В
1993-1999 годах фирма Rio Tinto
(Hismelt Corporation) в Австралии в сотрудничестве
с фирмой Midrex на пилотных
установках сначала горизонтальной
(проработала 5000 часов), а затем вертикальной
(диамегр 2,7 м) производительностью по
100000 т/год отрабатывала процесс выплавки
чугуна из мелкой руды с использованием
угля. Горизонтальная подовая печь
Hismelt по конфигурации
продольного вертикального сечения
(рис. 49) напоминает печь Ausmelt.
Для облегчения обслуживания фурм
для вдувания угля и руды, и также для
осуществления выпусков чугуна и шлака
печь имела возможность вращаться вокруг
горизонтальной оси. В связи со сложностью
агрегата и большим расходом огнеупоров
разработчики процесса в 1997 году закрыли
эту установку и начали отработку
технологии в новом агрегате вертикального
типа, разработка которого велась с 1996
года. В вертикальный реактор (диаметр
2,7 м) с помощью вертикальной фурмы сверху
для дожигания выделяющихся из ванны
газов вдувается обогащенное кислородом
(22-29 %) и нагретое до 1200 °С дутье (рис.50).
Купольная часть реактора выполнена из
водоохлаждаемых панелей. Уголь и руда
вдуваются в расплавленную ванну через
наклоненные к вертикальной оси реактора
фурмы, расположенные по окружности в
боковых стенках реактора. По направлению
движения вдуваемых через фурмы струи
газа-носителя, включающих в себе частицы
руды, угля и флюса, выделяют 3 зоны,
отличающиеся характером протекающих
в них процессов [49]:
Зона
инжекции - зона в слое шлака на выходе
струи из сопла фурмы, в которой частицы
вдуваемых шихтовых материалов еле не
нагреты и не претерпевают химически
х превращений. Струя газа инжектирует
в себя капли жидкого ишака.
Зона
подогрева шихты и пиролиза угля, в
которой частицы шихты нагреваются за
доли секунды и в которой начинается
пиролиз частиц угля с выделением СО,
Н2 углеводородов и сажи.
I
4
2 «Состояние
и перспективы бездоменной металлургии
железа»6.1.5. Процесс Hismelt
Зона
внедрения частиц шихты, частично
пиролизованного угля и капель шлака в
металлическую ванну. В угольных частицах
завершается процесс пиролиза, рудные
частицы плавятся, оксиды
железа восстанавливаются
растворенным
в металле углеродом, капли шлака активно
взаимодействуют с металлом.
5
Рис.49.
Схема горизонтальной опытной установки
Hismelt.
4
1100
с
*
Рис.
50. Схема вертикального реактора Hismelt:
I
- чугун; 2 -уголь и руда; 3 - водоохлаждаеиые
панели. 4 - горячее (1200 °С)
обогащенное
кислородом дутье: 5 - отходящий газ, 6 -
шлак;
7 -огнеупорная
кладка
горна.
«Состояние
и перспективы бездоменной металлургии
железа» 1
4 3
1 • Руда и уголь, 2 - металл и шлак, 3 - печь полностью футерована огнеупорным кирпичом 4 - горячее дутье; 5 - отходящий газ.
Верхняя
и средняя зоны металлической ванны
активно барботируются струями
газа-носителя и образующимися при
восстановлении оксидов железа пузырями
монооксида углерода. В результате
значительная часть объема реактора
занята шлакометаллической эмульсией,
содержащей частицы угля и сажи, которые
участвуют в процессах восстановления
оксидов железа шлака и науглероживания
металла. Высокое содержание закиси
железа в шлаке этой реакционной зоны
(3-6 %) является причиной низкого содержания
кремния и марганца и высокого содержания
серы в металле и высокой (80-95 %) степени
перехода фосфора в шлак.
В
верхней части реактора Hismelt
над шлако-металлической ванной
производится дожигание восстановительного
газа, выходящего из ванны, и выносимых
газом из шлако-металлической ванны
частиц угля и сажи за счет кислорода
подаваемого сюда через вертикальную
фурму горячего обогащенного кислородом
дутья.
Выпуск
чугуна и шлака из реактора производится
отдельно. Чугун через сифон в придонной
части реактора поступает в когшльник,
из которого периодически выпускается.
Шлак выпускается через шлаковую летку
в нижней части реактора.
В
зависимости от вида используемых
сырьевых материалов производите,
сьность опытного агрегата составляет
50000-100000 т/год. За период с февраля 1997 по
июнь 1999 года новый агрегат Hismelt
проработал 132 дня и выплавил 22100
чугуна при использовании угля с
содержанием углерода от 50 до 73,2 %,
золы - от 4,8 до 12 % и летучих - от 9,8 до 38,5
%, а также коксовой мелочи. В качестве
железорудных материалов использовали:
мелкую руду с содержанием железа 61 % и
мелкую фосфористую руду с содержанием
Fe 62,4 % и Р - 0,12 %, сталеплавильные
шламы (53,3 % Fe, 10 % С)
и губчатое железо (90,5 % Fe, 84,2
% - степень металлизации). Шлак и металл
удаляются из агрегата через отдельные
летки, металл непрерывно выходит из
агрегата в когшльник. Окислительный
характер шлако-металлической ванны
обеспечивает перевод фосфора в шлак
до 80-95 %. Типичный состав получаемого
чугуна (%): С - 4,1-4,5; Мп - 0,02-0,06; Р - 0,02-0,04. S
- 0,05-0,15. Температура чугуна 1400-1500
°С. Производительность агрегата можно
варьировать в пределах 100 - 450 %, изменяя
долю мета-глизованной шихты и
степень
обогащения дутья кислородом. Следующим
этапом развития процесса планируется
строительство
I
4 4 «Состояние
и перспективы бездоменной металлургии
железа»
агрегата
диаметром 6 м и производительностью
0,5 млн. т/год. Разработчики полагают,
что размеры агрегата могут быть увеличены
и агрегат Hismelt с диаметром
горна 8 м, работающий на подогретой
шихте может иметь производительность
1,5 млн.т чугуна в год. Технологическая
схема модуля Hismelt, работающего
с подогревом руды в реакторах со
взвешенным слоем и с полной утилизацией
тепла отходящих газов, представлена
на рис.51 [51 ].
Рис.
51. Технологическая схема модуля Hismelt
производительностью 0,6 хсист/год:
I
- Расход угля 620 кг/т, расход природного
газа
2,2 ГДж/'т,
суммарный расход топлива,
эквивалентного
углю 690 кг'т; 2 - Сбалансированная по
энергии технологическая схема
(включая
кислородный блок). Внутреннее
потребление энергии 54 МВт. Мощность
генератора
работающего от перовой
турбины - 54 МВт; 3 - мелкая железная руда
с повышенным
содержанием фосфора,
расход руды 287 т'час; 4 - воздух; 5 - перовая
турбина; 6 - подогретая
(700 °С) и частично
восстановленная (11%) руда; 7 - расход
природного газа 9000x6/час;
8 -
холодный газ из
тавилыю-восстановительногореактора
(167000 хб/час, температура 30 иС.
давление
10 кПа, калорийность 3,2 ЩЬк/хб); 9 - расход
горячего (1200 °С) обогащенного
кислородом
(30 %) дутья 277000аг/час;
10 - нагреядутья (1200'С);
11
-к дымовой трупе; 12 - плавильно-восстановительный
агрегат Hismelt с диаметрам
горна 8
м; 13-расходугля lOOm/час,
расход флюса 30 т/час; 14-воздух на процесс
244000x6/час; 15-
воздух на
горелки воздухонагревателей; 16 - Чугун:
177 m/час, температура 1500
°C.S-0,1 %, Р-
0,03%; 17. - Шлак:
67 т/час,FeO-5%,(CaO+MgO)/(Si02+AWJ
-1.1,
(CaO)/(SiOj
-1.3; 18-
Киаюродный&юк 99%
производительчкт‘ -1135т/сутки
«Состояние
и перспективы бездоменной металлургии
железа» /
4 5
Агрегаты |
Производительность, м.ш.т/год |
Капитальные затраты, S США |
|
МЛ>|.$ |
$/т*год |
||
Доменния печь 1 |
1.09 |
355 |
326 |
Доменная печь 2 |
2.36 |
880 |
373 |
Доменная печь 3 |
1,09 |
388 |
356 |
Доменная печь 4 |
2.43 |
1088 |
448 |
Hismelt 1 |
0.50 |
155 |
310 |
Hismelt 2 |
0.58 |
150 |
259 |
Hismelt 3 |
0,63 |
180 |
286*1 |
Hismelt 4 |
1.50 |
286 |
191*2*3 |
*/
- включая
установку для подогрева р) оы.
*2
- включая установку для производства
ГЖ по способу Circofer.
*3
- при
строительстве завода из 3-х модулей
капитальные затраты на 1 т чугуна
снижаются до уровня 140-150 $/*год.
I
4 6 «Состояние
и перспективы бездоменной металлургии
железа»
Материалы |
Единицы измерения |
Стоимость долл. США |
Кокс |
т |
120 |
Уголь |
т |
40 |
Кусковая руда |
т |
30 |
Мелкая руда |
т |
25 |
Металлургические отходы |
т |
5 |
Окагыши |
т |
41 |
Агломерат |
т |
50 |
Скрап из отвалов |
т |
20 |
Сырые флюсы |
т |
20 |
Обожженные флюсы |
т |
75 |
Природный газ |
ГДж |
3 |
Коксовый газ |
ГДж |
1,8 |
Трудозатраты |
Чел* час /т. |
20 |
Техническое обслуживание |
$ США /т. |
4 |
Таблица
41. Расход сырья и топлива и себестоимость
чугуна на модулях
Hismelt
различной мощности. |
Ills 1 0,5 млн.т. |
Hli 2 0,58 млн.т. |
His 3 0,63 млн.т. |
His 4 1,5 млн.т. |
Мелкая руда, т./т. |
1,48 |
0,91 |
1.48 |
1.28 |
Металлические отходы, т./т. |
0 |
0.71 |
0 |
0,3 |
Уголь, т./т. |
0,85 |
0,65 |
0,68 |
0,46 |
Обожженный флюс, т./т. |
0,11 |
0,01 |
0,09 |
0,02 |
Кислород, м3/т |
217 |
231 |
161 |
217 |
Природный газ, ГДж/т. |
2,9 |
2.9 |
1.9 |
1.1 |
Себестоимость, $/т |
122.78 |
96,48 |
108.97 |
89.63 |
Таблица
42. Расход сырья и топлива и себестоимость
чугуна для
доменных печей различной
мощности. |
ДГ1 ЛГ»1 1.09 млн.т |
ДП М2 2Д6 млн.т |
ДП Л*3 1,09 млн.т |
ДП Jft4 2,43млн.т |
Кокс, т/т |
0,4 |
0.32 |
0,34 |
0,47 |
ПУГ.т/т |
0,0 |
0,14 |
0,12 |
0.0 |
Кусковая руда, т/т |
0,0 |
0.0 |
0,01 |
0,33 |
Металлические отходы, т/т |
0,0 |
0,0 |
0,04 |
0,0 |
Окатыши, т/т |
1.46 |
1,05 |
1,25 |
0,31 |
Агломерат, т/т |
0.00 |
0,55 |
0,19 |
0,95 |
Скрап, т/т |
0.03 |
0,01 |
0,14 |
0,0 |
Флюс, т/т |
0,24 |
0,38 |
0,57 |
0,87 |
Кислород, м’/т |
63,0 |
82,88 |
70,0 |
16,54 |
Природный газ, ГДж/т |
5,6 |
1.1 |
1.8 |
0,0 |
Коксовый г аз, ГДж/т |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
1,19 |
Себестоимость, S't |
156,67 |
151.49 |
153.94 |
168.94 |
«Состояние
и перспективы бездоменной металлургии
железа»
Состав и температура чугуна |
Доменный чугун |
Чугун Hismelt |
Углерод. % |
4,5 |
4,1-4,5 |
Кремний, % |
0,2-0,8 |
0,0 |
Марганец, % |
0,2-0.6 |
0,02-0.06 |
Фосфор. % |
0,11-0.07 |
0,02-0,04 |
Сера. % |
0.02-0,06 |
0,01-0,2 |
Температура, °С |
1430-1500 |
1465-1495 |