ХРОМ ФЕРРОҚОРЫТПАЛАРЫНЫҢ ҚАЗІРГІ ЗАМАНҒЫ ӨНДІРІСІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ БОЛАТ ПЕН ФЕРРОҚОРЫТПАЛАР ӨНДІРІСІНДЕ ҚОЛДАНУ

СОВРЕМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО ХРОМОВЫХ ФЕРРОСПЛАВОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТАЛИ И ФЕРРОСПЛАВОВ

Шиналиева Нурияш Абдулахимовна

студент-магистрант, Казахский национальный педагогический университет имени Абая,

РК, г. Алматы

Кожабекова Назым Нуркыдыровна 

научный руководитель, канд. хим. наук, старший преподаватель, Казахский национальный педагогический университет имени Абая,

РК, г. Алматы

Кайынбаева Раушан Адилбековна

научный руководитель, канд. техн наук», АО «Институт химических наук им. А.Б. Бектурова,

РК, г. Алматы

АҢДАТПА

Жаңа технологиялардың дамуының жалпы аясында өнеркәсіптің барлық салаларында кәсіпорындардың түпкілікті өнім өндіру үшін пайдаланылатын шикізаттың жаңа түрлеріне қажеттілігі туындайды. Шикізаттың жаңа түрлеріне қойылатын талаптардың өзгеруі, ең алдымен, шикізат базасының қолжетімділігі, өндірістің экологиялық таза және қалдықсыз болуы, сондай-ақ түпкілікті өнімнің өзіндік құнын төмендету мәселелеріне қатысты.

Феррохромның ең ірі өндірушілеріне мыналар жатады: Қытай, Ресей, Норвегия, Жапония және Швеция, хромиттердің айтарлықтай қоры жоқ, бірақ оларды қайта өңдеу үшін қуаты мен жеткілікті энергия ресурстары бар.

Қазақстанда ферроқорытпалар екі ірі ферроқорытпа зауыттарында - ферроқорытпалардың жаппай маркаларын шығаратын Ақсу және Ақтөбе зауыттарында өндіріледі: ферросилиций, феррохром және силикомарганец.

Қазақстан ферроқорытпалар өндірісі бойынша әлемде көрнекті орын алады және олардың ірі экспорттаушыларының бірі болып табылады, өнеркәсіптік ауқымда XIX ғасырдың 60-жылдарының аяғынан бастап өндіріледі.

АННОТАЦИЯ

Черная металлургия стран СНГ традиционно характеризуется высокой степенью концентрации производства. Данное обстоятельство в определенной степени обосновало структуру производства продукции в странах СНГ.

Крупнейшими производителями феррохрома являются: Китай, Россия, Норвегия, Япония и Швеция, которые не располагают значительными запасами хромита, но обладают мощностями и достаточными энергетическими ресурсами для их переработки.

В Казахстане ферросплавы производятся на двух крупных заводах по производству ферросплавов – Аксуском и Актюбинском заводах, которые выпускают серийные марки ферросплавов: ферросиликон, феррохром и силикомарганец.

Казахстан занимает видное положение в мире по производству ферросплавов и является одним из крупнейших их экспортеров, производимых в промышленных масштабах с конца XIX века.

Тірек сөздер: феррохром, хром, болат, Ақсу зауыты, Ақтөбе зауыты.

Ключевые слова: феррохром, хром, сталь, Аксуский завод, Актюбинский завод.

Кіріспе. Қазіргі металлургия өнеркәсібінде сапалы болат өндірісіне көп көңіл бөлінеді. Механикалық және физикалық қасиеттерін арттыру үшін ең көп таралған легирлеуші металдардың бірі-хром. Феррохром-бұл темір мен хромның қорытпасы, оның қасиеттерін жақсарту және легирлеу үшін болат өндірісінде қолданылады. Хром-ең арзан және кең таралған легирлеуші элемент. Хромның маңыздылығы оны әртүрлі болаттарды өндіруде белсенді қолданумен анықталады, ең алдымен легирленген және коррозияға төзімді болып табылады. Құрамында 30% - ға дейін хром бар болаттар қорғаныс кешенінде, металл кесетін құралдарды, медициналық және химиялық жабдықтарды шығаруда және т. б. қолданылады.

Хром беттерді хромдау үшін қолданылады, бұл өнімдерге әдемі көрініс, коррозияға төзімділік, тозуға төзімділік, механикалық кернеуге төзімділік береді.

Хром ферроқорытпаларының заманауи өндірісі құрамында 45% - дан төмен емес хром оксиді бар бай кендерді пайдалануға негізделген. Бай кендердің қоры шектеулі болғандықтан, кондиционерленбеген хром кендерін өндіріске енгізу қажет [1, б. 67]. Бай кендер қорларының жойылуымен, сондай-ақ шикізатқа деген қажеттіліктің кеңеюімен және бай кендерді алмастыратын технологияның дамуымен, оларды пайдалану үшін өңдеудің жаңа әдістері қажет. Сонымен қатар, әлі күнге дейін тау-кен жұмыстары кезінде кондиционерленбеген хром кендері үйіндіге жиналады және металлургияда іс жүзінде қолданылмайды.

Зерттеу материалдары мен әдістері. Феррохромды алудың бастапқы шикізаты негізінен хром кендері, сондай-ақ хром кендерінің концентраттары болып табылады. Қазіргі уақытта ТМД-да хром кендерін өндірумен және ферроқорытпа өндірумен үш компания айналысады. Феррохромды шығару Қазақстандағы екі кәсіпорында және негізінен Ресейдегі төрт кәсіпорында жүзеге асырылады. Қазақстан әлемдік нарыққа феррохромды ірі жеткізушілердің бірі болып табылады. Ресей ішкі нарықтың қажеттіліктерін өз өндірісі арқылы қамтамасыз етеді және әлемдік нарыққа феррохромның едәуір көлемін жеткізеді.

Егер Қазақстанда өндірісті дамыту перспективалары негізінен әлемдік нарыққа жеткізу мүмкіндіктерімен байланысты болса, онда Ресейде – легирленген болаттар, бірінші кезекте тот баспайтын болаттар өндірісін дамыту есебінен ішкі нарықта феррохромға сұраныстың кеңеюімен байланысты.

Қазақстанның ферроқорытпа саласы тек ТМД-да ғана емес, әлемде де көшбасшы орынға ие және жыл сайын қорытпалардың жаппай сорттарын өндіру көлемі ұлғаюда. Жыл сайын жұмыс істеп тұрған пеш агрегаттары мен қосалқы жабдықтарды, соның ішінде газ тазарту құрылыстарын жаңғырту жүргізілуде [2].

Хром ферроқорытпаларының негізгі түрлері: феррохром (көміртекті, орташа көміртекті, төмен көміртекті, азотталған), ферросиликохром, ферросиликоалюминий, алюмосиликохромфосфат.

Қазақстанда ферроқорытпалар екі ірі ферроқорытпа зауыттарында – ферроқорытпалардың жаппай маркаларын шығаратын Ақсу және Ақтөбе зауыттарында: ферросилиций, феррохром және силикомарганец өндіріледі. Қазақстан ферроқорытпа өндірісі бойынша әлемде көрнекті орын алады және олардың ірі экспорттаушыларының бірі болып табылады [3].

Ақсу ферроқорытпа зауыты әлемдегі ең ірі ферроқорытпа өндірушілер мен жеткізушілердің бірі. Мұнда жыл сайын 1 млн тоннадан астам өнім шығарылады, оның басым бөлігі алыс шетелдерге экспортталады. Кәсіпорынның бірегейлігі-әртүрлі маркалы болаттарға қажетті хром, кремний және марганец қорытпаларының ауқымды өндірістерін біріктіруде.

Ақтөбе ферроқорытпа зауыты бүгінде тұрақты дамып келе жатқан кәсіпорын болып табылады, оның өндіріс көлемі жылына 740 мың тоннадан астам ферроқорытпаны құрайды.

Кәсіпорынның ең жаңа бөлімшесі - № 4 балқыту цехы. Мұнда Қазақстан үшін ғана емес, әлемдік ферроқорытпа саласы үшін де бірегей тұрақты ток пештерінде балқытудың инновациялық технологиясы қолданылады. Цех жоғары көміртекті феррохром өндірісі бойынша әлемдегі ең қуатты (72 МВт) тұрақты ток пештерімен жабдықталған. Бүкіл өндіріс процесі мүмкіндігінше автоматтандырылған. Пештерде отандық шикізат — ұсақ кендер мен көміртекті тотықсыздандырғыштар қолданылады [4].

Қазақстанда табылған жоғары сапалы кеннен алынған жоғары көміртекті FeCr (басқа жерлермен қатар) құрылымдық болаттар сияқты арнайы қосымшаларда жиі қолданылады, мұнда Cr мен Fe арақатынасының жоғарылығы маңызды болып келеді.

Феррохром өндірісі негізінен жоғары температуралы карботермиялық тотықсыздану операциясы болып табылады. Хром кені (хром және темір оксиді) кокс арқылы тотықсызданып, темір–хром-көміртек қорытпасын түзеді. Процесс үшін жылу әдетте пештің төменгі жағындағы электродтардың ұштары мен "ағын астындағы доғалы пештер"деп аталатын өте үлкен цилиндрлік пештердегі тірек арасында пайда болатын электр доғасы арқылы шығарылады.Жоғары көміртекті феррохром өндірісі (жоғары көміртекті және қайта өңделген) көміртекті тотықсыздандырғышпен хром мен темір рудасының оксидтерін тотықсыздандыруға негізделген. Бұл жағдайда темір мен хромның ерітінділері және әртүрлі құрамдағы карбидтер түзіледі. Хром оксидінің көміртегімен карбидке дейін тотықсыздануы элементар хромға қарағанда төмен температурада басталады, нәтижесінде қорытпаны көміртектендіруден аулақ болу мүмкін емес. Сонымен қатар, басқа оксидтердің рудасынан ішінара тотықсыздану жүреді.

Қорытынды. Ферроқорытпалар саласындағы зерттеулер мен әзірлемелердің бір бағыты белсенді элементтері бар кешенді қорытпадан жасалған Ж. Әбішевтің жұмыстарымен ұсынылған. [5]

Metalresearch нарықты талдау тобының бағалауы мен есептеулері бойынша 2022 жылы әлемдік феррохром (ферросиликохром) нарығы 2022 жылдың 2 тоқсанында сатылым көлемінің үлкен өсуін көрсетті. Сарапшылар бұл өзгерісті 2022 жылдың 1 тоқсанына қатысты +14,1% деп бағалайды. Сонымен қатар, егер 2020 жылдың 1 тоқсанында феррохром (ферросиликохром) нарығындағы сату көлемі 1 568 713 мың долларға бағаланса, 2022 жылдың 2 тоқсанында сату көлемі 2 631 432 мың долларға бағаланды, алайда, бұл 2,5 жылдағы нарықтық өзгерістердің толықтығын көрсетпейді. Сонымен қатар, сатылым көрсеткіші 2020 жылдың 2 тоқсаны – 2022 жылдың 2 тоқсаны – 2020 жылдың 2 тоқсанында рекордтық төмен болды, ал 2022 жылдың 2 тоқсанында рекордтық жоғары болды [6].

Феррохром өндірісі бойынша Қытай әлемде бірінші орында, қуаттылығы жылына 100 мың тоннадан асатын 24 феррохром өндіру зауыты бар. Сондай-ақ, 119 шағын феррохром зауыты бар [7].

Ұсынылған мәліметтерге сүйене отырып, болат өндіру үшін үлкен көлемде хром (Cr), кремний (Si) және алюминий (Al) қажет деген қорытынды жасауға болады, олар қажетті арақатынаста АХС қорытпасының құрамында болады. Тек Ақтөбе ферроқорытпа зауытында ("Қазхром "ТҰК" АҚ) тазартылған феррохромның жыл сайынғы өндірісінде 330 мың тонна алюминий силикохромның қажеттілігі жылына 90 мың тоннаны құрайды [8, 9].

Шығарылатын ферроқорытпалардың көлемі, сапасы және сұрыпталымы бойынша Қазақстан өнеркәсібі техникалық дамыған елдер деңгейінде, бірақ бұл ретте электр энергиясының үлестік шығыны, жетекші элементтерді алу, экологиялық тазалық деңгейі және балқыту агрегаттарының негізгі параметрлері бойынша көшбасшы елдерден артта қалып отыр. Бұл шикізаттың сапасыз дайындалуына, фракциялануына, кептірілуіне, ерігенге дейін қыздырылуына, сондай-ақ жылу мен шығатын газды кәдеге жаратуына байланысты.

Ферроқорытпалардың әртүрлі түрлерін қолданудың негізгі бағыты-оларды болатты өңдеу үшін қолдану. Қорытпалар құрамындағы элементтердің әртүрлі композицияларының комбинациясы олардың болат балқыту өнімдерін тотықсыздандыру немесе легирлеу мақсатын көздейді. Тотықсыздандыру үшін әдетте жоғары элементтері бар қорытпалар қолданылады, атап айтқанда олар кремний, алюминий, барий, магний, кальций [10].

АХС (алюминий –хром – кремний) қорытпасын ферроқорытпа және болат балқыту салаларында қолдануға болады. Феррохромның орташа және төмен көміртекті маркаларын өндіруде ол дәстүрлі ферросиликохром тотықсыздандырғышын толығымен ауыстырады, ал тотықсыздандыру кезінде болатты бір уақытта тотықсыздандыруға және ішінара легирлеуге мүмкіндік береді [11].

Кешенде бірнеше элементтерді қолдану олардың тотықсыздандыру қабілетін және сұйық болаттың ассимиляция дәрежесін едәуір арттырады, металл емес қоспалардың азаюын қамтамасыз етеді, өңделген болаттың құрылымы мен сапасын жақсартады.

Қазақстанда ферроқорытпалар өндірісінің негізгі мәселелері:

1. тауарлық және нысаналы мақсаттағы концентраттарды ала отырып әртүрлі кен орындарының кендерін өндіру мен байытудың әртүрлі схемаларын әзірлей отырып шикізат ресурстарын ұтымды пайдалануды ұйымдастыру;
2. шихта материалдарын балқыту және балқыту тәсілдерін әзірлеу;
3. Кокс баламалы арзан көміртекті тотықсыздандырғыштарды технологиялық іздеу;
4. Аймақтық шикізаттан ферроқорытпалардың, лигатуралардың, модификаторлардың және ағындардың кең түрін балқытудың тиімді технологияларын әзірлеу;
5. Халықаралық стандарттарға сәйкес келетін ірі топтағы ферроқорытпаларды (ферросилиций, ферромарганец, феррохром) қосу бойынша сапалы алу проблемасын шешу;
6. Қорытпаларды өңдеудің пештен тыс тәсілдерінің болмауы; өндірістің техникалық-экономикалық көрсеткіштері деңгейінің артта қалуы (қазіргі заманғы талаптарға сәйкес келмеуі);
7. Процестерді механикаландыру мен автоматтандырудың төмен деңгейі; техникалық артта қалу және балқыту агрегаттарын жаңғырту және қоршаған ортаға зиянды техногендік әсерді шектеу қажеттілігі, өндіріс қалдықтарын кәдеге жарату проблемаларының шешілмеуі.

Ферроқорытпа өндірісінде әлемдік нарықта бәсекеге қабілетті ферроқорытпалар, ферромарганец және кремнийлі ферроқорытпалар өндірісін ұлғайтуға, одан әрі әртүрлі ассортименттегі жоғары сапалы легирленген болаттар шығару өндірістерін құруға басты назар аудару қажет. Қазақстанда минералдық шикізаттың қорлары бойынша алуан түрлі және ірі кен орындарының болуы қорытпалар мен лигатуралар өндіру, оны қайта өңдеу үшін энергетикалық және өндірістік қуаттарды дамыту және болат пен қорытпалар металлургиясы саласындағы ғылыми - технологиялық әлеует үшін нақты база болып табылады.

Ферроқорытпалар құрылыс саласында және инфрақұрылымда (52%), машина жасауда (16%), автомобиль жасауда (12%), металл өндірісінде (10%), электр жабдықтарында (3%), тұрмыстық техникада (2 %) және басқа салаларда (5%) қолданылатын сапалы болаттарды өндіруде маңызды рөл атқарады [1]. Болат балқыту көлемінің ұлғаюы сөзсіз ферроқорытпа өндірісінің ұлғаюына әкеледі. Өз кезегінде ферроқорытпа өнеркәсібінің дамуы негізінен болат балқыту секторының жағдайымен анықталады [12, 13]

Әлемдік феррохром өнеркәсібінің болашағы хром кендерінің ең ірі қорлары бар Оңтүстік Африка мен Қазақстанның қорларымен байланысты. Қазақстанның хромит кендері ерекше қасиеттерге ие. Феррохром өндірісінің өсуі тот баспайтын болатқа сұраныстың артуына байланысты болды. Өндірістің өсуінің көшбасшысы-Қытай. Қазақстанда ферроқорытпалар да өндіріледі. Қазақстанның хром өнеркәсібі Дон КБК-дан басқа, Ақсу және Ақтөбе ферроқорытпа зауыттарының ферроқорытпа өндіретін кәсіпорындарымен ұсынылған.

Бізге тот баспайтын болатты өндіру үшін феррохром қажет, ал оның өндірісі бүкіл әлемдік феррохром өндірісінің шамамен 90% пайдаланады.

Ферросиликохромның құрамы мен қасиеттері қорытпа нарығы үшін маңызды рөл атқарады.

Әдебиеттер тізімі:

1. Абдулабеков Е.Э., Каскин К.К. Теория и технология производства хромистых сплавов: курс лекций. – Актобе: РИО АГУ им. К. Жубанова, 2010. – 273 с.
2. Зубов В.Л., Гасик М.И. Электрометаллургия ферросилиция. – Днепропетровск: Системные технологии, 2002. – 704 с.
3. Едильбаев И.Б. Возрождение (1995-2005). – Алматы, 2004 – 500 с.
4. Аксуский Завод Ферросплавов [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.kazchrome.com (дата обращения: 15.06.2023)
5. Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http//www.cmrp.kz (дата обращения: 16.06.2023).
6. Рынок феррохрома, ферросиликохрома [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.metalresearch.ru (дата обращения: 16.06.2023)
7. Акуов А.М. Разработка технологии выплавки рафинированного феррохрома с применением комплексного сплава АХС (алюминий-хром,кремний): дис. … канд. техн. наук: 05.16.02. – Караганда: ХМИ им. Ж. Абишева, 2010. – 148 с.
8. Кожевников Г.Н., Зайко В.П. Электротермия сплавов хрома. – М.: Наука, 1980. – 188 с. 40
9. Шевченко В.Ф. Производство ферросплавов: заводы, цехи, электропечи, проектирование, расчеты, перспективы. – М.: Вокруг цвета, 2013. – 424 с.
10. Мысик В.Ф., Жданов А.В., Павлов В.А. Металлургия ферросплавов: технологические расчеты. – Екатеринбург: УФУ им. Б.И. Ельцина, 2018. – 536 с.
11. Рябчиков И.В., Панов А.Г., Корниенко А.Э. Модификаторы для обработки стали // Сб. докладов Литейного консилиума № 2 «Теория и практика металлургических процессов при производстве отливок из чёрных сплавов». – Челябинск: Челябинский дом, 2007. – С. 84.
12. Жучков В.И., Леонтьев Л.И., Дашевский В.Я. Состояние и развитие металлургии ферросплавов в России // Перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР: ФЕРРО СПЛАВЫ: Тр. науч.­практич. конф. с междунар. участ ием, 29 октября – 2 ноября 2018 – Екатеринбург: Альфа Принт, 2018 С. 12 – 20
13. Романова О.А., Позднякова Е.А. Развитие сырьевой базы ферросплавного производства: новые тенденции и экономические возможности // Экономика региона. 2013 №1 (33). С. 167 – 177