102. Процессы и установки бескоксовой металлургии железа.

К настоящему времени имеется значительное число технологий бескоксового производства металла, получивших промышленное распространение. Все их можно классифицировать следующим образом:

                     процессы жидкофазного восстановления,

                     процессы твердофазного восстановления,

                     комбинированные процессы.

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. 

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. 

ИЛИ