1. Процесс Согех

Разработанный фирмой VAI (VOEST-ALPINE Industrienlagenbau GmbH, Австрия) процесс Согех испытывался на полупромышленной установке производительностью 60000 т/год. Первый промышленный агрегат Согех (С-1000) производительностью 1000 т/сутки (300000-400000 т/год) был построен в 1989 году на металлургическом заводе в Претории

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

(ЮАР). Получаемый чугун использовали в качестве

металлошихты для двух ДСП емкостью по 120 т.

В 1992 году VAI подписала контракт с Корейской фирмой POSCO на строительство агрегата Согех С-2000

производительностью 2000 т/сутки на металлургическом заводе Pohang Works. Агрегат начал работать в ноябре 1995 года.

В 1995 году фирма VA1 подписала контракт на строительство аналогичного агрегата С-2000 на металлургическом заводе фирмы Saldanha Steel Ltd в ЮАР. Агрегат был пушен в декабре 1998 года. Отходящий газ агрегата Согех на этом заводе после отмывки от С0₂ используется в модуле Midrex. Получаемые чугун (650000 т/год) и ГЖ (800000 т/год) используются для выплавки стали в электропечах.

В авгуеге 1999 года вступил в строй первый агрегат С- 2000 на металлургическом заводе JINDAL V1JAYANAGAR STEEL (JVSL) в Индии, проект которого предусматривает строительство двух таких агрегатов. Отходящий газ агрегатов Согех используется на этом заводе в качестве топлива на заводской электростанции и на фабрике окомкования для обжига окатышей [50-53]. Получаемый чугун используется в качестве металлошихты двух кислородных конвертеров емкостью по 150 т.

Процесс Согех является двухстадийным процессом, который осуществляется в комбинированном агрегате, включающем шахтный восстановительный реактор и плавильную печь-газификатор. В этом процессе окатыши или кусковая железная руда, или их смесь частично восстанавливаются в шахтном реакторе газом, поступающим из плавильной печи- газификатора (рис.39). В шахтном восстановительном реакторе, работающем под высоким давлением, железорудные материалы, загружаемые через шлюзовое загрузочное устройство, восстанавливаются в противотоке при температуре 800-850 °С газом, состоящем только из СО и Н₂, до степени металлизации

1 I 8 «Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

90-93 %. Полученное ГЖ шнековыми устройствами

выгружается из реактора и загружается в плавильную печь- газификатор. где происходит его плавление и довосста- новление железа из жидкого

шлака углеродом угля, загружаемого непосредственно в печь- газификатор также через шлюзовое загрузочное устройство. Для сжигания угля в печь-газификатор через фурмы в слой угля вдувают кислород. Образующийся газ, проходя через слой угля и ГЖ охлаждается до температуры около 1000 °С (под куполом псчи-газификатора). При этих температурах летучие вещества и смолы из угля разлагаются до СО и Н₂. Горячий газ из печи-газификатора очищается от пыли в циклонах и через фурмы вдувается в нижшою часть восстановительного реактора. Уловленная в циклонах пыль, содержащая уголь и железо, вдувается в печь-газификатор. Необходимую температуру (800-850 °С) восстановительного газа, вдуваемого в реактор получают, подмешивая к горячему газу холодный восстановительный газ. Отходящий из восстановительного реактора газ имеет высокий энергетический потенциал и может использоваться для энергетических целей в качестве восстановительного газа или и для получения синтез-газа [26]. Одной из технологических новинок в процессе COREX является применение мелкой железной руды (в количестве до 10-12 % от всей

металлошихты), которая загружается в плавильную печь газификатор через загрузочные устройства для угля. Это приводит к сокращению расхода топлива и кислорода на процесс. Так минимальный расход кислорода (518 м³/т) и минимальный расход топлива (993 кг/т) на модуле COREX С- 2000 в Джиндале (Индия) был достигнут при использовании рудной мелочи, загружаемой в плавильную печь по тракту загрузки угля. Рекордные показатели работы этого модуля,

«Состояние и перспективы бездомечной металлургии железа» I I 9

достигнутые в течение 2000 года составляют [53]: суточная производительность - 3065 т/сутки (25 ноября); месячная производительность - 71838 т/месяц (ноябрь); максимальная доля кусковой руды и рудной мелочи в шихте - 47,1 % (ноябрь); максимальная доля рудной мелочи в шихте - 12,2 % (ноябрь). В 2000 году доля кусковой руды в шихте колебалась в пределах 12-36, а доля рудной мелочи - в пределах 7-12 %. Во втором квартале 2001 года ожидался пуск второго модуля С-2000 на заводе в Джиндале.[53].

Окатшш. 140 т/ч*с

Чугун. 92 тЛ*с

Рис.39. Технологическая схема процесса COREX:

Типичный для процесса Согех баланс сырья, топлива, энергоресурсов и получаемых продуктов представлен в таблице 32 [54]

/ 2 0 «Состояние и перспективы бездоменной метаплургии железа»

Материалы, продукты и т.д.	Расход	Выход	Единицы измерения
Уголь	980		КГ
Окатыши	1480		кг
Известняк	112		кг
Доломит	130		кг
Кислород	540		М3
Азот	80		м3
Электроэнергия	75		кВт*час
Пар	15		КГ
Другие топлива	0,5		ГДж
Вода	1,5		м3
Огнеупоры	1,5		КГ
Трудозатраты оперативного	0,14		чел.* час
персонала Затраты на обслуживание	4-6		долл. США
Гранулированный шлак		315	кг
Колошниковый газ		13.2	ГДж

Использование избыточного энергетического потенциала отходящего из шахтного реактора газа необходимо для улучшения экономических показателей процесса Согех. На рис. 40 представлена концептуальная схема модуля Согех С-3000 в комбинации с тепловой электростанцией (А), работающей на отходящем газе шахтного реактора и такого же модуля, работающего в комбинации с модулем МПЖЕХ (В). Количество вырабатываемой электроэнергии превышает потребность в ней процесса Согех (включая электроэнергию для производства кислорода). Подобная схема реализована на металлургическом заводе JVSL в Индии, где, кроме того, отходящий газ используется для обжига окатышей на фабрике окомкования, производящей окатыши для модуля Согех. Технологическая схема комбинации модулей Согех и Midrex, реализованная на металлургическом заводе SALDANHA представлена на рис. 41 [50,51 ].

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа» I 2 I

3

1 xCOREX* _лл COa

C3000 ¹¹

IxCOREX* UDREX™ 12

132th 8 125 t/h

Puc. 40. Расчетный баланс металла и энергии в схемах комбинации модуля CORES. С-3000 с тепловой электростанцией (А) и модулем MIDREX (В):

I - уголь 1050 МВт/т; 2 - избыточный отходящий газ 500 МВт/т;

3 - электростанция с комбинированным циклом; 4 - электроэнергия на продажу 200 Мет ши 1600000 МВт*час'год; 5 - электроэнергия 10 МВт; 6 - кислородный блок 30 МВт; 7 - кислород 70000 м³/час; 8 - чугун 1100000 т/год, 132 т/час.;

9 - отходящий газ 218С00и¹/ч., 10 - модуль COREX С-3000; 11 - очистка газа от СО. и нагрев; 12 - модуль MIDREX, работающий на отходящем газе модуля COREX;

13 - газ на продажу 30000 м³/ч.; 14 - ГЖ125 m/час ши 1000000 т/год,

А - производство электроэнергии на отходящей газе процесса COREX;

В - Комбинация производств чугуна и ГЖ.

1 2 2 «Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

MIDREX

Рис. 41. Комбинация процессов COREX и MIDREX на заводе SLDANHA STEEL в

Южной Африке:

В нижней части плавильной печи-газификатора Согех образуется коксовая насадка, наличие которой обуславливает получение в этом процессе чугуна, практически не отличающегося от доменного чугуна по содержанию углерода, кремния и серы, а также и по температуре. Для обеспечения нормальной работы агрегата в период его пуска вместо угля используют кокс. Кокс загружают также перед остановкой агрегата [51-52]. Работа агрегата Согех без кокса требует точного регулирования теплового состояния печи-газификатора, так как образующийся из угля полукокс имеет меньшую прочность, меньшие размеры кусков и менее однороден по размеру по сравнению с коксом. Все это требует обеспечения более высокой степени металлизации ГЖ, получающегося в шахтном восстановительном реакторе агрегата Согех, более равномерного распределения газового потока, оптимизации высоты слоя коксовой насадки в печи-газификаторе и расхода вдуваемого кислорода. В связи с этим к физико-химическим свойствам углей, в частности к реакционной способности, горячей прочности и к гранулометрическому составу углей, используемых в процессе COREX предъявляются требования качественно аналогичные требованиям к физико-химическим свойствам доменного кокса.

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа» 1 2 3

Качество чугуна	Доменная печь	Согех
Температура, °С	1497-1517	1485-1525
[С],%	4.8	4.7
[Si], %	0,16-0,71	0,39-1,31
[S],%	0,005-0,031	0,006-0,032
Приход серы в печь, кг/т	2,75	4,7-6.0
Расход флюсующих добавок, кг/т	1,6	271
Теоретическая температура горения	2200	3300
топлива на фурмах, °С
Содержание золы в коксе/угле	11.0-11,4	13.6-20,4

Основные проблемы, которые пришлось решать технологам завода фирмы POSCO при отработке технологии и выходе на проектную производительность агрегата Согех С-2000, связаны с как с работой шахтного восстановительного реактора, так и с работой печи-газификатора. В шахтном реакторе имели место:

• потеря уровня засыпи;

• спекание металлизованных окатышей и затруднения с их выгрузкой;

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

1 2 4

• стопорение шнековых разгрузочных устройств;

• низкотемпературное разрушение руды;

• недостаточная степень восстановления окатышей;

• образование застойных зон;

• загрузка в реактор мелочи.

В плавильной печи-газификаторе имели место:

• нарушения теплообмена в слое угля и шихты;

• колебания теплового состояния горна печи-газификатора;

• нарушения хода выпусков продуктов плавки;

• уменьшение длины чугунной летки;

• несбалансированная загрузка ГЖ в печь.

Расход топлива на выплавку чугуна процессом Согех, кроме качества используемого угля и богатства железорудного сырья, значительно зависит от производительности агрегата. На заводе фирмы POSCO при изменении производительности модуля С-2000 в пределах 1800-2400 т/сутки расход угля изменялся в пределах от 900 до 1200 кг/т. Себестоимость получаемого чугуна Согех на этом заводе по оценке фирмы находится между себестоимостью чугуна, выплавляемого на печах малого и большого объема, т.е. она меньше, чем на доменных печах малого объема и больше, чем на доменных печах большого объема [52]. Одним из путей снижения себестоимости чугуна Согех является использование в качестве сырьевых материалов металлургических отходов и дешевых видов топлива. Опыты, проведенные на модулях Согех в Индии и в Южной Африке, показали, что мелкие металлургические отходы, включая замасленную окалину можно загружать непосредственно в плавильную печь-газификатор. Возможна загрузка в печь-газификатор Согех и предварительно окускованных отходов, включающих кроме железосодержащих

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа» / 2 5

материалов, угольную мелочь, пластмассы, органические отходы и замасленную окалину. Учитывая, что около 20% восстановительного газа из плавильной печи-газификатора Согех проходит мокрую очистку и охлаждается, цинк и щелочи, содержащиеся в металлургических отходах, частично выводятся из оборота с улавливаемой в этих скрубберах пылью (рис. 39). Это обстоятельство требует определенного ограничения поступления цинка в агрегат Согех, чтобы гарантировать качество получаемого чугуна. [50].

Изучив десятилетний опыт работы модуля С-1000 и опыт работы модулей С-2000 в Корее, Южной Африке и Индии, специалисты фирмы VAI считают возможным снизить капитальные вложения на строительство модулей Согех С-2000 на 20 %. По их оценке в условиях США капиталовложения на строительство модуля С-2000, в зависимости от его

расположения, составят от 180 до 195 млн. долларов [50].

2. Процесс FINEX

Развитием процесса COREX является разработанный совместными усилиями исследовательского центра фирмы POSCO (RIST) и фирмы VAI процесс FINEX, в котором используется мелкое (крупность до 8 мм) железорудное сырье Процесс FINEX включает трехстадийное предварительное восстановление руды в реакторах с кипящим слоем и последующее получение чугуна из частично металлизованного сырья в печи-газификаторе (рис.42). Процессы в печи- газификаторе агрегата FINEX практически не отличаются от таковых в процессе Согех. Программа разработки и исследования новой технологии включала три стадии:

/ 2 6 «Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

• лабораторные исследования и стендовые испытания на холодных моделях;

• исследования на опытной установке производительностью 15 т/сутки;

• Исследования и отработка технологии на пилотной установке производительностью 150 т/сутки.

Рис. 42. Схема процесса FINEX:

Опытная установка производительностью 15 т/сутки снабжалась восстановительным газом из кислородного конвертера и на ней отрабатывались процессы восстановления в реакторах с кипящим слоем. Пилотная установка FINEX (рис. 43) производительностью 150 т/сутки также предназначена для отработки технологии восстановления руды в реакторах с кипящим слоем. Восстановительный газ для нее получают из действующего модуля Согех С-2000 [48]. В реакторе 3 пилотной

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа» I 2 7

установки руда подогревается газом из реактора 2 до температуры начала восстановления оксидов железа и частично восстанавливается, примерно на 20 %. В реакторе 2 руда восстанавливается газом из реактора 1 до степени восстановления около 40 %, а в реакторе 1 руда восстанавливается свежим восстановительным газом до ГЖ со степенью восстановления более 85 %. ГЖ либо охлаждается и складируется, либо в горячем состоянии загружается в плавильную печь-газификатор. В качестве восстановительного газа в реактор 1 посту пает очищенный в циклонах отходящий газ из печи-газификатора. В случае успешного завершения испытаний технологии восстановления руды в реакторах со взвешенным слоем на пилотной установке и подтверждения экономической эффективности этой схемы фирмы POSCO и VAI приняли решение построить демонстрационный модуль FTNEX, увеличив реакторы для восстановления руды во взвешенном слое и присоединив их к плавильной печи-газификатору действующего модуля С-2000. Программа развития завода предусматривает завершение строительства демонстрационного модуля FINEX производительностью 600000 т чугуна в год в 2002 году, испытание и отработку технологии на нем до 2004 года, а затем строительство нового модуля F1NEX производительностью 1200000 чугуна в год с пуском его в 2007 году и с последующем выводом из строя доменной печи N 1 среднего объема [52].

I 2 8 «Состояние и перспективы бездомен ной металлургии железа»