3.3. Методика определения параметров элементопотоков для предприятий черной металлургии. Элементопоток железа.

Разработана «Методика определения параметров элементопотоков для предприятий черной металлургии» /275/. Она зарегистрирована в качестве НОУ-ХАУ в депозитарии МИСиС, реализована в виде математического описания «ПОТОК» и применялась для анализа движения железа и марганца на отечественных предприятиях ОАО «Носта», ОАО ЗСМК, ОАО «Косогорский металлургический завод» и заводе «EKO-Stahl» (Германия).

Методика отличается от аналогов:

1. Реализацией принципа «непрерывности потока железа», выполнение которого обеспечивает «прозрачность» потока основного элемента на всём протяжении производственного цикла;

2. Критериями выбора потоков материалов для анализа движения железа в рамках производственного рециклинга.

Особенности методики. Методика включает в себя основную часть, в которой определяются баланс и параметры движения железа в производственном цикле предприятия, и вспомогательную часть. Во вспомогательную часть входят расчёты, с помощью которых определяются параметры потока вторичных материалов (т.е. параметры рециклинга материалов). Главной особенностью методики является анализ движения (потока) основного элемента – железа, а не металлургических материалов. Поток железа строится «непрерывным». Непрерывность достигается выполнением следующего правила: количество железа, содержащегося во всех материалах, формирующихся «на выходе» из предшествующего передела (цеха или другого подразделения предприятия), равно сумме количеств железа «на входе» в следующий за ним передел и железа всех видов отходов, попутных и вторичных материалов и выбросов всех видов, образовавшихся в предшествующем переделе. Таким образом, обеспечивается «прозрачность» потока основного элемента на всём протяжении производственного цикла.

Исходные данные:

• технические отчёты основных цехов предприятия;

• технологические инструкции;

• другая статистическая информация различных официальных источников;

• информация о балансовых плавках, спеканиях и т.п.;

• официальные отчеты геологических, санитарно-гигиенических и прочих служб;

• данные специальной литературы.

Блок-схема расчета приведена на рис. 17, а структура взаимосвязей между отдельными элементами математического описания – на рис. 18.

Общее количество элементов схемы зависит от структуры конкретного предприятия и составляет, как правило, 20…25 ед. (основных производственных подразделений металлургического комбината), количество потоков материалов достигает 130. Полный перечень металлургических материалов, которые учитывались при проведении расчетов (а также входили в блок-схему математического описания «ПОТОК») приведен в Приложении «Металлургические материалы, учитываемые в блок-схеме математического описания «ПОТОК».

Рис. 17. Блок-схема расчета математического описания «ПОТОК».

Рис. 18. Структура взаимосвязи между отдельными элементами математического описания. Потери железа на стадии транспортировки материалов X_k – Y_l учитывались в составе X_k^пот.

Расчёты выполняются в следующей последовательности:

• составление балансов железа для отдельных цехов (производств);

• построение схем движения железа с материалами производственного рециклинга (потоки G₁…G₄);

• построение схем движения (потоков) железа для основных групп металлургических переделов (потоки X_k, Y_l, Z_m);

• построение общей схемы движения железа во всём производственном цикле предприятия;

• составление макробаланса железа для предприятия в целом;

• составление макробалансов легирующих и примесных микроэлементов.

При анализе параметров производственного рециклинга на металлургическом предприятии полного цикла выделяются четыре основных потока материалов:

1. отсевы агломерата, окатышей и кокса, а также колошниковая пыль, поступающие из доменного цеха в агломерационное производство (G₁);

2. окалина и сварочный шлак (G₂);

3. стальной и чугунный лом, включающий: обрезь, брак, «недоливки», литники, лом валков, стружку образующиеся при работе МНЛЗ прокатных, сталеплавильных и литейных цехов (G₃);

4. скрап чугунный и стальной всех видов (G₄).

Условием сведения балансов железа, как для отдельных объектов схемы, так и для основных переделов (аглодоменного, сталеплавильного, прокатного) в целом является выполнение соотношения (рис. 18):

Таким образом, точность расчетов составляет 1 кг железа на тонну железа готовой продукции. В итоге балансы железа, макро- и микроэлементов предоставляют исчерпывающую информацию об общей степени их извлечения из всех металлургических материалов, поступивших на предприятие, в готовую продукцию и распространении в составе выбросов всех видов во все природные среды. Кроме того, они служат основой для определения мощности техногенных месторождений, формирующихся в регионах черной металлургии. Наиболее характерные параметры макробалансов железа интегрированных предприятий России, ЕС и Японии при производстве сортового и толстолистового проката приведены в таблицах 39, 40, 41.

Таблица 39. Макробаланс железа для производственного цикла ЗСМК

Статьи баланса	Период
	2000	2001	2002	2003
Поступило в производственный цикл, всего	5359582	5487383	5531245	4906400
металлолом «со стороны», % от общего прихода железа	21,5	20,9	20,5	19,0
отложенный производственный рециклинг: шламы со «шламового поля»% от общего прихода железа	0	0,8	0,9	1,0
Степень извлечения железа в готовую продукцию, % от прихода железа «со стороны» и шламов	88,8	88,4	89,2	90,4
Железо рециклинга, кг/т железа готовой продукции	175	182	187	189
в том числе: обрезь	74	74	73	72
…….. мелкодисперсные материалы	81	86	89	90

Таблица 40. Макробаланс железа для производственного цикла ОАО «Носта».

Статьи баланса	Период
	2004	2002	2001	2003
Поступило в производственный цикл, всего	309078	266271	236579	248108
в т. ч. металлолом «со стороны»	99388	87071	78781	83116
% от прихода железа	32,1	32,7	33,3	33,5
Перешло в готовую продукцию	264259	225798	201565	244617
Степень извлечения железа в готовую продукцию, % от общего прихода железа	85,5	84,8	85,2	86,1
Железо рециклинга, всего	99398	104112	92975	95626
кг/т железа готовой продукции	376	391	393	385
в т.ч. обрезь	231	235	239	239

Таблица 41. Некоторые параметры макробалансов железа интегрированных предприятий России, ЕС и Японии при производстве сортового и толстолистового проката.

Показатель	Предприятия РФ	Предприятия ЕС и Японии
Степень извлечения железа, % масс.	90…92	92…93
Доля вторичных ресурсов (амортизационного лома) в приходе железа, % масс.	18…22	25…27
Количество железа производственного рециклинга, кг/т железа проката	170…200	130…150

Приведенные данные наглядно демонстрируют, что при близких значениях общей степени извлечения железа в готовую продукцию аналогичного качества, отечественные предприятия существенно уступают передовым мировым показателям использования вторичных ресурсов и производственного рециклинга. Анализ характерных макробалансов железа интегрированных предприятий черной металлургии России позволяет сделать следующие выводы:

1. Показатель «степень извлечения железа в готовую продукцию» с позиции принципов «социальной ответственности производителя» концепции «3R» не может служить исчерпывающей характеристикой эффективности применяемых технологий, поскольку в отечественных условиях он, как правило, достигается за счет высокой доли использования природных ресурсов и, соответственно, низком уровне переработки вторичных ресурсов.

2. Увеличение количества перерабатываемых вторичных ресурсов (амортизационного лома) в отечественных условиях обычно сопровождается увеличением количества материалов производственного рециклинга и связанных с их переработкой вторичных выбросов.

3. Для корректной оценки соответствия отечественных предприятий принципам «социальной ответственности производителя» концепции «3R» они должны обладать системой учета металлургических материалов, обеспечивающей «прозрачность» движения железа во всем производственном цикле предприятия. В частности, из технических отчетов подразделений предприятий следует исключить позиции «угар», «улет» и т.п., должна быть введена единая унифицированная система учета вторичных материалов, обеспечивающая погрешность балансов железа не более 1 кг/т анализируемого материала (т.е. не более 0,1 %).

4. Разработанные в последние годы концепции развития отечественных интегрированных предприятий черной металлургии не ориентированы на преимущественное использование вторичных ресурсов, т.е. не являются ресурсосберегающими /268…274/.

Для оценки соответствия металлургической технологии принципам «социальной ответственности производителя» концепции «3R» и требованиям ВАТ (BREF) предлагается ввести критерий: «Степень извлечения железа на интегрированном предприятии черной металлургии в Обществе рециклинга», μ_Fe, % масс:

где μ_Fe – степень извлечения железа, масс доля, % от прихода железа в производственный цикл в составе природных и вторичных ресурсов и материалов, депонированных на территории предприятия (материалов «отложенного» рециклинга),

Fe_прир. – количество железа, поступившее в производственный цикл непосредственно из природной среды, кг/т Fe готовой продукции,

Fe_втор. – количество железа, поступившее в производственный цикл в составе вторичных ресурсов, кг/т Fe готовой продукции,

Fe_деп. - количество железа, поступившее в производственный цикл в составе материалов «отложенного» рециклинга (+) или размещенное на территории предприятия в составе «отложенных» отходов (-), кг/т Fe готовой продукции,

Fe_выб. – количество железа, безвозвратно потерянное в составе выбросов, кг/т Fe готовой продукции,

Fe_пр.рец. – количество железа, циркулирующее в производственном цикле предприятия в рамках производственного рециклинга, кг/т Fe готовой продукции,

φ – коэффициент безвозвратных потерь железа в составе вторичных выбросов, возникающих в процессах производственного рециклинга, доли ед.,

Fe_∑ - общее количество железа, поступившее в производственный цикл в составе природных и вторичных ресурсов (в том числе материалов, депонированных на территории предприятия - материалов «отложенного» рециклинга).

В зависимости от структуры выпускаемой продукции для отечественных условий должны быть научно обоснованы максимально допустимые значения Fe_прир., Fe_выб., Fe_пр.рец. и минимальный уровень Fe_втор. Ключевым параметром является уровень использования вторичных ресурсов амортизационного лома /97, 99, 100, 112, 113, 276…278/. Поэтому грамотный прогноз количества его образования и структуры становится существенным определяющим фактором в формирующейся системе государственного регулирования потребления вторичных ресурсов железа. Подобный прогноз, как показывают результаты последних исследований /58, 100, 103, 112, 277, 278/, не может опираться на привычные параметры «норма сбора лома» и «средний срок эксплуатации стальных изделий». Он должен строиться исходя из современной методологии исследований, которую активно разрабатывают в передовых индустриально развитых странах.