книги из ГПНТБ / Сидоров, Н. Е. Технический прогресс и снижение энергоемкости продукции черной металлургии

металлизованного железорудного сырья даны в работах профессоров Н. И. Красавцева и А. Н. Похвиснева

[27, 87, 200].

Первые промышленные опыты по применению металлизованных окатышей в доменном производстве были проведены в 1964—1965 гг. на доменной печи объемом 589 м3 завода Хилтон (Канада).

Опыты показали [43], что замена в доменной шихте 30% обычных окисленных окатышей предварительно вос­ становленными (со степенью металлизации 90,6%) по­ зволила увеличить производительность печи более чем на 20% и снизить удельный расход кокса на 25%. Таким образом, каждые 10% степени металлизации шихты об­ условили увеличение производительности этой печи на 7—9% и снижение расхода кокса на 8,2%.

Опытными плавками на одной из доменных печей объемом 648 м3 в Японии установлено, что каждые 10% степени металлизации шихты позволяют уменьшить удельный расход кокса на 5—6% и увеличить произво­ дительность печи на 6%.

Весьма обстоятельными были опыты по применению металлизованного сырья на доменной печи полезным объемом 259 м3 Нижнетагильского металлургического комбината [111]. В этих опытах определено, что метал­ лизация шихты на каждые 10% сопровождалась сокра­ щением расхода кокса на 6,8% и увеличением произво­ дительности доменной печи на 4,4% •

Аналогичные результаты получены также на экспери­

Указанными исследованиями установлено, что метал­ лизация шихты на каждые 10% позволяет снизить удель­ ный расход кокса на 5—7% и увеличить производитель­ ность печи на 4—5%. Определена и оптимальная степень металлизации доменной шихты — 30% [42]. При более высокой степени металлизации ухудшается использова­ ние восстановительной способности газов в самой до­ менной печи, в то же время более высокая степень металлизации требует больших затрат на единицу вос­ становленного железа. Отсюда — снижение экономиче­ ского эффекта от применения нового вида сырья.

Приведенные данные показывают высокую экономи­ ческую эффективность применения металлизованного же­ лезорудного сырья в самом доменном производстве. Однако оценка этой эффективности может быть более объективной, если ее определение произведено с народ­ нохозяйственной позиции, с учетом энергетических и дру­ гих затрат в процессах добычи и подготовки сырья и всех видов энергоресурсов. Эту оценку правильнее произ­ водить с учетом возможных показателей работы домен­ ных или сталеплавильных агрегатов за тот период, ког­ да станет возможным промышленное производство ново­ го вида сырья. По нашему мнению, такой период насту­ пит не ранее как через 10—15 лет. К этому периоду основные показатели работы доменных печей металлур­ гических заводов УССР могут быть приняты следующи­ ми: КИПО— 0,52 м3/т чугуна, расход на 1 тпередельно­ го чугуна скипового кокса — 450 кг, природного газа — 100 мг. В тот период в составе доменных шихт будет 80% агломерата и 20% окисленных окатышей. Расход последних на 1 г чугуна составит 320 кг.

В дальнейших расчетах определения эффективности применения металлизованной шихты в доменных печах принимаем следующие условия:

—оптимальная степень металлизации доменной ших­ ты 30%;

—удельный расход металлизованных окатышей со степенью их металлизации 80% — 500 кг/т чугуна;

—металлизация шихты на каждые 10% снижает удельный расход кокса на 6% и увеличивает произво­ дительность доменных печей на 5%;

—дополнительный расход антрацита на 1 т метал­ лизованных окатышей — 420 кг;

—дополнительный расход электроэнергии на 1 т металлизованных окатышей — ПО квт-ч\

—дополнительные капиталовложения на металлиза­ цию 1 токатышей — 20,2 руб.;

—дополнительные капиталовложения на 1 тчугуна,

сучетом их увеличения на металлизацию шихты, добы­ чу и обогащение дополнительного количества антрацита

114

коксовый орешек — 29,20; коксовый газ — 7,75; доменный газ — 1,45; электроэнергия — 0,01.

На основе принятых величин получим следующие данные, характеризующие эффективность выплавки пере­

Из приведенных данных видно, что применение металлизованной шихты в доменных печах, хотя и снижает значительно удельный расход кокса, однако увеличи­ вает энергоемкость чугуна. Увеличиваются и затраты на топливо и электроэнергию, отнесенные на единицу вы­ плавленного металла. Следовательно, доменная плавка с применением металлизованного железорудного сырья может быть оправдана лишь для районов, не располага­ ющих запасами коксующихся углей, зато имеющих боль­ шие залежи легко добываемых дешевых энергетических углей. А это значит, что в условиях Украинской ССР такой способ применения металлизованных окаты­ шей окажется неприемлемым, поскольку уже в ближай­

шей перспективе в республике резко возрастет дефицит котельно-печного топлива, как это следует из данных ряда исследований [69, 70].

Обоснованность такого вывода подтверждается также неизбежным увеличением народнохозяйственной капита­ лоемкости 1 т чугуна при применении в доменных ших­ тах металлизованного железорудного сырья. В наших расчетах это увеличение составило 8,85 руб./т.

Выплавка чугуна в электропечах. Выплавка чугуна может осуществляться не только в доменных печах. Для этой цели могут быть использованы и электропечи, в ко­ торых, в отличие от доменного процесса, необходимое для восстановления тепло получают путем использования электроэнергии. Топливо в электропечах требуется лишь для самого процесса восстановления, в связи с чем его расход в электроплавке значительно меньше, чем в до­ менной печи. Преимуществом электроплавки является и то, что здесь в качестве восстановителя может приме­ няться не кокс, а более дешевый орешек (фракция 10— 25 мм). В результате уменьшаются энергозатраты на 1 т израсходованного топлива.

Немаловажным показателем, характеризующим пре­ имущества электроплавки по сравнению с доменным про­ цессом, является возможность получения чугуна с мень­ шим содержанием вредных примесей, в частности серы, что обусловлено, с одной стороны, меньшим удельным расходом твердого топлива, а с другой — возможностью создания в печи более высокого нагрева продуктов плав­ ки. Работа электрических печей меньше зависит от фи­ зических свойств сырых материалов, допускает исполь­ зование большего количества рудной мелочи. И, нако­ нец, при электроплавке по сравнению с доменной печью легче получать чугун с заданным содержанием кремния.

Суточная производительность действующих в настоя­ щее время электропечей для выплавки чугуна составляет до 200 г, однако ныне имеются все условия для увели­ чения их мощности до 1000—2000 т/сутки [61].

В современных условиях работы электрических печей при выплавке чугуна с содержанием кремния 1%, при проплавке офлюсованного самоплавкого агломерата, на 1 т чугуна расходуется 105 кг кокса, 280 кг коксика и 15,5 кг электродов. Помимо этого требуется 2050 квт-ч электроэнергии.

116

снижается при этом удельная капиталоемкость чугуна: с 221,3 руб./т на обычной шихте до 158,4 руб./т — при применении металлизованных окатышей. И все же, не­ смотря на это, и этот способ выплавки чугуна при ны­ нешней технологии получения электроэнергии, даже при среднем расходе топлива на 1 квт-ч 355 г у. т., не мо­ жет быть рекомендован для широкого применения в чер­ ной металлургии УССР. Это обусловлено увеличением общего расхода энергоресурсов на 1 т получаемого ме­ талла и дефицитом электроэнергии в республике.

Что касается первого фактора — увеличения расхода энергоресурсов,— то он не вызывает сомнений, поскольку ранее приводились данные о возникновении дефицита топлива в Украинской ССР.

Второй фактор— дефицит электроэнергии. Этот де­ фицит возникает в связи с недостатком топлива и запаса энергии рек на территории Украинской ССР (табл. 52).

Т а б л и ц а 52

ЗАПАСЫ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ РЕК НА ТЕРРИТОРИИ

* По данным Украинское «Гидропроекта»

Из табл. 52 следует, что из общего количества эконо­ мически целесообразной для использования энергии рек в настоящее время используется примерно 50%. Даже при полном использовании мощности рек доля гидро­ энергии в общей выработке электроэнергии на Украине останется весьма малой (не более 4,5%). Поэтому разви­

118

тие ГЭС не может оказать влияния на решение пробле­ мы должного обеспечения народного хозяйства Украин­ ской ССР электроэнергией.

Одним из важных направлений для обеспечения рес­ публики энергоресурсами в перспективе является разви­ тие атомной энергетики, для которой не требуется «клас­ сического» топлива.

Преимущества развития атомной энергетики обуслов­ лены следующими факторами [4]: более высокой эконо­ мичностью атомных электростанций по сравнению с тепловыми; меньшей потребностью в транспортных сред­ ствах; меньшей загазованностью и запыленностью воз­ душного пространства; атомные электростанции легче ав­ томатизировать и, следовательно, ими легче управлять.

На более высокую экономичность атомных электро­ станций по сравнению с тепловыми указывают следую­ щие данные.

В США на АЭС мощностью 3,3 Гвт в Брауне-Ферри только за первые 12 лет эксплуатации (оборудование рассчитано на 35 лет службы) будет получена экономия (по сравнению с тепловой электростанцией такой же мощности) 100 млн. долларов.

На строящейся в ФРГ атомной электростанции мощ­ ностью 1,15 Гвт стоимость электроэнергии будет на 30% ниже, чем на лучших ТЭС, работающих на мазуте, и на 50—60% ниже, чем на таких же станциях, работающих на угле; это обеспечит годовую экономию 15—-20 млн. долларов.

В Великобритании строится атомная электростанция «Хартипул» мощностью 1,25 Гвт. Строительство этой электростанции ведется в центре одного из наиболее рен­ табельных угольных районов страны. И даже в этом слу­ чае стоимость электроэнергии, получаемой на АЭС, будет на 25% ниже, чем на ТЭС, что обеспечит экономию 7,5 млн. долларов в год.

Меньшая потребность в транспортных средствах обус­ ловлена более высокой калорийностью ядерного горюче­ го, в связи с чем для атомной электростанции мощ­ ностью 1000 Мет требуется всего 1000 татомного горю­ чего, тогда как для ТЭС такой же мощности потребность в угле составляет 4 млн. тв год.

По состоянию на начало 1969 г. в промышленно раз­ витых капиталистических и развивающихся странах

119

4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТАЛЛИЗОВАННОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ ПРИ ВЫПЛАВКЕ СТАЛИ

Из рассмотренных в предыдущих разделах материалов следует, что до широкого распространения дешевого бестопливного способа выработки электроэнергии в ус­ ловиях Украинской ССР выплавка чугуна с примене­ нием металлизованного сырья как в доменных, так и в электрических печах будет нереальным мероприяти­ ем, в связи с неизбежным при этом увеличением обще­ го расхода энергоресурсов на единицу получаемого ме­ талла. А поскольку это так, то представляют интерес предложения о применении металлизованного железо­

следовательского института черной металлургии, металлизованные окатыши наиболее выгодно переделывать в дуговых электропечах непосредственно на сталь, ми­ нуя стадию производства и передела чугуна. К такому заключению указанные специалисты пришли после эк­ спериментальной проплавки металлизованных окаты­ шей в доменной печи и в электропечи, причем в элек­ троплавке получали в одних опытах чугун, в других — непосредственно сталь.

Сталь выплавлялась на опытной дуговой печи емко­ стью 6 г, работавшей на шихте, состоящей из 80% ме­ таллизованных окатышей и 20% лома. Степень метал­ лизации окатышей превышала 95%.

При выплавке стали в электропечи в опытах с при­ менением металлизованных окатышей ее производи­ тельность возросла в 1,6 раза по сравнению с работой печи на 100% лома.

Аналогичные результаты получены в опытах, прове­ денных в Канаде,

Для выплавки стали из шихты с участием металли­ зованных окатышей в США, в г. Стерлинге, Иллинойс, фирмой Норту эстерн стил энд уайр в 1969 г. введена в эксплуатацию 225-токная дуговая электропечь и со­ оружается печь емкостью 360 т[209].

В нашей стране, в опытах, проведенных Централь­ ным научно-исследовательским институтом черной ме­

12 2

таллургии совместно с Новотульским металлургическим заводом на 3-тонной дуговой электропечи, установлено [96], что при использовании в шихте губчатого железа постоянного химического состава можно выплавлять сталь заданного состава монопроцессом, минуя стадию получения чугуна. При соответствующей подготовке шихты, улучшении работы печного оборудования и обеспечении содержания углерода в металле по рас­ плавлении 0,2—0,4% показатели плавок на губчатом железе несколько лучше, чем на обычной шихте. Так, при использовании в шихте только одного лома и расхо­ де электроэнергии 900 квт-ч на 1 г жидкой стали сред­

шей со средней степенью металлизации 86,4—92,9% сократил длительность плавки до 4,5 часа и снизил расход электроэнергии до 770 квт-ч/т.

Металлизованные окатыши, содержащие 90% же­ леза и 1,5% никеля, метод производства которых раз­ работан в Канаде, испытаны в промышленных услови­ ях электросталеплавильных цехов ряда заводов США, Западной Европы и Японии в качестве составной части шихты при выплавке электростали различных марок [26]. Всего проведено 65 плавок в печах различной емкости с содержанием в шихте от 10 до 73% ока­ тышей.

Опыты показали, что применение окатышей не тре­ бует внесения существенных изменений в технологию плавки стали. Расход электроэнергии не выше, чем при обычных плавках, а период расплавления несколько короче. Обеспечивается извлечение 100% железа из ока­ тышей.

На возможность применения металлизованных ока­ тышей для выплавки стали не только в электропечах, но и в кислородных конверторах указывают специали­ сты ряда японских металлургических фирм, а также американские специалисты [217], выполнившие соответ­ ствующие эксперименты.

На основании изложенного произведем расчет изме­ нения народнохозяйственной энергоемкости и капитало­ емкости 1 т стали, получаемой в мартеновских печах и кислородных конверторах на обычной шихте и на ших­ те с участием в ней 40% металлизованных окатышей

123