Освоение на меткомбинатах Украины пылеугольной технологии (ПУТ) обеспечит значительное снижение себестоимости чугуна. При этом дополнительные капвложения окупятся всего за один год.

New Page 4

Как экономят кокс

Освоение на меткомбинатах Украины
пылеугольной технологии (ПУТ) обеспечит
значительное снижение себестоимости чугуна. При
этом дополнительные капвложения окупятся всего
за один год.

Валерий Ноздрачев, заместитель
исполнительного директора УкрАПчермет, к.т.н.
Станислав Ярошевский, ДОНГТУ, профессор, д.т.н.

Экономика в черной металлургии
определяется прежде всего первым переделом –
стоимостью, качеством и эффективностью выплавки
чугуна, зависящих от удельного расхода кокса и
уровня производительности доменных печей. На
производство чугуна расходуется до 2/3 общего
расхода энергоресурсов, составляющих 1000-1500 кг
условного топлива на 1 т готового проката, в
основном, в виде остродефицитных и дорогих кокса
и природного газа (ПГ). Стоимость топлива
составляет 30-40% общей стоимости чугуна.
Следовательно, развитие и повышение
эффективности доменной технологии определяется
уровнем и снижением расхода кокса.

Техническая политика развитых стран
мира в последние десятилетия направлена на
максимально возможное снижение расхода кокса.
Так, Германия за последние 30 лет сократила
производство кокса в 3 раза при одновременном
повышении производства черных металлов. При этом
удельный расход кокса сократился с 1000 до 330-350 кг/т
чугуна. Аналогичная ситуация в США, Франции,
Японии и т.д. В России в 2000 г. на передовых
металлургических предприятиях, основных
производителях черных металлов – ОАО
"Северсталь", ОАО "НЛМК", ОАО
"Магнитогорский МК", ОАО "ЗСМК", ОАО
"НТМК" – удельный расход кокса составлял
400-450 кг/т чугуна.

Объясняется данная тенденция как
дороговизной кокса (из-за острой дефицитности и
малых ресурсов коксующихся углей), так и крайне
неблагоприятным влиянием коксохимического
производства на загрязнение окружающей среды.

В Украине минимальный расход кокса – 496
кг/т – достигнут в 1988 г. Затем указанный
показатель значительно ухудшился, составив в 2001
г. 549 кг/т. Важнейшими причинами данного изменения
являются низкий уровень производительности
доменных печей, ухудшение качества кокса,
железорудного сырья, нарушение поставок
природного газа (ПГ).

С 1992 г. Украина относится к числу стран,
импортирующих природный газ. Страны мира, а
таковых подавляющее большинство, не имеющие
своих ресурсов ПГ, не применяют его при
производстве чугуна ввиду неэкономичности. Для
этой цели используются менее дефицитные, более
дешевые и эффективные заменители кокса: мазут,
смолы, пылеугольное топливо. Наша страна,
несмотря на острый дефицит и катастрофическое
повышение цен на ПГ за последнее десятилетие, не
может отказаться от этой, теперь уже
неэффективной, технологии.

В литературе описаны примеры выхода из
подобной ситуации: в 80-х годах Япония в течение
трех лет не применяла мазут для выплавки чугуна,
годовой расход которого достигал 5 млн. т. Это
стало невыгодно из-за значительного повышения
цен.

В Украине невозможно решить задачу
стабилизации и снижения расхода кокса на основе
применения ПГ, исключить же подачу ПГ и увеличить
расход кокса – значит, вернуться назад в 50-60-е
годы. В мире давно никто так не работает и,
очевидно, работать не будет.

Идея замены ПГ на искусственное жидкое
топливо, производимое из угля, пока не
подготовлена к массовому промышленному
внедрению. Для ее реализации нужны годы и
значительные затраты.

Для решения поставленной задачи
необходим вариант высокоэффективный,
отработанный для массового промышленного
применения, обеспеченный ресурсами, не имеющий
побочных эффектов в виде ухудшения экологии и др.

Такой вариант разработан и успешно
опробован на Донецком металлургическом заводе.
Это технология доменной плавки с вдуванием в
горн пылеугольного топлива (ПУТ).

В ходе промышленной эксплуатации в 1980-1996
гг. первого в Европе и второго-третьего в мире
пылеугольного комплекса использовано более 1,2
млн. т угля, разработана технология доменной
плавки с вдуванием в горн ПГ+ПУТ+О2, обеспечившая
снижение расхода кокса на 30-35%. Создана теория
полной и комплексной компенсации нарушений
технологии – газодинамики, условий горения
топлива и нагрева продуктов плавки,
использования теплового и восстановительного
потенциалов горновых газов, определяемых
частичным выводом из состава шихты кокса. С
использованием теории полной и комплексной
компенсации можно строго количественно
рассчитывать технологические режимы,
обеспечивающие возможность замены ПУТ до 50% и
более кокса при сохранении и улучшении других
определяющих показателей плавки.

Освоение проектной мощности
пылеугольного комплекса на основе реализации
данной технологии позволило в течение 9 лет
доменному цеху Донецкого металлургического
завода (ДМЗ) снизить расход кокса на 130 кг/т.
Данный показатель на ДМЗ был самым низким в
Украине, несмотря на неблагоприятные шихтовые и
технологические условия с 1984 по 1990 г.

Темпы снижения расхода кокса на ДМЗ с 1980
по 1990 г. в 2 раза выше, чем на других заводах
Украины.

ПТП "Укрэнергочермет" и Гипросталью
(г. Харьков) на основе опыта работы промышленной
установки на ДМЗ разработаны проекты
пылекомплексов 3-4 поколений, полностью
отвечающие современным требованиям технологии и
эксплуатации, защищенные патентами и лицензией,
прошедшие промышленные испытания за рубежом
(фирма Sollac Mediterranee Fos-sur, Мег, Франция).

На основе применения ПУТ в большинстве
развитых стран мира в 2000 г. освоен т.н.
"современный технический уровень доменной
технологии". Его принципиальными компонентами
являются применения ПУТ в количестве 150-200 кг/т
чугуна в сочетании с компенсирующими
мероприятиями: улучшение качества шихты и кокса,
повышение параметров дутьевого режима,
совершенствование оборудования, систем
контроля, управления и оптимизации технологии.
Комплексный подход способствовал массовому
промышленному внедрению и качественному
улучшению показателей плавки. Так, в 2000 г. в мире
более 300 млн. т чугуна (более 50% мировой его
выплавки) произведено на современном
техническом уровне, обеспечившем снижение
расхода кокса до 350 кг/т и ниже, а рост
производительности печей до 2,5-3,0 т/м3 в сутки. В 2000
г. практически весь чугун в указанном режиме
выплавляли США, Япония, Германия, Франция,
Бельгия, Испания и др.

Показаны значительные перспективы
описанного направления совершенствования
технологии доменной плавки. Так, в 1999 г. в Китае на
мощной доменной печи (Vn 4000 м3) при вдувании на 1 т
чугуна 260 кг ПУТ достигнут среднегодовой расход
кокса 249 кг/т при уровне производительности 2,6
т/м3. На мощных доменных печах в Японии в ходе
совершенствования технологии и повышения
расхода ПУТ на 1 т чугуна до 266-289 кг достигнута
замена более 50% кокса.

Характерно, что такие страны, как
Испания, Бразилия, Южная Корея на базе новых или
модернизированных печей и пылеугольных
комплексов в течение 2-3 лет освоили современный
технический уровень технологии с вдуванием в
горн 150-200 кг ПУТ.

Очевидно, страны Европы до 2010 г. будут
продолжать повышать эффективность и масштабы
применения ПУТ и мазута и, по-видимому, к
указанному сроку обеспечат снижение расхода
кокса до 300-320 кг/т при уровне производительности
печей около 3 т/м3.

Планируемое строительство пылеугольных
комплексов на МК "им. Ильича" (3 печи), ГМК
"Криворожсталь" (ДП №9) и ОАО "Енакиевский
металлургический завод" и снижение до 20 кг
расхода кокса приведет лишь к использованию ПУТ
в объемах, составляющих 1/5-1/10 часть уровня,
достигнутого в 2000 г. в развитых странах мира. При
этом производительность доменных печей Украины
остается на крайне низком уровне ~1,5-1,7 т/м3, что
соответствует уровню развития металлургии
чугуна в 50-60-х годах XX века.

С такими показателями тяжело говорить об
эффективности и конкурентоспособности нашего
металла. На примере ДП №2 ДМЗ разработан комплекс
мероприятий, обеспечивающих выход технологии на
современный уровень по всем основным параметрам
плавки с увеличением расхода ПУТ до 150-200 кг/т. В
качестве основных компенсирующих мероприятий
предложены:

вывод из шихты агломерата ЮГОК и замена
его агломератом ММК "им. Ильича" и окатышами;

введение в шихту железофлюса
основностью 3-4 единицы;

отсев из кокса мелочи 35-40 мм и введение в
состав железорудной шихты коксового орешка;

снижение основности и оптимизация
химсостава шлака; повышение температуры дутья и
содержания в нем кислорода;

исключение подачи в горн ПГ;

внедрение ряда локальных автоматических
систем по повышению эффективности, стабилизации
и оптимизации технологического режима.

Все перечисленные компенсирующие
мероприятия в разное время прошли успешные и
длительные промышленные испытания в
отечественных и зарубежных доменных цехах, их
реализация незначительно (до 5%) повышает затраты
на подготовку доменной печи и пылекомплекса к
эксплуатации.

Реализация такого варианта технологии
позволит снизить расход кокса до уровня 300 кг/т,
повысить производительность печи до 1,8-2,0 т/м3,
обеспечит снижение себестоимости чугуна на 94
грн./т по сравнению с базовым вариантом,
рассчитанным для данной доменной печи.

Аналогичная аналитическая работа
выполнена для доменных печей ОАО "Енакиевский
металлургический завод" и ДП №5 ОАО
"Макеевский металлургический комбинат".

Целесообразно внедрение указанной
технологии на более подготовленных и
современных металлургических предприятиях,
имеющих доменные печи среднего и большого
объема: ОАО МК "Азовсталь", МК им. Ильича, МК
"Криворожсталь", ОАО "Запорожсталь" и
ОАО "Енакиевский металлургический завод".

Концентрируя средства и новую технику на
20-23 доменных печах, необходимо освоить на них
современный технический уровень. И обеспечить, в
частности, строительство пылеугольных
комплексов, прирост производительности на 30-50%,
снижение расхода кокса до 300-350 кг/т. Это
гарантирует высокую рентабельность
производства и конкурентоспособность
производимой продукции при годовом производстве
чугуна 26 и более млн. т.

За счет концентрации капитальных
вложений на указанных предприятиях в ходе
ремонтов или реконструкции аглофабрик и
доменных печей необходимо обеспечить
значительное улучшение качества агломерата,
обеспечив снижение содержания мелочи 5-0 мм до 3-5%,
выведение сырого известняка из шихты доменных
печей, повышение температуры дутья до 1100-1200 °С,
содержание в нем кислорода (25-27%), давление газов
на колошнике – 1,5-2,0 атм., работу печей с введением
в состав железорудной шихты коксового орешка, на
шлаках пониженной основности (1,0-1,15 единиц), с
частичной внедоменной десульфурацией чугуна,
освоение технологии с вдуванием на 1 т чугуна 150-200
кг ПУТ с исключением подачи ПГ.

Реализация такого варианта развития
технологии обеспечит в 2010 г. сокращение годового
производства кокса на 4,0-5,0 млн. т, что позволит:

существенно – на 20-30% – повысить в шихте
коксохимцехов долю коксующихся углей,
оптимизировать режим коксования и,
соответственно, значительно повысить качество
кокса;

сократить импорт коксующихся углей из
России и Польши;

вывести из эксплуатации наиболее
изношенные и наименее рентабельные
коксохимические батареи;

сократить капитальные вложения в ремонт
и модернизацию коксохимических батарей;

сократить выброс в атмосферу 35 тыс. т в
год вредных веществ.

Общие затраты для строительства 4-5
пылеугольных комплексов, суммарной годовой
мощностью 5-6 млн. т, составят $100-150 млн. Цифра эта
увеличится в 2-3 раза за счет реализации указанных
выше мероприятий по обеспечению полной и
комплексной компенсации и составит $300-450 млн.

Однако это не дополнительные
капитальные вложения, а за счет запланированных
в "Национальной программе…" затрат на
строительство пылекомплексов, ремонт
воздухонагревателей, аглофабрик и т.д.,. целевого
перераспределения выделяемых в рамках
"Национальной программы…" средств в
количестве $2,7 млрд. в пользу основных доменных
цехов. В частности, за счет ремонта и
эксплуатации коксохимцехов снижение годового
производства кокса позволит высвободить $50-100
млн. Перераспределение отпускаемых средств,
возможно, позволит обеспечить экономию $100-200 млн.

Суть дела, однако, в ожидаемом
экономическом эффекте, обеспечиваемом освоением
современного технического уровня, слагаемом из:

прироста производительности доменных
печей на 30-50%;

снижения расхода кокса на 4,0-5,0 млн. т;

сокращения расхода ПГ на 1,8-2,1 млрд. м3 год;

улучшения качества передельного чугуна
по содержанию Si, S, температуре;

снижения расходов известняка,
железорудной шихты, дутья, кислорода и т.д.

Исходя из расчетов, выполненных для ДМЗ,
ОАО "ЕМЗ", принимая снижение себестоимости
чугуна в результате освоения современного
технического уровня равным 15,0 $/т чугуна,
планируемый на 2010 г. объем производства чугуна
составит $390 млн.

Кроме того, опыт зарубежных доменных
цехов ряда стран мира показывает, что освоение
современного технического уровня обеспечивает
снижение содержания в чугуне кремния (0,3-0,5%), серы
при стабилизации и повышении уровня температуры
чугуна (1480-1520 °С). По ориентировочным расчетам,
указанные изменения в качестве чугуна обеспечат
получение дополнительного эффекта в
сталеплавильном производстве в размере $35 млн.
Снижение вредных выбросов обеспечит получение
дополнительного экономического эффекта в
размере $20 млн.

Таким образом, ожидаемая эффективность
внедрения предлагаемого комплекса мероприятий
составит $445 млн. А окупаемость внедрения
мероприятий по освоению современного
технического уровня составит

1 год.

Очень важными следствиями внедрения
изложенного комплекса мероприятий являются
высвобождение площадей, занятых оборудованием,
снижение капитальных удельных вложений на 1 т
получаемой продукции, значительное повышение
производительности труда в комплексе
коксохимцеха + аглодоменное производство,
сокращение рабочих мест, наиболее опасных в
травматическом и экологическом отношении

Реализация программы освоения
современного технического уровня в доменном
производстве Украины обеспечит качественное
повышение конкурентоспособности черной
металлургии в целом.

Десятилетний опыт производства чугуна в
соответствии с современным техническим уровнем
большинства развитых стран мира, опыт перехода
на эту технологию только в последние годы в
Испании, Бразилии, Южной Корее, промышленный опыт
ДМЗ дают основание утверждать, что для Украины
8-летнего срока (до 2010 г.) достаточно для
реализации предлагаемого варианта доменной
технологии.

Сравнение вариантов работы ДП №2 в
обычном режиме и с пылеугольным топливом (ПУТ)

Примечание

* При изменении затрат знак "-"
затраты, а знак "+" экономия.

** Расход сухого дутья и выход сухого
колошникового газа рассчитан без учета их потерь
из-за неплотностей.

*** Коэффициент замены рассчитан по
суммарному влиянию на расход кокса ПУТ и
соответствующих компенсирующих мероприятий.

**** Стоимость десульфурации чугуна на 0,01%
[S] принята равным 0,8 USD. Содержание [S] после
десульфурации принимали равным 0,038.

Сокращение выбросов вредных веществ
в атмосферу при снижении производства кокса до 5
млн. т

Расход сухого скипового кокса на
передельный чугун, кг/т на метпредприятиях
Украины (1990-2000 гг.).

Рис. 1, 2, 3, 4 Изменение расхода
энергоресурсов на выплавку передельного чугуна
на ОАО “ДМЗ” и по Украине

Рис. 5, 6, 7, 8, 9, 10 Показатели работы
доменных печей некоторых стран Европы