Доменное производство - XXI век
Международный конгресс доменщиков. Москва, 12-15 мая 2010 г.
С 12 по 15 мая в Национальном исследовательском техно-л огическом университете «МИСиС» состоялся международный конгресс доменщиков. В работе конгресса приняли участие 252 представители 104 ведущих российских и зарубежных металлургических предприятий и организаций, РАН, научных и проектных институтов, высших учебных заведений, машиностроительных предприятий и организаций, предприятий огнеупорной промышленности, инжиниринговых компаний. На конгрессе было представлено 76 докладов и постеров, посвященных анализу роли, состояния и тенденций развития доменного производства, обсуждению новейших инженерных решений по повышению эффективности доменной плавки, снижению энергозатрат на производство чугуна и воздействия на окружающую среду.
Роль доменного производства в черной металлургии XXI века. За прошедшее столетие выплавка стали в мире возросла почти в 30 раз, интенсивный рост ее производства продолжается, и по прогнозу к концу XXI в. выплавка стали превысит 2 млрд т, а производство чугуна, который является основным компонентом металлошихты при выплавке стали, достигнет уровня 1,3 млрд т. [1]. При населении земли 8 млрд человек такое производство стали будет отвечать ее душевому потреблению 250 кг в год. Сталь остается основным конструкционным материалом, несмотря на создание новых конструкционных материалов. «Одна из основных тенденций изменения номенклатуры конструкционных материалов заключается в замене сталей не альтернативными материалами, а новыми сортами специальных сталей с повышенными служебными свойствами» [2].
Доминирующую роль в экстрактивной металлургии железа, как и в прошлом веке, сегодня уверенно сохраняет доменное производство, техника и технология которого непрерывно совершенствуются, качество шихтовых материалов повышается, топливо диверсифицируется и качество его повышается. Техническое и технологическое развитие доменного производства достигло особенно больших успехов во второй половине XX в. Удельная производительность ряда современных доменных печей (ДП) достигает 70-75 т/м2 в сутки, а суммарный расход кокса и вдуваемого топлива на них — 450-460 кг/т чугуна при расходе кокса 270-330 кг/т. На отдельных ДП, оснащенных эффективными техническими средствами контроля и регулирования процесса и работающих на высококачественной железорудной шихте и коксе, суммарный расход топлива приближается к теоретически минимально возможному [1].
Несмотря на интенсивное развитие технологий прямо-5 го получения железа и бездоменной металлургии чугуна, их . продукты (металлизованные окатыши и брикеты, жидкий и Г твердый чугун) на протяжении последних 20 лет занимают • скромную нишу (5-6%) в общем производстве железа из | железорудного сырья [1, 2]. Технологии прямого получения < железа не могут быть альтернативой доменному процессу г вследствие фазового состояния их продуктов и ограни-
ченной доли твердой металлошихты в конвертерном процессе, которым производится основное количество стали в мире. Жидкий чугун используется и при выплавке стали в электропечах. Промышленные технологии бездоменной металлургии чугуна пока уступают доменной технологии по масштабам производства, удельному расходу энергоносителей, себестоимости получаемого жидкого чугуна и техническому совершенству используемых агрегатов. Они также не являются альтернативой доменному производству. Выплавка чугуна этими процессами составляет менее 1% в общем его производстве. Таким образом, в XXI в. ДП остаются основными агрегатами экстрактивной металлургии железа, их технические характеристики и оснащенность улучшаются, а технология доменной плавки и технологии подготовки шихтовых материалов и доменного топлива продолжают совершенствоваться.
Характеристики и показатели работы доменных печей основных металлургических стран. Развитие доменного производства в ведущих металлургических странах в конце XX -начале XXI в. шло по пути уменьшения числа работающих ДП за счет увеличения их объема, совершенствования технической инфраструктуры, обслуживающих агрегатов и оборудования, повышения качества применяемых железорудных материалов и кокса, диверсификации вдуваемого топлива и оптимизации его расхода, совершенствования технических средств контроля и управления доменным процессом.
На первое место в мире по производству чугуна и стали в конце XX в. вышел Китай (540 млн т чугуна в 2009 г.). Стремительный рост производства чугуна в последние два десятилетия в этой стране был достигнут за счет строительства большого числа ДП различной мощности, включая малые ДП полезным объемом до 100 м3 и менее. В 2006 г. на заводах интегрированного типа в Китае работало 475 ДП объемом от 100 до 5000 м3 (средний объем 858 м3). Средняя производительность ДП на заводах интегрированного типа в 2008 г. составила 2,6 т/м3 в сутки, а суммарный расход топлива (кокс+ПУТ) — 532 кг/т чугуна. ДП интегрированных заводов в Китае работают на коксе с горячей прочностью (CSR) 60-70%, доля агломерата в шихте составляет 65-80%. На 40 ДП объемом от 1000 до 5500 м3 применяется сухая система очистки газов с рукавными фильтрами. Начиная с 2006 г. структура доменного производства Китая изменяется за счет ликвидации ДП малого объема. В 2009 г. выведены из эксплуатации, как технически несовершенные и не отвечающие экологическим требованиям, малые ДП с общим объемом производства 21 млн т в год.
Максимальный средний объем ДП (4157 м3) достигнут в Японии, где в 2008 г. работали 28 ДП объемом от 2000 до 5775 м3. Все ДП оснащены ГУБТ и работают с вдуванием ПУТ в количестве 125-130 кг/т. На отдельных ДП достигнуты рекордно низкие среднемесячные расходы топлива
(400-450 кг/т чугуна). В стране разработана и реализуется программа, целью которой является сокращение выбросов СО2 на 10% и достижение на всех ДП среднего суммарного расхода топлива 450 кг/т. Для достижения этой цели разрабатываются новые шихтовые материалы и технология доменной плавки, включающая в себя рециркуляцию колошникового газа, вдувание различных топлив и реагентов [1, 3].
В Северной Америке в 2008 г. находилось в эксплуатации 36 ДП (в США - 27, в Канаде - 6, в Мексике - 3) с рабочим объемом от 1034 до 4163 м3 (средний объем 1820 м3). Шихта большинства ДП состоит из офлюсованных и/или неофлюсованных окатышей и руды. В качестве вдуваемого топлива на большинстве ДП применяют природный газ (ПГ) как отдельно, так и в сочетании с ПУТ, мазутом и смолой, а также ПУТ в сочетании с мазутом и коксовым газом. Средневзвешенный (по чугуну) расход кокса и вдуваемого топлива в 2008 г. составлял, кг/т: кокса 379, коксового орешка 29, ПУТ 62, ПГ 32, мазута 9, коксового газа 2. Средняя производительность ДП -63,3 т/м3 в сутки. БЗУ применяются только на 14 ДП. Все ДП имеют футеровку горна из малоразмерных углеродистых горячебрикетированных блоков, обеспечивающих срок службы горна до 15-30 лет [1].
С 1990 г. по 2008 г. число ДП в Западной Европе уменьшилось с 92 до 58, а их средний объем увеличился с 1630 до 2063 м3. Было построено семь новых ДП. Средний расход кокса сократился с 408 до 352 кг/т, расход ПУТ увеличился с 50 до 124 кг/т, а суммарный расход топлива увеличился на 3%. Из 58 ДП 49 оборудованы БЗУ. На 20 ДП используются ГУБТ. На лучших ДП Европы суммарный расход топлива составляет от 458 до 500 кг/т, расход кокса фракции +35 мм 245-260 кг/т а удельная производительность от 56 до 73 т/м2 в сутки. Большинство европейских ДП печей работают на шихте, включающей в себя три компонента: агломерат (37-60%), окатыши (10-63%) и руду.
В 2008 г. в России было 53 ДП, из них 41 печь полезным объемом 1000 м3 и более (средний объем 1811 м3) и 12 ДП объемом менее 1000 м3 (от 225 до 700 м3 - средний объем 368 м3). На ДП применяются три типа загрузочных устройств: 40 типовых конусных загрузочных устройств, 10 лотковых БЗУ и три роторных загрузочных устройства. ГУБТами оснащены четыре ДП, установками припечной грануляции - три ДП. Шихта большинства ДП состоит из 60-90% агломерата и 10-40% окатышей. Содержание фракции 0-5 мм в загружаемом в ДП агломерате доходит до 1015% и более. Из-за дефицита угля коксующихся марок кокс имеет невысокую холодную и горячую прочность: М25 = 83+87%, М10 = 7+10%, CSR = 40+57%, CRI = 29+35%. Средний суммарный расход топлива на ДП восьми основных металлургических заводов России, производящих более 90% чугуна, составлял 522 кг/т, что на 8% выше этого показателя на европейских ДП (484 кг/т). Лучшие по удельной производительности ДП ММК, Северстали, НЛМК не уступают по этому показателю лучшим ДП Европы, но значительно уступают им по суммарному расходу топлива. Одни из основных причин этого - низкое качество применяемых в России кокса и агломерата, а также более высокое содержание кремния в чугуне [1].
В 1990 г. в Украине эксплуатировалось 55 ДП средним объемом 1465 м3, а в 2007 г. — 41 ДП (средний объем 1594 м3), в 2009 г. в эксплуатации находилась 31 ДП. В 2008 г. выплавлено 31 млн т чугуна, а в 2009 г. 25,8 млн т. В 2010 г. ожидается выплавка 28 млн т [4].
Особенности конструкции современных доменных печей. Мировой парк ДП непрерывно обновляется. Конструкции строящихся новых и реконструируемых современных ДП обеспечивают: длительность кампании не менее 20 лет; эффективное использование топлива при минимально возможном его расходе; эффективное и безотходное использование железорудных материалов; минимальное воздействие на окружающую среду; безопасные условия труда для технологического персонала; надежность оборудования и технологического процесса. Это достигается благодаря внедрению ряда основных технологических и технических решений:
- применение в футеровке горна высокоплотных углеродистых материалов с повышенной теплопроводностью и керамического стакана, обеспечивающих при уменьшении толщины лещади и стен горна более длительную его кампанию, а также минимизацию потерь тепла с охлаждающей водой [5-7];
- применение тонкостенной шахты, охлаждаемой по всей высоте с помощью медных и чугунных холодильников и с использованием химически очищенной воды
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.