2. Анализ возможностей  дальнейшего увеличения  объемов доменного  производства

     Несмотря  на происходящие изменения в структуре  мирового производства и потребления  чугуна и стали по отдельным регионам, в целом в мире в ближайшее  десятилетие спрос на сталь будет  по-прежнему высок, при возможном  изменении производимого сортамента.

     В 2008 г. был достигнут рекордный уровень мирового производства чугуна и стали - около 583 млн. т и 795 млн.т соответственно .

     Чугун остается основным полупродуктом для  выплавки стали. Доля чугуна в исходной шихте для производства 1 т стали  составляет в различных регионах мира 51,5-72,4% .Как указывалось, после  2008 г. заканчивается кампания эксплуатации 40-45 крупнейших доменных печей мира. Перед металлургическими компаниями мира встал вопрос об экономической целесообразности проведения капитального ремонта доменных и коксовых печей, фабрик окатышей и дальнейшей эксплуатации всего этого комплекса до 2025-2030 гг.

     Возможны  два принципиальных направления  дальнейшего развития черной металлургии:

1) дальнейшее  увеличение объемов доменного  производства,

2) развитие  новых альтернативных технологий  производства металла. Эволюционное  развитие доменного производства  идет по пути сокращения расхода  кокса - основного энергоносителя, дефицит и стоимость которого  определяет развитие черной металлургии.  Способы экономии кокса сводятся  к сокращению теплопотребности  процессов за счет улучшения  подготовки сырьевых и топливных  компонентов и организации технологического  процесса. А также к замене  тепла и восстановительного потенциала  газов, образующихся из кокса,  получаемым из менее дефицитных  энергоносителей. 

     По  удельной экономической значимости влияния на длительность эксплуатации доменных печей, себестоимость и  качество чугуна факторы технологии ранжируются в следующем порядке:

1. Качество  кокса; 

2. Качество  железорудной шихты и ее металлургические  характеристики;

3. Техническая  оснащенность и технологический  уровень производства;

4. Другие.

     Удельная  доля расходов на кокс, в стоимости  суммарных затрат на производство проката, как товарной продукции многих металлургических заводов с полным металлургическим циклом, составляет от 15% до 24%. На высокопроизводительных доменных печах качество кокса является основным фактором, ограничивающим улучшение  качества чугуна. Вдувание пылеугольного топлива на многих доменных печах мира следовало только после улучшения металлургических характеристик и стабилизации свойств кокса.

     В получении кокса высокого качества определяющими факторами являются подбор марок, свойств и составов углей.

     Приоритетным  направлением в странах Западной Европы, в Японии и США явилось  повышение качества железорудного  сырья, совершенствование систем загрузки и распределения шихты, повышение  давления на колошнике и температуры  дутья при ограниченном обогащении его кислородом, но с вдуванием  пылеугольного топлива.

     Для первого направления главным  было повышение производительности, а для второго - сокращение затрат на производство. В результате более  высокий суммарный расход технологического топлива (кокса и природного газа) оказался на доменных печах отечественных  заводов.

     Среди мер, предпринимаемых для повышения  эффективности выплавки чугуна в  мировой практике можно выделить следующие:

1. Увеличение  объема доменных печей. 

     Это мероприятие увеличивает единичную  мощность агрегата и влечет за собой  снижение расхода кокса, эксплуатационных затрат, повышение эффективности  управления производством.

     Однако  на практике, крупные печи, в ряде случаев не достигают проектного уровня технико-экономических показателей  из-за недостаточного качества шихтовых материалов. Влияние таких факторов, как массовая доля мелких фракций, прочностные  свойства шихты, степень усреднения по химическому составу усиливается  по мере увеличения объема доменной печи. Уровень этих факторов не благоприятствует увеличению объема сверх 3200 м3. Обогащение дутья кислородом и вдувание природного газа.

     Одним из основных мероприятий по снижению расхода кокса являлась разработка технологии доменной плавки с использованием комбинированного дутья, в которой  в качестве дополнительной добавки  применялся природный газ. Применение природного газа имеет несомненные  преимущества потому, что его транспортировка, подготовка к сжиганию, ввод в доменную печь и организация сжигания технически не сложны, а капитальные затраты  на сооружение установок в 3-4 раза ниже, чем при вдувании угольной пыли и  других видов топлива. Поэтому увеличение расхода природного газа совместно  с повышением концентрации кислорода  в дутье являлось перспективным  направлением в развитии доменного  производства. Однако оказалось, что  с увеличением расхода природного газа падает экономическая эффективность  его применения. Предельные величины эффективной подачи углеводородного  топлива определяются полнотой сгорания их в фурменных очагах. Как показали исследования, часть углеводородов может подвергаться пиролизу, в результате которого выделяется сажа и поглощается тепло. В результате снижается коэффициент замены кокса природным газом и осложняется работа горна печи.

     С точки зрения экономики страны использование  природного газа в качестве энергоносителя возможно лишь при разбалансированных ценах на энергоносители (на мировом  энергетическом рынке цены на газ  в пересчете на 1 т условного  топлива на 30 - 40 % превышают цены на уголь, в России же газ в 1,5-2 раза дешевле угля ). Повышение цен  на природный газ сделает его  применение экономически неэффективным  в России, как это произошло  на металлургических предприятиях Украины . На Западе и в Японии применение природного газа в доменных печах  практически отсутствует.

     Обогащения  дутья кислородом теряет свое значение в условиях спада производства в  металлургической отрасли. Повышение  концентрации кислорода в дутье  было оправдано лишь в условиях затратной  экономики, когда наращивание объема производства нередко достигалось любой ценой. При неполной загрузке мощностей это становится не выгодным. Глубокое обогащение дутья кислородом (35 - 40 %) не только не обеспечивает экономии топлива в доменных печах, но и приводит к его росту .

     В перспективе следует ожидать  снижения применения кислорода и  природного газа в доменном производстве. В этом основная роль будет принадлежать приближению к мировым цен  на природный газ и электроэнергию.

2.1. Вдувание пылеугольного топлива (ПУТ).

     Наиболее  перспективным видом вдуваемого топлива является пылеугольное топливо. В настоящее время, при сложившемся  уровне цен на коксующиеся и энергетические угли и имеющихся ресурсах последних, использование на доменных печах  пылеугольного топлива весьма перспективно. Оно является наиболее дешевым заменителем  кокса и готовится из недорогих  и недефицитных марок угля.

     Недостатком пылеугольного топлива, по сравнению  с природным газом, является его  сернистость, плохая транспортабельность, необходимость существенных капитальных  затрат на строительство и эксплуатацию установок для вдувания в печь. Количество ПУТ, вдуваемое через  фурмы, ограничивается неполнотой его  сжигания. Это приводит к отложению  твердых углеродистых частиц и сажевыделению  в околофурменном пространстве. Последующее  образование вязких шлаковых масс, загромождающих горн и вызывающих прогары  воздушных фурм, ограничивает содержание золы в используемых углях 10%. Это  сдерживает широкое применение пылеугольного  топлива, несмотря на разработку промышленных установок и освоение технологии его вдувания. В России это связано в настоящее время главным образом с низкими ценами на природный газ.

     Недостатками  пылеугольного топлива также  являются: дорогостоящая система  приготовления и подачи в доменные печи, возможность ухудшения экологической  ситуации при транспортировании  и приготовлении, а также от неполноты  сжигания при плавке, высокая степень  абразивности трассы и устройств  подачи, сложность в регулировании  распределения пылеугольного топлива  по воздушным фурмам .

     Дальнейшая  интенсификация работы доменных печей  сдерживается недостаточно быстрым  и эффективным улучшением подготовки железорудной шихты и качеством  кокса.

     Совокупность  известных и разрабатываемых  мероприятий по совершенствованию  доменного процесса позволит улучшить показатели доменной плавки примерно в 1,5 раза, достигнув удельной производительности 3,5 - 4 т / (м³  сут) и расхода кокса 250 - 300 кг / т чугуна, что близко к предельным возможностям доменного процесса .

     Все это соответствует одному из принципов, относящихся к процессам усвоения тепла в печи, сформулированным еще  М. А. Павловым, который обобщил положение, высказанное ранее Р. Окерманом: "Всякая причина, уменьшающая расход тепла в доменной плавке, дает тем  больше сбережения горючего, чем меньше был коэффициент полезного действия тепла в доменной печи".

     Из  этого принципа вытекает важное следствие  о меньшей эффективности каждого  последующего шага в улучшении процесса теплоусвоения по сравнению с  предыдущим, что полностью соответствует  изменению характера теплообменных  процессов в печи.

     Проведенное исследование свидетельствует о  том, что хотя технические резервы  совершенствования доменного процесса еще достаточно велики, большая часть  пути эволюционного развития доменного  процесса уже пройдена. Оставшаяся меньшая часть характерна возрастающими  трудностями дальнейшего совершенствования  процесса, природа которых присуща  всем техническим системам, не преодоление  которых требуются значительные инвестиции.

2.2. Экономический анализ  состояния развития  альтернативных процессов

     Технико-экономические  показатели доменного процесса, характеризующие  работу доменной печи, - это производительность, коэффициент использования полезного  объема доменной печи, удельный расход кокса, производительность труда, себестоимость  чугуна. Производительность домны оценивается  массой чугуна (т), получаемого за единицу  времени (сутки, год). Удельный расход кокса на лучших доменных печах мира достигает 360 - 400 кг/т чугуна. Производительность труда выражают годовой выплавкой чугуна, приходящейся на одного работника доменного цеха (т/чел). В себестоимости чугуна основную долю составляют затраты на сырые материалы и топливо (более 92%).

     Одной из основных причин, стимулирующих  в настоящее время развитие различных  способов внедоменной переработки  железных руд, является сокращение запасов  или полное отсутствие в различных  регионах мира коксующихся углей. Поэтому  параллельно с совершенствованием технологии доменной плавки, проводимым с целью снижения расхода кокса, требующим постоянного привлечения  дополнительных инвестиционных средств, происходило развитие альтернативных бескоксовых технологий производства металла. Основная цель этих разработок снижение капиталоемкости и себестоимости  конечного продукта, за счет использования  менее подготовленных и соответственно более дешевых руды и топлива.

     Производство  черных металлов базируется на двух основных источниках: восстановление железа из первичного сырья, в основном из железных руд, и регенерация железа из вторичного сырья - металлического лома и железосодержащих отходов.

     Использование металлолома в черной металлургии  имеет большое экономическое  значение, поскольку позволяет выплавлять сталь без затрат на добычу и подготовку руды, выплавку чугуна, добычу, обогащение угля и производство кокса, ограничиваясь  издержками на сбор и подготовку металлолома, которые в 4-5 раз (по другим данным в 5-10 раз) ниже затрат на производство чугуна из руды, не считая значительной экономии расходов, связанных с экологической  защитой.

     Но  в последние годы с целью уменьшения размеров и массы изделий, традиционно  изготовляемых из черных металлов, для повышения их функциональных свойств, все шире используется при  их производстве комбинирование с альтернативными  материалами. Увеличивается доля листовой стали с оловянным, цинковым и  другими покрытиями. Все эти мероприятия  снижают качество лома, так как  при существующих процессах выплавки стали практически невозможно удалить  из металла медь, олово и другие примеси цветных металлов, ухудшающих пластические характеристики проката. При многократном повторении цикла  регенерации металлолома происходит накопление в нем примесей цветных  металлов, что может сделать использование  его проблематичным при производстве качественного металлопроката.

     В ближайшем будущем доля отходов  и лома, образующегося при металлообработке, сократится вследствие ее совершенствования, а объемы амортизационного лома, являющегося  главным источником загрязнения  стали посторонними примесями, возрастут. Для сохранения качества стали, появляется необходимость "разбавлять" лом металлом гарантированной чистоты и степень разбавления тем выше, чем выше качество выплавляемой стали, что ведет к росту стоимости стали, получаемой на основе металлолома.