установлена четкая зависимость между временем процесса (производительностью печи) и степенью металлизации продукта для одних и тех же температурных условий и характеристик многослойной шихты. Степень металлизации 90-95 % достигали при удельной производительности процесса не более 40-45 кг ГЖ/м²*час при трех слоях руды на поду [44].

В 1997 году усилиями 4-х металлургических компаний Бельгии, Голландии и Люксембурга (Cockerill Sambre, Profilarbed, Sidmar и Hoogovens) при поддержке фирмы Paul Wurt, которой принадлежит исклюзивное право на строительство агрегатов Comet [43], в Бельгии на заводе Sidmar-Gent была построена демонстрационная установка Comet производительностью 1,5 т ГЖ/час (средний диаметр кольцевого пода - 7,2 м; полезная ширина пода - 2,2 м; отопление радиационными горелками, работающими на коксовом газе; максимальная температура в печи - 1500 оС; время процесса - от 18 до 180 мин). На демонстрационной установке в 1998-1999 годах проводили оптимизацию технологических параметров процесса и оценивались его экономические показатели. [4,31,43]. Сообщалось о планах строительства завода по производству ГЖ по технологии Comet (Sidcomel) производительностью 700000 т/год. Однако после 2000 года информация о работе демонстрационной установки и перспективах коммерциализации процесса Comet не обнаружена.

6. Процесс primus

Процесс PRIMUS, разработанный фирмой PAUL WURT, осуществляется в вертикальной цилиндрической мультикамерной и мультиподовой печи с расположенными друг над другом в виде этажерки стационарными подами (рис.34), которые являются перегородками между камерами, служащими полом и потолком этих камер [45,46]. Перегородки-поды выполнены из огнеупорного кирпича и имеют отверстия, позволяющие шихтовым материалам пересыпаться сверху вниз с одного пода на другой. Перемещение шихтовых материалов по каждому поду производится с помощью скребков,

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа» I 0 5

закрепленных на расположенных над подами радиальных кронштейнах, вращающихся вместе с вертикальной осевой колонной. В каждой камере печи на осевой колонне закреплено несколько радиальных кронштейнов с расположенными под определенным углом ножевыми екребками. Шихтовые материалы перемещаются по подам скребками поочередно от центра печи к периферии, а затем - от периферии к центру и т.д. С нижнего пода печи скребками выфужается из печи готовый продукт.

7

12

Рис. 34. Схема мультиподовой печи PRIMUS:

I - вращающаяся колонна; 2 - кронштейн с ножевыми скребками;

3 - самаподдерживающийся стационарный под; 4 - воздух для дожигания СО;

5 - уголь; б - железная руда, прокатная окалина, замасленный шлам, пыль ДСП. доменный и конвертерный шлам: 7 - к системе газоочистки; 8 - отходящий газ.

9 - сушка. 10 - нагрев, прокачивание, удачение масеп; 11- восстановление: 12 - ГЖ.

1 0 6 «Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

В качестве исходных шихтовых материалов в процессе PRIMUS может использоваться мелкая железная руда или металлургические мелкодисперсные отходы, содержащие оксиды железа (доменные и конвертерные шламы, прокатная окалина, пыль ДСП, замасленные шламы), а в качестве восстановителя - мелкий углеродсодержащий материал, например уголь. Сырьевые материалы и уголь загружаются в печь сверху, а уголь и другие добавки могут подаваться, также, на под в любой камере печи через отверстия в ее стенке. В камеры нижней и средней частей печи подается воздух для дожигания СО, выделяющегося при восстановлении оксидов железа углеродом, а также летучих веществ угля и газообразных продуктов разложения масел. В верхних камерах идет сушка сырьевых материалов, а затем их нагрев, прокаливание и освобождение от масел. В нижних камерах нечи при температуре 1000-1050 °С идут процессы восстановления оксидов железа с образованием ГЖ. В этих камерах печи существуют зоны с высоким

восстановительным (внутри слоя смеси сырьевых материалов и угля) и окислительным (газовая фаза над слоем) потенциалами (рис.35). Необходимая энергия для процесса обеспечивается за счет тепла, выделяющегося при полном дожигании СО и летучих веществ угля. Относительно низкая температура процесса (максимум 1100 °С) при полном дожигании СО обеспечивает высокую эффективность использования энергии в процессе.

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа» I 0 7

Рис.35. Окислительные и восстановительные зоны в камерах мультиподовой

печи PRIMUS:

1 - восстановительная атмосфера в слое шихтовых материалов; 2 - реакции;

3 - граница между окислительной и восстановительными зонами; 4 - зона горения, окислительная атмосфера; 5 - воздух; 6 - радиационная теизопередачи; 7 - смесь железосодержащих материаюв (руда, шлам, оказина) с углем; 8 - возгонка летучих компонентов и унос их с отхоОящим газом (Zn, Ph Na, К. Cl).

Цинк и свинец, содержащиеся в сырьевых материалах восстанавливаются, испаряются и окисляются газом. Оксиды цинка и свинца выносятся из печи с газом и улавливаются в системе газоочистки с рукавными фильтрами. Грубая пыль улавливается в циклонах и рециклируется. В процессе обработки в печи сырьевые материалы освобождаются также от оксидов и натрия и калия, а также от хлора. Содержание цинка в уловленной пыли достигает 50-60 %, что позволяет использовать ее в качестве сырья при производстве цинка (рис.36). При переработке процессом PRIMUS пыли ДСП с повышенным содержанием цинка, предусматривается отбор газа из камер восстановительной зоны печи и отдельная их очистка от пыли. В этом случае уловленная пыль содержит более 90 % оксида цинка (рис.37) [46].

«Состояние и перспективы бездоменнои металлургии железа»

I 0 8

Рис. 36. Схеча переработки процессом PRIMUS руды, прокатной окалины, доменных шламов и пыли ДСП:

1 - концентрат ГЖ; 2 - охлаждение ГЖ, 3 - разгрузочный бункер; 4 - воздух;

5 -уголь: 6 - железная руда, доменный и конвертерный истм. прокатная окалина, пыль ДСП: 7 - отходящий газ; 8 - циклон; 9 - рециклинг мелочи шихтовых материалов:

10 - дожигание газа; 11 - подогрев воздуха горения: 12 - впрыск воды;

13 - труба, 14 - фильтр; 15 - пыль оксидов цинка и свинца.

Рис.37. Схема переработки процессом PRIMUS пыли ДСП:

1 - концентрат ГЖ; 2 - охлаждение; 3 - воздух; 4 -уголь. 5 - пыль ДСП: б - отходящий газ; 7 - очистка отходящего газа: 8 - стадия прокаливания, возгонка Ph и щеючей: 9 - дожигание газа 10 - стадия восстановления: возгонка и окисление цинка, дожигание СО. 12 - очистка отходящего газа;

11 - разгрузочная воронка. 12 - концентрат ZnO.

«Состояние и перспективы бездомепной металлургии железа» I 0 9

Отработку и испытания процесса провели на лабораторной камерной печи с одним подом (внутренний диаметр печи 0,5 м) и на пилотной установке (внутренний диаметр 2 м, 11 камер по высоте печи) производительностью 1-2 т/час на заводе в Esch- Belval в Люксембурге. За1рузку материалов производили отдельно. Каждая камера печи имела окна для загрузки материалов, отбора проб и визуального наблюдения за процессом, а также горелки и вентиляторы для подачи воздуха для дожигания СО. Получаемый продукт из нижней камеры разгружался на водоохлаждаемый грохот. При использовании в качестве сырьевых материалов мелкой руды получаемое ГЖ имело степень металлизации более 95 %. При использовании в качестве сырья металлургических отходов, включая пыль ДСП, степень металлизации продукта достигала более 90 %. Степень удаления цинка и свинца при этом составляла более 95 %.

Мультикамерная печь позволяет организовать автономный отбор отходящих газов на ранних стадиях процесса. Это имеет важное значение при утилизации пыл ей ДСП, содержащих кроме цинка, значительное количество свинца , а также соединения хлора, калия и натрия, присутствие которых в цинковом концентрате нежелательно. Свинец, хлориды и щелочные металлы легко возгоняются при обжиге пыли в окислительной атмосфере при температуре 950-1050 оС. Отвод образующихся отходящих газов с этой стадии процесса позволяет получать пыль, содержащую основное количество свинца, хлоридов, натрия и калия. Затем в печь, на соответствующий под, подается уголь и начинается восстановительный обжиг, в процессе которого возгоняется цинк. Пыль, улавливаемая с этой стадии процесса содержит основное количество цинка, концентрация которого в уловленной пыли значительно повышается благодаря предварительной возгонке свинца, хлоридов и щелочей. В таблице 30 приведены составы исходной пыли ДСП, пыли, уловленной на стадии окислительного обжига, и пыли,

I I 0 «Состояние и перспективы бездомениой металлургии железа»

1 Zn		РЬ	Fe	С	С1	К	Na
Пыль ДСП	4]	5	25	1,5	2
Пыль обжига	1-2,5	35-45	0.5-1	-	30-35	7,5-12	8-10
ZnO концентрат	75-78	1-1.5	0,5-1	-	0,1-0,5	0.2-0,5	0.1-0.5

В одном из последних сообщений разработчиков процесса говорится о том, что завершающей стадией процесса является выплавка чугуна из полученного в многоподовой печи мелкодисперсного ГЖ. Для выплавки чугуна использована рудно-термическая электропечь. Чугун, полученный на пилотной установке, содержал 3-4,5 % С , 0-0,2 % Si и более 0,1 % S [47]. Отработка и испытания процесса PRIMUS на пилотной установке продолжаются [45,47]. Имеются сведения о начале строительства в 2001 году^г цеха по переработке процессом PRIMUS пыли ДСП на мини-заводе в Люксенбурге.

6. СОСТОЯНИЕ ПРОЦЕССОВ БЕСКОКСОВОЙ М ЕТАЛЛУРГИИ ЧУГУНА

Как отмечалось ранее, многочисленные процессы для получения жидкого металла из руды и угля в различных агрегатах разрабатывались и испытывались в течение нескольких десятилетий. Интерес к таким процессам возобновился и сильно возрос в 70-90-х годах прошлого столетия. В настоящее время можно выделить два направления развития этих процессов:

• получение чугуна из подготовленного или неподготовленного железорудного сырья одностадийными или многостадийными процессами, в которых чугун получается в результате восстановления железа углеродом

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа» I I I