Железо прямого восстановления: тенденции и перспективы 
Применение технологий по производству железа прямого восстановления (или губчатого железа) в основном в виде металлизированных окатышей DRI (Direct Reduced Iron) и горячебрикетированного железа НBI (Hot Briquetted Iron) по-прежнему, как и несколько десятилетий назад, считается одним из самых перспективных направлений для эффективного развития мировой металлургии.
Известно, что использование губчатого железа при выплавке стали (в основном, в электродуговых печах) позволяет производить наиболее высококачественный, экономически выгодный (с относительно низкой энергоемкостью) и экологически чистый металл (по сравнению с доменным процессом), пригодный для удовлетворения самых высоких требований таких отраслей-потребителей, как машиностроение (авиа-, судостроение и т. д.).
Текущий спрос на DRI и НBI стабильно растет, невзирая на нестабильность цен, поставок и качества всех альтернативных видов сырья (железной руды, кокса и черного лома).
Однако, несмотря на непрерывную рекламу ряда сравнительно новых технологических процессов (Midrex, ITmk3), постоянный рост производства продукции прямого восстановления железа и увеличение инвестиций в его расширение по всему миру (в том числе и в России) идет сравнительно медленно. Темпы освоения данных технологий явно не успевают за потребностями металлургии.
Что же мешает более стремительному развитию рынка железа прямого восстановления (ПВЖ) в мире? Каковы перспективы его развития? Предлагаем разобраться.
Формирование и особенности рынка
Промышленное производство железа непосредственно из руды, минуя доменный (с использованием кокса) процесс, появилось в 1970-х гг. Первые установки прямого восстановления железа были малопроизводительны, а конечный продукт имел сравнительно много примесей.
Широкое распространение этого процесса началось в 1980-х гг., когда в горно-металлургическом комплексе началось широкое применение природного газа, который идеально подошел для прямого восстановления железной руды. Кроме того, помимо природного газа, в процессе прямого восстановления железа оказалось возможным использование продуктов газификации углей (в частности бурых), попутного газа нефтедобычи и другого топлива-восстановителя.
Технологические изменения, происшедшие в 1990-е гг., позволили значительно снизить капитало- и энергоемкость различных процессов прямого восстановления железа, в результате чего произошел новый скачок в производстве продукции DRI, который продолжается до сих пор.
Технология. В типовом процессе восстановления железа основной компонент природного газа – метан – разлагают окислением в присутствии катализатора в специальных аппаратах – реформерах, получая смесь восстановительных газов – окиси углерода и водорода. Эта смесь поступает в высокотемпературный реактор, в который подается также обрабатываемая железная руда. Есть технологии DRI, использующие метан непосредственно в реакторе, а также восстановительные пылеугольные смеси.
Отметим, что формы и конструкции реакторов очень разнообразны (например, это вращающаяся трубчатая печь или шахтная печь), как и разнообразен комплекс всего вспомогательного оборудования.
Реакция восстановления эффективно идет только на поверхности твердых частиц руды, поэтому нужен определенный компромисс между сырьем (пылеобразная или пористая форма) и конечной продукцией (спеченными окатышами, брикетами, «наггетами» и т. п.).
Разнообразие технологий, оборудования и сырья создало большое разнообразие названий способов прямого восстановления, число которых перевалило за два десятка. Однако только немногие из них прошли опытно-промышленную и промышленную проверку, доказав свою высокую производительность и рентабельность, а также создают готовую продукцию высокого и стабильного качества.
Все эффективные методы прямого восстановления качественного железа фактически используют единственный процесс: богатое железорудное сырье (руда или окатыши с содержанием железа не менее 70%) восстанавливается при высоких температурах до содержания железа (85–90% и более) специальной газовой смесью.
Именно поэтому основное производство железа прямого восстановления главным образом сосредоточено в странах, обладающих большими запасами нефти (т. е. попутного газа), природного газа и железной руды, а также ограниченных в ресурсах альтернативного металлолома (т. е. в странах Латинской Америки, Ближнего и Среднего Востока).
На сегодня в мире наиболее широко распространены технологии прямого восстановления железа компании Midrex (США), установки которой работают во многих странах с 1971 г. Лидирующие позиции в DRI эта компания удерживает последние 29 лет подряд. В 2007 г. по технологиям Midrex произведено около 40 млн т DRI, или 60% от общего мирового производства.
К разновидностям Midrex также относятся технологии Corex Midrex, Fastmet, Fastmelt, Kwiksteel и ITmk3 (права на которую принадлежат японской Kobe Steel, а на территории СНГ – Hares Engeneering).
Большими приверженцами установок Midrex являются многие предприятия крупнейшего в мире производителя стали – концерна ArcelorMittal, расположенные, в частности, в Германии, Канаде, Мексике, Тринидаде и Тобаго и ЮАР, общие мощности которых (созданные в 1971–1999 гг.) составляют около 6 млн т в год, или 13% мирового производства губчатого железа по данной технологии.
Другими ведущими производителями DRI на базе Midrex являются: Mobarakeh Steel (Иран, мощность – 4 млн т), Essar Steel (Индия, мощность – 3,82 млн т), Hadeed (Саудовская Аравия, 3,21 млн т), EZDK (Египет, 2,32 млн т), Qatar Steel (Катар, 1,9 млн т), Lisco (Ливия, 1,75 млн т).
Среди крупных предприятий, использующих технологии Midrex, – российский Оскольский электрометаллургический комбинат (ОЭМК), который за 1983–1987 гг. построил и запустил 4 модуля Midrex общей мощностью 1,67 млн т металлизированных окатышей DRI в год.
Российский Лебединский ГОК с 1999 г. выпускает брикеты HRI по несколько иной технологии – HYL/Energiron (мощностью 0,9 млн т в год). В 2007 г. ЛГОК закончил строительство и запустил в действие завод по выпуску 1,4 млн т в год горячебрикетированного железа (HBI) по методу HYL/Energiron.
Этот способ является следующей (после Midrex) ведущей в мире технологией по выпуску прямовосстановленного железа.
На базе технологий HYL/Energiron в 2007 г. было выпущено 11,3 млн т DRI или, точнее, HRI, (т. е. 17% мирового производства). Этот процесс (кроме России) получил распространение в таких странах, как Мексика, Венесуэла, Бразилия, Саудовская Аравия, Индонезия, Индия и Малайзия. HYL/Energiron, как Midrex, в своем производстве использует природный или попутный газ.
Отдельно отметим установку Finmet. Данное производство (мощностью 2,2 млн т HBI) с 2000 г. действует лишь в Венесуэле на предприятии Orinoco Iron Matanzas. В основе Finmet стоит печь-реактор с псевдоcжиженным («кипящим») слоем, где процесс восстановления железа также производится газом.
Множество других технологий по выпуску губчатого железа (SL/RN, Jindal, DRC, SIIL, Tisco, Codir и т. д.) в основном работают на базе печей с вращающимся подом с использованием угля или пылеугольной смеси в Индии, Китае, США и Южной Африке. Качество металла по всему комплексу этих технологий, а также их экологичность, существенно ниже. Однако они зачастую дешевле, поэтому в прошлом году общая доля объема производства в таких установках возросла на 2,8% по сравнению с 2006 г. и достигла 22,6% мирового производства (или 15,1 млн т). Структура производства железа прямого восстановления (DRI и др.) в мире в последние годы приведена на рис. 1.
Продукция. В результате прямого восстановления железа получают высокометаллизированное сырье сложного комплекса свойств (по составу, структуре, размеру и т. д.), зависящее от примененной технологии. Поэтому классификация этой готовой продукции не вполне установилась и является недостаточно четкой.
Иногда к DRI, прямо по определению, относят все виды железа прямого восстановления. Порой выделяют DRI как окатыши и аналог крупнокусковой руды.
Порой, в зависимости от температуры производства, различают два вида DRI: холодное (СDRI) и горячее железо прямого восстановления (HDRI). НBI, как правило, называют горячепрессованную форму DRI, разработанную для более удобной перевозки, хранения и использования. Считается, что сейчас DRI (окатыши) составляют около 87% (СDRI – 83%, а НDRI – 4%) от всего производимого железа прямого восстановления в мире, а на долю НBI приходится порядка 12%.
Впрочем, для новых вариантов технологий и продуктов склонны появляться и новые названия.
Базовыми для свойств DRI-HBI являются три главных химических фактора: уровень металлизации, содержание и форма углерода, содержание и тип примесей. Характерные уровни металлизации, достигаемые в современном процессе прямого восстановления, колеблются в пределах 85–98%.
В основных процессах DRI-HBI достигается не только низкое содержание серы и фосфора (часто попадающих из угля в классической металлургии), но и низкое содержание большинства других остаточных элементов, таких как медь, хром, свинец, молибден, олово и др. (характерных для переработки металлолома). Качество железа (далее – стали) по вредным примесям получается очень высоким.
Отметим, что, в отличие от руды и лома, DRI-HBI капризны к условиям хранения и транспортировки. Со временем, особенно при повышенной влажности, идет окисление продукта с плавным ухудшением его свойств.
Потребление. Железо прямого восстановления почти исключительно используется в электрометаллургии. Концепция загрузки электродуговых печей (ЭДП) продукцией DRI-HBI дает возможность использовать более высокую энергию плавки при увеличении производительности печи. Однако его можно также загружать в мартеновские и конвертерные печи (вместо металлолома). Доменный процесс в таком производстве полностью исключен. Поэтому сырье DRI-HBI позволяет снизить негативное влияние металлургического производства на окружающую среду, в том числе за счет уменьшения выбросов углекислого газа (оксида серы и др.) в атмосферу.
Рост производства и потребления губчатого железа в мире обгоняет динамику развития электросталеплавильного производства (рис. 2).
Среднегодовой темп роста выпуска железа прямого восстановления составил в последние десятилетия 9%, а электростали – только 7%.Частично это связано с ограничениями в мировой торговле металлоломом (как основного сырья для ЭДП).
Ввиду проблем с транспортировкой (особенно DRI) заводы по выпуску металлизированного сырья обычно строятся в непосредственной близости к металлургическим предприятиям. Доля отгрузки товарного DRI в мировой торговле составляет порядка 20% (или 8–10 млн т) от общего его производства, а HBI почти полностью (на 75–80% в объеме 6–7 млн т) идет на экспортные продажи.
География и тенденции
С 1970 по 2007 г. общее производство железа прямого восстановления в мире возросло с 800 тыс. т до 67,22 млн т.
Крупнейшими производителями продукции DRI в мире стали Индия с выпуском 19 млн т в прошлом году, Венесуэла – 7,7 млн т, Иран – 7,4 млн т и Мексика – 6,3 млн т (рис. 3). На долю этих четырех стран до недавнего времени приходилось более 50% мирового выпуска, а в последние три года, благодаря резкому наращиванию производства DRI в Индии, – около 60%.
Производство DRI в Саудовской Аравии (4,3 млн т в 2007 г.), Тринидаде (3,5 млн т), России (3,4 млн т – занимает 7-е место на данном рынке) и Египте (2,8 млн т) в сумме с первой четверкой стран обеспечивает 80% мирового выпуска этой продукции.
Отметим лидирующую роль Индии, которую «подстегивает» неуклонно растущий внутренний спрос на DRI. Развивающаяся металлургия Индии имеет до 45% электросталеплавильного производства от всего объема производственных стальных мощностей. При этом в стране – небольшие ресурсы собственного черного лома и малые ресурсы углей коксующихся марок. Но Индия весьма богата высококачественной рудой и природным газом (на западе страны). Все факторы – в пользу производство железа прямого восстановления, и оно не заставило себя долго ждать.
Сейчас на основе технологий Midrex и HYL (с применением газа) выпускается только 40% индийского DRI. Остальные 60% железа прямого восстановления производятся в малых «угольных» установках (с ежегодной мощностью от 200 до 200 тыс. т каждая). Качество продукции – соответствующее, однако цена вполне устраивает индийскую металлургию, преимущественно работающую на стройиндустрию страны.
Венесуэла, развившая мощное производство DRI с использованием попутного и природного газа, в последнее время вынуждена постепенно сокращать свое производство. Заметный экономический рост во многих развивающихся странах привел к ограничению поставок сырьевых материалов, в частности железорудных окатышей. Нестабильной в Венесуэле оказалась ситуация с природным газом, электричеством и даже поставкой запасных частей и оборудования из США. Это заставило многие заводы по выпуску DRI сократить производство. К примеру, в I квартале 2008 г. в стране использовалось менее 70% действующих мощностей железа прямого восстановления.
Справедливости ради отметим, что с проблемами за последние год-два столкнулись аналогичные производства DRI во многих странах мира. Произошел резкий рост производственных затрат из-за стремительного роста мировых цен на железную руду (которые за последние 4 года подскочили на 160%), на природный газ и фрахтовые ставки, а также некоторая дестабилизация рынка.
Однако с учетом роста спроса (и цен) на сталь динамика выпуска железа прямого восстановления осталась весьма позитивной.
Тем не менее мировое производство продукции DRI в 2007 г. выросло на 12,4% относительно 2006 г., в основном за счет ввода в действие новых мощностей в России (на Лебединском ГОКе заработал 2-й модуль по выпуску HBI), Катаре (на Qatar Steel – 2-й модуль по выпуску 1,5 млн т в год DRI и HBI), Саудовской Аравии (на Hadeed – модуль Е мощностью 1,75 млн т в год НDRI и DRI, а также на DRIС Dammam – два модуля DRI мощностью 1 млн т в год каждый) и в Индии, где в 2007 г. было введено порядка 100 (!) установок на базе роторных печей общей мощностью 3 млн т DRI в год.
Вместе с тем на реконструкцию в прошлом году было остановлено семь заводов DRI на базе технологий Midrex: четыре в Иране и по одному в Малайзии, Омане и Пакистане, а также четыре завода DRI на базе HYL/Energiron: три в Абу-Даби (которые должны войти в строй в 2008–2011 гг.) и один в Египте (до 2010 г.).
Средняя загрузка мировых мощностей по выпуску DRI в 2007 г. составила всего 83,5% (рис. 4), так что резервы у отрасли есть.
В текущем году они начали «включаться в процесс». За 8 месяцев 2008 г. производство продукции DRI (по данным IISI) увеличилось на 11,4% (до 39,6 млн т) по сравнению с аналогичным периодом 2007 г. (табл. 1).
В 2008 г. лидеры по объемам выпуска DRI не изменились. При этом лучшие темпы роста производства отмечены у Катара, России, Саудовской Аравии, Ливии, Аргентины и Индии. Отрицательную динамику выпуска DRI продемонстрировали Бразилия, Венесуэла, Тринидад и Тобаго, Иран, Канада и ЮАР.
Отметим, что Россия, так же как и Индия, обладает значительными преимуществами в производстве DRI, а именно доступом к относительно дешевым огромным запасам природного газа, качественной железной руды и электроэнергии.
По словам гендиректора «Газметалла» (управляющего ЛГОКом) Максима Басова, произнесенным летом 2007 г., себестоимость российского HBI была ниже $100 при ценах на мировом рынке выше $250 за т. Сейчас затраты ЛГОКа заметно подросли, однако мировые цены также установили рекорды. В конце июля 2008 г. средние экспортные цены Бразилии на DRI брикеты достигли $692 за т FOB, а сейчас продолжают удерживаться около $600 за т. Это означает, что выпуск DRI-HBI в России продолжает оставаться высокорентабельным. Отметим, что мировое производство продукции DRI в текущем году росло, несмотря на существенное (40% с начала года) увеличение цен на природный газ. Этот фактор, в свою очередь, вызвал двукратное удорожание DRI и HBI (рис. 5).
Россия занимает сейчас 7-е место в рейтинге крупнейших стран – производителей DRI в мире. При этом данное положение на рынке, по мнению руководства «Газметалла», совершенно не отражает все возможности, которые есть у страны. Эти факты, наряду со стремлением российской компании стать мировым лидером в производстве HBI, объясняют быстрый рост производства железа прямого восстановления в России (см. табл. 1).
Сохранится ли эта тенденция?
Перспективы
Высокий расход природного газа – до 400 куб. м на 1 т DRI – считался главным недостатком технологий Midrex и ее аналогов. В условиях неуклонного роста цен на нефть и газ в последние годы это угрожало рентабельности производства железа прямого восстановления. К примеру, с 1 октября в силу вступили новые тарифы «Газпрома» на поставки природного газа в страны ЕС по рекордной цене в $500 за тыс. куб. м. В первом полугодии эти поставки шли в среднем по цене в $386 за тыс. куб. м. Соответственно, доля затрат на газ в средней себестоимости европейского DRI с лета 2008 г. увеличилась с 22 до 33%, что вполне приемлемо. В России или в странах Персидского залива эта доля затрат ниже 20%. При всей неустойчивости мировых цен на сырье рентабельность производства железа прямого восстановления сохраняется, тем более в странах, имеющих оптимальные условия для такого производства, включая Россию.
Аналитики сходятся в позитивных оценках развития мирового рынка DRI. По их мнению, баланс спроса и предложения на этом рынке не будет достигнут, по крайней мере, в течение ближайших 3–4 лет. По прогнозам специалистов, производство DRI к 2012 г. достигнет 111 млн т (при среднегодовом росте 12%), тогда как спрос на него в 2011 г. составит 130 млн т.
Доказательством этих ожиданий служат многочисленные планы производителей DRI по созданию новых мощностей (табл. 2).
Кроме указанных компаний, новую модель бизнеса на рынке DRI планирует внедрить японская компания Kobelco. Эта компания намерена производить 80%-е железо прямого восстановления по технологии Fastmet (использующей дешевую рудную мелочь и обыкновенный уголь) в «сырьевых» странах и импортировать его в виде HBI в Японию для сокращения затрат на чугун, кокс и ЖРС, а также снизить выбросы углекислого газа в атмосферу.
Мнение ряда аналитиков, что на рынке прямого восстановления железа хорошие перспективы есть у мощнейшей металлургии Китая, мы не вполне разделяем. Условия страны весьма неблагоприятны для выпуска DRI, поэтому сейчас она импортирует до 500 тыс. т этого сырья в год.
Другое дело – российская ситуация. После ввода в 2007 г. на Лебединском ГОКе нового завода по технологии Midrex (мощностью 1,4 млн т в год, увеличив общую производительность HBI до 2,3 млн т), компания «Газметалл» («Металлоинвест») Алишера Усманова планирует запустить еще две установки на Михайловском ГОКе. В итоге к 2011 г. «Газметалл» сможет производить более 6 млн т высококачественного HBI и стать крупнейшим в мире производителем этой продукции.
Помимо «Газметалла», строить новые заводы по выпуску прямовосстановленного железа (на угольных технологиях) в России планируют:
• «Амурметалл» (Амурская область и ЕАО, Россия) на базе Гаринского ГМК с использованием Кимкано-Сутарского железорудного месторождения;
• Сибирская металлургическая компания (Иркутская область, Россия) с применением бурого угля, до конца 2008 г. на предприятии будет работать три линии DRI общей производительностью 450 тыс. т.
Кроме того, Hares Engineering, владеющая лицензией на технологию ITmk3, ведет переговоры или разрабатывает проекты по строительству таких заводов с российскими компаниями, такими как «Ариком», «Еврохим» (для Ковдорского ГОКа), ОМК, а также с украинской «Метинвест» (для СевГОКа или ИнГОКа) и казахскими металлургами. По данным Hares Engineering, внедрение технологии ITmk3 при затратах в $150–160 млн позволит заказчику окупить свои затраты за 1,5 года, используя в этом производстве низкокачественные руды и энергетический уголь без расхода газа. Однако процесс ITmk3 проверен только на экспериментальной пилотной установке, а запуск первых в мире заводов по этой технологии ожидается в США и Индии в 2009 г.
Так что в развитии тех и иных вариантов технологий производства железа прямого восстановления в России сомневаться не приходится.
Выводы
Метод прямого восстановления железа находит все большее количество приверженцев по всему миру. Этот процесс позволяет избежать «дорогой» доменный передел, тем самым снизив сырьевые и энергетические расходы на фоне роста мировых цен на кокс, металлолом и железную руду, а также сокращения поставок сырья необходимого качества.
Продолжаются технологические поиски различных вариаций метода, использующие менее качественную руду и различные типы углей. Однако экология процесса и качество металла при этом быстро откатываются вниз. Восстановление руды природным газом остается вне конкуренции. Более того, оно создает наиболее чистое сырье, далее – наиболее качественный металл, востребованный самыми высокотехнологичными отраслями машиностроения. Спрос на подобную продукцию остается высоком, поскольку массовая китайская сталь или «западный» металл из многооборотного лома такими качествами не обладают.
В ряде стран, в частности в России, имеются особо благоприятные условия для развития производства DRI. Остается только пожелать ей реализовать этот потенциал….
|
