На сегодняшний день общий парк основного технологического оборудования “металлургических” аглофабрик Украины составляет 63 машины, выпускающие железорудный агломерат. Степень их технико-технологического соответствия нынешним запросам метпредприятий страны легко проясняется следующим фактом. Все украинские агломерационные фабрики были построены в 50-60-х годах прошлого века. Соответственно, нынешняя конфигурация украинского производства железорудного агломерата в Украине отражает уровень техники и технологии 50-летней давности.

Но по иному и быть не может. Ведь после ввода в 1969г. второй очереди аглофабрики ММК им. Ильича строительство новых профильных производств в Украине не велось. Практически не было в стране и серьезных реконструкций аглофабрик. И тому есть свои объяснения.

Минчерметы выбрали ГОКи

В период после 1960г. министерства черной металлургии СССР и Украины утеряли интерес к развитию агломерационных производств в ГМК республики. Все усилия были сориентированы на строительстве фабрик окомкования. Такой выбор объясняли просто: т.к. запасы природно-богатых агломерационных руд исчерпывались, то развитие сырьевой базы черной металлургии должно идти за счет расширения производства тонких концентратов по технологии мокрого магнитного обогащения бедных железистых кварцитов.

С учетом этой стратегии и были построены ведущие ныне горно-обогатительные комбинаты в Украине: Южный, Новокриворожский, Центральный, Северный, Ингулецкий, а также Полтавский. В качестве примера брали опыт США, Канады и Австралии – там из концентратов, полученных по указанной технологии, производили неофлюсованные окатыши. При этом возможность агломерирования концентратов не рассматривалась.

Это и стало определяющим для возведения фабрик окомкования на указанных ГОКах, под что и выделялись основные капиталовложения, материальные и трудовые ресурсы. Скажем, на Северном и Полтавском ГОКах в тот период были введены очень крупные (проектной мощностью 12-16 млн.т/год) фабрики окомкования. Технологию и оборудование для СевГОКа, включая конвейерные обжиговые машины площадью 552 м2, поставила немецкая фирма “Лурги”, а для

На фоне этих проектов особенно заметным было то обстоятельство, что централизованного финансирования на совершенствование агломерационного производства Украины не выделялось. В таких условиях метпредприятия были вынуждены собственными силами организовывать в технологическом потоке аглофабрик производство и применение извести (на обжиговых машинах ОПР, ППР, КМ-14, изготавливаемых в качестве нестандартизированного оборудования). Это было необходимо для поддержания уровня производства в условиях постоянного увеличения доли тонких концентратов в шихте (последнее сопровождалось ухудшением газопроницаемости шихты и падением скорости спекания). В ходе такого совершенствования применялись т.н. “уширенные” спекательные тележки, увеличивалась интенсивность газоотсоса за счет увеличения производительности эксгаустеров.

При всей эффективности этих мероприятий, по большому счету, их можно отнести к разряду рационализаторства. А единственной существенной модернизацией в этой сфере в те годы можно считать проведенную в 1974г. реконструкцию аглоцеха №2 Новокриворожского ГОКа (ныне ГОК комбината “АрселорМиттал Кривой Рог”). Цель – обеспечение потребности введенной в строй ДП №9 предприятия объемом 5000 м3 охлажденным сортированным агломератом. Для этого шесть удлиненных агломашин площадью 135 м2 каждая, которые использовали для спекания (75 м2) и охлаждения (60 м2) агломерата, были переведены полностью на режим спекания. А для охлаждения агломерата установили шесть линейных охладителей ОП-125 площадью охлаждения 125 м2 каждый.

Прогресс ушел на Запад и в Японию

В то же самое время в странах Евросоюза, Японии и Южной Корее строительство аглофабрик для спекания богатых импортных аглоруд продолжалось еще два десятилетия – до завершения 1980-х годов. Тогда как раз наблюдалось интенсивное развитие металлургических проектов, основанных на применении кислородно-конвертерного способа выплавки стали. А для успешной эксплуатации этого процесса необходимо было

Такая концепция производства стали предполагала очень существенный пересмотр параметров технологических линий/цепочек на метпредприятиях. В указанных странах на это пошли. Там во всех переделах строились агрегаты большой единичной мощности: кислородные конвертеры садкой 300, 350 и 400 т, доменные печи полезным объемом 3000, 4000 и 5000 м3, наконец, агломерационные машины площадью 400, 500, 550 и 600 м2.

Затем произошли два нефтяных кризиса, преодоление которых на первый план выдвинуло вопросы экономии энергии на всех стадиях металлургического производства, включая агломерационное. Поэтому на зарубежных аглопроизводствах занялись внедрением методов качественного усреднения сырья, с использованием:

• моношихты,

• спекания с высоким слоем 600-700 мм (приносит существенную экономию как твердого топлива, так и газа на зажигание),

• горячего воздуха от охладителей в технологии и энергетике.

Но украинские аглофабрики эти новшества практически не затронули; конфигурация их производства осталась весьма упрощенной.

Так, в составе наших аглофабрик до сих пор отсутствуют важнейшие технологические операции и оборудование, без которых производство качественного агломерата осуществить невозможно. Прежде всего, это касается усреднения сырья, конструкции агломашин, их единичной мощности, охлаждения и сортировки агломерата, использования т.н. постели, очистки газообразных выбросов, автоматизации производства.

На аглофабриках Украины не предусмотрены склады с оборудованием, осуществляющим усреднение сырья при его складировании на штабельных складах автоматически и в непрерывном режиме (имеется в виду использование стеккеров и реклеймеров). Хотя только в пределах данной технологии достигается высокая степень гомогенизации материала, когда в каждой достаточно малой порции материала массовый состав компонентов находится в том же соотношении, что и в среднем во всем массиве штабеля. В подобных случаях отклонение массовых долей по содержанию железа не превышает 0,2%, а величины основности – 0,01-0,02.

Для сравнения: действующие склады аглофабрик Украины – а это преимущественно рудные дворы доменных цехов – оборудованы козловыми рудно-грейферными перегружателями. В дополнение к ним используются ковшовые экскаваторы. Но данное оборудование не является усреднительным. Величины среднеквадратичных отклонений (СКО) для железа общего и кремнезема составляют 1,0-1,5% и более. А при укладке в общий штабель разнородных материалов величины СКО для смеси часто становятся больше, чем они были в отдельных материалах до складирования.

Другими словами, технологии, эксплуатируемые на отечественных аглофабриках, допускают процесс разусреднения материалов. Это непосредственным образом и весьма отрицательно сказывается на трех важнейших параметрах:

• производительности агломашин,

• качестве готового агломерата,

• результатах работы доменных печей.

Здесь уместным будет привести еще одно более конкретное сравнение. Так, в Японии при работе на агломерате стабильного химического состава доменные печи выплавляют передельный чугун с содержанием 0,3-0,4% Si. А в Украине, вследствие работы доменных печей на сырье с большой колеблемостью химсостава, металлурги вынуждены вести плавку с большим резервом тепла. В результате у нас передельный чугун содержит 0,8-0,9% кремния. При таких показателях на переработку чугуна в сталь требуется больше времени и значительно больше извести для ошлакования кремнезема. Иными словами, заметно повышается себестоимость украинского металла.

Нельзя не отметить и то, что за все время своей эксплуатации действующие аглофабрики Украины выработали от двух до четырех амортизационных сроков, что само по себе говорит о нелучшем состоянии их мощностей и совсем немалых показателях износа. Причем в ряде случаев строительные конструкции цехов находятся в явно аварийном состоянии, но продолжают использоваться при высокой запыленности, влажности и загазованности агрессивными газами. Уже имели место случаи обрушения конвейерных галерей, обрыва бункеров с шихтой и другие аварийные ситуации.

“Болевые точки” подотрасли

Названное выше – главные, но далеко не все проблемы украинского производства железорудного агломерата. В деятельности аглофабрик страны присутствует ряд не столь больших негативных моментов, совокупность которых между тем обуславливает невысокую эффективность работы подотрасли в целом. Поэтому проанализируем основные из таких “болевых точек” на уровне используемых технологий.

1. Охлаждение и гранулометрия. На большинстве действующих аглофабриках страны производят в основном горячий агломерат. Его разделение на годный и

Причем содержание в таком агломерате некондиционной мелочи фракции 0-5 мм – очень высокое, достигающее 20% и более. И только в цехе №2 ГОКа комбината “АрселорМиттал Кривой Рог”, где установлены охладители агломерата и эксплуатируется две стадии процесса грохочения на механических грохотах, содержание мелочи 0-5 мм составляет не выше 8%.

Конечно, на аглофабриках Днепровского МК им. Дзержинского, Алчевского МК и ММК им. Ильича осуществляют частичное охлаждение агломерата на удлиненных агломашинах. И на данных производствах гранулометрический состав агломерата более ровный. Однако масса некондиционной мелочи 0-5 мм в производимом на них агломерате все равно довольно существенна и достигает 14%.

Как пример более эффективного подхода в данной области можно рассмотреть технологии выпуска агломерата, применяемые в такой стране, как Индия. В конфигурации местных аглофабрик присутствуют высокослойные линейные и кольцевые (преимущественно) охладители. Собственно агломерат проходит не только стадию дробления перед погрузкой в охладитель, но также повторное дробление после охлаждения для ограничения верхнего предела крупности кусков величиной 40-50 мм. Используются 2-3 стадии грохочения на высокоэффективных механических грохотах. Поэтому годный агломерат содержит мелочи фракции 0-5 мм не более 3-4% (до 5% максимум). А его гранулометрический состав – ровный, стабильный и малоизменяющийся при дальнейшей транспортировке и перегрузках в доменном цехе. Такие качества материала позволяют вести плавку форсированно с удельной производительностью более 2,5 т/м3 сутки.

2. Газоочистка. Аглофабрики Украины не располагают современными средствами очистки агломерационного газа и воздуха аспирационных систем. Очистка от пыли производится в циклонах (одиночных или батарейных). После этого остаточное содержание пыли достигает 400-800 мг/м3 при нормальных условиях (н.у.), тогда как стойкость роторов эксгаустеров очень низкая (иногда 1 месяц и менее). Поэтому на ряде аглофабрик применяют мокрую очистку аглогаза в трубах Вентури и скрубберах-каплеуловителях (ММК им. Ильича, Алчевский МК, МК “Азовсталь”, МК “Запорожсталь”, ГОК МК “АрселорМиттал Кривой Рог”). Величина запыленности аглогаза после мокрой очистки снижается до 150 мг/м3 при н.у., а стойкость роторов эксгаустеров достигает 3 лет.

Несомненно, применение технологии мокрой очистки существенно улучшило ситуацию в этой сфере, т.к. привело к заметному (до 30%) снижению содержания оксидов серы в выбросах. Однако эта технология является весьма затратной, т.к. связана с наличием дорогостоящего водно-шламового хозяйства. Кроме того, мокрая очистка требует повышенного расхода электроэнергии на отсос газа из-за большого (300 даПа и выше) сопротивления механических очистных аппаратов.

На современных аглофабриках за рубежом проблему решают за счет использования трех-пятипольных электрофильтров в качестве главных пылеуловителей. Их собственное сопротивление не превышает 20 даПа, а неохлажденный, в отличие от мокрых очисток, газ лучше рассеивается. Электрофильтры позволяют снизить запыленность выбросов до 75 мг/м3 при н.у. и менее. Кроме того, в Японии и странах Евросоюза применяют системы очистки агломерационного газа от окислов азота и серы, которые на аглофабриках Украины не опробовались даже в опытных образцах.

Снижению уровня содержания пыли в выбросах на аглофабриках Украины также немало препятствует их работа без т.н. постели – защитного слоя из мелкого (фракция 10-20 мм) агломерата, укладываемого на колосники спекательных тележек перед загрузкой их шихтой. Это связано с отсутствием на производствах охлаждения агломерата и грохотов для выделения постели.

Напротив, все современные зарубежные аглофабрики работают с использованием постели. Ведь это позволяет получить такие дополнительные позитивы, как:

• уменьшение потерь шихты из-за просыпи между колосниками в вакуум-камеры агломашин,

• снижение начальной запыленности газа перед очисткой в несколько раз,

• повышение стойкости колосников, в частности, и спекательных тележек в целом.

3. Машины и автоматизация. К серьезным недостаткам действующих аглофабрик страны следует отнести их “многомашинность”. Проблема обусловлена тем, что на момент проектирования и строительства основных аглофабрик Украины машины большой единичной мощности просто отсутствовали как таковые. А задача перед вновь строящимися производствами ставилась серьезная. Их ориентировали на выпуск продукции в очень крупных объемах: от 6 до 12 млн.т агломерата в год. Для того чтобы выполнить означенное условие, потребовалось устанавливать в одном здании (корпусе агломерации) до шести агломашин, а в составе фабрики иметь до двух таких корпусов. (Это характерно для ЮГОКа, ГОКа “АрселорМиттал Кривой Рог” и ММК им. Ильича).

С учетом того, что отдельные агломашины имеют плановые и текущие остановки, а фабрика в целом должна работать непрерывно 365-366 суток в год, потребовалось создавать также сложную вспомогательную систему. Она обеспечивает резервирование оборудования с наличием бункерных, передаточных, распределительных устройств с многочисленными исполнительными механизмами. Причем последние зачастую нестандартизированы, а значит – не обеспечивают должный уровень надежности.

В итоге это привело к тому, что на действующих аглофабриках так и не удалось создать работоспособных комплексных систем автоматизации. Отсюда – неоправданно большое количество обслуживающего персонала. Ведь только по техническим причинам вопросы управления собственно производственным процессом занимают у работников украинских аглофабрик не более 30% времени, тогда как около 70%(!) оного уходит на поддержание оборудования в работоспособном состоянии.

Опять же индийский опыт предлагает кардинальное решение данной проблемы. Аглофабрики Дургапурского, Роуркельского и Визакхапатнамского метзаводов Индии предусматривают эксплуатацию одной крупной машины. Но даже при более сложной конфигурации (но без распределительных и резервирующих систем и связанных с этим сложностей) такие аглофабрики проще и надежнее. Они полностью автоматизированы, на них работает куда меньше персонала.

4. Состав шихты. Необходимо отметить существенное отличие аглофабрик Украины от зарубежных по составу спекаемой шихты. На отечественных производствах ее железорудная часть на 70-80% состоит из тонких концентратов мокрого магнитного обогащения бедных руд. Они отличаются высокой влажностью (более 10%), что затрудняет обращение с ними при различных транспортных операциях, складировании, бункеровании и проч. Но главное в том, что шихта с таким содержанием концентратов из-за низкой газопроницаемости спекается сложно, несмотря на применение извести. Высота спекаемого слоя даже в лучших случаях не превышает 400 мм (Енакиевский МЗ, МК “Запорожсталь”), а на большинстве аглофабрик страны данный показатель фиксируется на отметке “до 300 мм”.

Зарубежные аглофабрики спекают зернистые аглоруды, отличающиеся хорошей газопроницаемостью. Высота слоя здесь доведена до 700 мм. А это обуславливает низкий (до 15000 ккал/т агломерата) расход газа на зажигание шихты и невысокий (45 кг/т) расход твердого топлива. Нам до таких показателей оптимального расхода энергоносителей в агломерационном производстве еще далеко.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать простой вывод – конкурентоспособность нынешней конфигурации украинских аглофабрик в кратко- и среднесрочной перспективе просто не просматривается. А чтобы ее увидеть, необходимо исправлять недостатки в области эксплуатируемой технологии. Но ее обновление и тем более замена, как и внедрение отвечающего новой технологии оборудования, требует значительных капитальных вложений (порядка $6-7 млрд. в масштабах всей подотрасли) и немалых сроков по времени осуществления. Причем уже отмеченная “многомашинность” затрудняет проведение реконструкций отдельных агрегатов, т.к. строительно-монтажные работы необходимо проводить в довольно стесненных рамках и в условиях действующего цеха.

Но явный износ основных фондов все же вынудил некоторых владельцев аглопроизводств осуществить определенные их реконструкции после 2000г.

Реконструкции-2000

В начале десятилетия на совершенствование своих аглофабрик решились только два метзавода Украины, и то в формате “ограниченной модернизации”

Только после 2000г., когда вслед за падением метпроизводства наступил его рост, от владельцев предприятий, где собственные агломощности не покрывали потребности в подготовленном сырье для доменных печей, а выпускаемый металлопрокат пользовался хорошим спросом, поступили заказы на проекты модернизации своих аглофабрик.

Но цели и объемы таких реконструкций оставались весьма ограниченными. Заказчики стремились к следующему:

1. Увеличить (по возможности) объемы производства агломерата путем поэтапной замены устаревших агломашин новыми агрегатами, более совершенными по своему конструктивному исполнению.

2. Разместить новые машины в существующем аглокорпусе при минимально необходимом ремонте и усилении его строительных конструкций.

Главным итогом реконструкций, осуществляемых в рамках этих условий, должно было стать некоторое улучшение качества агломерата при увеличении высоты спекаемого слоя.

Три машины на всю Украину

Учитывая названные требования, наш институт разработал несколько рабочих проектов небольшой реконструкции некоторых украинских аглопроизводств. В частности, они предусматривали замену агломашины №5 на МК “Запорожсталь” и №1 и 2 на МК “Азовсталь”. Данные проекты были реализованы этими предприятиями. Изготовление и поставку оборудования для них выполнил “Днепрогидромаш” со своего машиностроительного завода в г. Золотоноша.

Технико-технологическая суть указанных реконструкций в том, что агломашины комплектовались спекательными тележками с шириной колосникового поля 2,5 м (“Запорожсталь”) и 2,7 м (“Азовсталь”). Это усовершенствование позволяет:

• увеличить срок службы ходовых роликов агломашины;

• увеличить устойчивость тележек на ходовых путях за счет снижения их высоты (на 140 мм) и расширения колеи (на 480 мм);

• уменьшить разницу в размерах ширины колосникового поля и вакуум-камер, обеспечив тем самым большую равномерность спекания по ширине тележек и проч.

Новые спекательные тележки снабжены встроенными в боковые части корпуса грузовыми уплотнениями контакта тележек с продольными пластинами вакуум-камер. Сами агломашины были оборудованы улучшенными торцевыми уплотнениями. В совокупности это позволяло существенно поднять разрежение в вакуум-камерах и увеличить производительность агломашин.

На агломашине №5 МК “Запорожсталь” установлены малогабаритные зажигательные горны с двумя торцевыми горелками. А в ходе реконструкции на МК “Азовсталь” машины №1 и 2 были оборудованы четырьмя щелевыми коротко-факельными горелками. Это обеспечило равномерное зажигание и возможность регулирования температуры газов по длине горна. Свод горна приближен к поверхности шихты, вследствие чего сокращаются потери тепла через стенки, повышается КПД. Расчетный удельный расход природного газа при высоте спекаемого слоя 500 мм составляет 3,46 м3/т агломерата.

В ходе указанных реконструкций осуществили и ремонт/усиление несущих и ограждающих конструкций корпуса агломерации.

“Ограниченный” результат

Проектные показатели агломашины №5 на МК “Запорожсталь” при ее эксплуатации в основном подтвердились. Хотя необходимо отметить такой момент. При общей системе выдачи агломерата в железнодорожные вагоны-хопперы производительность реконструированной машины приходится сдерживать. Заполнение хоппера под этой агломашиной происходит быстрее, чем на других нереконструированных машинах. А здравый смысл и правила перевозок не допускают убирать состав с одним загруженным/перегруженным вагоном и недогруженными

После реконструкции машин №1 и 2 производительность в аглоцехе МК “Азовсталь” превысила проектную. Однако планируемые качественные показатели не были достигнуты из-за работы с недостаточной высотой спекаемого слоя (300 мм). Это непосредственным образом обусловлено ограниченным объемом реконструкции. Она так и не затронула таких вопросов, как улучшение смешивания и окомкования шихты, а также применения в большем объеме извести для интенсификации процесса спекания.

Таким образом, объемы и темпы реконструкции в период 2001-2007гг. были совершенно недостаточными для модернизации аглопроизводства Украины. А влияние даже осуществленных проектов на выпуск агломерата и его качество оказалось весьма несущественным.

Перспективы в проекте

Планы по увеличению выплавки чугуна и снижение поставок агломерата с ГОКов вынуждают отдельные меткомбинаты работать над коренной модернизацией собственных аглофабрик

Невзирая на отсутствие серьезных мероприятий по реконструкции и модернизации аглопроизводств страны в предыдущие годы, перспективы развития с коренным улучшением конфигурации аглофабрик и кардинальным улучшением качества продукции все же имеются. Этому способствуют два обстоятельства.

Чугуна – больше, но агломерата от ГОКов -все меньше

Во-первых, сказывается рост объемов выплавки чугуна при активной реконструкции и новом строительстве доменных печей современной конструкции. Сейчас возможности новейших ДП (в плане производства чугуна и экономии кокса) в полной мере не реализуются. Основные причины тому – неудовлетворительное качество железорудного сырья и кокса.

Во-вторых, свое немаловажное влияние оказывает и нынешняя политика техперевооружения, которой придерживаются собственники горно-обогатительных комбинатов, в состав которых входят аглофабрики (ЮГОК) и фабрики окомкования (ЦГОК и СевГОК). Сформировалась она в период кризиса производства 1991-2000гг., когда горнорудные предприятия понесли больше потерь, чем аг-лофабрики металлургических предприятий. Дело в том, что спад в сфере выплавки чугуна коснулся ГОКов в большей мере, чем собственных аглопроизводств меткомбинатов. И в тот период ГОКи вынуждены были сокращать объем отгрузки окатышей и агломерата. Далее по цепочке -

К настоящему времени эта тенденция сформировала следующую структуру производства на ГОКах. Некоторые из них прямо сворачивают объемы производства агломерата и окатышей, стремясь при этом оставить в качестве товарной продукции только концентрат (ЮГОК, ЦГОК, СевГОК). В качестве подтверждения можно привести следующую статистику по отгрузке агломерата и окатышей в 1990 и 2006 годах, тыс.т:

• ЮГОК – 8500,0 и 4654,4 (-45,3%);

• ЦГОК – 4195,85 и 2209,3 (-47,3%);

• СевГОК – 14184,72 и 8711,3 (-38,6%). Полтавский ГОК, основной объем продукции которого в виде неофлюсованных окатышей уходил на экспорт, от спада производства в Украине пострадал незначительно. Руководство этого комбината, по примеру российских ГОКов, намерено внедрить на нем технологию прямого восстановления железа из своих окатышей. Планируется, что последующая проплавка прямовосстановленного железа будет осуществляться в электропечах, а полученная сталь пойдет на выпуск непрерывнолитых слябов. По данному проекту ПГОК заказал документацию у нашего института, технологию и оборудование – у американской фирмы Midrex и австрийской Siemens VAI.

Ставка на собственную агломерацию

Оказавшись в данных обстоятельствах, естественно, что некоторые метпредприятия озаботились развитием собственной базы подготовленного сырья для доменных печей. Известно, что концепции соответствующего развития иностранным машиностроительным/инжиниринговым фирмам, а также отечественным проектным институтам уже заказали на Алчевском МК, Днепровском МК им. Дзержинского, Макеевском МЗ и “АрселорМиттал Кривой Рог” (АМКР).

Во всех заказанных предприятиями проектных материалах предусматривается только современный уровень агломерационного производства. Во-первых, это относится к агломашинам, их проектируют на большую единичную мощность. Допустим, для АМКР предусмотрены 2 агломашины площадью спекания по 522 м2, Днепровского МК – 2 агломашины площадью спекания по 450 м2, Макеевского МЗ – одна агломашина площадью спекания 640 м2.

Во-вторых, в конфигурации вновь запроектированных аглофабрик изначально закладываются такие параметры, как:

• высокая производительность оборудования,

• высокое качество продукции,

• экономное расходование сырья и топлива,

• эффективная защита окружающей среды,

• автоматизация производства и малая численность обслуживающего персонала.

Особо отметим АМКР, который в прошлом году заказал ГП “Укргипромез” разработку технико-экономического обоснования очень масштабного проекта по строительству новой аглофабрики с годовым объемом производства более 10 млн.т. В разработанном нами ТЭО аглофабрики для этого комбината просматривается следующий уровень капитальных вложений на 1 т годового производства агломерата (без НДС). Всего – 590 грн., из них: оборудование – 205 грн., строительно-монтажные работы – 265 грн., прочие работы и затраты – 120 грн. Сроки окупаемости затрат – 3,5 года.

Таким образом, предпроектные материалы предусматривают уже не “ограниченную реконструкцию”, а строительство современных аглофабрик. Старые мощности при этом будут выведены из эксплуатации. Новые же аглопроизводства избавятся от конструктивно-технологических недостатков, отличающих сегодня агломерационные фабрики Украины. Технические вопросы на них будут изначально решены с учетом последних достижений в этой области.