Использование продуктов прямого восстановления железа в электросталеплавильных печах

Аннотация

Изложены результаты проведенной АНО «НТЦ «Стандарт-электро-С» сертификации оборудования для получения продуктов прямого восстановления железа (в качестве шихты для дуговых сталеплавильных печей) и краткий обзор состояния проблемы использования губчатого железа в электросталеплавильных печах.

Ключевые слова

Прямое восстановление железа, электросталеплавильные печи, сертификация, шихта.

Введение

В 2005 году Орган по сертификации продукции машиностроения АНО «НТЦ «Стандартэлектро-С» провел сертификацию серийного выпуска комплектов оборудования прямого восстановления железа, поставляемых консорциумом компаний «VOEST-ALPINE Industrieanlagenbau GmbH», Австрия и «Midrex Technologies, Inc.», США. В процессе сертификации был проведен анализ состояния этого вопроса.

Актуальность изучения процесса прямого восстановления железа определяется прежде всего все большим распространением дуговых сталеплавильных печей.

Анализ публикаций

В 2005 г. выплавка стали в электропечах в мире составила уже более 35 % общего производства стали. Сейчас в мире создаются мини-заводы на основе дуговых сталеплавильных печей. Одним из основных направлений развития сталеплавильного производства на современном этапе является внедрение комплексов «дуговая электропечь – электропечная ковшевая металлургия – МНЛЗ». Эти комплексы могут быть совмещены с установками прямого восстановления железа.

В настоящее время мировые мощности по производству железа прямого восстановления превышают 50 миллионов тонн, а мировое производство – более 40 миллионов тонн [1].

Под прямым восстановлением понимается восстановление окислов металлов без плавления. В мире накоплен опыт применения продуктов прямого восстановления железа в дуговых сталеплавильных печах, например, на фирме «ACINDAR » (Аргентина), заводе «Stelco» (Канада), Оскольском электрометаллургическом комбинате (Россия), заводе «Inmetco» (США), электрометаллургическом заводе в г. Гамбурге (Германия), электрометаллургическом мини-заводе «Hamil Steel» (ОАЭ) и многих других.

Цель и постановка задачи

Целью данной работы являлось изучение процесса прямого восстановления железа и соответствия оборудования для его получения требуемым стандартам и правилам.

Результаты исследований и рекомендации

Анализ работы дуговых сталеплавильных печей с применением в шихте продуктов прямого восстановления железа позволяет сделать следующие выводы:

• наиболее целесообразно загружать в дуговую печь продукты прямого восстановления железа в горячем состоянии и в брикетированном виде (например, известен положительный опыт загрузки в дуговую печь металлизированных окатышей с температурой 700–750 °С);

• целесообразно устанавливать оборудование для прямого восстановления железа и брикетирования продуктов его прямого восстановления в непосредственной близости к электросталеплавильным печам;

• применение в шихте для электросталеплавильных печей продуктов прямого восстановления железа более экономично, чем выплавка стали с использованием 100 % стального лома;

• повышается выход годного;

• применение продуктов прямого восстановления железа приводит к увеличению производительности дуговых сталеплавильных печей. Например, замена стального лома на металлизированные окатыши в 30-тонной дуговой печи на заводе «Stelco» в Канаде привела к сокращению продолжительности плавки в 2 раза – с 3-х до 1,5 часов;

• снижается расход электроэнергии, по некоторым данным, на 120–140 кВт.ч/т;

• снижается расход электродов на 0,5–0,6 кг/т жидкой стали; - снижается расход огнеупоров;

• сталь, выплавленная с применением в шихте 100 % продуктов прямого восстановления железа вместо 100 % стального лома, имеет меньшее содержание азота (есть пример – 20 ppm вместо 70 ppm) и водорода (есть пример – 2,5 ppm).

Продукты прямого восстановления железа находят применение также в индукционных печах.

В качестве шихты для прямого восстановления железа применяются 100 % железорудных окатышей, 100 % крупнокусковой железной руды или смесь окатышей и руды в различных пропорциях. Доля окатышей в смеси обычно составляет 60–80 % и, соответственно, 40–20 % кусковой железной руды (размер кусков от 3 до 38 мм) [2].

Ведущей в мире фирмой по разработке технологии, проектированию и изготовлению оборудования для прямого восстановления железа является американская фирма «Midrex Technologies, Inc.». 53 комплекса оборудования этой фирмы поставлены в 18 стран. В 2003 г. в мире 64,6 % губчатого железа (из 49,5 миллионов тонн) было произведено на установках фирмы «Midrex Technologies, Inc.». На Оскольском электрометаллургическом комбинате работает четыре комплекса прямого восстановления железа по технологии фирмы «Midrex Technologies, Inc.». Все четыре установки поставлены в 1980-е годы. В настоящее время фирма «Midrex Technologies, Inc.» совместно с австрийской фирмой «VOEST-ALPINE Industrieanlagenbau GmbH & Co» поставляют комплекс оборудования для прямого восстановления железа производительностью 1,4 миллиона тонн в год на Лебединский горно-обогатительный комбинат Белгородской области. Намечаются и другие поставки в Россию.

Прямое восстановление железа может производиться с помощью твердых восстановителей (уголь, кокс) или газообразных (реформированный природный газ, коксовый газ, газифицированный уголь, жидкое топливо). Исследования показали, что более целесообразно применение газа. Сегодня в мире 95 % железа прямого восстановления производится с помощью газа, который, как правило, является реформированным природным газом, содержащим 95 % (CO + H2), часть отходящего газа используется повторно [3].

В состав комплекта оборудования по прямому восстановлению железа входят восстановительная шахтная печь, печь реформинга (или реформер), система технологического газа, система рекуперации тепла, система горячего брикетирования железа прямого восстановления.

Достигнутый % железа в продуктах прямого восстановления составляет, как правило, 91,4–95 %, а при дополнительной подаче в печь смеси природного газа и кислорода – 95–97 %.

Как уже отмечено, в 2005 году нами была проведена сертификация комплектов оборудования прямого восстановления железа, поставляемых фирмами «VOEST-ALPINE Industrieanlagenbau GmbH» и «Midrex Technologies, Inc.».

Особенностью и сложностью сертификации комплекта оборудования прямого восстановления железа являлось большое количество входящего в комплект оборудования (около 400 единиц), в изготовлении которого участвуют многие фирмы Америки и Европы.

Фирма «Midrex Technologies, Inc.» имеет технический центр, в котором исследуют образцы руды заказчика. В лабораторных печах производится восстановление железа, затем брикетирование на опытном прессе и исследование брикетов в лаборатории. При сертификации был рассмотрен ряд вопросов соответствия конструкции оборудования прямого восстановления железа требованиям ГОСТ 12.2.003-91 «Оборудование производственное. Общие требования безопасности», ПБ 11- 493-02 «Общие правила безопасности для металлургических и коксохимических предприятий и производств» и ПБ 06-317-99 «Единые правила безопасности при дроблении, сортировке, обогащении полезных ископаемых и окусковании руд и концентратов».

Было подтверждено соответствие оборудования указанным стандарту и правилам. Было рассмотрено также состояние монтажной и эксплуатационной документации, поставляемой потребителю.

Был проведен анализ состояния производства наиболее ответственных узлов шахтной печи. В процессе сертификации нами была проработана техническая документация по большинству видов оборудования, был выборочно проведен ряд испытаний, изучены вопросы самовозгорания железа прямого восстановления и меры борьбы с ним до прямого восстановления, сразу после прямого восстановления, при хранении и транспортировке.

Выводы

С нашей точки зрения, при создании мини-заводов нужно предусматривать в их составе установки прямого восстановления железа, что позволит использовать в качестве плавильных агрегатов не только дуговые, но и индукционные печи, так как будет обеспечена плотная укладка шихты в печи, а также обеспечено получение требуемого химического состава стали.

Список использованной литературы

1. Robert Hunter. Handling and shipping of «DRI / HBI», VATECH, Moskau, 2005, 10 p.
2. Гарина И.М., Мещерякова Н.И. Железорудное литье для процессов прямого восстановления железа в шахтных печах // Черметинформация, 1983. – 45 с.
3. Small M. Direct reduction of iron ORE, Journal of metal, 1981, april. – P. 67 – 75.