Кокс и химия 2001 год № 1 стр. 16-18.
В докладе представителя крупнейшей металлургической фирмы Германии Thyssen Krupp Stahl AG отмечается, что доменные печи продолжают оставаться наиболее экономичными агрегатами для выплавки чугуна в больших объемах. В последние десятилетия множество небольших доменных печей остановлено и заменено агрегатами большого объема. В то время как в США, странах ЕС и Японии мощности по выплавке чугуна сократились, наращивание мощностей наблюдается за счет ввода новых доменных печей в Южной Корее и Китае. Крупнейшие доменные печи с горном диаметром 15м способны выплавлять до 4 млн. т/год чугуна. Процесс COREX бескоксового получения металла хотя и достиг стадии промышленной эксплуатации, однако на данном этапе не оказывает значительного влияния на объемы выплавки чугуна.
Несмотря на все успехи, достигнутые в снижении расхода восстановительных агентов в доменных печах и замену кокса мазутом или пылеугольным топливом, кокс все еще остается главным восстановителем. По физическим причинам доменная печь не может работать без кокса, хотя расход его за последние 50 лет снизился с 1000 до только 300-330 кг/т чугуна. Сокращение расхода кокса на выплавку чугуна началось в конце 50-х годов; с середины 60-х годов стали применять вдувание мазута в доменные печи, а с середины 80-х годов – вдувание пылеугольного топлива. Наименьший общий расход восстановительных агентов в странах ЕС составляет -430-460 кг/т чугуна, а в Японии -460-550 кг/т. С высоким удельным расходом восстановителей в Японии работают доменные печи, которые вынуждены вырабатывать больше доменного газа для энергетического хозяйства металлургического завода.
По мнению докладчика, доменная печь может работать с минимальным расходом кокса и высокой производительностью лишь при использовании кокса супервысокого качества. Поэтому необходимо продолжить исследования способности кокса удовлетворить столь высокие эксплуатационные требования доменного производства с использованием всего арсенала средств для улучшения качества кокса. Однако, подчеркивает докладчик, нельзя забывать, что за кокс супервысокого качества доменщики должны будут платить. Низкие затраты на кокс могут быть достигнуты оптимизацией расходов на угли для коксования, снижением расходов на коксование и увеличением выхода кокса, коксового газа и химических продуктов. Мощность коксовых печей необходимо увеличивать при одновременном повышении экологической безопасности производства кокса.
Результаты исследования, выполненного Международным институтом черной металлургии (МИЧМ) в 1997 г., подтверждают, что к началу нового тысячелетия мировая потребность в коксе, возможно, превысит его производство, если не увеличится использование дополнительных восстановительных агентов в доменных печах. Так, без увеличения расхода вдуваемого пылеугольного топлива (ПУТ) общемировой дефицит кокса теоретически может достичь 25 млн. т/год в начале тысячелетия и затем возрасти до 40 млн. т/год к 2005 г. Обеспечение металлургов коксом будет особенно напряженным в Японии и Северной Америке, хотя в Японии на данном этапе имеется избыток кокса; в США уже существующий дефицит кокса возрастет. Даже если прогнозы МИЧМ полностью не оправдаются, продолжится сокращение поставок кокса до 400 млн. т в 2005 г. при увеличении потребности в нем до 395 млн.т. Согласно публикациям, рост производства кокса в ближайшие годы ожидается только в КНР.
Ситуация на рынке коксующихся углей более благоприятная. Канада и Австралия поставляют угли, оптимально удовлетворяющие производство металлургического кокса; в Европе, особенно в Германии и Польше, а также в США добыча хорошо спекающихся углей сокращается. В Канаде и Австралии образовались избыточные мощности по добыче угля вследствие ввода новых шахт и предпринятых мер для повышения производительности труда на шахтах; это позволяет рассчитывать на сохранение низких цен на коксующиеся угли в ближайшем будущем. В середине 90-х годов также значительно снизились фрахтовые ставки на морские перевозки угля. Баланс спроса и предложения каменного угля в мире определяет цены на коксующийся уголь. Разница цен на хорошо спекающиеся и полуспекающиеся угли сильно колеблется в различные годы. Нынешний низкий уровень цен на хорошо спекающиеся угли на рынке спотовых закупок дает основание полагать, что средняя разница цен будет продолжать снижаться. Таким образом, при достаточном обеспечении коксующимися углями все же ожидается недостаток кокса.
Оценивая техническую базу коксохимического производства, докладчик отметил, что средний возраст коксовых батарей в мире достиг 22 лет, при этом в странах ЕС он составляет 22 года, а в Северной Америке 28 лет, что соответствует максимальному эффективному сроку службы коксовых батарей. В этих условиях бережное использование имеющихся мощностей по производству кокса с целью продления срока их службы становится особенно важным. Прежде всего, это обусловливает тщательный выбор сырьевой базы коксования, чтобы исключить использование сильно вспучивающихся углей в шихте. Особого внимания требует контроль технологического режима: оптимальное регулирование распределения температуры в печи, постоянный контроль уровня шихты, усилия выдачи кокса и других параметров процесса коксования. Наиболее важным предусловием продления срока службы коксовых батарей представляется поддержание постоянного, устойчивого режима эксплуатации. Кроме того, своевременное на ранних стадиях проведение профилактических ремонтов (торкретированием или керамической сваркой), а также ремонты с частичной или полной перекладкой отопительных простенков, обновлением металлоконструкций (анкерных колонн, стяжек, стояков, дверей и рам) способствуют продлению срока службы коксовых батарей на 10-20 лет.
Для гарантированного обеспечения доменного производства коксом необходимо, однако, строительство новых мощностей по коксу, способных удовлетворить более жесткие экономические и экологические требования. Общих рекомендаций в этом вопросе не существует. Необходимо принимать во внимание региональные различия, прежде всего с точки зрения различия законодательств по охране окружающей среды. В начале третьего тысячелетия надежное производство кокса в больших объемах возможно только при использовании традиционных коксовых печей с камерами горизонтального типа. Опыт эксплуатации коксовых батарей с печами большого объема в Германии, Южной Корее и на Тайване представляется надежным фундаментом для проектирования и строительства крупногабаритных коксовых печей с производством кокса почти 60 т за выдачу.
С середины 80-х и начала 90-х годов в Германии успешно работают коксохимические предприятия мощностью по 2 млн. т/год кокса, включающие по две коксовые батареи и одну обслуживающую бригаду. Фирма Thyssen Krupp Stahl AG сооружает коксохимический завод в Дуйсбурге мощностью 2,5 млн. т/год кокса. Значительны достижения в области автоматизации производства кокса и охраны окружающей среды. В частности, докладчик обратил внимание на разработанную в стране систему индивидуального регулирования давления в каждой печной камере. Эта система (PROVEN) – серьезный конкурент коксовым печам без улавливания химических продуктов коксования, которые работают под разрежением. Система регулирования давления прошла испытания на промышленной коксовой батарее; она обеспечивает поддержание разрежения в газосборнике печи, причем сама коксовая печь остается под давлением до конца периода коксования. Эту разработку докладчик оценивает как революционную.
Коксовые печи без улавливания химических продуктов с утилизацией тепла отходящих газов при меньших капитальных затратах требуют больших производственных площадей, которых практически нет в конурбанизированных странах, в частности в странах ЕС и в Японии. Более того, необходимо принимать во внимание возможности реализации пара или электроэнергии, вырабатываемых при утилизации парогазовых продуктов коксования.
Однокамерную систему коксования, разработанную и испытанную в Германии, докладчик оценивает как реального конкурента традиционной многокамерной системы. Однако преимущества компактной модульной конструкции необходимо противопоставить недостаткам комбинирования процессов подогрева угля и сухого тушения кокса. Обязательным предусловием достижения экономичности системы с точки зрения капитальных затрат и прибыли для предприятия мощностью 2 млн. т/год кокса считают применение реакторов с камерами шириной 450 мм и обеспечение периода коксования 8,8 ч.
Применение однокамерной системы коксования в концепции двухпродуктового коксового завода еще требует дополнительного изучения, особенно в плане перспектив использования получаемого газа, например в качестве восстановительного газа на металлургических заводах. Кроме того, достигнутые значительные усовершенствования процесса мокрого тушения кокса снижают преимущества процесса сухого тушения в отношении вредных газообразных выбросов. Если помимо этого экономические преимущества процесса сухого тушения кокса будут и дальше снижаться вследствие низких цен на электроэнергию в странах ЕС из-за либерализации рынка электроэнергии, то целесообразность применения этого процесса становится сомнительной и это снижает конкурентоспособность однокамерной системы коксования.
При оценке нового японского процесса коксования SCOPE - 21 докладчик отметил возможность получения в этом процессе доменного кокса высокой прочности из шихты, содержащей до 50% неспекающихся и слабоспекающихся углей, а также возможность равномерного нагрева шихты в камерах высотой 7,5 м и низкое содержание NOx в отходящих газах обогрева.
По мнению докладчика, все новые процессы, разрабатываемые в коксохимической отрасли разных стран, требуют еще подтверждения своей технической и экономической зрелости, а современный уровень развития традиционной технологии производства кокса (относительно современного уровня знаний) можно рассматривать как оптимальный.