1.2 Ресурсные ограничения развития черной металлургии и экологические требования.
Развитие доменного производства во все времена происходило в условиях ресурсных- ограничений и роста экологических требований, которые стимулировали разработку новых технологий, устраняющих эти ограничения и удовлетворяющих росту экологических требований:
18 век - катастрофическое исчезновение лесов, вырубаемых для выжига древесного угля, который использовался в доменных печах, запрещение вырубки лесов в Англии - разработка технологии производства кокса из каменного угля.
19-20 века - уменьшение запасов богатых кусковых руд - разработка технологий окускования рудной мелочи (брикетирование, агломерация); разработка технологий обогащения бедных руд и окускования железорудного концентрата (производство окатышей).
20 век - вредное влияние на окружающую среду газообразных и твердых отходов черной металлургии и их накопление, ужесточение экологических требований – разработка и развитие технологий кислородно-конвертерной выплавки стали, непрерывной разливки стали, рециклинга металлургических отходов, разработка новых эффективных технологий очистки газов.
21 век - дефицит железорудного сырья и топливных ресурсов, ужесточение требований по выбросам СО2 - разработка технологий, сокращающих расход топлива и выбросы СО2 ( проект ULCOS, разработка нового сырья для доменных печей).
- разработка новых безотходных технологий и агрегатов с минимальным воздействием на окружающую среду;
- вывод из эксплуатации морально и физически устаревших агрегатов (В Китае, при стабильном росте производства чугуна, начиная с 2008 года ежегодно выводится из эксплуатации устаревшие малые доменные печи суммарной производительностью 30-40 млн.т. чугуна).
Истощение природных ресурсов сырья и топлива становятся все более значимыми факторами, сдерживающими развитее металлургии не только по причине роста цен на эти материалы. В первую очередь это относится к топливным ресурсам (коксующийся уголь и газ), которые с успехом используются в других отраслях промышленности (энергетика, химия, удобрения). Экологические требования также становятся значимым экономическим фактором. Ужесточение экологических законов требует от металлургов модернизации применяемых технологий. Все это в совокупности обуславливает генеральную задачу в экстрактивной металлургии железа, которая заключается в разработке процесса производства чугуна из руды и угля, более экономичного, менее энергозатратного и более дружественного к окружающей среде по сравнению с современным доменным процессом. Попытки решения этой задачи продолжаются уже более 50 лет и привели к созданию промышленных технологий бездоменной металлургии чугуна (Corex, Finex, Hismel, ROMELT). Однако эти процессы пока еще играют весьма скромную роль в экстрактивной металлургии железа, не решают экологических проблем и также не могут повлиять на доминирующую роль доменного производства. Последняя определяется, в первую очередь, экономическими преимуществами и высокой эффективностью доменного процесса, значительно возросшей во 2-й половине 20 века, а также технической и технологической надежностью доменной печи как металлургического агрегата.
Современные промышленные процессы бездоменного производства чугуна (COREX, FINEX, Hismelt,) существенно уступают доменному процессу по расходу угля на тонну чугуна. Проводимые в настоящее время исследования по совершенствованию технологии доменной плавки и разработке нового вида шихтового материала для этого процесса дают основание для прогнозной оценки достижения в 21 веке еще более низкого расхода угля в доменном процессе (Таблица 5).
Таблица 5. Энергозатраты на выплавку чугуна в промышленных процессах.
Наиболее продвинутая технология COREX, кроме того, так же как и доменная технология, требует не только подготовленного окускованного железорудного сырья, но и кокса (кроме угля), хотя расход его в процессе COREX все же в 2,5-3 раза меньше, чем в доменном процессе. Логично прогнозировать дальнейшую доминирующую роль доменной технологии в экстрактивной металлургии железа. Основанием для такого прогноза является информация о работах по созданию нового вида железорудного сырья для доменных печей – самовосстанавливающихся брикетов, получаемых из концентрата и содержащих также углерод. Применение таких брикетов в доменной плавке позволит сократить суммарный расход топлива на выплавку чугуна до теоретически минимально возможного уровня – 420-450 кг/т (в коксовом эквиваленте), а расход кокса до уровня 200-220 кг/т.