Капитальные затраты на строительство модуля TECNORED мощностью 0,33 млн.т чугуна/год оцениваются фирмой величинами около 50 млн.$ (вариант А) и около 12млн.$ (вариант Б) [70].

Фирмы Norht Star Steel (США) и заключили соглашение о строительстве коммерческого модуля TECNORED производительностью 40 т/час чугуна на металлургическом заводе фирмы Norht Star Steel в Бомонте (США). Получаемый чугун планируется использовать в электросталеплавильном цехе завода. Строительство модуля планировалось завершить в 2001 году. Модуль будет работать на привозной бразильской руде MBR и использовать железосодержащие заводские отходы. В качестве восстановителя планируется использовать имеющийся в регионе нефтяной кокс. К строительству модуля и изготовлению оборудования привлекаются фирмы Paul Wurt и Keppler-Weber S.A. [69, 70].

10. Процесс sr Smelter (Suspension Rcdution Smelter)

Процесс SR Smelter разработан концептуально (автор Ferdinand Fink) и лишь отдельные стадии процесса опробованы в лабораторных условиях в Техническом университете в Аахене (Германия). Технологическая схема процесса (рис. 61) включает ряд последовательных этапов нагрева и восстановления мелкой

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа» I 6 5

руды в во взвешенном слое в реакторах циклонного типа восстановительным газом, который образуется в плавильной печи и в пламенном газификаторе.

10

Рис. 61. Технологичекая схема процесса SR Smelter:

I - чугун и шлак; 2 - пламенная плавильная печь; - 3 - пламенный газификатор;

4 - кислород; 5 - ГЖ; 6 - частично металлизованная руда; 7 - горячий циклон. 1000 °С; 8 - подогореватели со взвешенным слоем; 9 - мелкая руда; 10 - мелкий уголь.

И - удаление летучих угля; 12 - уголь с частично удаленными летучими веществами.

/ б 6 «Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

Цены, использованные при расчете (в DM)
Измельченный уголь (-0,2 ь<м)		135,0 DM/r
Доменный кокс		345 DM/т
Агломерационная руда		20 DM/т руды
Кислород (99,5 %)		0,1 DM/m3
Горячее дутье, 1000 °С		21,0 DM/ЮООм3
Колошниковый газ на экспорт		6.5 DM/ГДж
Статьи расхода	SR-Smelter	Мнни-дсменная печь
Измельченный уголь	81,0	13,5
Кокс	-	138,0
Затраты на агломерацию	-	30.0
Г орячее дутье	-	40.0
Кислород	27,8	-
Отмывка газа от СО,	15,0	-
Капитальные затраты	38,09	49,5
Колошниковый газ	-11,0	-30,0
Себестоимость чу^на	150,89	241.0

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа» I б 7

Процесс	Топливо, шихта	Комментарии
IRON DYNAMICS	Уголь, железоруд»гый	Цех производительностью 0,45 млн.т
	концентрат, известняк, окатыши	начал работать в 1999 г.
FASTMELT	Уголь, мелках руда, отходы -	Опытная установка: ПВП - 0,24 т/час.
	окатыши	ЭЧП - 0,12 т/час.
REDSMELT	Уголь, мелкая руда, отходы -	Концепция процесса ПВП - РЭП
	окатыши	Данных об использовании нет
S1DCOMET	Уголь, мелкая руда слои	Полупромышленная установка, остановлена

ПВП - печь с вращающимся пооом ЭЧП - электро-чугуиноплавилъная печь.

РЭП - руднотермическая электропечь.

1. Процесс IRON DYNAMICS.

Концепция процесса IRON DYNAMICS (рис.62) была разработана в 1996 году в США, а испытания его на пилотной установке начались в первой половине 1997 года [72]. Строительство

1 6 8 «Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

первого промышленного модуля производительностью 500000 т в год началось в октябре 1997 года и через год он начал производить товарное губчатое железо. Жидкий чугун был получен в марте 1999 года [32]. В течение первых опытных кампаний длительностью 6, 9, 12 недель и 4 месяца было выплавлено, соответственно, 2156 т, 6094 т, 21068 т чу I у на. Ожидали в течение следующих кампаний выплавлять по 15000 т чугуна в месяц, а в 2000 году по 35000 т в месяц [73].

Рис. 62. Схема потоков материалов в процессе IDI:

Исходным сырьем в процессе является железорудный концентрат, из которого делают офлюсованные железорудные окатыши (76% концентрата, 23 % угля, 1 % связующее). На выходе из ПВП металлизованные окатыши (содержание: Fe - 70-85%; С - 5-

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа» I <5 9

10 %; S - 0.2-0,25) имеют температуру 700 "С и в специальных контейнерах транспортируются для загрузки в РЭП, где из них выплавляют чугун (95-97 % - Fe; 2,5-3,5 % - С, 0,01-0,15 % S, 0,25-0,6 % Si), имеющий на выпуске температуру 1315-1430 °С. Выплавка стали из этого чугуна (65,7 % в составе металлошихты) в ДСП по сравнению с выплавкой ее из металлолома (100 % в составе мегаллошихты) приводит к экономии электроэнергии на 28% (-115 КВт.час/т стали) и снижает содержание азота в стали на 11 %, а меди - на 24 %. Отрицательным эффектом является увеличение содержания серы на 26 % [73]. Капитальные затраты на 1 тонну чугун в первом промышленном IDI составили 200 долл/г и ожидается, что строительство второго модуля будет стоить 175 долл./т чугуна. Полная стоимость получаемого чугуна составляет 150 долл./т, а экономия на выплавке стали из него - 25-35 долл./т.[32,73].

2. Процесс FASTMELT

Повышенное содержание пустой породы и серы ПК, получаемом в процессе FASTMET, связанные с использование угля в качестве восстановителя, а также с высоким содержанием нежелезистых оксидов в металлургических отходах, которые можно эффективно перерабатывать этим процессом с улавливанием в качестве побочного продукта оксидов цинка, затрудняют применение такого ГЖ в сталеплавильных процессах. Эго явилось причиной появления новой .технологической концепции процесса FASTMET, при которой конечным продуктом процесса является чугун. Новая технология получила название FASTMELT.

Технологическая схема процесса FASTMET/FASTMELT для переработки мелкой железной руды или концентратов, а также металлургических отходов с получением в качестве продуктов ГЖ гота чугуна (жидкого или в чушках) представлена на рис. 63 [33], а на рис. 64 - технологическая схема процесса FASTMELT, предназначенного для переработки металлургических отходов [32]. В процессе FASTMELT ГЖ, получаемое в ПВП, непрерывно выгружается и в горячем состоянии с температурой 1000-1200 °С по трубопроводу поступает в стационарную электрическую чугунно-плавильную печь (ЭЧП) с

I 7 0 «Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

фиксированным сводом и тремя графитовыми электродами, в которой из ГЖ выплавляется чузун, не отличающийся по качеству от доменного чугуна. Отходящий газ из ЭЧГ1 печи используется в ПВП в качестве топлива. Несмотря на короткое время пребывая:ы (6-10 мин) в ПВП оксиды железа рудоугольных окатышей при температуре 1290 - 1345 ^ЭС на 85-95 % восстанавливаются до железа, которое частично науглероживается с образованием Fe,C. Содержание углерода в получаемом в ЭЧП чугуне регулируется содержащем угля в рудоугольных окатышах, а содержание кремния регулируется технологией плавки в ЭЧП. При желании в ЭЧП загружается ферросилицщ или ф^рромар¹анец для получения спсцишьных чугунов. Жидкий чугун выпускается через летку, как из доменной печи. Этот продукт получил название FASTTRON. Получаемый в ЭЧП чугун (FAST1RON) содержит (%): 4,2-4,8 С: 0,3-0,7 Si; 0,03 S, а чугун из РЭП , соответственно: 3,5-3,8; 0,5-1,5; 0,05 [33]. Температура чугуна на выпуске из ЭЧП во время испытаний процесса на пилотной установке (печь с одним электродом производительностью 120 кг/час, мощность 250 КВА) составляла 1455-1510 °С.

| Сырьевые материалы Мелкая ж&леэнал руда/отхрды

| Самуещее

пресс

Эксгаустер и труба

Бункер судного эапеса материале.

Брикеты ПЖ рк

1 I

ЖИДКИЙ чугун Чушковый чугун

Выбор продукте

Рис.63. Технологическая схема процесса FASTMET/FASTMELT:

«■Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа» 1 7 1

1

Рис.64. Типичная технологическая схема процесса FASTMELTдля переработки

металлургических отходов:

1 - бункера склада шихтовых материалов; 2 - загрузочный конвейер: J - бункера шихтового отделения: 4 - сушильный барабан; 5 - связующее: 6 - смеситель;

7 - брикет-пресс: 8 - дымовая труба, 9 - ЭЧП, 10 - труба для загрузки ПК в ЭЧП; 11- ПВП; 12 - загрузочный конвейер; 13 - вентилятор Аля подачи воздуха в горелки: 14 - экономайзер; 15 - вентилятор; 16 - чугуновозный ковш; 17 - шлаковый ковш;

1S - скруббер для очистки отходящих газов ЭЧП; 19 - природный газ; 20 - подогретый воздух; 21 - газоочистка с рукавными фильтрами, побочный продукт (оксиды

тяжелых металлов).

В отличие от руднотермической электропечи (РЭШ с погруженной дугой, являющейся, по существу, печыо

сопротивления, где тепло выделяется при прохождении тока через слой шлака между электродами, в ЭЧП используется тепло электрической дуги, как в ДСП. ЭЧП более эффективна при использовании в качестве шихты ГЖ со степенью металлизации 85-95 % и позволяет выплавлять чугун с более высоким содержанием углерода (4,2-4,8 %) и более низким содержанием серы (менее 0,03 %). Отличительными особенностями ЭЧП являются [32]:

• стационарный корпус;

I 7 2_ «Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

• высокая герметичность (минимальный подсос воздуха);

• независимые летки цля чугуна и шлака;

• возможность применения графитовых, углеродистых предварительно спеченных и углеродистых самоспекающихся электродов;

• возможность опускания электродов под напряжением;

• наличие системы газоочистки с использованием энергии газа;

• наличие устройства для загрузки в печь добавок и флюсов. Процесс FASTMELT разрабатывался совместными

усилиями фирм Midrex direct reduction corporation, Kobe Steel ltd и EMC International. Отработку технологии производили в Техническом центре фирмы Midrex на установке, выключающей ПВП диаметром 2,44 м (внутренний диаметр 1,06 м) производительностью 200-260 кг/час и ЭЧП мощностью 250 КВА с одним электродом (диаметр 75 мм) и производительностью 120 кг/час. При использовании в качестве исходных материалов мелкодисперсных отходов получали чугун, по составу не отличающийся от доменного, с пониженным содержанием серы (0,01 %) с температурой 1455-1510 °С [32, 71].

При отработке технологии испытывали следующие сырьевые материалы и топлива: кек фильтр-прессов газоочистки доменных печей, кек фильтр-прессов газоочистки конвертеров, прокатная окалина, пыль рукавных фильтров газоочистки ДСП, мелочь офлюсованных окатышей, колошниковая пыль, доменный шлам, коксовая мелочь, угли с различным содержанием летучих веществ, пековый кокс. В зависимости от состава шихты из нее делали окатыши или брикеты. Окатыши перед загрузкой в ПВП сушили, а брикеты загружали в ПВП сырыми.

Концепция процесса FASTMELT позволяет создавать модули производительностью от 50000 до 1000000 т в год, ориентированные на переработку металлургических отходов с полезным извлечением цинка и других ценных металлов, содержащихся в этих отходах. По оценке специалистов фирм

«Состояние и перспективы бездоменнои иетачлургии железа» / 7 3

MIDREX и Kobe Steel, сделанной на основе результатов испытаний и практики работы модуля FASTMET, при производительности модуля FASTMET 500000 т/год в условиях США себестоимость губчатого железа составит 55-95 долл./т, а себестоимость чугуна - от 80 до 125 долл./т. Капитальные затраты на строительство модуля FASTMELT, в зависимости от инфраструктуры и размещения модуля, составят 115-125 млн. долл. США [35].

Привлекательной характеристикой процесса FASTMELT является возможность полной утилизации отходов. Процесс не дает сточных вод, а загрязненность газообразных отходов контролируется имеющимися средствами. Получаемый шлак по составу не отличается от доменного и может утилизироваться по имеющимся технологиям. Пыль рукавных фильтров ПВП, содержащая ZnO, может продаваться производителям цинка, а остальная пыль рециркулируется в самом процессе FASTMELT. Благодаря комбинации ПВП и ЭЧП снижаются выбросы парниковых газов при выплавке стали из чугуна процесса FASTMELT. По данным [35] общий выброс в атмосферу С0₂ в расчете на 1 т жидкой стали (с учетом затрат топлива на производство электроэнергии) составляет для различных технологических схем:

• кислородно-конвертерный процесс с использованием в шихте 80% доменного чугуна и 20% скрапа -1418 кг/т;

• кислородно-конвертерный процесс с использованием в шихте 80% чугуна FASTMELT и 20 % скрапа - 1374 кг/т;

• выплавка стали в ДСП с использованием в шихте 40 % чугуна FASTMELT и 60 % скрапа - 793 кг'т.

По данным [34] процесс FASTMELT имеет существенные преимущества по сравнению с другими коммерческими и разрабатываемыми процессами выплавки чугуна с точки зрения затрат энергии и выбросов С0₂ в атмосферу на 1 тонну выплавляемого чугуна. В таблице 52 приведены опубликованные в различных источниках величины затрат энергии, а в таблице 53 -

«Состояние и перспективы бездомепной металлургии железа»

1 1 4

Виды н затраты энергии, ГДжУт	Технологические процессы выплавки чуэуна
	FASTMELT	Hlsmclt	COREX	REDSMELT	Доменный
Уголь	12.25	19,47	30,77	14,85
Природный газ	2,68	2,2	0,5	2,17
Электроэнергия * 1	6,11	0,83		6,65
Сумма затрат	21,03	25,05	32,10	23,67	23,36
Энергия	4,56	3,38	13,2	5.1	5.35
отходящих газов
Обшее	16,48	21,67	18,9	18.56	18,01
потребление

Примечание *1 - энергия угля, использованного на производство электроэнергии Таблица 53. Выбросы С02 на 1 топну чугуна в различных процессах, т/т.	Технологические процессы выплавки чугуна
Виды топлив и энергии	FASTMELT	HIsmelt	COREX	REDSMELT	Доменный
Уголь * 1	1.138	1,809	2,859	1.38	2.17
Природный газ *2	0,153	0,125	0,125	0,124	0
Электроэнергия *3,4	0,242*5	0	0	0,242*6	0
Сумма СО. (по расходу С)	1.533	1,934	3,046	1,746	2,170
СО; эквивалентное С в чугуне	0,147*7	0,147	0,169*8	0,132*9	0,147
Всего выбрасывается СО;	1,386	1,787	2,877	1.614	2.023

Примечания:

*1 - коэффициент перевода 92,91 кг СО/ГДж угля;

*2 - коэффициент перевода 56,96 кг СОVПДж природного газа;

*3 - принято допущение, что вся ‘энергия отходящих газов используется дзя производства электроэнергии;

*4 - коэффициент перевода 155,91 кг СО/ГДж электроэнергии;

*5 - 6,1 Т-4,56-1,55 кг СО-Л'Дж электроэнергии (см. табл. 52);

*6 - 6,65-5,1=1.55 кг СО/ГДж электроэнергии (см. табл. 52),

*7 - 4 % С в чугуне;

*8 - 4.6 % С в чугуне;

*9 - 3,6 % С в чугуне.

«Состояние и перспективы бездоменной метагзургии железа» / 7 5

3. Процесс REDSMELT.

Процесс REDSMELT отличается от процесса FASTMELT в основном заключительной стадией - получения чугуна из металлизованного продукта, получаемого в ПВП. В процессе REDSMELT на этой стадии используется РЭП. Для процесса RFDSMELT фирма Mannesmann Demag по лицензии фирмы Inmetco создала новую генерацию ПВП, обеспечивающую высокую производит ел ьность и эффективное использование энергии. ПВП, разработанные фирмой Inmetco в 1980 год\. успешно эксплуатируются для переработки железо, никель и хромсодержащих отходов на металлургическом заводе в Элвуд Сити, специализирующемся на выпуске нержавеющей стали из лома [35,74,75].

Первая стадия процесса REDSMELT (рис. 65) - получение окатышей из железорудного концентрата или металлургических отходов - аналогична первой стадии процессов IDI hFASTMELT.

Подготовке сырьевых материалов

Нагрев и восстановление

Железосодержащие

материалы (руды или отходы)

Восстановители (уголь, пековый кокс)

Связующие веществе и флюсы (бентонит, известь, химические

добавки)

Топливо

(газ. мазут и уголь)

Губчатое железо (ГЖ)

Пыль, отходы

Рис.65. Схема процесса REDSMELT

1 7 6 «Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»

Окатыши крупностью 9-15 мм в ПВП (толщина в слое 18- 22 мм) находятся в течение 10-18 минут. Температура в восстановительной зоне ПВП достигает 1400 °С. Степень металлизации продукта составляет 85-92 %, а содержание углерода в нем от 1,5 до 7 % и более. При переработке металлургических отходов, содержащих цинк и свинец, в ПВП достигается практически полное удаление этих металлов из шихты в виде возгонов, полностью улавливаемых при очистке отходящих газов рукавными фильтрами. Концентрация цинкита в такой пыли достаточна для его применения в качестве компонента шихты при производстве цинка [75]. Качество получаемого продукта и производительность процесса обеспечиваются регулированием состава и температуры газов в каждой зоне ПВП, в которой использованы горелки фирмы Demag. Благодаря утилизации тепла отходящих газов (производится 1-2 т пара на 1 т губчатого железа) эффективность использования тепла составляет более 80 %. Фирма Demag, являющаяся производителем РЭП (в настоящее время в мире работает более 440 РЭП этой фирмы) использовала в процессе REDSMELT именно РЭП, ориентируясь на ее большую терпимость, по сравнению с ЭЧП, в отношении содержания пустой породы в проплавляемом губчатом железе. Основное количество тепла в печи выделяется при прохождении тока в слое шлака между электродами, но возможно получение тепла и от дуги. Максимальная производительность печи может достигать 1000000 т чугуна в год (диаметр более 20 м, трансформатор 30- 120 MBA). РЭП конструкции фирмы Demag производительностью около 550000 т/год успешно работает на установке IDI в Батлере (Индиана, США) с марта 1999 года (время работы 8000 часов в год).

По оценке разработчиков себестоимость продуктов процесса REDSMELT для модуля производительностью 500000 т/год в условиях США составляет: губчатое железо - 60 долл./т,

«Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа» / 7 7

Получение ГЖ в ПВП
Материалы и энергия	Расход на 1 т ГЖ	Цена, S	Стоимость, S
Железная рула, т	1,258	15	18.87
Уголь, т	0,44	S3	23.32
Бентонит, т	0,005	65	0,33
Органическое связующие, т	0,005	1600	8,00
Электроэнергия. кВт*час	65	0,033	2.15
Природный газ. Г кал	0,44	13.5	5,94
Вода, т	0.4	0,3	0,12
Азот. м]	12	0,01	0,12
Обслуживание, запчасти, $/т ГЖ	1	1.5	1.5
Трудозатраты, чел* час.	0,12	28	3.36
Производится пара, Г кал	0,943	0	0,0
Себестоимость ГЖ			63,71
Производство чугуна в РЭП
Материалы и 'энергия	Расход на 1 т ГЖ	Цена, S	Стоимость, S
ГЖ.т	1.189	63.71	75,74
Известь, т	0,06	70,0	4,20
Кокс, т	0,001	ПО	0,11
Электроэнергия. КВт* час	510	0,033	16,83
Электроды, кг	5	0,7	3.5
Огнеупоры, кг	0,5	1.5	0,75
Обслуживание, запчасти, Vt
чугуна	1	1	1
Трудозатраты, чел* час.	0,10	28	2,8
Себестоимость чугуна			104,93

Производительность одной ПВП составляет до 600000 т/год. Комбинация двух ПВП и одной РЭП позволяет создавать модули REDSMELT производительностью до 1 млн.т чугуна в год применительно к интегрированным заводам (переработка отходов) или к мини-заводам [35].

К экологическими достоинствам процесса REDSMELT относятся [75]:

i 7 8 «Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа»