В мае 2026 года на новой производственной линии металлургического завода Тяньцзиньского металлургического комбината в Китае низкотемпературные отходящие газы с температурой 200-300°C, выходящие из кольцевого охладителя агломерата, не были выпущены в атмосферу, как обычно, а были направлены в вертикальную сушильную установку, которая обезвоживает влажную кусковую руду до оптимального состояния для загрузки в печь — весь процесс не потребляет ни кубометра доменного газа, ни капли топлива. Ввод в эксплуатацию этой установки позволил одним махом решить две технические проблемы металлургической отрасли: утилизацию низкотемпературных отходящих газов агломерационного производства и экономичную высокоэффективную сушку кусковой руды.

Один металлургический завод, две безвыходные ситуации

Процессы перед доменной печью — агломерация, окомкование, выплавка чугуна — потребляют почти 70% энергии всего металлургического цикла и дают более 90% выбросов загрязняющих веществ. Два противоречия долгое время оставались неразрешимыми:

Низкотемпературные отходящие газы агломерации «некуда использовать». При охлаждении агломерата в кольцевом охладителе образуется большое количество низкотемпературного дыма с температурой 160-300°C. Этот температурный диапазон неудобен — для выработки электроэнергии эффективность слишком низкая, для нагрева газа затраты неоправданно высоки, поэтому подавляющее большинство металлургических предприятий вынуждены после пылеулавливания либо выбрасывать его в атмосферу, либо производить пар низкого качества. Эти отходящие газы, несущие огромное количество тепла, называют в отрасли «пропадающим сокровищем», ежегодно теряемая теплотворная способность в пересчете на условное топливо достигает миллионов тонн.

«Вред от влажности и трудность удаления мелочи» кусковой руды. Кусковая руда — самое экономичное сырье для доменной плавки — она не требует высокотемпературного окускования, как агломерат или окатыши, и стоит примерно на 100 юаней за тонну дешевле офлюсованного сырья. Однако влажность кусковой руды часто достигает 8%-12%, а мелкую фракцию из влажной руды очень трудно отсеять. При загрузке влажной руды в печь испарение влаги «крадет» большое количество тепла доменной печи, а мелочь ухудшает газопроницаемость столба шихты, что приводит к повышению удельного расхода топлива, частым подвисаниям и обрывам шихты. Из-за этого многие металлургические предприятия вынуждены ограничивать долю кусковой руды в шихте на низком уровне 10%-15%, не имея возможности полностью реализовать ее ценовое преимущество.

С одной стороны, большие объемы низкотемпературного сбросного тепла тратятся впустую, с другой — высокоэффективное сырье нельзя использовать в больших количествах из-за высокой влажности — решить вторую проблему с помощью первой и есть идеальный путь к обоюдному выигрышу: «сокращение выбросов CO2 + снижение затрат».

Первая в Китае технология «низкотемпературной вертикальной сушки»

После нескольких лет совместных научно-исследовательских работ компания Puyang Dalong Industrial Group Co., Ltd. и Школа металлургии и экологической инженерии Пекинского университета науки и технологий совместно разработали техническое решение, полностью отличное от традиционных подходов. Строительство осуществила компания Chongqing Yanlong Energy Saving and Environmental Protection Technology Co., Ltd., а промышленное внедрение было завершено на металлургическом заводе Tianjin Iron Works Co., Ltd.

Инновация первая: ни кубометра газа, только «сбросное тепло»

Традиционная сушка кусковой руды обычно использует высокотемпературный процесс во вращающейся печи со сжиганием газа при температуре 600-800°C, что не только потребляет большое количество доменного газа, но и требует установки десульфурации и денитрификации, а стоимость переработки одной тонны кусковой руды достигает около 15 юаней.

Исследовательская группа пошла другим путем, сознательно снизив температуру сушки с более чем 600°C до низкотемпературного диапазона 150-350°C. Эта корректировка кажется простой, но на самом деле она означает фундаментальное изменение основной логики — сушка является лишь средством, а целью является отсев мелочи. Наибольший вред для доменной печи от кусковой руды — не сама влага, а высокое содержание мелочи, вызванное некачественным отсевом из-за влажности. Достаточно снизить влажность кусковой руды с 8%-12% до менее 3%, чтобы добиться эффективного отсева и контролировать содержание фракции менее 5 мм в пределах 5%, что полностью удовлетворяет требованиям доменной печи. Нет необходимости стремиться к «предельной сухости» — это означает возможность использования источника тепла более низкого потенциала. Именно на основе этого принципиального прорыва команда смело использовала низкотемпературные отходящие газы кольцевого охладителя агломерата с температурой 200°C-300°C в качестве единственного источника тепла, полностью отказавшись от зависимости от ископаемого топлива и газа.

Инновация вторая: вертикальная сушка, технический прорыв в сушке кусковых материалов

Что касается формы оборудования, команда вышла за рамки общепринятых в отрасли горизонтальных вращающихся печей и разработала вертикальную сушильную печь, специально предназначенную для сушки кусковых материалов, и успешно получила национальный патент.

В вертикальной сушке используется противоточная структура теплообмена «материал подается сверху и выходит снизу, горячий воздух подается сбоку и выходит сбоку»: кусковая руда загружается сверху печи и медленно опускается под собственным весом, без каких-либо механических вращающихся частей; горячий воздух равномерно подается с нескольких точек сбоку корпуса печи, обеспечивая поперечный пронизывающий теплообмен с кусковой рудой; внутри печи установлена запатентованная конструкция, удлиняющая путь контакта горячего воздуха с материалом и значительно повышающая тепловую эффективность.

Преимущества этой конструкции очевидны:

Занимаемая площадь мала, составляет всего 1/3 от площади вращающейся печи;

Практически отсутствуют движущиеся части, корпус печи может длительное время работать без технического обслуживания;

Чрезвычайно низкий износ материала, что позволяет избежать вторичного измельчения кусковой руды в процессе сушки;

Тепловая эффективность достигает более 85%, температура отходящих газов на выходе ниже 80°C.

Инновация третья: глубокая интеграция с «нулевым вмешательством» в существующее производство

При реализации проекта на Тяньцзиньском металлургическом заводе команда разработчиков добилась бесшовной стыковки с существующей системой подготовки сырья к доменной плавке:

Точка отбора газа выбрана непосредственно в низкотемпературной секции кольцевого охладителя, место выбрано так, чтобы максимально сократить расстояние транспортировки дымовых газов и уменьшить падение температуры;

Отходящие газы после сушки проходят пылеулавливание и выбрасываются в соответствии с нормативами, не создавая дополнительной экологической нагрузки;

Готовая кусковая руда может напрямую транспортироваться в бункер доменной печи, не изменяя существующий процесс загрузки.

Такой подход «низкого вмешательства и высокой интеграции» позволил быстро ввести новую систему в эксплуатацию без остановки производства и изменения основного технологического процесса.

Тройное сокращение выбросов CO2: один проект, три крупных экологических эффекта

Согласно предварительным данным, полученным на этапе опытно-промышленной эксплуатации, экологическая эффективность этой установки чрезвычайно значительна:

Первое: нулевое потребление газа. Полностью исключено использование доменного или природного газа, ежегодно экономится несколько десятков миллионов кубометров доменного газа, что эквивалентно сокращению выбросов CO2 примерно на 5400 тонн в год.

Второе: утилизация сбросного тепла, сокращение прямых выбросов. Низкотемпературные отходящие газы агломерации, которые ранее выбрасывались в атмосферу, используются в полном объеме, тепловая энергия «выжимается досуха», степень рекуперации сбросного тепла агломерационного процесса повышается на 8-10 процентных пунктов.

Третье: снижение удельного расхода топлива в доменной печи. После сушки влажность кусковой руды снижается с 8%-12% до менее 3%, значительно уменьшается количество влаги, вносимой в печь. По оценкам, снижение влажности шихты на каждый 1% позволяет снизить удельный расход кокса примерно на 0,5 кг/т. В сочетании с улучшением газопроницаемости за счет уменьшения количества мелочи, ожидается снижение общего удельного расхода топлива на 2-5 кг/т.

Совокупность трех эффектов делает этот проект образцовым для металлургической отрасли примером «синергетического повышения эффективности за счет сокращения загрязнения и выбросов CO2».

Снижение затрат и повышение эффективности: очевидное преимущество в стоимости переработки кусковой руды

Для металлургических предприятий, какой бы передовой ни была технология, окончательное решение принимается на основе экономического расчета. По сравнению с традиционным высокотемпературным процессом сушки во вращающейся печи, низкотемпературная вертикальная сушка только на топливе позволяет сэкономить 3-6 юаней на тонну. При производительности проекта на Тяньцзиньском заводе в 2,27 миллиона тонн в год, ежегодная экономия только на расходах на топливо составляет почти десять миллионов юаней.

Что еще более важно, высококачественная кусковая руда после сушки позволяет значительно увеличить долю кусковой руды в доменной шихте. В настоящее время средняя доля кусковой руды в шихте китайских металлургических предприятий составляет всего 12%-15%, а после запуска проекта на Тяньцзиньском заводе ожидается, что доля кусковой руды превысит 20-25%. По совокупным оценкам, этот проект может ежегодно приносить Тяньцзиньскому заводу прямую экономическую выгоду в десятки миллионов юаней.

Перестройка структуры доменной шихты

Долгое время структура доменной шихты в Китае зависела от пути «высокой доли агломерата, высокой доли окатышей». Технологический прорыв исследовательской группы предлагает металлургическим предприятиям совершенно новый путь «замены окатышей высококачественной сушеной кусковой рудой»:

Сокращение использования окатышей: каждая дополнительная тонна сушеной кусковой руды позволяет использовать на тонну меньше окатышей, что сокращает выбросы загрязняющих веществ от обжига окатышей в источнике;

Улучшение газопроницаемости шихты: кусковая руда с содержанием мелочи ≤5% после отсева полностью решает проблему ухудшения газопроницаемости из-за попадания мелочи в печь;

Повышение содержания железа в шихте: кусковая руда обычно имеет содержание железа на 5-6 процентных пунктов выше, чем агломерат, использование в больших пропорциях повышает общее содержание железа в шихте, что способствует снижению выхода шлака и уменьшению расхода топлива.

Снижение содержания мелочи в кусковой руде после сушки и отсева позволяет коренным образом оптимизировать структуру доменной шихты, значительно снизить общую стоимость сырья перед доменной печью, избавиться от чрезмерной зависимости металлургических предприятий от окатышей и значительно повысить способность отрасли противостоять колебаниям цен на исходное сырье.

Технологическая независимость: подано более 10 национальных патентных заявок

За этим технологическим прорывом стоит многолетнее глубокое научно-производственное сотрудничество между компанией Puyang Dalong Industrial Group Co., Ltd. и Школой металлургии и экологической инженерии Пекинского университета науки и технологий. Для решения таких проблем, как низкая эффективность сушки в условиях низкотемпературного источника тепла, неравномерное распределение материала, локальная высокая влажность, исследовательская группа создала полную систему НИОКР: «имитационное моделирование + холодные эксперименты + промышленная проверка». По таким ключевым аспектам, как модель распределения материала, структура распределения дутья, пылезащитное уплотнение, модульная конструкция, уже подано в общей сложности более 10 национальных патентных заявок, из которых более половины составляют заявки на изобретения, а ключевые технологии полностью независимы и контролируемы.

От Тяньцзиня по всему Китаю, от утилизации отходов к созданию прибыли

Глубокое значение этой установки для сушки кусковой руды с «нулевым потреблением газа» выходит далеко за рамки отдельного металлургического предприятия:

Глубокое содействие зеленой трансформации металлургической отрасли: в настоящее время перед металлургической отраслью Китая неотвратимо стоит цель достижения пика выбросов углерода, а система подготовки сырья к доменной плавке является главным полем битвы за сокращение выбросов CO2. Эта технология предлагает малозатратный, тиражируемый путь к обоюдному выигрышу — «сокращение выбросов CO2 + снижение затрат», предоставляя надежный технический образец для продвижения во всей отрасли.

Перестройка структуры доменной шихты, повышение устойчивости к рискам: на фоне постоянных колебаний в глобальной цепочке поставок железной руды способность заменять дорогие окатыши дешевой кусковой рудой напрямую трансформируется в рыночную конкурентоспособность металлургических предприятий. Эта технология повышает стратегическую гибкость китайской металлургической отрасли в ответ на колебания мирового сырьевого рынка.

Содействие синергии в цепочке «горная добыча — металлургия»: эта технология также может быть распространена на этап предварительной обработки кусковой руды на горнодобывающих предприятиях, способствуя зеленой синергии всей производственной цепочки «добыча — обогащение — металлургия».

Для крупных металлургических предприятий Китая технический путь замены доменного газа низкотемпературным сбросным теплом для сушки кусковой руды полностью подтвержден на практике, затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание установки значительно ниже, чем у традиционных вращающихся печей, она обладает чрезвычайно выгодным сроком окупаемости и огромным потенциалом для снижения затрат и повышения эффективности, полностью решая ключевую проблему предприятий, «не решающихся использовать много кусковой руды».

Сушить кусковую руду сбросным теплом, снижать затраты и повышать эффективность с помощью технологических инноваций

От «пропадающего сокровища» до «чистого источника тепла без использования газа» — низкотемпературные отходящие газы кольцевого охладителя агломерата прошли полный замкнутый цикл от бесполезного выброса до создания экономической выгоды; от «не решались использовать много кусковой руды» до «загрузки в больших пропорциях» — кусковая руда совершила скачок от недооцененности к полному высвобождению своей ценности.

Сушить кусковую руду сбросным теплом, снижать затраты и повышать эффективность с помощью технологических инноваций — этот путь уже проложен, и будущее многообещающе.

С успешной проверкой этой технологии на китайской металлургической базе мощностью в десятки миллионов тонн сформирована интеллектуальная модель сушки «низкоуглеродная + низкозатратная» с прослеживаемым источником, контролируемым процессом и экономической целесообразностью. Эта «мощная опора страны» превращает «сбросное тепло» в настоящий двигатель зеленой трансформации черной металлургии.