Впервые опубликовано в Steel Times International No.26, June 2023
Сталелитейная промышленность претерпевает радикальную трансформацию, в первую очередь вызванную острой необходимостью снижения выбросов углекислого газа путем замены угля возобновляемыми альтернативами, такими как водород, и одновременной оптимизации производства для удовлетворения растущего спроса с помощью цифровых технологий и технологий автоматизации.
Сначала о первой проблеме. Да, производство «зеленой» стали с использованием водорода и внедрение решений по улавливанию углерода — это будущее отрасли, но высокие затраты, ограниченные ресурсы и отсутствие единой политической базы означают, что до реализации этого в промышленных масштабах еще далеко.
В промежуточный период основное внимание сталелитейщиков и поставщиков технологий, таких как ABB, должно быть сосредоточено на разработке технологических решений, которые снижают потребление энергии, затраты и отходы уже сейчас, а также на формировании стратегического плана цифровизации и декарбонизации в преддверии предстоящего перехода на водород.
В этой статье мы обсуждаем, почему сотрудничество с партнером, обладающим глубоким пониманием металлургических процессов, является ключом к успеху; почему технологии должны подкрепляться трансформацией процессов и людей; а также подробнее рассмотрим конкретные решения, предлагаемые такими специализированными поставщиками технологий, как ABB, в области рекуперации энергии, сокращения выбросов, замещения, управления и оптимизации.
Перед сталелитейщиками стоит задача поддерживать производство материалов, критически важных для современной жизни, и одновременно снижать свой углеродный след.
Принятие разумных решений в области автоматизации
Как и горнодобывающая промышленность, производство стали традиционно является консервативным сектором, не склонным к риску, который опирается на системы и процессы, сложившиеся за многие десятилетия. Тем не менее, хотя вечные проблемы, такие как оптимизация производства и снижение затрат на сырье, остаются актуальными, ситуация изменилась: производители стали сталкиваются с целым рядом новых требований, касающихся экологической сертификации, затрат на энергию, проектирования заводов и печей, а также внедрения усовершенствованного управления процессами (APC) и цифровых технологий.
Сталеплавильные цеха, например, испытывают растущее давление: им необходимо сохранять те же объемы производства при сокращении операционных расходов (OPEX). Этого можно добиться путем профилирования операций для выявления «мертвого времени», когда процессы не оптимизированы, с последующим внедрением цифровых решений, которые устраняют узкие места в оборудовании и процессах, повышают пропускную способность, снижают энергопотребление и углеродный след.
Такие условия обычно характеризуются высокими температурами и цикличным характером производства, поэтому установка датчиков по всему заводу для сбора данных о производительности может оказаться непростой задачей.
ABB AbilityTM Smart Melt Shop интегрирует более прагматичные, индивидуальные решения для работы с данными поверх стандартных датчиков интернета вещей (IoT) и приложений оптимизации, тем самым способствуя переходу к полностью связанному, автономному и оптимизированному сталеплавильному цеху. Это достигается за счет объединения операций с отслеживанием ковшей и планированием работы кранов на основе данных, включая термомоделирование1. Первое в отрасли решение для «умного» завода было внедрено на заводе компании JSW Steel Dolvi Works в Индии, что позволило увеличить прибыль примерно на 2 млн долларов за счет повышения скорости разливки на 4% и дополнительного выпуска продукции на 24 000 тонн в год.
Между тем, значительная экономия может быть достигнута в отношении оборудования и сырья. Sandvik, SSAB, Ovako, Университет Евле и ABB совместно разрабатывают методы профилактического обслуживания в рамках примера созревания цифровых и аналитических решений для обеспечения надежности и эффективности предприятий.
Еще один наш клиент из сталелитейной отрасли работает с ABB и Microsoft над оптимизацией энергопотребления и повышением надежности на 5% за счет использования цифровых технологий, так что есть реальные доказательства того, что отрасль вовлекается в переход на цифровые технологии/автоматизацию и водород, а производители осознают необходимость закладывать основу уже сейчас для обеспечения жизнеспособности своих операций в будущем.
В процессах окомкования и агломерации APC действует как автопилот, обеспечивая оптимизацию производительности в реальном времени, включая рост выпуска продукции, снижение вариативности качества и энергопотребления.
На пути к экономике замкнутого цикла
Как мы уже отмечали вначале, партнерство с технологическим поставщиком, обладающим глубокой экспертной специализацией в металлургии, может помочь подготовить производителей стали к переходу на водород, одновременно гарантируя оптимизацию производства и сохранение критически важного конкурентного преимущества здесь и сейчас.
Consteerrer® был разработан в рамках совместного проекта ABB и Tenova. Это решение на основе технологии ABB ArcSave® для электромагнитного перемешивания (EMS) в системах дуговых сталеплавильных печей с непрерывной загрузкой уже приносит плоды на предприятии итальянского производителя стали Acciaieria Arvedi с рекордной плавильной установкой (емкость печи 300 метрических тонн). EMS повысила производительность на 5%, снизила потребление электроэнергии на 3,6% и значительно улучшила выход металлической шихты.
Подобные решения, а также система управления оптимизацией печи, которая улучшает контроль нагревательных печей для снижения потерь тепла и оптимизации энергопотребления, а также передовое управление процессами, взаимодействующее с установленными распределенными контроллерами систем управления (DCS) первого уровня, призваны помочь сталелитейщикам решать двойную задачу: максимизировать объемы выхода продукции и достигать ключевых показателей эффективности (KPI) в области устойчивого развития. Их сочетание с системой энергоменеджмента ABB предлагает операторам еще большую ценность, позволяя управлять спросом, предложением и волатильностью цен на энергию, а также снижать затраты на величину до 15%.
ABB стремится повышать эффективность и снижать углеродный след своей промышленной продукции на каждом этапе производственной цепи. Этот комплексный подход распространяется и на замкнутый цикл: например, переработка меди, алюминия и стали обеспечивает экономию энергии на 75–95% по сравнению с первичным производством. С этой целью ABB использует сертифицированную переработанную медь с низким углеродным следом от компании Boliden в своих электродвигателях и технологиях электромагнитного перемешивания. Конечная цель? Повысить производительность и качество продукции в электродуговых печах, сократить выбросы парниковых газов и стимулировать переход к более замкнутой экономике.
Однако этот путь долог и извилистим. Возьмем для примера такой фундаментальный элемент, как доменная печь. Многие производители, особенно расположенные за пределами Европы, до сих пор строят и устанавливают доменные печи, работающие на угле, а не более новые электродуговые печи.
Эти доменные печи, вероятно, будут использоваться примерно до 2080 года. Строгие экологические нормы в ЕС можно только приветствовать, но если европейские производители стали импортируют сталь из других стран с менее строгими правилами, одновременно подвергаясь штрафам за выбросы у себя дома, любые преимущества с точки зрения циркулярности теряются. Поэтому, чтобы концепция экономики замкнутого цикла действительно работала, правительства также должны работать над созданием равных условий игры в отношении законодательства, правил импорта и экспорта, а также обмена знаниями между странами.
Вопрос культуры
Ранее мы уже отмечали, что производство стали — это консервативная отрасль, и для того, чтобы клиенты могли в полной мере воспользоваться преимуществами цифровизации и автоматизации, технологические решения должны подкрепляться трансформацией процессов и персонала. Что мы под этим подразумеваем? Говоря о цифровой трансформации, вместо того чтобы сводить этот разговор исключительно к футуристичным технологиям, нам следует также говорить о том, что это приверженность непрерывному совершенствованию и перманентным изменениям.
Водородная революция неизбежно потребует новых навыков, которые позволят персоналу понимать и дополнять такие технологические инновации, как Интернети вещей (IoT), передовое управление технологическими процессами и искусственный интеллект (ИИ). Успешное управление изменениями поэтому имеет ключевое значение для повышения квалификации и подготовки кадров к новым моделям и процессам, не говоря уже о привлечении и удержании нового поколения цифровой грамотности, для которого устойчивое развитие является приоритетом.
Радует, что за последние несколько лет мы заметили заметный сдвиг в отрасли с точки зрения цифровизации и устойчивого развития: производители действительно осознают преимущества инноваций в области решений для управления процессами и таких продуктов, как высокоэффективные электродвигатели.
Многие компании теперь имеют выделенные и независимые цифровые команды с мандатом и бюджетом на инвестиции и разработку цифровых технологий. Вероятно, десять лет назад эти вопросы обсуждались только на уровне руководства; теперь мы видим, как они спускаются и на более низкие уровни бизнеса.
Не только такие транснациональные корпорации, как ArcelorMittal и Tata Steel, сотрудничают со стартапами и устоявшимися поставщиками вроде ABB; более мелкие игроки сталелитейной промышленности, которых, конечно же, бесчисленное множество, также становятся гораздо менее устойчивыми к изменениям. Вместо того чтобы ограничиваться лишь небольшими изменениями в области энергоэффективности, например, они начинают понимать силу новых технологий не только для улучшения производства, но и для снижения выбросов и соблюдения нормативных требований.
Низкоуглеродистая и переработанная медь компании Boliden будет использоваться для двигателей и металлургической продукции ABB.
Сотрудничество на пути к экологически чистой стали
В компании ABB мы понимаем, что наша экологическая ответственность простирается дальше разработки технологических решений, помогающих нашим клиентам. С помощью 2030 sustainability strategy мы активно содействуем переходу к низкоуглеродному обществу, а также работаем с нашими клиентами и поставщиками над внедрением принципов устойчивого развития по всей цепочке создания стоимости и в течение жизненного цикла нашей продукции и решений. Как компания мы также придаем большое значение силе обмена знаниями и сотрудничества в масштабах всей отрасли.
Лучше всего это иллюстрируют три текущих проекта в контексте производства экологически чистой стали и водородной революции. В Швеции наши решения по электрификации и автоматизации являются частью HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology) — первого в мире крупномасштабного завода по производству стали без использования ископаемого топлива.
В сфере улавливания углекислого газа компания ABB оснастила команду Имперского колледжа Лондона новейшими технологиями управления и оборудованием для диспетчерских, чтобы предоставить студентам навыки, необходимые для управления будущими промышленными процессами, включая производство стали. Во Франции компания поставляет решение для автоматизации первого в истории предприятия Lhyfe по производству экологически чистой водородной энергии.
В заключение следует отметить, что на фоне одновременного роста затрат на энергоресурсы и мирового спроса на сталь производители сталкиваются с задачей поддержания производства стали и одновременной подготовки к предстоящему переходу отрасли от использования ископаемого топлива (угля) в качестве топлива и сырья к водороду.
Технологии цифровизации, автоматизации и электрификации играют ключевую роль в достижении этих целей, предлагая беспрецедентную визуализацию, контроль и оптимизацию процессов производства стали по всей цепочке создания стоимости. Однако их не следует рассматривать как панацею. Сотрудничество, готовность к значимым инвестициям в новые инновационные модели и практики работы, а также в человеческий капитал гарантируют, что по мере выхода на пенсию нынешнего поколения их место займут новые, мыслящие прогрессивно сотрудники.
Уделяя внимание корпоративной культуре, заменяя укоренившиеся идеи инновационным мышлением и внедряя новейшие технологии сокращения выбросов, сталелитейная промышленность сможет и дальше поставлять материалы, столь жизненно важные для современной жизни, и способствовать созданию более чистого и безопасного мира для будущих поколений.
Источники
1 «Сталеплавильный цех становится умнее» — Тарун Матхур (Tarun Mathur), Steel Times International, 2021
