В 80-е годы XX века за рубежом начал широко внедряться процесс вдувания непосредственно в доменную печь (ДП) специально подготовленного пылеугольного топлива (ПУТ), что способствовало существенному снижению расхода дорогостоящего металлургического кокса. При этом, коэффициент замены кокса находился в функциональной зависимости от зольности ПУТ и кокса. Таким образом, эффективность использования ПУТ тем выше, чем меньше его зольность, что и является одним из главных требований, которые предъявляются к углям для этой технологии. Вторым важным требованием является содержание серы. Поскольку данный элемент является одним из наиболее вредных в доменном процессе, желательно, чтобы его содержание в угле было минимальным, или, по крайней мере, не превышало его величину в коксе. Следующим требованием является содержание влаги, величина которой ограничивается 12%, что является предельным уровнем, при котором обеспечивается сыпучесть угля. Определенные требования предъявляются к крупности угля. Поскольку для приготовления ПУТ, как правило, применяются одностадийные схемы дробления, исходный уголь не должен превышать крупности 50 мм. Исходя из приведенных основных требований, были изучены угольные ресурсы Донбасса и ближнего зарубежья с целью обеспечения потребности доменного производства Украины в ПУТ.
В 1983 году по поручению Министерства черной металлургии Украинским государственным научно-исследовательским углехимическим институтом была выполнена работа по расчету ожидаемой потребности в углях для ПУТ и в соответствии с этим подбор реальной угольной сырьевой базы на основе действующего шахтного фонда и обогатительных мощностей Украины. В рассматриваемой программе данная технология планировалась к внедрению на всех металлургических заводах в две стадии: 1984...1986 гг.. - на ОАО "Донецкий металлургический завод" (Украина) (ДП 1 и 2, 120 тыс. т/год), ОАО "Алчевский металлургический комбинат" (Украина) (ДП 3-4-5, 250 тыс. т/год) и ОАО "Металлургический комбинат "Азовсталь" (Мариуполь, Украина) (ДП 4-5-6, 255 тыс. т/год); 1986...1990 гг.. - вес остальные. При этом, общий объем ПУТ составлял 4,2 млн. т в год, а количество угля для его приготовления - 4,77 млн.т в год.
К сожалению, из намечавшегося широкого внедрения технологии вдувания ПУТ на предприятиях Украины была построена и в настоящее время действует только одна установка на ДП №2 ОАО "Донецкий металлургический завод" с достигнутым объемом вдувания 170...180 кг. На период 2007...2008 гг.. ожидается внедрение данной технологии на 5 металлургических предприятиях Украины с обшей годовой потребностью в углях для приготовления ПУТ - 7,5 млн. т., в том числе: ОАО "Мариупольский металлургический комбинат им. Ильича" - 2,0 млн. т.; ОАО "Алчевский металлургический комбинат" - 2,0 млн. т.; ОАО "Енакиевский металлургический завод" - 1,2 млн. т.; ОАО "Металлургический комбинат "Запорожсталь" - 2,0 млн. т.; ЗАО "Донецксталь" - металлургический завод" - 0,3 млн. т. Из приведенных данных видно, что потребность только пяти заводов превышает ранее планируемую для всех предприятий Украины в 1,6 раза, что свидетельствует о весьма положительном отношении практиков доменного производства к данному процессу. Для использования в качестве сырьевой базы ПУТ в мировой практике используются так называемые "мягкие" (слабые и неспекающиеся) угли. В соответствии с ДСТУ 3472-96 "Угли бурые, каменные и антрацит. Классификация" к таким углям можно отнести марки ДГ, Г и Т. В принципе, для приготовления ПУТ могли бы использоваться и антрациты, но, учитывая их весьма высокие параметры прочности и абразивной твердости, следует ожидать интенсивного износа всего технологического контура подготовки и подачи ПУТ в ДП. Исходя из изложенного, в качестве потенциальных ресурсов, рассмотрены как запасы, так и реально добываемые ресурсы украинских углей марок ДГ, Г и Т.
Ресурсы украинских углей.
Анализируя данные, следует констатировать, что запасы малометаморфизованных углей марок ДГ и Г составляют: по категориям А+В (разрабатываемые и подготовленные к разработке запасы) 5,04 млрд. т.; А+В+С (добавились запасы детальной разведки) - 14,9 млрд. т.; С2 (предварительно разведанные запасы) - 4,7 млрд. т. Запасы тощих углей по категориям А+В+С, составляют 2,7 млрд. т. и с учетом категории С2 могут увеличиться до 3,3 млрд. т. Представленные здесь же данные по добыче углей этих марок в 2005 году свидетельствуют, что всего добыто углей марок ДГ и Г 26,9 млн. т. со средним содержанием серы 2,06%. При этом, ресурсы менее сернистых газовых углей, используемых в сырьевой базе коксования, составляют 8,1 млн. т. со средним содержанием серы 1,7%. Тощие угли добыты в объеме 5,7 млн. т. с высоким средним содержанием серы. Рассмотренные ресурсы украинских углей марок ДГ, Г и Т указывают на высокое содержание в них серы, что требует более детального изучения возможных поставщиков данных углей.
Анализ ожидаемой добычи малосернистых углей этих марок в 2007 г. показывает, что содержание серы до 1% будет добыто 1490 тыс. т. газовых и 100 тыс. т. тощих углей; до 1,5% содержания серы ресурсы углей составят: марки ДГ - 4 млн. т.; Г - 2,96 млн. т.; Т - 200 тыс. т. Представленные данные свидетельствуют о малочисленных ресурсах углей с содержанием серы до 1,0% и не многим более - до 1,5 %. При этом, ресурсы тощих углей до 1,5% составляющие всего 300 тыс. т., после их обогащения до зольности 10% уменьшаться вдвое. Все остальные ресурсы углей этой марки имеют содержание серы 2,5...3,0%, что исключает возможность их использования для технологии приготовления ПУТ. Требования технологии использования ПУТ в части того, что содержание серы во вдуваемом угле не должно превышать его содержание в используемом коксе, сделало необходимым провести анализ составов шихт и качества кокса за 2005 и 2006 (9 месяцев) годы. Рассмотрены данные о соотношении украинских и импортных углей в шихтах отдельных заводов, а также качественные характеристики шихт и кокса по показателям зольности и содержания серы. Из рассмотренных данных видно, что в шихтах коксохимических заводов Украины за последние годы доля малосернистых импортных углей (в основном, российских) достигла по отдельным заводам 72% при средней величине во всей сырьевой базе 27...30%. Данное обстоятельство привело к тому, что содержание серы в доменном коксе отдельных заводов с высоким долевым участием в шихте импортных углей снизилось до уровня менее 1%. При этом, среднее содержание серы в товарном и металлургическом коксе украинских заводов снизилось с 1,60...1,70% до 1,29% (2005 г.)-1,17% (9 месяцев 2006 г.). Исходя из такого уровня содержания серы в коксе, становится трудно выполнимым требование, ограничивающее соответствующее содержание серы в ПУТ. Особенно это следует отнести к тощим углям, которые наиболее востребованы для использования в доменной технологии.
Использование малометаморфизованных углей (марки ДГ и Г) в данной технологии вместо тощих требует оснащения технологической схемы взрывоопасным оборудованием, что увеличивает стоимость процесса приготовления ПУТ. Таким образом, следует констатировать, что ресурсы малосернистых украинских углей, как сырья для технологии получения ПУТ, весьма ограничены и в пересчете на зольность 10% могут составить по марке Г - до 800 тыс. т. и марке Т - 60 тыс. т. в год. Исходя из этого, и учитывая потребность в углях для ПУТ уже в 2008 году в количестве 7,5 млн. т., можно сделать вывод о необходимости привлечения для этих целей импортных, прежде всего российских, углей.
Анализ возможных ресурсов российских углей для производства ПУТ
В настоящее время в Украину ежегодно завозятся по импорту 5...7 млн. т. коксующихся и 2...3 млн. т. энергетических углей. В качестве коксующихся завозятся угли марок Г, ГЖО, ГЖ, Ж (до 50%) и КС, КСН, ОС суммарно в гом же объеме. В качестве энергетических завозятся угли марок Д, ДГ, Г, СС, ТС и Т. Для использования в качестве сырья при производстве ПУТ проведен анализ имеющихся ресурсов российских углей средних и высоких стадий метаморфизма, добываемых в настоящее время и, прежде всего тощих углей. В результате данного анализа установлено, что наиболее перспективными поставщиками кузнецких углей марки Т из России могут быть угли карьерной добычи, отсеянные по крупности 13 мм (ТСШ), или 25 мм (ТМСШ). При этом, нужно ориентироваться на угли открытой разработки, необогащенные (обогащение энергетических углей в Кузнецком бассейне недостаточно для поставок в Украину), которые нужно будет обогащать на имеющихся избыточных мощностях украинских обогатительных фабрик. Ориентировочные ресурсы отсевов карьерных углей марки Т могут составить от 3 до 5 млн. т. в год. В случае необходимости имеется возможность привлечения дополнительных ресурсов малосернистых российских углей открытой разработки марок КСН и СС, имеющих несколько большую стоимость.
Следует отметить, что особенностью российских углей рассматриваемых марок является их петрографическая неоднородность, при которой долевое участие инертинита может доходить до 70%. Это обстоятельство мало изучено с точки зрения эффективности использования ПУТ, приготовленного на базе таких углей. Поэтому, до широкого их внедрения в сырьевую базу производства ПУТ необходимо провести лабораторные и опытно-промышленные исследования на действующей установке ОАО "Донецкий металлургический завод" с целью уточнения технологических требований к углям такого типа, а также разработки регламента их использования в качестве ПУТ.
Выводы
Изложенные вопросы обеспечения углями сырьевой базы производства ПУТ на ближайшую перспективу, позволяют сделать следующие основные выводы.