Oceliarsto: ako sa bude kaliť oceľ už zajtra

BRATISLAVA – Na výrobu 1,7 tony surovej ocele sa spotrebuje priemerne 1 tona koksovateľného uhlia.

Počas posledného desaťročia sa oceliarsky priemysel zameral na dekarbonizáciu výroby v snahe vytvoriť alternatívy obnoviteľnej energie a urobiť ich nákladovo efektívnymi. Identifikovali sme tie najsľubnejšie, medzi nimi HYBRIT, FINEX a COREX.

Na celom svete prebieha aktívny prechod na ekologickejšie zdroje surovín, priemerné náklady na jednu tonu emisií CO2 stoja hutnícke firmy 50-100 USD. Odmietanie využívania uhlia v metalurgii však komplikuje nízka rentabilita existujúcich technológií. Celosvetová výroba surovej ocele sa môže realizovať dvoma spôsobmi: metódou kyslíkovej pece (BOF) a metódou elektrickej oblúkovej pece (EAF). Prvá metóda je najbežnejšia. Ako suroviny využíva železnú rudu a koksovateľné uhlie, ako aj šrot a priamo redukované železo (DRI). V súčasnosti neexistuje žiadna náhrada za koksovateľné uhlie v procese konvertora. Druhá metóda, EAF, je zároveň progresívnejšia a ekologickejšia. Tavenie ocele v elektrickej oblúkovej peci, či už na báze šrotu alebo na báze priamej redukcie železa vodíkom, v budúcnosti výrazne prispeje k zníženiu emisií uhlíka v oceliarskom priemysle. Stále však bude potrebné zaviesť uhlík do procesu EAF, buď na nauhličovanie ocele, alebo na vytvorenie penovej trosky na zlepšenie energetickej účinnosti taviaceho procesu.

Hlavným problémom metódy EAF je jej závislosť od dostupnosti oceľového šrotu, ktorého dodávky sú obmedzené. Čína je hlavným dodávateľom a neočakávame zníženie deficitu v krátkodobom až strednodobom horizonte. V dlhšom rozsahu však očakávame, že ponuka oceľového šrotu na čínskom domácom trhu výrazne vzrastie v dôsledku rýchleho rastu spotreby ocele v krajine. Odhaduje sa, že potrvá najmenej 15 rokov, kým Čína získa kovový šrot potrebný na realizáciu očakávaného prechodu z BOF na EAF. Všimnite si, že väčšina čínskych vysokých pecí je celkom moderných a efektívnych s minimálnymi emisiami, z ktorých väčšina bola postavená za posledných 15 rokov, takže prechod na EAF bude pre čínskych výrobcov ocele znamenať značnú finančnú záťaž, čo povedie k zníženiu materiálovej efektívnosti. Okrem toho z hľadiska dopytu značnú časť ocele vyrobenej v Číne tvoria ploché výrobky pre automobilový priemysel, ktoré nie je možné vyrobiť metódou EAF.

 

Napriek posunu k EAF v posledných rokoch sú BOF stále hlavným spôsobom výroby ocele vo svete, a to z veľkej časti vďaka najväčším výrobcom, Číne a Kórei. V budúcnosti sa však predpokladá, že niektoré BOF pece budú nahradené EOP, čo prispeje k zvýšeniu dostupnosti šrotu a elektriny v regióne, ako aj k sprísneniu environmentálnej legislatívy. Existuje aj množstvo alternatívnych návrhov na nahradenie koksu vo výrobe. Vyzdvihli sme tie najpokročilejšie: HYBRIT, FINEX a COREX.

HYBRIT. Tri švédske spoločnosti – oceliarska spoločnosť SSAB, ťažobná spoločnosť LKAB a energetická spoločnosť Vattenfall – sa spojili, aby začali používať vodík ako náhradu za koksovateľné uhlie pri výrobe ocele. Spoločnosti plánujú začať s vývojom pilotného závodu v roku 2023. SSAB vyrobil svoju prvú zelenú vodíkovú oceľ v júli a spoločnosť Volvo Group kúpila prvú sériu. Očakáva sa, že vodíková iniciatíva HYBRIT zníži emisie uhlíka vo Švédsku o 10 % a vo Fínsku o 7 %. Očakáva sa, že prevádzkové náklady budú o 20 – 30 % vyššie ako pri bežných vysokých peciach. Program sa začal v roku 2016 a plánuje postaviť prvý demonštračný závod do roku 2025. Priemyselné testy a transformácia závodu sú naplánované na obdobie od roku 2030 do roku 2040, pričom spoločnosť očakáva dosiahnutie plnej produkcie do roku 2045.

FINEX. Najbližším konkurentom technológie vysokých pecí, ktorý by mohol spôsobiť revolúciu v tomto odvetví, je FINEX. Ide o kombináciu dvoch technológií: Finmet proces s viacerými fluidnými lôžkami a COREX taviaci splyňovač. Proces FINEX je vyvíjaný spoločnosťami POSCO a Siemens VAI od roku 1992, za ten čas sa technológia vyvinula z laboratórneho výskumného zariadenia na priemyselné s objemom 2 milióny ton ročne, ktoré funguje v metalurgickom závode Pohang od r. januára 2014. Spoločnosť POSCO zvažuje zriadenie demonštračnej továrne s miliónom ton už v roku 2023 a jej cieľom je v roku 2027 uviesť do prevádzky ekologický systém výroby ocele využívajúci vodík ako redukčné činidlo.

COREX. V COREXe sa všetky metalurgické práce realizujú v dvoch samostatných procesných reaktoroch – redukčnej šachte a tavnom splynovači. Železná ruda (kusová ruda, pelety alebo ich zmesi) sa vkladá do redukčnej bane, kde sa redukuje na priamo redukované železo (DRI) pomocou protiprúdového plynu. Vypúšťacie skrutky prepravujú DRI do taviaceho splynovača, kde prebieha konečná redukcia a tavenie. Surové železo a troska vychádzajú ako v bežnej vysokej peci.

Všetky tieto technológie, ako napríklad vodíkové, sú v relatívne ranom štádiu vývoja av tomto štádiu nemôžu konkurovať veľkým komerčným podnikom pôsobiacim vo vysokých peciach. V tejto súvislosti vidíme potenciál ich rozvoja, ale veríme, že v najbližších 10-15 rokoch sa oceliarstvu nepodarí úplne opustiť využívanie uhlia vo výrobe.