Прогрессивные энерго- и ресурсосберегающие металлургические технологии. Учебное пособие для обучающихся по направлению «Металлургия»

Для устранения этих недостатков был разработан процесс HYL – III, который похож по основному принципу с процессом Midrex. Отличительной особенностью процесса являются повышенное давление (до 0,55 МПа) и температура (до 900—950° С) восстановительного газа, который подается в печь.

Самый современный вариант технологии – HYL/Energiron позволяет использовать различные варианты газообразного топлива (природный, коксовый, синтез-газ, полученный из угля или древесины) и не нуждается в реформере, так как процесс разложения газа происходит в рабочем объеме печи, за счет его частичного сжигания, для чего в печь подается и кислород. Уровень металлизации продукта составляет более 93%.

В России используется только одна установка HYL/Energiron на Лебединском ГОКе.

§6. Производство железа в реакторах кипящего слоя

Агрегат Finmet работает по принципу кипящего слоя и его преимуществом является возможность использования неокускованного сырья.

Агрегат состоит из четырех восстановительных реакторов кипящего слоя, каждый из которых последовательно проходит шихта, состоящая из железорудной мелочи (фракции менее 12 мм). По мере передачи от первого реактора к последнему степень металлизации увеличивается до 91…92%.

Для создания кипящего слоя в реактор подают горячий восстановительный газ с определенной скоростью. Температура восстановления не высока – 500 °С, чтобы исключить спекание железнорудной мелочи. Однако полученное губчатое железо при такой температуре отличается повышенной пирофорностью (самовозгораемостью на воздухе). Поэтому полученное железо необходимо нагревать до температур 820…880 °С а затем охлаждать в среде нейтральных газов.

По этой технологии пока действует только одно предприятие – Orinoco Iron в Венесуэле.

§7. Агрегаты FASTMET и ITmk3

Эти технологии предусматривает получение железа прямого восстановления в печах с вращающимся подом с участием твердого восстановителя – угля. В качестве железосодержащих материалов могут использоваться железная руда, а также железосодержащие пыли и шламы.

Схема процессов приведена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Схема процессов FASTMET, FAST MELT и ITmk3: 1 – агрегат окомкования, 2 – печь с вращающимся подом, 3 – комперссор, 4 – регенератор

Технология получения железа прямого восстановления следующая. Из мелкой железной руды после ее смешивания с углем получают гранулы, которые высушивают и загружают в печь с вращающимся подом.

Гранулы во время вращения нагреваются горелками, расположенными над слоем, где также происходит дожигание оксида углерода и летучих угля, выделяющихся при нагреве и восстановлении оксидов. Один оборот вращающейся печи осуществляется за 10 мин.

В случае процесса FASTMET продукцией является губчатое железо, FASTMELT – жидкая сталь, а в процессе ITmk3 данные комки плавятся в последней зоне этого пода, тем самым получая гранулы чугуна и шлак. Конечным этапом является разделение чугунных комков и шлака. Такая технология в России используется на Дальневосточном металлургическом комбинате (г. Петропавловск).

Вопросы для самоконтроля

1. Приведите основные пути снижения расхода кокса, назовите его заменители.

2. Что такое железо прямого восстановления? В каком виде оно выпускается?

3. Приведите способы прямого получения железа и дайте их описание.

4. Ресурсо- и энергосберегающие технологии в сталеплавильном производстве

§1. Сравнение энергоэффективности сталеплавильных процессов

В настоящее время для выплавки стали в массовом производстве используют различные типы печей. При анализе эффективности методов по энергосбережению в сталеплавильном производстве следует учитывать, что энергоемкость производства стали – это сумма затрат энергии как непосредственно в самом сталеплавильном процессе, так и суммарная энергоемкость предыдущих переделов (доменного, и подготовки сырья).

Поэтому повышение доли металлолома в шихте резко снижает расход энергоносителей на выплавку стали. Так как суммарные затраты энергии на сбор, подготовку и транспортировку 1 тонны металлолома в среднем 4 раза ниже чем на выплавку 1 тонны чугуна.

Сопоставление некоторых способов выплавки стали по расходу энергии приведено на рисунке 4.1.

Данный анализ позволяет сделать вывод о том, что наименее энергозатратным является процесс получения стали из металлолома в ДСП, в то время как схема «прямое восстановление железа (ПВ) + ДСП» наиболее энергозатратна, так как в данном процессе используется большое количество природного газа. Схема производства чугуна с использованием доменной печи (ДП) с последующей переработкой его в сталь в кислородном конвертере (КК) занимает промежуточное положение.

В целом, основными направлениями снижения энергоемкости сталеплавильного производства являются:

– выбор оптимальной структуры сталеплавильного производства (сокращение мартеновского производства и т.д.);

– максимальное использование всего ежегодно образующегося на предприятии металлолома;

– снижение доли чугуна в балансе плавки, сокращение расхода ферросплавов;

– совершенствование технологии плавки и конструкции сталеплавильных агрегатов;

– предварительный подогрев металлолома отходящими газами перед загрузкой;

– увеличение объемов внепечной обработки стали, в частности применение агрегата ковш-печь;

– как можно большая утилизация тепла отходящих газов, шлака, охлаждающей воды и металла;

– расширение объемов непрерывной разливки стали;

– выбор оптимальных с точки зрения энергозатрат схем расположения цехов по выплавке чугуна, стали и производству проката.

В качестве ресурсосберегающих мероприятий можно рассматривать технологии переплавки легированных отходов, которые позволяют плавить лом из легированных марок сталей с максимально возможным переходом легирующих элементов в готовый металл. В этом случае возможно исключение или сокращение окислительного периода плавки.

Рисунок 4.1 – Сопоставление способов выплавки стали по расходу энергии

Поскольку мартеновские печи практически полностью выведены из эксплуатации, рассмотрим пути снижения затрат только в кислородно-конвертерном и электросталеплавильном производстве.

§2. Снижение затрат энергии в кислородно-конвертерном процессе

В качестве сырья для кислородного конвертера используется жидкий чугун (70…80%) и металлолом. После загрузки исходных материалов в конвертер для выжигания «лишнего» углерода производят продувку ванны жидкого металла кислородом под высоким давлением через специальную фурму (фурмы).

Продувка разделяется на верхнюю (через погружную медную фурму), нижнюю (через донные фурмы) и комбинированную (одновременно через погружную и донные фурмы, при этом снизу может вдуваться только инертный газ). В процессе продувки кислород реагирует с углеродом и кремнием образую оксиды, при этом выделяется большое количество тепла, которое идет на поддержание температуры металла и расплавление металлолома. Однако этого количества тепла недостаточно для расплавления большего количества металлолома, чем 20…25%.

Конвертерный процесс сам по себе наименее энергоемок по сравнению с другими сталеплавильными процессами, однако использование большого количества чугуна для плавки обуславливает большую энергоемкость конвертерной стали.

Наиболее значимыми путями снижение затрат энергии в кислородно-конвертерном процессе являются:

– повышение температуры чугуна, заливаемого в конвертер, что позволяет добавить большее количество металлолома к шихте;

– увеличение доли металлолома и его предварительный подогрев отходящими газами;

– подача дополнительных энергоносителей в конвертер (измельченный уголь, природный газ);

– совершенствование технологии, в частности переход на комбинированную продувку, которая позволяет существенно уменьшить потери железа в шлаки пыль;

– проведение десульфурации, десиликонизации и дефосфорации чугуна в отдельных агрегатах или в желобе для выпуска чугуна (а не в конвертере и доменной печи);

– применение бесшлакового выпуска стали, для которого необходима установка затворов, которые перекрывают канал для выпуска стали в момент обнаружения частиц шлака в струе металла. Возможно применение также газодинамической отсечки шлака. Обнаружение шлака в этом случае производится инфракрасными или электромагнитными датчиками;

– применение более прочных огнеупоров, что обеспечивает большую стойкость кладки и соответственно увеличение производительности;