//Электрика. – 2008. – № 6.– С. 15–18.

 

ОЦЕНКА ЭНЕРГОЁМКОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА И СТАЛИ

В. А. Исаев

Корпорация "Чермет"

 

В чёрной металлургии Российской Федерации происходят серьёзные структурные изменения. Во-первых, это концентрация производства: доля четырёх крупнейших компаний в объёме производства стали возросла с 48 % в 1992 г. (ММК, Череповецкий, НЛМК, НТМК) до 83 % в 2005 г. (холдинги ММК, Северсталь, НЛМК, ЕвразХолдинг), а капитализация – с 460 млн (1995 г.) до 25 млрд долл. (2005 г.). Во-вторых, изменилось соотношение внутренних и мировых цен на металл (если раньше внутренние цены составляли 10–20 % от мировых, то сейчас – до 90–110 %), расширяются марочник и сортамент. В-третьих, есть трудности в обеспечении сырьём, материалами, энергоресурсами.

Говоря о перспективе на ближайшие годы и на период до 2020 г., следует иметь в виду рост цен на все виды углеводородного топлива, углубление дефицита электрической энергии. Инвестиции для ввода генерирующих мощностей в электроэнергетике не в полной мере соответствуют прогнозным величинам электропотребления (рис.1).

         Рис. 1. Динамика электропотребления на период 1998–2010 гг.

Начавшаяся с 1998 г. тенденция увеличения выработки и потребления электроэнергии до 2010 г. предполагает ежегодный 5 %-ный рост, что следует учитывать при решении среднесрочных задач развития.

Поскольку предприятия чёрной металлургии являются крупнейшими потребителями энергии, необходима организация мониторинга за динамикой энергоёмкости. Анализ тенденции изменения энергоёмкости не снимает, но актуализирует вопрос об удельных расходах энергии на единицу продукции по основным и вспомогательным цехам, включая энергетические.

Корпорация "Чермет" осуществляет ежеквартальный мониторинг использования основных материалов на предприятиях чёрной металлургии России и выполняет анализ технологической удельной энергоёмкости продукции. Расчёты опираются на статистические данные предприятий по производству чугуна, стали и проката, расходам материалов, топлива и электроэнергии, используемых непосредственно в технологических процессах. Результаты используются для анализа динамики затрат ресурсов на предприятиях и сравнения показателей на различных переделах с другими предприятиями. Основным показателем для сравнения служит удельная энергоёмкость (кг ут/т или Гдж/т продукции).

Удельная энергоёмкость продукции для чугуна – это затраты топлива и электроэнергии на подготовку железорудных материалов к плавке, а также непосредственные затраты в доменной плавке скипового кокса, природного газа и кислорода. В расчёт энергоёмкости стали включают затраты энергии на предыдущем переделе, вносимые с используемым в шихте передельным чугуном и вдуваемым в сталеплавильную ванну топливом и кислородом; в электросталеплавильном переделе учитывают ещё и электроэнергию, подводимую к электродам. Полученные результаты затрат энергии на сталь умножают на коэффициент расхода стали на прокат и получают показатель энергоёмкости проката. Аналогичная методика используется в мировой практике, в частности, Американским институтом чугуна и стали (IISI).

При расчётах электроёмкости привлекались сведения об использовании топлива, теплоэнергии и электроэнергии, которые требует Росстат. Однако (и это нельзя не учитывать при анализе) многие строки статистических таблиц являются оценочными, поскольку не подкреплены прямыми измерениями. Одна из важных задач, стоящих перед энергетиками – при расчётах топливно-энергетических затрат добиться свéдений, максимально проверяемых инструментально.

Комплексные энергозатраты по переделам за 2006 г. приведены в табл.1. Подчеркнём различия по каждому из переделов в два раза и более – в общем случае это не означает, что комбинат, имеющий бóльший расход, хуже. Различия обусловлены различиями в технологии, составе сырья, условиями труда, экологией и др. Во всех случаях требуются анализ и сравнение.

Обратимся теперь к динамике изменения удельной энергоёмкости чугуна в целом по отрасли (рис. 2).

Рис. 2. Среднеотраслевая удельная энергоёмкость чугуна, кг ут/т

Несомненно снижение удельных энергетических затрат при производстве чугуна – на 13 кг ут/т чугуна по сравнению с уровнем 2004 г. Однако тренд уж слишком линеен, что не даёт возможности полагать сохранение этой тенденции, скажем, на 10 лет, если не будут осуществлены технологические изменения или улучшена подготовка агломерата и кокса.

1. Энергозатраты по переделам, Гдж/т

 

Динамика изменения показателя по доменным цехам предприятий за 2007 г. приведена на рис.3.

Рис. 3. Удельная энергоёмкость чугуна по доменным цехам, кг ут/т:

                                  1 – КнМК; 2 – НЛМК; 3 – "УралСталь"; 4 – НТМК; 5 – ЗСМК; 6 – "Северсталь"; 7 - ММК

 Уровень удельной энергоёмкости чугуна существенно различается – от 630 до 730 кг ут/т, хотя по большинству предприятий имеет тенденцию к снижению. Исключение составляют доменные цехи Челябинского меткомбината и "Северстали".

Основным технологическим параметром, определяющим удельную энергоёмкость чугуна, является величина удельного расхода скипового кокса. Её можно прогнозировать, используя факторный расчёт по известным коэффициентам влияния, разработанным, в частности, Уральским институтом чёрных металлов. Пример расчёта расхода скипового кокса на основе изменения параметров для доменного цеха Магнитки представлен в табл.2 и показывает приемлемые, с точки зрения статистики, результаты (приведены в процентном отношении). Особо следует подчеркнуть улучшение качества кокса как по повышению прочности, так и по снижению зольности и серы. Наиболее существенное влияние на расход кокса оказывают технологические и производственные показатели: в первую очередь, качество используемых шихтовых материалов, уровень содержания железа в шихте, температура горячего дутья, расход природного газа.

 

В результате изменения параметров плавок чугуна расчётный удельный расход скипового кокса должен был снизиться на 10 кг/т. Фактическое снижение составило 8 кг/т (возможное объяснение – отсутствие данных о доле мелкой фракции в агломерате).

Удельная энергоёмкость стали по отрасли (рис.4) снизилась за 4 года на 2,7 %, или на 15 кг/т. Это достаточно много, если обратиться к годовым объёмам выплавки, но недостаточно – из конкурентных соображений.

Рис. 4. Удельная энергоёмкость стали (всего по отрасли), кг ут/т

Определяющим фактором снижения энергоёмкости потребляемого чугуна и изменения структуры сталеплавильных переделов послужило замещение производства мартеновской стали электропечной. Если исключить этот фактор, то энергоёмкости как кислородно-конвертерной, так и электростали нельзя считать удовлетворительными. Требуют объяснения и "скачки" 2004–2005 и 2006–2007 гг.

На рис.5 приведены среднеотраслевые удельные показатели энергоёмкости по трём главным способам получения стали: видно, что она существенно ниже у печной стали, чем у стали, выплавляемой с использованием передельного чугуна доменного цеха.

         Рис. 5. Среднеотраслевая удельная энергоёмкость стали по способам выплавки, кг ут/т

Динамика изменения удельной энергоёмкости электростали в целом по отрасли (рис.6) показывает существенное снижение – 136 кг/т. Поскольку это связано, в основном, с вводом и реконструкцией электропечей (в частности, на комбинатах "Северсталь", Магнитогорском и Новокузнецком), то нельзя говорить о резком снижении, т. е. о реализации в полном объёме энергосберегающих мероприятий.

 Рис. 6. Удельная энергоёмкость электростали (в среднем по отрасли), кг ут/т

Основной составляющей энергоёмкости электростали является показатель удельного расхода электроэнергии на тонну стали. Рис.7 свидетельствует о сохраняющемся  ценологическом разбросе удельных расходов, что устойчиво имело место в 1970–2000 гг.

Рис. 7. Удельный расход электроэнергии по предприятиям, кВтч/т

 

Что касается динамики изменения удельной энергоёмкости конвертерной стали в целом по отрасли (рис. 8), то она снизилась за 2004–2007 гг. на 1,94 % (на 12 кг ут/т), что связано, в основном, с сокращением энергоёмкости передельного чугуна.

Рис. 8. Среднеотраслевая удельная энергоёмкость конвертерной стали, кг ут/т

 

Это означает, что в конвертерном производстве не найдены технологические и иные мероприятия, обеспечивающие улучшение энергетических затрат.