Термококс выручит российскую металлургию

Как бы удивительно это ни звучало, но основа любой экономики — это не производство айфонов, а промышленность. Давайте вкратце проследим цепочку.

Начинается все с добывающей промышленности. Это корни, проросшие глубоко в землю и качающие оттуда полезные ископаемые: руды, уголь, газ с нефтью, редкоземельные металлы и пр.

За добычу топливно-энергетических ресурсов, например, того же угля, у нас в стране платят в среднем 47.559 руб./мес. За руды поменьше — 28.532 руб./мес.

Добытые руды берет в оборот металлургия. Если продолжать аналогию, то это мощный ствол дерева, питающийся от корней.

Только одна черная металлургия — это 5% ВВП, 14% нашего экспорта. Вся добытая руда и часть добытого угля обрабатывается полутора тысячами предприятий по всей стране. На них трудится 660 тыс. человек со средней зарплатой 23.258 руб./мес.

На выходе получается сталь — одна из основ современной цивилизации. Ее основной потребитель —машиностроение. А машиностроение — это далеко не только АвтоВАЗ. Это наша славная оборонка. Думаете, сколько стали нужно на каждую Армату, Су-30, на С-400? Я уж не говорю про подлодки, корабли и прочее-прочее.

Судостроение, кстати, тоже потребляет много металла. Тысяча предприятий по всей стране производит оборудование, материалы, комплектующие и собирают сами корабли.

И космос мы покоряем на стали вылитой суровыми уральскими мужиками. И те комбайны Ростсельмаша, что идут в Германию, тоже собраны из нашей стали. И железнодорожное машиностроение. И двигателестроение. И станкостроение. А есть еще строительство…

Плоды столь разветвленного дерева не видны одному человеку. Но все они созревают на ветвях, произрастающих на основном стволе — металлургии.

Отсюда вывод: проблемы промышленности произрастают из проблем металлургии. А в любом производстве проблемы две: технологии и деньги. Если нет первого, то и второго обычно катастрофически недостает.

Очевидно, что дешевая сталь — это уменьшение себестоимости продукции машиностроения, строительства. Меньше себестоимость — больше прибыль, лучшая конкурентоспособность, выше зарплаты рабочих, здоровее экономика, надежнее будущее.

Вопрос: как сделать сталь дешевле?

Железная руда

Логичнее начать с железной руды. Однако есть мнение, что предел тут уже достигнут и серьезно удешевить добычу не удастся. И даже, наоборот: руда будет непрерывно дорожать. Легкодоступные месторождения уже отработаны. Тенденция такова, что места добычи все дальше от обустроенной инфраструктуры, а руда все глубже и беднее.

Металлургия

Как нам сварить сталь?

Для этого воспользуемся старинным, дедовским рецептом «Доменная печь»

Для приготовления стали вам понадобится:

1. Обогащенная руда, в виде окатышей или агломерата (если есть богатая руда — используйте, но ее запасы остались только в Австралии или Бразилии, так что вряд ли вам удастся ее раздобыть).
2. Каменноугольный кокс. Но он на земле не валяется, его еще нужно получить.

Для этого берем добытый из шахт уголек, коксующийся, самый дорогой, измельчаем до зерен в 3 мм, при необходимости смешиваем различные сорта. Затем засыпаем получившуюся шихту в коксовую печь (если у вас нет такой под рукой, спросите на любом крупном металлургическом производстве). Температуру выставляем на 900–1050 градусов, время выпекания — 14-16 часов.

Справка: при 100 градусах из угля испарится вода, угарный газ и углекислый вылетят в трубу при 350 градусах, в ту же трубу пойдут смолистые углеводороды (кстати, страшные канцерогены и мутагены), а с ними фосфор, азот, при 500 градусах произойдет спекание — получится полукокс, добавляем до 700 градусов и выше, уголек покидает водород и образуется собственно кокс.

По истечении срока выталкиваем получившийся «коксовый пирог» в вагон — и на охлаждение.

Возвращаемся к рецепту нашей стали.

Берем получившийся кокс, обогащенную руду и засыпаем в доменную печь. Продуваем чистым кислородом, выставляем температуру на 2000 градусов и ждем.

Там будут происходить всякие хитрые процессы: монооксид углерода будет взаимодействовать с оксидами железа, отнимая кислород. Образовавшееся железо начнет стекать каплями по раскаленному коксу вниз, скапливаясь там в виде чугуна.

Кокс в этом процессе нужен, во-первых, потому что для протекания химических реакций нужна температура, а во-вторых, потому что углерод, образовавшийся после сгорания кокса, восстанавливает железо.

Чугун — штука, конечно, хорошая. Из него, например, можно сделать ванную или пушку. Однако чугун хрупкий и не очень подходит для изготовления всего того, что необходимо современной цивилизации.

В чугуне минимум 2.14% углерода. Для того, чтобы из него получить сталь, нужно уменьшить количество углерода, а также избавиться от фосфора и серы, которые нам не нужны. Для этого есть три рецепта: кислородно-конверторный, мартеновская печь и электротермический способ. У первых двух свои сложности, а последний рецепт — самый классный, рекомендую. Правда, он дороговат в плане затрат на электроэнергию: 800 кВт/ч на 1 тонну. Рассматривать подробно мы это все не будем. Главное, что на этом этапе мы избавляемся от ненужных примесей и добавляем необходимые ингредиенты и специи типа алюминия или вольфрама.

Все, сталь готова.

В чем проблема?

А проблема в коксе. Как мы видим, кокс — это уголек, который мало добыть, надо еще и довести до нужного состояния.

Оцените, как выглядит этот процесс. Вы правильно догадались. Дорого.

Аеще ведь используется кислород, который из ниоткуда не возьмется. Воздух нужно сжать до 200 атмосфер, охладить до минус 150 градусов, чтобы он стал жидким. Затем вскипятить, чтобы выделить кислород.

И еще один момент. Металлургическое производство располагается в районах добычи руды, а необходимый уголек добываться может где угодно. У нас в стране, например, основные месторождения коксующихся углей в Кузбассе и под Воркутой. А крупнейшее предприятие Северстали — Череповецкий металлургический комбинат — находится, соответственно… в Череповце.

Далековато… Поэтому…

Рецепт второй, современный. «Прямое восстановление железа»

Для этого нам понадобятся:

1. Все та же обогащенная руда.
2. Газ. Самый распространенный вариант — это природный газ, который хитрым способом превращается в восстановительный газ.

Руду загружаем в печь и подаем в нее восстановительный газ. Часть его сжигается, чтобы поднять температуру до 1000 градусов, остальное расходуется на взаимодействие с рудой.

Водород и оксид углерода активненько восстанавливают окислы железа. При этом железо не загрязняется всякими вредными фосфорами и серами.

На выходе получаем горячебрикетированное железо. Это пока еще полуфабрикат, его нужно отправить в электропечь, на выходе из которой мы получим нужную нам сталь. Ингредиенты типа вольфрама по вкусу.

В чем проблема?

А газ тоже недешевый.

Варианты?

Инженеры и ученые пытаются создать такую технологию, в которой дорогой кокс можно было бы заменить на что-нибудь другое. Природный газ — не лучший вариант, потому как он не планирует дешеветь, но не им единым сыты… И земля наша богата не только ресурсами, но и умами…

Термококс

Изящное решение. Записывайте рецепт:

1. Берем уголек, при этом не бог весть какой, дешевенький, бурый. Прямо на месте разработки засыпаем его в специальный котел с целью неполной газификации. В результате имеем:
2. Газ, который отправляем в газогенератор для выработки электроэнергии. Электроэнергия используется шахтой или разрезом, а может пойти на нужды местного бизнеса или населенных пунктов;
3. Тепло, которое можно использовать по своему усмотрению.

Термококс — высокореакционное сырье для металлургии.

Арифметика простая: самый дорогой бурый уголь стоит 1000 р. за 1 тонну. С 4 тонн получается 1 тонна термококса, которая на рынке стоит 4 тыс. р. и 6-7 Гкал тепла (горячая вода или пар). В итоге мы отбиваем затраты на топливо. Остается только максимально автоматизировать процесс, уменьшив персонал. И оп-ля! Дешевая электроэнергия или горячая вода в кране готовы.

При этом ни золы, ни отравленной воды в реки, ни дымного столба в небо.

Красотища.

Что происходит с термококсом дальше?

Далее мы используем его главное свойство: в 20 раз более высокую реакционность по сравнению с классическим коксом. А это означает, что он в 20 раз быстрее превращается в оксид углерода, чем кусок низкореакционного кокса. Именно такое свойство необходимо для современного способа восстановления руды.

При этом руду можно использовать сразу после обогащения, без дорогостоящей агломерации и изготовления окатышей.

На выходе имеем все тот же высококачественное горячебрикетированное железо, только уже дешевле. Цена на кокс 12 тыс. руб. за 1 тонну (два года назад стоил 24 тыс. руб. за тонну, и вполне вероятно, что через какое-то время снова будет так стоить), а термококс, как я уже писал выше, продается по 4 тыс. р. за тонну.

Транспортное плечо

Возить уголек по нашей огромной стране —дело дорогое. Вместе с ним мы возим воду и золу. Какой в этом смысл? Стоимость доставки угля из Сибири до тихоокеанского побережья равняется стоимости его добычи. Возить по железке нужно полуфабрикаты, готовую продукцию, такую же, как этот термококс.

Экология

Готовить лучше так, чтобы после этого в квартире еще можно было жить. Страна наша большая, но поверьте, нет никакого удовольствия жить в доме, в котором вместо пыли на полках за день собирается копоть. Ведь легкие тряпочкой не протрешь.

А термококс — это возможность превратить городские котельные и ТЭЦ в экологически безопасные предприятия и полностью ликвидировать исключительно опасную коксохимическую отрасль.

Вместо вывода

Нас часто называли колосом на глиняных ногах. Нам не раз приходилось доказывать ошибочность этого утверждения расплачиваясь за это жизнями. Доступная сталь — это железные ноги нашего колоса, в которых никому не придется сомневаться и пробовать нас на крепость. А для того, чтобы обеспечить эту дешевую сталь, сотням людей придется не один год трудится, развивая нашу металлургию. Надеюсь, никакие «мыслители» с айфонами не сумеют им помешать своими болотными митингами.

Сергей Черкасов