственное производство качественных (низкофосфористых) марганцевых ферросплавов из местного минерального сырья. Имеется мощная сырьевая база, наряду с достаточным заделом научно-технологических разработок по производству сплавов марганца из казахстанского сырья. Имеются резервные мощности электротермического производства. Благодаря наличию современного и мощного Экибастузского топливно-энергетического комплекса, обеспечивающему весь центральный регион дешевой электроэнергией, ферросплавное производство Казахстана, несмотря на существенную энергоемкость, имеет конкурентные преимущества при реализации своих видов продукции.
Поэтому ферросплавная промышленность Казахстана продолжает развиваться, где наряду с Аксуским и Актюбинским ферросплавными заводами, входящими сегодня в состав вновь созданной компании «ТНК «Казхром», можно отметить Темиртауский металлургический завод, который производит ферромарганец производительностью 50 тыс. тонн в год, Таразский металлургический завод (на базе ХИМПРОМа) производящий силикомарганец, а также ОАО «АиК» в г. Экибастузе производящие ферросиликоалюминий (5 тыс. т/год).
В результате ферросплавное производство Казахстана в настоящее время располагает цехами, оснащенными современным технологическим оборудованием и средствами управления технологическим процессом выплавки ферросплавов различных видов продукции.
Вместе с тем успешная эксплуатация оборудования и средств автоматизации ферросплавного производства, а тем более дальнейшее его развитие (реконструкция и модернизация цехов и агрегатов, совершенствование технологии и автоматизация производственных процессов), зависят от уровня профессиональной подготовки рабочих металлургических специальностей (плавильщиков, горновых, разливщиков, шихтовщиков, электриков, гидравликов, газовщиков слесарей КИП и А и др.).
В настоящее время повышение культурно-технического уровня рабочих, понимание сущности технологических процессов, приобретение и постоянное совершенствование квалифицированных навыков управления современной аппаратурой и оборудованием является остро актуальной задачей для ферросплавных цехов.
С одной стороны технический прогресс в значительной мере повышает требования к культуре производства, к специальной подготовке рабочих, так как в наши дни труд квалифицированного рабочего-металлурга все больше приближается к труду инженерно-технического персонала
С другой стороны профессионально технические училища упразднены. Подготовкой рабочих – металлургов вынуждены заниматься заводские структуры обучения и переподготовки специалистов.
В этих условиях одним из эффективных способов повышения профессионального уровня персонала является использование учебных тренажеров. Основная цель тренажеров – получение обучаемым комплексного навыка принятия решений.
Поскольку проект «Обеспечение учебных аудиторий современными и эффективными учебно-тренировочными средствами обучения. Тренажерный комплекс «Производство ферросплавов» выполняется для Аксуского завода ферросплавов – филиала АО «ТНК «Казхром», то далее в качестве базового рассматривается ферросплавное производство Казахстана, организованное в цехах этого предприятия, так как оно охватывает практически полный набор современных технологических схем для выпуска «массовых» ферросплавов (на базе кремния, марганца и хрома).