Огнеупорные материалы и изделия обеспечивают эффективную эксплуатацию основных технологических агрегатов и машин в большинстве отраслей современной промышленности. Во многих случаях функционирование и эффективность целых технологических систем обусловлено качеством и эксплуатационными свойствами огнеупоров. Это, прежде всего, относится к черной и цветной металлургии, энергетике, химической промышленности и пр. Примечательно, что примерно три четверти всех потребляемых промышленностью огнеупорных материалов и изделий приходится на черную металлургию. Они широко используются при производстве чугуна и стали для футеровки технологических агрегатов, емкостей для накопления и транспортировки жидкого металла, печей для подогрева заготовок и пр. Как правило, в настоящее время расход огнеупоров на производство 1 т стальной металлопродукции составляет 9-15 кг в зависимости от их качества (для сравнения в начале 60-х годов прошлого столетия расход огнеупоров составлял примерно 50 кг на 1 т стали). В денежном выражении удельные затраты на огнеупоры составляют $12-18/т стали. Прогресс в области создания новых высокоэффективных видов огнеупоров позволил существенно развить технологические схемы производства и разливки стали, повысить энергосберегающий эффект и обеспечить стабильность работы металлургических систем в целом. В настоящее время уже совершенно очевидно, что использование новых высокоэффективных видов огнеупорных продуктов позволяет металлургам заметно снизить удельные расходы на тонну стали, повысить производительность основных металлургических агрегатов и, что очень важно, надежность их работы.
Мировое производство огнеупорных материалов и изделий, по разным источникам, оценивается на уровне 48-50 млн. т в год. В настоящее время доминирующим производителем огнеупоров в мире стала КНР (более 60% от всего объема). При этом китайским заводам уже в начале нового тысячелетия удалось серьезно подвинуть с рынка многих традиционно сильных производителей из Японии, Германии, Австрии, Италии и США. Такая трансформация рынка огнеупоров стала в возможной в силу ряда факторов: в Китае бурно развивается черная металлургия и это стимулировало интенсивное развитие огнеупорной промышленности; развитие огнеупорной промышленности Китая базируется на колоссальных запасах первичного сырья (магнезит, бокситы, шамот и пр.), которое имеет сравнительно низкую цену и высокое качество; огнеупорная промышленность Китая развивается на базе современных инновационных технологий и оборудования, которые заимствованы у ведущих мировых производителей из Японии и Европы; в Китае уделяется большое внимание экспорту огнеупорной продукции, который охватывает все большое количество стран и компаний в силу конкурентно высокого качества продукции и сравнительно низкой цены на нее.
Украинская огнеупорная промышленность еще в конце 80-х годов прошлого столетия была одной из крупнейших в Европе и мире и обеспечивала производство на уровне 2 млн. т в год. Производство огнеупорных материалов и изделий осуществлялось на нескольких десятках предприятий, а поставка продукции осуществлялась не только на отечественные металлургические предприятия, но также в Россию, Молдову, страны Восточной Европы и пр.
Между тем в последующие годы производство огнеупоров в Украине неуклонно сокращалось, что следует связывать с рядом объективных и субъективных факторов. В то же время неуклонно стал расти их импорт, который по ряду позиций составляет от 60 до 100%. При этом речь идет о ввозе наиболее ответственных огнеупоров, определяющих работоспособность основных металлургических агрегатов.
Если анализировать значимость импортных поставок, то, прежде всего, следует остановиться на изделиях основе магнезита и периклаза. Наиболее типичные области применения этих огнеупоров: футеровка конвертеров и дуговых печей; футеровка сталеразливочных ковшей; футеровка промежуточных ковшей МНЛЗ; шиберные плиты сталеразливочных ковшей; высокотемпературные обжиговые печи; различного рода добавки и флюсы в сталеплавильном производстве и т.п.
Магнезиальные огнеупорные изделия отличаются высокой огнеупорностью – выше 1900 °C (из чистого периклаза – до 2800°C) и повышенной стойкостью против основных и железистых расплавов. Они изготовляются из периклазового (магнезитового) порошка, полученного обжигом (до спекания) природного магнезита или окиси магния, добытой из морской воды. Для ответственных изделий применяют также порошок из плавленого магнезита или окиси магния.
Основные запасы магнезита и производство магнезиальных изделий сконцентрировано в сравнительно небольшом количестве стран, которые и определяют ситуацию на мировом рынке. Безусловным лидером в этой области является Китай, который располагает огромными запасами природного магнезита высокого качества. Между тем Украина не располагает месторождениями магнезита. Поэтому производство магнезиальных изделий, которое осуществляется на Запорожском огнеупорном заводе, базируется на импортном сырье.
В совокупности с технологическим отставанием в области производства формованных изделий, а также затратами на необходимый для обжига изделий природный газ, такая продукция имеет низкую конкурентоспособность. Потенциально достаточно большие перспективы для производства конкурентоспособных переклазоуглеродистых огнеупоров существуют у Пантелеймоновского огнеупорного завода, чьим собственником является ООО “Группа Магнезит”, которое располагает своими месторождениями качественного магнезита.
Не менее важными для металлургической промышленности являются огнеупоры на основе бокситов, которые представляют собой сложную горную породу, в состав которой входят: гидраты окислов алюминия, образующие основную рудную массу; железо в форме гидратов окислов, окислов и силикатов; кремний, в виде кварца, опала и каолинита; титан, в виде рутила и других соединений; карбоната кальция и магния, а также небольшие количества других элементов. Мировые запасы огнеупорных бокситов оцениваются на уровне от 2 до 3 млрд. т. Однако проблема заключается в том, что бокситы с содержанием Fe2O3 менее 2% (а именно такие бокситы нужны для производства огнеупоров) расположены только в двух экономически важных районах: шахты в Гайане и в КНР. Месторождения в Гайане принадлежат исключительно китайским компаниям, поэтому рынок огнеупорных бокситов находится под прямым влиянием китайцев, по сути, формирующими цены на мировом рынке.
В настоящее время мировая годовая потребность в спеченных бокситах составляет 1,3-1,5 млн. т в год. Китаем ежегодно экспортируется около 1 млн. т этой продукции, но растущие потребности внутри КНР накладывают определенный отпечаток на структуру и объем экспорта бокситов и изделий из них. Основными продуктами на основе бокситов являются низкоцементные бетоны, набивные и леточные массы, а также различного рода ремонтные массы. Наиболее типичные области применения огнеупоров на основе бокситов: доменные печи (футеровка внутреннего пространства, желоба, леточные массы); ковши для транспортировки горячего чугуна; своды электродуговых печей; сталеразливочные и промежуточные ковши МНЛЗ. Кроме того, он используется для огнеупорных литых футеровок, ремонтных торкрет-масс, а также в качестве огнеупорного цемента в тепловых агрегатах.
К сожалению, промышленное производство современных огнеупорных бетонов в Украине сталкивается с практически непреодолимыми трудностями. Отсутствие высококачественного сырья не позволяет производить надлежащего качества высокоглиноземистый цемент, реактивный глинозем, высокоглиноземистый наполнитель и пр. Однако, учитывая наличие достаточно больших залежей шамота, на огнеупорных заводах Украины представляется возможным производить высокоглиноземистый шамот, являющийся аналогом боксита и андалузита.
Впрочем, следует иметь в виду, что производство и применение неформованных огнеупоров является едва ли не приоритетным направлением развития. Доля использования этих материалов в черной металлургии в мире растет. Например, в США и Западной Европе доля неформованных огнеупоров в потреблении огнеупорных материалов превысила 50%, а в Японии достигла 68%. В мировой практике появляются все новые разработки, которые позволяют применять неформованные огнеупорные материалы в различных тепловых агрегатах. Это относится и к технологии выполнения футеровочных работ: саморастекание, торкретирование, шоткретирование и т.п.
Несмотря на то, что цены в 2014-2015 гг. на вышеупомянутые материалы на мировом рынке существенно не менялись, стоимость современных огнеупоров с использованием импортного сырья существенно возросла, что объясняется изменением курса гривни. И это не только вопрос применения импортных сырьевых материалов, но также вопрос обслуживания импортного оборудования, на котором производятся высококачественные огнеупоры. Важной составляющей ценообразования на огнеупорные изделия является высокая цена на природный газ, потребление которого обусловлено необходимостью термообработки формованных изделий.
В целом тенденции производства и поставок огнеупоров потребителям заключаются в следующем: огнеупорная промышленность все в большей мере попадает в зависимость от производителей сырья, которое сконцентрировано, как правило, в небольшом количестве стран (основным поставщиком высоко кондиционного сырья является Китай); применение огнеупорных материалов и изделий европейских производителей ограничивается более высокими, чем у китайских фирм ценами; выбор европейских огнеупорных материалов может быть обоснован технически важной мотивацией (функциональные возможности, надежность, условия доставки и пр.); производители огнеупоров продолжают ужесточать требования к качеству (и цене) сырья в соответствии с требованиями потребителей к качеству огнеупорной продукции применительно к конкретным металлургическим предприятиям и технологиям и пр.
Важным аспектом развития мировой огнеупорной промышленности является внедрение инновационных технологий, в том числе и нанотехнологий.
Мировые лидеры в производстве огнеупоров (Япония, Китай, Западная Европа) предпринимают дополнительные усилия в части совершенствования углеродсодержащих огнеупоров. Следует ожидать, что уже в ближайшее время на рынке появятся периклазоуглеродистые огнеупоры с использованием наноуглеродистого компонента (сажа, нанотрубки, фуллерены и пр.). Углерод в наноформе распределяется по объему, создавая нанокристаллированную матрицу (в традиционных огнеупорах распределению графита происходит по границам зерен).
Преимущественно таких огнеупоров следует ожидать, прежде всего, в части предотвращения перехода углерода из футеровки в металл (например, при производстве низкоуглеродистых марок сталей), что преждевременно разрушает рабочий слой изделия. Разработчиками отмечено, что теплопроводность изделий с 1,5% углеродных наночастиц значительно ниже, чем у традиционных изделий, при сохранении показателей термостойкости и коррозионной устойчивости.
Между тем следует отметить, что развитие инновационных технологий производства огнеупоров с нанодобавками потребует эффективного решения сопряженных с ними задач типа организации производства наноуглеродистых материалов в промышленных масштабах, а также разработки специальных технологических операций по замешиванию наночастиц в основной материал для реализации преимуществ от внесения наноуглеродистой составляющей.
Применение огнеупоров с нанодобавками повысит конкурентоспособность изделий для тех производителей, которые освоят такие технологии. При этом круг “игроков” на рынке огнеупоров с нанодобавками, видимо, будет крайне ограничен в силу того, что потребуются большие усилия на реализацию новых технологий, в том числе на выбор углеродистого связующего по критериям технологичности, окисляемости, скоксованного остатка, а также экологичности.
Вполне возможно, что развитие технологий применения нанодобавок при производстве огнеупоров будет также стимулировать производителей на использование более дешевых видов сырья, в том числе полученного после переработки уже отработавших футеровок.
Помимо вопросов качества огнеупоров и их доступности определяющим вопросом является экономический аспект целесообразности применения тех или иных огнеупорных материалов. При этом выбор огнеупорных футеровок определяется требованиями к производительности металлургического агрегата и к качеству производимого металла. До последнего времени уровень целесообразность применения огнеупорных изделий при производстве чугуна и стали большинство потребителей оценивали по удельным затратам огнеупоров на тонну металла, которые определялись как произведение удельного расхода огнеупоров на их цену.
На наш взгляд, такой подход носит упрощенный характер, поскольку не учитывает целую совокупность дополнительных факторов. Например, на многих металлургических предприятиях Европы используется такой обобщенный показатель как “совокупная стоимость владения” (Total Cost of Ownership), определяемая как сумма прямых, эксплуатационных и косвенных затрат, которые несет владелец футеровки как комплектующей агрегата за период его жизненного цикла с учетом потерь производства в этот период.
Одновременно учитываются стоимость получаемых владельцем выгод от использования футеровки, рост производительности агрегата, рост производительности труда эксплуатирующих агрегат работников и т. д. Безусловно, такая информация носит конфиденциальный характер, но она может быть использована предприятиями одной группы. Переход на совокупную стоимость владения огнеупорными материалами, как критерия экономической эффективности из применения должно способствовать принятию правильного направления при выборе тех или иных технических решений при применении огнеупоров.
Кстати такой комплексный подход в оценке работы футеровки позволяет передать все операции по применению огнеупорных изделий в аутсорсинг, который дает возможность уменьшить издержки за счет сокращения штата, повышения эффективности процессов, которые передаются на аутсорсинг, покупок услуг аутсорсинга на тендере по низкой цене и пр.
Таким образом, проблемы отечественных огнеупорных предприятий следует связывать с тем фактом, что в постсоветский период большая часть из них упустила время для модернизации производственных циклов и оборудования. В это же время основные металлургические предприятия отрасли в конце прошлого столетия и начале нынешнего широко внедрили в производство ряд современных технологических процессов и агрегатов (обработка стали в ковше, непрерывная разливка и пр.), что наряду с другими факторами обусловило снижение спроса на отечественные огнеупоры и стимулировало развитие импорта. В последующий период доля импортных изделий в потреблении украинскими металлургическими заводами быстро возрастает. При этом доля импортных огнеупоров для наиболее ответственных и функциональных позиций уже составляет 60-100%. Лидером в объемах поставки импортных огнеупоров является Китай. Следует ожидать, что импортные поставки огнеупоров из Китая в ближайшие годы будут только возрастать.
Учитывая важность огнеупорной составляющей для металлургической индустрии, представляется весьма актуальным привлечение металлургических заводов в украинскую огнеупорную промышленность и обеспечение поставок качественного сырья. Повышение эффективности работы огнеупорной промышленности, вероятно, можно достигнуть в случае обеспечения комплексных поставок и сервисного обслуживания футеровок, включая текущие ремонты и обслуживание. В плане развития новых эффективных видов огнеупорной продукции в мире будут продолжать инвестироваться исследования в части применения новых видов сырья и добавок. В том числе это могут быть различного рода шпинельные материалы, а также специальные углеродные нанодобавки и коллоидные растворы. (Алексей Смирнов, профессор, доктор технических наук, Uaprom.info/Металл Украины и мира)