Close

Технология производства чугуна: Производство чугуна: оборудование, технология, сырье, производители

Содержание

Альтернативные технологии для производства чугуна

Прямое восстановление (DRI)

Хотя технология доменной плавки является основным процессом для производства чугуна, было разработано несколько других методов производства, и они применяются в промышленном масштабе. Эти технологии «восстановительной плавки» постоянно используют уголь вместо кокса в качестве основного восстановительного агента. В некоторых новых технологиях также заменяются окатыши и агломерат пылевидной мелочью из железной руды.

Чугун производится в доменных печах более 500 лет. В течение этого времени доменные печи превратились в высокоэффективные реакторы. Однако в настоящее время доступны другие технологии, которые стали вызовом для технологии доменного процесса для производства чугуна.

Для доменных печей требуется кокс, а коксовые заводы являются дорогими, и для них имеется много экологических проблем, связанных с их эксплуатацией. Так, было бы полезно с экономической и экологической точки зрения, производить жидкий чугун без использования кокса. Почти на всех доменных печах потребление кокса было уменьшено в заметной степени с помощью вдувания восстановителя в фурмы. Однако никогда нельзя полностью заменить кокс в доменной печи, поскольку кокс как составляющая шихты несет и опорную функцию. Минимальный уровень кокса в доменной печи составляет примерно 260 кг/т жидкого чугуна.

Происходит рост производства стали из лома в электродуговых печах. При производстве стали из лома потребляется значительно меньше энергии, по сравнению с производством стали из железных руд. Проблемы с качеством стали, выплавляемой на основе лома, вводят соответствующие ограничения для конвертерного и электросталеплавильного производства, а использование железа прямого восстановления (DRI) в качестве шихты повышает возможности производства стали в электродуговых печах.

Следует отметить следующие аспекты, которые оказывают давление на технологию производства стали с использованием жидкого чугуна:

  • Экологические аспекты агломерационных установок
  • Экологические и экономические аспекты коксогазового завода
  • Относительная негибкость и масштаб производства жидкого чугуна
  • Возрастающая конкуренция способа производства стали на основе лома и технологии электродугового переплава с DRI.

Но следует признать преимущества технологии доменного производства в отношении возможностей рециклинга и инвестиций.

Вышеупомянутое инициировало улучшение экономических и экологических показателей работы доменной печи, а также и разработку альтернативных способов производства чугуна (или железа).

Два основных типа альтернативного производства железа, которые можно считать апробированными типами альтернативного производства, таковы: прямое восстановление (DR) и восстановительная плавка (SR).

На рисунке ниже приведен обзор прошлых, настоящих и будущих маршрутов производства чугуна и стали.

Прошлые, настоящие и будущие направления альтернативных процессов производства чугуна и стали

Прямое восстановление связано с производством твердого первичного железосодержащего материала из железных руд и восстанавливающего агента (например, природного газа). Твердый продукт, называемый железом прямого восстановления (DRI), применяется главным образом в качестве сырья в электродуговых печах (EAF). Процесс прямого восстановления был запущен в серийное производство с 1970-х годов, и были разработаны различные процессы.

Поскольку не имеется отделения железа от пустой породы в восстановительном агрегате, должны использоваться руды высокого качества или концентраты (содержание железа 68 % и пустой породы – 27 %) для восстановления до металлического железа в твердом состоянии. Температура процесса меньше чем 1000°С. DRI имеет уровень металлизации >92 %, а содержание углерода <2 %. Железо прямого восстановления обычно используется в качестве сырья для EAF.

DRI может иметь высокое содержание пустой породы, и это снижает его ценность в электросталеплавильном производстве, особенно там, где высокие цены за электроэнергию.

Недостатком DRI является то, что оно вызывает пожароопасность. Поэтому DRI можно переплавлять в брикеты, так как железо горячего брикетирования (HBI), так как такой продукт можно хранить и транспортировать на некоторое расстояние.

Первая промышленная установка была построена в конце 1960-х годов. Поскольку для ведущих процессов прямого восстановления требуется дешевый источник природного газа, большая часть установок размещена в регионе высоких месторождений нефти и природного газа, вблизи экватора.

В таблице ниже показана процентная доля производства DRI, относящаяся к мировому производству жидкого чугуна в 1996 и 2006 г.

ГодЕжегодное мировое производство (млн. т)Процентная доля от мирового производства жидкого чугуна
1996/9736,54,4
200659,86,8

Две трети мирового производства DRI в 2006 г. были сконцентрированы в пяти странах: Индии (15 млн. т – на 4 млн. т больше, чем в 2005 г.), Венесуэле (8,6 млн. т), Иране (6,9 млн. т), Мексике (6,2 млн. т) и Саудовской Аравии (3,6 млн. т). Новые установки были сданы в эксплуатацию в Индии, Нигерии, Тринидаде, Саудовской Аравии, Катаре и России. Метод прямого восстановления оказался успешным, особенно в производстве порошков.

Имеющиеся процессы

Процессы DRI можно разделить по типу используемого реактора, а именно:

  • шахтные печи (Midrex®, HyL)
  • вращающиеся печи (процесс SL/RN)
  • печи с вращающимся подом (Fastmet®/Fastmelt®, Inmetco®/Rdelron® и ITmk3®)
  • реакторы с кипящим слоем (Circofer®).

Многие из этих твердофазных процессов используют природный газ и в качестве топлива и восстанавливающего агента (монооксид углерода и водород). Приблизительно 92% DRI производится с помощью использования (реформированного) природного газа в качестве топлива. В небольшом количестве случаев в качестве топлива используется уголь.

В качестве сырья окатыши из железной руды и крупнокусковая руда используются в процессах с шахтными печами (Midrex, HyL), а пылевидная руда и концентраты используются в реакторах с кипящим подом (Circored, Finmet, Iron carbide) или печах с вращающимся подом (Fastmet®, Inmetco®).

Альтернативой DRI является карбид железа (Fe3C). Карбид железа также производится с помощью прямого восстановления, но продукт содержит приблизительно 90 вес.% Fe3C. Содержание карбида является относительно высоким: 6 вес.%, который дает достаточное количество энергии для снижения потребления электроэнергии в EAF. Карбид железа можно использовать в таких же самых применениях как DRI. Первая промышленная установка для производства карбида железа, с производительностью 300 тыс. т в год была сдана в эксплуатацию в 1995 г. в Тринидаде (реальное производство в 1998 г. составило 150 тыс. т/год).

В таблице ниже представлены характеристики серийно выпускаемых типов установок для производства DRI.

Характеристики серийно выпускаемых установок с процессами прямого восстановления

Установки DRI являются приемлемыми в следующих ситуациях:В течение процесса выплавки стали DRI превосходит лом по чистоте и постоянству состава, но эти выгоды достаются за более высокую цену.

  • Когда не хватает лома надлежащего качества, таким образом, вызывая ухудшение качества производимой стали, и возникает необходимость в добавлении восстановленного железа для повышения качества сырья
  • На мини заводах, построенных в регионах, в которых поставки источников железа, таких как лом, затруднены, или в которых строительство металлургических заводов с полным циклом, с доменной печью не являются необходимым с точки зрения масштаба спроса, и в данном случае восстановленное железо можно использовать как основной сырьевой материал
  • В доменных печах, в которых требуется повышенная производительность по выходу жидкого чугуна.

Экологические аспекты DRI

Основной выгодой установки прямого восстановления по сравнению с доменной печью является то, что в этих установках используется природный газ или уголь в качестве топлива. Поэтому коксогазовый завод больше не нужен, и значительно снижаются выбросы. Воздействия на окружающую среду установки прямого восстановления очень ограниченные. Имеется мало выбросов пыли, которые легко отводятся. Потребность в воде низкая, и воду можно в значительной степени возвращать в цикл. Кроме того, на установках прямого восстановления на основе метана образуется намного меньше СО2, чем в установках на основе угля.

Однако в DRI содержится некоторое количество пустой породы (3–6 %), и это приводит к росту потребления энергии EAF с ростом потребления DRI. Это можно частично компенсировать с помощью горячего посада DRI. Технология ITmk3 предусматривает, что поскольку часть физического тепла отходящих газов утилизируется с подачей тепла для подогрева воздуха, оцененные выбросы СО2 для этой технологии будут на 20 – 25% ниже, чем для технологии доменная печь + кислородный конвертер.

Восстановительная плавка (SR)

Восстановительная плавка (SR) связана с производством жидкого металла из руды без кокса. В процессе SR используется две установки: в первой установке руда нагревается и восстанавливается газами, образуемыми во второй установке, которая является плавильной печью – газификатором, в которую поставляются уголь и кислород. Затем частично восстановленная руда плавится во второй установке, а жидкий расплавленный чугун или (в некоторых случаях) жидкая сталь образуется во второй установке. Технология плавления – восстановления дает возможность использовать широкий диапазон углей для производства чугуна.

Процессы Corex® и Finex®

Примеры этой технологии включают процессы Corex® и Finex®, которые работают в промышленном масштабе.

Процесс Corex является двух стадийным процессом: в первой стадии железная руда восстанавливается до губчатого железа в шахтной печи с помощью восстановительного газа; на второй стадии восстановленное железо плавится в плавильной печи – газификаторе. Восстановительный газ (СО и Н2), который используется в восстановительной шахте поступает в результате газификации угля с помощью кислорода, образует неподвижный/кипящий слой в плавильной печи – газификаторе. Частичное сжигание угля в плавильной печи – газификаторе приводит к образованию тепла к расплаву восстановительного железа. Расплавленный чугун и шлак сливаются на поду с помощью обычной процедуры выпуска, сходной с той процедурой, которая используется при работе доменной печи.

Вследствие разделения восстановленного железа и плавления железа/газификации угля в две стадии достигается высокая степень гибкости, и может использоваться широкий набор углей. Процесс проектируется для выполнения при повышенном давлении до 5 бар. Загрузка угля и железной руды производится с помощью системы шлюзового бункера.

Восстановительный газ содержит порядка 65–70% СО, 20–25% Н2 и 2–4% СО2. После того как горячие газы покидают плавильную печь – газификатор, он смешивается с охлаждающим газом для регулирования температуры примерно на уровне 850°С. Затем газ очищается в горячем циклоне и направляется в шахтную печь в качестве восстановительного газа. Когда газ покидает шахтную печь, он все еще имеет высокую теплотворную способность и может использоваться для внешнего потребителя, когда существуют такие возможности. Теплотворная способность этого газа оценивается в 7,5 МДж/нм3 в случае использования обычного энергетического угля (28,5% летучих веществ), но угли другого типа могут дать другую теплотворную способность такому газу.

Дальнейшим развитием процесса Corex стал процесс Finex, разработанный совместно немецкой компанией Siemens VAI и корейской металлургической компанией Posco. Основное различие между технологиями Corex и Finex состоит в том, что во второй технологии можно непосредственно использовать пылевидную руду. В процессе Finex четырехступенчатая система с кипящим слоем расположена до плавильной печи – газификатора. После восстановления пылевидной руды в кипящем слое она уплотняется в горячем состоянии перед выгрузкой в плавильную печь – газификатор.

Достигаемые экологические выгоды

В процессе Corex в качестве источника энергии используется уголь. Поэтому предотвращаются выбросы из коксовой печи. Все высшие углеводороды, которые выделяются из угля, подвергаются крекингу с образованием СО и Н2 в плавильной печи – газификаторе. Поэтому не образуются побочные продукты типа смолы, фенола, ВТХ, РАН и т.д.

Сера, поступающая с углем в процесс, в значительной степени абсорбируется в шахтной печи DRI и кальцинированными добавками и впоследствии направляется в плавильную печь – газификатор. Здесь большая часть серы переходит в жидкий шлак как в случае доменного процесса и становится безвредной для окружающей среды. Количество серы, улавливаемой в процессе Corex газом и водой (2–3% от общего поступления серы) намного ниже, чем в случае традиционной технологии коксовая печь/агломерационная установка/доменная печь (20–30%). Газ, поставляемый стороннему потребителю, содержит 10 – 70 частей на млн. H2S, в зависимости от типа используемого угля и рабочих условий. Так как кислород используется вместо воздуха для газификации коксового остатка, не происходит значительного образования NOx и цианидов (CN). Потребность в использовании кислорода приводит к значительной общей потребности в энергии.

Выбросы пыли от процесса Corex значительно ниже, чем при традиционном доменном процессе. Предотвращаются все выбросы пыли в коксовой печи. Содержание пыли в газе для сторонних потребителей меньше 5 мг/нм3. Большая часть пыли, которая улавливается в системе газоочистки, подвергается рециклингу с возвращением в процесс.

Некоторые эксплуатационные параметры установки компании Iscor (в настоящее время Mittal Steel South Africa) приведены в таблице ниже.

Важные эксплуатационные данные установки с процессом Corex компании Iscor’s Pretoria Works, Южная Африка (выведена из эксплуатации и демонтирована в 1998 году)

Взаимодействия между средами

Восстановительный газ из плавильной печи – газификатора очищается в циклонах. Пыль из этих циклонов можно возвращать в плавильную печь – газификатор. Колошниковый газ из шахтной печи и охлаждаемый газ (для охлаждения восстановительного газа) очищаются в скрубберах, и, поэтому, образуется шлам. Шлам в основном можно подвергнуть рециклингу в плавильной печи – газификаторе после грануляции или поставлять в химическую промышленность. Небольшая часть (не определенная количественно) может депонироваться.

Процесс Corex отличается высоким удельным потреблением угля и относительно большим расходом отходящих газов, с теплотворной способностью, от средней до высокой Использование таких отходящих газов в качестве источника энергии в значительной степени определяет энергетическую эффективность процесса. Охлаждающая вода поставляется в замкнутый цикл.

Сообщаются данные о капитальных затратах: 195 евро за тонну жидкого металла. В данном примере осуществлен перевод тогдашнего валютного курса в ЭКЮ, а затем в евро.

После того как установка Corex была успешно пущена в эксплуатацию в 1995 г. компанией Posco на заводе Pohang Works в Южной Корее, она была подвергнута реконструкции с переходом на конфигурацию процесса Finex, с производительностью 600 тыс. т/год в 2003 г. На этой установке четырехстадийная система с кипящим слоем была расположена до плавильной печи – газификатора. После восстановления пылевидной руды в кипящем слое эта мелочь уплотняется в горячем состоянии перед загрузкой в плавильную печь – газификатор. Вторая установка с годовой производительностью 1,5 млн. т была пущена в эксплуатацию на том же заводе в апреле 2007 г.

К концу 2007 г. в эксплуатации находилось 6 установок типа Corex и 2 — типа Finex, с общей производительностью 7,45 млн. т жидкого металла (таблица ниже).

Общее представление об установках Corex и Finex

Еще одним примером восстановительной плавки является технология Primus®, в которой используется двухстадийный процесс. Эта технология представляет собой сочетание многоподовой печи (MHF), предназначенной для сушки, нагрева и начала восстановления, за которой установлена электродуговая печь (EAF), в которой происходит полное восстановление железа, и получается жидкий металл, образуется шлак, а завершением процесса является восстановление цинка. Эта технология дает возможность перерабатывать типичные остатки от выплавки чугуна и стали, которые обычно не подвергаются рециклингу на существующих установках, такого типа как пыль с EAF, шлам доменных печей, шлам сталеплавильного производства и промасленная прокатная окалина.

Процессы в стадии разработки

Следующие процессы восстановительной плавки находятся в завершающей стадии разработки, и кратко описаны в этом подразделе:

  • HIsmelt
  • Прямое восстановление железной руды (DIOS)
  • AISI-DOE/CCF
  • ROMELT

В таблице ниже подытожены характеристики этих процессов. Краткое описание этих процессов будет приведено далее.

Характеристики процессов восстановительной плавки, находящиеся в стадии разработки

HIsmelt

В этом процессе руда, уголь и флюсы вдуваются в ванну с расплавом чугуна с помощью восьми фурм, из которых четыре используются для вдувания холодного угля и извести, а четыре служат для вдувания руды и доломита (5 %) в условиях температуры 600–700°С. Руда быстро восстанавливается и плавится непосредственно в расплавленной ванне. Горячее дутье (1200–1250°С) с содержанием кислорода 35 % вдувается через центральную фурму через шлак, вызывая образование СО и Н2 в отходящих газах после сжигания. Обычно требуется ванна из жидкого металла для начала процесса. Выпуск горячего чугуна происходит непрерывно с помощью копильника, в то время как выпуск шлака проводится партиями через каждые 2-3 часа с помощью шлаковой летки.

SR в процессе HIsmelt дает в результате более низкое содержание кремния, которое составляет менее 0,01 %, а также более низкое содержание фосфора, менее 0,02 % в расплавленном металле.

Установка HIsmelt была пущена в эксплуатацию в г. Квинана, Западная Австралия корпорацией HIsmelt. Эта установка спроектирована на годовую производительность 800 тыс. т жидкого чугуна.

По сравнению с процессом в доменной печи предсказывается экономия топлива в 10 %. Кроме того, нет больше необходимости в установке для предварительной подготовки железной руды (установка для получения окатышей, агломерационная установка) и коксовой печи. В отличие от других процессов восстановительного плавления необходимо горячее дутье. Это, вероятно, будет оказывать влияние на выбросы NOx, что негативно сказывается на процессе.

DIOS

Процесс непосредственной плавки железной руды (DIOS) состоит из трех вспомогательных процессов: печи предварительного восстановления с псевдоожиженным слоем (PRF) для предварительного восстановления железной руды, печи для реформинга газа (GRF) для смешения угольного порошка с газом и печи восстановительного плавления (SRF) для дальнейшего восстановления и плавления железной руды.

Кислород для сжигания вдувается в верхнюю часть SRF. Образующийся монооксид углерода (СО) используется для предварительного восстановления железной руды в PRF. Азот вдувается через дно SRF для перемешивания шлака в печи.

Пилотная установка компании NKK на заводе Keihin Works, Япония, находится в работе с 1994 г., производя примерно 500 т чугуна в день.

Ожидается, что потребление энергии в процессе DIOS должно быть на 5–10 % ниже, по сравнению с маршрутом доменной печи. Кроме того, больше не требуется установка для предварительной переработки железа (установка для получения окатышей, агломерационная установка) и коксовой печи.

AISI-DOE/CCF

Проект AISI-DOE (Американский институт черной металлургии и Министерство энергетики США) и проект печи циклон – конвертер (CCF) начались как два отдельных проекта.

Проект AISI-DOE был совместным научно-исследовательским проектом прямого восстановления с получением чугуна рядом американский университетов и американский и канадских компаний в секторе производства стали. Координатором проекта был Американский институт черной металлургии, а спонсором Министерство энергетики США. Цель проекта состояла в производстве стали из предварительно восстановленной железной руды и угля в вертикальном плавильном устройстве подового типа. Разработка этого плавильного устройства стала самой важной частью проекта.

Проект CCF был совместной инициативой компании Corus, Эймейден, Нидерланды, и сталелитейного завода Ilva, Италия. Самой важной частью проекта стала разработка циклонного реактора. В циклоне железная руда предварительно восстанавливается и плавится. Расплавленная смесь падает в нижнюю часть реактора, где завершается восстановление. Топливо представляет собой зернистый уголь, который вдувается вместе с кислородом в нижнюю часть реактора.

Высокая рабочая температура в циклонном реакторе и тот факт, что он может работать с высоким уровнем примесей из расплавленной ванны, делает возможной прямую связь предварительного восстановления и стадий конечного восстановления. Объединение двух стадий означает, что эффективная передача тепла не имеет решающего значения, так как не имеется охлаждения между стадиями. Тот факт, что как предварительное восстановление, так и конечное восстановление имеют место в одном реакторе, представляет важное различие между CCF и другими существующими установками для восстановительного плавления.

Проект CCF сконцентрирован главным образом на разработке циклонного реактора.

В 1995 г. обе стороны поняли возможность объединения своих технологий. При таком объединении можно реализовать пилотную установку восстановительного плавления.

Проект AISI-DOE был проверен в ряде испытаний, но пилотная установка не была сдана в эксплуатацию. Проект CCF был испытан в масштабе пилотной установке, с производительностью 20 т/ч.

Так как не требуются коксовая печь, агломерационная установка или установка для получения окатышей, можно ожидать заметного снижения выбросов. Потребление энергии на тонну стали должно быть ниже. Кроме того, можно получить энергию из отходящих газов, которые выходят из циклона при 1800°С.

ROMELT

Процесс ROMELT (РОМЕЛТ) – процесс, разработанный в Московском институте стали и сплавов под руководством проф. В.В. Роменца. Он сходен с другими плавильными процессами в печах подового типа, но в нем не используется предварительное восстановление. В процессе используется руда и отходы оксидов. Сообщается, что потребление угля составляет 900–1200 кг/т.

На пилотной установке на Новолипецком металлургическом заводе с производительностью 500 – 1000 т/сутки произведено 300000 т чугуна в год.

Так как не требуется коксовая печь, аглофабрика или установка для получения окатышей, можно ожидать значительного снижения выбросов по сравнению с обычной технологией выплавки чугуна. Потребление энергии на тонну жидкого металла также должно быть ниже.

Процесс РLASMAMELT

В процессах восстановительной плавки на основе плазмы реакции имеют место в заполненной коксом шахтной печи с фурмами, расположенными симметрично вокруг нижней части печи. Шахта полностью заполняется коксом. Плазменные генераторы и оборудование для вдувания оксидов металлов, смешанных со шлакообразующим материалом и, возможно, восстановителями, прикреплены к фурмам. Перед каждой фурмой внутри столба кокса образуется полость, в которой происходит восстановление и плавление. Через регулярные интервалы образующиеся шлак и металл выпускаются с пода шахтной печи.

В случае плавления железной руды можно использовать отходящие газы из печи, состоящие главным образом из монооксида углерода и водорода, для предварительного восстановления руды. В других применениях процесса, таких как утилизация легированных металлов из пыли рукавных фильтров, образующийся газ утилизируется как топливный газ. Если в сырьевом материале содержатся металлы с высоким давлением паров, например цинк и свинец, эти металлы покидают печь с отходящими газами, которые затем проходят через конденсатор, в котором металлы утилизируются из газа.

Процесс AUSMELT

Процесс Ausmelt был разработан компанией Ausmelt Ltd. Австралия. Кусковая руда или рудная мелочь непрерывно подается в конвертер вместе с кусковым углем и флюсом. Угольная мелочь, кислород и воздух вдуваются, что позволяет проводить погружное сжигание. Степень окисления и восстановление контролируются с помощью корректировки соотношения воздуха к топливу, а также доли угольной мелочи, вдуваемой через фурму. Все реакции завершаются в одном реакторе.

Сравнение обычной технологии плавки в доменной печи с прямым восстановлением и восстановительной плавкой

Основные заявляемые экологические выгоды для прямого восстановления (DR) и восстановительной плавки (SR) связаны с тем, что эти процессы можно осуществлять без кокса или агломерата. Эти процессы могут помочь предотвратить использование необязательных коксовальных печей и агломерационных машин, которые потенциально оказывают значительное воздействие на окружающую среду.

Выбросы от восстановительных установок обычно бывают низкими, а концентрация твердых частиц в выбросах в окружающий воздух после очистки составляют порядка 10 мг/нм3. Очистка обычно проводится с использованием мокрой технологии, которая приводит к потоку сточных вод, хотя можно попытаться провести рециклинг этой воды или перейти к сухой очистке. Если процессы DR или SR связаны с использованием окатышей на основе железа или агломерата, тогда выбросы, связанные с переработкой этих материалов, также следует рассмотреть при сравнении экологических показателей различных процессов выплавки чугуна.

Традиционная доменная плавка

(Коксовая печь, агломерационная установка, доменная печь)

Масштаб производства

Давно устоявшиеся, обладающие высокой и ресурсной эффективностью технологические агрегаты с производительностью по горячему чугуну от 2 до 4,77 млн. т/год и больше. До сих пор это основная технология для производства чугуна, на которую приходится 95 % мирового производства чугуна.

Исходное сырье

Уголь

  • Для производства кокса требуются коксующиеся угли
  • Требуются коксовая мелочь и антрацит (когда используется)
  • Уголь для вдувания в доменную печь (могут быть не коксующиеся угли)

Вдуваемое топливо в доменную печь.

Помимо угля, нефтепродукты (например, отработанные масла), природный газ и пластмассы вдуваются в доменную печь.

Металлическая часть — широкий диапазон сырья различного качества и технических условий может использоваться.

Потребность в энергии

Обычно 17 – 18 ГДж/т жидкого чугуна (меньше газа, пара и углеродные кредиты на выброс диоксида углерода)

Качество продукта

Стабильное и надежное качество.

Экологические показатели

Выбросы в окружающую среду включают пыль, ЛОС, РАН и различные органические химикаты из коксовых печей. На агломерационных установках выделяются SO2, NOx, пыль, ЛОС, РСВ, PCDD/F и РАН, в то время как в случае доменных печей происходят выбросы пыли и SO2 от литейного двора. В процессе используется также большое количество воды. Однако в процессе предусматриваются возможности для рециклинга различных твердых отходов/побочных продуктов, которые не должны быть во многих процессах DRI. Способность к десульфуризации доменной печи также дает возможность использовать топлива и восстановители с повышенным содержанием серы экологически безвредными способами.

Доменный шлак можно использовать для дорожного строительства или гранулировать для изготовления цемента. Побочные продукты должны иметь экологические преимущества, так как при этом снижается потребность в первичных наполнителях. Важно напомнить, что традиционный доменный процесс предусматривает возможности для рециклинга и размещения железосодержащих материалов, отфильтрованных осадков и масел от последующего производства стали по технологической цепочке, которые могут не появляться во многих восстановительных процессах. Традиционная технология также дает возможность использования широкого набора сырья и восстановителей различного качества.

Затраты на установку (ориентировочные)

1150 млн. евро за 3,3 млн. т /год (включая затраты на агломерационную установку и коксовые печи).

Прямое восстановление (DR)

Масштаб производства

На процессы на основе газа из установленных DR приходится большая часть мощностей во всем мире, и 63% этих мощностей используют технологию MIDREX. Такие процессы в настоящее время имеют максимальную производительность одного агрегата 1,76 млн. т/год. DRI обычно используется как замена лома для EAF. Процессы DRI отличаются относительно низкой производительностью по сравнению с доменными печами, и обычно они устанавливаются, используя преимущества местных факторов, таких как очень низкие затраты на энергию и (или) железную руду.

Исходное сырье

Уголь (когда используется для меньшинства процессов) — широкий диапазон твердых топлив от антрацита до бурого угля, включая древесный уголь (вращающиеся печи).

Газ — содержание серы в газе должно быть низким для предотвращения отравления катализатора реформера и достижения высокого качества продукта.

Металлическая часть — так как в процессе не происходит изменение физического состава, требуются окатыши и кусковая руда высокого качества.

Потребность в энергии

Обычно 10,5 – 14,5 ГДж/т твердого DRI (на основе газа) из предположения 100% использования крупной руды (требуется дополнительная энергия для плавления и окатышей, если они используются).

Качество продукта

У продукта имеется склонность к повторному окислению, если только не проводится пассивирование или брикетирование. Качество в значительной степени зависит от качества шихты.

Экологические показатели

Так как в большинстве DR процессов используются железорудные окатыши, на окружающую среду воздействуют выбросы от процесса получения окатышей, которые следует учитывать. В продукте DRI обычно содержится 2-4% пустой породы, и требуется дополнительная энергия для переработки, и следует учитывать дополнительные выбросы в окружающую среду. Выделяемая пыль сходна с той пылью, которая характерна для доменной печи, так как сырьевые материалы просеиваются перед переработкой. Имеется необходимость в обеспечении экологически удовлетворительного маршрута для утилизации рудной мелочи, если DRI является заменой традиционной выплавки чугуна. Оксиды азота выделяются на стадии реформинга газа. В самых успешных процессах DR используется природный газ, хотя уголь остается самым крупным источником энергии, доступным для человека.

С точки зрения устойчивого развития следует учитывать, что газ должен быть в резерве для производства продуктов высокого качества. Распределение с коксовальными печами предотвращает выбросы в воздух пыли и ЛОС от печей и различных органических химикатов от установок для переработки побочных продуктов. Выбросы от процессов рафинирования коксохимического производства в виде нефтепродуктов и смол также должны быть исключены.

Кроме того, используются большие количества воды в процессе, которую необходимо экономить. При исключении агломерационных установок снижаются выбросы в воздух металлической/не металлической пыли и газообразных загрязнителей, таких как диоксид серы. Большая часть доменных печей в настоящее время имеет литейный двор с улавливанием дыма и бесконусные системы загрузки, и их экологические показатели должны быть, поэтому, сопоставимы с выбросами от восстановительных установок с эквивалентными системами.

Взаимодействия между средами

Так как в DR не происходит изменения физического состояния или отделения химических примесей, качество продукта полностью зависит от качества сырья. Производимое DRI не может иметь эквивалентное качество качеству чугуна в доменных печах, если используется сырье низкого качества. Для учета экологических целей, необходимо, чтобы DRI было в расплавленном виде для непосредственного сравнения с чугуном из доменной печи. Потребность в дополнительной энергии и выбросы, связанные с этим изменением физического состояния необходимо учитывать.

Затраты на установку (ориентировочные)

210 млн. евро за 1,36 млн. т/ год (предполагая доступность подходящих окатышей или кусковой руды).

Восстановительная плавка (SR)

Масштаб производства

SR менее распространена. Только процесс Corex/Finex коммерциализирован. В настоящее время установленная производственная мощность составляет около 7,45 млн. т/год (8 объектов).

Исходное сырье

Уголь — не коксующиеся угли, требования к техническим условиям более гибкие, чем для доменного процесса

Металлическая часть — кусковая руда и рудная мелочь, агломерат или окатыши

Кислород — требуются большие количества кислорода для процесса Corex (с соответствующими энергетическими последствиями)

Потребность в энергии

Трудно количественно определить эффективность процесса, и она зависит от кредита, предоставляемого для экспортируемой энергии или производства большего количества DRI c помощью процессов DRI на основе газа

Качество продукта

Идентично чугуну из доменной печи.

Экологические показатели

При рассмотрении процессов восстановительной плавки следует иметь в виду большие объемы колошниковых газов, образующихся в процессе Corex, и что эффективность использования энергии будет низкой, если только отходящие газы не будут использоваться для производства энергии или большего количества губчатого железа.

В некоторых процессах SR требуется утилизировать большие количества отходящих газов. Кроме того, потребности в энергии для SR и выбросы СО2, чем в случае доменной печи. Имеется необходимость в обеспечении экологически благоприятного пути для утилизации мелких фракций, если SR используется для замены традиционного доменного процесса.

Взаимодействия между средами

Потребления угля и потребность в кислороде выше, чем для доменной печи, и выбросы диоксида углерода значительно выше. Следует учитывать оксиды азота от реформинга газа как для SR, так и для DR.

Затраты на установку (ориентировочные)

240 млн. евро за 0,6 млн. т/год (включая затраты на кислородный блок и предполагая работу с кусковой рудой).

Производство чугуна | Металлургический портал MetalSpace.ru

В Германии чугун и нерафинированную сталь получают посредством конкурирующих процессов на нескольких металлургических заводах с полным циклом, использующих доменные печи и основные кислородные конвертеры.

Растущее в полном соответствии со спросом производство чугуна служит основой увеличения мирового потребления стали. В этом контексте доменный процесс останется ведущим технологическим процессом восстановления железа из руды. В Германии чугун и нерафинированную сталь получают посредством конкурирующих процессов на нескольких металлургических заводах с полным циклом, использующих доменные печи и основные кислородные конвертеры. По уровню технологии и оборудования эти заводы являются ведущими в мире. В рамках иследовательских программ осваивается доменный процесс с кислородным дутьем, который – в сочетании с системами улавливания и хранения СО2 (CCS) – позволит существенно уменьшить выбросы СО2. С помощью процессов прямого восстановления железа из железной руды получают твердое железо прямого восстановления (DRI) без использования кокса. DRI используют главным образом в качестве сырья для электросталеплавильных печей. Большую часть DRI получают посредством газофазных процессов, особенно в тех регионах, где имеется недорогой природный газ. Цель твердофазных процессов прямого восстановления (основанных на применении угля) – получение жидкого чугуна без использования кокса или с очень малым его расходом. Из числа различных вариантов подобных технологических процессов наиболее широкое распространение в промышленных масштабах получили процессы Corex и Finex. В то время как в процессе Corex используют в качестве шихты кусковую руду, процесс Finеx может работать на руде мелких фракций. Оба эти процесса требуют применения технологии CCS для существенного уменьшения выбросов СО

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({}); 2 в атмосферу.

Благодаря возможностям регулирования в широком диапазоне специфических свойств, благоприятному соотношению затрат и достигаемых с их помощью преимуществ, а также учитывая способность к рециклингу, сталь является базовым материалом и основой устойчивого развития современного индустриального общества. Сталь широко применяется во всех ключевых отраслях промышленности, в первую очередь – в общем машиностроении и приборостроении, мостостроении, строительстве, энергетике, транспорте и упаковке.

Важная роль доменного процесса

Доменный процесс и его предшественники обычно считаются родоначальниками черной металлургии. Это мнение утвердилось потому, что до начала использования металлолома в качестве шихтового материала в сталеплавильном производстве в основе всего металлургического процесса лежало восстановление железа из железной руды. Соотношение объемов производства жидкого чугуна и нерафинированной стали в мире и Германии наглядно свидетельствует о том, что до начала ХХ века сталь практически полностью получали из восстановленной железной руды (рис. 1). Снижение этого соотношения в первые 40 лет XX столетия было вызвано возрастающей долей повторного использования (рециклинга) стального лома. Однако начиная с 1940 г. соотношение выплавленного чугуна к нерафинированной стали остается практически постоянным. С тех пор растущая мировая потребность в стали удовлетворялась путем соответственного увеличения объема выплавляемого чугуна. Беспокойство, вызванное зависимостью доменного процесса от кокса, привело к появлению в 1960-х годах разработок альтернативных процессов восстановления железа из руды. В зависимости от получаемого продукта – жидкого чугуна или железа прямого восстановления (DRI) – эти процессы объединились под названиями «жидкофазное восстановление» (восстановительная плавка) или «прямое восстановление».

Рис. 1. Производство жидкого чугуна и нерафинированной стали в мире и Германии

В Германии в 2008 г. 31,2 млн.т нерафинированной стали (68 % общего объема производства) были выплавлены по технологической схеме «доменная печь – кислородный конвертер», а 14,6 млн.т – в электродуговых печах.

Производство чугуна в Германии

Реструктуризация черной металлургии. Увеличение размеров доменных печей, начавшееся в 1960-х годах, привело к фундаментальной реструктуризации черной металургии Германии (рис. 2) [1].

Рис. 2. Число действующих доменных печей и средняя годовая производительность одной печи в Германии

Для сравнения рассмотрим следующие показатели. В 1960 г. в Западной Германии в 129 доменных печах, входивших в состав 38 цехов, расположенных в 30 городах, было выплавлено 25,7 млн.т чугуна (рис. 3). Такому объему производства соответствовала средняя годовая производительность одной печи, равная 0,2 млн.т чугуна. В Германской Демократической Республике (ГДР) в восьми печах было выплавлено 2 млн.т чугуна. В 1974 г., когда наблюдался экономический подъем, в 78 доменных печах, действовавших в Западной Германии, выплавили 40 млн.т чугуна; средняя годовая производительность одной печи составила 0,5 млн.т. Для сравнения можно упомянуть, что в 2004 г. производительность каждой из 16 действующих доменных печей составила в среднем 2,1 млн.т, что означает рост на 950 % по сравнению с 1960 г. и на 320 % по сравнению с 1974 г. Такой прогресс является результатом не только увеличения размеров доменных печей, но и повышением их удельной производительности.

Рис. 3. Расположение доменных цехов в Германии в 1960 г.

В 1985 г. (в год 125-летия Института стали Общества немецких металлургов) в Западной Германии эксплуатировалось 26 доменных печей на 13 заводах (рис. 4).

Рис. 4. Расположение доменных печей в Германии в 1985 г.

В ГДР чугун выплавляли в шести доменных печах в Айзенхюттенштадте и двух доменных печах в Унтервелленборне.

Современное состояние. На рис. 5 показаны 15 доменных печей, находящихся в эксплуатации на семи заводах Германии в 2008 г. Центром производства чугуна в Германии является Дуйсбург с шестью доменными печами, выплавляющими 15,4 млн. т чугуна. Три доменные печи работают в Зальцгиттере и по две печи – в Диллингене, Бремене и Айзенхюттенштадте. Таким образом, в настоящее время Германия располагает несколькими высокоэффективными заводами с полным металлургическим циклом, на которых выплавляют нерафинированную сталь по конкурентоспособной технологии с использованием доменных печей и другого современного оборудования. Такая концентрация производства сопровождается постоянным совершенствованием технологии и оборудования с целью изыскания возможностей гибкого реагирования на колебания экономической ситуации.

Рис. 5. Расположение доменных печей в Германии в 2008 г.

Поставки руды, кокса и угля

Импорт железной руды

Импорт железной руды для немецкой черной металлургии резко изменился за последние десятилетия (рис. 6). Так, в 1970 г. основным поставщиком железной руды с объемом поставок 1,6 млн.т была шведская фирма LKAB. Кроме того, 8,2 млн.т импортировали из Либерии и 6,3 млн.т поступало из Бразилии. Вследствие гражданской войны в Либерии добыча руды была остановлена, и в 1990 г. рудники со всем оборудованием были закрыты [2]. К 2008 г. распределение импорта железной руды между странами-импортерами резко сместилось в сторону Бразилии, на долю которой приходится 53,7 %, или 22,5 млн. т, далее следуют Канада и Швеция.

Рис. 6. Распределение импорта железной руды в черную металлургию Германии по странам-импортерам в 1970-2008 гг.

Импорт кокса и угля

На протяжении 30 лет немецкая черная металлургия была вынуждена, в соответствии с конвенцией CenturyTreaty, заключенной в 1969 г. с германской угледобывающей фирмой Ruhrkohle, использовать исключительно уголь и кокс собственного производства. Только в начале 1990-х годов, по мере приближения срока окончания действия этого соглашения, ситуация начала меняться, а после 1999 г. немецкая черная металлургия начала постепенно повышать долю импортируемого кокса, коксующегося угля и угля для вдувания, доведя ее до 80 % и выше [3]. В дополнение к коксу, произведенному на собственных коксохимических предприятиях, металлургические заводы Германии в 2008 г. импортировали 3,3 млн.т из-за рубежа, присоединив этот импорт к 2 млн.т кокса, произведенного немецкой угледобывающей компанией RAGDeutscheSteinkohleAG (рис. 7) [1, 4]. Основными экспортерами кокса в Германию являются Польша (33,7 %), Франция (22,7 %), Испания (21,7 %) и Китай (16,7 %). Общий объем импорта коксующегося угля и угля для вдувания в 2008 г. составил 9,2 млн.т, причем основными странами-экспортерами угля были Австралия, США и Канада.

Рис. 7. Импорт угля и кокса для германской черной металлургии в 2008 г. из различных стран

Производство кокса в Германии

Производство кокса в Германии непрерывно сокращалось примерно с 40 млн.т в 1970 г., которые были произведены на 46 коксохимических предприятиях, до 8,26 млн.т в 2008 г., полученных только на пяти коксохимических заводах (рис. 8) [4]. Эту тенденцию можно объяснить, с одной стороны, сокращением потребления кокса в доменных печах в результате мероприятий по оптимизации и совершенствованию процесса, а с другой – потерей прочих рынков сбыта кокса. Особенно пострадали в этой ситуации коксохимические предприятия, принадлежавшие угледобывающим компаниям. Начиная с 1993 г. потребление кокса в доменных цехах и на агломерационных фабриках Германии превышало объем его производства в стране. С этого времени дефицит кокса покрывался поставками с мирового рынка.

Рис. 8. Производство и потребление кокса в Германии

Коксохимические цехи

Из пяти коксохимических цехов, действующих в Германии (рис. 9), цехи заводов, принадлежащих фирмам Pruna Schwelgern, Hьttenwerke Krupp Mannesmann (HKM), Zentralkokerei Saar (ZKS) и Salzgitter подключены к газораспределительным системам металлургических заводов с полным циклом [5]. Коксохимический цех Prosper компании RAG Deutsche Steinkohle имеет островную планировку и не связан с газопроводами металлургических заводов. Избыточный коксовый газ поставляется внешним потребителям. Коксохимический цех в Швельгерне, введенный в эксплуатацию в 2003 г., является наиболее современным цехом и производит 2,7 млн.т кокса/год в 140 коксовых печах [6]. Объем каждой камеры коксования достигает 93 м

3, что является наивысшим в мире параметром. В 2008 г. эти пять коксохимических цехов обеспечивали около 75 % потребности немецкой черной металлургии в коксе.

Рис. 9. Расположение коксохимических заводов в Германии

Эволюция технологии доменного процесса

Диаметр горна и рабочий объем

В 1960 г. крупнейшие доменные печи производили около 2 тыс.т/сут. чугуна и имели горны диаметром 9 м, а рабочие объемы около 1400 м3 (рис. 10). Доменная печь Швельгерн-1, введенная в эксплуатацию в 1973 г., имела диаметр горна 14 м, а ее суточная производительность составляла 11 тыс. т чугуна [7]. В 1993 г. фирма ThyssenKruppSteel ввела в эксплуатацию доменную печь Швельгерн-2 (крупнейшую в то время в Западной Европе) с диамет ром горна 14,9 м, рабочим объемом 4769 м3 и производительностью 13 тыс.т/сут, или 4,3 млн.т/год чугуна [8]. Лишь немногие доменные печи в мире имеют годовую производительность, превышающую 4 млн.т чугуна. В их число входят доменные печи Кимицу-3, Оита-1 и Оита-2 фирмы NipponSteel, печи Чиба-6 и Кейхин-1 фирмы JFESteel, а также печь Кашима-3 фирмы SumitomoMetals в Японии; печь Швельгерн-2 фирмы ThyssenKruppSteelEurope в Германии; кроме того, печи № 1 и 4 фирмы BaoshanIronandSteel и печи № 1 и 2 фирмы ShougangJingtangIronandSteel в Китае. Крупнейшими в мире доменными печами являются печи Оита-1 и Оита-2 фирмы NipponSteel, имеющие диаметр горна 15,6 м и совместно выплавляющие 9,4 млн.т/год чугуна. Четыре новые доменные печи сопоставимых размеров сооружаются в настоящее время в Китае (фирмой WuhanIronandSteel в Фангченгганге и фирмой Baosteel в Чжанянг-Сити) [9].

Рис. 10. Эволюция размеров доменных печей в Германии с 1960 по 1993 г.

Технологические измерения и моделирование процесса

Прогресс в области технологических измерений (рис. 11) способствовал разработке моделей для оптимизации процесса плавки и контроля теплового баланса, а также внедрению их в доменный процесс. В этом плане решающую роль играет характер распределения материалов, температуры и газов на уровне засыпи и в массе шихты. Измерением давления и температуры по высоте печи можно определить расположение зоны когезии. Ключевым параметром для регулирования доменного процесса служит измерение теплопередачи в системе охлаждения и тепловых потерь над плоскостью фурм.

Рис. 11. Технологические измерения в доменной печи

Системы загрузки

Поток газов через столб шихтовых материалов регулируется целенаправленным распределением железосодержащей шихты (агломерата, окатышей, кусковой руды) и кокса на колошнике по периметру печи (рис. 12) [10]. Однако при использовании засыпного аппарата конусного типа, даже с регулируемым защитным сегментом на колошнике, такое регулирование возможно лишь в ограниченных пределах, так как невозможно контролировать распределение шихтовых материалов в тангенциальном направлении, вплоть до осевых зон колошника. Все известные засыпные аппараты конусного типа с регулируемыми защитными сегментами не могут решить проблемы распределения шихты. Операторы доменных печей искали пути решения проблемы целенаправленного распределения шихтовых материалов по периметру печи и их спирального или кольцевого перемещения к середине печи при плавной подаче материалов, которые обеспечили бы лишь небольшие зоны уплотнений, быстрое перемещение компонентов, низкий уровень капитальных затрат и небольшие расходы на ремонт и содержание оборудования. Полное удовлетворение этих требований возможно только в случае применения бесконусного загрузочного устройства с вращающимся желобом (рис. 13). Внедрение подобного загрузочного устройства в 1972 г. позволило значительно уменьшить массу оборудования (были исключены тяжелые конусы), а также сократить высоту конструкций над печью. С тех пор бесконусные загрузочные устройства подвергались непрерывному совершенствованию. В настоящее время почти все современные доменные печи имеют системы такого типа для загрузки и распределения шихты. В последние годы разработаны альтернативные бесконусные загрузочные устройства, которые внедрены лишь на нескольких печах [11, 12].

Рис. 12. Сравнение высоты конструкций загрузочных устройств доменных печей с диаметром горна 14 м

Рис. 13. Бесконусное загрузочное устройство доменной печи фирмы PaulWurth (1972г.)

Охлаждение и футеровка доменной печи

Конструкции систем охлаждения кожуха и футеровки доменных печей значительно отличаются для отдельных печей. Для охлаждения доменных печей, работающих на заводах Германии, применяются плитовые или коробчатые холодильники, а также сочетание этих двух типов холодильников. Новой разработкой в области охлаждения доменных печей являются медные плитовые холодильники, устанавливаемые в зонах, подверженных наиболее интенсивным тепловым нагрузкам (рис. 14) [13]. После первых успешных испытаний в некоторых зонах доменной печи Хамборн-4 медные плитовые холодильники впервые применили в промышленном масштабе в 1993 г. Так, на доменной печи Швельгерн-2 установили один ряд этих охлаждающих элементов, а затем на доменной печи в Зальцгиттере – три ряда охлаждающих элементов [8, 14]. Кроме охлаждения нижнего участка шахты, распара и заплечиков, такие элементы применяют также для охлаждения кожуха горна [15, 16].

Рис. 14. Установка медных холодильников на доменной печи в фирмы SalzgitterFlachstahlGmbH

По сравнению с холодильниками, изготовленными из чугуна с шаровидным графитом, медные холодильники могут обеспечивать более низкий уровень рабочих температур благодаря их большей теплопроводности. Из-за этого они менее подвержены растрескиванию и преждевременному износу (рис. 15). Еще одним их преимуществом является значительно меньшая толщина, что допускает увеличение рабочего объема доменной печи без изменения размеров кожуха.

Рис. 15. Изменение температуры холодильников горна из чугуна с шаровидным графитом и меди

 

Конструкция горна

На рис. 16 представлены типовые конструкции горнов доменных печей, работающих в Германии [17]. Слева показан вариант горна, изготовленного в нижней части из микропористых, а в верхней – из аморфных углеродистых блоков. С кожухом контактирует кладка из графитовых кирпичей, отличающихся высокой теплопроводностью. Днище горна выложено горизонтальными аморфными углеродистыми блоками, под которыми расположен слой графитовой кладки. На рис. 16 справа показан горн со стенками, изготовленными из микропористых углеродистых блоков. В этом варианте также имеется слой графитовых или полуграфитовых кирпичей между микропористыми блоками и кожухом. Днище горна выложено тремя верхними изолирующими слоями шамота, под которыми помещены углеродистые блоки. Горячая поверхность горна защищена керамической оболочкой.

Рис. 16. Типовые конструкции горна

Стойкостью горна определяется срок службы доменной печи. Учитывая, что при определенной глубине металлосборника становится невозможным равномерное дренирование ванны расплавленного металла и стабильный выпуск плавки без локализации износа, в настоящее время проявляется тенденция работы доменной печи с достаточно глубоким металлосборником. Кладка горна доменной печи часто подвергается преждевременному износу (эрозии), особенно на переходных участках от днища к стенке. Износ часто имеет форму «слоновьей ноги» или грибовидную форму. Выбор подходящей конструкции огнеупорной футеровки и геометрии горна гарантирует более равномерный износ днища горна (рис. 17) [18, 19].

Рис. 17. Типичные профили износа доменных печей

Продолжительность кампании

Условием экономичного производства чугуна является длительная кампания доменной печи. Самая длительная кампания в Германии – более 22 лет – была достигнута на доменной печи Хамборн-9 фирмы ThyssenKrupp Steel Europe. За время этой все еще продолжающейся кампании на доменной печи было выплавлено 36 млн.т чугуна. До настоящего времени на значительно более крупной печи Швельгерн-2 за 16 лет (все еще продолжающейся первой кампании, начавшейся в 1993 г.), было выплавлено 62 млн.т чугуна.

Мировой рекорд удерживает доменная печь № 1 фирмы ArcelorMittal Tubarao в Бразилии, на которой за 26 лет ее первой кампании было произведено 86 млн.т чугуна. Наряду с конструкцией важным условием длительной кампании доменной печи являются такие факторы, как непрерывная безаварийная работа с использованием высококачественных шихтовых материалов.


Совершенствование работы доменной печи

Наилучшие результаты работы доменной печи могут быть достигнуты только при использовании высококачественных шихтовых материалов. Растущая роль продуктов агломерированной железной руды в доменном производстве Германии проиллюстрирована на рис. 18. В настоящее время совместная доля агломерата и окатышей в шихте составляет примерно 86 %. Состав железосодержащей шихты на разных заводах значительно различается в зависимости от производительности агломерационных фабрик, которые обычно работают с полной загрузкой (рис. 19).

Рис. 18. Изменение среднего состава железосодержащей шихты доменных печей в Германии за период с 1950 г. и состав шихты в 2008 г.

Рис. 19. Состав железосодержащей шихты доменных печей на заводах Германии
(в среднем за 2008 г.)

Усилия операторов доменных печей и других специалистов металлургического производства привели не только к повышению производительности доменных печей, но и к снижению расхода кокса и/или сокращению общего расхода восстановительных агентов (рис. 20) [1]. До середины 1960-х годов в доменном процессе на 100 % использовали кокс в качестве восстановительного агента. В то время сокращение расхода кокса не было приоритетной задачей для операторов доменных печей ввиду относительной его доступности и низкого уровня цен. В начале 1950-х годов уровень потребления кокса все еще превышал 900 кг/т чугуна. Последовавшее сокращение расхода кокса можно объяснить в первую очередь использованием более высококачественных шихтовых материалов.

Рис. 20. Среднее потребление восстановительных агентов в доменных печах Германии

Повышение температуры дутья

Меры по повышению температуры дутья привели к росту температуры пламени и изменениям в положении и форме зоны когезии в доменной печи. Это, в свою очередь, оказало сильное влияние на производительность печи и расход восстановительных агентов в доменной плавке. Регулирование температуры пламени и приведение этого показателя в соответствие с конкретными рабочими условиями можно осуществить только вдуванием дополнительных восстановительных агентов через фурмы, учитывая температуру и влажность дутья, а также количество добавляемого в дутье кислорода. Решение об использовании конкретных восстановительных агентов во многом зависит от экономических соображений, например от энергетической концепции, которой руководствуется данная компания, от уровня инвестиций, закупочных цен и возможностей реализации колошникового газа [20, 21].

В связи с нефтяными кризисами 1972-1973 и 1980-х годов, которые сильно отразились и на металлургической промышленности, технологический процесс доменной плавки был серьезно пересмотрен. Например, вдувание нефти и других видов первичной и связанной энергии, например природного или коксового газов было сокращено из-за высокого уровня цен на них. Это заставило доменщиков вернуться к чисто коксовому варианту процесса плавки. На некоторых доменных печах это сопровождалось понижением температуры дутья, уменьшением количества добавляемого кислорода и снижением производительности [22].

В середине 1980-х годов были усовершенствованы способы утилизации тепла при предварительном нагреве в воздухо- и газонагревателях доменных печей, что вновь позволило получать температуру дутья 1200 °С и выше. Благодаря этому вдувание дополнительных восстановительных агентов через фурмы для стабилизации температуры пламени и минимизации расхода кокса стало вызывать большой интерес. Руководствуясь экономическими соображениями, многие доменщики Германии начали использовать вдувание порошкообразного угля, внедрение которого началось в середине 1980-х годов.

Первая установка по вдуванию порошкообразного угля была введена в эксплуатацию в 1985 г. на доменной печи Хамборн-4 фирмы ThyssenStahlAG в Дуйсбург-Хамборне [23]. В настоящее время на 12 из 15 доменных печей, действующих в Германии, применяется технология вдувания порошкообразного угля. Это согласуется также с концепцией использования высококалорийных отходов из других отраслей промышленности.

Например, в некоторых случаях обогащенные отходы пластмасс и высококалорийные автомобильные отходы вдувают через фурмы в качестве восстановительных агентов. При этом следует определять наличие в этих материалах необходимых химических и физических свойств для использования в доменном процессе [24].

За период с 1960 по 2008 г. общий расход восстановительных агентов удалось сократить на 40 % – до уровня 489,4 кг/т чугуна. В международном аспекте доменные печи Германии и Европы занимают ведущее место по такому показателю, как расход восстановительных агентов (рис. 21).

Рис. 21. Расход восстановительных агентов в доменных печах стран мира, 2007-2008гг.

Дальнейшее сокращение расхода восстановительных агентов путем использования в доменной печи скрапа или предварительно восстановленных шихтовых материалов (например, железа прямого восстановления – DRI или горячебрикетированного железа – HBI) возможно, однако неэффективно с точки зрения экономики и экологии. Эксперименты, проведенные на заводе CorusIjmuiden и результаты эксплуатации некоторых доменных печей в Северной Америке, на которых использовали шихту с HBI, подтвердили выводы, сделанные на основе теоретических расчетов, касающихся эффективности усовершенствований технологии доменного процесса и сокращения расхода восстановительных агентов [25].

Использование предварительно обработанных обогащенных железных руд и минимизированный расход восстановительных агентов в большой степени способствовали заметному уменьшению объема шлака (рис. 22). Так, с 1985 г. количество шлака уменьшилось до уровня ниже 300 кг/т чугуна. Доменный шлак на 100 % утилизируется как сырьевой или строительный материал. В цементном производстве используется до 86 % гранулированного доменного шлака, что существенно сокращает выбросы СО2.

Рис. 22. Средний объем шлака в доменных печах Германии

Альтернативные доменные процессы

Выбросы СО

2

Учитывая особенности традиционного доменного процесса, теоретическое минимальное количество углерода, необходимое для его проведения, составляет 414 кг/т чугуна, что соответствует выбросам СО2 1519 кг/т чугуна (рис. 23) [26, 27].

Рис. 23. Использование углерода в доменной печи в качестве химического сырьевого материала

С такими показателями доменная печь является одним из крупнейших источников выбросов СО2 в технологическом цикле производства стали. В связи с этим доменщики с целью защиты климата должны использовать все потенциальные возможности для значительного сокращения выбросов СО2. В доменной печи традиционной конструкции часть колошникового газа применяют для нагрева дутья, а избыточный колшниковый газ – для других целей и выработки электроэнергии.

Доменная печь с кислородным дутьем и рециркуляцией колошникового газа представляет собой вариант доменного процесса, направленный на сокращение выбросов СО2 путем уменьшения потребности углерода (рис. 24) [28]. В этом процессе холодный кислород вдувают на уровне фурм вместо горячего дутья. Большая часть колошниковых газов подвергается очистке от СО2 с помощью процесса VPSA (Vacuum Pressure Swing Absorption – абсорбция под переменным вакуумом). Оставшийся СО частично вдувают через фурмы при температуре до 1200 °С, а частично (при температуре 900 °С) – в нижнюю часть шахты через фурмы второго уровня. Моделирующие расчеты и эксперименты, проведенные в рамках европейского проекта ULCO S (Ultra Low СО2 Steelmaking) на небольшой опытной доменной печи фирмы LKAB в Лулеа, показали, что потребность в углероде может быть снижена на 25–28 % [29]. Вдувание восстановительного газа в нижнюю часть шахты обеспечивает предварительное восстановление до 95 % железосодержащей шихты в этой зоне доменной печи. Это позволяет сократить потребность в углероде для проведения реакции Boudouard на нижних горизонтах печи со 107 до 15 кг/т чугуна, и в результате уменьшить общую потребность в углероде. Около 190 кг кокса на 1 т чугуна все еще должны находиться на нижних горизонтах печи, обеспечивая возможность прохождения газов и дренирования жидких фаз в ходе технологического процесса. При всестороннем анализе следует учитывать поступление энергии, необходимой для извлечения СО2 из колошникового газа, и изменения в энергетическом балансе, связанные с возможностями использования связанной энергии, так как в таком варианте технологического процесса объем возможного экспорта колошникового газа значительно сокращается [30]. В настоящее время планируют внедрить процесс кислородного дутья на промышленных доменных печах небольшого объема. Однако заметного сокращения выбросов СО2 можно достичь только после внедрения системы CCS (СО2 Capture and Storage – улавливание и складирование СО2).

Рис. 24. Доменная печь с кислородным дутьем

Прямое восстановление железных руд

Типы процессов

Все процессы прямого восстановления основаны на одном принципе. Железную руду восстанавливают до состояния твердого губчатого железа, называемого также DRI (Direct Reduced Iron – железо прямого восстановления) или HBI (Hot Briquetted Iron – горячебрикетированное железо) со степенью металлизации 85-95 %. При меньшей степени металлизации полученный продукт называют предварительно восстановленной рудой.

Процессы восстановления в зависимости от типа используемого восстановительного агента подразделяются на газо- и твердофазные. В промышленных масштабах газофазные процессы проводят в шахтных печах, ретортах и в псевдоожиженном (кипящем) слое. Твердофазное восстановление происходит во вращающихся обжиговых печах, печах с вращающимся подом или многоподовых. Основное направление развития процессов прямого восстановления – возможность восстановления железа без использования кокса (на котором основан доменный процесс).

Производство DRI в мире

В 2008 г. мировое производство DRI/HBI составило 68,5 млн.т [31]. Большая часть этой продукции затем подвергалась дальнейшей обработке в электросталеплавильных цехах (рис. 25). Около 14 млн.т (20,4 %) произведенного DRI/HBI были отгружены по суше или морю другим потребителям.

Рис. 25. Мировое производство и отгрузка DRI/HBI

В 1970-е годы многочисленные эксперты предсказывали быстрое расширение масштабов применения процессов прямого восстановления. Их прогнозы были основаны на следующих соображениях [32].

1. Уголь и избыточный природный газ, которые просто сжигаются в факелах, являются широко доступными и более дешевыми восстановительными агентами. Например, еще в 2004 г. в Нигерии 75 % производимого природного газа (около 15 млрд.м3), сжигалось, что составляло около 20 % газа, сжигаемого во всем мире.

2. Внедрение непрерывного литья и сокращение в результате этого объемов внутризаводского скрапа в черной металлургии, а также постоянное повышение выхода годного в металлургии и степени использования металла в металлообработке приведет к сокращению доли скрапа.

Однако мировое производство DRI не оправдало этих ожиданий. Несоответствие прогнозов и реальности можно объяснить двумя основными причинами:

– современная ситуация в энергетике ограничивает возможность работы таких предприятий лишь несколькими регионами с дешевыми энергоносителями, в частности природным газом;

– эволюция рынка стального скрапа, который стал продуктом мировой торговли, на протяжении многих лет опровергает прогнозы, предсказывавшие рост потребности в высококачественном DRI/HBI.

Производственные мощности процессов прямого восстановления

В соответствии с приведенной выше классификацией типов процессов прямого восстановления железа на установках Midrex с объемом производства 39,9 млн.т в 2008 г. было изготовлено около 58 % общего выпуска железа прямого восстановления. На долю газофазных процессов Midrex, HyL и Finmet суммарно приходится 74,3 % общего объема производства (рис. 26) [31].

Рис. 26. Производство DRI/HBI в 2008 г. по различным технологиям (общий объем производства 68,5 млн.т)

На протяжении нескольких последних лет новые производственные мощности по прямому восстановлению железа сооружались прежде всего в Азии и на Ближнем Востоке (рис. 27). Основными странами производителями DRI/HBI в 2008 г. являлись Индия (21,2 млн.т), Иран (7,5 млн.т), Венесуэла (6,9 млн.т) и Мексика (6 млн. т) [31].

Рис. 27. Производство DRI/HBIв 2000 и 2008 гг. по регионам

Склонность изготовленной DRI к повторному окислению, требует принятия специальных мер предосторожности при его транспортировании и складировании. Удельная поверхность DRI оказывает решающее влияние на его температуру воспламенения. В связи с этим Международная Морская Организация (IMO) установила особые правила транспортирования DRI [33]. Наиболее эффективным является брикетирование DRI и получение HBI с высокой плотностью.

Жидкофазное восстановление

Теоретически процессы жидкофазного восстановления позволяют получать жидкий чугун без использования кокса. Современные варианты процессов жидкофазного восстановления в общем случае можно разделить на процессы, использующие плавильные газификаторы (Corex, Finex), и процессы использующие реакторы жидкофазного восстановления (HIsmelt) [27]. Процесс Corex реализуется в своего рода доменной печи, разделенной на две части; при этом исключаются присущие доменному процессу зоны размягчения или когезии (рис. 28).

Рис. 28. Исключение зоны когезии в процессе Corex

Установки Corex работают на кусковой шихте (окатыши, кусковая руда). Восстановительный газ генерируется в процессе газификации кускового угля и небольшого количества кокса (который может быть более низкосортным, чем применяемый в доменной печи), происходящей под действием кислорода в плавильном газификаторе [34]. Генерированный газ с высоким содержанием СО, используют для получения DRI из железной руды в восстановительной шахте. Экономические показатели процесса во многом зависят от возможного поступления средств в результате утилизации или экспорта колошникового газа, образующегося в больших объемах. Этот газ может быть использован, например, для выработки электроэнергии или как восстановительный на других установках прямого восстановления.

Вариантами дальнейшего усовершенствования процесса Corex являются процессы, в которых можно использовать руду мелких фракций и мелкодисперсные отходы прокатного производства. Кроме того, восстановительный уголь может быть частично заменен отходами производства пластмасс, что позволяет осуществлять их рециклинг [35].

Установка Finex

Установка Corex, введенная в эксплуатацию фирмой Posco в Пхохане в 1995 г., была переоборудована на процесс Finex в 2003 г. после успешных испытаний восстановления железа из руды тонких фракций на пилотной установке [36]. Для этого установили четырехступенчатый реактор с кипящим (псевдо ожиженным) слоем, через который шихта (железорудная мелочь) поступает сверху вниз в плавильный газификатор и после восстановления в реакторах с кипящим слоем и перед загрузкой в плавильный газификатор подвергается горячему прессованию (рис. 29). После успешных испытаний на пилотной установке Finex производительностью 600 тыс.т/год фирма Posco приняла решение о сооружении второй подобной установки производительностью 1,5 млн.т/год, которая была введена в действие в апреле 2007 г.

Использование кислорода вместо горячего дутья позволяет получать колошниковый газ с низким содержанием N2, пригодный для сепарации СО2 и рециркуляции полученного газа, обогащенного СО, и возвращения его в технологический процесс (аналогично доменной печи с кислородным дутьем и рециркуляцией колошникового газа). На более крупной установке Finex фирмы Posco в Пхохане эта мера, совместно с регулированием температуры пламени путем вдувания порошкообразного угля через фурмы в количестве до 250 кг/т чугуна, позволила добиться общего расхода угля-восстановителя на уровне 700-750 кг/т чугуна.

При производстве чугуна в доменной печи уголь потребляется в количестве 650 кг/т чугуна, учитывая также садку коксующегося угля в коксовую печь (1,27 т сухой массы на 1 т сухой массы кокса) и коксовую мелочь, используемую на агломерационной фабрике (50 кг/т агломерата).

Основным преимуществом процесса Finex перед доменным является возможность прямого использования руды и угля мелких фракций, а также снижение расхода кокса.

В ноябре 2009 г. в мире работали четыре установки Corex и две Finex, суммарной мощностью 5,85 млн.т чугуна. Три установки Corex общей производительностью 3,1 млн.т чугуна в настоящее время сооружаются в Китае и Индии (таблица).

Установки Corex и Finex, находящиеся в эксплуатации, по состоянию на ноябрь 2009 г.

Фирма, страна

Число модулей

Год ввода в эксплуатацию

Железо-содержащая шихта

Производительность, млн.т/год чугуна

Использованиеэкспортируемого газа

Posco (Пхохан),Южная Корея

1

1995/2003 (Corex/Finex)

Железорудная мелочь

0,60

Энергоцех,сталеплавильный цех

Posco (Пхохан),Южная Корея

1

2007 (Finex)

Железорудная мелочь

1,50

Энергоцех,сталеплавильный цех

Jindal South West Steel (Торанагаллу), Индия

2

1999/2001

Кусковая руда, окатыши

1,60 (2´0,8)

Энергоцех,аглофабрика,сталеплавильный цех

ArcelorMittal South Africa Ltd., ЮжнаяАфрика

1

1999

Кусковая руда, окатыши

0,65

Установка прямого восстановления Midrex (0,8 млн. т/год DRI), сталеплавильный цех

Baosteel (Люочжинь/Шанхай), Китай

1

2007

Кусковая руда, окатыши

1,50

Энергоцех,сталеплавильный цех

Baosteel (Люочжинь/Шанхай) Китай

1

2010

Кусковая руда, окатыши

1,50

Энергоцех,сталеплавильный цех

Essar Steel, Хазира, Индия

2

2009

Окатыши

1,60(2´0,8)

Сталеплавильный цех

Перспективы

В 2008 г. в мире было произведено 928 млн.т чугуна (из них 923 млн. т в доменных печах) и 68,5 млн.т DRI. Важная роль доменного процесса, основанного на восстановлении железной руды, как поставщика исходного материала для сталеплавильного производства, не подвергается сомнению. Однако необходимость общего сокращения выбросов СО2 ставит перед операторами печей и разработчиками доменной технологии новые задачи. В долгосрочной перспективе широкомасштабное сокращение выбросов СО2 возможно только в случае улавливания, транспортирования и хранения СО2, отделенного после влажной очистки колошникового газа, даже в случае успешного внедрения доменных печей с кислородным дутьем в практику промышленного производства. Такой подход является приемлемым и в политическом плане. Доменный процесс достиг чрезвычайно высокого уровня развития, он допускает большую гибкость в выборе шихтовых материалов и восстановительных агентов, характеризуется высоким уровнем производительности. Однако как одностадийный процесс, проводимый в печи шахтного типа, он всегда будет зависеть от кокса и крупнокусковой руды как шихтовых материалов, а следовательно, от предшествующих стадий подготовки шихты и агломерации.

Аналогичным образом процессы прямого восстановления железа в шахтных печах и процесс жидкофазного восстановления Corex используют в качестве шихтового материала кусковую руду. В противоположность этому процесс Finex– восстановление железа из руды мелких фракций – в случае работы без использования кокса позволит исключить цехи подготовки шихты. Что касается сокращения выбросов СО2, то ситуация для процессов жидкофазного восстановления Corex и Finex аналогична ситуации для доменных печей. Значительное сокращение выбросов СО2 возможно только при использовании технологии CCS (улавливание и складирование СО2). В отличие от жидкофазных процессов прямого восстановления, преимуществом газофазной технологии является меньший уровень выбросов СО2. Однако локализация этих процессов будет ограничена регионами, в которых доступен дешевый природный газ.

  • Люнген Х.Б.
  • Петерс М.
  • Шмёле П.

Производство чугуна служит основой увеличения мирового потребления стали.

  • чугун,
  • доменная печь,
  • железная руда,
  • колошниковый газ,
  • выбросы СО2,
  • кислородное дутье,
  • шихта,
  • процесс прямого восстановления железа,
  • природный газ,
  • производительность.
  1. VDEh-Hochofenaussehuss, 2009.
  2. Siebel, С.N.A.; Haus, R.; Jacobs, W.; Baur, H.: Bong Mining Compa ny, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf, 2000.
  3. Jahrbuch Stahl 2010, Bd. 1, S. 311, Stahleisen Communications, Nov. 2009.
  4. VDEh-Kokereiausschuss, 2009.
  5. Dombrowski, G.; Jager, H.-W.; Lüngen, H. В.; Masuth, M.; Nelles, L.; Spitz, J.: stahl u. eisen 129 (2009) Nr. 6, S. 39/50.
  6. Neuwirth, R.; Schuster, D.: MPT Internat. 26 (2003) Nr. 5, S. 38/48.
  7. Zimmermann, К.-A.; Heynert, G.; Peters, К.H.: stahl u. eisen 94(1974) Nr. 25; S. 1283/91.
  8. Peters, К.H.; Wilms, E.; Land, S.; Schulz, E.; Kowalski, W.; Bachhofen, H.J.: stahl u. eisen 115 (1995) Nr. 11, S. 41/54.
  9. Stahlinstitut VDEh, Anlagendatenbank Plantfacts, 2009.
  10. Heynert, G.; Peters, K.H.; Ringkloff, G.: stahl u. eisen (1973) Nr. 12, S. 505/17.
  11. N.N.: Modernization solutions – reach for the sky, Metals Ɛt Mining, Siemens VAI (2009) Nr. 3, S. 8/17.
  12. Nogratnig, H.: Z. Ɛt J. bell less top charger, Sitzung des Fachaus schusses Hochofenverfahren, Dьsseldorf, 30. Okt. 2008 (unveröff.),
  13. Heinrich, P.; Hille, H.: Der Kupfer-Stave – Ein wesentlicher Beitrag zur Wirtschaftlichkeit des Hochofenverfahrens, Fachausschussbe richt Nr. 1031 des Stahlinstitutes VDEh, Düsseldorf, Juli 1998.
  14. Großpietsch, K.-H.; Stähler, K.; Jacob, A.; Zischkaie, W.: Neubau des Hochofens В der Preussag Stahl AG in Salzgitter, Eisenhüttentag 1993, 11. Nov. 1993, Düsseldorf (unveröff.).
  15. Ringel, D.; Janz, J.; Trecker, K.: stahl u. eisen 120 (2000) Nr. 6, S. 27/32.
  16. Eisen, P.: stahl u. eisen 121 (2001) Nr. 9, S. 51/57.
  17. Peters, M.; Lüngen, H. В.: Iron making in Western Europe, Proc. 5. Internat. Congress on Science and Technology of Ironmaking, 19. – 24. Okt. 2009, Shanghai, China, S. 20/26.
  18. Peters, M.; Schmöle, P.; Rüther, P.; Lüngen, H.В.: Blastfurnace campaign prolongation philosophies in Germany, Meeting of the European Blast Furnace Committee, 11. Okt. 2007, Linz, Österreich.
  19. Peters, M.; Schmöle, P.; Rüther, H.P.; Leuermann, С.: stahl u. eisen 123 (2003) Nr. 1, S. 21/26.
  20. Peters, M.; Schmöle, P.: stahl u. eisen 122 (2002) Nr. 4, S. 43/50.
  21. Diemer, P.; Killich, H.-J.; Knop, K.; Lüngen, H.В.; Reinke, M.; Schmöle, P.: stahl u. eisen 124 (2004) Nr. 7, S. 21/30.
  22. Peters, К. H.; Lüngen, H.В.: stahl u. eisen 110 (1990) Nr. 2, S. 55/64.
  23. Cappel, J.; Geerdes, M.; Langner, K.; Lüngen, H.В.: stahl u. eisen 108 (1988) Nr. 9, S. 459/67.
  24. Buchwalder, J.; Großpietsch, K.-H.; Hartig, W.; Janz, J.; Lüngen, H.В.; Schmöle, P.: Stahl u. eisen 123 (2003) Nr. 1, S. 29/37.
  25. Schmöle, P.; Lüngen, H.В.: stahl u. eisen 127 (2007) Nr. 4, S. 47/54.
  26. Scholz, R.: Gutachten zur stofflichen Nutzung von Kohlenstoff im Hochofenprozess, TU Clausthal, Clausthal-Zellerfeld, 2. Jan. 2004.
  27. Lüngen, H.В.; Schmöle, P.: stahl u. eisen 124 (2004) Nr. 11, S. 63/72.
  28. Birat, J.-P.; Hanrot, F.: ULCOS – European steelmakers efforts to reduce greenhouse gas emissions; Proc. 5. Europ. Coke and Iron-making Congress, 12. – 15. Juni 2005, Stockholm, Schweden.
  29. Zuo, G. et al.: Trials for the new blastfurnace concept ULCOS, STAHL 2008, 13. Nov. 2008, Düsseldorf (unveröff.).
  30. Schmöle, P.; Lüngen, H.В.: stahl u. eisen 124 (2004) Nr. 5, S. 27/34.
  31. www.midrex.com: World Direct Reduction Statistics, 2008.
  32. Lüngen, H.В.; Knop, К.; Steffen, R.: stahl u. eisen 126 (2006) Nr. 7, S. 25/40.
  33. Direct from Midrex, 4. Quartal 2006, S. 4.
  34. Delport, H.M.W.; Holaschke, P.J.: Corex Symposium 1990, Special Publications Series SP 4, The South African Institute of Mining and Metallurgy, Johannesburg, Südafrika, 1990.
  35. Böhm, C.; Wieder, K.: Das Corex-Verfahren, Berichtsband des Ar beitskreises Verfahrensanalyse, Stahlinstitut VDEh, Düsseldorf, März 2003.
  36. Lee, H.-G.; Joo, S.; Shin, M.-K.: An update on Finex plant operations, Proc, 3. Internat. Meeting on Ironmaking and 2. Internat. Sympos. on Iron Ore, 22. – 26. Sept. 2008, Sao Luis, Brasilien, S. 650/55.

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

Технология производства чугуна — презентация онлайн

1. Технология производства чугуна

Батяев Н.С.
Группа 151-112

2. ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО

• Наибольшее применение нашел
в производстве чугуна
доменный процесс. Он включает
ряд физических, физикохимических, а также
механических проявлений,
наблюдаемых в действующей
доменной печи.

3. ДОМЕННАЯ ПЕЧЬ

• Доменная печь представляет
собой шахтную печь круглого
сечения, заключенную в
металлический
цельносварной корпус
толщиной 25-30 мм в верхней
и 35-50 мм в нижней части.
Изнутри печь выложена
(футерована) огнеупорным
кирпичем.

4. Современная доменная печь состоит из колошника, шахты, распара, заплечиков и горна. Воздухонагреватель доменной печи — аппарат,

в котором
происходит предварительный
нагрев воздуха. Затем этот
воздух подается в печь.
Шихта в современном
понимании – это смесь кокса,
железорудного агломерата и
офлюсованного сырья.

5. УСТРОЙСТВО ДОМЕННОЙ ПЕЧИ


1 : железная руда + известняк
2 : кокс
3 : лента конвейера
4 : колошник с аппаратом, предотвращающим уход доменного газа в атмосферу
5 : слой кокса
6 : слои известняка, оксида железа, руды
7 : горячий воздух (с температурой около 1200 °C)
8 : шлак
9 : жидкий передельный чугун
10 : шлаковый ковш
11 : чугуновоз
12 : циклон для очистки доменного газа от пыли перед сжиганием его в регенераторах
13 : регенераторы (кауперы)
14 : дымовая труба
15 : подача воздуха в регенераторы (кауперы)
16 : порошок угля
17 : коксовая печь
18 : резервуар для кокса
19 : газоотвод для горячего колошникового газа

6. ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПЛАВКИ ЧУГУНА

• Основной и важнейший
процесс в горне доменной
печи – сжигание углерода
кокса. В результате
горения кокса выделяется
необходимое для
процесса тепло,
образуются
восстановительные газы и
освобождается объем,
что способствует
движению шихты сверху
вниз. В доменной печи
железо
восстанавливается почти
полностью.

7. ПРОИЗВОДСТВО КОВКОГО ЧУГУНА

• Ковкий чугун производится из отливок
белой разновидности изделий. В них
углерод полностью связан железом и
представлен карбидом железа
(цементитом Fe3C). При отжиге
заготовок при температуре 950-970оС,
добиваются освобождения графита из
карбида железа и аустенита (А). В
результате он кристаллизуется,
образуя вид хлопьев. Окончательное
формирование графитовых хлопьев в
чугуне происходит в температурном
интервале 760–720оC.

8. ПРОИЗВОДСТВО ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА

• При производстве высокопрочного
чугуна большое место отводится
науглероживанию железа. Чугун с
такими характеристиками
образуется, когда
восстановленное в доменной печи
из рудного материала железо
принимает в себя много углерода
и прочих элементов.

9. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЧУГУНА

• Низкотемпературный
отжиг
• Старение
• Графитизирующий
отжиг
• Нормализация
• Закалка
• Отпуск

10. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

Технология производства чугуна (Реферат) — TopRef.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

Украинская академия банковского дела

Кафедра менеджмента и внешнеэкономической деятельности

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине:

“Техника и технология отрасли: промышленность”

на тему:

“Сущность и особенности производства чугуна. Основные пути и направления совершенствования и повышения экономической эффективности технологий подготовительно-обогатительного и металлургического производства”

Выполнил: студент Васильев М.Ю.

группа М-82

Научный руководитель: Нечепуренко В.Н.

Сумы 2000

Содержание

Введение………………………………………………………….…………3

  1. Сырые материалы и подготовка их к доменной плавке……..…………. 4

    1. Топливо доменной плавки…………….…………………….…………… 4

    2. Руды и флюсы доменной плавки…….…………………….……………..5

    3. Подготовка руд к плавке:…………….…………………….……………..7

  1. дробление;………………………….……………………………………7

  2. грохочение;………………………….……………………………….….7

  3. усреднение;………….……………..….…………………………….….8

  4. обогащение………………………………………………………….….8

    1. Окуксование руд……………………………………………………….….9

  1. Доменный процесс…………………………………………………….….10

    1. Общая схема и сущность доменного процесса…………………….…..10

    2. Распределение и движение газов и шихты в доменной печи:…….…..11

  1. газовый поток;…………………………………………………….…..11

  2. распределение материалов на колошнике при загрузке

доменной печи;………………………………………………….…….12

  1. движение шихты в доменной печи…………………………….…….13

    1. Восстановление оксидов металлов:……………………………….……14

  1. физико-химические основы восстановительных процессов;….…..14

  2. восстановление оксидов железа оксидом углерода…………………14

    1. Образование чугуна и шлака:……………………………………………15

  1. науглераживание железа;………………………………………….…15

  2. образование шлака……………….……………………………………16

    1. Методы интенсификации доменного процесса:…….…………………17

  1. некоторые понятия об интенсификации;……………………………17

  2. нагрев дутья;………………………………………………………..…18

  3. увлажнение дутья;………………………………………………….…18

  4. обогащение дутья кислородом;………………………………………18

  5. вдувание в горн природного газа и других добавок к дутью;………19

  6. комбинированное дутье;………………………………………………19

  7. повышение давления газа…………………………………………….19

    1. Продукты доменной плавки…………………………………………….20

Список использованной литературы……………………….……………….21

Приложения.

Ведение

Цель доменного производства состоит в получении чугуна из железных руд путем их переработки в доменных печах. Сырыми материалами доменной плавки являются топливо, железные и марганцевые руды и флюс.

Топливом для доменной плавки служит кокс, получаемый из каменного угля. Его роль состоит в обеспечении процесса теплом и восстановительной энергией. Кроме того кокс разрыхляет столб шихтовых материалов и облегчает прохождение газового потока в шихте доменной печи.

Железные руды вносят в доменную печь химически связанное с другими элементами железо. Восстанавливаясь и науглераживаясь в печи, железо переходит в чугун. С марганцевой рудой в доменную печь вносится марганец для получения чугуна требуемого состава.

Флюсом называются добавки, загружаемые в доменную печь для понижения температуры плавления пустой породы руды, офлюсования золы кокса и придания шлаку требуемых технологией выплавки чугуна физико-химических свойств. Для руд с кремнеземистой (кислой) пустой породой в качестве флюса используют материалы, содержащие оксиды кальция и магния: известняк и доломитизированный известняк.

Для получения высоких технико-экономических показателей доменной плавки сырье и материалы предварительно подвергают специальной подготовке (см. приложение 1).

    1. Сырые материалы и подготовка их к доменной плавке

1.1 Топливо доменной плавки

В качестве топлива в современной доменной плавке применяют кокс, мазут, природный и коксовый газы и каменноугольную пыль. Основным видом топлива является кокс. Коксом называется пористое спекшееся вещество, остающееся после удаления из каменного угля летучих веществ при нагревании его до 950-1200 С без доступа воздуха. Это единственный материал, который сохраняет форму куска в доменной печи на всем пути движения от колошника к горну. Благодаря этому обстоятельству обеспечивается прохождение газового потока через слой жидких, полужидких и твердых материалов в доменной печи. В нижней части печи раскаленный кокс образует своеобразную дренажную решетку, через которую в горн стекают жидкие продукты плавки. Высота столба шихты в современной доменной печи достигает 30 м, поэтому кокс, особенно в нижней части печи, воспринимает большие нагрузки. Отсюда вытекает основное требование, предъявляемое к коксу: высокая механическая прочность как в холодном, так и в нагретом состоянии.

Загружаемый в доменную печь кокс не должен содержать ни мелких кусков, ухудшающих газопроницаемость шихты, ни чрезмерно крупных кусков, которые, как правило, поражены трещинами и легко разрушаются в печи с образованием мелких фракций.

Кокс должен быть пористым для обеспечения хорошей горючести в горне печи и обладать высокой теплотой сгорания для получения требуемого количества тепла и необходимой температуры. Теплота сгорания кокса зависит от содержания в нем углерода, которое определяется содержанием золы, вредных примесей и летучих веществ в коксе. Чем выше содержание золы, вредных примесей и летучих веществ в коксе, тем меньше в нем углерода и меньше теплота его сгорания. Кроме того, с увеличением содержания золы и серы в коксе возрастают количество шлака, расход тепла на его расплавление и снижается механическая прочность кокса, а с увеличением содержания серы и фосфора в коксе ухудшается качество чугуна. Повышенное содержание летучих веществ в коксе свидетельствует о незавершенности процесса коксования, что приводит к снижению механической прочности кокса. Чрезмерно низкое содержание летучих в коксе, получающееся при пережоге кокса, также отрицательно сказывается на его качестве. Поэтому кокс должен содержать по возможности меньше золы, серы, фосфора и умеренное количество летучих веществ.

В коксе всегда содержится влага, поступающая в кокс при его тушении на коксохимическом заводе или из атмосферы. В связи с тем, что кокс в доменной печи загружают по массе, содержание влаги в коксе должно выдерживаться постоянным для сохранения заданного теплового режима печи.

1.2 Руды и флюсы доменной плавки

Среди металлов железо занимает третье место по распространенности в земной коре (4,2 %) после кремния(26 %) и алюминия(7,4 %). Железо в недрах земли в чистом виде не встречается. Оно входит в состав горных пород в различных химических соединениях. В природе известно более 300 разновидностей горных пород, содержащих железо, но далеко не все они представляют собой железные руды. Железными рудами принято называть такие горные породы, из которых экономически выгодно извлекать железо методом плавки. Экономическая целесообразность извлечения железа из руд зависит от уровня развития техники и характеристики месторождений.

Среди известных видов руд наиболее распространены в природе руды осадочного происхождения. Из этих руд выплавляется более 90 % чугуна.

Железная руда состоит из минерала (орудняющего вещества), пустой породы и примесей. Главной частью руды является рудный минерал, в состав которого входит железо. Чаще всего железо в минерале химически связано с кислородом, реже с другими элементами и соединениями. Пустая порода состоит из кремнезема, глинозема, извести и магнезии, образующих сложные минералы. Примеси руд делятся на полезные и вредные. Полезными примесями считаются марганец, хром, никель, ванадий, вольфрам, молибден и др. Вредные примеси – сера, фосфор, мышьяк, цинк, свинец и в большинстве случаев медь – либо ухудшают качество металла, либо разрушающе действуют на огнеупорную футировку доменной печи.

В зависимости от типа рудного минерала железные руды делятся на четыре основные группы:

  1. Красный железняк или гематитовая руда. Минерал гематит – безводный оксид железа, в чистом виде содержит 70 % железа и 30 % кислорода. Это наиболее распространенная железная руда.

  2. Магнитный железняк или магнетитовая руда. Минерал – магнетит (72,4 % железа и 27,6 % кислорода).

  3. Бурый железняк представлен железосодержащими минералами водных оксидов железа, которые содержат от 59,8 % до 69 % железа.

  4. Шпатовый железняк – железная руда, основу которой составляет минерал сидерит, содержащий 48,3 % железа.

Кроме перечисленных четырех разновидностей железных руд, железо в значительном количестве (46,6 %) содержится в серном колчедане или пирите. Однако пирит в доменную плавку не дают, его используют в качестве сырья в сернокислотной промышленности, а отходы в виде окисленного железа применяют при производстве агломерата. Также находят промышленное применение бедные железные руды: магнетитовые и гематитовые кварциты, в которых содержится до 45 % кремнезема в виде свободного кварца. Кварциты обогащают, получая железнорудный концентрат, содержащий более 60 % железа.

Критерием оценки железных руд являются:

  1. Содержание железа.

  2. Тип основного железосодержащего минерала.

  3. Состав и свойства пустой породы.

  4. Содержание вредных примесей.

  5. Стабильность химического состава.

  6. Восстановимость.

  7. Куксоватость.

  8. Прочность.

  9. Пористость.

  10. Влажность.

В настоящее время более 90 % добываемых руд перед загрузкой в доменные печи подвергают специальной подготовке, в процессе которой перечисленные выше характеристики руд значительно изменяются, однако многие из них сильно влияют на качество и свойства конечного продукта. При оценке железной руды прежде всего обращают внимание на содержание в ней железа, которое колеблется в очень широких пределах. Чем выше содержание железа в железной руде, тем экономичнее и производительнее работает доменная печь. К богатым рудам относят руды, содержащие железа 60-68 %, к средним 50-60 % и к бедным 40-50 %. Куксовые руды с высоким содержанием железа могут перерабатываться в доменной печи без предварительной подготовки, но таких руд мало, и они в основном используются при выплавке стали. Используются также и руды с содержанием железа менее 40 %. Эти руды подвергают обогащению. Нижний предел содержания железа в рудах определяется выгодностью их использования.

Флюсами называются материалы, добавляемые к железной руде и загружаемые в доменную печь для понижения температуры плавления пустой породы, ошлакования золы кокса и получения жидкоподвижного шлака с высокой серопоглатительной способностью. В качестве флюса выбирают материал с химическими свойствами, противоположными химическим свойствам пустой породы. Так как пустая порода руд преимущественно кремнеземистая (кислая), то роль флюса выполняют основные оксиды CaO и частично MgO. Иногда в зависимости от состава пустой породы флюсы могут быть кислыми или глиноземистыми. Оксид кальция входит в состав минерала кальцита, называемого известняком. Кроме известняка, для руд с кислой пустой породой, в качестве флюса используют доломитизированный известняк, состоящий из смеси кальцита и доломита. Доломитизированный известняк применяют для улучшения подвижности шлака, доводя содержание оксида марганца в шлаке до 6-8 %.

Важнейшим требованием, предъявляемым к основным флюсам, является низкое содержание в них кремнезема и глинозема и вредных примесей серы и фосфора.

1.3 Подготовка руд к плавке

Необходимость подготовки руд к доменной плавке обуславливается стремлением улучшить технико-экономические показатели работы доменных печей и использовать для получения чугуна сравнительно бедные железные руды.

Чем выше содержание железа в шихте и лучше ее газопроницаемость, тем выше производительность печи, ниже расход кокса и флюсов и лучше качество чугуна.

Повышения содержания железа в доменной шихте достигают обогащением железных руд, а улучшения газопроницаемости шихты в доменной печи – окуксованием мелких железных руд и концентратов. Расчетами и опытом установлено, что при повышении содержания железа в руде на 1 % производительность печи возрастает на 2,0 – 2,5 %, а расход кокса снижается на 1,4 – 2 %.

Чугун. Особенности технологических процессов. На что обратить внимание.

Открытие металла человеком дало сильный толчок в истории человечества. Сначала появилась бронза, затем и железо, что в итоге в ходе эволюционных изменений привело к технологическому прогрессу. Несмотря на то, что первый из металлов, который научились обрабатывать, была бронза, железо и его сплавы стали лидирующими в производстве. Правда сейчас человек умеет обрабатывать практические любые металлы, может получать сверхлёгкие и сверхпрочные сплавы, железо и чугун занимаю одно из первых мест по значимости. Литье из чугуна — имеет собственные технологические особенности процесса.

Особенности производства чугуна

Первая выплавка железа была произведена примерно в 12 веке до н.э..  С того момента суть процесса изменилась не намного, но технологические решения стали более эффективные. Железо выплавляют последние 100 лет практически по одной и той же технологии. Железная руда в огромной доменной печи разогревается коксом, который горит с помощью подающегося воздуха. В результате реакции восстановления, оксиды железа из руды реагируют с частью угля. В реакции образуется чистое железо в расплавленном состоянии. Температура плавления железа примерно около 1600 С. Когда всё железо их руды восстановилось, его сливают в расплавленном состоянии, по специальным формам, где оно застывает. Чугун — это – собственно сплав железа и углерода (от 2,5 % до 5%). Получают чугун так же как и железо, в доменных печах, при этом процесс плавки ведут несколько иначе, таким образом сразу получая чугун из руды, миную повторную переплавку чистого железа. Чугун плавиться при меньшей температуре, от 1100 до 1300 С. Есть и другие методы получения железа из руды, они так же используются на различных металлургических заводах.

Чугун, в отличии от простого железа обладает своими уникальными качествами.

  • Чугун практически не ржавеет, в отличие от нелегированного железа;
  • Чугун хорошо выдерживает нагрев, вплоть до 1000 С, железо при такой температуре очень быстро покрывается окалиной, то есть, выгорает;
  • Чугун имеет низкую пластичность, хрупок, но вместе с тем он хорошо обрабатывается электрическим и механическим инструментом;
  • Литьё чугуна – это наиболее простой и недорогой процесс;
  • У чугуна есть несколько разновидностей, которые так же легко получить, как и простой серый чугун.

Чугун для литья поступает на фабрики и заводы в чушках, здесь из него производят уже готовые изделия. Наиболее простой, и дешёвый способ литья чугуна производят в глиняно-песчаные формы. В детстве, наверное, каждый строил песочные замки и лепил фигурки из глины. Так же и здесь, в специально приготовленную форму из песка, глины и некоторых дополнительных компонентов выливают расплавленный чугун. Чугун обладает хорошей литьевой текучестью, чтобы избежать некоторой усадки металла, формы делают немного больше по размеру. Самый простой и наглядный пример литья чугуна – это чугунных батареи, которые 20-30 лет назад использовали повсеместно. Да и сейчас их делают и используют, потому как это наиболее недорогие батареи для отопления.

Литьё чугуна по ГОСТ

Несмотря на наличие других технологий литья чугуна, литьё в землю, или песчано-глиняные формы наиболее распространено. Есть и другие способы литья, они используются, когда нужно получить изделие с другими характеристиками. Не важно, по какой технологии идёт литьё чугуна, оно производится согласно установленному ГОСТу, и фиксируется чёткими, принятыми стандартами. Соблюдая стандарт качества, независимо от места производства, изделия из чугуна имеют одинаковые, заданные характеристики.

Литьё чугуна позволяет получить сотни тысяч разнообразных изделий, от небольших деталей дли станков и механизмов, до многотонных изделий для ледоколов и атомных станций. Чугун будет востребован ещё ближайшие 100 лет, пока его нечем заменить.

КАК СДЕЛАТЬ ЗАКАЗ?

Если у вас возникли вопросы или вы хотите узнать цены, обращайтесь в отдел сбыта по телефону:

+7 (4842) 75-10-21 (многоканальный) 

или на e-mail: 

[email protected]

Профессиональные сотрудники предоставят Вам дополнительную информацию и помогут оформить заявку.

Отправляя заявку я даю свое согласие на обработку моих персональных данных


подать заявку на заказ

Подать заявку на заказ продукции

Возникли вопросы?
Свяжитесь с нами по телефону +7 (4842) 75-10-21

Удобнее связаться по электронной почте?
Напишите нам на [email protected]

Производство чугуна

Производство чугуна из железных руд осуществляется в специальных доменных печах и носит название «доменный процесс».

В России первые доменные печи были построены в 1632 г. вблизи Тулы (Городищенские заводы).

В конце XVII в., по указанию Петра I, железоделательное производство переносится на Урал, где в 1699 г. на реке Невье был построен первый крупный завод по выплавке чугуна.

Развитие производства чугуна и стали на Урале объяснялось наличием там богатых железных руд, больших лесных массивов и многочисленных быстрых рек, энергия которых применялась для приведения в движение основных механизмов (воздуходувок) металлургических заводов.

Бурное развитие металлургического производства на Урале привело к тому, что уже во второй половине XVIII в. Россия заняла
первое место в мире по выплавке чугуна.

Увеличение объема металлургического производства и усовершенствование его технологии связаны с работами великого русского ученого М.В. Ломоносова, который в 1763 г. издал свою книгу «Первые основания металлургии, или рудных дел».

До второй половины XIX в. Урал был основной металлургической базой России. В конце XIX в. возникает новая металлургическая база на юге России.

Открытие в 1881 г. огромных запасов железных руд в районе Кривого Рога и наличие местного топлива (кокса) вызвали быстрый рост металлургического производства на юге России, и уже к концу первого десятилетия XX в. южные заводы выплавляли большую часть чугуна, получаемого в то время в России.

После Великой Октябрьской революции, в годы пятилеток и особенно после решений XIV съезда партии об индустриализации страны (1925 г.), производство чугуна стало развиваться быстрыми темпами.

Коренная реконструкция старых заводов и постройка гигантов современной металлургии — Магнитогорского и Кузнецкого металлургических комбинатов, вступивших в строй в 1932 г., привели к быстрому росту доменного производства.

Количество получаемого в то время в Советском Союзе чугуна в десятки раз превышает количество чугуна, производившегося в России в дореволюционное время.

Многим русским ученым и новаторам принадлежат большие заслуги в усовершенствовании доменного процесса.

Большой известностью пользовался практик-доменщик М.К. Курако, внесший конструктивные изменения в устройство доменной печи, что в значительной степени повысило ее производительность.

Работами академика М. А. Павлова в области расчета доменных печей и усовершенствования технологии доменного процесса широко пользуются в металлургическом производстве.

Много нового внес в улучшение металлургического производства вице-президент Академии наук СССР академик И. П. Бардин, руководивший строительством Кузнецкого металлургического комбината.

§

В Казахстане запустили комплекс по производству чугуна — Новости металлургии

В Балхаше 23 сентября на базе ТОО «АВ Metalls» состоялось открытие металлургического комплекса по производству чугуна, сообщает пресс-служба акимата Карагандинской области Казахстана. «Это событие важно не только для нашего региона, оно важно для всей промышленности Казахстана», — отметил аким Карагандинской области Нурлан Нигматулин, присутствовавший на открытии, при этом он отметил, что «этот проект является очередным подтверждением договоренности об интеграционных процессах между президентами Казахстана и России».

Как отметил генеральный директор московского Института тепловых металлургических агрегатов и технологий «Стальпроект» Александр Усачев, «это дорога в новую металлургию». По его словам, такая технология впервые применена на таком большом промышленном производстве. Сегодня на заводе состоялся первый выпуск чугуна, в дальнейшем будет проходить отработка технологии. Комплекс способен выдавать до 32 тыс. т литейного чугуна в год.

Как сообщается в пресс-релизе предприятия, инновационность проекта заключается в уникальности конструкции печи, что позволяет применять технологию производства чугуна в одну стадию, без применения дорогостоящего кокса, и перерабатывать любой неподготовленный железосодержащий материал, что автоматически снижает стоимость готового продукта. «В настоящее время в мире наблюдается постоянно растущий спрос на металлы. В частности, дефицит чугуна, полученного прямым восстановлением, составляет порядка 10 млн т в год по всему миру. Чугун в основном подразделяется на передельный, который используется для выплавки стали, и литейный, используемый для литья различных металлоизделий. По классической методике получение чугуна происходит в несколько стадий, включая агломерационный обжиг, восстановление с выпуском чугуна», — сообщается в пресс-релизе.

Проект был реализован при участии института развития Казахстана АО «Национальный инновационный фонд» (НИФ), входящего в состав АО «Фонд устойчивого развития “Казына». Проект стартовал в конце 2006 г., его стоимость составляет 655,2 млн тенге (€3,7 млн). В том числе инвестиции НИФ — 199,6 млн тенге (€1,13 млн).

Если вы нашли ошибку в тексте, вы можете уведомить об этом администрацию сайта, выбрав текст с ошибкой и нажатием кнопок Shift+Enter

Производство чугуна при более низкой температуре

Финалист европейского изобретателя 2009 года в категории «Промышленность».

Чугун — цельное, но расточительное здание блок из стали. До недавнего времени единственным коммерчески жизнеспособным способом получения расплавленного Чугун должен был перегреть железную руду, процесс, который оказался неэффективным с точки зрения энергии, дорого и вредно для окружающей среды из-за количества угля и высокой температуры, используемые для плавления железа. Стремясь снять некоторую нагрузку на окружающей среды и сократить производственные затраты, два голландских изобретателя, Коэн Мейер и Хуиб ден Хартог открыл новый способ производства чугуна с низкими затратами. температура.

В взгляд

Изобретатель(и): Koen Meijer, Хуибден Хартог

Изобретение: Циклонная конвертерная печь (CCF)

Сектор: Сталь

Компания: Corus, принадлежащий Tata Steel Group

До того, как Мейер и ден Хартог разработали свою инновационную «Циклонную конвертерную печь (CCF)», одним из способов производства расплавленного чугуна было плавление железной руды с древесным углем или «коксом» и известняком в доменной печи, при этом чугун затем перемещался в печь. жидкой форме на сталелитейный завод.Оказавшись на заводе, чугун был преобразован в сталь путем сжигания избыточного углерода.

Ден Хартог, который сейчас на пенсии, и Мейер, который работает в Corus, втором по величине металлургическом производитель примерно ₤12 годовой доход и производство более 20 миллионов тонн стали ежегодно, знали, что должен быть более рентабельный и экологически безопасный процесс производства чугуна.

В 2001 году Мейер и den Hartog создали свою CCF, которая позволила производить жидкий чугун непосредственно из железной руды и угля с использованием низких температур посредством двухступенчатой процесс с использованием плавильного циклона для стадии предварительного восстановления и металлургической сосуд для окончательной стадии восстановления.

Оба этапа используют газов, выделяющихся во время восстановления, что позволяет снизить температуру и меньшее количество угля, что означает меньшее потребление энергии.

Более того, они открыл способ включения слоя шлака, твердого побочного продукта производства чугун, в процесс плавки. Использование шлака в производственном процессе было новая идея и оказалось, что это более экологичный метод удаления шлака.

Мейер и ден CCF Hartog использует от 500 до 1000 кг угля на тонну чугуна. производится гораздо меньше, чем требуется в традиционном процессе плавки.То меньшее количество угля значительно снижает затраты и сохраняет окружающую среду износ.

С чугуном ключевой ингредиент в производстве стали, а сталь является ключом к современному в процессе строительства невозможно переоценить значение чугуна в промышленный прогресс. Дизайн Мейера и ден Хартога как часть будущего процессы производства чугуна — хорошая новость для обоих производителей стали, стремящихся сократить затрат и для окружающей среды.

Производственный процесс и продукция|JFE Steel Corporation

Производственный процесс и продукция

Производственный процесс и продукция

Высококачественная продукция и динамичная линия по производству стали на основе лучших мировых технологий.

Основное оборудование и производственные процессы

Сырье и производство стали

Доменная печь превращает железную руду в чугун, основной ингредиент, используемый для производства стали. Внутрь доменной печи сверху поочередно засыпают кокс и железную руду, а снизу вдувают нагретый до 1000-1200 градусов Цельсия воздух. Железная руда плавится и восстанавливается с образованием чугуна, который затем транспортируется к следующему процессу с помощью торпедного вагона или ковша для расплавленного чугуна.

Процесс производства стали

Расплавленный чугун обрабатывается на подготовительном оборудовании для отделения примесей, таких как сера и фосфор, а затем очищается путем удаления углерода с использованием конвертера стали. После удаления примесей этими методами оставшееся вискозное вещество известно как «сталь». Затем расплавленная сталь транспортируется на МНЛЗ и отливается в заготовки (слябы, балочные заготовки и блюмы), которые легко прокатываются.

Основная кислородная печь (преобразователь) Вторичная доработка Машина непрерывного литья заготовок

Прокат

Прокатка — это процесс, при котором заготовки превращаются в листы толщиной от менее 1 мм до 400 мм.Технология прокатки JFE является результатом длительных исследований и разработок. Вместо того, чтобы просто «прокатывать» сталь, процесс фактически изменяет кристаллическую структуру металла, позволяя JFE определять прочность, гибкость и другие свойства конечного продукта.

Покрытия и гальванические покрытия Стальные листы

с красивым блеском и высокой устойчивостью к ржавчине могут быть изготовлены путем нанесения различных покрытий на поверхности холоднокатаных листов.
Производственная линия на Западно-Японском заводе оснащена оборудованием для всех видов гальванопокрытий, включая непрерывное цинкование, электролитическое цинкование, лакирование, покраску различного назначения и лужение (а также линию по производству безоловянной стали).

   
Линия непрерывного цинкования Линия электролитического цинкования

Ассортимент продукции

Строгий контроль качества и использование передовых технологий обеспечивают создание продуктов, идеально подходящих для самых разных целей в повседневной жизни.

Горячекатаные листы
(используются в автомобильных шасси, поручнях и т. д.)
Холоднокатаный лист
(используется в автомобилях, электроприборах и т. д.)
Листы с покрытием
(используются в автомобилях, электроприборах, банках и т. д.)
Электротехнические листы
(используемые в трансформаторах, двигателях и т. д.)
Плиты
(используются в судостроении, мостостроении и т.д.)
Шпунтовые сваи
(используются в мелиорации, озеленении и т.д.)
H-образный
(используется в строительстве и т. д.)
Рельсы
(используются на железных дорогах)
 
Стержни
(используются в автомобилях, шестернях, винтах и ​​т. д.)
Катанка
(используется в электропроводке, подшипниках и т. д.)
Трубы UOE
(используются в трубопроводах, резервуарах высокого давления и т. д.)
 

Доставка
Многие из наших продуктов транспортируются как внутри страны, так и за границу корабль.В настоящее время создана новая высокоэффективная логистическая инфраструктура для поддержки системы экспресс-доставки JFE.
Плавательный купол под открытым небом (район Фукуям)

Так железная руда превращается в сталь

Изображение: Getty/Sean-Gallup

Если вы когда-нибудь задавались вопросом, как железная руда превращается в сталь, не смотрите дальше.

Эта удобная инфографика от Bank of America Merrill Lynch (BAML) содержит ответ, будь то использование доменной или электродуговой печи.Он даже показывает вам различные типы стальных изделий, которые производятся на реальных примерах.

Ницца.

Источник: BAML

. В данном случае мы сосредоточимся на производстве стали с использованием доменной печи, показанной в верхнем левом углу инфографики, учитывая, что ее основным ингредиентом является железная руда.

И мы уже знаем вопрос, который вы задаете — что, черт возьми, такое доменная печь?

Не волнуйтесь, BAML покрывает и это.

Вот как это работает:

Двумя основными сырьевыми материалами, входящими в производственный процесс доменной печи, являются железная руда и коксующийся уголь.Железная руда, коксующийся уголь и известняк добавляются в верхнюю часть доменной печи, а нагретый воздух вдувается в нижнюю часть печи для запуска процесса горения. При сжигании железной руды с другими материалами в доменной печи образуется расплавленный чугун, который затем превращается в сталь. Известняк добавляется в доменную печь для улавливания примесей и образования отработанного шлака.

Думайте о чугуне как о промежуточном продукте. Это не железная руда, но и не сталь.

После того, как чугунная руда была произведена, ее отправляют в кислородную печь или кислородный конвертер, чтобы превратить ее в сталь.

Расплавленный чугун из доменной печи «загружают» (выливают из ковша) в конвертер, а в емкость опускают водоохлаждаемую фурму. Когда жидкий чугун и дополнительный стальной лом (~ 20%) загружаются в основную кислородную печь, кислород продувается через фурму под высоким давлением, химически реагируя с углеродом для сжигания примесей. Кислород реагирует с высоким содержанием углерода в чугуне и ломе с образованием CO и CO2.

Продувка кислородом заставляет примеси (оксиды, силикаты, фосфаты и т. д.) реагировать с флюсом с образованием шлака или выходить через верхнюю часть печи в виде дыма. Флюс (известняк) действует как химическое чистящее средство, поглощая примеси железа и оставляя после себя расплавленную сталь. В результате получаются отдельные уровни шлака и расплавленной стали, которые теперь готовы к заливке в ковш для разливки. Перед литьем со сталью можно сочетать различные сплавы для изменения прочности, формуемости или долговечности.

По данным BAML, для производства одной тонны стали требуется около 1,5 тонны железной руды.

По сравнению с доменной печью, электродуговая печь в качестве основного ингредиента преимущественно использует стальной лом, а не железную руду.

BAML объясняет:

Предприятия с электродуговой печью

(ЭДП) используют в качестве основного сырья стальной лом, а не железную руду, и требуют меньших первоначальных инвестиций по сравнению с более капиталоемким доменным процессом.В целом, ЭДП, как правило, производят сталь более низкого качества с точки зрения отделки, которая чаще используется на конечных рынках строительства/инфраструктуры.

Об авторе

Производство чугуна

(эра после доменной печи), Гави Лёттер, Эндрю А. ван Никерк, Джордж Фармер :: SSRN

13 страниц Опубликовано: 22 сент. 2021 г.

Дата написания: 12 сентября 2021 г.

Аннотация

Во всем мире экологическая инициатива направлена ​​на сокращение производства двуокиси углерода (CO2) в процессе производства стали.Было обнаружено, что альтернативные восстановители, отличные от материалов на основе угля, являются реальной заменой с результирующим значительным сокращением выбросов CO2 за счет использования «более чистых» восстановителей, таких как природный газ. Потребление кокса в доменной печи требует кокса для производства чугуна, для которого в настоящее время ведется поиск альтернативных путей получения восстановителя. Было доказано, что природный газ является подходящим восстановителем при производстве железа прямого восстановления (DRI) в шахтной печи или в печи с вращающимся подом (RHF). Этот ПВЖ затем можно использовать в качестве сырья для производства чугуна в закрытой печи с флюсовой дугой (SAF) (являющейся круговой печью переменного тока, печью постоянного тока или большой прямоугольной печью с 6 рядами), где уменьшенная количество восстановителя требуется для окончательного восстановления и введения дополнительного углерода, необходимого для последующих процессов производства стали.

СНЖ также действует как модификатор шлака, повышающий ценность этого традиционного продукта отходов. Вместо производства заполнителя производится высококачественный гранулированный шлак, который можно использовать в качестве заменителя клинкера в классическом производстве цемента. Это способствует сокращению выбросов CO2 за счет сокращения традиционного производства цемента. Восстановитель на основе ископаемого по-прежнему требуется для этого технологического маршрута, но сумма соответствует сокращению восстановителей на основе ископаемого топлива. Использование возобновляемых источников энергии в качестве источника электроэнергии еще больше способствует сокращению выбросов, повышая ценность всей производственной цепочки.Естественным продолжением этого этапа процесса будет внедрение экологически чистого водорода (h3) в будущем.

Ключевые слова: Восстановление CO2, ПВР, печь с погруженной дугой, производство чугуна, доменный шлак, конвертер

Рекомендуемое цитирование: Рекомендуемая ссылка