Ш: 8

tZZJ: 10 ^:11 «и:'|2 — :13

14

2 3 4 5 6 7

Рис.55. Сравнение стоимости производства чугуна процессами DJOS, COREX и доменным в условиях Северной Америки:

1 - стоимость производства чугуна, долл. США/т; 2 - стандартный процесс DIOS (1 млн.т чугуна в год); J - Dupiex-DIOS (1т млн. т чугуна в год). 4 - Dupiex-DIOS

(1,5 мли. т чугуна в год); 5 - FASTMELT (1 млн.т в год): б - доменная печь (2 млн.т чугуна в год); 7 - COREX (0,75 млн. т в год), 8 - капитальные затраты на 1 т:

9 - электроэнергия и оругие затраты; 10 -уголь; 11 - руда; 12 - избыточная энергия на сторону; 13 - суммарные затраты(за вычетом избыточной энергии);

14 - примечание: а) затраты на десульфурацию не включены, б) затраты на процесс

DIOS рассчитаны для угля с низким содержанием летучих веществ, в) затраты на производство чугуна процессом COREX взяты по опубликованным данным.

Помимо рассмотренных концепций (стандартный процесс DIOS и Dupiex-DIOS) фирма NKK рассматривает также концепцию моно-процесса DIOS, в котором руда подается в плавильно-восстановительную печь без предварительной подготовки в восстановительных реакторах или в ПВП. Эта концепция отличается минимальными капитальными затратами, но большим количеством избыточной энергии отходящего газа, для утилизации которой необходимо создание энергетического комплекса [65].

6. Процесс aisi

Американский институт чугуна и стали (AISI) при поддержке департамента энергии США разработал процесс также очень похожим на процесс DIOS. Главное отличие заключается в том, что используются железорудные окатыши, которые предварительно восстанавливаются в шахтном реакторе отходящим газом плавильном

I 5 4 «Состояние и перспективы бездоменной металлургии жечеза»

печи. В течение нескольких лет процесс AISI отрабатывали на пилотной установке в Питсбурге производитель! юстью 5 т/час. На последней стадии экспериментов исследовали использование в установке метал (ургичеекил отходов, содержащих оксиды железа. Этот процесс показал экономически привлекательные перспективы в связи с чем был разработан предвар!пе лызлй инжиниринг установки произво­

дительностыл 400000 т/год. Однако нет какой-либо информации о времени или планах строительства этой промышленной установки [3,48].

6. Процесс ccf (Cyclon Converter Furnace).

В 1990-х годах были разработаны ряд других концепций процессов жидкофазного восстановления. Наиболее значительная из них - Cyclon Converter Furnace (CCF) - циклонная печь, разработанная совместными усилиями фирмы Corous (Голландия) и группы жидкофазного восстановления Американского института чугуна и стали (AISI Direct Smelting team). Разработка проекта продолжалась около 10 лет и на начальной стадии в ней принимали участие фирмы British Steel (Англия) и Ilva (Италия). В этом процессе предварительное восстаноатение руды осуществляется в циклоне, который примыкает к верхней части плавильной печи-газификатора, являясь ее продолжением, (рис. 56.) [48]. Восстановительные газы, образующиеся в плавильной печи-газификаторе,на выходе из нее закручиваются (в циклоне) струями подаваемого тангенциально кислорода и одновременно дожигаются до С0₂ и Н₂0. Вдуьаемая в циклон вместе с кислородом мелкая руда благодаря высокой температуре образующихся газов и хорошему контакту с ними быстро нагревается, частично восстанавливается и расплавляется. Гюд действием центробежной силы частицы руды отбрасываются к стенкам циклона. Небольшая часть рудной мелочи выносится отходящим газом, улавливается в системе газоочистки и возвращается в процесс. Расплавленная руда стекает по стенкам циклона, которые являются водоохлаждаемыми, а затем свободно падает в нижнюю часть печи- газификатора, где происходит ее окончательное восстановление

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа» 1 5 5

углеродом вдуваемого сюда угля. Приход в плавильную печь- газификатор частично восстановленной (степень восстановления 20-25 %) и расплавленной руды повышает эффективность использования энергии в агрегате по сравнению с другими концепциями аналогичных процессов. Мелкий уголь вдувается в плавильную печь-газификатор через вертикальную водоохлаждаемую фурму вместе с кислородом. Кусковым уголь подается в плавильную печь через ее купол. Плтвильно-восстановительная печь-газификатор работает под давле­нием, от которою зависит удельная производительность печи [48].

12

11

9

10

Рис. 56. Схема процесса и агрегата ССР:

I - шлак и Ч1гун; 2 - кислород (95%) + воздух; 3 - кислород (95%); 4 - мелкая руда и кислород (95%); 5 - плавильно-восстановительный циклон; 6 - зона дожигания газа; 7 - восстановлен ие железа из жидкого шлака;

8 — зона первичного сжигания топлива; 9 - шлак; 10 - ванна жидкого металла.

II - газ СО: 12 - восстановитель (уголь) + руда; 13 - уголь.

I 5 6 «Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

Уголь (20% летучих)	775 кг
Руда	1440 кг
Известняк	150 кг
Выход шлака	253 кг
Выход шлама	2 кг
Отходящий газ	7,2 ГДж

Фирма и разработала проект модуля CCF (рис.57) производительностью от 800000 до 1 млн.т в год. Несмотря на получение предварительного гранта от правительства Нидерландов фирма пока не в состоянии обеспечить индустриальную поддержку проекта [3].

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа» 1 5 7

Рис, 57. Схема промышленного модуля ССР.

6. Процесс TF.CHNORED

После пяти лег исследовательских работ, испытаний и оценки сырья и топлива, лабораторных и пилотных испытаний процесса в 2000 году фирмой Tecnologia de Auto-Reducao Ltd (TECNORED) в Бразилии завершена отработка технологии и оборудования процесса, названного TECNORED , в котором в качестве исходного железорудного сырья могут использоваться железорудный концентрат, меткая руда и железосодержащие металлургические отходы, в качестве восстановителя - пековый кокс, коксовая мелочь или уголь, а в качестве топлива - уголь, низкокачественный кокс или полукокс. Общая схема процесса (рис. 58) включает технологические операции по производству рудоугольных окатышей и их без обжиговому упрочнению, проплавке этих окатышей в шахтной печи Tecnored с использованием горячего дутья [68]. Избыточная энергия отходящего из печи колошникового газа используется для нагрева дутья и производства энергетического пара. Без обжиговое упрочнение окатышей может производиться либо их

/ 5 8 «Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

выдержкой на открытом воздухе в течение 10-28 суток, либо путем обработки влажным горячим газом (отходящим газом воздухонагревателей) в течение от 30 минут до нескольких часов (в зависимости от используемого при производстве рудоугольных окатышей или брикетов связующих веществ). В некоторых случаях окускованные материалы молено загружать в плавильную печь в сыром виде без отверждения. [69]. Схема потоков сырья, топлива, дутья и отходящих газов и основных агрегатов, в которых реализуется процесс TECNORED, представлена на рис. 59, а схема процессов, протекающих в основных зонах низкошахтной печи TECNORED - на рис. 60 [68].

26 27

Рис. 58. Общая схема технологических операций по переработке сырьевых материалов в чугун процессом TECXOkED:

1 - мелкая железная руда, железосодержащие отходы, пековый кокс, уголь или коксовая мелочь; 2 - известь, бентонит, цемент; 3 - низкотемпературный влажный воздух; 4 - измельчение; 5 - смешивание; 6 - окомкование; 7 - отверждение;

8 - металлургический кокс или кусковый уголь; 9 - плавление; 10 - выпуск продуктов плавки. II - десульфурация; 12 - разливка чугуна; 13 - шлак; 14 - жидкии чугун;

15 - чушковый чугун; 16 - десульфурирующие реагенты, 17 - колошниковый газ.

18 - горячее дутье 19 - пар; 2и - сжигание. 21 - воздух; 22 - теплообменник;

23 - паровая турбина-электрогенератор. 24 - электроэнергия 25 - фабрика окомкования; 26 - плавильно-восстановительный цех; 27 - агрегаты для нагрева дутья

и очистки газа

«Состояние ч перспективы бездоменной металлургии железа» 1 5 9

Склад сырьевых материалов Рис. 59. Технологически! схема модуля TECHtXORED: Окатыши T*cnor*d	Тмвдэ* толлиао «фуммтш »o«pyr иомИ шахты Реши Буду** пчгмцмго {СОа *С = 2 СО) Эьз вемошт енарпео В nfial частидамгаатд 00 АПЯ пПДгкт— и •О0отвио«л*м«| шихгы
Верхняя шахта
Зона плавления	Воост*номгшъ*ая вп«осфарй Внутри оатмцж1 лрппитстпувт их расжжзтыыш ibnam^Bi нвОстышои высота цшгы “~-г итъхвагих иаюор'ш гопгмо, мпив ОТЖОЛЫ плвстывос
Горн
	U*wrt плмгтся • вооствыариплы^оА «тмооффра Окычатагьх* вхсгммлми сспчтд оисцдов —ЛМВ » <pOpli*pOBB»inB ООСТЩ ШЛИ! ИЗ ОЯСИАСЛ | густо# поросы и КГ* гопли— прмэкдот в жкдсй ф«** Мвтплп т 1МГШ СДВИГИ—ЮТОВ ■ гор—

Рис.60. Схема процессов в печи TECHSORED:

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

I 6 О

Процесс выплавки чугуна из рудоугольных окатышей осуществляется в низкошахтной печи с отдельной загрузкой в нее твердого топлива и рудоугольных окатышей. В проекте промышленного модуля TECNORED отверждение офлюсованных рудоутольных окатышей перед загрузкой их в шахтную печь производится путем сушки их бункерах дымовыми газами воздухонагревателей. Также как в плавильной печи- газификаторе Согех, в горне плавильно-восстановительной печи TECNORED имеется коксовая насадка, которая формируется либо из образующегося в печи из угля полукокса, либо непосредственно из кокса, используемого в качестве топлива (рис.58). Горячее дутье подается в плавильно-восстановительную печь через два ряда фурм: в нижний ряд фурм - для сжигания твердого топлива, в верхний - для дожигания горновых газов (СО и Н₂) с целью увеличения их температуры на входе восстановительную шахту печи и интенсификации, за счет этого, процесса восстановления рудоугольных окатышей. Частично восстановленные окатыши плавятся на выходе из шахты и окончательное восстановление железа из железистых шлаков происходит углеродом коксовой насадки в горне печи. Наличие коксовой насадки в печи обуславливает возможность восстановления кремния и марганца и получение чугуна практически не отличающегося от доменного.

Отработку технологии процесса проводили на пилотной установке в Джойнвиле (штат Санта Каролина). В качестве исходного железосодержащего сырья для производства рудоугольных окатышей использовали [69]: мелкую железную руду и железорудные концентраты с содержанием железа от 58 до 68 %, металлургические отходы (доменный и сталеплавильные шламы, колошниковую и агломерационную пыль, прокатную

«Состояние и перспективы пездоменной металлургии железа» 1 6 I

окалину, отсевы окисленных и металлизованных окатышей, пиритные огарки), а в качестве восстановителей углеродсодержащие металлургические шламы, коксовую мелочь, шламы коксохимического производства, колошниковую пыль доменных печей, мелочь пекового кокса, древесноугольную мелочь. В качестве связующего, в зависимости от исходного железосодержащего сырья применяли:

• для природного сырья - известь, портланд-цемент, органические связующие, известняковую мелочь;

• для металлургических отходов: доменный шлак, шлак ДСП и конверторный шлак;

• для прочих отходов - летучую золу.

В качестве твердого топлива в плавильно- восстановительной печи использовали [69]: низкопрочный (китайский) кокс, высокозольный полукокс, антрацит, сырой пековый кокс, деревянные бруски (до 20% в смеси с коксом), древесный уголь, термообработанные деревянные бруски, куски текстильных отходов (до 20% в смеси с коксом), текстильный пух (до 20% в смеси с коксом).

При проведении испытаний процесса в пилотной установке TECNORED из рудоугольных окатышей или брикетов выплавляли передельный чугун и феррохром. Кроме того, чугун получали, переплавляя в плавильно-восстановительной печи металлизованные окатыши и металлолом [68].

Основные показатели расхода сырья, топлива и энергии при выплавке чугуна процессом TECNORED, полученные на основе результатов экспериментов на пилотной установке приведены в таблице 46.

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

1 б 2

^Показмёл11	Величины н размерность
Степень извлечения железа	Более 99%.
Расход восстановителя	0,3-0,4 г/т чугуна. Нижний предел - иизкозольнистая коксовая мелочь, пековый кокс Верхний предел - высокозольный некоксующнйся уголь.
Расход кокса	0.30-0,35 т/т чугуна
Расход связующих и флюса	0,05 - 0,12 т/т чугуна. Нижний предел - для богатого сырья и низкозольннетшо восстановителя. Верхний предел - для бедного сырья и
	высокозольного восстановителя.
Расход электроэнергии	140 кВт* час.
Трудозатраты	0,5-0,2 чел* часов/т чугуна. Нижний предел - для модуля производительностью 0,5 млн.т/год Верхний предел - для модуля производительностью 0,15 млн.т/год
Обслуживание и запчасти	5% от капиталовложений в год
Побочная продукция	Отходящий газ 1,8 Гкал, калорийность 800 ккал/м’
Шлак	100-350 кг/т Нижний предел - для низкозольнистого восстановителя и богатого сырья. Верхний предел - для высокозольнистого восстановителя и бедного сырья

Показатели работы плавильно-восстановительной печи пилотной установки TECNORED, полученные при выплавке чугуна из металлической стружки (крупность 1-30 мм, состав в %: С - 2,3-3,5; Si - 0,8-1,5; S 0,02-0,15; FeO - 0-0,2) и металлизованных окатышей (размер 5-14 мм, состав в %: Fe мет. - 85,47; FeO - 8,53; С - 2,19; пустая порода остальное) приведены в таблице 47. Таблица 47. Показатели работы плавильной печи TECNORED на металлизованных окатышах и металлической стружке. Показатели	Металл изо ванные окатыши	Стружка
Производительность, т/час	5-6	4-5
Расход топлива	119 кг С/т	95-105 кг кокса/т
Содержание (%): С в чугуне	4.0	2,5-2,8
Si	0.2	0,5-0,8
S	н.д	0,08-0,3
FeO в шлаке	1,5	1,0-3,0
Выход шлака, кг/т	57	30-45
Извлечение железа, %	99,7	>98
Стоимость переплава * 1 ,£/т	17-25	13-18
Капзатраты на печь, $/т*год	25-35	20-30

•/

В стоимость переплава вошли затраты на топливо, флюс, обслуживание агрегата и заработная плата

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа» 1 <5 3

Статьи себестоимости	US Gulf Coast			Бразильский пор г
	Единиц/!	Цена S/e;i.	Стои­мость S/t		Цена S/ед.	Стон- мост ь$/т
Железорудный концентрат,	1,46 т	25	36.5		12	17,5
67% Fe
Восстанови! ель некоксуюшийся	0,35 т	40	14		40	14
>голь из ЮАР
Твердое топливо низкопрочный	0,35 т	70	24.5		70	24,5
кокс из Китая (12% золы)
Флюс и связующие	0,08 т	50	4,0		50	4.0
Электроэнергия	140 кВТ’ч	0,025	3,5		0,025	3.5
Трудозатраты	0,5 чел’ч	25,0	12,5		8,0	4,0
Обслуживание и запчасти			7.5			7.5
Всего затрат			102,5			75
Побочная про.уукция
Шлак	0,25 т	6.0	1,5		6,0	1,5
Отходящий газ	1,8 Гкал	4.72	8,5		4,72	8,5
Себестоимость			92.5			65.0

Наиболее перспективным направлением применения процесса TECNORED, применяемого для выплавки чугуна из первичного железорудного сырья (вариант А, себестоимость чугуна 105 S/т) или из металлизованных окатышей с невысоким содержанием железа (вариант Б, себестоимость чугуна 155 $/т). фирма Tecnologia de Auto-Reducao Ltd считает интеграцию его в структуру мини-заводов, работающих на 100 % металлолома. В этих двух случаях (таблица 49) использование в составе металлошихты ДСП 35 % чугуна TECNORED позволяет существенно снизить себестоимость выплавляемой стали и быстро окупить капзатраты на строительство модуля [70].

I б 4 «Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

		65 % скрапа + 35 %чугуна TECNORED
Статьи расхода	100 % скрапа	Вариант А	Вариант Б
Металлолом, (%)/($/т)	100Л 70	65/110,5	65/110,5
Чугун TECNORED <%)/$/т	-	35/47,0	35/54.5
Электроэнергия, (кВТ* 4/tV(S/t)	450/15,75	250/8.75	250/8,75
Электроды, (кг/т)/($.'т)	2.0/5,25	0,85/2,25	0,85/2,25
Прочие расходы, $/т	9,0	9,0	9.0
Себестоимость стали, S/t	200,0	167.5	185,0