Древесноугольная металлургия

Древесноугольная металлургия


( Голосов: 3 ) 

Использование древесного угля в качестве твёрдого топлива в металлургии известно давно. Древесный уголь на протяжении столетий был основным сырьём для металлургического производства. В середине XVIII века англичане, испытывая недостаток лесных угодий, придумали технологию использования каменного угля для выплавки металла.

История вопроса и преимущества древесноугольной металлургии

Использование древесного угля в качестве твёрдого топлива в металлургии известно давно. Древесный уголь на протяжении столетий был основным сырьём для металлургического производства. В середине XVIII века англичане, испытывая недостаток лесных угодий, придумали технологию использования каменного угля для выплавки металла.

Спад потребления древесного угля в мировой металлургии активизировался в 80-х годах XIX века из-за его замещения коксом, давления органов экологического контроля и истощения запасов лесов. Решающим фактором стала ценовая конкуренция – чугун, приготовленный с использованием кокса, на мировом рынке стал гораздо дешевле.

Однако биотопливо сохранило свой приоритет в ряде регионов и металлургических технологий. Ряд предприятий продолжает применять древесный уголь в производстве чугуна, ферросплавов, свинца, алюминия, меди, олова, никеля, лантанидов, редких и ценных металлов. Его используют также как покровный флюс при выплавке некоторых видов бронзы и латуни, никелевых сплавов (мельхиор и нейзильбер). Возможно применение древесного угля в качестве карбюризатора для цементации при производстве брони. Кроме того, технологически биопродукт вполне способен заменить кокс в доменной печи.

Оценки объёма мирового производства древесного угля очень разнятся – от 9 до 23 млн. т в год, так как основная его часть изготавливается на малых мощностях кустарным способом в развивающихся странах, где со статистикой дела обстоят плохо. При этом считается, что в металлургию поступает около 20% этого продукта.

Известно, что использование древесноугольного топлива позволяет получать высококачественный чугун. Это наиболее актуально для стран-экспортёров товарного чугуна – Бразилии и России, которые по итогам 2013 г. экспортировали более половины мирового объёма экспорта чугуна.

Производство и экспорт чугуна в Бразилии и России в 2013 г.

Бразилия – лидер использования древесного угля для металлургии

На сегодняшний день в мировом углежжении и применении его продукции в металлургии остался по сути единственный игрок – Бразилия. Эта страна является ведущим экспортёром чугуна, в Бразилии имеются огромные запасы самовосстанавливающегося биоресурса – эвкалипта. При должном подходе оборот рубки эвкалипта составляет всего 7 лет (для сравнения: оборот рубки хвойных деревьев на Урале 60…70 лет).

Общий выпуск бразильского древесного угля для нужд металлургии оценивается в 7,5 млн. тонн в год. Из 1 тонны сырьевой древесины до домны (с учётом выхода побочных продуктов, сортировки и транспортных потерь) доходит около 170 кг древесного угля.

Интересно, что в Бразилии имеются крупные лесопромышленные компании, специализирующиеся на углежжении. Например, фирмы Mannesmann и Plantar Group высаживают быстрорастущие эвкалипты (E. Camaldulensis, Cloesiana, Urophylla и Pellita), а потом самостоятельно перерабатывают их в древесный уголь. Кроме того, в Южной Америке существуют объединённые древесноугольные металлургические холдинги, которые выращивают для себя лес, выжигают из него древесный уголь, а затем выплавляют на нём чугун. Средние показатели производства древесного угля: на эвкалиптовой плантации в 525 тыс. га при затратах $199,5 млн. в год производится 175 млн. куб. м древесного угля себестоимостью $10,25 за куб. м, что позволяет выплавлять 67 млн. т металла ежегодно.

Бразилия является единственной страной в мире, применяющей для производства товарного чугуна доменные печи, работающие на древесном угле. Согласно бразильским государственным законам, компании, использующие древесный уголь, должны выполнять программу по восстановлению лесонасаждений. На типичных лесопосадках выращивают эвкалиптовые деревья по семилетнему циклу, при котором каждая тонна получаемой сухой древесины обеспечивается растущей биомассой из 6,8 т древесины, корней, листьев, являющихся поглотителем диоксида углерода и обеспечивающих поступление кислорода в атмосферу. Схема лесопосадок с семилетним циклом, применяющаяся для производства товарного чугуна обеспечивает положительный баланс генерации кислорода и фиксации атмосферного углерода.

Согласно данным некоторых исследований, весь процесс от посадки деревьев до производства товарного чугуна с применением древесного угля удаляет из атмосферы 1,1 т диоксида углерода на каждую тонну выплавленного чугуна. При производстве чугуна с применением кокса в атмосферу выделяется 1,8 т диоксида углерода. Таким образом, использование древесного угля вместо кокса уменьшает эмиссию диоксида углерода на 2,9 т/т чугуна.

Как известно, древесный уголь обладает существенно меньшей механической прочностью в сравнении с коксом, а также повышенными показателями прочности при восстановлении (RDI) и реакционной способностью (RI). Поэтому доменные печи, работающие на древесном угле, имеют меньшую высоту и больший диаметр в сравнении с доменными печами, работающими на коксе.

К отличительным особенностям доменной плавки на древесном угле относятся низкие выход шлака (120…150 кг/т чугуна) и его основность ((CaO+MgO)/SiO2) – 0,75…0,85. Расход древесного угля, в зависимости от его влажности и содержания кремния в чугуне, составляет от 650 до 1000 кг/т товарного чушкового чугуна.

Качество чугуна, выплавленного в доменных печах, работающих на древесном угле, превосходит качество чугуна, полученного при использовании кокса, поскольку он имеет более низкое содержание серы и фосфора. Кроме того, древесноугольный чугун, как правило, свободен от таких микроэлементов, как титан, хром, цинк, в значительной степени поступающих в доменную печь в составе золы кокса.

В Бразилии работают около 70 производителей товарного чугуна, в распоряжении которых находятся более 120 доменных печей. Это небольшие доменные печи, с объёмом производства от 1,5 до 12 тыс. т чугуна в месяц. Показатели работы бразильских доменных печей на древесном угле приведены в таблице:

Российские перспективы

Россия долгое время конкурирует с Бразилией на мировом рынке чугуна. Высококачественный ковкий металл с использованием древесного угля до 2006 г. производили на Урале в г. Куса и сейчас продолжают выпускать в г. Касли, в том числе для художественного литья, требующего высокого качества поверхности и стойкости к атмосферному воздействию. Металл, выплавленный на биотопливе, более ковок и менее хрупок. Кроме того, молотый древесный уголь (с кусковой известью, плавиковым шпатом и коксом) применяется для выплавки высококачественной углеродистой или легированной стали в электродуговых печах для эффективного удаления серы из металла.

Всего в СССР до 1990 г. древесный уголь выжигали восемь крупных заводов. Сейчас к этой категории можно отнести только Амзинский лесокомбинат и Моломский лесохимический завод, которые обеспечивают черным биопродуктом отечественную металлургию и поставляют свою продукцию на экспорт. Но и они заметно сократили выработку угля в последние годы, потому что металлургия перешла на более дешёвые энергоносители. В Свердловской области Каменск-Уральский металлургический завод (КУМЗ) потребляет ежемесячно до 1 тыс. тонн древесного угля, поставляемого Верхнесинячихинским лесохимзаводом, Нижнесергинским леспромхозом и Серовской лесопромышленной базой. Общая проектная мощность этих предприятий в советское время достигала 53 тыс. тонн биотоплива в год, однако сейчас они снизили выпуск до 20 тыс. тонн.

В оборонной промышленности, которая раньше потребляла огромное количество биопродукта для производства фильтров из активированного угля и адсорбентов, объёмы спроса тоже резко упали. Кроме того, отход металлургии от биотоплива был вызван рядом технологических проблем в углежжении, связанных с устареванием оборудования и технологий.

Что касается новых технологий выжигания древесного угля, то наибольшую популярность в последнее время получили пиролизные печи с автоматическим управлением. Правда, это ноу-хау разработано ещё в советские времена, чтобы самостоятельно насытить рынок чёрного биотоплива в РФ, а не импортировать его из Китая и других стран ЮВА.

В целом получается, что и в мире, и в России пока наблюдаются тенденции снижения производства и потребления древесного угля, в том числе и в металлургии.

Заключение

Древесноугольная металлургия как способ производства высококачественного чугуна имеет хорошие перспективы в регионах с возобновляемыми биоресурсами.

  • Неделин Сергей Васильевич, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Использование древесного угля в качестве твёрдого топлива в металлургии известно давно. Древесный уголь на протяжении столетий был основным сырьём для металлургического производства.

  • чугун;
  • древесный уголь;
  • биотопливо;
  • экспорт.

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

Опубликовано Неделин С. В.

Адрес электронной почты: nedelin@gmail.com
  • Образование: Московский институт стали и сплавов, 1987-1992, Металлургия черных металлов
  • Сфера научных интересов: Металлургия черных металлов
  • Место работы, должность: ЗАО «Северсталь Ресурс», менеджер по доменному производству

Оставь комментарий