Ekonomická efektivnost zpracování oxidického kovonosného odpadu s využitím plazmového ohřevu

Transkript

1 Metal , Ostrava, Czech Republic Ekonomická efektivnost zpracování oxidického kovonosného odpadu s využitím plazmového ohřevu Kafka, V. a) Bůžek, Z. b) Brožová, S. b) Macoszek, M. c) a) doc. Kafka, Vnitřní 732, Orlová, ČR, vaclav.kafka@iol.cz b) Katedra metalurgie, FMMI, VŠB-Technická univerzita Ostrava, 17. listopadu, Ostrava-Poruba, ČR, buz22@vsb.cz c) VÍTKOVICE, a. s., Pohraniční 31, Ostrava-Vítkovice, ČR Abstract The efficiency of processing of the oxidic metal-bearing waste with usage of plasma heating On the basis of a complex examination of trial results this work provided evidence on metallurgical readiness and economical efficiency in implementation of plasma heating at processing of the metal-bearing oxidic wastes under conditions prevailing in the VÍTKOVICE, a. s. Steelworks. Ironmaking and steelmaking is always associated with origination of waste that presents for the entire metallurgical process either reversible and/or reusable material or lost waste not applicable in further production. At present the waste from iron- and steelmaking finds hardly applicability as secondary raw material. Evidence has been given that the low-temperature plasma could replace the existing routes of less-suitable pyrometallurgical treatment of such wastes that are therefore processed by hydrometallurgical route. As the metallurgical and technological features of this application are obvious then more light should be thrown into the economy. The economical insight into efficiency of the assumed processing of the metal-bearing waste is dealt in detail with by example of a concrete situation at VÍTKOVICE, a.s. Division 200. The economical efficiency of that route can be in principle determined by comparison of the calculated costs with the price of ready product. In case of liquid metal with a guaranteed chemical composition the profit would reach 900 Kč/t and the profitability (profit referred to the costs) would be 20%. In case of melting steelmaking hot metal the profit of 900 Kč/t is reached, which refers to a profitability of 17 to 20%. With the foundry hot metal and with Sorel the possible profit varies from 2100 to 4100 Kč/t and the profitability makes 35 up to 51%. 1. ÚVOD Výroba železa a oceli je vždy doprovázena vznikem odpadů, které znamenají pro celý výrobní pochod buď vratný, dále použitelný materiál, nebo odpad k další výrobě nepoužitelný, ztrátový. V současné době jsou odpady vysokopecní a ocelářské výroby jen velmi omezeně zpracovávány jako druhotné suroviny nebo jako vratné materiály příslušných

2 Metal , Ostrava, Czech Republic výrob. Velká většina pevných odpadů je ukládána většinou mimo závod a haldována. Z ekonomických i ekologických důvodů je potřebné, aby se co největší množství kovonosných odpadů vracelo zpět do výroby, neboť nákladné skládky těchto materiálů představují navíc riziko kontaminace životního prostředí. Prokázalo se, že nízkoteplotní plazma může nahradit dosavadními postupy dosud méně výhodné pyrometalurgické zpracování těchto odpadů, které se proto zpracovávají hydrometalurgicky. Na společném plazmovém pracovišti VŠB-TU Ostrava a VÍTKOVIC, a.s. se uskutečnily dosud 22 tavby se zpracováním oxyvitových kalů a okují pomocí plazmového hořáku. Dosavadní výsledky pokusných taveb jednoznačně prokázaly termodynamickou i kinetickou schůdnost této aplikace [1]. Ekonomický pohled na efektivnost zpracování kovonosného odpadu je demonstrován na příkladu konkrétní situace Divize 200, VÍTKOVIC, a.s. [2,3]. 2. TECHNICKÁ A TECHNOLOGICKÁ VÝCHODISKA Předpokládáme, že veškerý výskyt kovonosných odpadů z D 200 bude zpracován v upravené tavicí peci o hmotnosti vsázky 15 t. Výtěžnost vsazeného odpadu se předpokládá 60 %, což znamená, že se z každé vsázky získá 9 t taveniny. Zpracování kovonosného odpadu v této peci trvá cca 60 minut. Možným výstupem je pět produktů: - kov se zaručeným chemickým složením v pevném stavu - kov se zaručeným chemickým složením v tekutém stavu - tekuté nebo pevné ocelárenské surové železo - pevné slévárenské surové železo - pevné speciální slévárenské surové železo (Sorel) Různých jakostí taveniny se dosahuje vhodným výběrem kovonosného odpadu. 3. POSTUP EKONOMICKÉHO HODNOCENÍ Pro vlastní ekonomické hodnocení se nejprve sestaví předpokládaná kalkulace vlastních nákladů vyrobeného výsledného produktu. Předpokládaná výše vlastních nákladů hotového výrobku se pak porovná s jeho předpokládanou tržní cenou. Vzniklý výsledný rozdíl (zisk nebo ztráta) ukazuje ekonomickou atraktivnost zpracování odpadních oxidických kovonosných surovin Vlastní hodnocení ekonomického přínosu zpracování odpadů Celkové průměrné množství kovonosného odpadu v D 200 (podle skutečného výskytu z let ) se blíží 50 kt za rok. Odprašky z LF, SL a DH, oxyvitové a válcovenské kaly nemohou být hospodárně zpracovány klasickými technologiemi a jsou proto ukládány na haldu. Z předložených dokladů vyplývá, že příslušné částky skladného od 420 do 900 Kč/t hrají v ekonomice divize významnou úlohu. Průměrná cena kovonosného odpadu, za kterou potenciální odběratel uvedené odpady z D 200 získá, činí 162,4 Kč/t Sestavení kalkulace nákladů na zpracování kovonosného odpadu První nákladovou položkou předmětné kalkulace je vlastní kovonosný odpad, jehož využití se předpokládá ve výši cca 60 %. To znamená, že na jednu tunu výsledného výrobku musíme prosadit 1666,7 kg odpadu. Náklad na odpad bude při ceně 162,4 Kč/t pak činit 270,7 Kč/t Stanovení nákladových položek zařazených do zpracovacích nákladů Výpočet nákladů na tavicí elektrickou energii vychází z předpokladu, že na tavicí peci bude instalován plazmový hořák o výkonu 15 MW. Při době tavby 60 minut a hmotnosti hotového výrobku bude činit spotřeba 1666,7 kwh/t. Při současné běžně používané ceně el. energie (1,6 Kč/kWh) pak příslušný měrný náklad odpovídá 2666,72 Kč/t. (Ke stanovení

3 Metal , Ostrava, Czech Republic nákladů na el. energii je třeba dodat, že ve skutečném provoze lze uvažovat s jejich významným snížením. První pokusná ověření naznačují spotřebu pouze 1100 až 1300 kwh/t.) Náklady na plazmotvorný plyn (dusík) vycházejí z hodinového příkonu 36 Nm3, což při ceně 0,43 Kč/Nm činí 1,7 Kč/t. u odpadního plynu se předpokládá, že jeho výskyt bude 537 Nm3/t hotovního výrobku. Plyn bude jímán a využit v energetickém hospodářství. Dobropis, který takto vzniká, pak činí 221,2 Kč/t. Celkové energetické náklady dosahují výše 2 447,2 Kč/t. Pro zjištění nákladů na vyzdívku pece se vychází z nákladů na její vyzdění a z průměrné životnosti 300 taveb. Výsledný náklad pak činí 111,1 Kč/t. Výpočet nákladů na vyzdívku pánve vychází z obdobných úvah. Příslušný náklad pak bude 182,5 Kč/t. Celkové náklady na vyzdívky činí 293,6 Kč/t. Náklady na grafitovou tavicí elektrodu se při její zanedbatelné spotřebě uvažují 100 Kč/t. Výpočet nákladů na přímé mzdy vychází z předpokladu, že tavicí agregát obsluhuje a bezprostřední pomocné operace zajišťuje celkem 7 pracovníků s hrubou měsíční mzdou Kč. Náklady na přímé mzdy pak činí 989,4 Kč/t. Pro výpočet nákladů na odpisy se předpokládalo, že úprava tavicí pece si vyžádá cca 25 mil.kč. Na stavební práce bude nutné vynaložit 4 mil.kč, odsávání si vyžádá 6 mil.kč a vlastní instalace 2 mil.kč. Celkové kapitálové náklady tedy budou 38 mil.kč. Při odpisové době 15 let a předpokládané roční výrobnosti pece t budou odpisy 90,4 Kč/t. Celkové tzv. nespecifikované náklady byly odhadnuty na 300 Kč/t. Celková hodnota tzv. ostatních nákladů (elektrody, mzdy, odpisy a nespecifikované náklady) pak činí 499,5 Kč/t Hodnocení sestavené kalkulace nákladů na hotovní výrobek (obr. 1) Vypočtené zpracovací náklady činí 3329,6 Kč/t, vlastní náklady celkem 3600,3 Kč/t. Zpracovací náklady pak obnášejí 92 %. Náklady na vsázku pak činí pouze 8 %. Rozhodující položku zpracovacích nákladů tvoří energie 78 %, ostatní náklady pak 16 % a vyzdívky a vsázka shodně 8 %. 4. EKONOMICKÁ EFEKTIVNOST ZPRACOVÁNÍ KOVONOSNÉHO ODPADU S VYUŽITÍM PLAZMY Ekonomickou efektivnost tohoto pochodu lze v zásadě zjistit porovnáním vykalkulovaných nákladů s cenou hotovního výrobku. Jak bylo výše uvedeno, různé druhy hotovních výrobků budou zajištěny vhodným výběrem vsazovaného kovonosného odpadu. Při stanovení cen, za které se bude hotovní výrobek odběratelům prodávat, se vycházelo ze stávajících cenových relací. Z výrobního i ekonomického hlediska zajímavý hotovní výrobek představuje kov se zaručeným chemickým složením v tekuté fázi, neboť jeho použití při výrobě oceli je velice aktraktivní. Především možnost jeho přímého zpracování v LF, nebo jeho použití jako tekuté vsázky do EOP, KK či IP. Ve všech uvedených příkladech bude ekonomický efekt následkem zisku fyzikálního tepla kovu velice příznivý. Pokud bude tekutá vsázka použita pro EOP, pak k ohodnocení přínosu lze vycházet z ceny šrotu (3200 až 3600 Kč/t) a minimálně 50 % zpracovacích nákladů vynakládaných na tavení kovu v EOP (cca 1000 Kč/t). Pak prodejní cena kovu bude minimálně 4500 Kč/t Možný realizovaný zisk u jednotlivých druhů hotovních výrobků (obr. 2) U kovu se zaručeným chemickým složením v tekuté fázi činí zisk 900 Kč/t a rentabilita (zisk vztažený na náklady) bude 20 %. Při výrobě ocelárenského surového železa se dociluje zisku až 900 Kč/t, což odpovídá rentabilitě od 17 do 20 %. U slévárenského surového železa pevného a u Sorelu se možný zisk pohybuje od 2100 do 4100 a rentabilita pak činí od 35 do 51 %.

4 Metal , Ostrava, Czech Republic 4.2 Ekonomická efektivnost zpracování kovonosného odpadu za předpokladu výstavby nové zpracovací linky (obr. 3, 4) Pro úplnost uvádíme i údaje o ekonomické efektivnosti zpracování kovonosného odpadu za předpokladu výstavby nové zpracovací linky [4]. Oproti předpokladům uvedeným v této úvaze se nově počítá i s případnou výstavbou zpracovatelské linky situované prakticky na zelené louce. Rozdíl je v rozsahu výstavby sušicí a předehřívací komory, dále v rozsahu odsávání a filtrace. Celkové investiční náklady se pak pohybují od 120 do 145 mil.kč. Pro další úvahy počítáme s částkou 145 mil.kč. V kalkulaci nákladů na hotovní výrobek se změní zejména odpisy. Při investičních nákladech 145 mil.kč a roční výrobě t hotovního výrobku činí náklady na odpisy 345 Kč/t. Upravená kalkulace na vlastní náklady hotovního výrobku bude 3854,9 Kč/t. Náklady na výrobu jednotlivých druhů hotovního výrobku byly přepočítány podle stejných zásad. To znamená, že se vykalkulované náklady na hotovní výrobek zvyšovaly u pevných slévárenských želez o 300 Kč/t. Dociluje se opět velmi vysoká ekonomická efektivnost uvažovaného opatření i při eventuální výstavbě nové linky za 145 mil.kč. Při výrobě ocelárenského surového železa se dociluje zisku 545 Kč/t a rentability 12 %. U slévárenského surového železa pevného a Sorelu se možný zisk pohybuje od 1845 do 3845 Kč/t a rentabilita činí 31 až 48 %. 5. SOUHRNNÉ HODNOCENÍ DOSAŽENÉ RENTABILITY (ZISKU) Dosažený zisk se pohybuje v pásmu od 545 do 4100 Kč/t a rentabilita od 12 do 51 %. Tyto výsledky dávají jednoznačnou a kladnou odpověď o ekonomické vhodnosti zpracování kovonosných odpadů s pomocí plazmového ohřevu. Práce byla řešena v rámci projektů reg. č. 106/01/0365 a 106/01/1385 za finanční podpory Grantové agentury České republiky a rovněž za finančního přispění Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy v rámci podpory projektu výzkumu a vývoje LN00B029. LITERATURA [1] Brožová, S. Bůžek, Z. Raclavský, M. Macoszek, M.: Zpracování kovonosných opadů s využitím plazmové techniky. In: 9. mezinárodní metalurgická konference METAL 2000, Ostrava, květen 2000, s. 161, ISBN [2] Kafka, V.: Problematika ekonomického hodnocení efektivnosti plazmového zpracování kovonosného odpadu. Studie. Rukopis, Orlová, září 2000 [3] Moravecký, D.: Zpracování oxidických odpadů technická zpráva. VÍTKOVICE, a. s., září 2000 [4] Kafka, V.: Dodatek ke studii ad [2].

5 Metal , Ostrava, Czech Republic Obr.1:Struktura nákladů na zpracování kovonosného odpadu 70 podíl z vlastních nákladů (%) Vsázka - kovonosné odpady Energie Vyzdívky Ostatní náklady skupiny nákladů

6 Metal , Ostrava, Czech Republic Obr.2: Rentabilita zpracování kovonosného odpadu rentabilita (%) Šrot se zaručeným chemickým složením -pevná fáze Šrot se zaručeným chemickým složením -tekutá fáze Ocelárenské tekuté - pevné Slévárenské s urové železo - pevné Slévárenské sorel Výsledný produkt

7 Metal , Ostrava, Czech Republic Obr.3:Struktura nákladů na zpracování kovonosného odpadu při výstavbě nové linky 70 podíl z vlastních nákladů (%) Vsázka - kovonosné odpady Energie Vyzdívky Ostatní náklady skupiny nákladů

8 Metal , Ostrava, Czech Republic Obr.4: Rentabilita zpracování kovonosného odpadu při výstavbě nové linky rentabilita (%) Šrot se zaručeným chemickým složením -pevná fáze Šrot se zaručeným chemickým složením -tekutá fáze Ocelárenské tekuté - pevné Výsledný produkt Slévárenské pevné Slévárenské sorel