Анализ и оценка экономического эффекта использования углей для производства ферросплавов и аглопроизводства

Статья посвящена поиску новых способов использования более дешевого сырья, так как снижение энергетических затрат при производстве ферросплавов и аглопроизводстве становится первоочередной задачей. В связи с недостаточностью исследования особенностей применения альтернативных видов топлива в металлургии, в представленной работе рассмотрены теоретические предпосылки возможности использования каменных углей, направленные на достижение оптимального расхода сырья, электроэнергии и снижение себестоимости продукции, проведены анализ и оценка экономической эффективности их использования в производстве ферросплавов и аглопроизводстве. В работе приведены результаты исследования возможности применения бурых углей Казахстана для металлизации железорудного сырья и железосодержащих отходов. С целью решения вопросов эффективности использования средне- и высокозольных углей в ферросплавном производстве и агропроизводстве были изучены известные способы спекания агломерационной шихты, проведены оценка и анализ мирового и отечественного рынка ферросплавов и агломератов, осуществлен расчет калькуляционных расходов ферросплавного и аглопроизводства, определена экономическая эффективность использования слабококсующихся углей в производстве ферросплавов и агломератов. Обоснована экономическая эффективности перехода к использованию слабококсующихся углей в производстве ферросплавов, позволяющая обеспечить снижение себестоимости на 23 %, цены на 11 % и повышение эффективности на 10,6 %. В аглопроизводстве, соответственно, наблюдается снижение себестоимости на 7 %, снижение цены на 5,5 % и повышение эффективности на 10,8 %.

Вопросы, определяющие возможности использования слабококсующихся углей в металлургии, остаются еще не достаточно изученными. Существующие результаты исследований дают неоднозначное и, в основном, лишь качественное их толкование, а возможности традиционных научных подходов в значительной степени исчерпаны. В рыночных условиях применение различных видов кокса, полукокса и термоантрацита требует поиска новых альтернативных видов топлива. Подобным альтернативным вариантом замены были предложены каменные угли. Однако исследования их качественных физико-химических свойств, особенностей применения в металлургии изучены мало. Необходимо разработать оптимальные составы восстановительных смесей для выплавки ферросплавов, технологические регламенты с использованием каменных углей. Поэтому возникла необходимость изучить теоретические предпосылки возможности использованиякаменных углей при производстве ферросплавов, на их основе разработать технологические процессы, направленные на достижение оптимального расхода сырья, электроэнергии и снижение себестоимости продукции.

Внедрение в производство новых технологий по производству ферросплавов и агломератов с использованием слабококсующихся углей требует определения экономической эффективности и целесообразности данной технологии. Значительный дефицит коксовой мелочи и ее высокая стоимость делают актуальными работы, связанные с изысканием путей сокращения расхода и поиском более дешевых заменителей агломерационного топлива (В.П. Воробьев, В.М. Страхов, Ю.П. Канаев, В.Н. Карнаухов и другие).

Накопленный промышленный опыт производства ферросплавов подтверждает эффективность использования слабококсующихся углей в качестве углеродистого восстановителя. Однако применение слабококсующихся углей нуждается в предварительном исследовании их специфических свойств в части изучения их физико-химических свойств.

Несмотря на некоторый положительный опыт, бурые угли в исходном состоянии редко применяются в металлургии и электротермии неорганических веществ по целому ряду причин. Во-первых, зачастую металлургические предприятия располагаются на значительном удалении от буроугольных месторождений, а транспортировка бурого угля на расстояние свыше 300 км экономически и технологически нецелесообразна (высокая влажность, опасность самовозгорания и т.д.). Во-вторых, исходный бурый уголь имеет высокую влажность (27-38 %) и выход летучих веществ (45-48 %). Такие показатели влажности и выхода летучих веществ зачастую не соответствуют требованиям, предъявляемым к углеродистым восстановителям для металлургических процессов. В частности, при нагреве из исходного бурого угля начинают выделяться летучие вещества, содержащие большое количество смолистых веществ, которые затрудняют ход процесса и могут привести к выходу из строя газоочистки. В-третьих, бурый уголь имеет пониженную механическую и термическую прочность, что может привести к увеличению выхода мелких классов и, соответственно, ухудшению газопроницаемости шихты при использовании в печах шахтного типа.

Исследованиям и разработке теории тепломассообменных процессов при агломерации железорудного сырья посвящено большое количество теоретических и экспериментальных исследований. Наибольший вклад в развитие теории и технологии агломерационного процесса внесли работы А.С. Телегина, Ю.А. Фролова, А.А. Авдеенко, Б.А. Боковикова и других.

Ежегодно в мире производится около 35 млн т ферросплавов. Основным сегментом среди производимых ферросплавов является феррохром, доля в объемах производства которого в мире составляет 24 %. На втором месте по объемам — силикомарганец, доля которого составляет 21 % в мировом производстве. Третье место занимает ферросилиций, с долей 20 % в мировом производстве, а на четвертом месте ферромарганец с долей 13 %. Вместе перечисленные выше ферросплавы занимают более 78 % мирового производства. Среди стран, основных производителей ферросплавов, необходимо отметить Китай, с долей в мировых объемах 46 %, ЮАР, занимающую 14,2 %. Заметными экспортерами также являются Украина, Казахстан, Бразилия, Индия, Япония, Норвегия и Франция [1].

Из таблицы 1 видно, что лидером среди стран СНГ по производству ферросплавов является Казахстан, который представлен группой компаний ERG, являющейся одним из основных производителей железной руды и глинозема в мире.

В СНГ основными производителями ферросплавов являются Казахстан, Россия и Украина.

Таблица 1 Производство ферросплавов в СНГ, тыс. т

Ферросплав

ERG

(Казахстан)

ЧЭМП

(Россия)

ПРИВАТ (Украина)

Феррохром высокоуглеродистый

1500

100

 

Феррохром

90

210

 

Силикомарганец

150

150

690

Ферромарганец

 

36

180

Ферросилиций

24

530

80

Итого

1 764

1050

950

Из рисунка следует, что объем производства ферросплавов в стране ежегодно растет. В 2016 г. рост составил 75 тыс. т (4,2 %) по сравнению с прошлым годом, в 2017 г. на 108,69 тыс т (5,98 %), а в 2018 г. на 165,11 тыс. т (8,9 %).

Среди всех ферросплавов большой удельный вес (около 40 %) занимает высокоуглеродистый феррохром (рис. 2).

Производство ферросплавов в стране имеет положительную динамику, ежегодный рост составляет от 4 до 8 %, большой удельный вес в структуре производства ферросплавов занимает феррохром от 81 до 87 %, и с каждым годом объем производства растет. Объемы ферросиликохрома и ферросиликомарганца также растут, но их удельный вес меньше 20 % от объема производства ферросплавов. Удельный вес ферросиликомарганца составляет от 7 до 9 %, а ферросиликохрома от 4 до 5 % от объема ферросплавов (рис. 3) [2].

В соответствии с рисунком 2, за последние три года в структуре производства ферросплавов значительных изменений не было, удельный вес феррохрома увеличился на 1 %, а ферросиликохрома на 1 %, только удельный вес ферросиликомарганца сократился на 2 %.

Основными заводами, производящими ферросплавы, являются Аксуский завод ферросплавов, Актюбинский завод ферросплавов, Темиртауский электрометаллургический комбинат, Таразский металлургический завод.

Ферросплавы Казахстана пользуются спросом и на мировом рынке. Казахстан является одним из основных экспортеров ферросплавов (рис. 4).

В соответствии с рисунком 3, в 2018 г. объем экспорта ферросплавов сократился на 0,1 % и составил 17 % доли экспорта промежуточных товаров.

В структуре эспорта большую долю — 40 % занимает экспорт в Китай, объем которого в 2018 г., по сравнению с прошлым годом, сократился на 16 %, экспорт в страны ЕаЭСнаоборот, увеличился на 21 %, основными странами-экспортерами стали Россия и Беларусь.

В таблице 2 и на рисунке 5 представлены химические составы и удельные расходы шихтовых материалов для получения ферросиликоалюминия марки ФС55А20.

Таблица 2 Химический состав шихтовых материалов для выплавки ферросиликоалюминия марки ФС55А20

Материал

Ас

Vlj

W

S

Śİ〇2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

P2O5

TiO2

Углистая порода

56,67

16,00

2,50

0,20

57,82

31,37

1,77

2,00

0,21

0,02

1,10

Кварцит

-

-

0,50

-

96,8

0,62

0,35

0,29

0,15

0,011

-

 

В соответствии с таблицей 2 и рисунком 5, в структуре шихтовых материалов для выплавки ферросиликоалюминия большой удельный вес занимают углистая порода и кварцит.

Для анализа и оценки экономической эффективности использования слабококсующихся углей в ферросплавном производстве проведем анализ себестоимости ферросплавов (табл. 3). Из таблицы 3 видно, что удельный вес восстановителя в структуре себестоимости ферросплава, в зависимости от вида ферросплава, различный, самый большой удельный вес восстановителя у среднеуглеродистого ферромарганца, что составляет 47,4 %, у ферросилиция — 14,9 %.

В рамках научно-исследовательской темы «Научно-технологическое обоснование расширения сырьевой базы ферросплавной отрасли за счет вовлечения в технологический процесс слабококсующихся углей и техногенных отходов» был рассмотрен вариант использования слабококсующихся углей при производстве ФС55А20.

Таблица 3 Структура себестоимости ферросплавов

Материал

Структура себестоимости, %

Сырье

Восстановитель

Электро-энергия

Электроды

Расходы по переделу

Общие заводские расходы

Непроизводственные

расходы

Ферросилиций

3,8

14,9

49,6

2,2

22,6

4,9

2,0

Феррохром

углеродистый

33,4

10,7

33,0

2,4

15,9

3,3

1,7

Ферромарганец углеродистый

52,4

12,0

9,8

2,3

18,0

4,2

1,3

Ферромарганец среднеуглеродистый

27,3

47,4

2,7

1,3

16,5

3,4

1,4

В рамках выполнения поставленных задач исследования был проведен расчет калькуляции себестоимости и экономии производства ферросплава (табл. 4). Расход сырья, материалов, электроэнергии и цены на них приняты на основе данных Комитета статистики РК [3].

 

Таблица 4 Расчет калькуляции себестоимости и экономии производства ферросплава

Наименование статей затрат

Базовый вариант

Предлагаемый вариант

Экономия (-) /перерасход (+)

Цена, тг

ФС 65

Цена, тг

ФС55А20

Кол-во

Сумма,

тг

Кол-во

Сумма,

тг

1 Сырье и основные материалы:

             

- кварцит, т

175000

1,1

192500

175000

0,615

107625

-84875 ¯

- кокс (сухой), т (углистая порода для нового варианта)

55 000

0,47

26250

14000

3,08

43120

16870

- железная стружка, т

75 000

0,22

16500

75 000

0,123

9225

-7275

Всего задано, тг

   

235250

   

159970

-75280

2 Расходы по производству:

             

- электроэнергия технологическая, тыс. кВт·ч/т

17500

14

245000

17500

12

210000

-35000

- самообжигающиеся элек

троды, т

560000

0,027

15120

56000

0,027

1512

 

- прямые расходы на оплату труда, тг

   

33600

   

33600

 

- вспомогательные материалы

   

11760

   

11760

 

общие по производству, тг

   

305480

   

256872

 

Всего себестоимость, тг

   

540730

   

416842

-123888 ¯¯

В соответствии с таблицей 3, разработанный вариант технологии производства ФС55А20 экономически выгоден (экономия составляет на 1 т 123 888 тг) по сравнению с базовым вариантом (ФС 65).

Также при разработанном варианте было выявлено, что снижается расход электроэнергии на 2 тыс кВт, материалов на 75 280 тг/т за счет усовершенствования технологии производства ферросплава марки ФС55А20 по сравнению с базовым вариантом (ФС 65), следовательно, разработанная технология экономически целесообразна.

Значимым достоинством применения ФСА для обработки стали является его цена. Представленный на рисунке 6 график отражает динамику сравнительных цен на ФСА в ведущих стран производителей стали.

 

В соответствии с рисунком 6 производство ферросиликоалюминия с использованием слабокок- сующих углей является более дешевой по цене и соответственно выгодной для покупателей и продавцов на мировом рынке и может конкурировать с основным производителем данной продукции – , Китаем [4; 6].

Проведенные расчеты, представленные в таблице 5, позволяют определить экономическую эффективность производства ферросплава с использованием слабококсующихся углей [5; 624].

Таблица 5 Расчет экономической эффективности ферросплава ФС55А20

Показатели

Формула расчета

Результат, тг

Результат, %

Снижение себестоимости ферросплава

Сс=Ср-Сб

Сс = (1-Ср/Сб)×100 %

123888

22,91

Снижение цены ферросплава

Сц = Цр-Цб

Сц= (1-Цр/Цб)×100 %

57600

ĪĪДĪ

Экономический эффект

Ээ = Цр-Ср

Ээ = (1-Цр/Ср)×100 %

43958

106

В соответствии с таблицей 3 экономическая эффективность перехода к использованию слабо- коксующихся углей в производстве ферросплавов позволит обеспечить снижение себестоимости на 23 %, снижение цены на 11 % и повысить эффективность на 10,6 %.

Интенсификация производства черных металлов требует повышения объема производства агломерата и окатышей, необходимых для получения чугуна и стали. Несмотря на то, что агломерация железных руд является хорошо изученным процессом, увеличение выпуска продукции, повышение удельной производительности установок, вовлечение в производство руд различного генезиса и другие факторы способствуют выпуску агломерата невысокого качества [6; 213]. Вклад в снижение качества агломерата вносит и агломерационное топливо, которым традиционно является коксовая мелочь. Вследствие незначительного выхода косовой мелочи от валового кокса (5–7 %) отмечается постоянная нехватка ее для аглопроизводства. Это приводит к тому, что на фабрики поставляется кокс класса 10–25 мм, 20–40 мм и более 40 мм, который позже дробится до технологической крупности. Это определяет явную экономическую нецелесообразность крупных классов кокса и перспективность внедрения технологий использования новых видов агломерационного топлива, в частности, слабокок- сующихся углей [7; 20].

В результате исследования были определены основные элементы, формирующие себестоимость агломерата (табл. 6).

Таблица 6 Анализ структуры себестоимости единицы общего агломерата

Наименование показателя

Удельный вес, %

Себестоимость всего, в т. ч.

100

1. Сырье и основные материалы: металлосодержащее сырье, флюсы, топливо в шихту (коксовая мелочь)

87,10

2. Расходы по переделу

11,5

3. Общепроизводственные расходы

1,40

В соответствии с таблицей 5 агломерационное производство является ресурсоемким производством, так как доля, приходящаяся на статью «Сырье и основные материалы», может занимать в среднем до 80–85 % от общего значения себестоимости производства. Следовательно, основным резервом снижения себестоимости и повышения экономической эффективности производства являются изменения в структуре используемого сырья и топлива; в структуре цен сырьевых материалов [8; 152].

В рамках научно-исследовательской темы был рассмотрен вариант применения слабококсую- щихся углей в качестве агломерационного топлива и проведен расчет себестоимости и экономиипроизводства агломерата. Расход сырья, материалов, электроэнергии и цены на них приняты на основе данных Комитета статистики РК.

С целью сравнения экономической эффективности аглопроизводства, основанного на использовании коксовой мелочи и слабококсующихся углей, было проведено сопоставление цен на топливо, входящих в состав аглошихты, как основного материала для производства агломерата, а также цены 1 т углерода в этих материалах. Результаты сравнения приведены в таблице 7.

Таблица 7 Средняя цена шихтовых материалов

Материалы

Цена 1 т, тг

Среднее содержание углерода, %

Цена 1 т, тг

Коксовая мелочь

37815

80

47268,75

Углистая порода для нового варианта

14000

80

47268,75

В соответствии с таблицей 6 стоимость коксовой мелочи как агломерационного топлива более чем в 2,5 раза превышает стоимость слабококсующихся углей. При этом среднее содержание углерода в обоих вариантах совпадает. По показателю теплоты сгорания слабококсующиеся угли достаточно высоки и не уступают коксовой мелочи.

Рассмотрим влияние изменения элементов себестоимости на сумму общих затрат при производстве единицы агломерата, по каждому виду агломерата в разрезе основных статей материальных затрат (табл. 8).

Результаты аналитических расчетов, представленных в таблице 7, показывают, что материальные затраты в целом по всем видам агломерата увеличились в основном за счет роста цен на ресурсы (базовый вариант).

По предлагаемому варианту использование слабококсующихся углей в качестве топлива в шихту позволяет снизить материальные затраты на сырье и основные материалы до 6 %.

Таблица 8

Влияние факторов на сумму прямых материальных затрат на единицу продукции

Вид агломерата и материала

Изменение материальных затрат, тг/т (базовый вариант)

Изменение материальных затрат, тг/т (предлагаемый вариант)

общее

в т.ч. за счет

общее

в т.ч. за счет

норм расхода

цены

норм расхода

цены

1

2

3

4

5

6

7

Агломерат офлюсованный доломитизи

ɔованный

Металлосодержащее сырье

18760

-1130,44

19899,44

18760

-1130,44

17999,44

Флюсы

-2150,6

25,88

-2175,2

-2150,6

25,88

-2175,2

Топливо в шихту (коксовая мелочь/

798,4

-66,4

843,8

     

углистая порода)

     

166,7

-3,2

169,8

Итого

17407,8

-1171,44

18568,04

16776,1

-1110,62

17694,04

Агломерат высокоосновной

Металлосодержащее сырье

16830,88

-114,8

18920,7

16830,88

-114,8

17820,7

Флюсы

1226,4

-27,4

1264

1226,4

-17,4

1233

Топливо в шихту (коксовая мелочь/

723,16

0

723,16

     

углистая порода)

     

134,18

0 ¯¯

134,18

Итого

18780,44

-142,68 ¯¯

20907,86

18191,46

-135,06

19887,88

Агломерат шламовый

           

Металлосодержащее сырье

16820,52

933,24

18001,1

-16820,52

933,24

18001,1

Флюсы

893,68

442,68

1205,3

893,68

442,68

1005,3

Топливо в шихту (коксовая мелочь/

-863,84

-64,44

928,24

     

углистая порода)

     

-252,87

-10,9 ¯¯

263,1

1

2

3

4

5

6

7

Итого

-16790,68

1311

20134,64

-16179,71

1362,16

19269,5

Агломерат промывочный

           

Металлосодержащее сырье

16891,36

-149,68 ¯¯

17041,68

16891,36

-149,68 ¯¯

17041,68

Флюсы

-1110,68

130,24

-1209,56

-1110,68

130,24

-1189,56

Топливо в шихту (коксовая мелочь/ углистая порода)

840,8

-25,88

1004,92

     
     

233,8

-11,02 ¯¯

223,7

Таким образом, замена коксовой мелочи в агломерационной шихте для производства стали на более дешевые слабококсующиеся угли позволит снизить затраты по статье «Сырье и основные материалы» (табл. 9) и, в целом, по себестоимости производства.

Таблица 9 Затраты на сырьё и материалы (средние показатели по видам агломератов)

Элемент затрат

Затраты с использованием коксовой мелочи, тг/т

Затраты с использованием слабококсующихся углей, тг/т

Отклонение, тг/ т

Сырьё и основные материалы

19111,9

17876,8

-1235,1

Тогда себестоимость производства 1 т агломерата снизится на 1476,9 тг (табл. 10).

Таблица 10 Изменение себестоимости агломерата

Себестоимость агломерата с использованием железорудного концентрата и железной руды

Себестоимость агломерата с использованием железосодержащих материалов вторичного происхождения

Отклонение

21967,8

20490,9

-1476,9 ¯¯

Проведенные расчеты в таблице 10 позволяют определить экономическую эффективность производства 1 т агломерата с использованием слабокосующихся углей.

Таблица 11 Расчет экономической эффективности производства 1 т агломерата

Показатели

Формула расчета

Результат,

тг

Результат, %

Снижение себестоимости производства 1 т агломерата

Сса=Ср-Сб

Сс0 = (1-Ср/Сб)×100 %,

где Сса — абсолютное снижение себестоимости, тг; Ссо — относительное снижение себестоимости, тг; Ср — себестоимость предлагаемого варианта, тг;

Сб — себестоимость базового варианта, тг

1476,9

7

Снижение цены производства 1 т агломерата

Сца = Цр-Цб

Сцо= (1-Цр/Цб)×100 %, где Сца — абсолютное снижение цены, тг;

Сцо — относительное снижение цены, тг; Цр — цена предлагаемого варианта, тг;

Цб — цена базового варианта, тг

1302,9

55

Экономический эффект

Ээа = Цр-Ср

Ээо = (1-Цр/Ср)×100 %

2206,2

10,8

В соответствии с таблицей 10 экономическая эффективность перехода к использованию слабо- коксующихся углей в производстве агломератов позволит обеспечить снижение себестоимости на 7 %, снижение цены на 5,5 % и повысить эффективность на 10,8 %.

Таким образом, можно сделать вывод, что любое изменение в структуре цен сырьевых материалов или в их расходе оказывают существенное влияние на технико-экономические показатели и эффективность работы предприятий, в частности, использование слабококсующихся углей в составе шихты позволяет значительно снизить себестоимость агломерата.

Статья выполнена в рамках реализации проекта, согласно договора № 209 на программноцелевое финансирование от 19 марта 2018 года по подпрограмме 1, на тему «Оценка техникоэкономической эффективности и технологической возможности использования слабококсующихся углей Казахстана в ферросплавном производстве и в качестве бездымного топлива для бытовых нужд». Регистрационная карта № 01.01–22/161 от 13.04.2018 г. Номер госрегистрации № 0118 РК00698.

 

Список литературы

  1. Информационно-аналитический сайт [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.metaltorg.ru/
  2. Сайт ТОО «Энергосервис» [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://energoservice.kz/
  3. Комитет по статистике Министерства национальной экономики РК [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.stat.gov.kz;
  4. Ахметжанов Б. Обоснование необходимости использования высокозольных углей для производства стали / Б. Ахметжанов, К.Б. Тажибекова, А.А. Шаметова // Вопросы экономических наук. — 2019. — № 2. — С. 6–13.
  5. Akhmetzhanov B. Coalsupplychainmanadgementandeconomicefficiencyofusinghigh-ash coking coal in ferroalloy manufacturing / B. Akhmetzhanov, K. Tazhibekova, A. Shametova, A. Urazbekov // International Journal of Supply Chain Management. — 2019. — Vol. 8, No. 5. — Р. 624–632.
  6. Коротич В.И. Агломерация рудных материалов / В. И. Коротич, Ю. А. Фролов, Г. Н. Бездежский. — Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2003. — 400 с.
  7. Страхов В.М. Буроугольный полукокс. Возможности его использования как топлива в агломерации железных руд / В.М. Страхов // Кокс и химия. — 2007. — № 8. — С. 20-26.
  8. Зельберг Б.И. Шихта для электротермического производства кремния / Б.И. Зельберг. — Челябинск: Металл, 1994. — 320 с.
Год: 2019
Город: Караганда
Категория: Экономика