научная статья по теме ПРЯМОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ЖЕЛЕЗА И БЕЗДОМЕННАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ ЧУГУНА В XXI ВЕ КЕ Металлургия

Текст научной статьи на тему «ПРЯМОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ЖЕЛЕЗА И БЕЗДОМЕННАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ ЧУГУНА В XXI ВЕ КЕ»

УДК 669.181.48

ПРЯМОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ЖЕЛЕЗА И БЕЗДОМЕННАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ ЧУГУНА В XXI ВЕКЕ

© Курунов Иван Филиппович, д-р техн. наук, главный доменщик ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат». Россия, Липецк. E-mail: kurunov_if@nlmk.ru

Статья поступила 21.05.2010 г.

Интенсивное развитие газовых (Midrex, HYL, ENERGIRON) и угольных (DRylron, Iron Dynamics, Fastmet, Fastmelt, Itmk3) технологий прямого получения железа и бездоменной металлургии чугуна (COREX, FINEX, Hismelt, ROMELT) во второй половине ХХ в. не снизило доминирующую роль доменного производства в экстрактивной металлургии железа. С точки зрения популярности, экономических и энергетических преимуществ эта позиция доменного процесса сохранится и в XXI в. Процессы прямого получения железа, производящие твердый металлизованный продукт, используемый при выплавке стали и чугуна, не могут быть альтернативой доменному процессу, но играют важную роль как поставщики чистой металлошихты для выплавки электростали или как процессы для утилизации железоцинксодержащих отходов на интегрированных металлургических предприятиях. Промышленные процессы бездоменной металлургии чугуна уступают доменному процессу по производительности, энергопотреблению, технической и технологической надежности.

Ключевые слова: железо; прямое получение; металлизованный продукт; чугун; доменный процесс; бездоменная металлургия чугуна; энергопотребление.

За прошедшее столетие выплавка стали в мире выросла в 29,5 раза — с 28,5 млн т в 1900 г. до 843 млн т в 2000 г. Наиболее интенсивный рост выплавки стали (с 200 до 700 млн т стали) происходил с середины 1950-х до середины 1970-х годов и вновь продолжился с конца 1990-х годов по настоящее время (см. рисунок) [1].

Основное количество стали производится кислородно-конвертерным процессом, ведущая роль которого сохранится и в обозримом будущем, несмотря на рост доли электростали в ряде стран, обладающих большим металлофондом.

Замедление ежегодного прироста выплавки стали прогнозируется во второй декаде XXI в., к концу которого производство стали превысит 2 млрд т, а производство чугуна — 1,3 млрд т. Отношение объемов производимых в мире чугуна и стали при этом сократится с 0,74 до 0,65-0,70 [1].

Таким образом, жидкий чугун остается основным и главным компонентом металлошихты при выплавке стали, его производство растет в соответствии с ростом производства стали, его доля в общей массе железа, получаемого из железорудного сырья, сохраняется стабильной, а руда и уголь продолжают быть основными сырьевыми материалами в экстрактивной металлургии железа.

В последние два десятилетия производство железа прямого получения (металлизованные окатыши или губча-

14001,6

|

5 о "

I'-о

у : 1

<

Оой

в

3 ао

о0.6

8о.-:

ф

А

10 : : 1г,

о0-

(> о

I I I 1 § I I I I I I I И I I I I I

Динамика производства стали с начала ХХ в.

тое железо — ГЖ; горячебрикетированное железо — ГБЖ) растет в том же темпе, что и производство чугуна. Однако доля этого продукта в общем производстве первородного железа (5-6%) практически не изменяется. ГЖ производят по газовым (Midrex, HYL, ENERGIRON) и угольным технологиям (во вращающихся трубчатых печах и в кольцевых камерных печах с вращающимся подом — ПВП). Прогресс в этих технологиях не может повлиять на доминирующую роль доменного процесса в экстрактивной металлургии железа прежде всего из-за ограниченного масштаба потребления в сталеплавильном производстве твердой ме-таллошихты, частью которой являются ГЖ и ГБЖ (табл.1).

Таблица 1. Производство металла в основных странах — производителях чугуна и стали в 2008 г. [1]

Страны Сталь, млн т Чугун, млн т DRI, млн т Чугун+DRI, млн т Чугун/сталь, т/т

Китай 502 471,0 - 471,0 0,938

Япония 118,7 86,2 - 86,2 0,726

Россия 68,5 33,0 48,3 33,0 48,3 0,705

Южная Корея 55,0 53,5 28,9 31,2 20,2 49.1 31.2 0,583

Украина 37,1 29,1 31,0 - 29,1 31,0 0,835

В мире в целом 1329,7 926,7 56,8 983,5 0,740

Таблица 2. Этапы развития и показатели процесса Midrex [2]

Производи- Доля Вдувание Расход Расход

Этап тельность природного кислорода, природного электроэнергии,

модуля, т/ч газа в дутье, % м3/т газа, м3/т кВт'ч/т

Первоначальная технология 88,8 4,5 0,0 268,6 135

Применение кусковой руды 100,3 3,5 0,0 262,3 120

Применение окатышей 110,2 3,5 0,0 257,9 109

с покрытием против спекания

Технология с вдуванием кислорода 121,5 1 оп о 4,5 17,5 ОП О 260,3 99 по

Технология OXY+ Совместное применение вдувания 12У,2 133,6 3,0 3,0 30,2 41,2 265,8 264,6 93 90

кислорода и технологии OXY+

Таблица 3. Промышленные технологии газификации углей [2]

Фирма Применяемый уголь Крупность (Н2+СО) в газе, % Содержание СН4, % Давление Температура газификации, °С

Lurgi Лигнит, битуминозный 6-50 мм Около 65 9-12 2,0-3,0 МПа 950-1050

Udok Лигнит, газовый, слабо-коксующийся, некоксующийся Менее 10 мм 65-73 0,6-2,0 Нормальное Около 1050

Texaco Битуминозный, нефтяной кокс <0,074 мм 60-65% суспензия угля в воде Около 80 <0,1 2,7-8,4 МПа 1300-1400

Газовые технологии прямого получения железа. В 2007 г. по технологии Midrex было произведено 39,7 млн т губчатого железа, что составило 59,7% его мирового производства. По технологии HYL/ENERGIRON было получено 11,3 млн т, или 16,8% мирового производства ГЖ [2]. Технологии Midrex и HYL в последние годы существенно усовершенствованы, особенно в отношении использования коксового газа, синтез-газа из угля и экспортного газа COREX. Основные этапы улучшения технологии Midrex отражены в табл. 2.

Единичные мощности модулей Midrex в настоящее время варьируют от 0,5 до 1,7 млн т в год (SUPER MEGAMOT), а из 60 существующих модулей Midrex только один работает на синтез-газе из угля. Синтез-газ для технологии Midrex должен соответствовать отношениям: Н2/СО = 0,5^4,0; (Н2+СО)/(СО2+Н2О) > 10. Этим требованиям отвечают используемые в промышленности традиционные газификаторы, обеспечивающие получение газа с отношением Н2/СО = 0,5^1,0. Первым в мире модулем Midrex, работающем на синтез-газе, можно считать модуль в Saldanha (ЮАР), где в комплексе COREX-Midrex экспортный газ из модуля COREX после очистки его от СО2 используется в модуле Midrex. Ежегодная производительность комплекса по чугуну и ГЖ составляет соответственно 650 тыс. т и 800 тыс. т. Состав экспортного газа COREX с отношением Н2/СО = 0,3^0,5 следующий (%): СО 43-45; Н2 12-22; СО2 30-32; N2 1-6; H2O 1-6; CH4 1-2.

В технологии HYL применяется паровая конверсия ° природного газа (ПГ), и поэтому восстановительный газ содержит около 80% Н2. В отличие от классической техно-s логии HYLIII в более поздней ее модификации — технологии ZR — реформер не используется. Восстановительный | газ генерируется одновременно с процессом восстановле-< ния оксидов железа внутри реактора металлизации путем s реформинга ПГ за счет частичного сжигания ПГ. В реак-

торе свежевосстановленное железо служит катализатором реформинга углеводородов. Такая технология уменьшает первоначальные инвестиции и затраты на обслуживание. Кроме того, качество получаемого по этой технологии ГЖ повышается, и оно содержит карбид железа. ZR-технология применяется в Мексике.

На основе ZR-технологии компания Tenova HYL совместно с Danieli (Италия) разработала технологию ENERGlRON, которая гибко приспосабливается под потребности покупателя и имеет стандартные модули производительностью (млн т/год): 0,2; 0,5; 0,8; 1,2; 1,6; 2,0. Технология позволяет применять непосредственно водород или СО, либо любой газ, содержащий углеводороды. В этой технологии отходящий из реактора газ очищается от Н2О и СО2 и вновь используется в реакторе после нагрева до 950 °С. За счет вдувания кислорода часть вдуваемого ПГ окисляется, повышая температуру в реакторе до 1000 °С, что необходимо для реформинга углеводородов и карби-дообразования. Благодаря эндотермическим реакциям восстановления оксидов железа водородом температура восстановительного газа понижается до 820 °С, при которой окатыши уже не слипаются в кластеры.

В 2007-2008 гг. введено в действие семь модулей ENERGIRON производительностью (млн т/год): 0,2 (Египет); 0,5 (Индия и Мексика); 0,8 (Венесуэла); 1,6 (Абу Даби) и 1,7 (Индия и Бразилия). Большинство из них производят высокоуглеродистое ГЖ. Модули в Абу Даби (1,6) и Индии (1,7) работают в едином комплексе с электросталеплавильными печами. При этом горячее ГЖ из восстановительных реакторов ENERGIRON выгружается сразу же в электропечи. Модуль в Джиндале (Индия, 1,7) использует синтез-газ, получаемый путем газификации угля.

В настоящее время для получения синтез-газа применяются три промышленные технологии газификации угля

Таблица 4. Состав продуктов процессов Fastmet и Fastmelt [4]

Процесс Соде >жание, % Степень металлизации Лмет, %

C Si S P Fe 1 ^-мет FeO 1*еобщ Пустая порода

Fastmet (для получения ГЖ) 4,0 - 0,15 - 78,2 11,3 86,9 6,35 90 Fastmelt (для получения чугуна) 2,0-4,5 0,1-0,6 <0,05 <0,04 95,5-98,0 0 95,5-98,0 0 100

(Lurgi, Германия; Undok, КНР; Texaco, США), существенно отличающиеся параметрами получаемого газа, характеристиками используемого угля и параметрами газификации (табл. 3).

Газовая технология прямого получения железа используется в разработанном в Иране Ghaem-процессе, который был реализован на Исфаганском металлургическом заводе в 1996 г. (производительность модуля 600 тыс. т ме-таллизованных окатышей в год). Отличительным признаком этого процесса является получение восстановительного газа из природного путем его частичного окисления кислородом и отходящими из реактора газами без применения катализатора. Получаемое в процессе ГЖ имеет степень металлизации 90-96% (93% в среднем) и содержит 1,8-2,0% углерода в виде карбида железа, что предохраняет продукт от окисления [3].

Угольные технологии прямого получения железа включают в себя как устаревшие (получение ГЖ в трубчатых вращающихся печах), применяемые в основном при использовании труднообогатимых руд, так и перспективные технологии (производство ГЖ в кольцевых камерных ПВП), развитие которых началось около 50 лет назад. Концепция использования ПВП для прямого получения ж

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.

Показать целиком