СОДЕРЖАНИЕ 
 

1. Экономические проблемы развития доменного производства 5

1.1 Совершенствование процесса производства 11

1.2. Проблемы обеспечения железной рудой 13

2. Анализ возможностей дальнейшего увеличения объемов доменного производства 18

2.1. Вдувание пылеугольного топлива (ПУТ). 20

2.2. Экономический анализ состояния развития альтернативных процессов 21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 24

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 

      Цель  доменного производства состоит  в  получении  чугуна  из  железных руд путем их переработки  в  доменных  печах.  Сырыми  материалами  доменной плавки являются топливо, железные и марганцевые руды и флюс.

       Топливом для доменной плавки  служит  кокс,  получаемый  из  каменного угля. Его роль состоит в обеспечении  процесса  теплом  и  восстановительной энергией. Кроме того, кокс разрыхляет столб шихтовых материалов  и облегчает прохождение газового потока в шихте доменной печи.

     Актуальность  темы исследования обусловлена необходимостью повышения экономической эффективности производства на всех стадиях металлургического цикла, потребительских свойств и качественных параметров готовой продукции, устойчивости и конкурентоспособности предприятий черной металлургии за счет нейтрализации неблагоприятных тенденций и ограничивающих факторов применения доменного производства.  

     Экономическая эффективность совершенствования техники и технологии подготовки железных руд к доменной плавке должна определяться на основе общепринятых показателей экономической эффективности инвестиционных проектов с учетом экономического эффекта в смежных отраслях промышленности.

     В настоящее время горно-обогатительными  комбинатами Северо-Запада России, эксплуатируется оборудование, начиная от новейшего, обеспечивающего значительные объемы производства, и кончая морально устаревшим и физически изношенным, которое не удовлетворяет требованиям по условиям труда и охране окружающей среды, что обусловливает настоятельную необходимость совершенствования техники и технологии подготовки руд к плавке.

     В качестве перспективного направления  развития подготовки железных руд регионов к доменной плавке предлагается выпуск железорудных окатышей из смеси концентратов обогащения руд Оленегорского и  Ковдорского месторождений, что  приведёт к завышению экономических показателей.

     Применение  высокоосновных окатышей богатых по содержанию железа в топливно-сырьевых условиях доменного производства обеспечивает значительный рост производительности доменных печей, снижение себестоимости  чугуна и существенное сокращение расхода  всех видов ресурсов.

     В частности, в процессе доменной плавки, высвобождается значительное количество агломерата, а, следовательно, и известняка, который является неотъемлемой составляющей агломерационной смеси, что в  свою очередь приводит к образованию  излишков продукции в отрасли промышленности строительных материалов. Из-за сокращения расхода угля и кокса аналогичные изменения происходят в угольной промышленности.

     Таким образом, экономический эффект подготовки железных руд к плавке (Э_ПРП) будет равен сумме эффекта от реализации проекта рудоподготовки (Э_РП) и эффектов, возникающих в смежных отраслях промышленности (Э_СМ.О), в виде дохода от реализации образующихся излишков продукции:

     Данные  свидетельствуют о том, что экономическая  целесообразность совершенствования  методов подготовки железных руд  к плавке за счет создания нового производства вполне очевидна, а учет экономического эффекта, возникающего в ходе реализации проекта рудоподготовки в смежных  отраслях промышленности, улучшает показатели его экономической эффективности.

     Внедрение современных технологических процессов  и оборудования по выпуску новых  видов железорудной продукции, обладающих высокими физико-химическими и металлургическими  свойствами, при сравнительно небольшой  капиталоемкости вновь создаваемых  мощностей, обеспечивает повышение  экономической эффективности производства и устойчивости металлургических предприятий  в части снабжения комбината  железорудным сырьем. Кроме того, может  расшириться выпуск новой высококачественной продукции, имеющей спрос на внутреннем и внешнем рынках.

1. Экономические проблемы  развития доменного  производства

     Осуществление доменного процесса невозможно без  использования металлургического  кокса.

     По  разведанным запасам угля категории  А+В+С1 (на 01.01.2009 г. - 286 млрд. т), Россия занимает третье место в мире после США  и Китая. Но при этом сырьевая база угольной промышленности России имеет  существенные недостатки, которые проявляются:

1. В  качественном составе угольной  базы.

     В металлургической отрасли используются в основном коксующиеся угли. Свыше  половины балансовых запасов категорий  А+В+С1 (103,1 млрд. т) составляют бурые  угли. Разведанные запасы коксующихся  углей равны 40 млрд. т или только 20 % от всех запасов.

2. В  неравномерности распределения  разведанных запасов угля по  территории страны. В азиатской  части России находится 90 % запасов  углей, а в европейской -лишь 10 %, тогда как на последнюю  приходится 45-46 % потребления угля. 76% запасов коксующихся углей расположены  в Западно-Сибирском регионе - в Кузнецком бассейне.

     Наиболее  благоприятные для добычи запасы угля значительно удалены от основных потребителей России и дальнего зарубежья. Лучшие угольные базы - Кузнецкий и  Канско-Ачинский бассейны расположены  на расстоянии         3000 - 4000 км от ближайших портов и основных имеющихся и потенциальных потребителей в Европейской части России и других странах. Это существенно влияет на транспортную составляющую в конечной цене угля. В мировой практике эта составляющая не превышает 30%, в России в среднем 56%, а при дальних перевозках 70% и более. Затраты на перевозку кузнецких углей, например, превышают расходы на добычу. При доставке их на Урал и в центр европейской части России цена на них возрастает в 1,5-2 раза, в Калининградскую область - в 3, Архангельскую - в 2, в Хабаровский край - в 2,6 раза.

     В результате металлургические предприятия, расположенные в Западно-Сибирском  регионе в непосредственной близости от угольных предприятий, имеют дополнительный доход за счет наиболее низкого уровня цен на уголь, по сущности своей являющийся "рентой местоположения". Многие крупные месторождения с ценными  коксующимися марками углей расположены  в неблагоприятных климатических  зонах и отличаются сложными горно-геологическими условиями.

3. В  чрезмерных затратах на добычу  и обогащение угля в сочетании  с повышенной опасностью при  добыче.

     Около половины балансовых запасов шахт по общепринятым в мировой практике нормам являются некондиционными по качеству угля, мощности, условиям залегания, газо- и выбросоопасности пластов, что  определяет чрезмерные затраты на добычу и обогащение угля, повышенную опасность  работы. В целом по Российской Федерации  из 280,8 млрд.т числящихся на балансе  на 01.01.12007 г. разведанных запасов  были признаны благоприятными для промышленного  освоения в современных экономических  условиях 220,2 млрд.т, в том числе  по действующим и строящимся предприятиям - 40,12 (68%) из 59 млрд.т. По коксующимся  углям доля благоприятных запасов  по России в целом составляет 33,5 (47%) из 71,4 млрд.т, в том числе на действующих предприятиях - 11,2 (59%) из 19,1 млрд. т .

4. Несоответствие  качества добываемых коксующихся  углей оптимальному составу угольной  шихты для коксования.

     Шихта для производства кокса может  включать до 12 марок углей. Каждая марка  играет определенную роль в коксохимическом  процессе. Марки одного типа взаимозаменяемы, хотя при этом качество шихты может  значительно различаться. Поэтому  в шихтах должно соблюдаться совершенно определенное соотношение углей  отдельных марок.

     Для слоевого коксования рекомендуется  использовать следующие марки углей: коксовые жирные (КЖ), коксовые (К), жирные (Ж), газовые жирные (ГЖ), отощенные  спекающиеся (ОС), газовые жирные отощенные (ГЖО), коксовые отощенные (КО), газовые (Г), коксовые слабоспекающиеся (КС), коксовые слабоспекающиеся низкометаморфизированные (КСН), длиннопламенные газовые (ДГ), тощие спекающиеся (ТС), слабоспекающиеся (СС).

По технологической  ценности (по коксуемости) коксующиеся  угли делятся на группы:

особо ценные (хорошо коксующиеся): КЖ, К, Ж, ГЖ, ОС, КО;

в том  числе, определяющие спекаемость: КЖ, К, Ж.;

ценные (слабококсующиеся): ГЖО, Г, КС, КСН;

некоксующиеся (могут применяться в ограниченных количествах в шихтах высокой  коксуемости в условиях классического  процесса коксования и в большем  количестве - при специальных процессах  подготовки и коксования, либо полностью  служить сырьевой базой коксования в новых процессах производства кокса).

     Применительно к условиям нашей страны суммарное  содержание в оптимальной шихте  для коксования углей марок ГЖ, Ж, КЖ, К, КО, и ОС должно составлять 75-80 % . К началу 90-х годов структуры угольных шихт коксохимических предприятий были близки к оптимальным. Это позволило в период с 1980 по 1990 г. уменьшить расход кокса в доменном процессе: с 569 кг/т предельного чугуна до 504,5 кг/т.

     До  настоящего времени величина добавок  в шихте большинства коксохимических  производств не превышала нормы, однако появилась и сохраняется  тенденция к нарушению требуемого соотношения отдельных марок  углей: уменьшается суммарная доля хорошо спекающихся углей марок  К, КЖ и КО, обеспечивающих прочностные  характеристики кокса с одновременным  увеличением количества углей марок  ГЖ и Ж.

Дефицит в угольных шихтах углей марок  КЖ, К, КО и ОС, обозначившийся к 2005 г. (табл.1), привел к ухудшению качества кокса и увеличению его расхода в доменном процессе до 525 кг, что существенно снизило производительность доменных печей и отрицательно повлияло на экономику процесса.

В таблице  показаны отклонения в поставках  углей отдельных марок от их потребности  для обеспечения оптимального соотношения  в шихтах. В избытке оказались  угли марок ГЖ и Ж (-1.2 млн. т) и марок  КС, КСН, ТС, и СС ( -3.8 млн.т). Обозначился  большой дефицит наиболее ценных для коксования углей марок К, КЖ, КО, и ОС (- 4.5 млн.т.).

Недостаток  необходимых марок заставляет коксохимические  предприятия искать приемлемую замену другими маркам углей. В свою очередь, это вызывает изменение технологического режима коксования и ухудшение качества кокса.

Отклонения  объемов поставок углей по маркам от оптимальной структуры шихты.  
 

Таблица 1

Сложившаяся ситуация вызвана следующими причинами:

1. Ограниченностью  сырьевой базы особо ценных  марок. 

2. В  недостаточно обоснованном расходовании  ценных и дефицитных марок  углей в других отраслях хозяйства. 

3. Отсутствием  стимулов к производству наиболее  ценных, но дорогих в производстве  марок углей, что связано с  применением затратного принципа  при определении цен на угли  отдельных марок. Угли марок  Г, КСН, КС, имеющие показатель  технологической ценности в два  раза ниже по сравнению с  углями дефицитных марок КЖ, К,  ОС реализуются по таким же  ценам или даже в 1,5 раза  дороже.

4. В  отсутствии учета у потребителя  истинной технологической ценности  углей отдельных марок и определения  их доли в шихтах, обеспечивающих  получение металлургического кокса  необходимого качества, а у поставщиков  - стимулов к детальным исследованиям  сырьевой базы и создании условий,  позволяющих получать высокое  и стабильное качество угольной  продукции.

5. С  ошибочной экспортной политикой.  Вследствие чего нередко экспортируются  угли не избыточные, а совершенно  необходимые на внутреннем рынке  для формирования оптимальной  структуры коксовых шихт.

     Угли  наиболее ценных и дефицитных марок (КЖ, К, ОС) должны стоить дороже по сравнению  с менее дефицитными, хотя и имеющими высокую потребительскую ценность. В основу расчета цен у потребителя  целесообразно положить не только затратный  принцип, а также два важнейших  комплексных показателя, отражающих: технологическую (потребительскую) ценность угля и дефицитность угля на рынке.

     Реструктуризация  угольной отрасли, проводимая в последние  годы и направленная на закрытие действующих  экономически неэффективных угольных шахт только усугубляет существующее положение и способствует ухудшению  марочного состава коксующихся  углей. Финансовую поддержку получают перспективные шахты и разрезы, осваивающие новые высокорентабельные месторождения, которые наиболее эффективны по экономическим показателям добычи углей - независимо от их технологической ценности для потребителя. В результате закрываются предприятия добывающие особо ценные марки углей (К, КО, КЖ, ОС, О).

     Вводимые  новые мощности по добыче коксующихся  углей состоят, в основном, из марок  Г и Ж. Они необходимы для коксохимического производства, но не могут заменить марки КЖ, К, КО. Поэтому дефицит  последних неизбежен. Кроме того, высококачественные коксующиеся угли обычно залегают на глубинах, не доступных  для открытой разработки, и поэтому  они являются дотационными в большинстве  месторождений мира. Резервная база коксования России находится в Южно-Якутском, Улугхемском угольных бассейнах, а  также на Апсатском месторождении  Читинской области. Но строительство  новых шахт сопряжено с финансовыми  трудностями и отсутствием транспортных коммуникаций .

Для ликвидации дефицита углей особо ценных марок  КЖ, К, КО, ОС существует несколько путей:

1. Совершенствование  непосредственно процесса производства  кокса. Это может быть осуществлено  за счет реконструкции действующих  предприятий, добывающих угли  этих марок или строительства  новых шахт и разрезов, либо  путем технического перевооружения  коксохимического производства. Имеется  ввиду внедрение специальных  методов подготовки шихты с  целью изменения структуры и  возможности использования менее  дефицитных марок коксующихся  углей и некоксующихся углей. 

Успешная  реализация этих технологий в существующих финансово-производственных условиях России весьма проблематична. Это заставляет коксохимические предприятия пока идти по наиболее простому пути и использовать неспекающиеся угли в традиционном процессе слоевого коксования с ухудшением качества получаемого кокса.

2. Внедрение  новых без коксовых способов  производства металла. Существуют  объективные причины для сомнений  относительно экономической целесообразности  обновления изношенных коксовых  батарей. Это: 

- крупные  габариты коксовых батарей и  сложная теплотехническая конструкция; 

- высокие  капитальные затраты (затраты  на строительство мощностей в  1 млн. т / год кокса составляют  в мире в среднем 200 - 300 млн.долл.);

- длительные  сроки строительства (около трех  лет на одну батарею);

- невозможность  остановки на протяжении всего  срока эксплуатации, часто превышающего 30 лет; 

- трудности  удовлетворения постоянно ужесточающихся  требований к охране окружающей  среды; 

- тяжелые  условия труда, связанные с  обслуживанием; 

- жесткость  требований в отношении сырьевой  базы коксования. При нынешних  ценах затраты на реконструкцию  коксовой батареи составляют  от 150 до 200 долл. на 1 т/год мощности, а строительство новой батареи  мощностью 900 тыс.т/год кокса по  затратам эквивалентно строительству  крупного мини-завода по нетрадиционной  технологии .

Ситуация  такова, что к 2008 г. 15 % мировых мощностей по производству кокса будут иметь возраст > 38 лет, а 40 % - от 24 до 38 лет. Мировая практика считает, что нормальный средний срок службы коксовой батареи составляет 25 лет.

Распределение коксовых батарей по срокам службы и мощностям в России представлено в табл.2.

Таблица 2 Распределение коксовых батарей  по срокам службы и мощностям  (состояние  на 1997 год).

     В ближайшие 3-5 лет коксохимическая  промышленность России способна обеспечить страну коксом в объемах   28-30 МАНТ/ГОД. Однако в дальнейшем потребуются  значительные инвестиции для обновления и модернизации печного фонда.

     Характерной тенденцией развития коксохимического производства зарубежных стран в  последнее десятилетие является интенсивный вывод из эксплуатации устаревших мощностей и практическом отсутствии нового строительства, что  создает потенциальную возникновения  дефицита кокса уже в ближайшей  перспективе.

     Характеризуя  состояние мирового производства кокса  и структуры его производства и потребления в прошлом десятилетии, следует отметить снижение производственных мощностей во всех основных традиционно  производящих кокс управление персоналом дипломная работа странах.

     Ожидается, что к 2008 г. средний показатель расхода кокса снизится до 455, а к 2010 г. до 440 кг/т. Отсюда мировая потребность в коксе к 2008-2010 гг. оценивается в 370-390 млн.т/год. Современные технически пригодные мощности по производству кокса в мире составляют около 360 млн.т/год . Учитывая это обстоятельство, в разных странах проводятся активные исследования различных процессов, пригодных в качестве возможных вариантов процесса производства кокса следующего поколения, а также предлагаются пути совершенствования традиционной технологии.

1. Совершенствование процесса производства

     Первое  направление - совершенствование процесса производства формованного кокса, способного обеспечить значительное сокращение капитальных  затрат, выбросов в окружающую среду, расширить сырьевую базу коксования. Однако результаты доменных плавок подтвердили, что традиционный кокс можно заменить формованным в количестве, не превышающем 20-30 %, в связи с более низким качеством формованного кокса.

     Второе  направление - доведение до совершенства существующей технологии коксования в  камерных печах. Эта задача решается на уровне национальной программы в  рамках нового проекта, который называется SCOPE-21 (производительная и экологичная  суперпечь 21 века). Цель: максимальное использование низкосортных углей  и достижение высокой производительности. Основными особенностями новой  технологии получения кокса являются: скоростной нагрев шихты с целью  повышения ее спекаемости, горячее  формование шихты под давлением  и низкотемпературное (700° С) коксование формовок.

     В настоящее время производство ароматических  углеводородов на основе современной  технологии коксования стало невыгодным и неконкурентоспособным по сравнению  с их получением на основе нефтехимии. Рассматривается возможность изменения  структуры коксохимического производства с получением только двух продуктов - кокса и богатого водородом газа. Газ может использоваться как  восстановитель или топливо, что  при грамотном использовании  может значительно улучшить экономику  коксохимического производства.

     Основные  усилия по совершенствованию традиционного  процесса производства кокса направляют на повышение эффективности отдельных  стадий процесса - подготовки и загрузки шихты, режима обогрева печей.

     На  отечественных коксохимических  предприятиях имеются современные  цехи для подготовки угольного сырья  для коксования, улавливания и  переработки химических продуктов  коксования. Значительным инженерным достижением отечественной коксохимии - является создание установок сухого тушения кокса, которые получили всемирное признание и применение. Разработана оригинальная технология непрерывного получения формованного кокса, которая также находит  применение в мире.

В  настоящее время расходы на производство кокса в мире существенно возросли вследствие быстрорастущих затрат на защиту окружающей среды, охрану здоровья и безопасности персонала. Напротив, доходы от реализации химических продуктов коксования резко сократились. В результате расходы на коксование возросли до 20 - 60 долл./т кокса в зависимости от местонахождения коксохимического предприятия. Как следствие этого соотношение цен кокс/уголь быстро возросло от первоначального уровня 1,25 - 1,4  до 1,6 - 3,0 в настоящее время. Современная цена кокса колеблется в диапазоне 95-157 долл./т. Цена коксующихся углей 45 - 60 долл./т. Цена же на энергетические угли составляет 35 - 40 долл./т (цены ФОБ).

     Поэтому основным направлением повышения эффективности  доменного процесса является снижение расхода кокса на выплавку чугуна. В связи с этим требования к  качеству кокса будут возрастать, что повышает значение качества исходного  угля.

     Классическая  технология производства кокса базируется на принципе использования многокамерной  системы коксования в горизонтальных печах с косвенным обогревом. Она является высоко оптимизированной в отношении удовлетворения требований, предъявляемых доменным производством  к качеству кокса, и в отношении  теплового баланса металлургического  комбината в целом. Однако недостатки и проблемы, присущие современному процессу производства кокса, вынуждают проводить активные исследования различных процессов производства кокса следующего поколения, о которых указывалось ранее.