Деревнокутна металургія, Металургійний портал

Використання деревного вугілля як тверде паливо в металургії відомо давно. Деревне вугілля протягом століть було основною сировиною для металургійного виробництва. У середині XVIII століття англійці, відчуваючи нестачу лісових угідь, вигадали технологію використання кам'яного вугілля для виплавки металу.

Історія питання та переваги деревнокутової металургії

Спад споживання деревного вугілля у світовій металургії активізувався в 80-х роках XIX століття через його заміщення коксом, тиск органів екологічного контролю та виснаження запасів лісів. Вирішальним чинником стала цінова конкуренція – чавун, приготований з використанням коксу, на світовому ринку став набагато дешевшим.

Проте біопаливо зберегло свій пріоритет у низці регіонів та металургійних технологій. Ряд підприємств продовжує застосовувати деревне вугілля у виробництві чавуну, феросплавів, свинцю, алюмінію, міді, олова, нікелю, лантанідів, рідкісних та цінних металів. Його використовують також як покривний флюс при виплавці деяких видів бронзи та латуні, нікелевих сплавів (мельхіор та нейзильбер). Можливе застосування деревного вугілля як карбюризатор для цементації при виробництві броні. Крім того, технологічно біопродукт цілком здатний замінити кокс у доменній печі.

Оцінки обсягу світового виробництва деревного вугілля дуже різняться - від 9 до 23 млн. т на рік, тому що основна його частинавиготовляється на малих потужностях кустарним способом у країнах, що розвиваються, де зі статистикою справи йдуть погано. При цьому вважається, що до металургії надходить близько 20% цього продукту.

Відомо, що використання деревокутового палива дозволяє одержувати високоякісний чавун. Це найбільш актуально для країн-експортерів товарного чавуну – Бразилії та України, які за підсумками 2013 р. експортували більше половини світового обсягу експорту чавуну.

Виробництво та експорт чавуну до Бразилії та України в 2013 р.

Бразилія – лідер використання деревного вугілля для металургії

На сьогоднішній день у світовому вугледженні та застосуванні його продукції в металургії залишився, по суті, єдиний гравець – Бразилія. Ця країна є провідним експортером чавуну, в Бразилії є величезні запаси біоресурсу, що самовідновлюється - евкаліпта. При належному підході оборот рубки евкаліпта становить лише 7 років (порівнювати: оборот рубки хвойних дерев на Уралі 60…70 років).

Загальний випуск бразильського деревного вугілля потреб металургії оцінюється в 7,5 млн. тонн на рік. З 1 тонни сировинної деревини до домни (з урахуванням виходу побічних продуктів, сортування та транспортних втрат) сягає близько 170 кг деревного вугілля.

Цікаво, що у Бразилії є великі лісопромислові компанії, що спеціалізуються на вугледженні. Наприклад, фірми Mannesmann і Plantar Group висаджують евкаліпти, що швидко ростуть (E. Camaldulensis, Cloesiana, Urophylla і Pellita), а потім самостійно переробляють їх у деревне вугілля. Крім того, у Південній Америці існують об'єднані деревокутові металургійні холдинги, які вирощують для себе ліс, випалюють з нього деревне вугілля, а потім виплавляють на ньому чавун. Середні показникивиробництва деревного вугілля: на евкаліптовій плантації 525 тис. га при витратах $199,5 млн. на рік виробляється 175 млн. куб. м деревного вугілля собівартістю $10,25 за куб. м, що дає змогу виплавляти 67 млн. т металу щорічно.

Бразилія є єдиною країною у світі, що застосовує для виробництва товарного чавуну доменні печі, що працюють на деревному вугіллі. Згідно з бразильськими державними законами, компанії, які використовують деревне вугілля, повинні виконувати програму з відновлення лісонасаджень. На типових лісопосадках вирощують евкаліптові дерева за семирічним циклом, при якому кожна тонна одержуваної сухої деревини забезпечується зростаючою біомасою з 6,8 т деревини, коренів, листя, що є поглиначем діоксиду вуглецю і забезпечують надходження кисню в кисню. Схема лісопосадок із семирічним циклом, що застосовується для виробництва товарного чавуну забезпечує позитивний баланс генерації кисню та фіксації атмосферного вуглецю.

За даними деяких досліджень, весь процес від посадки дерев до виробництва товарного чавуну із застосуванням деревного вугілля видаляє з атмосфери 1,1 т вуглецю діоксиду на кожну тонну виплавленого чавуну. При виробництві чавуну із застосуванням коксу в атмосферу виділяється 1,8 т діоксиду вуглецю. Таким чином, використання деревного вугілля замість коксу зменшує емісію діоксиду вуглецю на 2,9 т/т чавуну.

Як відомо, деревне вугілля має істотно меншу механічну міцність у порівнянні з коксом, а також підвищеними показниками міцності при відновленні (RDI) та реакційною здатністю (RI). Тому доменні печі, що працюють на деревному вугіллі, мають меншу висоту та більший діаметр у порівнянні з доменними печами, що працюють на коксі.

ДоВідмінним особливостям доменної плавки на деревному вугіллі відносяться низькі вихід шлаку (120...150 кг/т чавуну) та його основність ((CaO+MgO)/SiO2) - 0,75...0,85. Витрата деревного вугілля, залежно від його вологості та вмісту кремнію в чавуні, становить від 650 до 1000 кг/т товарного чавуну.

У Бразилії працюють близько 70 виробників товарного чавуну, у розпорядженні яких перебуває понад 120 доменних печей. Це невеликі доменні печі з обсягом виробництва від 1,5 до 12 тис. т чавуну на місяць. Показники роботи бразильських доменних печей на деревному куті наведені у таблиці:

українські перспективи

Україна тривалий час конкурує із Бразилією на світовому ринку чавуну. Високоякісний кування металу з використанням деревного вугілля до 2006 р. виробляли на Уралі в м. Куса і зараз продовжують випускати в м. Каслі, в тому числі для художнього лиття, що вимагає високої якості поверхні та стійкості до атмосферного впливу. Метал, виплавлений на біопаливі, більш ковкий і менш тендітний. Крім того, мелене деревне вугілля (з шматковим вапном, плавиковим шпатом і коксом) застосовується для виплавки високоякісної вуглецевої або легованої сталі в електродугових печах для ефективного видалення сірки з металу.

В оборонній промисловості, яка раніше споживала величезну кількість біопродукту для виробництва фільтрів з активованого вугілля та адсорбентів, обсяги попиту також різко впали. Крім того, відхід металургії від біопалива був викликаний низкою технологічних проблем у вугледженні, пов'язаних із старінням обладнання та технологій.

Що стосується нових технологій випалювання деревного вугілля, то найбільшу популярність останнім часом набули піролізні печі з автоматичним керуванням.Щоправда, це ноу-хау розроблено ще за радянських часів, щоб самостійно наситити ринок чорного біопалива в РФ, а не імпортувати його з Китаю та інших країн ПВО.

Загалом виходить, що і у світі, і в Україні поки що спостерігаються тенденції зниження виробництва та споживання деревного вугілля, у тому числі і в металургії.

Висновок

Деревнокутна металургія як спосіб виробництва високоякісного чавуну має добрі перспективи в регіонах із відновлюваними біоресурсами.

Використання деревного вугілля як тверде паливо в металургії відомо давно. Деревне вугілля протягом століть було основною сировиною для металургійного виробництва.