DRI вместо «зеленой стали»? 
Глобальное производство самого перспективного металлургического сырья – прямовосстановленного железа (ПВЖ или DRI) – по итогам 2023 года выросло на 7,4% по сравнению с 2022 годом, до 135,51 млн т, свидетельствуют данные World Steel Association (WSA). При этом рыночный спрос на продукцию потребителей DRI в черной металлургии фактически стагнирует. По оценке той же WSA, мировой выпуск стали в 71 стране-производителе за 2023 год составил 1882,7 млн т, что незначительно ниже уровня предыдущего года, когда он составил 1886,7 млн т (-0,1%).
Главный авторитет отрасли DRI – компания Midrex Technologies Inc. в прошлом году отмечала, что за последние шесть лет рост мирового выпуска железа прямого восстановления составил почти 55 млн т (+75%).
Однако в целом доля стали, выплавленной из DRI в электродуговых печах, достигла всего лишь 6,5% от глобального производства и заметно уступает объемам выплавки стали из металлолома. В 2023 году, по оценке SteelMint, глобальное потребление металлолома снизилось на 5,2% по сравнению с предыдущим годом, до 588 млн т, что означает долю выплавленной из него стали более 20%. При этом свыше 70% мирового выпуска стали по-прежнему проходит через классический доменный процесс с использованием железной руды и угля (кокса).
Другим «отстающим» вопросом являются используемые технологии производства и качество железа прямого восстановления. Большую часть прироста объемов 2023 года обеспечила Индия, возглавляющая, по оценке WSA, список основных производителей:
1. Индия – 49,33 млн т (+16,7% к 2022 году);
2. Иран – 33,45 млн т (+1,6%);
3. Россия – 7,78 млн т (+0,9%);
4. Египет – 7,22 млн т (+19,9%);
5. Саудовская Аравия – 6,81 млн т (+1,5%);
6. США – 5,20 млн т (-0,8%);
7. Мексика – 5,16 млн т (-11,6%);
8. Алжир – 4 млн т (+3,1%);
9. ОАЭ – 3,59 млн т (+4,2%).
Отметим, что Индия сейчас обеспечивает около 36% глобального производства DRI, но в основном оно достигается нестандартными и весьма неэкологичными технологиями. В качестве восстановителя используются уголь класса PCI или (реже) продукты подземной газификации угля, что дает порядка 82% индийского производства DRI. Более 400 установок с трубчатыми вращающимися печами, как правило, позволяют получить продукцию сравнительно низкого качества (металлизация менее 90% Fe), поэтому переплавка этого сырья в сталь идет в смеси с металлоломом.
В целом в мире сейчас используется достаточно широкий спектр конкурирующих технологий прямого восстановления железа. Чаще всего – с помощью природного газа, что обеспечивает очень высокое качество DRI. Основные варианты производства рассмотрим ниже (рис. 1).
Наиболее массовой технологией остаются некоторые вариации MIDREX®-процесса, технологическая блок-схема которого приведена на рис. 2.
Процесс производства идет в противотоке железорудных окатышей, загружаемых в шахтную печь сверху, и нагретых восстановительных газов, подаваемых снизу. В качестве восстановителей применяют конвертированный природный газ, состоящий в основном из водорода (H2 до 55%) и монооксида углерода (CO до 30%). Восстановительный газ получают в кислородном реакторе (реформере) путем неполного сжигания природного газа. Затем газ, нагретый до температуры 1100–1150 °С, через фурмы подается в печь. Восстановление, как правило, идет до металлизации в 95–99% Fe. Далее по технологии следуют различные варианты охлаждения, выгрузки DRI или его прессования в HBI.
Установки с технологией MIDREX® работают более чем в десятке стран по всему миру. Крупнейшие мощности этих производств DRI/HBI к настоящему времени созданы в Иране (на предприятиях Mobarakeh Steel, Khouzestan Steel, Golgohar Iron & Steel, Torbat и др.), Алжире (Tosyali Algérie, AQS), США (ArcelorMittal Texas HBI, Cleveland-Cliffs HBI Plant и др.), Индии (Jindal Steel & Power, Essar Steel), Ливии (Lisco) и Египте (ESISCO, EZDK).
Среди лидеров и Оскольский электрометаллургический комбинат, который с 1983 года последовательно запустил четыре модуля MIDREX® общей производительностью около 3 млн т металлизованных окатышей DRI в год. А также MIDREX®-мощности цехов ГБЖ-2 и ГБЖ-3 Лебединского ГОКа. Оба эти производства, созданные «Металлоинвестом», вывели компанию в число крупнейших в мире производителей DRI.
Вторым по глобальным мощностям остается широкий спектр производств железа во вращающихся трубчатых печах с помощью ряда угольных технологий – SL/RN, Jindal, DRC, SIIL, Tisco, Codir и др. Частично мы коснулись его выше. Причем, помимо Индии, по этой схеме работают несколько предприятий в ЮАР, Китае, Перу и Бразилии. Экологичность таких производств и качество получаемого металла существенно ниже, чем у «газовых» заводов, однако их оборудование и конечная продукция дешевле, чем у конкурентов. В том числе, по оценкам индийских экспертов, она на 25–30% дешевле подорожавшего в последние годы металлолома. В конечном итоге это обеспечивает угольным технологиям значительную долю в объемах глобального производства DRI.
Более 10% мирового производства DRI/HBI удерживает технология HYL/Energiron. Процесс был разработан мексиканской компанией Tenova (с дальнейшим участием Danieli) для прямого восстановления железной руды (мелкокусковой или окатышей) в металлическое железо с помощью восстановительного газа в реакторе с подвижным слоем. Крупнейшие мощности производств HYL к настоящему времени работают в ОАЭ (Emirates Steel, Gulf Sponge Iron), Египте (Suez Steel, Ezz Rolling Mills), США (Nucor Steel Louisiana), Венесуэле (Briqven) и Мексике (Ternium). В России линию по производству горячебрикетированного железа по технологии HYL III (цех ГБЖ-1) мощностью 0,9 млн т запустил в 1999 году Лебединский ГОК «Металлоинвеста».
Сравнительно новой является технология PERED (PErsian REDuction), разработанная иранской Mines & Metals Engineering Company (MME). Она запатентована в Германии и ряде других стран и в конечном итоге была признана Midrex Technologies Inc. С 2017 года в Иране запущено четыре установки PERED (на заводах Shadegan Steel, Miyaneh Steel, Neyriz Steel) суммарной мощностью 3,2 млн т. C 2021 года завод по этой технологии работает в китайском городе Тайюань. Использование природного газа обеспечивает PERED высокое качество продукции – степень металлизации прямовосстановленного железа превышает 95%. Особым преимуществом при этом является иранское лицензирование, которое может быть весьма полезным в условиях западных санкций.
Возвращаясь к российскому производству, отметим, что, по данным Росстата (в отличие от оценки WSA), отечественное производство DRI/HBI в 2023 году осталось практически неизменным к предыдущему году и составило около 7,7 млн т (рис. 3).
Однако этого нельзя сказать о текущем российском экспорте. Напомним, что до 2021 года большая часть ПВЖ, произведенного группой «Металлоинвест», экспортировалась преимущественно в страны ЕС и Китай. По данным ЮНКТАД, в 2019–2021 годах объемы внешних поставок достигали 3,95–4,25 млн т в год, а в 2022 году этот поток снизился по объемам до 3,37 млн т.
По итогам 2023 года российский экспорт ПВЖ обвалился еще на 19,7% (в годовом сравнении) по объемам, до 2,71 млн т. Видоизменился и список стран – основных покупателей российского DRI/HBI (рис. 4).
Из числа заметных покупателей исчезло большинство стран ЕС, но более чем сохранилась Италия. Ее импорт этого сырья за 2023 год вырос на 43,4%, до 738 тыс. т. Покупателем российского DRI/HBI неожиданно стала Индия (545 тыс. т). В 2,3 раза увеличила закупки Турция, но несколько снизил Узбекистан. И главный сюрприз преподнес «дружественный» нам Китай, сократив ввоз российского DRI/HBI сразу на 84,5%, до 108 тыс. т.
Но главное в части российского экспорта то, что еще заметнее, на 41,9% (до $790,6 млн), он сократился по суммарной стоимости. В основном – ввиду роста расходов на логистику и снижения цен экспорта до демпингового уровня (рис. 5).
Тем не менее, при не слишком благоприятной текущей конъюнктуре, в более отдаленных перспективах мирового рынка DRI никто не сомневается. К примеру, по прогнозам аналитиков World Steel Dynamics (WSD), глобальное производство прямовосстановленного железа к 2030 году вырастет на 56,2% по сравнению с базовым 2019 годом и на 40% – по сравнению с показателем 2022 года, до 175 млн т. Наибольший рост производства DRI ожидается в Евросоюзе и странах MENA (Ближний Восток и Северная Африка). В 2030 году компании ЕС будут производить около 20 млн т железа прямого восстановления в год, тогда как в 2019 году этот показатель был на уровне 400 тыс. т. Производство DRI в регионе MENA вырастет на 35,3% в 2030 году по сравнению с 2019 годом, до 69 млн т.
Рост производства железа прямого восстановления в других регионах прогнозируется более умеренный, в частности в СНГ – 10 млн т в 2030 году (+25% по сравнению с 2019 годом), в Китае – 6 млн т (в 2019 году это сырье не производилось), в Индии – 39 млн т (+2,6%), в других азиатских странах – 5 млн т (рост в 8,3 раза), в остальных странах мира – 6 млн т (+20%). Ожидается, что природный газ и в 2030 году останется основным восстановителем в производстве DRI, но чистый водород будет занимать значительную долю при производстве в Скандинавии и, возможно, в других регионах.
WSD прогнозирует, что поставки DRI-окатышей будут ограничены, но не будут в дефиците, поскольку ожидается рост производственных мощностей. Хотя WSA говорит о глобальном дефиците железа прямого восстановления до 2033 года.
За 2023 год в мире запущен очередной ряд заметных производств DRI. Ливийская металлургическая компания LISCO в октябре ввела в строй третий агрегат по выпуску горячебрикетированного железа мощностью до 100 тыс. т продукции в месяц. Турецкая компания Ozmert Algeria, базирующаяся в Алжире, сообщила о завершении строительства завода железа прямого восстановления (DRI) в Тебесе. На первом этапе у предприятия будет годовая производственная мощность на уровне 500 тыс. т. Китайская компания Baosteel Zhanjiang Iron & Steel (входит в China Baowu Group) в январе 2024 года запустила завод по производству железа прямого восстановления в провинции Гуандун. Новый завод может производить до 1 млн т DRI в год с использованием природного газа, коксового газа и водорода по технологии Energiron Zero Reformer, разработанной компаниями Danieli и Tenova.
В работе сейчас находится еще десяток проектов производств DRI, реализуемых ArcelorMittal, Salzgitter, Voestalpine, US Steel, ArcelorMittal Mining Canada и другими компаниями.
В России компания «Металлоинвест» еще в 2021 году заключила контракт с консорциумом Primetals Technologies (Великобритания) и Midrex Technologies (США) на поставку оборудования для нового комплекса горячебрикетированного железа (ГБЖ-4) на Лебединском ГОКе мощностью 2 млн т продукции в год. Стоимость проекта оценивалась в $600 млн. «Металлоинвест» планировал запустить это производство к концу 2024 года, однако ввиду антироссийских санкций строительство затянулось.
В марте 2023 года директор по инвестициям и развитию Лебединского ГОКа Сергей Нужный упомянул в интервью, что компания изучает альтернативные технологии производства ГБЖ без прежних партнеров. Компания также может использовать свои инженерные возможности для разработки собственной технологии.
В январе 2023 года Объединенная металлургическая компания (ОМК) объявила о начале строительства в Выксе крупнейшего металлургического комплекса стоимостью 150 млрд рублей, который будет работать по инновационной технологии. В составе проекта – современное производство металлизованных окатышей DRI по технологии HYL/Energiron мощностью до 2,5 млн т в год. Производство планируется ввести в строй в 2025 году. Проект реализует ООО «Эколант».
Отметим, что практически все новые проекты производств DRI в мире ориентированы на отработанные технологии с использованием природного газа, но предусматривают возможность частичного или полного перехода на водород с целью дальнейшего повышения экологичности производства стали.
При этом глобальный дефицит водорода становится очевидным. Как сообщили недавно специалисты МАГАТЭ: «Количество водорода, необходимого для создания экологически чистой стали, ошеломляет. Традиционно для производства почти всего водорода использовалось ископаемое топливо, поэтому найти необходимое количество безуглеродного водорода будет одной из самых больших проблем».
Однако «зеленые» политики проблем реальных производств не замечают. К примеру, радуются вводу компанией HyIron в августе 2023 года установки прямого восстановления «зеленого» железа в Эмсланде (Германия). Сообщается, что «инновационный процесс стал возможен благодаря разработке собственной газонепроницаемой вращающейся печи. Здесь водород полностью реагирует с кислородом железной руды и превращает его в элементарное железо (DRI). Вместо углекислого газа эта технология производит только водяной пар, который можно повторно использовать для производства водорода». Водорода компания HyIron не производит и не имеет. Но ее установка «почему-то» построена на территории электростанции RWE, использующей в качестве топлива природный газ.
А хронически нерентабельный стальной дивизион ThyssenKrupp Steel Europe уже объявил тендер на поставку «зеленого» или «синего» (из природного газа!) водорода для установок прямого восстановления железа, которые компания строит в Дуйсбурге. Это производство мощностью 2,5 млн т DRI в год ожидает годовых поставок водорода объемом более 100 тыс. т начиная с 2028 года. До этого (с 2026 года), ввиду дефицита водорода, компания будет использовать в производстве именно природный газ.
Разумеется, если без «Северных потоков» природного газа Германии вообще хватит… |
