Современные мини-заводы менее энергоемки и более рентабельны по сравнению с интегрированными металлургическими предприятиями. Эти преимущества мир осознал десять лет назад. Но не Украина.

Энергосберегающая электрометаллургия

Энергосберегающая электрометаллургия

Современные мини-заводы менее энергоемки и более рентабельны по сравнению с интегрированными металлургическими предприятиями. Эти преимущества мир осознал десять лет назад. Но не Украина

Современный этап развития мировой металлургии стали характеризуется тем, что производители металла уделяют особое внимание развитию концепции т.н. мини-заводов. В отличие от других стран, в Украине преимущественно реализуется иная концепция развития черной металлургии – на базе интегрированных метпредприятий с полным циклом производства (мегазаводы). Несомненно, заводы с полным циклом обладают определенными преимуществами перед мини-заводами. Но только не при оценке эффективности энергосбережения.

Сравнения не в пользу мегаметаллургии

Известно, что на заводе полного цикла в сравнении с мини-заводом удельные затраты энергии на производство готовой продукции, например катанки, обычно в 2 раза выше. Последнее обстоятельство вызывает необходимость организации в условиях мегазавода собственных генерирующих энергию мощностей, а с целью снижения затрат на топливо – использовать собственные вторичные энергоносители: доменный и коксовый газ. Таким образом, система энергообеспечения завода становится более или менее зависима от технологического процесса производства металлопродукции. Вследствие этого для мегаметаллургического завода характерна явная зависимость затрат по переделу от степени загруженности основных технологических агрегатов. Соответственно, снижение производительности такого металлургического завода на 20%, по некоторым оценкам, приводит к увеличению удельных затрат (в т.ч. и энергии) на 10-15 $/т готовой продукции.

Концепция мини-завода базируется на том, что основные производственные мощности по выплавке стали представлены на таких предприятиях электродуговыми сталеплавильными печами. На первый взгляд, данный технологический этап предопределяет повышенные удельные затраты энергии на производство стали и, соответственно, повышенную себестоимость готовой продукции. Но это обстоятельство во многом нивелируются весьма низкой транспортной составляющей мини-заводов при поставках на такие предприятия основного технологического сырья – металлического скрапа. Речь о том, что оптимальное расположение мини-заводов обеспечивает использование металлолома данного конкретного экономического района и исключает нерациональные перевозки на большие расстояния. Это позволяет снизить удельные капиталовложения в 3-4 раза по сравнению с интегрированным заводом и предложить металлопродукцию на рынке по конкурентным ценам, при условии сохранения достаточно высокой рентабельности производства.

А то, что последний показатель работы мини-металлургических предприятий существенно превышает средний уровень рентабельности мегазаводов в черной металлургии подтверждают данные Международного института стальной промышленности (IISI). По информации этой некоммерческой организации, на американских металлургических предприятиях полного цикла уровень рентабельности в 2000г. составлял 7%, в то время как на мини-заводах США этот показатель превышал 22%.

Кстати, это сравнение стало причиной того, что в развитых государствах мира в последнее время активнее всего развивается именно мини-электрометаллургия. (Так, за прошедшие 10 лет глобальное производство стали в электродуговых печах возросло в 1,5 раза и составило по итогам прошлого года 348 млн.т.) При этом металлопроизводители ориентируется на современную технологическую концепцию выплавки жидкого полупродукта в высокопроизводительной дуговой электропечи с последующей доводкой его в сталеразливочном ковше на участке внепечной обработки. В мировой практике такой технологический подход является общепринятым, так как обладает рядом существенных преимуществ (в сравнении с “классической” дуговой электроплавкой) и позволяет в 1,5-2,5 раза увеличить производительность плавильного агрегата.

Сегодня в практику создания высокоэффективных технологических систем на заводах черной металлургии уже вошло и такое понятие, как литейно-прокатный модуль (ЛПМ). В настоящее время по такой схеме в мире работает около 25 мини-заводов по производству плоского проката. Данная идея была применена и при налаживании производства длинномерного проката на заводе ABS (Италия), где процесс реализуется по схеме бесконечной разливки-прокатки и сварки-прокатки. Подобная технологическая схема получения проката, реализуемая в условиях мини-завода, имеет огромный потенциал в части экономии энергетических ресурсов. Обусловлено это тем, что при внедрении ЛПМ более чем в 5 раз снижается расход природного газа для нагрева заготовки перед прокаткой.

При всем том литейно-прокатные модули как технология для черной металлургии еще не особо распространены в мире. В то же время нынешняя электрометаллургия немыслима без современных дуговых сталеплавильных печей (ДСП), которые концептуально и технологически предусматривают существенные возможности в сфере энергосбережения.

Оптимальные условия энергопотребления на мини-заводах

С целью снижения энергетических затрат на плавку до 350-320 кВт•ч/т общая конфигурация современной ДСП включает:

В данном случае особо отметим, что только новая техника и технология плавки в дуговой электропечи позволяет снизить расход электрической энергии более чем на 100-150 кВт•ч/т в сравнении со старыми электропечами, которые даже после существенной модернизации не в состоянии выйти на современный уровень энергосбережения. Так, например, на ДСП-100Н3А (ММЗ “ИСТИЛ (Украина)”, построенной в 1979г., даже после оснащения ее современными технологическими средствами не удалось достигнуть величины расхода электроэнергии ниже, чем 440 кВт•ч/т при продолжительности плавки 120 мин.

Впрочем, организация энергосберегающего цикла производства стали на мини-металлургических заводах не ограничивается совершенствованием технологии выплавки полупродукта в электропечи. Современный мини-завод представляет единую производственную систему, в которой несогласованность или даже напряженность в работе одного технологического звена приводит к немалым потерям энергии. Равная мощность производственных агрегатов и высокая степень непрерывности технологического процесса – залог успешной работы.

Поэтому при выборе агрегатов, прежде всего, необходимо учитывать, что величина массы и продолжительности плавки в электропечи тесно взаимосвязаны с допустимой продолжительностью разливки, которая определяется технологическими возможностями МНЛЗ. Важнейшей общей задачей является совмещение дискретного цикла выплавки стали в ДСП с процессом ее разливки на МНЛЗ, что выдвигает на первый план выполнение следующих условий:

Например, по данным ММЗ “ИСТИЛ (Украина)”, несоответствие продолжительности выплавки (74 мин.) и разливки металла (70 мин.), приводит к существенной разнице величины энергетических показателей внепечной обработки плавок начала и конца разливки. Кроме того, данное обстоятельство приводит к вынужденному ограничению количества разливаемых на МНЛЗ плавок в серии. Так, установка “ковш-печь” для обеспечения серийности накапливает металл перед началом разливки серии плавок, что увеличивает время их обработки до 87 мин. с расходом электроэнергии до 66 кВт•ч/т. Продолжительность же обработки последних ковшей с металлом составляет 33 мин. при расходе электроэнергии в два раза ниже – 33 кВт•ч/т.

Производство электростали в мире постоянно растет и, по прогнозам, в 2010г. достигнет уровня 450-460 млн.т. При этом основное производство электростали сосредоточено в США, КНР, Японии и Южной Корее, а суммарный объем выплавки в этих странах составил в 2004г. около 148 млн.т.

Как видим, в отношении мировой электрометаллургии просматривается довольно четкая перспектива развития. На фоне этого не менее очевидно системное отставание Украины от глобальной практики в части развития электросталеплавильного производства и замены энергоемкого мартеновского. На наш взгляд, при своем укреплении эта тенденция в недалеком будущем приведет к существенному снижению конкурентоспособности отечественных металлургических заводов и кризисным явлениям в национальной металлургии.

Показатели выплавки стали в ДСП в европейских странах в 2004 г.

Показатели энергопотребления и мероприятия по энергосбережению украинского мини-металлургического завода

“В 2005-2006гг. в ходе осуществления общей политики технического развития на ММЗ “ИСТИЛ (Украина)” будут проведены следующие мероприятия:

1. Замена существующего трансформатора (50 МВА) для дуговой сталеплавильной печи 2 на более мощный – 87 МВА. Это обеспечит работу ДСП-2 при повышенных напряжениях электрической дуги, что позволит существенно снизить расход графитированных электродов. Кроме того, увеличение установленной мощности трансформатора при одновременном увеличении напряжения электрической дуги позволит увеличить скорость нагрева ванны жидкого металла. Это, в свою очередь, ведет к резкому сокращению времени плавления металлошихты и нагрева жидкой ванны, а также к ускоренному протеканию химических реакций. Все перечисленное обеспечит заводу сокращение удельного расхода энергоносителей и материалов;

2. Проектирование, изготовление и внедрение защитного экрана крышки вакууматора для вакуумной дегазации стали. По итогам этого мероприятия нам удастся уменьшить удельный расход электроэнергии на установке “печь-ковш” (ПК) на 7,2 кВт•ч/т за счет снижения потерь температуры в процессе вакуумной дегазации стали с 2,5 до 1,5 °С/мин.

3. Установка АСУ ТП на 4-х ячейках нагревательных колодцев с последующим оснащением всех ячеек этой системой. Это позволит:

При этом экономия расхода природного газа составит 3-5%.

Что касается энергопотребления на нашем предприятии, то при выплавке стали в ЭСГЩ от пуска ДСП-2 в 2000г. до настоящего времени были продемонстрированы показатели, указанные в таблице.

Некоторое изменение данных по энергопотреблению в 2003-2005 гг. объясняется изменением марочного сортамента. А в целом можно отметить, что достигнутые показатели работы достаточно высокие для такого типа и размера электродуговых печей переменного тока и являются одними из лучших, а по некоторым позициям, и лучшими в СНГ.