Продукция процессов бездоменной металлургии и эффективность ее применения

Как известно, основным продуктом бездоменной металлургии железа является ГЖ. Вопрос о ценности и назначения этого продукта обсуждается уже долгое время и это обсуждение еще долго будет продолжатся. Представители Технической ассоциации черной металлургии и фирмы Usinor (Франция) путем компьютерного моделирования попытались оценить энергетические, экономические и экологические аспекты применения в металлургии ГЖ, карбида железа, твердого чугуна, скрапа и жидкого чугуна. Согласно их расчетам, сделанном при допущении, что применение ГЖ в электропечи вместо металлолома не оказывает существенного влияния на параметры работы печи (производительность в первую очередь) ГЖ эффективно заменяет металлолом в электропечах при соотношениях их стоимостей примерно 0,76-0,8.

Отрицательным эффектом применения ГЖ в электродуговой печи является снижение производительности в связи с тем, что ГЖ требует более высокого расхода электроэнергии на расплавление металла. Однако подогрев шихты и применение газокислородных горелок элиминирует это повышение. Второй отрицательный эффект ГЭ связан с ограничением использования углеродсодержащих материалов в связи с невозможностью обрабатывать большое количество газов или из-за неконтролируемой вспениваемости шлаков, называемой большими газовыденеиями из ванны. Это делает невозможным использование большого количества ГЖ в электропечах без изменения технологии процесса.

Положительными факторами применения ГЖ является отсутствие в нем цветных металлов и серы и существенное снижение при его применении содержания азота в стали. При увеличении содержания ГЖ в металлошихте электросталеплавильных печей с 0 до 80 % содержание азота в выплавляемой стали уменьшается линейно с 60-80 ppm до 20-40 ppm.

Большим преимуществом производства ГЖ и его использования для производства стали является минимизация выбросов SO2 и NO и парникового газа – СО2. По сравнению с интегрированным заводом выброс СО2 на 1 т горячекатанного листа на мини-заводе с производством ГЖ сокращается в 4 раза: 500кг/т вместо 2000 кг/т.

Экономическая эффективность примения ГЖ при выплавке стали в электропечах зависит от содержания в нем кремнезема и степени металлизации. По данным компьютерного моделирования (для процессов Midrex и HYL), а также по практическим данным завода HSW (Hamburger Stahlwerke Ispat) изменение себестоимости стали на каждый 1 % SiO2 и на каждый 1 % степени металлизации в ГЖ составляет ($/т ГЖ):

+ 1% SiO2 в ГЖ	+ 1% степени металлизации в ГЖ
Midrex +3,0	- (1,5-2,0) в зависимости от стоимости электрожнергии
HYL + 8,55	-2,78
HSW +5,91	-3,2

В расчетах для ГЖ процесса HYL учитывалось влияние кремнезема в ГЖ на производительность электропечи, которое выразилось цифрой 5,61 $/т ГЖ. Остальные данные получены без такого учета.

ГЖ в кислородно-конвертерном производстве может применятся в качестве охлаждающей добавки вместо железной руды. По данным компьютерного моделирования 1 т ГЖ заменяет для этой цели 265 кг железной руды и производительность конвертера при этом увеличивается на 665 кг.

ГЖ рассматривается и как компонент для доменной шихты. Эффективность применения ГЖ (степень металлизации 93%, содержание С – 2,5 %) в доменной печи (по результатам компьютерного моделирования) хорошо демонстрируется данными таблицы.

Показатели доменной плавки при использовании в шихте ГЖ

Показатели плавки	Базовый вариант	Плавка с ГЖ в шихте
Расход ГЖ, кг/т
Расход кокса
Кг/т
т/сутки
Расход дутья, м3/час
Расход кислорода, м3/час
Выход колошникового газа, м3/час
Температура колошникового газа, оС
Производительность т/сутки

Как видно применение ГЖ в доменной плавке в рассмотренных условиях позволило достичь сокращения расхода кокса на 7 % и увеличения производительности печи на 8% при неизвенном суточном расходе кокса, некотором увеличении расхода вдуваемого угля и существенном увеличении расхода кислорода (почти на 6 % в час.).

Следует отметить, что прменение ГЖ довольно широко в практике доменного производства США в случаях необходимости быстрого увеличения производства чугуна. Например, прменеие такого количества ГЖ (металлизованные брикеты) в доменной печи фирмы LTV при одновременном увеличении концентрации кислорода в дутье(в связи с увеличением расхода природного газа и прекращении вдувания мазута) привело к еще большему сокращению расхода кокса и повышению производительности печи см таблица

Показатели работы доменной печи фирмы LTV США

Показатели работы печи	Периоды работы
май	сентябрь
Удельная производительность печи, т/м3 рабочего объема в сутки	2,5	2,9
Удельный расход кокса, кг/т
Расход коксового орешка, кг/т
Расход природного газа, кг/т
Расход мазута кг/т
Расход ГЖ кг/т
Расход дутья, м3/мин
Содержание кислорода в дутье, %	25,3	28,1
Температура дутья, оС
Теоретическая температура горения, оС
Увеличение производительности печи, %
Сокращение расхода кокса, в т.ч. решек, %

Применение значительных количеств (более100кг/т) ГЖ наряду с оборотным скрапом позволяет американским доменщикам при необходимости быстрого наращивания выплавки чугуна достигать значений удельной (т/м3 площади горна в сутки) производительности доменных печей, почти вдвое превышающих средние для большинства интенсивно работающих доменных печей мира значения этой величины (60-70 т/м2 в сутки).

1.13. Современные внедоменные способы производства железа (ста­ли)— одно из перспективных направлений в металлур­гии. Для передела в сталь используют около 80 % всего чугуна. Двухстадийная технология современного стале­плавильного производства: руда→чугун→сталь явля­ется технически несовершенной. С давних времен извест­на принципиально иная технология — получение стали из заранее восстановленного железа. Например, еще в VII—X вв. высококачественную булатную сталь для холодного оружия получали плавкой железа с углерод-содержащими добавками в небольших тиглях. Из много­численных разработанных и опробованных способов восстановления железа из руды некоторые нашли, хотя и ограниченное промышленное применение. Перспек­тивной является металлизация рудных окатышей для использования в производстве стали. Ведутся большие работы по разработке сталеплавильных агрегатов не­прерывного действия.
1.13.1. Альтернативные доменному процессы

В развитых странах до 70 % валового национального продукта (ВНП) составляет продукция, содержащая металлы. Причем доля черных металлов среди конструкционных материалов находится в пределах 90…92 %. Именно поэтому металлургия является базовой отраслью промышленности. Такой она останется и в XXI веке. Прогнозы 60…70-х гг. ХХ века о расширении масштабов замены стали пластмассами, алюминием, композитами, керамикой не оправдались. Реально доля замены сталей альтернативными материалами находится в пределах 2…5 %. Поэтому все возрастающее значение будет приобретать способность материала к повторному использованию - рециклированию, исключающему загрязнение и загромождение окружающей среды. По всем этим параметрам сталь превосходит альтернативные материалы. Количество рециклирования пластмасс не достигает и 10 %, а для таких новых материалов, как композиты, керамика, стекловолокно, пока вообще равно нулю.

Многовековое существование металлургии отягощает ее современный облик устаревшими технологиями, не учитывающими новые экологические требования по защите окружающей среды. Сталь производят на интегрированных заводах из чугуна, используя капиталоемкие кислородные конверторы или мартеновские печи для удаления углерода. В то же время чугун производят из сырья, не содержащего углерода, но при выплавке в домне по условиям технологии происходит его науглероживание.

Производственный цикл выпуска металлопродукции подразделяется на две стадии:

1) получение жидкого металла;

2) обработка стальных заготовок в твердом состоянии при высоких температурах с получением различной металлопродукции.

Пластическая деформация металла на 2-й стадии меньше всего связана с загрязнением окружающей среды и обеспечивается в настоящее время все более совершенным оборудованием.

Более консервативной является стадия получения жидкого металла, основным звеном которой является доменная печь, в которой используется кокс. Коксохимическое производство - один из основных источников загрязнения окружающей среды. Доменная печь требует специальной подготовки к плавке железорудного сырья: измельчения, обогащения, окускования в виде агломерата и окатышей. Все это вынуждает иметь горно-обогатительные комбинаты или производства. Конструкция доменной печи не позволяет осуществлять непрерывный выпуск из нее металла, хотя сам процесс его выплавки происходит непрерывно. Это не благоприятствует разработке непрерывных сталеплавильных процессов.

В последние десятилетия в мировой металлургии наряду с действующими металлургическими интегрированными заводами (заводами с полным циклом) начали строить мини-заводы, использующие для выплавки стали металлолом. Эту тенденцию породили два обстоятельства.

1. Накопление запасов металлолома при переходе от мартеновского к кислородно-конвертерному производству стали, при котором содержание лома в шихте по сравнению с мартеновским процессом ограничено.

Дата добавления: 2014-11-18