Автобиография | Реферат | Ссылки | Индивидуальный раздел  

Бескоксовая металлургия: российский вариант.

Владимир Роменец (Заведующий кафедрой московского государственного института стали и сплавов, профессор. )

    Несмотря на большое количество технических новинок в различных производственных переделах, технологической базой современной черной металлургии по-прежнему является металлургический цикл, основы которого были разработаны еще в прошлом столетии. Одним из главных звеньев металлургического цикла, определяющим его основные технико-экономические показатели, является коксодоменный передел и сопряженное с ним горно-обогатительное производство. Хотя в настоящее время опережающими темпами растет передельная мини-металлургия на базе электродуговой переплавки лома и совершенствуются многочисленные процессы получения металлизованного сырья на основе прямого восстановления железа (пвж), доменная печь в целом по-прежнему сохраняет роль главного агрегата по производству так называемого первородного металла.

   Технология доменного процесса и конструкция печи совершенствовались на протяжении нескольких веков и достигли в настоящее время высокой степени эффективности. Этот процесс сегодня незаменим при крупномасштабном производстве передельного чугуна для последующей выплавки стали в кислородном конвертере, который сохраняет роль основного агрегата сталеплавильного передела. Гигантские доменные печи являются своеобразным символом не только большой металлургии, но и индустриальной мощи страны. Однако также очевидны и недостатки доменного процесса: использование дорогостоящего кокса в качестве энергоносителя и восстановителя и, следовательно, необходимость соответствующего коксохимического комплекса для его производства (при дефиците коксующихся углей); высокая капиталоемкость и энергоемкость доменного передела (на его долю вместе с рудообогащением и коксохимией приходится не менее половины капитальных затрат и около 70 % энергопотребления производственного цикла); весьма высокий уровень загрязнения окружающей среды (около 80 % вредных выбросов всего металлургического цикла).

Семьдесят лет в поисках альтернативы

    В мировой металлургии на протяжении 70 лет велись активные поиски и разработки процессов и агрегатов, позволяющих производить металл внедоменным способом из железной руды с использованием менее дефицитных энергоносителей и восстановителей с приемлемыми технико-экономическими параметрами. К настоящему времени имеется значительное число технологий внедоменного и бескоксового производства металла, получивших промышленное распространение.

   Получение твердого продукта в процессе твердофазного восстановления с использованием в качестве восстановителя природного газа или - реже - энергетического угля достаточно подробно описано в технической литературе. Однако эти процессы, несмотря на то, что некоторые из них, например "мидрекс", достаточно широко используются в промышленном масштабе, к сожалению, не свободны от существенных недостатков. В частности, для твердофазной металлизации требуются определенные по качеству руды; использование дорогостоящего природного газа существенно снижает экономическую эффективность процесса; использование энергетического угля ухудшает качество продукта, получаемого в виде губки или порошка для последующей переплавки в дуговых печах.

   По нашему мнению, более перспективными являются процессы получения жидкого продукта в виде чугуна. Среди технологий, сочетающих твердофазное и жидкофазное восстановление, следует прежде всего выделить процесс "корекс", разработанный в конце 70-х годов в германии при активном участии австрийской фирмы "фест альпине".

    В установке "корекс" осуществляется комбинированный плавильно-восстановительный процесс в две стадии в двух отдельных агрегатах, представляющих по существу шахту и горн доменной печи. При этом удельный вес твердофазного восстановления железорудного сырья при помощи газа, полученного при газификации угля с помощью кислорода, составляет около 90 %, на долю собственно жидкофазного восстановления приходится не более 10 %. Технологические особенности процесса обуславливают потребность в использовании довольно сложных вспомогательных агрегатов и механизмов, поэтому конструктивные размеры установки превышают размеры доменной печи аналогичной мощности, что существенно повышает капитальные затраты. Однако отсутствие в составе производственного цикла коксохимического блока позволяет в целом сократить материальные и инвестиционные издержки. Таким образом в промышленной установке благодаря разделению в пространстве шахты и горна доменной печи впервые был реализован процесс выплавки чугуна бездоменным способом с использованием угля вместо кокса. В настоящее время компания "фест альпине" активно продвигает процесс "корекс" на мировой рынок металлургических технологий. Довольно крупные промышленные установки работают в юар, республике корея, индии.

"Ромелт": особенности и преимущества.

    В нашей стране разработка жидкофазного восстановления железа была начата в московском институте стали и сплавов также в конце 70-х годов. В отличие от процесса "корекс" с самого начала была принята ориентация на одноступенчатый восстановительный процесс в одном агрегате с использованием жидкой шлаковой ванны. Определенную роль в этом сыграли некоторые идеи, ранее реализованные профессором а.В.Ванюковым при разработке технологии окислительных процессов в производстве меди, в частности барботаж (вспенивание) шлаковой ванны при продувке ее кислородсодержащим дутьем. В процессе "ромелт" (расшифровка: российская плавка) принцип барботажа использовался для осуществления восстановительных процессов с частичным сжиганием энергетического угля в качестве источника тепла и создания восстановительной атмосферы. Для конкурентоспособного производства жидкого металла требуется расход угля в пределах 1 т на тонну жидкого метала. Необходимое дополнительное тепло получается в процессе сжигания (дожигания) газов (смесь со и н), выходящих из ванны, при подаче кислорода в надшлаковое пространство агрегата. При этом происходит возврат большей части тепла от дожигания обратно в барботируемую ванну для протекания восстановительных реакций. Сравнительно простые и эффективные конструктивные решения позволяют поддерживать стабильный температурный режим в агрегате, работающем под разрежением. Это не требует его герметизации. Кроме того, физическое тепло отходящих газов используется в котле-утилизаторе, что повышает энерго-экономическую эффективность агрегата.

    По технологическим разработкам мисиса (под руководством и при участии автора настоящей статьи) был спроектирован и введен в эксплуатацию в 1985 году на новолипецком металлургическом комбинате опытно-промышленный агрегат "ромелт" с площадью пода около 20 м2. Опытно-промышленная установка создавалась в период, когда идея одностадийного процесса жидкофазного восстановления практически не находила поддержки среди специалистов и даже считалась многими бесперспективной по причине многочисленных неудачных попыток в этом направлении за рубежом. Это не могло не сказаться на финансировании проекта и несколько осложнило последующую эксплуатацию установки. Тем не менее результаты оказались впечатляющими. Всего за период экслуатации было получено около 40 тыс.Т чугуна, который затем был переработан на сталь в конвертерах. Тем самым была убедительно доказана практическая осуществимость одностадийного процесса жидкофазного восстановления и работоспособность конструкции агрегата.

    В чем же состоят основные технико-экономические преимущества процесса "ромелт" по сравнению с другими технологиями бескоксового получения металла? Во-первых, процесс, при котором восстановление железа происходит из расплава железосодержащих материалов, открывает возможность переработки их без окускования и классификации по размерам. Это позволяет перерабатывать железорудную мелочь, железорудную пыль, шламы и другие низкосортные виды сырья, в том числе руды с относительно низким содержанием железа (в пределах 45 - 55 %), что обеспечивает существенную экономию капитальных и эксплуатационных затрат. Замена кокса углем исключает капитальные затраты и текущие издержки на его производство. При этом отсутствие необходимости предварительной подготовки железосодержащей шихты принципиально отличает процесс "ромелт" от процессов типа "корекс", значительно сокращает и удешевляет цикл получения жидкого металла. Во-вторых, установка "ромелт" является энерготехнологическим агрегатом, в котором вся энергия расходуемого угля используется полезно для восстановления железа и производства энергии в виде пара или электроэнергии. Эта энергия полностью покрывает внутренние потребности, связанные с производством кислорода и работой электродвигателей. Часть энергии (около одной трети) может быть направлена внешним потребителям без дополнительного преобразования. В доменных печах и многостадийных процессах восстановительной плавки химическая энергия отходящих газов может быть полезно использована внешними потребителями только после преобразования в энергетических установках определенной мощности, что обычно связано с дополнительными инвестиционными затратами. В-третьих, в конструкции установки используется стандартное оборудование, широко применяемое в практике металлургического производства (ленточные конвейеры, котел-утилизатор, горизонтальные фурмы, газоочистка, дымосос и др.). В Реакционной зоне взамен огнеупорной футеровки применяются медные водоохлаждаемые кессоны. К принципиальным моментам можно также отнести использование раздельных сифонных выпусков металла и шлака через отстойники, что существнено снижает трудоемкость обслуживания агрегата. Все это дает существенный выигрыш в капитальных затратах по сравнению с установками "корекс", для работы которых необходимо иметь герметичный корпус, шлюзовые затворы, шнековые питатели и другие довольно сложные механизмы и агрегаты. Кроме того, достоинством установки "ромелт" является простота запуска и остановки. У доменных же печей и установок "корекс", как известно, задувка и внеплановые остановки, как правило, связаны с очень серьезными проблемами. В-четвертых, опыт эксплуатации опытно-промышленной установки показал, что при суммировании по принятым коэффициентам опасности отдельных загрязняющих веществ общие выбросы процесса "ромелт" ниже в 7 - 11 раз. При этом экологические преимущества металлургического цикла с процессом "ромелт" дополняются сокращением добычи, обогащения и окомкования железорудного сырья, которое осуществляется за пределами металлургического завода, и отсутствием высокотоксичного коксохимического передела.

    Наконец, в-пятых, получаемый чугун, как показала опытно-промышленная эксплуатация установки, имеет содержание кремния и марганца в пределах 0,15 % вследствие температурных условий восстановления при 1400 - 1500 ос, что сокращает шлакообразование при выплавке из него стали.

    Процесс "ромелт" можно использовать для переработки железосодержащих отходов, в том числе сталеплавильных шлаков с высоким содержанием примесей цветных металлов, в частности цинка и свинца. Это практически решает сложнейшую проблему ухудшения качества стали из-за накопления нежелательных примесей, а также создает возможность улавливания соединения цветных металлов для последующего извлечения из них первичных металлов. В результате перерабатывается в чугун не только текущий выход железосодержащих шламов, но и ликвидируются их многолетние накопления, загрязняющие окружающую среду.

Перспектива, подтвержденная лицензиями.

    Процесс "ромелт" получил признание на рынке новых металлургических технологий. Однако при всех его достоинствах было бы преждевременным ставить вопрос о замене доменных печей агрегатами жидкофазного или комбинированного восстановления. Современное металлургическое производство с его огромными масштабами действующих мощностей и сложившимся многостадийным металлургическим циклом весьма инерционно. Ликвидация или исключение одного из главных переделов представляет серьезную проблему. Создание и монтаж новых установок жидкофазного восстановления требуют значительных первоначальных инвестиций. Поэтому экономическая эффективность большинства действующих доменных цехов, оборудование которых в значительной степени амортизировано, будет выше, чем у новых установок, несмотря на более низкую себестоимость металла последних. Наконец, доменный процесс, скорее всего, далеко не исчерпал возможности технического совершенствования, главным образом в направлении экономии кокса, управления плавкой, повышения экологической безопасности и т.Д. Поэтому период действия доменных печей будет определяться сроком их службы с учетом капитальных ремонтов, а также сроком службы сопряженных аглофабрик и коксовых батарей. Кроме того, вопрос внедрения агрегатов жидкофазного восставновления, очевидно, будет решаться с учетом конкретных экономических, природных, географических условий данного региона и предприятия.

    С учетом вышеизложенного реальные возможности широкого промышленного использования агрегатов жидкофазного восстановления, по нашему мнению, можно прогнозировать не ранее 2005 года. Это не исключает, однако, более раннего внедрения этого процесса в странах с быстро растущим металлургическим производством (индия, китай), располагающих соответствующими ресурсами (железная руда, уголь). Немаловажное значение имеет также возможность привлечения частного капитала для развития компактных и менее капиталоемких по сравнению с аглодоменным переделом установок жидкофазного восстановления. В настоящее время мисис совместно с ао "нлмк" организовали в индии совместную фирму "саил-ромелт" для продвижения своих разработок. Уже приобретена лицензия на строительство установки "ромелт" для национальной минеральной компании индии и ведется разработка соответствующего технического проекта. По заказу стальной корпорации вьетнама разрабатывается технико-экономическое обоснование строительства такого агрегата. В россии в настоящее время установки "ромелт" могут быть эффективно использованы для переработки металлургических отходов в целях защиты окружающей среды и сокращения безвозвратных потерь железа. Особое положение может занять применение процесса "ромелт" на мини-заводах, работающих на шихте из лома. Использование первородного жидкого чугуна из агрегата "ромелт" может снизить зависимость завода от поставок лома и колебаний цен на него и уменьшит содержание примесей цветных металлов в стали. По такому принципу работает завод фирмы "искор" в юар, использующий жидкий чугун из агрегата "корекс".

Процесс жидкофазного восстановления "ромелт" по своим технико-экономическим и качественным параметрам был высоко оценен фирмами "ниппон стил" (япония) и "и.С.Ф. Кайзер" (сша), которые приобрели лицензию на его использование. Он относится к значительным научно-инженерным достижениям современной техники и может сыграть существенную роль в будущем техническом и экологическом обновлении металлургического производства.

В целом процесс жидкофазного восстановления "ромелт" по своим технико-экономическим и качественным параметрам безусловно относится к значительным научно-инженерным достижениям современной металлургии. По мнению российских и зарубежных экспертов, эта технология может сыграть существенную роль в будущем техническом и экологическом обновлении металлургического производства.

 Автобиография | Реферат | Ссылки | Индивидуальный раздел  

© VMish