ИТС 26-2022. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Производство чугуна, стали и ферросплавов

(утв. Приказом Росстандарта от 16.12.2022 N 3196)

ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ АКТОВ

flowchart LR
  n0["ИТС 26-2017"]:::rst
  click n0 "https://bukva.ai/docs/spravochnik-its-26-2017" "ИТС 26-2017. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Производство чугуна, стали и ферросплавов (утв. Приказом Росстандарта от 15.12.2017 N 2836)"
  n1["ИТС 26-2021"]:::rst
  click n1 "https://bukva.ai/docs/spravochnik-its-26-2021" "ИТС 26-2021. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Производство чугуна, стали и ферросплавов (утв. Приказом Росстандарта от 22.12.2021 N 2960)"
  n2["ИТС 26-2022"]:::rst
  click n2 "https://bukva.ai/docs/spravochnik-its-26-2022" "ИТС 26-2022. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Производство чугуна, стали и ферросплавов (утв. Приказом Росстандарта от 16.12.2022 N 3196)"
  n3["ИТС 26-2026"]:::doc
  click n3 "https://bukva.ai/docs/spravochnik-691" "ИТС 26-2026. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Производство чугуна, стали и ферросплавов (утв. Приказом Росстандарта от 10.04.2026 N 691)"
  n2 --> n3
  n1 --> n2
  n0 --> n1
classDef rst fill:#FFEBEB,stroke:#8B0000,color:#000;
classDef doc fill:#EBFFEB,stroke:#006400,color:#000;
classDef notEnt fill:#FFFFEB,stroke:#FF8C00,color:#000;

Утвержден Приказом Росстандарта от 16 декабря 2022 г. N 3196

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА, СТАЛИ И ФЕРРОСПЛАВОВ

Production of iron, steel and ferroalloys

ИТС 26-2022

Дата введения 1 января 2023 года

Введение

Наилучшая доступная технология - технология производства продукции (товаров), выполнения работ, оказания услуг, определяемая на основе современных достижений науки и техники и наилучшего сочетания критериев достижения целей охраны окружающей среды при условии наличия технической возможности ее применения.

Наилучшая доступная технология определяется в информационно-техническом справочнике и является инструментом технологического нормирования, применяемого к субъектам хозяйствования, отнесенным к 1 категории объектов негативного воздействия.

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям "Производство чугуна, стали и ферросплавов" (далее - справочник НДТ) представляет собой документ национальной системы стандартизации Российской Федерации, разработанный в результате анализа технологических, технических и управленческих решений, применяемых для обеспечения высокой ресурсоэффективности и экологической результативности производства чугуна, стали и ферросплавов.

Справочник НДТ разработан взамен ИТС 26-2021 "Производство чугуна, стали и ферросплавов" в соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации от 10 июня 2022 г. N 1537-р "Об утверждении поэтапного графика актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям" [1].

Структура настоящего справочника НДТ соответствует ГОСТ Р 113.00.03-2019 [2], формат описания технологий - ГОСТ Р 113.00.04-2020 [3], термины и определения приведены в соответствии с ГОСТ Р 56828.15-2016 [4].

Краткое содержание справочника

Введение. Во введении приводится краткое содержание справочника НДТ.

Предисловие. Указана цель разработки справочника НДТ, его статус, законодательный контекст, краткое описание процедуры создания в соответствии с установленным порядком, а также взаимосвязь с аналогичными международными документами.

Область применения. Описаны основные виды деятельности, на которые распространяется действие справочника НДТ и приведен перечень справочников НДТ, с которыми в той или иной степени связан настоящий справочник НДТ.

В разделе 1 представлен обзор состояния и дана оценка уровня развития в Российской Федерации производства чугуна, стали и ферросплавов. Охарактеризована структура отрасли. Описаны крупные интегрированные холдинги вертикального и горизонтального типа. Приведена оценка сырьевой базы черной металлургии в Российской Федерации. Описаны основные тенденции и прогнозные параметры развития отрасли.

В разделе 2 представлены сведения о технологических процессах, получивших распространение в производстве:

• агломерата из железных руд;
• кокса и полукокса, бурого угля (лигнита) или торфа, угля ретортного;
• чугуна зеркального и передельного в чушках, болванках и прочих первичных формах;
• ферросплавов, включая: ферросилиций, силикокальций, силикомарганец, электроферромарганец, ферровольфрам, ферромолибден, феррованадий, пятиокись ванадия, феррониобий, ферротитан, ферробор, силикоцирконий, феррофосфор, ферроманганофосфор, феррохром, ферросиликохром, ферросиликомарганец, ферромарганец, ферросплавы и лигатуры;
• стали нелегированной в слитках или прочих первичных формах и полуфабрикатов из нелегированной стали;
• стали нержавеющей в слитках или прочих первичных формах и полуфабрикатов из нержавеющей стали;
• стали легированной прочей в слитках или в прочих первичных формах и полуфабрикатов из прочей легированной стали.

Описаны системы менеджмента, а также приведены доступные сведения об экономических характеристиках программ модернизации производства, направленных на достижение технологических показателей, соответствующих показателям наилучших доступных технологий, а также программ в области охраны окружающей среды, имеющих отношение к переходу предприятий на принципы наилучших доступных технологий.

В разделе 3 дана оценка уровней эмиссий в окружающую среду, а также при доступности соответствующей информации показателей потребления природных ресурсов, характерных для производства чугуна, стали и ферросплавов. При подготовке раздела использованы результаты анкетирования российских предприятий и приняты во внимание сведения, приведенные в справочном документе Европейского Союза (European Commission. Best Available Techniques Reference Document for Iron and Steel Production, 2012) и Заключении по наилучшим доступным технологиям для производства чугуна и стали (BAT Conclusions for Iron and Steel Production, Official Journal of the European Union, L70, v. 55, March 2012).

В разделе 4 описаны особенности подходов, использованных при разработке данного справочника НДТ в части идентификации НДТ, в целом соответствующих Правилам определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям (утверждены постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. N 1458) и Методическим рекомендациям по определению технологии в качестве наилучшей доступной технологии (утверждены приказом Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 31 марта 2015 г. N 665).

В разделе 5 кратко описаны наилучшие доступные технологии производства чугуна, стали и ферросплавов, в том числе инструменты систем экологического и энергетического менеджмента; технологические и технические решения, направленные на повышение экологической результативности и ресурсоэффективности производства чугуна, стали и ферросплавов.

В разделе 6 представлены краткие сведения о новых технологических, технических и управленческих подходах, направленных на повышение экологической результативности и ресурсоэффективности производства чугуна, стали и ферросплавов, которые находятся в стадии разработки или имеют ограниченное применение.

Заключительные положения и рекомендации. В разделе приведены сведения о членах технической рабочей группы, принимавших участие в разработке настоящего справочника НДТ. Даны рекомендации предприятиям по применению справочника НДТ и развитию работ по систематизации сведений об экологической результативности и ресурсоэффективности производства, направлениях улучшения показателей НДТ.

Приложения. Приведены перечень маркерных загрязняющих веществ, перечень технологических показателей, перечень НДТ, сведения о ресурсной (в том числе энергетической) эффективности, индикативные показатели удельных выбросов парниковых газов, а также "Заключение по наилучшим доступным технологиям" для рассматриваемой отрасли промышленности.

"Заключение по наилучшим доступным технологиям" включает части ИТС НДТ, содержащие:

• область применения;
• описание НДТ, уровни эмиссий, соответствующие НДТ (технологические показатели), а также информацию, позволяющую оценить их применимость;
• методы производственного экологического контроля (прежде всего подходы к организации измерений, в том числе касающиеся систем автоматического контроля).

Заключение по наилучшим доступным технологиям сформировано для использования заинтересованными лицами, в том числе промышленными предприятиями, при формировании заявок на комплексные экологические разрешения, а также надзорными органами при выдаче комплексных экологических разрешений и является кратким описанием основных положений ИТС НДТ, включая описание наилучших доступных технологий, информации, позволяющей оценить их применимость, уровни эмиссий и потребления ресурсов, методы производственного экологического контроля.

Библиография. В библиографии приведен перечень основных источников информации, использованных при разработке справочника НДТ.

Предисловие

Цели, основные принципы и порядок разработки информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям установлены постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. N 1458 [5]. Перечень областей применения наилучших доступных технологий определен распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. N 2674-р [6].

1 Статус документа

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям (далее - справочник НДТ) является документом по стандартизации.

2 Информация о разработчиках

Справочник НДТ разработан технической рабочей группой "Производство чугуна, стали и ферросплавов" (ТРГ 26), состав которой был утвержден приказом Минпромторга России от 05 апреля 2021 г. N 1191 и актуализирован экспертной группой 26 "Производство чугуна, стали и ферросплавов", состав которой утвержден приказом Аналитического центра устойчивого развития промышленности Минпромторга России от 21 февраля 2022 г. N 106 АЦ.

Перечень организаций, оказавших поддержку разработке справочника НДТ, приведен в разделе "Заключительные положения и рекомендации".

3 Краткая характеристика

Справочник НДТ содержит описание применяемых при производстве чугуна, стали и ферросплавов технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, в том числе позволяющих снизить негативное воздействие на окружающую среду, повысить энергоэффективность, обеспечить ресурсосбережение на предприятиях. Из описанных технологических процессов, оборудования, технических способов, методов (в том числе управления) определены решения, являющиеся наилучшими доступными технологиями (НДТ). Для ряда НДТ в справочнике НДТ установлены соответствующие технологические показатели НДТ.

4 Взаимосвязь с международными и региональными аналогами

Справочник НДТ разработан на основе информации справочника Европейского союза по наилучшим доступным технологиям "Производство чугуна, стали и ферросплавов" (European Commission. Best Available Techniques Reference Document for Iron and Steel Production, 2012) с учетом климатических, экономических и социальных особенностей производства чугуна, стали и ферросплавов в Российской Федерации.

Настоящий справочник НДТ подготовлен в соответствии с Федеральным законом N 219-ФЗ (статья 28.1, пп. 6, 7) по результатам анализа металлургической отрасли в Российской Федерации методом анкетирования, дополнительных запросов и экспертных оценок.

5 Сбор данных

Информация о технологических процессах, оборудовании, технических способах, методах, применяемых при производстве чугуна, стали и ферросплавов в Российской Федерации, была собрана в процессе разработки справочника НДТ в соответствии с Порядком сбора и обработки данных, необходимых для разработки и актуализации информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям и анализа приоритетных проблем отрасли, утвержденным приказом Минпромторга России от 18 декабря 2019 г. N 4841.

6 Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ, разрабатываемыми (актуализируемыми) в соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации от 10 июня 2022 г. N 1537-р "Об утверждении поэтапного графика актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям" [1], приведена в разделе "Область применения".

7 Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие

Справочник НДТ утвержден приказом Росстандарта от 16 декабря 2022 г. N 3196.

Справочник НДТ введен в действие с 01 января 2023 г., официально опубликован в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru).

Область применения

Настоящий справочник НДТ распространяется на следующие основные виды деятельности, определяемые в соответствии с общероссийским классификатором видов экономической деятельности (ОКВЭД 2) ОК 029-2014 (КДЕС Ред. 2) и в соответствии с общероссийским классификатором по видам продукции (ОКПД 2) ОК 034-2014 (КПЕС 2008) (приняты и введены в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 31 января 2014 г. N 14 ст):

• агломерация железных руд;
• производство кокса и полукокса, бурого угля (лигнита) или торфа, угля ретортного;
• производство чугуна зеркального и передельного в чушках, болванках и прочих первичных формах;
• производство ферросплавов, включая ферросилиций, силикокальций, силикомарганец, электроферромарганец, ферровольфрам, ферромолибден, феррованадий, пятиокись ванадия, феррониобий, ферротитан, ферробор, силикоцирконий, феррофосфор, ферроманганофосфор, феррохром, ферросиликохром, ферросиликомарганец, ферромарганец, ферросплавы и лигатуры;
• производство стали нелегированной в слитках или прочих первичных формах и полуфабрикатов из нелегированной стали;
• производство стали нержавеющей в слитках или прочих первичных формах и полуфабрикатов из нержавеющей стали;
• производство стали легированной прочей в слитках или в прочих первичных формах и полуфабрикатов из прочей легированной стали.

Настоящий справочник НДТ также распространяется на процессы, связанные с основными перечисленными выше видами деятельности, которые могут оказать влияние на объемы и состав эмиссий и/или масштабы загрязнения окружающей среды:

• процессы, использующие методы предотвращения и сокращения эмиссий загрязняющих веществ (выбросы в атмосферу и сбросы в водные объекты или канализацию), утилизации отходов;
• деятельность по плавке и/или рафинированию черных металлов из руды, чушек или лома с использованием методов электрометаллургии и прочих металлургических процессов;
• производство сплавов металлов, включая сплавы со специальными свойствами (например, сверхпрочные сплавы), путем добавления в исходный чистый металл прочих химических элементов.

Настоящий справочник НДТ не распространяется на:

• производство изделий дальнейшего передела черных металлов;
• генерацию электрической и тепловой энергии;
• водоотведение и очистку хозяйственно-бытовых стоков;
• деятельность, которая касается исключительно обеспечения промышленной безопасности или охраны труда.

Дополнительные виды деятельности, осуществляемые в рамках горно-металлургического производства, и соответствующие им справочники НДТ, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Дополнительные виды деятельности

Необходимо подчеркнуть, что межотраслевые ("горизонтальные") справочники НДТ носят методический характер, не содержат технологических показателей и не могут быть использованы для определения технологических нормативов для видов деятельности, на которые распространяется действие настоящего справочника НДТ.

Вместе с тем изложенные в межотраслевых справочниках НДТ принципы и подходы приняты во внимание при подготовке настоящего отраслевого справочника НДТ (в частности, при анализе применимости инструментов систем энергетического менеджмента, обсуждении принципов выбора существенных (маркерных) веществ для установления технологических показателей и др.).

Сфера распространения настоящего справочника НДТ приведена в таблице 2.

Таблица 2

Сфера распространения ИТС НДТ

Раздел 1. Общая информация о состоянии и развитии технологий производства чугуна, стали и ферросплавов

1.1 Структура отрасли, количество предприятий отрасли и их географическое расположение

Российская черная металлургия развивается в общемировой системе хозяйственных связей, и ее состояние в значительной степени зависит от тенденций развития мировой металлургии в целом, что позволяет рассматривать Россию как одного из глобальных игроков на мировом рынке металлопродукции.

Отрасль "черная металлургия" состоит из комплекса предприятий по добыче и обогащению руд черных металлов, нерудных материалов, по производству чугуна, стали, проката, стальных труб, метизов, ферросплавов, огнеупоров, кокса, по заготовке и переработке лома и отходов, комплекса предприятий и производств вспомогательного назначения, а также научно-исследовательских и проектных организаций.

В структуру черной металлургии России входят более 1,5 тыс. предприятий, из которых более 70 являются градообразующими. Предприятия металлургии располагаются практически во всех федеральных округах, в 25 краях и областях. Регионы и наименования предприятий черной металлургии представлены в таблицах 1.1, 1.2 и 1.3 [8].

Таблица 1.1

Регионы и наименования предприятий черной металлургии - производителей чугуна

Таблица 1.2

Регионы и наименования предприятий черной металлургии - производителей стали

Таблица 1.3

Регионы и наименования предприятий черной металлургии - производителей готового проката

В черной металлургии сформировалось десять крупных интегрированных холдингов вертикального и горизонтального типа, объединяющих предприятия по всей технологической цепочке производства от добычи угля и руды, и их переработки до инфраструктурных подразделений, включая ломопереработку, энергетику, порты и железнодорожный транспорт. Крупные холдинги черной металлургии России приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4

Крупные холдинги черной металлургии России

Такая интеграция позволяет уменьшить риски как на внутреннем, так и на внешнем рынках, оптимизировать инвестиционную политику и обеспечивать собственную сырьевую безопасность. Холдинги активно развивают собственные сервисные службы по металлообработке и торговле готовой металлопродукцией в различных регионах страны и мира.

Предприятия холдингов производят 98% чугуна, более 90% стали и проката и 79% труб.

1.2 Основная и побочная продукция, выпускаемая отраслью

Главная цель металлургического предприятия - это выпуск металлопродукции, удовлетворяющей своими физическими, химическими, механическими и иными свойствами требованиям, которые установлены действующими нормативными документами по стандартизации.

Продукция черной металлургии подразделяется на основную и побочную.

Основная продукция - это та, получение которой является главной целью производства, побочная - это другие продукты, которые образуются одновременно с основной продукцией.

Таким образом, основной продукцией является:

• в доменном производстве - чугун;
• в сталеплавильном производстве - сталь;
• в прокатном производстве - прокат.

В зависимости от назначения выплавляют чугуны различных видов:

• передельные для сталеплавильного производства, в том числе фосфористые, высококачественные;
• для литейного производства (содержание углерода в пределах 3,4 - 4,5%);
• специального назначения (чугуны с шаровидным графитом);
• зеркальные чугуны (содержание марганца от 10% до 25%).

Химический состав передельного чугуна для сталеплавильного и литейного производства приведен в таблице 1.5.

Таблица 1.5

Химический состав передельного чугуна для сталеплавильного и литейного производства (передельный чугун изготовляют с массовой долей углерода от 0,4% до 4,5%)

Побочным продуктом является:

• в доменном производстве - доменный газ, шлак, шламы, пыль колошниковая и от установок аспирации;
• в сталеплавильном производстве - шлак, шламы, пыль от установок аспирации, лом футеровок, отсев известняка и доломита, отсев извести;
• в прокатном производстве - обрезь металлопродукции, окалина, шламы, пыль от установок аспирации, лом футеровок.

Большинство образующихся побочных продуктов может возвращаться в технологический процесс через агломерационное, доменное и сталеплавильное производства, при этом доля утилизации вторичных ресурсов может достигать 95 - 98%, что позволяет обеспечить экономию первородного сырья и топлива и улучшить экологическую обстановку вокруг металлургических предприятий.

Часть побочной продукции имеет определенные свойства и поставляется на рынок по нормативным документам по стандартизации.

Учет продукции осуществляется в стоимостном, а также натуральном и условно-натуральном выражении.

1.3 Использование производственных мощностей предприятий отрасли

В 2020 г. использование мощностей по производству готового проката составило 81,0%, по производству стали - 85,8%, по производству чугуна - 83%. Данная загрузка производственных мощностей сопоставима с показателями основных зарубежных металлургических компаний-производителей черных металлов.

1.4 Основные экономические показатели отрасли, доля в ВВП и промышленном производстве, объемы экспорта/импорта

В настоящее время черная металлургия, являясь одной из базовых отраслей, вносит существенный вклад в экономику России.

По материалам Росстата в 2020 г. доля черной металлургии составляла: в ВВП страны - около 1,4%, в промышленном производстве - 5,7%, в валютных поступлениях в экономику России - 5,7%. Как потребитель продукции и услуг субъектов естественных монополий черная металлургия использует 11,5% электроэнергии, более 17,3% природного газа в промышленном производстве России, ее доля в грузовых железнодорожных перевозках составляет 16,7%.

Вклад черной металлургии в экономику России в 2020 г. показан на рисунке 1.1, (доли в %).

а - в ВВП, б - в грузовых железнодорожных перевозках, в - в промышленном производстве, г - в валютных поступлениях в экономику России, д - в потреблении природного газа в промышленном производстве России, е - в потреблении электроэнергии в промышленном производстве России

Рисунок 1.1 - Вклад черной металлургии в экономику России в 2020 г., доли, %

Начиная с 2000 г., тенденции развития отечественной черной металлургии кардинально изменились: объем инвестиций в 2020 г. вырос почти в 13 раз по сравнению с 2000 г., общий объем инвестиций в отрасль за период 2000 - 2020 гг. составил около 2,96 трлн. руб. Динамика инвестиций в черную металлургию России представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Динамика инвестиций в черную металлургию России [10, 11]

Благодаря инвестициям, износ основных средств снизился с 53,5% - в 2000 г. и до 42% [11] - в настоящее время.

Россия занимает 4-е место в мире по производству стали (уступая Китаю, Японии, Индии), 2-е место - по производству стальных труб (уступая Китаю), 3-е место - по экспорту металлопродукции (уступая Китаю и Японии), 5-е место - по производству товарной железной руды (после Китая, Австралии, Бразилии и Индии).

1.5 Основные схемы производства стали. Объем выпуска металлургической продукции

1.5.1 Производство металлопродукции на интегрированном предприятии

Общая схема производства продукции на интегрированном металлургическом предприятии (или предприятии полного цикла) включает следующие переделы:

• агломерационное производство;
• коксохимическое производство;
• доменное производство;
• сталеплавильное производство;
• прокатное производство.

Некоторые интегрированные предприятия имеют также мощности по производству ферросплавов, извести металлургической, иное.

Агломерационное и коксохимическое производства являются производителями основных компонентов для доменного производства - агломерата и кокса.

Доменное производство специализируется на выпуске чугуна, который является не только полуфабрикатом для сталеплавильного производства, но и товарной продукцией первого передела.

Сталь, получаемая в сталеплавильном производстве при продувке жидкого чугуна и металлолома технически чистым кислородом, разливается в непрерывнолитые слябы и слитки, которые в дальнейшем используются для производства проката, а также являются товарной продукцией второго передела.

Прокатное производство представлено производством горячекатаного проката и холоднокатаного проката.

Схема производства металлопродукции на интегрированном предприятии представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Схема производства металлопродукции на интегрированном предприятии

1.5.2 Производство металлопродукции на мини-заводах

С середины 1980-х гг. в практику металлургического производства прочно вошло понятие мини-заводы, которые стали успешно конкурировать с заводами полного цикла.

Современное содержание понятия мини-завод включает в себя минимальные затраты на производство, минимальные эмиссии в окружающую среду, минимальные простои оборудования и агрегатов, минимальный производственный цикл при максимальной производительности. Обычно к этой категории относят заводы с объемом производства 0,1...2 млн т стали/год. Эти предприятия работают на металлическом ломе, поэтому производство проката начинается с подготовки лома и выплавки стали.

Мини-завод - это комплекс, включающий следующее оборудование: электродуговая печь, агрегаты внепечной обработки, машина непрерывной разливки стали и группа прокатных станов.

Технологическая схема производства мини-завода представлена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Технологическая схема производства мини-завода [12]

1.5.3 Основные отраслевые показатели

Динамика производства продукции

Номенклатура продукции черной металлургии России включает около 4 тыс. горячекатаных сортовых профилей, 20 тыс. типоразмеров листа, 2 тыс. гнутых и фасонных профилей, 30 тыс. профилеразмеров труб и 50 тыс. типоразмеров метизов.

Вся эта продукция состоит более чем из 2500 марок стали и сплавов; производится около 14 млн маркопрофилеразмеров.

Динамика производства основных видов продукции черной металлургии в России представлена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 - Динамика производства основных видов продукции черной металлургии в России [10, 11]

Чугун выплавляется в доменных печах. Средняя удельная производительность доменных печей за период 2000 - 2016 гг. увеличилась на 19% и сохранилась на этом уровне до 2020 г.

Сталь производится в конвертерах - 64,4%; в электропечах - 33,7%; в мартеновских печах - 1,9%. Динамика выплавки стали по видам производства в России представлена на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 - Динамика выплавки стали по видам производства в России [10, 11]

Изменения за период 2000 - 2020 гг. в сортаменте производимого готового проката в целом по отрасли характеризуются следующими данными, представленными в таблице 1.6.

Таблица 1.6

Сортамент производимого готового проката

Увеличились объемы производства листового проката и холоднокатаного листа, в 4 раза выросла доля листового проката с покрытиями. Это явилось следствием реализации инвестиционных проектов на ПАО "ММК", ПАО "Северсталь" и ПАО "НЛМК".

Динамика укрупненной структуры производства готового проката за период 2007 - 2020 гг. показана на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 - Динамика укрупненной структуры производства готового проката [10, 11]

Производство, экспорт, импорт и потребление готового проката в РФ иллюстрируется динамикой производства проката и объемами его потребления, представленной в таблице 1.7.

Таблица 1.7

Производство, внешняя торговля и потребление готового проката в 2000 - 2020 гг. [10, 11]

Производство и потребление ферросплавов

Ферросплавы - это сплавы железа с другими элементами (Cr, Si, Mn, Ti и др.), применяемые главным образом для раскисления и легирования стали (например, феррохром и ферросилиций). К ферросплавам условно относят также некоторые сплавы, содержащие железо лишь в виде примесей (силикокальций, силикомарганец и др.), и некоторые металлы и неметаллы (Mn, Cr, Si) с минимальным содержанием примесей.

Ферросплавы получают из руд или концентратов в электропечах или плавильных шахтах (горнах). Использование легирующего элемента в виде ферросплава при легировании и раскислении стали и сплавов повышает его усвоение расплавом, а также снижает угар.

Виды ферросплавов, применяемые при выплавке стали различного назначения:

• кремнистые ферросплавы;
• хромистые ферросплавы;
• марганцевые ферросплавы;
• ферровольфрам;
• ферромолибден;
• феррованадий;
• феррониобий;
• ферротитан и титансодержащие сплавы;
• ферробор и лигатуры с бором;
• сплавы с алюминием;
• сплавы с редкоземельными металлами;
• ферросиликоцирконий,
• ферроалюмоцирконий;
• ферроникель;
• феррокобальт.

К наиболее массовым видам ферросплавов относятся марганцевые и хромистые ферросплавы, а также ферросилиций.

Основные характеристики марганцевых и хромистых ферросплавов, а также ферросилиция приведены в таблицах 1.8, 1.9 и 1.10 соответственно.

Таблица 1.8

Основные характеристики марганцевых ферросплавов

Таблица 1.9

Основные характеристики хромистых ферросплавов

Таблица 1.10

Основные характеристики ферросилиция

Ежегодно в мире производится около 35 - 37 млн т ферросплавов. Основным сегментом среди производимых ферросплавов является феррохром, доля в объемах производства которого в мире составляет свыше 27%. На втором месте по объемам силикомарганец, доля которого - около 33% в мировом производстве. Третье место занимает ферросилиций, с долей около 19% в мировом производстве, а на четвертом месте - ферромарганец с долей около 14%. В России среди производимых ферросплавов основным сегментом является ферросилиций. Второе место по объемам производства занимает феррохром, ферромарганец находится на третьем.

Среди стран основных производителей ферросплавов необходимо отметить в первую очередь Китай (с долей в мировых объемах свыше 46%) и ЮАР (с долей около 15%). Крупными производителями также являются Бразилия, Индия, Япония, Норвегия, Франция и Россия, доля которой в мировом производстве составляет около 6%.

Потребление основных видов ферросплавов в РФ приведено в таблице 1.11.

Таблица 1.11

Потребление ферросплавов в РФ, тыс. т

Основным российским производителем ферросплавов является АО "Урало-Сибирская металлургическая компания" (УСМК). Головное предприятие холдинга - АО "Челябинский электрометаллургический комбинат" (АО "ЧЭМК"), выпускающий все крупнотоннажные ферросплавы. В состав холдинга также входят АО "Кузнецкие ферросплавы" (АО "КФ", г. Новокузнецк Кемеровской обл.), АО "Серовский завод ферросплавов" (АО "СЗФ", г. Серов Свердловской обл.). В свою очередь в состав АО "КФ" как обособленное подразделение входит Юргинский ферросплавный завод (г. Юрга). В состав АО "ЧЭМК" входят горнодобывающие предприятия: АО "Сарановская шахта "Рудная" (месторождения хрома - Главное Сарановское, Сарановская группа россыпей, Южно-Сарановское, Малый Пестерь), месторождения марганца (Парнокское) и хрома (Центральное, N 214, Енгайское III). Предприятия холдинга совокупно производят 73% всех ферросплавов в России.

Вторым по объему производства ферросплавов в России (7,2%) является АО "Саткинский чугуноплавильный завод" (г. Сатка Челябинской обл.), специализирующийся на выпуске высокоуглеродистого ферромарганца в доменных печах.

Третьим по объему производства ферросплавов в России (5,0%) является ООО "Братский завод ферросплавов" (ООО "БЗФ", г. Братск Иркутской обл.). Основными видами продукции завода являются ферросилиций и микрокремнезем. Входит в состав группы Мечел.

Следующим по объему производства ферросплавов в России (4,8%) является ООО "Тихвинский ферросплавный завод" (ООО "ТФЗ", г. Тихвин Ленинградской обл.), специализирующийся на производстве высокоуглеродистого феррохрома. Собственником является турецкая частная промышленная группа Yildirim, объединяющая горнодобывающие, ферросплавные предприятия, предприятия по производству удобрений, торговые и транспортные фирмы.

Замыкает пятерку лидеров (4,2%) ПАО "Косогорский металлургический завод" (ПАО "КМЗ", г. Тула), основной продукцией которого является чугун и ферромарганец.

ООО "Западно-Сибирский электрометаллургический завод" (ООО "ЗСЭМЗ", г. Новокузнецк Кемеровской обл.) относится к группе компаний ООО "УК "Сибирская горно-металлургическая компания" (СГМК). Производит силикомарганец и ферросилиций. Доля в общем объеме производства ферросплавов в России составляет 2,8%.

Важнейшим является ПАО "Ключевский завод ферросплавов" (ПАО "КЗФ", п. Двуреченск Свердловской обл.) с долей производства около 1%. Относится к группе компаний АО "УК "РосСпецСплав-группа МидЮрал". В номенклатуре завода присутствуют следующие ферросплавы: хром металлический алюминотермический, феррохром низкоуглеродистый и высокоуглеродистый, ферробор, ферротитан, феррониобий, ферросиликоцирконий, модификатор магнийсодержащий, лигатуры с редкоземельными металлами, лигатуры на основе ниобия и никеля и др.

Производством ферросилиция в России занимаются АО "Кузнецкие ферросплавы" (54% объема производства внутри России), АО "Челябинский электрометаллургический комбинат" (24%), АО "Серовский завод ферросплавов" (5%), ООО "Братский завод ферросплавов" (8%), ООО "Западно-Сибирский электрометаллургический завод", ПАО "Новолипецкий металлургический комбинат". Объем производства ферросилиция достигает 840 - 940 тыс. т в год, из них от 360 до 600 тыс. т отправляют на экспорт. Небольшие объемы импорта - 16 - 30 тыс. т в год - представляют собой трансграничные местные сделки.

Основными производителями феррохрома в России являются АО "Челябинский электрометаллургический комбинат", ООО "Тихвинский ферросплавный завод", АО "Серовский завод ферросплавов", АО "Ключевский завод ферросплавов", АО "Новотроицкий завод хромовых соединений", ООО "НСплав". Хром металлический производят: АО "Новотроицкий завод хромовых соединений", АО "Ключевский завод ферросплавов", АО "Полема", ООО "НСплав". Объем производства феррохрома достигает 350 - 430 тыс. т в год, из них до 80 тыс. т низкоуглеродистого феррохрома, 20 - 24 тыс. т хрома металлического. Большую часть феррохрома (100 - 300 тыс. т) направляют на экспорт. Объем импорта небольшой от 10 до 30 тыс. т в год.

Доменный ферромарганец производят два предприятия - АО "Саткинский чугуноплавильный завод", ПАО "Косогорский металлургический завод". Печной ферромарганец и силикомарганец - АО "Челябинский электрометаллургический комбинат", ООО "Западно-Сибирский электрометаллургический завод". Объем производства ферромарганца составляет 190 - 207 тыс. т в год, силикомарганца - 370 - 407 тыс. т в год (2019 - 2020 гг.). Объем импорта ферромарганца значительно снизился за последние годы и составляет 15 - 25 тыс. т в год. Примерно на том же уровне (17 - 28 тыс. т в год) находится объем экспорта ферромарганца. Объем производства силикомарганца значительно вырос за последние годы (со 120 в 2010 г. до 342 тыс. т в 2017 г.), соответственно объем импорта силикомарганца резко сократился с 320 до 167 тыс. т в год. Объемы экспорта незначительные - несколько тысяч тонн в год, а в 2017 г. - 54 тыс. т в год. Таким образом, потребность промышленности в сплавах на основе марганца удовлетворяется в основном продукцией отечественного производства (59 - 64% для силикомарганца и 85 - 87% для ферромарганца). Противоположная ситуация с металлическим марганцем, оксидами марганца и рудным сырьем для производства марганцевых ферросплавов. Потребности в них обеспечиваются импортными поставками.

С 1997 г. потребление ниобия в черной металлургии России возросло почти в 40 раз и составило в среднем 2965 т за 2010 - 2020 гг.). Серьезной проблемой является практически полная зависимость отечественной черной металлургии от импортных поставок феррониобия (в среднем 98,5% от объема потребления в 2010 - 2018 гг.). Основными поставщиками являются бразильская компания Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineracao (CBMM) и канадская Niobec. Собственное производство феррониобия незначительное и составляет от 50 до 100 т в год. Основные производители - Ключевский завод ферросплавов (п. Двуреченск), Вишневогорский металлургический завод "Северный ниобий" (п. Вишневогорск) и "Молирен" (г. Рошаль). Кроме них, сплавы ниобия выпускает компания "Гранком" (г. Кулебаки). Мощности по выпуску ниобиевых лигатур и металлического ниобия имеют не менее шести предприятий.

Объем производства ферровольфрама составляет 2414 т в год в пересчете на вольфрам. Производят ферровольфрам ООО "Унечский завод тугоплавких металлов", ООО "Кристалл", ООО "Гранком", ООО НПП "Тяжметпром", ООО "Рязанский завод ферросплавов и лигатур", ООО "Зубцовский машиностроительный завод", ООО "Молирен" и другие. Значительная часть вольфрама в виде сырья и ферровольфрама идет на экспорт. Практически весь отечественный рынок металлорежущего инструмента занят зарубежными компаниями, в связи с чем потребление в металлургии вольфрама находится на низком уровне. Потребление вольфрама в виде ферровольфрама для производства жаропрочных и конструкционных сталей в России составляет всего 814 т. При этом, по экспертной оценке, около 840 т вольфрама импортируется в Россию в виде инструментальной и быстрорежущей стали, металлорежущего инструмента и т.д.

Объем производства ферромолибдена составляет 3156 т в год в пересчете на молибден. Производят ферромолибден ООО "Сорский ферромолибденовый завод", АО "Ключевский завод ферросплавов", ООО "Нижневолжский ферросплавный завод", ООО "Гранком", ООО "Рязанский завод ферросплавов и лигатур", ООО "Зубцовский машиностроительный завод", ООО "Молирен", ЗАО НПО "Литейные заводы" и другие. Практически весь производимый ферромолибден идет на экспорт (94%). На внутреннем рынке реализуется менее 10% ферромолибдена. Низкое потребление молибдена обусловлено тем, что практически весь рынок металлорежущего инструмента, коррозионностойкой и инструментальной стали занят зарубежными компаниями.

Объем производства феррованадия составляет 3 726 т в год в пересчете на ванадий. Производят феррованадий в основном две компании: АО "ЕВРАЗ Ванадий Тула" и АО "Чусовской металлургический завод" [9]. Видимое потребление феррованадия в России составляет около 2 993 т в год в пересчете на ванадий. Избыток феррованадия, пентаоксида ванадия и шлака продают за рубеж. С продукцией более глубокого передела ванадий импортируется в Россию (900 т - в виде очищенного пентаоксида, 503 т - в виде стали, 47 т - в виде инструмента и т.д.). Около 2000 т пентаоксида ванадия повышенного качества поставляется из-за рубежа для легирования титана.

Объем производства ферротитана составляет 24,7 тыс. т в год в пересчете на титан. Производят ферротитан следующие компании: ПАО "Корпорация ВСМПО-АВИСМА", АО "Ключевский завод ферросплавов", ООО "Кристалл", ООО "Нова-Мет", ОАО "Волговятсквторцветмет", АО "Объединенная металлургическая компания", ОАО "Завод точных сплавов", ОАО "Кулебакский металлургический завод", ОАО "ВТЭЛП", ООО "Зубцовский машиностроительный завод", ООО "Канта" и другие. 73,3% производимого в России ферротитана и 62,5% титановых слитков и проката поставляется за рубеж.

По некоторым оценкам, в 2019 г. объем потребления редкоземельных металлов (РЗМ) в металлургии составляет около 120 т, из них чуть более 100 т - в черной металлургии. В черной металлургии РЗМ используют в виде их сплавов (мишметалл, ферроцерий), чистых металлов (лантан, церий, иттрий), ферросплавов на основе ферросилиция, комплексных модификаторов на основе кремния и без него. Практически все исходные материалы с РЗМ для металлургии импортируются (мишметалл, ферросплавы и чистые металлы). Ферросплавы на кремниевой основе типа ФС30РЗМ30 выплавляют Ключевский завод ферросплавов, ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина", ООО "Спецферросплав", ОАО "НИИМ". Лигатуры и модификаторы с РЗМ в России производят ООО "НПП Технология", ОАО "НИИМ", ООО "Комплексные модификаторы", АО "Росредмет". С производством лигатур с РЗМ для черной металлургии также связаны (были связаны) ООО "НКМ Норд", ООО "НПО БКЛ", АО "Сибирский химический комбинат".

1.6 Сырьевая база отрасли

Россия располагает значительными запасами рудных и топливно-энергетических ресурсов, позволяющих не только обеспечивать дальнейшее развитие отечественной черной металлургии, но и увеличивать их поставки на внешний рынок.

1.6.1 Железорудное сырье

По подтвержденным балансовым запасам железных руд (категории A + B + C1) Россия занимает первое место в мире. На ее долю приходится 27% мировых запасов, т.е. больше, чем в других странах, располагающих крупными железорудными ресурсами. По объемам добычи и производству товарной железной руды Россия занимает 5 место в мире, уступая лишь Китаю, Бразилии, Австралии и Индии.

Разрабатываемые в России месторождения железных руд в основном представлены железистыми кварцитами (65,5% добычи), титаномагнетитовыми (17,3%) и магнетитовыми (15,3%) рудами, которые характеризуются относительно низким содержанием железа (соответственно 35,1%, 17,7% и 34,3%) и требуют глубокого обогащения. Значительные запасы указанных типов железных руд, пригодных для карьерной разработки, предопределили развитие железорудной подотрасли черной металлургии, способы добычи, обогащения и окускования железорудного сырья.

Аналогичная ситуация имеет место в железорудной промышленности Украины и Китая, разрабатывающей подобные месторождения с низким содержанием железа. В то же время Бразилия, Австралия, Индия и страны Африки разрабатывают в основном богатые гематитомартитовые месторождения руд с содержанием железа 58 - 64%, которые не требуют обогащения. В России доля богатых руд в балансовых запасах составляет 12,5%, а в объеме добычи - всего 1,2%.

Одним из основных негативных факторов обеспечения черной металлургии железорудным сырьем является неравномерное географическое размещение балансовых запасов по территории страны. Распределение запасов железных руд и их прогнозных ресурсов по субъектам России и географическая карта размещения железорудных предприятий черной металлургии России представлены на рисунках 1.8 и 1.9 соответственно.

Рисунок 1.8 - Распределение запасов железных руд и их прогнозных ресурсов по субъектам России

Рисунок 1.9 - Географическая карта размещения железорудных предприятий черной металлургии России [13]

Производство товарной железной руды сосредоточено в Центральном федеральном округе, в основном в пределах КМА.

Вторым по запасам и добыче железных руд является Уральский федеральный округ. При этом производство 90% товарной руды размещено в 25 месторождениях Свердловской области и 10% - в 24 месторождениях Челябинской области. В результате крупнейшие металлургические комбинаты - ПАО "ММК" и ПАО "ЧЭМК" недостаточно обеспечены железорудным сырьем. По этой причине ПАО "ММК" является импортером порядка 9 млн т концентрата и окатышей из Казахстана.

В Сибирском федеральном округе основная часть запасов удалена от АО "ЕВРАЗ ЗСМК", и он недостаточно обеспечен местными рудами.

В Приволжском федеральном округе расположено около 0,5% балансовых запасов, которые представлены в основном бедными природно-легированными рудами и были разведаны как сырьевая база ОХМК (ныне - АО "Уральская Сталь"), но в настоящее время практически мало используются.

Таким образом, в настоящее время имеется и в ближайшей перспективе сохраняется диспропорция в размещении металлургических комбинатов и их сырьевой базы, что приводит к транспортировке аглоруды, концентрата и окатышей на значительные расстояния. Среднее расстояние перевозки железной руды превышает 1800 км.

Другим негативным фактором в обеспечении металлургических комбинатов железорудным сырьем является тенденция постоянного ухудшения геологических и горнотехнических условий разработки месторождений. Основные горнорудные комбинаты находятся в эксплуатации уже более 40 - 50 лет и приближаются к ранее действующим нормативным срокам их службы.

Дальнейшее развитие железорудной подотрасли черной металлургии на период до 2030 г. зависит от потребности доменного производства и производства железа прямого восстановления (брикеты, окатыши).

Общий рост производства товарной железной руды предусмотрен к 2030 г. на 12,7%, что определяется мощностями действующих горнорудных предприятий с учетом возможности вовлечения в эксплуатацию новых железорудных месторождений. Кроме того, по экономическим причинам сохраняется импорт 9 млн т концентрата и окатышей из Казахстана (АО "Соколовско-Сарбайское горно-обогатительное производственное объединение" - АО "ССГПО").

Из общего объема производства товарной железной руды 121,2 млн т около 70 - 72% предназначается для использования в доменном производстве, 8 - 10% - в производстве металлизованного сырья для выплавки стали и около 19 - 24% - для поставок на экспорт.

Для удовлетворения современных требований металлургического производства добытая из недр сырая руда все в большей мере подвергается последующей подготовке к плавке. Подготовка сырья к металлургическому переделу заключается в улучшении качества шихтовых материалов, обеспечивающих повышение эффективности работы доменных печей и снижение стоимости выплавляемого металла.

Большая часть обогащенной руды (концентратов) окусковывается методом агломерации и окомкования (производство окатышей).

1.6.2 Агломерат

Агломерация - это термический процесс, который не только формирует кусковый материал из дисперсных железорудного концентрата или руды, но и обеспечивает удаление некоторых вредных примесей (сера и мышьяк), разложение карбонатов. Среднее содержание железа в агломерате - 53 - 58%.

Динамика производства агломерата в России показана на рисунке 1.10. Химический состав агломерата представлен в таблице 1.12.

Рисунок 1.10 - Динамика производства агломерата в России

Таблица 1.12

Примерный химический состав агломерата

Важное значение для оценки качества сырья имеет характеристика его прочностных свойств.

Механическую прочность агломерата (и окатышей) определяют в закрытом барабане диаметром 1000 мм и шириной 500 мм с двумя приваренными через 180° уголками 50 x 50 x 5 мм. Испытанию подвергают пробу массой 15 кг и крупностью от 5 до 40 мм для агломерата и более 5 мм - для окатышей. Обработка пробы в испытательном барабане продолжается 8 мин при скорости его вращения 25 об/мин, после чего ее рассеивают на ситах 5 x 5 мм и 0,5 x 0,5 мм. Масса частиц более 5 мм, выраженная в процентах от массы всей пробы, характеризует сопротивление дроблению, а масса частиц менее 0,5 мм - сопротивление истиранию. Показатели прочности агломерата на дробление составляют от 55% до 75%, на истирание - от 4% до 10%.

1.6.3 Окатыши

Окатыши - твердые шарообразные тела, полученные путем окомкования тонкоизмельченных рудных материалов с добавкой связующих веществ с флюсами или без них с последующим упрочнением способами обжига, цементации (с автоклавированием или без него).

Фабрики производства окатышей входят в структуру обогатительных фабрик, что позволяет применять для подачи концентрата конвейерный транспорт.

Окатыши имеют высокую прочность (по барабанной пробе - от 88% до 95%), что позволяет транспортировать их к доменным цехам на большие расстояния. Химический состав окатышей приведен в таблице 1.13.

Таблица 1.13

Качественные характеристики окатышей

Динамика производства окатышей железорудных (окисленных) в России показана на рисунке 1.11.

Рисунок 1.11 - Динамика производства окатышей железорудных (окисленных) в России

Механическую прочность окатышей определяют на основе барабанной пробы или испытанием на сжатие. Для этого из общей пробы выделяют 20 гранул и каждую раздавливают прессом, фиксируя разрушающую нагрузку. У офлюсованных окатышей удовлетворительного качества сопротивление раздавливанию составляет 2200 - 2400 Н/окатыш, у неофлюсованных - 2500 - 3000 Н/окатыш.

Железнорудные окатыши, в которых часть оксидов железа (до 95%) восстановлена до металла, называются металлизованными (используются главным образом в электросталеплавильных печах для получения качественной стали).

Динамика производства металлизованных окатышей в России показана на рисунке 1.12.

Рисунок 1.12 - Динамика производства металлизованных окатышей в России [14]

1.6.4 Горячебрикетированное железо

Горячебрикетированное железо (ГБЖ/ПВЖ) - один из продуктов восстановительного внедоменного передела железа - используется для производства высококачественной стали (с малым количеством вредных примесей) как заменитель чугуна, металлолома.

Гарантированными качественными характеристиками ГБЖ является суммарное содержание железа, которое составляет не менее 90% (при содержании железа металлического не менее 83%) и степень металлизации соответствует уровню не менее 92%.

Неоспоримыми преимуществами ГБЖ являются стабильность химического состава, низкое содержание вредных примесей, таких как фосфор и сера; отсутствие вредных элементов - меди, никеля, неметаллических субстанций; типовой размер брикетов; высокая удельная насыпная плотность.

Динамика производства горячебрикетированного железа в России показана на рисунке 1.13.

Рисунок 1.13 - Динамика производства ГБЖ/ПВЖ в России [14]

ООО УК "Металлоинвест" является единственным в России производителем металлизованных окатышей и ГБЖ. В 2019 г. компания завершила реализацию инвестиционного проекта по строительству цеха N 3 производства ГБЖ (АО "ЛебГОК") мощностью 1,8 млн т/год.

1.6.5 Марганцевая руда

Государственным балансом полезных ископаемых в России учитывается 27 месторождений марганцевых руд с суммарными балансовыми запасами 283,7 млн т. Еще на двух месторождениях учтены только забалансовые запасы. Качество российских руд низкое, они труднообогатимы, содержат вредные примеси, по содержанию марганца относятся к бедным. Основная сфера применения марганцевых руд - получение марганцевых ферросплавов.

Более 77,1% запасов категорий A + B + C1 в месторождениях, сложенных карбонатными рудами, 17,1% - окисленными, 5,2% - смешанными, 0,5% - оксидными рудами, 0,1% - морскими железо-марганцевыми конкрециями.

Карбонатные руды характеризуются низким содержанием марганца (18 - 25%), неоднородностью, большим содержанием фосфора, трудной обогатимостью. К этому типу относятся самое крупное в стране Усинское месторождение в Кемеровской области и Парнокское в республике Коми.

Наиболее востребованный оксидный тип представлен рудами Чуктуконского месторождения в Красноярском крае и Новоберезовского месторождения в Свердловской области. Характеризуются низким содержанием марганца, большим количеством вредных примесей, хрупкостью при дроблении.

Окисленные руды развиты на Порожинском месторождении Красноярского края, Усинском, Парнокском и других месторождениях. Имеют низкую прочность, не требуют больших затрат на разработку и обогащение.

К смешанным относят руды Южно-Хинганского месторождения Еврейской АО.

Запасы железо-марганцевых конкреций заключены на шельфе Балтийского моря. Незначительный объем запасов, сложность ведения добычи, высокое содержание фосфора ограничивают возможность их отработки.

После 2012 г. промышленная добыча марганцевых руд в России не ведется, производство товарных марганцевых руд и концентратов не осуществляется. В 2017 - 2019 гг. велась только опытно-промышленная добыча от 1 до 57 тыс. т в год. В то же время импорт марганцевых руд колебался от 1067 до 1318 тыс. т в год (ЮАР, Габон, Казахстан). На двух разрабатываемых месторождениях карьеры законсервированы (Парнокское в республике Коми и Громовское в Забайкальском крае). В 2018 - 2019 гг. велась опытно-промышленная добыча на подготавливаемом к эксплуатации месторождении Ниязгуловское 1 в Башкортостане. Ввиду этих обстоятельств марганцевые руды в России относятся к дефицитным.

На Южно-Хинганском месторождении Еврейской АО планировалось начало промышленной добычи смешанных оксидно-карбонатных железо-марганцевых руд компанией ООО "Хэмэн-Дальний Восток" (КНР). Добыча марганцевой руды в 2019 г. должна была составить 17,3 тыс. т, а в 2020 г. - 40 тыс. т, однако эксплуатация так и не началась, а финансирование прекращено.

По проекту ООО "Североуральская марганцевая компания" на Тыньинском месторождении Свердловской области планируется в течение трех лет добыть 407 тыс. т остаточных запасов руды. Год начала добычи не определен.

После банкротства ЗАО "ЧЕК-СУ.ВК" в 2017 г. остановлен проект освоения крупного Усинского месторождения Кемеровской области. Суммарная мощность ГОКа должна была составить 1375 тыс. т руды в год.

1.6.6 Хромовая руда

Балансовые запасы хромовых руд в недрах 34 месторождений России составляют 52 млн т. Еще на четырех месторождениях учтены только забалансовые запасы. Качество российских хромовых руд низкое, они относятся к бедным (30 - 45% Cr2O3) и убогим (10 - 30% Cr2O3). Четверть запасов с содержанием Cr2O3 более 35% не требуют обогащения. Хромовая руда используется для получения феррохрома, огнеупоров, хрома металлического, оксида и солей хрома.

Сырьевая база хромовых руд России характеризуется низкой освоенностью. По данным на начало 2020 г. 12,1% балансовых запасов вовлечено в разработку (Центральное, Главное Сарановское), 8% подготавливаются к освоению (Южно-Сарановское) и разведке. Основная часть запасов заключена в Аганозерском и Сопчеозерском месторождениях и находится в нераспределенном фонде недр.

Добыча хромовых руд в России в 2019 г. составила 594 тыс. т, а производство хромовых концентратов - 698 тыс. т. Добыча ведется на разрабатываемых месторождениях: Центральное в Ямало-Ненецком АО (43,9% добычи), Главном Сарановском (31,3%) и Сарановской группе россыпей (14,3%) в Пермском крае. В небольших количествах - на месторождениях Вершина реки Алапаихи и Лесное в Свердловской области. Добыча в 2019 г. велась и в подготавливаемом к освоению месторождении Малый Перстень в Пермском крае и разведываемом Аккаргинском в Оренбургской области. Импорт товарных хромовых руд и концентратов в 2019 г. составил 903 тыс. т (Казахстан, ЮАР, Турция). Видимое потребление хромовых руд растет и по данным за 2019 г. составляет 1,6 млн т. В основном оно обеспечивается за счет импорта, однако доля российского сырья растет и в 2019 г. составила 43,6%.

Самым крупным готовящимся проектом освоения хромовых руд является добыча на Южно-Сарановском месторождении массива Рай-Из в Ямало-Ненецком АО. Ввод в эксплуатацию подземного рудника запланирован на 2022 г. Проектная мощность составит 350 тыс. т хромовой руды в год. На месторождении Малый Перстень Пермского края в 2019 - 2020 гг. компания АО "Сарановская шахта "Рудная" проводила опытно-промышленную разработку с добычей до 103 тыс. т руды. Компания ООО "ОборонГеоГрупп" (ООО "Хромиты Урала") ведет опытно-промышленную разработку месторождения N 219 Свердловской области. За пять лет планируется отработать запасы месторождения с максимальным уровнем добычи 62,5 тыс. т руды. Компания ООО "Аккаргинские хромиты" ведет опытно-промышленную разработку Аккаргинского месторождения. Компания АО "Челябинский электрометаллургический комбинат" планирует начать эксплуатацию месторождения Енгайское III массива Рай-Из. Компанией ООО "Урал Промышленный - Полярный N 1" подготавливается к освоению группа месторождений Южного рудного поля массива Рай-Из.

1.6.7 Коксующиеся угли и металлургический кокс

Россия располагает значительными запасами требуемых марок коксующихся углей. Разведанные запасы коксующихся углей оцениваются в 39,8 млрд т, в том числе только действующих угольных предприятий - 4 млрд т.

Основной продукцией коксохимического производства является кокс для доменного и литейного производств. Кроме того, кокс используется в производстве ферросплавов, производстве электродов в цветной металлургии, химической промышленности.

Качественные характеристики и содержание различных веществ в коксе представлены в таблице 1.14.

Таблица 1.14

Качественные характеристики кокса [15]

В настоящий момент в черной металлургии России функционируют 11 коксохимических предприятий, из них 8 предприятий находятся на площадках металлургических комбинатов. Общая мощность действующих батарей составляет 35,9 млн т.

Производство кокса в 2020 году составило около 27,6 млн т., коэффициент использования мощности - 76,9%. Характеристика производства кокса в динамике за 2012 - 2020 гг. представлена в таблице 1.15.

Таблица 1.15

Производство валового кокса 6% влажности в РФ в 2012 - 2020 гг., тыс. т

Основным технологическим оборудованием коксохимических предприятий являются коксовые батареи. Характеристика коксовых батарей РФ приведена в таблице 1.16.

Таблица 1.16

Характеристика коксовых батарей РФ (по состоянию на 31.12.2020 г.)

Российская металлургия располагает достаточными мощностями по производству валового кокса для нужд доменного производства, поставок другим отраслям экономики и на экспорт.

По прогнозам в перспективе до 2030 г. потребность доменного производства в коксе существенно сократится за счет применения пылеугольного топлива и совершенствования технологии доменной плавки. Удельный расход скипового кокса снизится на 25 - 30% и составит в 2030 г. в среднем 330 кг/т, что эквивалентно общему потреблению кокса в 25 млн т в год.

1.6.8 Стальной лом

Увеличение выплавки стали в основном за счет развития электросталеплавильного производства требует особого внимания к вопросу обеспеченности стальным ломом.

По прогнозам в сравнении с 2015 г. в 2030 г. потребность в стальном ломе увеличится на 37% - до 44,8 млн т. Для обеспечения возрастающей потребности в стальном ломе Россия располагает значительным металлофондом, оцениваемым в размере 1,6 млрд т. С учетом роста металлопотребления в машиностроении и строительстве, увеличения производства черных металлов общие ресурсы стального лома составят 46,8 млн т. Соответственно, профицит оценивается в размере 2,0 млн т.

Неравномерность образования и сбора лома по регионам страны, а также значительная волатильность заготовки лома от своевременного вывода и ремонта основных средств, ценовых и других рыночных факторов создают дополнительные риски в обеспечении ломом черной металлургии.

1.7 Воздействие металлургических предприятий на экологическую обстановку

1.7.1 Общие сведения о воздействии металлургических предприятий на экологическую обстановку

Основные технологические процессы производства чугуна, стали и их последующего передела сопровождаются образованием эмиссий в виде газообразных и твердых загрязняющих веществ, пыли, сточных вод; широкой номенклатуры отходов и побочных продуктов: шлаков, шламов, скрапа, окалины, боя огнеупоров, мусора и других воздействий, влияющих на состояние воздуха, воды и почвы.

При этом необходимо отметить, что в последние годы металлургические заводы уделяют значительное внимание экологическим вопросам и системно занимаются направлением по снижению вредного влияния промышленности на окружающую среду и здоровье человека.

Значительная часть инвестиционных средств (за 2000 - 2020 гг. объем инвестиций составил 2.96 трлн руб.) направлена на обеспечение мероприятий по сокращению воздействия производственной деятельности на окружающую среду, энергосбережение и развитие транспортной инфраструктуры.

Черная металлургия имеет высокий уровень оборотного водоснабжения (93,0%), а сброс загрязненных вод в водоемы составляет менее 3%. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу для черной металлургии составляют 5 - 6% от общего объема данных выбросов по России в целом [10].

В черной металлургии снижение удельных показателей энергоемкости проводится путем внедрения инновационных технологий: энерго- и ресурсосберегающих технологий переработки железных и других руд; дальнейшее внедрение в доменном производстве технологии пылеугольного топлива; рециклинга доменного газа и др.; внедрения совмещенных процессов производства металлопродукции с целью сокращения технологических операций.

Начиная с 2013 г., дополнительные ежегодные затраты металлургических предприятий на оснащение стационарных источников автоматическими средствами измерения объемов выбросов, сбросов загрязняющих веществ, а также техническими средствами передачи информации об их объеме в государственную автоматизированную систему экологического контроля превышают 50 млрд руб.

Все крупные металлургические предприятия России сертифицированы на соответствие стандартам серии ISO 14000 Система экологического менеджмента.

1.7.2 Краткая информация по предприятиям

ПАО "Магнитогорский металлургический комбинат"

В 2015 г. была принята Стратегия развития комбината до 2025 г <1>, одним из приоритетов которой является инициатива "Чистый город" [16]. В рамках реализации Стратегии в 2015 - 2020 гг. осуществлены и начаты строительством ряд объектов:

• введена в строй аглофабрика N 5 (выведена из эксплуатации аглофабрика N 4), стоимость проекта 30 млрд руб., экологический эффект - сокращение в 2019 г. выбросов пыли на 175 т, сокращение в 2020 г. выбросов пыли на 1900 тонн;
• реконструирована сероулавливающая установка N 2 (в 2020 г. выбросы сернистого ангидрида снизились на 3500 т);
• завершено строительство гидротехнического сооружения (дамбы), позволившей организовать замкнутую систему водооборота;
• за счет вовлечения накопленных шлаков в хозяйственный оборот в 2021 г. планируется ликвидировать шлаковый отвал мартеновских шлаков;
• начато строительство (готовность - в 2022 г.) коксовой батареи N 12 производительностью 2,5 млн т кокса (с последующим выводом нескольких старых коксовых батарей), стоимость проекта - 66 млрд руб., экологический эффект - сокращение выбросов загрязняющих веществ на 11350 т в год;
• приступили к проекту строительства доменной печи N 11 мощностью 3,7 млн т чугуна в год (завершение строительства - в 2024 г.) с последующей остановкой доменных печей N 1, 2, 9), стоимость проекта - 69 млрд руб., экологический эффект - сокращение выбросов на 6600 т в год.

В 2019 г. была разработана "Экологическая программа ПАО "ММК", включающая в себя 88 мероприятий, направленных на сокращение и предотвращение негативного воздействия на окружающую среду:

• 47 мероприятий по снижению и предотвращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу;
• 23 меры по снижению и предотвращению сбросов загрязняющих веществ в водные объекты;
• 18 мероприятий по утилизации и экологически безопасному размещению отходов, рекультивации земель.

Динамика снижения валовых и удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, снижения валовых и удельных сбросов сточных вод в водоемы и динамика показателей переработки и использования отходов и шлаков на ПАО "ММК" показаны на рисунках 1.14, 1.15 и 1.16 соответственно.

Качество атмосферного воздуха города Магнитогорска улучшилось (КИЗА уменьшилось на 24% с 9,0 в 2018 г. до 6,8 в 2019 г.), уровень загрязнения снизился с "высокого" до "повышенного" благодаря сокращению валовых выбросов (рисунок 1.14). В 2019 г. Магнитогорск был исключен из списка городов с очень высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха.

Валовые сбросы в водные объекты уменьшились (по отношению к 2018 г.) на 35 тыс. т (или 58,4%) и составили 24,9 тыс. т/год. Удельные сбросы (по отношению к 2018 году) уменьшились на 56,1% и составили 2,3 кг/т металлопродукции (рисунок 1.15)

Количество отходов и шлаков, использованных для рекультивации отработанных карьеров горы Магнитной, увеличилось на 3,9% и составило 10,7 млн т; в 2019 г. (в сравнении с 2018 г.) количество отходов 1 - 5 класса опасности (без учета пустой породы), размещаемых на разрешенных объектах, увеличилось на 86,7 тыс. т (на 6,7%) и составило 1 285,5 тыс. т/год (рисунок 1.16).

Затраты на природоохранную деятельность в 2019 г. составили 6,781 млрд руб., в том числе затраты на капитальное строительство природоохранных объектов составили 3 506 млрд руб.

валовые выбросы, тыс. т удельные выбросы, кг/т продукции

Рисунок 1.14 - Динамика снижения валовых и удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в ПАО "ММК"

валовые выбросы, тыс. т удельные выбросы, кг/т продукции

Рисунок 1.15 - Динамика снижения валовых и удельных сбросов сточных вод в водоемы в ПАО "ММК"

Всего переработано металлургических шлаков на установках (текущих и отвальных), млн. т

Использовано отходов и шлаков для рекультивации отработанных карьеров горы Магнитной, млн. т

Использовано промышленных отходов в аглошихте, млн. т

Рисунок 1.1 - Динамика показателей переработки и использования отходов и шлаков в ПАО "ММК"

ПАО "Северсталь"

"Северсталь-групп" реализует масштабную программу мероприятий, направленных на снижение негативного воздействия производственной деятельности на окружающую среду и повышение эффективности использования ресурсов. Среди целей компании до 2025 г: снизить массу сброса загрязняющих веществ в составе сточных вод в водные объекты, превышающих НДС, на 12%; снизить массу размещаемых отходов на 20%; достигнуть снижения выбросов в атмосферу загрязняющих веществ на 13% [17].

Приоритетные направления деятельности компании в сфере охраны окружающей среды: предупреждать и минимизировать воздействие на окружающую среду; участвовать в решении проблемы выбросов парниковых газов; экономно и рационально использовать энергию и природные ресурсы; эффективно управлять образующимися отходами.

В 2018 г. "Северсталь" стала победителем конкурса People Investor в номинации "Экологическая эффективность" с проектом по доочистке сточных вод с помощью водных растений на площадках активов в Оленегорске и Череповце [12].

В 2020 г. затраты на природоохранную деятельность составили 3,69 млрд руб., удельные выбросы снизились на 6,3% по сравнению с 2019 г., 98,4% от общего водопотребления Череповецкого металлургического комбината составляет оборотная вода.

Мероприятия по природоохранной деятельности:

Череповецкий металлургический комбинат:

• завершение технического перевооружения с модернизацией системы газоудаления сталеплавильных печей МЦ "ССМ-Тяжмаш";
• техническое перевооружение участка переработки шламов газоочисток доменных печей (выполнение пуско-наладочных работ);
• выполнение предпроектных проработок по строительству системы доочистки сточных вод выпуска N 3;
• модернизация установки биологической очистки сточных вод, сбрасываемых в Рыбинское водохранилище.

АО "Северсталь Дистрибуция":

• запуск в эксплуатацию очистных сооружений N 2 после реконструкции.

АО "Северсталь Метиз":

• модернизация агрегата N 7 в сталепроволочном цехе 2 (замена ванны травления на ванну переливного типа) для снижения массы выбросов паров серной кислоты в атмосферный воздух.

АО "Воркутауголь":

• повышение эффективности существующих схем очистки на шахтах "Воркутинская" и "Заполярная";
• продолжение рекультивации Юньягинского месторождения.

АО "Олкон":

• продолжение внедрения технологии очистки карьерных вод от веществ азотной группы методом биоремедиации;
• завершение прокладки пульпопроводов и водоводов для исключения сбросов загрязняющих веществ в водные объекты.

АО "Карельский окатыш":

• выполнение программы по снижению выбросов диоксида серы в атмосферный воздух;
• разработка технических решений по реконструкции хвостового хозяйства (новый метод укладки хвостов);
• подбор оптимальных реагентов на участке сгущения хвостов; улучшение качества осветленной воды, подаваемой на технологические нужды;
• завершение строительства установки по переработке отходов производства методом пиролиза; частичное обезвреживание и утилизация отходов III - IV класса опасности (перевод отходов в продукцию).

ПАО "Новолипецкий металлургический комбинат" (ПАО "НЛМК")

Группа НЛМК инвестировала в 2000 - 2020 гг. в природоохранные проекты около $ 1,3 млрд (более 51 млрд руб.). За это время объем производства удвоился, и компания стала крупнейшим производителем стали в России. При этом воздействие на окружающую среду существенно снизилось благодаря внедрению современных технологий и масштабной модернизации оборудования [18].

Динамика инвестиций Группы НЛМК в природоохранные мероприятия показана на рисунке 1.17.

Рисунок 1.17 - Динамика инвестиций в природоохранные мероприятия Группы НЛМК

Группа НЛМК последовательно сокращает удельные эмиссии в атмосферу. В 2020 г. данный показатель составил 19,8 кг/т стали. Эти результаты были достигнуты за счет комплекса управленческих мер и инвестиционных проектов - реконструируются производственные агрегаты, устанавливаются пылегазоочистные установки, монтируется или модифицируется фильтровальное оборудование, внедряются технологии нейтрализации, улавливания и рециклинга вторичных ресурсов в производственный оборот, в том числе:

• проведение капитального ремонта доменных печей NN 4, 6 с реконструкцией и заменой аспирационных систем на более эффективные в доменных цехах;
• реконструкция конвертеров NN 2 - 3 с системой улавливания неорганизованных эмиссий конвертерного цеха N 2;
• строительство нового участка для обеспечения безводного охлаждения всего образующегося шлака доменного цеха N 1;
• реконструкция пылегазоочистной установки АТУ-24 в огнеупорном цехе, позволяющая более чем на 90% снизить эмиссию пыли на участке (суммарный эффект - 100 тонн/год);
• реконструкция отделений улавливания с объединением потоков коксового газа коксовых батарей в коксохимическом цехе.

Сокращение эмиссий от указанных проектов составило 8 тыс. т/в год.

В настоящее время реализуются стратегически значимые для НЛМК проекты, которые позволят сократить валовые выбросы на 11 тыс. т в год:

• строительство утилизационной теплоэлектроцентрали;
• реконструкция воздухонагревателей на доменной печи N 4.

Динамика снижения удельных выбросов предприятий группы НЛМК показана на рисунке 1.18.

Рисунок 1.18 - Динамика снижения удельных выбросов предприятий Группы НЛМК

Удельное водопотребление (на тонну произведенной стали) последовательно сокращается и в 2020 г. снизилось до 5,1 м3/т против лучших мировых практик в 7,0 м3/т. На большинстве предприятий Группы НЛМК организовано оборотное водоснабжение. На НЛМК, "Алтай-Кокс", "ВИЗ-Сталь", "НЛМК-Калуга", "Стойленский ГОК", "НЛМК-Урал", "НЛМК-Метиз" созданы водооборотные схемы, как локальные по отдельным производствам, так и замкнутые. Это позволяет снижать водозабор и водоотведение промышленных сточных вод в поверхностные водные объекты.

Доля оборотного водоснабжения в Группе НЛМК находится на стабильно высоком уровне - 97%. Благодаря мероприятиям по контролю за водопотреблением в 2020 г. отмечен самый низкий за пять лет объем потребления воды.

В 2020 г. на Липецкой площадке завершен проект по модернизации локальных очистных сооружений хозяйственно-бытовых стоков с объемом инвестиций 118 млн руб. За пять лет снижение объема водоотведения на Липецкой площадке составило 4,2 млн м3 (-34%). За последние 40 лет использование воды из реки Воронеж на основной площадке Группы НЛМК в Липецке сокращено в девять раз.

Динамика снижения удельного водопотребления предприятий Группы НЛМК показана на рисунке 1.19.

Рисунок 1.29 - Динамика снижения удельного водопотребления предприятий Группы НЛМК

Применение современных технологий по переработке вторичных ресурсов, а также реализация различных инициатив по рециклингу позволяют эффективно использовать вторичные ресурсы. В 2020 г. доля повторного использования железосодержащего сырья на предприятиях Группы НЛМК без учета отходов горной добычи составила 99%.

В 2020 г. завершено строительство отделения по производству железосодержащих брикетов производительностью 700 тыс. т в год с целью вовлечения в рециклинг доменных шламов с заменой части традиционной доменной шихты (окатышей и агломерата).

В 2020 г. в Липецке был построен новый комплекс по переработке доменного шлака на месте шлакового отвала, накопленного с 70-х годов прошлого столетия. Переработано почти 6 млн т различных материалов и извлечено более 300 тыс. т железа, повторно использованного для производства стали. В хозяйственный оборот возвращено около 25 га полезной площади.

Уровень переработки отходов российских металлургических активов группы НЛМК в процентах от образования отходов показан на рисунке 1.20.

Рисунок 1.20 - Динамика рециклинга вторичного железосодержащего сырья в Группе НЛМК, %

ООО УК "Металлоинвест"

Компанией разработана комплексная экологическая программа, включающая, в том числе вопросы биоразнообразия и изменения климата. На предприятиях ООО УК "Металлоинвест" ежегодно реализуются программы, позволяющие сохранять уровень воздействия на окружающую среду существенно ниже установленных норм [19]. Динамика валовых выбросов предприятий ООО УК "Металлоинвест" представлена на рисунке 1.21. Так, в 2020 г. объем валовых выбросов составил 136,9 тыс. т., увеличившись сравнительно с 2019 г. на 9,7% в связи с выходом на проектную мощность цеха N 3 по производству ГБЖ на ЛебГОКе.

Рисунок 1.21 - Динамика валовых выбросов на предприятиях ООО УК "Металлоинвест", тыс. т

Динамика сбросов загрязняющих веществ по металлургическому сегменту компании (ОЭМК, "Уральская Сталь") приведена на рисунке 1.22. В 2020 г. объем сточных вод составил 0,472 млн м3. Весь объем отводимых сточных вод на ОЭМК им. А.В. Варичева проходит комплекс очистных сооружений. Предприятие АО "Уральская Сталь" имеет замкнутый (бессточный) водооборот.

Металлургический сегмент - ОЭМК им. А.А. Угарова, АО "Уральская Сталь"

Рисунок 1.22 - Динамика сброса сточных вод на предприятиях металлургического сегмента ООО УК "Металлоинвест"

В 2019 г. на 12% увеличилась доля утилизации отходов, при этом на 4,1% снизился объем размещаемых отходов.

Компания реализует крупные инвестиционные проекты (в 2020 г. затраты на эти цели составили $ 496 млн) в соответствии с концепцией наилучших доступных технологий:

• выведено из эксплуатации мартеновское производство стали на АО "Уральская Сталь" [14];
• введена в работу МНЛЗ N 3 на АО ОЭМК им. А.А. Угарова;
• завершена реконструкция газоочистного оборудования на обжиговой машине N 4 ЛебГОК с установкой новых электрофильтров, что в 4 раза повысило эффективность улавливания и очистки);
• на 4-х технологических секциях обогатительной фабрики АО "МГОК им. А.В. Варичева" запущена первая очередь технологии тонкого грохочения концентрата с использованием оборудования Derrick; это позволило повысить содержание железа в концентрате с 65 до 67% (годовое производство дообогащенного концентрата - 3,7 млн т);
• на АО "Уральская Сталь" проведена модернизация комплекса доменных печей NN 2, 3 в целях обеспечения возможности работы печи с составом шихты 95% окатышей;
• разрабатывается проект реконструкции системы аспирации бункерной эстакады доменных печей NN 3, 4 в АО "Уральская Сталь";
• модернизирована установка очистки сточных вод на ОЭМК им. А.А. Угарова (глубокая очистка - технология ультрафильтрации и двухступенчатого обратного осмоса), достигнута эффективность очистки более 99%;
• завершено строительство дробильно-конвейерного комплекса на юго-восточном борту карьера МГОК им. А.В. Варичева (сократит выбросы в атмосферу и образование отходов рыхлой вскрыши).

К 2025 г. ООО УК "Металлоинвест" в соответствии с комплексной экологической программой поставила следующие цели:

• снизить валовые выбросы на 7% (по сравнению с 2020 г.);
• обеспечить переход систем водоотведения предприятий ОЭМК им. А.А. Угарова, МГОК им. А.В. Варичева на бессточную схему;
• снизить на 33% объем образования вскрышных пород на ЛебГОКе и МГОКе им. А.В. Варичева (за счет строительства дробильно-конвейерных комплексов).

ООО "ЕвразХолдинг"

В 2020 г. ООО "Евраз Холдинг" [20] обновил свою экологическую стратегию до 2030 г. и разработал 2 сценария по уровню эффектов и капитальных вложений: реалистичный и стрессовый. С целью оправдать ожидания инвесторов и общественности группа поставила новые цели до 2030 года в рамках реалистического сценария, приняв за базовый 2019 г.:

• снижение общего объема эмиссий в атмосферу на 33% в сегменте производства стали (в сегменте угледобычи снижения пылевыделения в 1,5 раза);
• нулевой сброс сточных вод в сегменте производства стали;
• утилизация 95% металлургических и иных отходов в сегменте производства стали (в сегменте горнодобычи - повторное использование 50% отходов горного производства).

Одним из приоритетных направлений для предприятий ООО "Евраз Холдинг" в области охраны окружающей среды является снижение выбросов в атмосферу. Стратегия по сокращению выбросов предусматривает модернизацию систем газоочистки, внедрение современных технологий и изъятие из производства устаревшего оборудования.

В 2020 г. объем ключевых выбросов в атмосферу (рисунок 1.23) по сравнению с уровнем 2019 г. снизился примерно на 5% (общий объем эмиссий сократился лишь на 3,7%; при этом пылевыделение в сегменте угледобычи уменьшилось на 10,1%).

Рисунок 1.23 - Динамика выбросов ключевых эмиссий предприятий ООО "Евраз Холдинга", тыс. т

ООО "Евраз Холдинг" стремится эффективно использовать водные ресурсы и предотвращать негативное воздействие на качество воды в результате экологических аварий.

В 2020 г. потребление воды предприятиями холдинга снижено до уровня 206 млн м3, при этом сброс сточных вод составил 68,6 млн м3 (снижение сброса относительно 2019 г. составило 0,4%).

В результате горнодобывающих и металлургических операций генерируется существенный объем отходов, в том числе пустая порода, отработанная руда, хвосты (отходы от обогащения руды и производства концентратов). ООО "Евраз Холдинг" стремится сократить объемы отходов производства, при возможности повторно использовать имеющиеся природные ресурсы, и удалять отходы таким образом, чтобы минимизировать воздействие на окружающую среду, при этом максимально повышая операционную и экономическую эффективность своей деятельности.

В соответствии со стратегией группы по сокращению объемов хранения отходов и расширению объемов утилизации, предприятия ООО "Евраз Холдинг" систематически изыскивают возможности рециркуляции отходов и вовлечения их в хозяйственный оборот. Так, в 2020 г. объем утилизации (полезного использования отходов) составил 102,7% (с учетом ранее накопленных отходов).

Стратегия ООО "Евраз Холдинг" по обращению с безопасными отходами горного производства, такими как пустая порода, хвосты, вскрыша, заключается в их использовании, насколько это возможно, в восстановлении земельных участков, строительстве дамб и дорог. Отходы, не подлежащие переработке, хранятся в специальных комплексах, предотвращающих попадание вредных субстанций, содержащихся в таких отходах, в окружающую среду. Безопасность в таких комплексах поддерживается на исключительно высоком уровне, предпринимаются меры по предотвращению ущерба третьим сторонам в экстренных случаях [15].

В ООО "Евраз Холдинг" во исполнение обновленной экологической стратегии реализован и планируется комплекс проектов и мероприятий:

• на Распадской введена в эксплуатацию новая мобильная установка пылеподавления с замкнутым водно-шламовым циклом; снижает выбросы пыли на производственном участке на 85 - 90%;
• в АО "Евраз ЗСМК" начато (в 2020 г.) строительство водоочистных сооружений сточных вод (многостадийная обработка воды производительностью 600 м3/ч с целью последующего ее возврата в производство);
• в доменном цехе АО "Евраз ЗСМК" завершен проект по техническому перевооружению воздухонагревателей доменной печи N 2, что позволит уменьшить выбросы оксида углерода в атмосферу; кроме того, в связи с повышением температуры дутья снизить на 6% расход кокса в доменной плавке;
• начаты строительные работы на площадке АО "Евраз НТМК" в г. Кушва по капитальному ремонту обжиговой печи для производства извести мощностью 150 тыс. т сырья для нужд агломерационного производства АО "Евраз КГОК";
• ведется проектирование в АО "Евраз ЗСМК" печи для обжига известняка, оснащенной современными очистными устройствами (рукавными фильтрами с эффективностью очистки 99%), что снизит выбросы в атмосферу г. Новокузнецка от цеха обжига известняка на 30%;
• модернизация электрофильтров на котлах N 7, 8 в АО "Евраз ЗСМК", что снизило выбросы пыли на 10000 т в год;
• на АО "Евраз НТМК" после пусконаладочных мероприятий введена в работу мощная аспирационная установка в миксерном отделении конвертерного цеха - это одно из важных мероприятий холдинга в рамках федеральной программы "Чистый воздух" национального проекта "Экология".

Группа "Мечел"

Группа "Мечел" ведет целенаправленную работу, направленную на улучшение экологической обстановки на всех входящих в Группу предприятиях и в регионах присутствия [21]. Все реализованные и текущие проекты модернизации предусматривают использование передовых технологий производства и современного природоохранного оборудования, что обеспечивает существенное снижение негативного воздействия на окружающую среду. Кроме того, выстроен постоянный диалог с населением регионов, где размещены предприятия "Мечел", что позволяет оперативно реагировать на волнующие жителей экологические проблемы и, соответственно, совершенствовать природоохранные программы.

Динамика выбросов загрязняющих веществ предприятий Группы "Мечел" показана на рисунке 1.24.

Рисунок 1.24 - Динамика выбросов загрязняющих веществ предприятий Группы "Мечел", тыс. т

Общий объем эмиссий загрязняющих веществ в 2020 г. снизился на 8,4% сравнительно с 2019 г. за счет реализации воздухоохранных проектов, в том числе:

• замена конвертера N 1 с газоотводящим трактом на ПАО ЧМК;
• техническое перевооружение руднотермической печи N 3 на ООО "Братский завод ферросплавов".

Группа "Мечел" реализует мероприятия, исключающие загрязнение водного бассейна:

• запущен замкнутый (бессточный) цикл водоснабжения на предприятии ООО "Мечел-Кокс" и АО "МосКокс".

Общие затраты на природоохранные мероприятия в 2011 - 2020 гг. составили 14,4 млрд руб.

На 2025 г. (в сравнении с 2019 г.) по Челябинской площадке Группа "Мечел" обозначила следующие цели:

• сократить валовые выбросы на 17%;
• снизить массу сбросов загрязняющий веществ со сточными водами на 10%.

На природоохранные цели до 2024 г. Группа "Мечел" предполагает выделить 9,8 млрд руб.

В настоящее время металлургические компании уделяют большое внимание вопросам охраны окружающей среды, стремясь:

• повысить эффективность использования имеющихся природных ресурсов, ориентируясь тем самым на лучшие зарубежные и отечественные практики в области металлургии;
• сократить объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, сбросов в водоемы, размещения отходов производства, в том числе увеличивая вторичное их использование в производстве металлопродукции (рециклинг);
• активно выводить из эксплуатации устаревшие агрегаты и объекты инфраструктуры с высокой степенью негативного воздействия на окружающую среду;
• внедрять современные технологические комплексы и новейшие технические решения с улучшенными экологическими показателями на уровне наилучших доступных технологий.

1.8 Перспективы развития отрасли

1.8.1 Модернизация основных переделов

В период после 2000 г. в отрасли активно производились работы по строительству новых и модернизации существующих объектов черной металлургии, в том числе:

• 4-х 160-тонных конвертеров на АО "ЕВРАЗ НТМК";
• толстолистовых станов 5000 в ПАО "ММК" и в АО "ОМК" (АО "ВМЗ");
• пятиклетьевого стана 2000 холодной прокатки в ПАО "ММК";
• рельсобалочного стана в АО "ЕВРАЗ ЗСМК";
• агрегатов по производству оцинкованного листа с полимерными покрытиями на ПАО "ММК"; ПАО "НЛМК";
• 4-х и 5-ти ручьевых машин непрерывной разливки стали на ПАО "ММК", АО "Уральская Сталь", АО "Первоуральский новотрубный завод", АО "Северский трубный завод", АО "Волжский трубный завод", АО "ТАГМЕТ";
• 2-х ручьевых слябовых МНЛЗ ПАО "НЛМК";
• агрегатов "ковш-печь" в ПАО "НЛМК";
• однопозиционных вакууматоров для АО "ОЭМК";
• двухпозиционного агрегата "ковш-печь" в АО "ОЭМК";
• двухпозиционных вакууматоров для АО "ЕВРАЗ НТМК", ПАО "ММК", ПАО "Северсталь", ПАО "НЛМК";
• рельсобалочного стана в ПАО "Мечел" (ПАО "ЧМК");
• мелкосортно-проволочного стана "170"; мелкосортно-среднесортного стана "370" и среднесортного стана "450" для ПАО "ММК";
• агрегатов для производства оцинкованного листа в ПАО "НЛМК", и в ПАО "ММК";
• литейно-прокатного комплекса для АО "ОМК" (АО "ВМЗ);
• доменной печи "Россиянка" в ПАО "НЛМК" объемом 4300 м3;
• нового конвертера N 1 в ПАО "НЛМК" садкой 320 т;
• вращающейся печи N 11 для производства извести в ПАО "НЛМК";
• двух 180-тонных дуговых сталеплавильных печей в ПАО "ММК";
• 120-тонной электродуговой печи для мини-завода ООО "НЛМК-Калуга";
• 4-х 100-тонных электродуговых печей на мини-заводе АО "НЛМК-Урал" на металлургическом заводе АО "Сортовой завод Балаково", на ОАО "Амурметалл";
• строительство 2-х агрегатов "ковш-печь"; строительство 2-х пятиручьевых МНЛЗ и полный переход на непрерывную разливку стали; строительство 2-х ДСП-135 с выводом из работы двух мартеновских цехов; строительство 2-х двухпозиционных вакууматоров на АО "СТЗ" и АО "ТАГМЕТ", входящих в ПАО "ТМК";
• реконструкция ДСП-150 и 2-х УНРС на АО "ВТЗ", входящего в ПАО "ТМК";
• двухванных стационарных конвертеров на ПАО "ММК" (ПАО "ММК" реконструировал бывшие мартеновские цеха (из прежнего оборудования в цехе остался двухванный сталеплавильный агрегат (ДСА)) и ввел в строй электросталеплавильные мощности по производству стали; первый этап реконструкции начался в 2003 г. (в мартеновском цехе были установлены агрегат печь-ковш, агрегат доводки стали и 2 сортовые машины непрерывной разливки стали (МНЛЗ)).

В связи с объявлением 2017 г. Года экологии [7] предприятия металлургической отрасли (члены ассоциации "Русская сталь") предложили и к настоящему моменту реализовали ряд проектов, направленных на сокращение воздействия на компоненты окружающей среды, в том числе:

• техническое перевооружение установки сухого тушения кокса (УСТК) коксохимического производства - передача сбросных газов с холодных свечей УСТК в газопровод доменного газа АО "ЕВРАЗ НТМК";
• реконструкция сероулавливающих установок в аглоцехе ПАО "ММК";
• строительство системы аспирации литейного двора ДП N 10 в доменном цехе ПАО "ММК";
• реконструкция и техническое перевооружение основного технологического оборудования (цех улавливания коксохимических продуктов и реконструкция доменных печей) ПАО "НЛМК";
• ввод в эксплуатацию третьей очереди завода горячебрикетированного железа АО "Лебединский ГОК", ООО УК "МЕТАЛЛОИНВЕСТ";
• строительство третьей очереди полигона захоронения отходов производства и потребления АО "ОЭМК";
• строительство объединенной газоочистки для агрегатов "ковш-печь" N 2 и установки доводки металла ПАО "Северсталь".

Суммарный объем инвестиций в мероприятия "Года экологии" определен в размере более 52,3 млрд руб. [10].

В целом металлургическими компаниями России с 2001 г. импортировано металлургического оборудования более, чем на $ 6 млрд. При абсолютном преобладании использования импортного оборудования для отдельных нужд российских металлургических предприятий, особенно для модернизации и реконструкции ранее построенных агрегатов, используется оборудование российских машиностроительных предприятий, а также предприятий машиностроения Украины.

В последние годы российские машиностроительные фирмы стали наращивать выпуск металлургического оборудования. Так, ОАО "Сибэлектротерм" поставило оборудование для ряда электросталеплавильных цехов: агрегаты "ковш-печь" и установки для вакуумирования стали.

ПАО "Уралмаш" были изготовлены и поставлены для ПАО "ММК" и других предприятий отрасли агрегаты продольной резки, оборудование для замены агломашин и т.д. ПАО "Уралмаш" является основным поставщиком оборудования для обжиговых машин по производству металлизованных окатышей для ООО УК "Металлоинвест".

1.8.2 Основные прогнозные параметры развития черной металлургии

Основными стратегическими целями развития черной металлургии на перспективу до 2030 г., обусловленными как внутренними, так и внешними вызовами, являются:

• увеличение доли продукции, поставляемой на внутренний рынок;
• увеличение поставок на экспорт продукции с высокой добавленной стоимостью;
• рост импортозамещения;
• повышение требований к служебным характеристикам продукции, совершенствование ее сортамента и конкурентоспособности;
• ресурсо- и энергосбережение, снижение негативного воздействия на окружающую среду;
• оптимизация избыточных производственных мощностей;
• строительство мини-заводов, передельных и сервисных центров;
• внедрение новой техники и передовых технологий.

Развитие черной металлургии в перспективе будет определяться ростом экономики страны и соответствующим ростом внутреннего потребления черных металлов.

Главной целью развития черной металлургии России на период до 2030 г. является удовлетворение спроса внутреннего и мирового рынков на металлопродукцию в необходимой номенклатуре, качестве и объемах с использованием наилучших доступных технологий при условии стабильного сырьевого обеспечения и эффективной реализации мер государственной промышленной политики в сфере черной металлургии.

В основу Стратегии развития черной металлургии на период до 2030 г. [22] положен долгосрочный прогноз социально-экономического развития Российской Федерации до 2030 г. [23] (опубликован в марте 2013 г., в настоящий момент актуализируется), а также нормативно-правовые акты, касающиеся прогнозов развития других отраслей: оборонно-промышленного комплекса, тяжелого и атомного машиностроения, транспортной отрасли, энергетики, авиационной промышленности, судостроения, химического и нефтехимического комплекса, гражданского строительства.

Стратегия <*> предусматривает три варианта развития металлургической отрасли: вариант 1 - консервативный (инерционный), вариант 2 - умеренно-оптимистичный (энерго-сырьевой) и вариант 3 - форсированный (инновационный).

В соответствии с этими сценариями прогнозируются следующие объемы производства чугуна, стали и готового проката, показанные в таблице 1.17.

Таблица 1.17

Прогнозируемые объемы производства чугуна, стали, готового проката

Наиболее вероятен сценарий умеренно-оптимистичного развития. Он опирается на использование конкурентных преимуществ России в энергетическом секторе, устойчивое наращивание экспорта сырья и повышения глубины его переработки, модернизацию транспортной инфраструктуры страны. Реализация данного сценария позволяет сформировать новые источники роста, основанные на ускоренном развитии энерго-сырьевых отраслей (ТЭК), металлургического и химического комплексов, а также транспорта. Соответствующий импульс технологического развития получат обрабатывающие отрасли, связанные с обеспечением развития энергетики, сырьевого сектора, транспорта.

При определении спроса на металлопродукцию в перспективе учитывались прогнозные показатели ВВП, промышленного производства и инвестиций в основной капитал, представленные в таблице 1.18.

Таблица 1.18

Прогноз макроэкономических показателей развития Российской Федерации на период до 2030 г. [23]

Достаточно мощный инновационный потенциал, созданный в металлургическом комплексе, особенно благодаря высокому объему вложенных после 2003 г. инвестиций, является надежной базой для значительного наращивания производства.

В перспективе душевое потребление металлопродукции из черных металлов составит 403 кг/чел. в 2030 г. (256 кг/чел. - в 2020 г.) по сравнению с 249 кг/чел. - в 2015 г. По данным WSA, душевое потребление металлопродукции составляло 411,0 кг/чел. - в Японии, 364,2 кг/чел. - в Германии, 387,3 кг/чел. - в США, 271,0 кг/чел. - в Европейском Союзе (27 стран), в Китае - 478,8 кг/чел.

В результате увеличения спроса на металлопродукцию со стороны практически всех отраслей-потребителей прогнозируется прогрессивный сдвиг в направлении увеличения доли поставок продукции на внутренний рынок.

Основным результатом реализации стратегических планов должен стать рост конкурентоспособности продукции в требуемых экономике России номенклатуре, качестве и объемах ее поставок на внутренний рынок (с учетом развития металлопотребляющих отраслей), а также на внешний рынок на базе инновационного обновления отрасли.

Основными факторами, определяющими рост спроса внутреннего рынка в периоды 2018 - 2030 гг., будут являться:

• реализация проектов утвержденных отраслевых стратегий развития промышленности;
• строительство новых предприятий и развитие инфраструктуры регионов Дальневосточного и Сибирского федеральных округов и Арктической зоны;
• развитие инфраструктурных проектов, связанных с развитием оборонно-промышленного комплекса (строительство аэродромов и космодромов, морских баз и т.д.);
• строительство новых объектов топливно-энергетического комплекса;
• техническое обновление отраслей машиностроительного комплекса;
• реконструкция жилищного фонда и развитие жилищного строительства;
• реализация региональных проектов по развитию промышленности, транспорта и строительства.

Исходя из этих предпосылок, производство стали и проката в 2030 г. по умеренно-оптимистичному сценарию составит соответственно 71,5 млн т и 62,4 млн т.

Россия в перспективе останется крупным экспортером металлопродукции и будет по-прежнему занимать одно из ведущих мест в мире. Абсолютные объемы экспорта металлопродукции могут сократиться до 17,0 - 18,0 млн т в 2030 г. за счет уменьшения объемов экспорта заготовок и полуфабрикатов.

Таким образом, доля экспортных поставок от объема производства готового проката в 2030 г. может составить 23,0 - 24,0%.

Импортные поставки металлопродукции будут обусловлены в основном экономической целесообразностью обеспечения готовым прокатом районов, географически удаленных от российских предприятий-производителей, и развитием взаимной торговли со странами Таможенного союза и могут составить к 2030 г. около 4,5 млн т, а доля импортных поставок в видимом потреблении готового проката будет сокращаться и составит в 2030 г. 4,5%.

В структуре производства готового проката будет расти доля листового и сортового проката и сокращаться доля заготовки для переката на экспорт.

Вероятность снижения потребления металлопродукции из черных металлов в перспективе в связи с расширением применения заменителей (полимеры, алюминий и его сплавы, композиты и т.п.) невелика. Масштабы применения композиционных и др. альтернативных материалов в прогнозируемом периоде не смогут существенно повлиять на потребление металлопродукции.

В настоящее время в России сегменты рынка конструкционных композиционных материалов и изделий из них, за исключением авиации, космонавтики и атомной промышленности (применение композитов в которых на сегодняшний день существенно ограничено), практически не освоены [23].

Основным ожидаемым результатом реализации мероприятий по развитию производства композиционных материалов и указанной подпрограммы является рост объема их производства. Суммарный объем потребления прогнозируется на уровне 220 тыс. т.

В перспективе основным потребителем готового проката остается производство листового проката с защитными покрытиями, гнутых профилей, труб стальных и других видов продукции дальнейших металлургических переделов. К 2030 г. объем потребления готового проката, идущего на дальнейший передел, может увеличиться в 1,4 раза (по сравнению с 2015 г.), прежде всего - за счет опережающего роста потребности в листовом прокате с защитными покрытиями и, следовательно, холоднокатаного листового проката и листового проката в целом.

В результате ускорения темпов внедрения инноваций прогнозируется улучшение производственной структуры черной металлургии, в первую очередь - за счет повышения доли конкурентоспособных мощностей (на всех переделах), а также за счет увеличения доли мощностей для выпуска продукции более глубокой степени переработки, доли импортозамещающих и новых производств. Все это позволит улучшить структуру товарной продукции металлургии и повысить ее конкурентоспособность.

В сталеплавильном производстве предусматривается опережающее развитие производства стали в электропечах, доля ее составит в 2030 г. - 40,1%, в конвертерах в 2030 г. - 59,9%; доля разлитой стали на МНЛЗ достигнет в 2030 г. 98%.

Мартеновское производство на предприятиях черной металлургии практически ликвидируется. Ожидаемое изменение структуры производства стали соответствует мировым тенденциям.

Доля листового металла в общем производстве листового и сортового проката (без учета заготовки для переката на экспорт) составит 54,6%.

В прогнозируемый период будет освоено производство высококачественного проката для оборонно-промышленного комплекса, судостроения, атомного машиностроения; ожидается расширение производства высококачественного автомобильного листа.

Главным объектом в инвестиционной программе отрасли в период 2021 - 2030 гг. будет создание нового металлургического комплекса на Дальнем Востоке мощностью 2,5 млн т стали.

Для обеспечения развития отрасли и удовлетворения растущего спроса в металлопродукции по умеренно-оптимистичному варианту необходим ввод новых мощностей по производству:

• 6 млн т электростали на мини-заводах;
• 5,5 - 6 млн т горячекатаного листового проката;
• 6,5 млн т холоднокатаного листа;
• 3,5 млн т листового проката с защитными покрытиями;
• 4,4 млн т стальных труб;
• 15 тыс. т прецизионных сплавов;
• 8 тыс. т аморфных электротехнических сталей.

Наряду с этим предусматривается большой комплекс работ по модернизации действующего производства на предприятиях, представленный в таблице 1.19.

Таблица 1.19

Планируемый комплекс работ по модернизации действующего производства на предприятиях металлургической отрасли (выборочно)

Раздел 2. Основные технологические процессы, применяемые для производства чугуна, стали и ферросплавов

2.1 Агломерация

Агломерация - один из методов окускования - превращения мелких руд и концентратов в кусковый материал - агломерат, применение которого улучшает ход металлургических процессов при производстве различных металлов из руд. В шихте доменных печей доля агломерата в зависимости от сырьевых условий составляет 40 - 90%.

Агломерат производят методом спекания железорудной шихты на ленточных машинах непрерывного действия - агломашинах. На предприятиях черной металлургии России работают 49 агломерационных машин, которые производят около 58 млн т агломерата в год. В России эксплуатируются несколько типов агломерационных машин (см. таблицу 2.1).

Таблица 2.1

Техническая характеристика отечественных агломашин [24, 25]

В зависимости от требований доменной плавки производят различные виды агломерата: неофлюсованный с естественной основностью, офлюсованный с основностью 1,0 - 1,2 по CaO/SiO2, высокоофлюсованный с основностью 1,4 - 1,8, железофлюс с основностью 3,0 - 5,0, промывочный агломерат с основностью 0,4 - 0,7, марганцевый агломерат.

2.1.1 Общая характеристика технологии агломерации железных руд

Агломерация железных руд методом просасывания заключается в спекании агломерационной шихты, состоящей из мелкой руды, концентрата, железосодержащих добавок, дробленого известняка и измельченного твердого топлива, которые предварительно смешивают, увлажняют и окомковывают до образования гранулированной зернистой структуры. Полученную гранулированную (окомкованную) шихту загружают на колосниковую решетку спекательных тележек-паллет агломерационной машины ленточного типа. Под паллетами создают разрежение 700 - 1100 мм вод. ст. для просасывания через окомкованную газопроницаемую шихту наружного воздуха. Сразу после загрузки шихты паллеты поступают под зажигательный горн, где под воздействием интенсивного горения газового топлива в горелках поверхность шихты нагревается до температуры 1100 - 1200 °C, твердое топливо воспламеняется и горит в атмосфере просасываемого воздуха. По мере выгорания твердого топлива зона горения продвигается от поверхности шихты вниз до колосниковой решетки. В зависимости от расхода твердого топлива и состава компонентов аглошихты температура в зоне горения топлива достигает 1250 - 1450 °C.

По высоте слоя спекаемой шихты образуются характерные зоны - готового агломерата, горения, подготовки, сушки и переувлажнения (см. рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Зоны в слое спекаемой шихты на аглоленте [26]

В ходе процесса образовавшиеся зоны перемещаются вниз к колосникам паллеты. Спекание заканчивается при достижении зоны готового агломерата колосников паллеты.

При спекании агломерационной шихты сначала происходит термическое разложение гидратных соединений оксидов, карбонатных соединений рудной части и флюсов, затем происходит оплавление частиц шихты в зоне горения топлива. В высокотемпературной зоне происходит окисление сернистых соединений шихтовых материалов с их удалением в газовую фазу в виде SOx (SO2% - 80% и SO3% - 20%). С отходящими газами также удаляются образующиеся в процессе горения твердого топлива оксиды углерода и азота в виде CO, CO2 и NOx (NO, NO2). Формирование готового агломерата происходит при охлаждении и кристаллизации образовавшегося из легкоплавких соединений расплава в пористую массу - агломерат [27, 28].

Основным сырьем для получения агломерата являются железные руды различных месторождений в виде агломерационной руды фракции менее 10 мм и железорудного концентрата фракции менее 0,1 мм (таблица 2.2).

Таблица 2.2

Химический состав некоторых железных руд и концентратов

Кроме рудного сырья, в агломерационную шихту добавляют оборотный возврат агломерата фракции менее 5 мм, различные добавки: окалину прокатных цехов, колошниковую пыль доменных печей, уловленную в циклонах или электрофильтрах сухую пыль, обезвоженные и высушенные шламы мокрой газоочистки и пр. Приход вредных веществ в аглошихту, например, P2O5, ZnO и R2O, контролируют (где R - щелочные металлы: Na, K).

При производстве офлюсованного агломерата необходимым компонентом являются флюсы - известняк и доломит - для обеспечения необходимого химического состава шлака в доменной печи.

Основным видом твердого топлива при спекании агломерационной шихты служит коксовая мелочь. Возможно применение заменителей - антрацита и тощих углей с небольшим количеством летучих веществ. Примерный химический состав компонентов агломерационной шихты и расходные коэффициенты приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Примерный состав компонентов агломерационной шихты, %

Общая принципиальная схема производства агломерата с основным технологическим оборудованием представлена на рисунке 2.2 [24].

1 - реверсивный ленточный конвейер; 3 - бункеры компонентов шихты; 6 - смесительный барабан; 8 - барабан-окомкователь; 9 - бункер окомкованной шихты; 10 - зажигательный горн; 11 - агломерационная лента; 12 - вакуум-камеры; 13 - коллектор отходящих газов; 14 - пылеуловитель; 15 - эксгаустер; 20 - дробилка пирога агломерата; 21 - грохот; 22 - кольцевой охладитель

Рисунок 2.2 - Общая принципиальная схема производства агломерата [24]

Технологическая схема процесса агломерации с указанием материальных потоков и эмиссий представлена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Технологическая схема агломерационного процесса с указанием материальных потоков и мест выделения эмиссий

Мелкие руды, тонкоизмельченные концентраты, железосодержащие отходы производства поступают на накопительный или усреднительный склад агломерационного производства. Кусковые флюсы, известняк и доломит измельчают, как правило, в молотковых или роторных дробилках, иногда в стержневых мельницах до крупности 0 - 3 мм. Твердое топливо дробят в четырехвалковых дробилках также до крупности 0 - 3 мм. Все шихтовые компоненты поступают в бункеры шихтового отделения, где их в нужном соотношении весодозаторами дозируют на сборный ленточный конвейер.

Далее шихта направляется в смеситель барабанного типа для первичного смешивания, куда также подают горячий возврат для подогрева шихты, если работают по схеме с его выделением. Для устранения зоны переувлажнения при спекании шихту в барабане-окомкователе нагревают острым паром или сжиганием газа до температуры 55 - 65 °C. После окомкования (грануляции) шихты ее укладывают на спекательные тележки-паллеты слоем высотой от 200 до 650 мм в зависимости от качества окомкования, конструкции машины и состояния оборудования - газоотводящего тракта и эксгаустера. Полученный пирог спеченного агломерата дробят, охлаждают, отсевают от него фракцию менее 5 мм. Для постели выделяют фракцию 8 - 15 мм. При работе с горячим возвратом фракцию с частицами неспекшейся шихты и кусочками агломерата менее 5 мм выделяют на грохотах после валковой дробилки горячего агломерата перед охладителем. Годный агломерат крупностью более 5 мм отправляют в доменный цех.

Основными требованиями к качеству агломерата являются:

• прочность на удар и истирание;
• минимальное количество фракции менее 5 мм;
• стабильность гранулометрического состава;
• стабильность химического состава, в том числе по содержанию FeO.

Содержание железа и основность агломерата по CaO/SiO2 или по (CaO + MgO)/SiO2 на предприятиях регламентируют в зависимости от химического состава, поступающего сырья на агломерационное производство, а также от состава всех компонентов доменной шихты. Основность агломерата устанавливают такой, чтобы основности первичного и конечного доменного шлаков обеспечивали удовлетворительную его жидкотекучесть в течение доменной плавки и при выпуске продуктов плавки из печи, а также требуемое содержание серы в чугуне. В таблице 2.4 приведены технологические показатели работы некоторых аглофабрик и качество производимого агломерата.

Таблица 2.4

Технологические показатели работы аглофабрик и качество агломерата

2.1.2 Прием сырья, складирование, усреднение

В агломерационном производстве создают технологические производственные запасы железорудного сырья, флюсов и твердого топлива, которые должны обеспечить бесперебойную работу в течение как минимум 5 сут. Минимальный запас компонентов сырья на складе зависит от удаленности поставщиков, объемов и ритмичности поставок. На современных агломерационных производствах каждый вид поступающего сырья складируют в отдельный штабель. В случае поставок железорудного сырья свыше 500 тыс. т в месяц с разных месторождений для повышения степени усреднения железорудной смеси, поступающей на агломерацию, практикуется формирование предварительного усреднительного штабеля железорудного сырья объемом от 100 тыс. т. Затем формируют общий штабель из всех железорудных компонентов агломерационной шихты.

Флюсы и твердое топливо, как правило, вводят в шихтовом отделении аглофабрики при дозировании компонентов на сборный ленточный конвейер. От качества усреднения шихты на усреднительном складе и точности дозирования отдельных компонентов в шихтовом отделении зависит стабильность качества агломерата по химическому составу, прочности и восстановимости. Стабильность показателей качества агломерата существенно влияет на ровность хода доменных печей, удельный расход кокса и производительность. Содержание железа в отдельных партиях не должно отличаться от среднего на +/- 0,5 абс. % - +/- 0,7 абс. %, а основность +/- 0,05 абс. ед - +/- 0,08 абс. ед. Для стабилизации восстановимости агломерата нормируют содержание FeO в агломерате и допустимые отклонения.

На металлургических предприятиях существуют различные схемы и технологии приема и складирования компонентов шихты. Поступающее сырье выгружают из вагонов роторными или передвижными вагоноопрокидывателями. При поступлении в зимнее время смерзшихся грузов вагоны перед выгрузкой предварительно нагревают в специальных гаражах размораживания. Открытые штабели формируют рудно-грейферными перегружателями или саморазгружающейся тележкой-конвейером по всей длине штабеля. Для усреднения поступающих партий сырья его забор производят грейферным краном или экскаватором с одного торца вразрез штабеля (см. рисунки 2.4 и 2.5).

1 - вагон; 2 - экскаватор; 3 - разгрузочный конвейер; 4 - забор сырья вразрез штабеля

Рисунок 2.4 - Открытый усреднительный склад [26]

Рисунок 2.5 - Склад железорудного сырья

На современных агломерационных производствах для формирования штабелей на усреднительных складах применяют одно- или двухконсольные штабелеукладчики, роторные заборно-усреднительные машины, обеспечивающие высокое качество усреднения сырья (см. рисунки 2.6 и 2.7).

1 - штабель; 3 - штабелеукладчик; 6 - разрыхлитель-реклеймер

Рисунок 2.6 - Схема усреднительного комплекса с реклеймером

Рисунок 2.7 - Усреднитель роторный У2Р-600

Усреднительная установка при движении с торца штабеля зубьями разрыхлителя (реклеймера) срезает слой материала, который ссыпается вниз и подбирается ковшами роторов. Процессы укладки сырья в штабели и отгрузки управляются с помощью АСУ, все механизмы работают в автоматизированном режиме.

Использование закрытых складов сырья предпочтительно по условиям охраны окружающей среды от тонкодисперсной пыли (см. рисунок 2.8).

Рисунок 2.8 - Закрытый усреднительный склад

С усреднительного склада материал через бункера погружается на ленточный конвейер для транспортировки в шихтовое отделение аглофабрики.

2.1.3 Подготовка компонентов агломерационной шихты к спеканию: измельчение, смешивание, грануляция

Качество агломерата в значительной степени определяется качеством подготовки компонентов агломерационной шихты к спеканию. Для повышения качества агломерата в агломерационных рудах и возврате необходимо ограничить содержание фракции более 5 мм, так как частицы более 5 мм за время прохождения зоны высоких температур высотой 20 - 30 мм не успевают усвоиться расплавом. На практике в поступающих агломерационных рудах регламентируют содержание фракций более 10 мм.

При производстве офлюсованного агломерата в качестве флюса используют известняк и доломит. Подготовка флюсов заключается в измельчении известняка до крупности менее 3 мм. Такой размер частиц флюса позволяет им в процессе спекания полностью декарбонизироваться и усвоиться расплавом. По техническим условиям большинства агломерационных производств содержание фракции 0 - 3 мм должно составлять не менее 95%. Измельчение известняка производят в основном молотковыми дробилками. Иногда применяют дробилки роторного типа или стержневые мельницы. Для отсева из дробленого известняка фракции более 3 мм используют вибрационные грохоты. Крупную фракцию направляют на повторное измельчение.

Для интенсификации агломерационного процесса и улучшения качества агломерата на некоторых аглофабриках используют известь. Предпочтительно известь вводить в железорудный концентрат при его поступлении на приемно-усреднительный склад. Это препятствует смерзанию влажного концентрата зимой и обеспечивает лучшее окомкование аглошихты.

При наличии в шихтовом отделении печи кипящего слоя или конвейерной машины небольшой площади для обжига извести возможна подача свежеобожженной извести поверх агломерационной шихты на сборном ленточном конвейере. Далее агломерационная шихта со свежеобожженной известью поступает в первичный смесительный барабан, затем в барабан-окомкователь. Свежеобожженная известь, поданная в аглошихту, значительно улучшает окомкование и газопроницаемость шихты, что позволяет повысить высоту спекаемого слоя, улучшить качество агломерата и повысить производительность агломашины.

Твердое топливо, используемое для спекания агломерационной шихты, должно иметь содержание фракции 0 - 3 мм не менее 95%. Более крупные частицы твердого топлива дольше горят в спекаемом слое, что увеличивает протяженность высокотемпературной зоны с соответствующим уменьшением максимальной температуры в зоне горения. Это приводит к снижению качества агломерата по показателям прочности и содержанию мелочи, а также повышенному расходу топлива. Повышенное количество фракции менее 0,1 мм в твердом топливе также нежелательно. В качестве твердого топлива используют коксовую мелочь. Ее получают дроблением отсева мелкой фракции от крупного кокса в доменном и коксохимическом цехах. В большинстве случаев кокс дробят в четырехвалковых дробилках. При недостатке коксовой мелочи дополнительно используют антрацит или тощие угли с низким содержанием летучих веществ.

Все подготовленные компоненты агломерационной шихты - аглоруда, железорудные концентраты, окалина, колошниковая пыль, железосодержащие добавки, флюсы, твердое топливо - загружают в бункеры шихтового отделения аглофабрики. В шихтовом отделении имеются две технологические линии с одинаковыми бункерами и всеми компонентами агломерационной шихты. Бункеры оборудованы ленточными весовыми дозаторами, с помощью которых компоненты шихты дозируют в нужном соотношении на сборный ленточный конвейер. Управление дозированием компонентов агломерационной шихты и работой всех ленточных конвейеров производят из диспетчерского пункта, оборудованного необходимыми информационными системами о работе всего основного оборудования аглофабрики.

Для обеспечения стабильности химического состава аглошихты на конвейере в шихтовом отделении до дозировки флюсов применяют оборудование для онлайн контроля в потоке на конвейере содержания SiO2, CaO, Fe и др. элементов; полученная информация передается в АСУТП шихтового отделения и автоматически регулируется дозировка смеси флюсов.

Смешивание и окомкование (гранулирование) компонентов аглошихты производят во вращающихся барабанах, как правило, в две стадии (см. рисунки 2.2 и 2.3). На первой стадии весь поток сдозированной аглошихты поступает в барабан-смеситель, где смешивается с подаваемым в него горячим возвратом (если работают с его выделением), и частично увлажняется. После этого аглошихта поступает в спекательное отделение в приемный бункер агломашины. Из приемного бункера агломашины смешанную с возвратом шихту подают в барабан-окомкователь для ее озернения в виде небольших гранул полидисперсного состава. Смесительные барабаны установлены на специальных металлических или резиновых катках под углом к горизонту 1,2 - 2,2 град, с частотой вращения 5 - 9,5 об./мин, что обеспечивает перемешивание и перемещение шихты от загрузочного конца к разгрузочному.

В барабане-окомкователе на пересыпающуюся шихту подают воду для образования гранулированной структуры шихты. Вода обеспечивает сцепление тонкодисперсных минеральных частиц с образованием при перекатывании шихты гранулированной структуры полидисперсного состава. Капиллярные силы удерживают образовавшиеся комочки шихты от разрушения. Оптимальная влажность окомкованной шихты зависит от удельной поверхности шихтовых материалов и свойств поверхности частиц компонентов шихты. Для различного состава шихт оптимальная влажность может изменяться от 5,5% до 9,5%. Чем лучше окомкована шихта, тем выше газопроницаемость слоя шихты после ее укладки на паллеты агломашины, тем лучше идет спекание агломерата методом просасывания. На газопроницаемость слоя шихты при спекании агломерата оказывает влияние температура шихты, так как при температуре шихты 50 - 65 °C при просасывании газов в процессе спекания уменьшается явление конденсации влаги в нижележащих слоях, что устраняет разрушение гранул при их переувлажнении. Подогрев шихты осуществляется различными приемами:

• вводом горячего возврата на стадии первичного смешивания;
• подачей пара в барабан-окомкователь;
• факелом при сжигании газа.

Таким образом, на первой стадии смешивания получают более однородный химический состав шихты в отдельных разовых пробах шихты, а на второй - получают окомкованную (гранулированную) газопроницаемую шихту для спекания на аглоленте.

2.1.4 Спекание шихты на конвейерных машинах

Из барабана-окомкователя шихта поступает в загрузочное устройство, состоящее из загрузочной воронки, барабанного питателя с шибером и загрузочного лотка. Для равномерного распределения шихты применяют челноковый распределитель (см. рисунок 2.9).

Рисунок 2.9 - Барабанный питатель с наклонным загрузочным лотком

Шихту укладывают на колосниковую решетку паллет конвейерной ленточной агломерационной машины. На колосниковую решетку сначала укладывают защитную постель фракции 8 - 15 мм толщиной слоя 30 - 50 мм. Это предотвращает припекание пирога готового агломерата к колосникам, уменьшает разгар колосников с увеличением живого сечения колосниковой решетки, а также уменьшает просыпание и вынос мелких частиц шихты.

Постель выделяют из готового агломерата. На аглофабриках, где нет выделения постели, защитный слой создают из наиболее крупных комочков шихты за счет естественной сегрегации при поступлении шихты из барабанного питателя на наклонный загрузочный лоток. Загрузочный лоток регулирует высоту слоя по ширине аглоленты. Высота слоя спекаемой шихты может быть от 200 до 650 мм.

На рисунке 2.10 представлена схема агломерационной машины.

1 - паллеты; 2 - укладчик постели; 3 - челноковый питатель шихты; 4 - зажигательный горн; 5 - постель; 6 - зона сырой шихты; 7 - зона сушки и подогрева шихты; 8 - зона горения твердого топлива; 9 - зона готового агломерата; 10 - разгрузочный конец машины; 11 - вакуум-камеры; 12 - ведущая звездочка привода ленты; 13 - сборный коллектор отходящих газов

Рисунок 2.10 - Схема агломерационной машины и хода процесса спекания

Спекание шихты в агломерат на конвейерной ленточной агломерационной машине состоит из трех этапов:

• зажигание под зажигательным горном верхнего слоя уложенной шихты;
• спекание аглошихты в пористый пирог в зоне горения твердого топлива;
• охлаждение готового агломерата просасываемым воздухом по мере перемещения зоны горения топлива к колосникам паллет.

На рисунке 2.11 показан выход аглоленты со спеченным агломератом из-под зажигательного горна.

Рисунок 2.11 - Выход аглоленты со спеченным агломератом из-под зажигательного горна

Скорость движения паллет агломашины поддерживают такой, чтобы окончание спекания нижних слоев шихты заканчивалось на последней вакуум-камере. Готовый спеченный пирог агломерата снимают специальным ножом при переходе паллет на нисходящую ветвь аглоленты.

2.1.5 Охлаждение и дробление агломерата, сортировка, отсев мелочи и отгрузка годного агломерата

Сошедший с паллет большой пирог агломерата разрушают одновалковой или щековой дробилкой на куски размером менее 80 - 100 мм. От общей массы готового агломерата на вибрационном грохоте отсевают возврат крупностью менее 5 мм, который горячим сразу идет в аглошихту для ее подогрева или на предварительное охлаждение перед подачей в шихту. Технология агломерации с охлаждением возврата обеспечивает меньшую запыленность и лучшие условия труда. Горячий агломерат поступает на охлаждение в специальные охладители:

• чашевые с просасыванием воздуха (см. рисунки 2.12 и 2.13);
• линейные охладители агломерата с продувом воздуха (см. рисунок 2.14);
• кольцевые охладители с продувом воздуха (см. рисунок 2.15).

1 - гидрозатвор; 2 - надконусное пространство; 3 - жалюзийная решетка; 4 - бункер агломерата; 5 - центральная колонка; 6 - сбрасывающий нож; 7 - тарель; 8 - электропривод

Рисунок 2.12 - Чашевый охладитель агломерата с прососом воздуха

На рисунке 2.13 представлен модернизированный чашевый охладитель с увеличенной емкостью, возможностью отдельной замены внешних и внутренних жалюзи, улучшением условий охлаждения агломерата [29]. Данная конструкция охладителя позволяет на газоходе с горячим воздухом установить теплообменники для получения пара для нагрева аглошихты или горячего воздуха для горелок зажигательного горна.

Рисунок 2.13 - Чашевый охладитель агломерата с прососом воздуха модернизированный

1 - дробилка агломерата; 3 - колосниковые тележки; 7 - грохот для отсева мелочи

Рисунок 2.14 - Линейный охладитель агломерата

Рисунок 2.15 - Кольцевой охладитель агломерата

В некоторых конструкциях конвейерных аглолент (МАК-240/138) охлаждение агломерата предусмотрено непосредственно на спекательной ленте при соотношении площадей спекания/охлаждения 138/102, что при высоте постели 40 мм и слоя спекаемой аглошихты 510 мм дает вполне удовлетворительный результат по конечной температуре охлажденного агломерата. Эксплуатационные затраты на производство агломерата с охлаждением на ленте ниже на 27% по сравнению с технологией с охлаждением агломерата в автономных охладителях [30]. Температура охлажденного агломерата 100 - 120 °C.

После охлаждения агломерат рассевают на фракции. Фракция 0 - 5 мм поступает в возврат. Часть фракции 8 - 15 мм направляется для создания постели на паллетах перед укладкой окомкованной шихты. Годный агломерат крупностью более 5 мм отправляют по конвейерам или в агловозах в доменный цех.

2.1.6 Основное технологическое и природоохранное оборудование

Назначение, описание, технологические характеристики основного оборудования, используемого при производстве агломерата, приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5

Основное технологическое оборудование, используемое при производстве агломерата

Основное природоохранное оборудование

Для снижения негативного воздействия на окружающую среду процесса производства агломерата на технологических участках и в отделениях устанавливается природоохранное оборудование:

• газоочистное и аспирационное оборудование, обеспечивающее необходимый уровень очистки технологических газов и аспирационного воздуха от содержащихся в них загрязняющих веществ перед отводом газов или воздуха в атмосферу или возвратом обратно в рабочую зону;
• водоочистные сооружения, обеспечивающие очистку загрязненных промышленных сточных вод.

Назначение, описание, технологические характеристики природоохранного оборудования, используемого при производстве агломерата, приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6

Назначение и описание природоохранного оборудования, используемого при производстве агломерата

2.1.7 Материальные потоки, виды эмиссий, их образование и улавливание

По всей технологической цепочке производства агломерата в местах выгрузки сырья, складирования, подготовки компонентов шихты на различном оборудовании, спекании агломерата, транспортировки отходов производства и готовой продукции имеют место организованные и неорганизованные выбросы (эмиссии) загрязняющих веществ в виде пыли, газов, образования отходов. Также возможно образование сточных вод.

Материальные потоки, характерные основные эмиссии при производстве агломерата представлены в таблице 2.7.

Таблица 2.7

Перечень материальных потоков и эмиссий

Неорганизованные выбросы возникают при транспортировке, выгрузке сырья, при хранении пылящих твердых материалов на открытых складах, при дроблении компонентов шихты, транспортировании материалов на открытых конвейерах, выбросов от агрегатов в технологических процессах при отсутствии или недостаточной герметичности укрытий, утечках из фланцев, насосов, вентиляторов.

2.1.8 Факторы негативного воздействия на окружающую среду

Факторами негативного воздействия на окружающую среду являются следующие.

Выбросы в атмосферу

При производстве агломерата имеют место неорганизованные и организованные выбросы в атмосферу загрязняющих веществ с твердыми компонентами (взвешенными веществами): C, Fe2O3, FeO, SiO2, CaO, MgO, Al2O3, MnO; газообразными компонентами: NO2, NO, SO2, CO, CO2, бенз(a)пирен.

Сточные воды

В агломерационном производстве используется техническая вода из водооборотного цикла для увлажнения шихты при ее смешивании и окомковании, в установках мокрых систем пылегазоочистки (или систем с гидроудалением), охлаждения элементов зажигательных горнов, а также смыва осевшей пыли в производственных помещениях. Водоснабжение осуществляется по локальным водооборотным системам. Сбросы воды не производятся.

Отходы и побочные продукты

В процессе производства агломерата образуются отходы и побочные продукты: просыпь шихтовых материалов, пыль и шламы газоочисток с различных участков, отходы футеровок при ремонтах зажигательных горнов, резиновые транспортерные ленты, отходы строительных материалов, стекла, кабельной продукции и резинотехнических изделий. Все производственные отходы утилизируются.

Вредные производственные факторы

При производстве агломерата вредными производственными факторами являются:

• повышенное напряжение в электрической цепи свыше 50 В;
• движущиеся машины и механизмы;
• подвижные части производственного оборудования;
• повышенная температура поверхности оборудования и материалов;
• расположение рабочего места на значительной высоте относительно поверхности земли;
• повышенный уровень инфракрасного излучения свыше 140 Вт/м2;
• повышенный уровень производственного шума на рабочем месте свыше 80 дБ;
• повышенная загазованность и запыленность неорганической пылью (ПДК окиси углерода - 20 мг/м3, неорганической пылью - 6 мг/м3).

2.2 Производство кокса

2.2.1 Основные способы производства кокса

Вещество кокса представляет собой спекшуюся углеродную массу, содержание углерода 82 - 89%, зольность 10 - 12%. Кокс является основным восстановительным агентом, опорным материалом и фильтрующей матрицей в доменной печи, применяется в производстве ферросплавов, литейном производстве, производстве электродов в цветной металлургии, химической промышленности.

Кокс получают в процессе пиролиза угля, который заключается в нагреве угля до высоких температур без доступа воздуха. В отопительных простенках коксовой батареи между печными камерами сгорает газовое топливо. Температура дымовых газов составляет 1150 - 1350 °C, что обеспечивает непрямой нагрев угля до температуры 1000 - 1100 °C. В течение 14 - 24 ч в результате нагрева получают кокс, а сам процесс называют коксованием (карбонизацией).

Образующийся при работе печей коксовый газ подвергают охлаждению и очистке от смолистых веществ и бензольных углеводородов. Эти процессы сопровождаются улавливанием и получением ценных химических продуктов.

Традиционный способ производства кокса в камерных печах, объединенных в коксовые батареи, остается единственным. Изменяются лишь масштабы печей и применяются некоторые усовершенствования оборудования, включая установки для защиты окружающей среды от загрязнения. Разрабатываются новые технологии, в первую очередь - непрерывного и непрерывно-периодического коксования в кольцевых, шахтных печах и печах с наклонным подом. Эти технологии прошли опытно-промышленную проверку, но до настоящего времени в промышленных масштабах не используются.

За рубежом существуют технологии производства кокса в горизонтальных и вертикальных камерных печах специальной конструкции без химического блока цехов, т.е. с отоплением батарей неочищенным коксовым газом. Выбрасываемые в атмосферу дымовые газы при такой технологии сильно загрязнены и нуждаются в очистке, что при больших объемах этих газов представляет достаточно серьезную проблему.

Принципиальная схема традиционной технологии производства кокса приведена на рисунке 2.16.

Рисунок 2.16 - Принципиальная схема традиционной технологии производства кокса

2.2.2 Сырьевые материалы

Только некоторые типы углей, обладающие необходимыми пластическими свойствами, пригодны для производства кокса. Сырьевой базой для коксохимического производства являются угли различных угольных бассейнов, обогащенные на фабриках или сортированные с шахт и разрезов.

При использовании каменных углей для коксования необходимо знать их технический состав, спекаемость, коксуемость, распределение минеральных примесей в классах углей по их крупности и насыпной вес угольной шихты.

Под техническим составом топлива обычно подразумевают данные, характеризующие техническую применимость топлива. Технический состав угля определяется содержанием влаги и минеральных примесей, выходом летучих веществ, содержанием серы и фосфора, углерода, водорода и азота, а также теплотой сгорания топлива.

Влажность углей. При нагревании угля до 100 - 105 °C из него испаряется вода. Количество испаренной воды при этих условиях обычно выражают в процентах к весу топлива и называют содержанием влаги в углях, или влажностью углей.

Содержание минеральных примесей в угле характеризуется его зольностью. Зольность топлива определяется по выходу остатка после сжигания угля при температуре 800 °C. Зольность угля, как и влажность, выражается в процентах к его весу. Чем меньше зольность исходной шихты, тем меньше зольность получаемого металлургического кокса.

Выход летучих веществ представляет собой количество образовавшихся газообразных продуктов в результате различных химических реакций в процессе термического разложения топлива. Выход летучих веществ характеризует химический возраст (зрелость) углей. Чем меньше выход летучих веществ из углей, тем больше их возраст.

Коксуемость углей обусловливается совокупностью всех процессов, которые протекают при нагреве их до более высоких температур (1000 - 1100 °C) и включают, кроме процессов спекания, упрочнение и усадку материала полукокса и кокса, образование трещин и другие явления. Поэтому коксуемостью называют способность угля самостоятельно или в смеси с другими углями при определенных условиях подготовки и нагревания до высоких температур образовывать кусковой пористый материал - кокс, обладающий определенной крупностью и механической прочностью.

Группы углей обычно обозначаются начальными буквами их названий. Буквами Д, Г, Ж, К, О, С и Т обозначают длиннопламенные, газовые, жирные, коксовые, отощенные, спекающиеся и тощие угли. Вышеприведенный ряд углей характеризуется увеличением степени их химической зрелости (возраста). Часто для обозначения групп углей применяют их сочетание или дополнительные индексы, подразделяющие группы углей на подгруппы. Систематизация углей по группам и маркам представляет собой их классификацию.

Для получения кокса используют только те угли, которые при нагревании способны размягчаться, вспучиваться под действием выделяющихся летучих веществ и затвердевать с образованием прочных кусков. Наилучшими для этой цели являются так называемые коксующиеся угли с выходом летучих веществ в пределах 18 - 27%. Угли с большим выходом летучих (газовые) или с меньшим (тощие) обычно спекаются плохо или не спекаются совсем. В настоящее время для получения кокса используют и неспекающиеся или плохо спекающиеся угли, примешивая их к коксующимся. Для коксования применяют угли следующих марок: коксовые (К), жирные (Ж), отощенные спекающиеся (ОС) и газовые (Г).

В настоящее время на всех КХП России коксованию подвергают не отдельные сорта углей, а угольную шихту из нескольких марок.

2.2.3 Подготовка углей к коксованию

Подготовка угольной шихты проводится в углеподготовительных цехах. Углеподготовительный цех (УПЦ) предназначен для приема, хранения, усреднения и измельчения углей, дозирования компонентов угольной шихты и обеспечения готовой шихтой заданного качества коксовых цехов.

Технологическая схема подготовки углей к коксованию включает:

• гаражи размораживания углей;
• вагоноопрокидыватели;
• открытый или закрытый склад угля;
• отделение предварительного дробления;
• дозировочное отделение;
• отделение окончательного дробления;
• оборудование и сооружения для транспортировки угля и шихты (перегрузочные станции с ленточными конвейерами);
• угольные башни коксовых батарей.

Прием угля на предприятие

Прибывающие вагоны с углем разгружаются на стационарных роторных вагоноопрокидывателях в приемные бункера, из которых уголь подается транспортерами на угольный склад или непосредственно на участок углеприема в отделение предварительного дробления (ОПД). Производительность вагоноопрокидывателя по выгрузке угля в зависимости от условий выгрузки и времени года составляет от 6 до 15 вагонов в час.

Технологией процесса выгрузки угля из вагона предусмотрено, что ротор вагоноопрокидывателя переворачивает вагон и уголь падает в приемные бункера в течение нескольких секунд. Падающая масса угля увлекает (эжектирует) окружающий воздух, создавая воздушный поток, направленный вниз. Одновременно из бункера вытесняется находящийся там воздух, этот поток направлен вверх. Сталкивающиеся между собой потоки воздуха образуют завихрения и захватывают мелкие частицы, образующиеся при высыпании угля из вагона и рассыпания его в бункере. Запыленный воздух образует пылевое облако, которое загрязняет пылью рабочие места и территорию коксохимпроизводства, а также территории населенных мест и селитебных зон, расположенных вблизи предприятия. Для предотвращения этого выброса сооружаются аспирационные установки, предусматривающие окожушивание ротора с отсосом и очисткой запыленного воздуха. В качестве пылеуловителей применяются мокрые аппараты (циклоны с водяной пленкой, газопромыватели СИОТ и др.).

В зимнее время смерзшийся в вагонах уголь перед разгрузкой размораживается в гаражах размораживания. Теплоносителем для разогрева углей в железнодорожных вагонах в гараже размораживания служат дымовые газы, получаемые от сжигания коксового или природного газа в топках печей. Продукты горения нагнетаются в помещение гаража через патрубки распределительных металлических боровов, проходящих вдоль стен гаража. По всасывающим трубопроводам 80% газов из гаража размораживания возвращаются обратно на рециркуляцию в смесительные камеры топок, где, смешиваясь с продуктами горения газа, вновь подаются дымососами в помещение гаража. Остальная часть отводится в атмосферу через вытяжные трубы, расположенные на крыше гаража.

Усреднение и хранение углей

Хранение и усреднение поступающих на производство углей производится на угольных складах открытого или закрытого типа.

Открытые склады имеют различные схемы, но независимо от этого все снабжены мостовыми грейферными кранами, называемыми углеперегружателями, для складирования углей в штабеля и выдачи их со склада. Обычно открытый склад состоит из нескольких траншей по 200 - 250 м длиной каждая и нескольких площадок, оборудованных углеперегружателями. На складе угли усредняются путем послойной укладки их в штабеля и забора на производство вразрез уложенным слоям с помощью грейфера. Полная высота штабелей достигает 14 - 16 м. Оперативная емкость склада рассчитывается на обеспечение работы коксовых батарей в течение 12 суток.

Закрытые склады представляют собой ряд железобетонных бункеров (силосов), снабженных ленточными конвейерами для подачи угля на склад и выдачи его на производство. В закрытых складах совмещаются функции хранения, усреднения и дозирования углей в одном сооружении.

Подготовка угольной шихты

С угольного склада уголь транспортерами подается на участок углеприема в отделение предварительного дробления. Обычно подготовка углей осуществляется по схеме ДШ - дробление шихты или ДК - дробление компонентов (см. рисунок 2.17). Возможно применение схемы ГДК - групповое дробление компонентов. Выбор схемы подготовки углей зависит прежде всего от качества применяемых для приготовления шихты углей и от имеющегося на предприятии технологического оборудования.

Схема "ДШ"	Схема "ДК"
Предварительное дробление Дозирование Обогащение Окончательное дробление	Предварительное дробление Окончательное дробление Дозирование Смешение

Рисунок 2.17 - Схемы подготовки углей к коксованию

Угольная шихта представляет собой смесь углей, различающихся между собой по технологическим свойствам. Подготовка шихты заданного состава (по схеме ДШ) происходит путем дозирования угля разных марок из силосов на ленточный питатель и подачи его на сборные конвейеры, по которым шихта подается на измельчение и смешивание в молотковые дробилки отделения окончательного дробления и затем распределяется на угольные башни коксовых батарей.

Предварительное дробление углей производится барабанными дробилками, в которых уголь измельчается до размеров кусков 80 - 100 мм и удаляются посторонние предметы и куски породы.

После предварительного дробления уголь по системе конвейеров подается в дозировочное отделение и распределяется по силосам (дозировочным емкостям) в зависимости от марки угля. Силоса обычно расположены в две нитки по несколько емкостей.

Технологическая схема углеподготовки приведена на рисунке 2.18.

В/о - вагоноопрокидыватель; ОПД - отделение предварительного дробления; ПС - перегрузочная станция

Рисунок 2.18 - Технологическая схема углеподготовки (пример)

2.2.4 Технологические процессы производства кокса

Процесс производства кокса включает в себя следующие технологические операции [31]:

• загрузка камер коксования угольной шихтой;
• нагрев угольной шихты без доступа воздуха до заданных температур за установленный период времени в коксовых печах;
• отвод и охлаждения прямого коксового газа из камер коксования;
• выдача готового кокса из печей;
• тушение кокса;
• сортировка кокса на фракции;
• транспортировка коксовой продукции в доменный цех или отгрузка кокса потребителям.

Выдача кокса и загрузка печей ведется по цикличному графику.

Промежуток времени от загрузки печи до выдачи кокса называют периодом коксования. Период коксования с прибавкой времени на операции по загрузке шихты и выдаче кокса называют временем оборота печей или оборотом печей.

В состав коксовых цехов входят коксовые батареи со вспомогательными и обслуживающими устройствами и сооружениями, обычно объединенные в блоки из двух батарей; угольные башни; коксовые машины; тушильные башни для мокрого тушения кокса с насосами и отстойниками; коксовые рампы с транспортерами для подачи кокса на сортировку; коксосортировка с устройствами для рассева кокса, подачи его в доменный цех или в железнодорожные вагоны с бункерами для промежуточного накопления.

Коксовые батареи

Основная конструкция современных коксовых печей была разработана к середине XX века.

Печь (камера коксования) является рабочим пространством, в котором происходит процесс коксования. Она имеет форму призмы с большим по ширине основанием на коксовой стороне батареи, т.е. в направлении выталкивания из камеры коксового пирога. С машинной и коксовой сторон камера коксования закрывается дверьми с огнеупорной футеровкой. В перекрытии камеры имеются отверстия для загрузки ее угольной шихтой и отверстия для выхода коксового газа.

В настоящее время печи, объединенные в батареи, имеют длину 12 - 17 м, высоту 4 - 7 м и ширину 0,3 - 0,6 м. Между печами размещаются отопительные простенки - стены камеры с вертикальными обогревательными каналами, в которых происходит сжигание отопительного газа. Подаваемый в отопительные простенки воздух подогревается в регенераторах с помощью горячих отходящих газов; утилизация вторичного тепла дает возможность повышения температуры в печи. Батареи могут включать до 77 печей, каждая печь в батарее вмещает до 30 - 40 т угля.

Схема устройства батареи приведена на рисунке 2.19.

Рисунок 2.19 - Схема устройства коксовой батареи

Обогрев батарей осуществляется коксовым газом или смесью коксового (вариант - природного) и доменного газов. Дымовые газы отводятся в борова и затем через дымовую трубу батареи выбрасываются в атмосферу.

При нагревании угля выделяется коксовый газ, создавая в печи повышенное давление. Для предотвращения газовыделения (газования) в период коксования и обеспечения необходимой герметичности камер производится уплотнение дверей, крышек загрузочных люков и стояков. Для предотвращения выбросов через неплотности дверей камер применяются уплотнения, в основном "железо по железу". Крышки загрузочных люков уплотняются специальным раствором для предотвращения выделений загрязняющих веществ (продукты пиролиза угля) через неплотности. Крышки стояков оборудуются гидравлическими или пневматическими уплотнениями.

Повышенное давление газа в печных камерах может привести к перетоку (прососам) коксового газа в отопительные простенки через неплотности кладки печей. При наличии прососов органические вещества, содержащиеся в сыром коксовом газе, при недостатке кислорода возгоняются с образованием сажевых частиц. Проведение регулярных ремонтов огнеупорной кладки позволяет предотвратить прососы и снизить выбросы сажи из дымовых труб коксовых батарей.

Летучие продукты коксования (прямой коксовый газ) отводятся из камеры через газовые люки, на которых установлены стояки, в газосборники и далее по трубопроводу на переработку в цеха улавливания. В газосборниках газ охлаждается путем орошения его надсмольной водой, подаваемой через специальные форсунки. По мере охлаждения газа в газопроводах и охлаждающей аппаратуре образуется газовый конденсат. В местах его скопления устанавливаются конденсатоотводчики, через которые конденсат непрерывно вытекает в соответствующие сборники, из которых после отстаивания направляется в фенольную канализацию.

Печные системы

Существующие в РФ коксовые батареи с боковым подводом отопительного газа принципиально подразделяются по конструкции системы обогрева на батареи с перекидными каналами (ПК) и батареи с парными вертикалами и рециркуляцией продуктов горения (ПВР). Каждый тип батарей имеет свои преимущества и недостатки. Система ПВР обеспечивает относительно более гибкое регулирование распределения температуры по высоте коксового пирога, система ПК - по длине коксового пирога, особенно при резких колебаниях оборота печей.

Коксовые батареи ПВР с боковым подводом коксового газа имеют преимущества в сравнении с конструкциями коксовых батарей систем ПК. Основными достоинствами коксовых батарей системы ПВР являются: относительно низкое сопротивление отопительной системы; равномерный обогрев печной камеры по высоте; существенное снижение NOx в дымовых газах вследствие рециркуляции продуктов горения; высокая строительная прочность отопительного простенка в сравнении с печами, имеющими сборный горизонтальный канал. Несмотря на более сложную конструкцию газораспределительной корнюрной зоны, что усложняет конфигурацию фасонных огнеупоров, суммарный расход огнеупорных изделий на кладку (динасовых, шамотных, полукислых, многошамотных и др.) такой же, как для печей ПК-2К со сдвоенными регенераторами.

Загрузка печей

Загрузка угольной шихты в камеры коксования осуществляется углезагрузочным вагоном, который доставляет угольную шихту из угольной башни к загружаемой печи.

Угольная башня обычно обслуживает две батареи, ее емкость должна обеспечивать 15 - 18 ч потребность коксового блока в шихте.

В нижней части угольной башни располагается ряд затворов, через которые угольная шихта поступает в бункера углезагрузочного вагона. После набора шихты углезагрузочный вагон передвигается к коксовой печи, готовой к загрузке.

В перекрытии каждой печной камеры находится 3 или 4 загрузочных люка, через которые в камеры поступает шихта. Внизу бункеров углезагрузочного вагона имеются телескопические патрубки, которые опускаются на люки печных камер.

Наиболее распространен метод гравитационной загрузки, когда шихта движется вниз под действием гравитационных сил. Загрузка печи шихтой при гравитационном способе загрузки составляет 3 - 6 мин.

Печи оборудованы устройствами для бездымной загрузки методом паро- или гидроинжекции, при которых выделяющиеся пылегазовые продукты отсасываются в газосборник.

Загруженная в печь шихта должна быть сверху выровнена. Между сводом печи и загруженной шихтой должно оставаться свободное пространство для выхода газа в стояк. Это обеспечивается выравниванием (планированием) шихты путем ввода в печь планирной штанги.

Выдача и тушение кокса

После окончания заданного периода коксования двересъемные машины на коксовой и машинной сторонах батареи снимают двери печной камеры и готовый кокс при помощи штанги коксовыталкивателя через коксонаправляющую корзину выталкивается (выдается) в приемный вагон. Схема выдачи представлена на рисунке 2.20.

Рисунок 2.20 - Схема выдачи кокса

При мокром тушении кокса кокс в тушильном вагоне электровозом транспортируется под башню тушения и в течение 40 - 60 с орошается водой, в качестве которой обычно используется вода после биохимической очистки. После орошения вагон отстаивается не менее 50 с под тушильной башней для стока излишней воды.

Стекающая с вагона во время тушения вода отстаивается в специальных шламовых отстойниках. Отстоявшаяся вода забирается насосом и снова подается на тушение кокса. Шлам из отстойника грузится грейфером в железнодорожные вагоны.

Из тушильного вагона кокс выгружается на рампу, выдерживается на ней не менее 15 мин для испарения влаги, ссыпается на конвейер и подается на коксосортировку.

При сухом тушении кокса кокс выдается в коксовозный вагон и направляется на установку сухого тушения (УСТК), в которой охлаждается инертным газом, продуваемым через слой кокса в камере сухого тушения. После охлаждения в УСТК кокс подается на коксосортировку.

Транспортирование, сортировка и отгрузка кокса

Схема коксосортировки (пример приведен на рисунке 2.21) предусматривает рассев кокса на классы (по крупности кусков) при помощи валковых и вибрационных грохотов. Технологическая схема рассева кокса обычно предусматривает его разделение на классы:

• кокс литейный с размером кусков +60 мм;
• кокс литейный с размером кусков +40 мм;
• кокс доменный с размером кусков +40 мм;
• кокс доменный с размером кусков +25 мм;
• кокс доменный с размером кусков 25 - 40 мм;
• орешек коксовый с размером кусков 10 - 25 мм;
• мелочь коксовая с размером кусков 0 - 10 мм.

Рисунок 2.21 - Технологическая схема коксосортировки (пример)

Сортировка кокса по крупности начинается с отделения крупной фракции кокса (класс от 25 до 40 мм) на валковых грохотах. Кокс после валковых и вибрационных грохотов поступает на рассевной грохот, на котором отсеивается фракция более 25 мм, коксовый орешек с размером кусков от 10 до 25 мм и коксовая мелочь с размером кусков менее 10 мм.

После рассева кокс поступает в бункеры кокса, откуда затем либо подается по транспортерам в доменный цех металлургического производства, либо отгружается потребителям в железнодорожный или автомобильный транспорт.

2.2.5 Очистка коксового газа

Коксовый газ образуется при коксовании угля в результате термического разложения последнего при повышении температуры до 1000 - 1150 °C и является побочным продуктом при производстве кокса. Он представляет собой смесь различных газов и паров: метана, водорода, окиси углерода, аммиака, паров каменноугольной смолы и других веществ. Коксовый газ после очистки используется для обогрева коксовых батарей, а также как энергетическое топливо для объектов металлургического и энергетического производств.

В результате осреднения выход коксового газа из батареи, состоящей из 60 - 70 печей, получается практически равномерным в пределах 400 - 450 м3/т получаемого кокса. Этот газ называют прямым (таблица 2.8).

Для обеспечения надлежащих экологических показателей при последующем использовании коксового газа для энергетических нужд прямой коксовый газ проходит обязательную обработку, в процессе которой из него удаляются пары смолы и воды, а также улавливаются аммиак и бензольные углеводороды [31]. После такой обработки газ называется обратным (см. таблицу 2.8) и его используют в основном для сжигания в качестве топлива как самостоятельно (Qрн ~ 16 мДж/м3), так и в смеси с доменным.

Таблица 2.8

Состав прямого и обратного коксового газа

Очистка и обработка коксового газа с извлечением попутных химических продуктов коксования осуществляется в комплексе технологических процессов (химических производств), общий вид которых приведен на рисунке 2.22.

Рисунок 2.22 - Панорама технологических участков для очистки и обработки коксового газа

Схема очистки коксового газа представлена на рисунке 2.23.

Рисунок 2.23 - Технологическая схема отделения конденсации цеха улавливания (пример)

Первичное охлаждение и очистка коксового газа от аммиака

Основная очистка коксового газа производится в цехе улавливания, где происходит охлаждение летучих парогазовых продуктов, выходящих из камеры коксования с температурой 700 - 800 °C, до 30 - 40 °C, конденсация с очисткой их от смолы, нафталина, аммиака и бензола.

Каменноугольная смола - сложная смесь большого числа индивидуальных соединений, основные из них - углеводороды ароматического ряда. Смола является сырьем для получения пека, нафталина, каменноугольных масел и других ценных продуктов.

Основные технологические процессы:

• первичное охлаждение коксового газа и выделение из него смолы и водяных паров;
• извлечение из коксового газа и надсмольной воды аммиака (с получением сульфата аммония или с термическим уничтожением аммиака);
• конечное охлаждение коксового газа (с улавливанием нафталина);
• очистка коксового газа от бензольных углеводородов;
• подача очищенного коксового газа на обогрев коксовых батарей и другим потребителям.

Очистка коксового газа от аммиака

Улавливание аммиака из коксового газа на большинстве предприятий производят путем контакта газа с серной кислотой в сатураторах барботажного типа с получением сульфата аммония.

В ряде случаев вместо сатураторов применяют более интенсивное оборудование - форсуночные скрубберы-абсорберы, где при помощи промывки серной кислотой из газа улавливается аммиак.

По воздействию на загрязнение окружающей среды бессатураторный способ практически не отличается от сатураторного.

В последнее время получает распространение технология очистки коксового газа от аммиака круговым фосфатным способом (КФС) с улавливанием аммиака и последующей утилизацией пароаммиачной смеси с выработкой пара. Реализация этой технологии позволяет исключить из оборота концентрированную серную кислоту и предотвратить образование кислой смолки, а также снизить выбросы в атмосферу некоторых загрязняющих веществ II - IV классов опасности.

Конечное охлаждение и очистка коксового газа от бензольных углеводородов

Очищенный от аммиака газ с температурой 50 - 60 °C поступает в конечный газовый холодильник (КГХ), где охлаждается оборотной водой до температуры 20 °C (зимой) или 30 °C (летом). Одновременно с охлаждением газа и конденсацией содержащихся в нем водяных паров в КГХ происходит вымывание нафталина.

Из конечного газового холодильника коксовый газ поступает в бензольные скрубберы, орошаемые поглотительным маслом, при контакте с которым газ очищается от бензольных углеводородов.

Очищенный коксовый газ (обратный) направляется на отопление коксовых батарей, а также в металлургическое производство в качестве энергетического топлива.

2.2.6 Установка биохимической очистки сточных вод

В процессе производственной деятельности КХП образуются следующие сточные воды:

• фенольные - за счет влаги шихты, пирогенетической влаги и конденсата пара, выделяются в процессах коксования шихты и переработки продуктов коксования;
• шламовые - в процессах мокрой очистки газа и воздуха аспирационных и вентиляционных систем;
• производственные стоки, к которым относятся продувочные воды чистых и грязных оборотных циклов - при выведении из оборотных циклов части оборотной воды с целью уменьшения концентрации загрязнений в оборотной воде за счет подачи в цикл свежей воды (подпитки), а также сточные воды химводоподготовки, продувочные воды котлов и др.;
• ливневые и поливомоечные воды - за счет сбора и отведения с территории КХП ливневых, талых и поливомоечных вод.

Для канализования сточных вод на КХП обычно имеются фенольная, ливневая, шламовая и хозфекальная канализации; название системы канализования совпадает с названием вод, отводимых по ней. Для очистки фенолсодержащих сточных вод (технологических и загрязненных поверхностных) сооружается биохимическая установка (БХУ).

Биохимическая установка предназначена для очистки сточных вод от органических и неорганических соединений, а именно: от смол и масел, фенолов, роданидов, цианидов, аммонийного азота и его окисленных форм до норм, обеспечивающих возможность их использования на нужды предприятия взамен технической воды (мокрое тушение кокса). Схема биохимической очистки сточных вод приведена на рисунке 2.24.

Рисунок 2.24 - Схема биохимической очистки сточных вод

Установка биохимической очистки представляет собой комплекс сооружений, позволяющих удалить из воды основную массу растворимых в ней загрязняющих веществ. Отделение биохимической очистки сточных вод обычно состоит из двух ступеней: механической очистки от смолы и масел и биохимической очистки от фенолов и роданидов.

Сточные воды, образующиеся в основных технологических процессах коксования (конденсат из газопроводов коксового газа, избыточная надсмольная вода цеха улавливания, продувочные воды циклов конечных газовых холодильников и др.), содержащие в значительном количестве фенолы, роданиды, соли аммония, смолы, масла и др., собираются в приемных резервуарах БХУ.

Биохимический метод обесфеноливания сточных вод основан на способности некоторых микробов разрушать фенолы. Интенсивность процесса обесфеноливания достигается применением специальных комплексов фенолоразрушающих и роданразрушающих микробов и созданием им надлежащих условий жизнедеятельности, к которым относятся:

• интенсивная аэрация сточных вод;
• pH в пределах 7,0 - 8,5;
• предварительная очистка сточных вод от смолы и масел;
• наличие в сточной воде питательных веществ в определенных количествах (углерод, азот, фосфор);
• обеспечение постоянства состава и количества сточных вод, поступающих на очистку.

Сточная вода направляется в первичные отстойники для очистки от грубодисперсных нерастворимых примесей, включая тяжелые смолы, а также от части легких масел. Всплывающие легкие загрязнения собираются в сборном лотке, откуда периодически (раз в смену) сбрасываются в сборник масел. Для удаления осевших загрязнений первичные отстойники снабжены коническим днищем для перемещения и выгрузки осадка в сборник тяжелых смол и масел, откуда вывозится автоцистерной на склад угля УПЦ и используется как добавка к коксуемой шихте.

Осветленная вода с первичных отстойников перетекает в резервуар вод для продолжения механической очистки во флотаторах. Очистка методом напорной флотации производится в две ступени, сначала сточная вода проходит очистку в одном флотаторе, а затем - во втором. Вода подается сначала в напорный бак, а затем - через водораспределительное устройство для равномерного распределения сточной воды по всей площади флотационной камеры, расположенной в нижней части флотатора. Из флотационной камеры сточная вода перетекает в зону отстаивания флотатора и далее поступает в резервуар после I ступени флотации.

Всплывшие вверх сфлотированные масла в виде маслянистой пены удаляются с поверхности воды напорных флотаторов постоянно вращающимися скребковыми устройствами (пеногонами) в сборные лотки, из которых далее сбрасываются в сборник легких масел. Очищенная в первом флотаторе сточная вода из резервуара подается в напорный бак и далее во флотатор II ступени, проходя очистку аналогично первой ступени флотации.

Очищенная до массовой концентрации смол и масел 30 - 50 мг/дм3 сточная вода после флотатора II ступени поступает в промежуточный сборник вод после механической очистки, откуда в летнее время подается в кожухотрубчатые теплообменники для охлаждения и далее в усреднители. В зимнее время подача сточной воды в усреднители осуществляется, минуя теплообменники.

В усреднителях происходит смешение и усреднение сточной воды по температуре, концентрации загрязняющих компонентов и pH. Усреднители работают как предаэротенки. Для этого в них подается сжатый воздух и ортофосфорная кислота.

Вода с перетоков из верхней части усреднителей собирается в резервуар усредненной воды. Благодаря усреднению вод обеспечивается постоянство состава воды, что стабилизирует качество очищаемой воды и процесс очистки.

Усредненные и предварительно осветленные сточные воды подаются в аэротенки первичной ступени, где производится биохимическая очистка от фенола. Очищенные от фенола сточные воды поступают в сборник, откуда подаются в аэротенки второй ступени для очистки от роданидов. После очистки на второй ступени сточные воды поступают во вторичный отстойник, из которого сгущенный ил возвращают в аэротенки второй ступени, а очищенные стоки подают в сборник, откуда их направляют на тушение кокса либо на городские очистные сооружения для доочистки с хозбытовыми водами.

В составе биохимической установки имеются питомники для культур фенолразрушающих и роданидразрушающих бактерий. Подача подготовленных культур из питомников предусмотрена во все реакторы и усреднители и осуществляется насосами.

2.2.7 Основное технологическое и природоохранное оборудование для производства кокса

Основное оборудование для производства кокса приведено в таблице 2.9.

Таблица 2.9

Основное оборудование для производства кокса

Основное природоохранное оборудование

Для снижения негативного воздействия на окружающую среду процесса производства кокса устанавливается природоохранное оборудование [31]:

• газоочистное и аспирационное оборудование, обеспечивающее необходимый уровень очистки технологических газов и аспирационного воздуха от содержащихся в них загрязняющих веществ перед отводом газов (воздуха) в атмосферу и/или возвратом обратно в рабочую зону;
• водоочистное оборудование, обеспечивающее очистку загрязненных сточных вод;
• установки утилизации отходов производства.

Для улавливания пыли на коксохимических предприятиях используют [45] пылеуловители сухого и мокрого способов очистки. Благодаря развитию газоочистных технологий в последнее время успешно применяются высокоэффективные пылеуловители. К ним относятся рукавные фильтры, электрофильтры, а также мокрые фильтры. Среди наиболее распространенных сухих методов очистки газов от пыли наибольшей эффективности улавливания частиц тонкодисперсных (менее 5 мкм) можно добиться при использовании рукавных фильтров, а также электрофильтров. Использование рукавных фильтров позволяет достичь отметки остаточной запыленности, находящейся ниже 5 - 10 мг/м3.

Аспирационное оборудование должно быть либо прямоточным, которое после очистки воздушных масс выбрасывает их в атмосферу, или рециркуляционным, предназначенным для возвращения очищенного воздуха обратно в помещение. В этом случае следует соблюдать санитарные нормы для приточного воздуха.

В процессах углеподготовки до настоящего времени работают пылеуловители мокрого типа, что связано с взрывопожароопасностью угольной пыли. В то же время имеется положительный опыт успешного применения сухих циклонов и рукавных фильтров.

В качестве водоочистных сооружений на коксохимпроизводствах применяются установки биохимической очистки сточных вод, обеспечивающие возможность использования очищенной воды для тушения кокса, в водооборотных циклах и для сброса на городские очистные сооружения.

Природоохранное оборудование производства кокса приведено в таблице 2.10.

Таблица 2.10

Природоохранное оборудование коксового производства

2.2.8 Материальные потоки, виды эмиссий, их образование и улавливание

Воздействие производства кокса по стадиям технологического процесса представлено в таблице 2.11.

Таблица 2.11

Воздействие технологического процесса производства кокса на окружающую среду

2.2.9 Факторы негативного воздействия на окружающую среду

Производство кокса по всей технологической цепочке сопровождается воздействием на атмосферу, воздух рабочей зоны, поверхностные и подземные воды, связано с образованием отходов производства.

Выбросы в атмосферу

При производстве кокса происходят выбросы в атмосферу вредных веществ: в виде газообразных компонент - оксиды азота, диоксид серы, оксид углерода, аммиак, сероводород, водород цианистый, бензол, нафталин, пиридин, фенол, сероуглерод, бенз(a)пирен, ксилол, толуол, или твердых компонентов - взвешенные вещества (сажа, коксовая пыль, угольная пыль).

Сточные воды

Источниками образования сточных вод являются влага шихты и пирогенетическая вода, выделяющиеся в процессе коксования угля, а также техническая вода и водяной пар, соприкасающиеся в технологических процессах с химическими продуктами коксования. В процессе производства эта вода загрязняется различными примесями - фенолами, аммиаком, сероводородом, цианидами, роданидами, каменноугольной смолой, маслами и др.

Химзагрязненные (фенольные) сточные воды очищаются на биохимической установке очистки сточных вод. Основная часть очищенной воды направляется на мокрое тушение кокса, оставшаяся часть используется в оборотных циклах или передается на городские очистные сооружения.

Отходы и побочные продукты

В процессе производства кокса образуются отходы (побочные продукты) производства (фусы каменноугольные, кислая смолка, пыль коксовая и угольная, шламы, масла, полимеры и др.) и потребления. Особо опасными считаются фусы, представляющие собой смесь угля, графитовых и частично пиролизованных угольных частиц с каменноугольной смолой и водой.

Все производственные отходы утилизируются путем добавления в исходную шихту.

Вредные производственные факторы

При производстве кокса вредными производственными факторами являются:

• повышенное напряжение в электрической цепи;
• движущиеся машины и механизмы;
• подвижные части производственного оборудования;
• повышенный уровень инфракрасной радиации;
• повышенный уровень шума на рабочем месте;
• повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны;
• повышенная температура поверхности оборудования, материалов;
• расположение рабочего места на значительной высоте относительно поверхности земли;
• повышенная запыленность и загазованность рабочей зоны.

Допускаемые санитарными нормами уровни и концентрации вредных факторов:

• уровень производственного шума - 80 дБ;
• уровень инфракрасного излучения - 140 Вт/м2;
• предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ (ГН 2.2.5.1313-03).

Таблица 2.12

Предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоны

2.3 Производство чугуна

Чугунами принято называть сплавы железа с углеродом (Fe-Fe3C) с содержанием углерода свыше 2% (в разное время это оценивали от 1,7% до 2,14%). Наименьшую температуру плавления (1148 °C) имеет сплав без примесей с содержанием углерода 4,38% (эвтектический) [32]. В доменных печах в наибольшем количестве выплавляют чугун "передельный", предназначенный для передела в сталь или для переплавки в чугунолитейных цехах для производства различных отливок. Передельный чугун в зависимости от назначения выпускается трех видов:

• передельный коксовый для сталеплавильного производства марок П1 и П2 и для литейного производства марок ПЛ1 и ПЛ2;
• передельный коксовый фосфористый марок ПФ1, ПФ2 и ПФ3;
• передельный коксовый высококачественный марок ПВК1, ПВК2 и ПВК3.

Химические составы данных видов чугуна должны соответствовать техническим условиям ГОСТ 805-95 "Чугун передельный", который устанавливает марки, группы, классы и категории в зависимости от содержания кремния, марганца, фосфора и серы. По требованию потребителей к химическому составу передельного чугуна могут предъявляться дополнительные требования по содержанию углерода, меди, хрома и др. Например, содержание кремния в чугуне марки П1 должно быть свыше 0,5% и до 0,9% включительно, в марке П2 - до 0,5%; в марке ПЛ1 - свыше 0,9% и до 1,2%, в марке ПЛ2 - свыше 0,5% и до 0,9% включительно.

Кроме передельного чугуна, в доменных печах выплавляют различные виды и марки литейных чугунов:

• литейный коксовый марок ЛК1; ЛК2; ЛК3; ЛК4; ЛК5; ЛК6; ЛК7;
• литейные легированные чугуны, содержащие повышенное содержание некоторых металлов - хромоникелевые, титанистые, титаномедистые, ванадиевые.

Примерный химический состав чугуна: Si - 0,80%; Mn - 0,40%; S - 0,6%; Ti - 0,10%; P - 0,08%; Cr - 0,05%; C - 4,64%.

В 2019 г. в мире было выплавлено 1875,155 млн т стали и 1327,1 млн т чугуна, что составило 70,8% от произведенной стали. Более 99% чугуна было выплавлено в доменных печах. Современное доменное производство характеризуется высокой производительностью, оптимальными расходами ресурсов и энергетическими затратами, надлежащим оснащением средозащитным оборудованием и технологиями. Удельная производительность лучших доменных печей составляет от 80 до 93,5 т/(м2·сут).

Самые большие в мире доменные печи имеет южнокорейская фирма POSCO (ДП-1 полезным объемом 6000 м3 с диаметром горна 16,1 м и 44 воздушными фурмами) и китайская компания Shagang Group (ДП-4 внутренним объемом 5800 м3 с диаметром горна 15,7 м) [33, 34]. Доменные печи объемом свыше 5000 м3 с использованием комбинированного дутья с вдуванием природного газа, пылеугольного топлива (ПУТ) и обогащением дутья кислородом производят более 14 тыс. т чугуна в сутки. В России, США и Канаде, имеющих собственные ресурсы природного газа, для снижения расхода кокса вдувают природный газ, в последнее время начали применять вдувание ПУТ. На современных доменных печах Южной Кореи и Китая расход вдуваемого ПУТ составляет от 160 до 250 кг/т, а расход кокса снижен до 290 кг/т [33, 34].

Достигнутые показатели доменных печей в мире [35]:

• минимальный расход кокса - 256,8 кг/т чугуна;
• максимальный расход ПУТ - 252,4 кг/т чугуна;
• максимальный расход мазута - 140 кг/т чугуна;
• максимальный расход природного газа - 130 кг/т чугуна;
• минимальный расход восстановителей в ДП - 418 кг/т чугуна (с загрузкой скрапа, металлодобавок и горячебрикетированного железа "HBI" 25% и более).

На металлургических предприятиях России в настоящее время в эксплуатации находятся доменные печи различных объемов (см. таблицу 2.13), основные показатели работы доменных печей представлены в таблице 2.14 [36].

Таблица 2.13

Объемы доменных печей металлургических предприятий России, м3

Таблица 2.14

Основные показатели работы доменных печей предприятий России

Кроме чугуна, в доменных печах выплавляется доменный ферромарганец (в 2019 г. было выплавлено 198 тыс. доменного ферромарганца с содержанием марганца до 78 - 79%, в том числе на КМЗ 87 тыс. т и на Саткинском МЗ 111 тыс. т.).

2.3.1 Общая характеристика технологии доменной плавки

Доменная печь представляет собой печь шахтного типа, предназначенную для получения металла из железосодержащей шихты и кокса.

По принципу работы доменная печь - это противоточный реактор (2.25). Движущей силой в доменной печи является горячее дутье, сжигающее кокс перед воздушными фурмами, образуя фурменный газ. Столб шихты в печи состоит из чередующихся слоев кокса и железорудных материалов, которые загружаются через верх (колошник) доменной печи с температурой окружающего воздуха и с определенной влажностью. Поднимаясь вверх, фурменный газ проходит через шихту и нагревает ее.

Рисунок 2.25 - Принципиальная технологическая схема работы доменной печи [37]

По высоте доменная печь разделена на несколько частей: