Анализ возможностей дальнейшего увеличения объемов доменного производства

1.2. Проблемы обеспечения железной рудой

     Для экономически эффективной работы доменной печи требуется высококачественное железорудное сырье, требуемый уровень  качества, которого достигается совершенствованием и усложнением схем рудоподготовки. Экономический смысл рудоподготовки и целесообразность ее реализации определяется соотношением стоимости объемов  сэкономленного в доменной печи кокса  и экономических затрат на весь цикл рудоподготовки.

     Многие  разрабатываемые месторождения  России значительно уступают месторождениям этих стран по содержанию железа в  разведанных запасах в 1,2 раза, в  добываемой руде - в 1,7 раза; и по сложным  гидрогеологическим и горно-геологическим  условиям залегания (руды КМА). Это обуславливает  повышенные издержки производства в  добычу и переработку руды.

     В результате выполнения геологоразведочных работ за период 1956-1993 гг. произошли  большие изменения в структуре  промышленных типов железных руд  в балансовых запасах, их удельном весе, добыче руды и производстве товарных руд по России.

     Этот  рост произошел в основном за счет значительного (в 9,7 раза) увеличения доли запасов железистых кварцитов категорий  А+В+С1 с 25,0% до 56,2% в объеме балансовых запасов железных руд России за рассматриваемый  период. Их доля в добыче увеличилась  с 4,1 до 51,6 %, а в производстве товарных руд - с 2,3 до 58,7%. Эти руды характеризуются  невысоким содержанием железа - 35,9%

     Незначительно возрос удельный вес запасов богатых  руд с содержанием железа 60% в  общем балансе с 4,8 до 12,2%, при абсолютном росте в 11 раз.

Каждый  тип руд требует определенной схемы подготовки к доменному  переделу. В целом принципиальная схема подготовки железных руд к  металлургическому переделу включает:

- подготовку  руды к обогащению - усреднение, дробление,  сортировка, предобогащение, измельчение  и классификация; 

- обогащение - магнитная сепарация, гравитация, флотация, гидрометаллургические, пирометаллургические  методы обогащения и их комбинации, сгущение, фильтрация и усреднение  продуктов обогащения;

- окускование  - агломерация, окомкование. 

     В зависимости от сложности применяемых  схем обогащения железные руды России подразделяются на три типа: используемые без обогащения, обогащаемые по простым  схемам, требующие сложных схем обогащения.

     К рудам, используемым без обогащения (7,7 млрд. т, или 13,4% от российских запасов  категорий А+В+С1) относятся главным  образом богатые полигенные руды - гематит-мартитовые, мартитовые, магнетит-мартитовые руды.

     К рудам, обогащаемым по простым схемам (44,4 млрд. т, или 77,1% от российских запасов  категорий А+В+С1), относят главным  образом бедные магнетитовые и гематит-магнетитовые железистые кварциты, частично титаномагнетитовые руды, сидериты и бурые железняки.

     К рудам, требующих сложных схем обогащения (5,5 млн. т, или 9,5%), относятся комплексные  полиминеральные апатит-магнетитовые руды и другие комплексные руды. По таким же схемам обогащаются окисленные гематит-мартитовые, мартитовые и неокисленные гематитовые и магнетит-гематитовые  кварциты, часть сидеритовых руд.

     Как было показано ранее, в разведанных  запасах руд преобладают железистые кварциты и магнетитовые руды с низким содержанием железа, которые без  предварительного глубокого обогащения и окускования не пригодны

     Сложность требуемой схемы обогащения определяет уровень конечных капитальных и  текущих затрат на переработку руды. Ряд месторождений богатых железных руд КМА, находящихся в сложных  гидрогеологических и горнотехнических условиях по своему качеству (содержание железа и примесей в руде) не уступают лучшим месторождениям мира, однако их разработка требует высоких экономических  затрат, в частности, из-за больших  глубин залегания.

     Основная  масса запасов - 82,2% сосредоточена  в Центральном и Центрально-Черноземном  районах (КМА). Причем 93,5% запасов богатых  железных руд сосредоточена в  Белгородской области, остальные в  Курской и Орловской областях. Дальние перевозки повышают стоимость  железорудного сырья для потребителей.

     На  дальнейший рост затрат в переработку  руд сказывается постоянное ухудшение  горно-геологических и горнотехнических условий эксплуатации рудников как  с открытыми, так и с подземными способами разработки. Важнейшими из них являются углубление горных работ, вызывающее: увеличение объемов скальной горной массы и транспортировки  ее при открытых горных работах; ухудшение условий работы людей и обслуживания оборудования; увеличение горного давления на подземных рудниках.

     В ближайшей перспективе средняя  глубина 20 действующих железорудных карьеров, доля которых по объемам  горной массы составит 80%, достигнет  примерно 400 м, т.е. увеличится в 1,8 раза. Максимальная же глубина карьеров превысит 500 м; доля скальной горной массы возрастет до 90% и выше от количества добываемой руды, что приведет к дальнейшему росту затрат на добычу руд.

     За  счет того, что был выбран экстенсивный путь развития железорудной подотрасли, начиная с шестидесятых годов  наблюдается постоянный рост удельных капитальных вложений на единицу  прироста производства товарной железной руды (табл.6). Снижение эффективности  капитальных вложений объясняется  тем, что увеличение масштабов производства за счет строительства новых и  расширения действующих предприятий  шло путем вовлечения в разработку месторождений с более сложными горно-геологическими условиями, более  низким содержанием железа в добываемой руде, быстрым понижением горных работ. Это требовало постоянного ввода  новых мощностей для поддержания банк дипломных производства на действующих предприятиях.

     Исследования  показывают, что рост требований к  железорудному сырью доменной плавки, обусловленный необходимостью экономии кокса и растущим объемом доменных печей, сопровождается постоянным ухудшением качества запасов железных руд. В  то время как для плавки требуется  сырье с массовой долей железа около 60 %, в добываемой руде оно составляет в среднем 35,9%. С течением времени  эти показатели имеют тенденцию  к ухудшению.

Таблица 3. Динамика изменения качества (% Fe) сырой руды (числитель) и концентратов (знаменатель) по горно-обогатительным комбинатам Росси 

     Соответственно  росту объемов производства концентрата, неуклонно возрастали объемы производства окускованного сырья - агломерата и  окатышей. Все это требовало постоянного  увеличения капитальных и текущих  затрат в подготовку сырья к доменной плавке.

     Анализ  проведен для стабильного периода  развития экономики, но можно с уверенностью сказать, что тенденция роста  экономических затрат в подготовку железорудного сырья существует сегодня и сохранится на перспективу. Дополнительные затраты в повышение  качества сырья оправдываются сейчас и вероятнее всего будут оправдываться  в доменном переделе в будущем  в связи с ростом стоимости  коксующихся углей и кокса. В  противном случае усложнение схем рудоподготовки было бы экономически неэффективно. Однако абсолютный уровень затрат на производство чугуна, будет неуклонно возрастать, несмотря на научно-технический прогресс в железорудном и доменном производствах. Исследование этого вопроса проводилось  на основе фактических данных работы доменной печи №6 Новолипецкого металлургического  комбината за период с 1975 г. до января 1998 г.

  Иррационального использования железорудной базы страны из-за невозобновляемости запасов минерального сырья, с другой. При существующих значительных масштабах добычи железных руд и постоянном росте затрат на железорудную продукцию решение задачи снижения потерь железа становится особенно актуальным.

     Необходимо  также отметить другие последствия  увеличения содержания железа в шихте. Речь идет о необходимости иметь  при этом благоприятное соотношении  шлакообразующих оксидов, обеспечивающих получение чугуна и шлака надлежащего  состава. В настоящее время при  обогащении руд имеются технические  возможности получения концентратов с содержанием железа 68-70%. Однако их использование, в ряде случаев  ограничивается технологическими факторами  доменного процесса и зависит  от природных свойств руды, в частности, от химического состава шлакообразующих  оксидов и характера его изменения  в процессе рудоподготовки.

     Известно, что увеличение содержания железа в  шихте более эффективно при низком его исходном уровне. При высоком  исходном содержании железа и соответственно малом выходе шлака затруднены процессы десульфурации чугуна и усиливается  отрицательное влияние колебания  химического состава на тепловой режим плавки.

     Практика  подтвердила установленное в  основном трудами отечественных  ученых верхнее ограничение обогащения железных руд - 66 - 67 % железа в концентрате. Превышение этой величины приводит к  снижению прочностных свойств (особенно при восстановительно-тепловой обработке) агломерата и окатышей с соответствующими последствиями для доменной плавки. Эти вопросы широко освещены в  специальной литературе.

     Таким образом, оправданное в целом  для доменных печей стремление к  повышению содержания железа в товарной руде, в силу особенностей отечественной  железорудной базы, отрицательно сказывается  на рациональном и экономически эффективном  использовании последней. Содержание металлов в отвалах может превышать  их содержание в рудниках. Кроме  того, в силу технологических особенностей доменной плавки необходима оптимальная  степень обогащения.

     На  железорудных предприятиях особое беспокойство вызывает проблема, связанная с хранением  все увеличивающегося количества хвостов  обогащения и вскрышных пород. Затраты  на эти технологические процессы начинают в ряде случаев преобладать  над затратами на основные технологические  процессы. Капитальные вложения в  хвостовые хозяйства приближаются к затратам на сооружение фабричных  комплексов. В настоящее время  в отвалах и хвостохранилищах ГОКов заскладировано более 1,7 млрд. м3 вскрышных пород и 400 млн. т отходов  обогатительных фабрик. Кроме того, попутно добываются и складируются в отвалы окисленные кварциты в количестве до 10 млн.т ежегодно (Михайловское месторождение). Существующие горнообогатительные  комбинаты будут функционировать 80 - 100 лет. За этот период отходы только действующих предприятий составят 4,0 млрд. м3 вскрышных пород и более 3,5 млрд.м3 хвостов, для складирования  которых потребуется отчуждение многих тысяч гектаров земли.

     Горнорудная промышленность относится к числу  наиболее капиталоемких отраслей промышленности с весьма длительным инвестиционным циклом (15-20 лет) и низкой рентабельностью (5-6%) . Специфика отрасли заключается  в том, что мощности горных предприятий  постоянно выбывают по мере отработки  запасов руды, поэтому инвестиционный процесс должен быть непрерывным  и обеспечивать ввод новых мощностей  по добыче руды взамен выбывающих.

     Исходя  из изменяющейся экономической ситуации, промышленная ценность подавляющего большинства  месторождений требует переоценки. Укрупненные расчеты показывают, что количество "активных", экономически рентабельных запасов снижается  на 30-50% .