Зачастую толчком к существенному изменению технологического процесса становится банальный дефицит. Классической иллюстрацией тому могут служить изменения, происходящие в металлургии на протяжении многовековой истории ее развития. Помимо железной руды основным сырьем в черной металлургии является кокс. Однако угли, из которых он получается, в природе встречаются не так часто. Именно поэтому серьезные усилия в металлургии тратятся на поиск альтернативы традиционному сырью. В качестве замены коксующимся углям пытаются использовать каменный уголь, торф, отходы нефтепереработки, природный газ и т.п. При том что в этом ряду наибольшие перспективы имеет газ, у сторонников торфа тоже есть свои аргументы. В частности, разработанная технология получения кокса из торфа.

Коксовая зависимость

Нынешние сырьевые проблемы металлургов связаны с наиболее распространенной на сегодня технологией получения стали из чугуна, который в свою очередь - результат высокотемпературной обработки смеси железной руды и кокса в огромных вертикальных печах - домнах. Постоянно растущая потребность в стали, которая стала основным конструкционным материалом современного мира, требует пропорционального увеличения объемов получения кокса.

Естественно, что результатом активного роста объемов производства металлургической продукции стало значительное увеличение потребности в коксующихся углях. К середине ХХ века металлурги впервые ощутили физическую нехватку сырья для получения кокса. Впрочем, отечественным металлургам до последнего момента удавалось избежать прямого столкновения с этой проблемой. Однако уже в этом году, по словам начальника коксохимического производства ОАО "Северсталь" Александра Афанасьева, комбинат тоже столкнулся с дефицитом сырья для коксохимического производства. Косвенным подтверждением наличия проблемы может служить и ожесточенная борьба металлургов за угольные шахты и разрезы, которая развернулась в последние годы.

И это несмотря на то, что, как уверяет Александр Афанасьев, запасов Кузнецкого угольного бассейна, являющегося основным поставщиком "Северстали", хватит надолго. Его уверенность подтверждает кандидат геологических наук доцент кафедры государственного и муниципального управления Инженерно-экономического университета Татьяна Иванова. По ее данным, балансовые запасы коксующихся углей в России оцениваются в 42,3 млрд тонн, из них 77% приходится на Кузнецкий угольный бассейн, а прогнозные ресурсы составляют около 390 млрд тонн. При этом годовая потребность крупнейших металлургических комбинатов России в коксующемся угле оценивается в 20,8 млн тонн.

Впрочем, проблема заключается скорее не в наличии запасов. Добыча коксующихся углей - довольно дорогое удовольствие: их месторождения залегают очень глубоко, а потому добываются они шахтовым способом, что серьезно увеличивает себестоимость и конечную стоимость коксующегося угля на рынке. К тому же разработка новых месторождений требует больших капитальных вложений, которые при нынешней конъюнктуре рынка металлопродукции весьма проблематичны.

По словам заместителя директора по науке компании "Балтийская нержавеющая сталь", заместителя главного редактора журнала "Балтийские металлы" кандидата технических наук доцента Валерия Литвака, в сырьевой составляющей себестоимости чугуна 40%-50% приходится на кокс. Поэтому на протяжении последних десятилетий все усилия технологов многочисленных НИИ стальной промышленности были направлены на совершенствование технологии выплавки чугуна и снижение удельного показателя расхода кокса. По словам Татьяны Ивановой, за последние 40 лет расход кокса в России снизился с 930 кг кокса на одну тонну чугуна до 540 кг. В мире этот показатель, по словам Александра Афанасьева, доходит до 300 кг на тонну чугуна. Однако снижение удельного потребления кокса тоже удовольствие не из дешевых. Например, установка вдувания угольной пыли, позволяющая на 30% заменить дорогой и дефицитный кокс на более дешевые энергетические угли, стоит несколько десятков миллионов долларов.

Технологический перекресток

Помимо чисто экономических причин стремление металлургов избавиться от "угольной" зависимости связано и с задачей повышения качества конечной продукции сталелитейных производств. Как шутят специалисты, с началом использования угольного кокса в мире началась эпоха "грязной стали". Дело в том, что кокс, полученный из каменного угля, привносит в чугун большое количество различных примесей, негативно сказывающихся на качестве металла. Например, содержание серы в чугуне - это на 95% "заслуга" кокса. По этой причине, как отмечает Валерий Литвак, металлургические комбинаты вынуждены дополнительно обрабатывать металл, что значительно удорожает технологический процесс. Кроме того, некоторым высокотехнологичным отраслям, таким, как атомная энергетика, самолето- и судостроение, в основном требуется высококачественная и чистая сталь.

Решить проблему качества стали была призвана технология прямого восстановления металла. Ее преимущество не только в отсутствии доменного передела и кокса, но и, как следствие, в резком снижении количества нежелательных примесей в металле.

Суть технологии в том, что роль восстановителя железной руды выполняет природный газ, с помощью которого получается металлизованный окатыш, из которого, в свою очередь, в электродуговых печах получают сталь, минуя стадию доменного производства. Эта технология используется на двух металлургических комбинатах России: Старооскольском и Белорецком. Идея настолько увлекла, что технологию готовили к повсеместному внедрению. В частности, на "Северстали". Но не получилось. Масштабный переход на новую технологию оказался слишком затратным. А самое главное - получаемая таким образом сталь как минимум в три раза дороже, чем при доменном производстве.

Торфяная альтернатива

Таким образом, несмотря на все старания, полностью отказаться от использования кокса в обозримой перспективе вряд ли удастся. Поэтому не случайно, что одним из направлений совершенствования технологических процессов в металлургическом производстве первого передела стал не отказ от доменного производства, а поиск альтернативного коксующимся углям сырья для производства кокса. Один из таких заменителей достаточно известен - это побочный продукт нефтепереработки нефтяной кокс. В советские времена Россия производила его в объеме примерно 2 млн тонн в год. Однако широкого применения в черной металлургии он не получил. Нефтяной кокс в основном использовали в цветной металлургии и атомной энергетике для производства высокочистого графита.

Поскольку для производства кокса может быть использовано практически любое природное топливо, появилась идея использовать для этих целей торф. В отличие от каменного угля торф обладает низким содержанием фосфора и серы.

В свое время был создан Всесоюзный научно-исследовательский институт торфяной промышленности (ВНИИТП), в котором велись разработки различных видов топлив на основе торфа. Именно они легли в основу предложения кандидата технических наук Александра Михлина по получению торфяного кокса. Кроме того, в своем проекте он использовал собственный опыт работы по термообработке углеводистых материалов - в частности, по удалению из нефтяного кокса примесей серы. Именно эти экспериментально подтвержденные данные, полученные в Уфе в 1967 году, легли в основу высокотемпературной части его установки по получению торфяного кокса.

По расчетам автора, из 5,3 тонны торфа можно получить тонну качественного кокса, аналогичного древесному углю. При этом сырьевой дефицит этой технологии не страшен: общегеологические запасы торфа в России оцениваются как минимум в 300 млн тонн, и 90% из них сосредоточено на Северо-Западе и в Западной Сибири.

Суть технологии такова. Исходный фрезерный торф поступает в дробилку, где формируются гранулы заданных размеров. После высушивания они загружаются в шахту коксования, где проходят зоны сушки, коксования и охлаждения.

Правда, полностью проверить установку на практике пока не удалось. По словам Александра Михлина, ее составные части были в разные годы протестированы и подтвердили возлагаемые на них надежды. Однако собрать и протестировать экспериментальную установку по получению торфяного кокса, пригодного для металлургии, не удалось.

Если проект все же будет реализован и технология получения металлургического кокса из торфа получит свое подтверждение, то она может коренным образом изменить экономику современной металлургии. Речь может идти о завершении эпохи "грязной стали". Торфяной кокс, сходный по своим технологическим характеристикам с древесным углем, но обладающий прочностью каменноугольного кокса, практически не привносит в чугун нежелательных примесей. Соответственно, не потребуется дорогостоящих операций, необходимых для их извлечения. Экономия только на этих операциях может составить до 15%-20% стоимости стали.

Металлургические предприятия будут в меньшей степени зависеть от угольной отрасли с ее массой социальных и экономических проблем. Будет решена проблема торфяной промышленности, которая последние годы приходит во все больший упадок. А это значит, что целый ряд депрессивных регионов получит ресурс для развития.

Коксохимическое производство - одно из наиболее грязных в черной металлургии. Технология получения кокса из торфа во много раз экологичнее, чем производство его из угля. А значит, значительно проще будут решаться экологические проблемы, выходящие в современной металлургии на передний край.

Ну и самое главное, как уверяет Александр Михлин, себестоимость получения торфяного кокса существенно ниже, чем традиционного. Добыча торфа ведется открытым способом. Соответствующая инфраструктура хорошо развита. По предварительным расчетам автора проекта, себестоимость одной тонны торфяного кокса будет колебаться в районе 800 рублей, в то время как цена тонны каменноугольного кокса 1700-1800 рублей.

Несмотря на кажущуюся красоту идеи перевода отечественной, а за ней и мировой черной металлургии на торф, большинство специалистов относятся к этому весьма скептически. По словам Александра Афанасьева, на ОАО "Северсталь" регулярно получают проекты совершенствования металлургического производства. Однако на деле все они оказываются непригодными для промышленного производства. "Максимум, на что мы можем рассчитывать, так это на создание новых коксовых печей, которые позволят снизить расход кокса, но уйти от него в ближайшем будущем не удастся", - считает Александр Афанасьев.

В свою очередь, Валерий Литвак уверен, что в России ни кокс, ни торф не могут конкурировать с природным газом в качестве восстановителя руды, и потому будущее - за технологией прямого восстановления железа, которая уже зарекомендовала себя. "Это удобнее, технологичнее и дешевле, даже если делать кокс из торфяников, потому что в развитие последней технологии потребуется вложить немало средств", - считает он.

Впрочем, если экономические расчеты Александра Михлина получат практическое подтверждение, то все доводы пессимистов не будут иметь никакого значения. Тем более что мировая история знает массу примеров, когда самые фантастические на первый взгляд идеи получали свое реальное воплощение.

Санкт-Петербург