Ресурсосбережение
УДК 621.745.3:669.054.85
ПЕРСПЕКТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛОМА И МЕТАЛЛИЗОВАННОГО СЫРЬЯ
© Гудим Юрий Александрович, Голубев Анатолий Анатольевич,
Промышленная компания «Технология металлов». Россия, 454016, Челябинск, ул. Косарева, 63. Тел.: +7 (351) 796 3480
Овчинников Сергей Геннадьевич,
ОАО «Челябгипромез». Россия, 454090, Челябинск, пр. Ленина, 35. Тел.: +7 (351) 239 4400 Зинуров Ильяз Юнусович
НТ ЗАО «АКОНТ». Россия, 454047, Челябинск, ул. Сталеваров, 7, оф. 402. Тел.: +7 (351) 268 9010, e-mail: akont-proekt@mail.ru Статья поступила 28.01.2009 г.
Рассмотрены некоторые варианты новых, более эффективных, чем традиционные, технологических схем производства стали, обеспечивающие уменьшение расхода энергоносителей и шихтовых материалов. Сформулированы требования к конструкции эффективного современного топливокислородного плавильного агрегата. Приведены сведения о спроектированном многоцелевом топливокислородном плавильном агрегате «МАГМА» и возможности его использования при производстве полупродукта для получения стали из лома или металлизованных окатышей. Показано, что использование тепла горения топливокислородной смеси вместо электрической энергии при плавлении лома и металлизованного сырья дает существенную экономию первичной энергии и увеличивает выход годного металла. Ключевые слова: технологические схемы; производство стали; энергоносители; первичная энергия; плавление; лом; металлизован-ное сырье; топливокислородный плавильный агрегат; расход энергии; выход годного металла.
Разразившийся мировой финансово-экономический кризис оказал резко отрицательное влияние на мировую и отечественную металлургию, прежде всего на производство стали и стального проката. Следствием уменьшившегося спроса и падения цен на прокат явилось падение производства стали.
В таких условиях особенно актуальны поиски новых более эффективных технологических схем производства стали, обеспечивающих уменьшение расхода энергоносителей, шихтовых материалов и, в конечном счете, снижение себестоимости производимой стали.
Наименьшие суммарные энергозатраты при производстве стального проката обеспечивает выплавка стали из лома черных металлов [1]. Наиболее выгодным и удобным плавильным агрегатом для передела лома в сталь сейчас является дуговая печь. Этим, а также меньшими суммарными капитальными затратами объясняются интенсивное строительство электросталеплавильных цехов и быстрое повышение доли электростали в ее общем мировом производстве. Дуговая печь позволяет существенно интенсифицировать процесс плавления лома за счет кратковременного использования тепла топливо-кислородных горелок, массированного применения газообразного кислорода для увеличения прихода тепла от экзотермических реакций окисления шихты и частичной замены (там, где это возможно) лома жидким чугуном. В результате производительность и вместимость дуговых печей заметно выросли, а расход электроэнергии на плавку существенно уменьшился. Современные 09 дуговые печи практически достигли возможного преде-20 ла улучшения показателей их работы, например печи се-^ рии ULTIMATE фирмы Siemens VAI. ? В то же время дуговые печи, перерабатывающие
| лом в сталь, имеют определенные недостатки: < - расход электроэнергии на плавку остается зна-
s чительным;
- при плавке стали в современной печи по современной технологии очень велики потери металлической составляющей шихты (выход годного 90-92%).
Хотя электроэнергия является очень удобным энергоносителем, на ее выработку расходуется большое количество первичных теплоносителей: газа, угля, мазута при довольно низком тепловом КПД современных ТЭС (0,32-0,38), поэтому использование электроэнергии в большом количестве для выплавки стали экономически невыгодно.
В отечественной литературе впервые обращено внимание на этот факт в работах Ю.Н.Тулуевского с сотрудниками [2, 3]. Исследования, проведенные этими авторами, привели к созданию мощных экономичных топливокислородных горелок, совершенствованию схем размещения их на дуговых печах и разработке концепций двухстадийной плавки и топливно-дуговой печи (FAF) [2, 3]. Реализация этих концепций позволила бы существенно снизить расход электроэнергии при выплавке стали, но определенные технические сложности и некоторое недоверие металлургов не дали возможности реализовать эти идеи на практике.
Повсеместное применение агрегатов ковш-печь для внепечного рафинирования и доводки стали по составу в определенной степени нивелирует требования к технологии получения жидкого полупродукта и к агрегату для ее реализации. Поэтому в настоящее время вновь встает вопрос о целесообразности использования топливокис-лородных плавильных агрегатов при выплавке стали из лома, ранее считавшийся закрытым в связи с низкими технико-экономическими показателями работы мартеновских и двухванных сталеплавильных печей, которые главным образом были обусловлены конструктивными недостатками этих плавильных агрегатов:
- крайне нерациональной схемой загрузки шихтовых материалов;
- низком удельной тепловой мощностью;
- отсутствием эффективной схемы утилизации тепла отходящих газов.
Следствием этого были низкие тепловой КПД, производительность, высокий расход огнеупоров, большие простои на ремонтах футеровки. Но даже при сравнительно низком тепловом КПД (порядка 0,25) мартеновские печи по степени использования тепла первичных теплоносителей практически не уступали лучшим дуговым печам (при тепловом КПД дуговой печи 0,7 и тепловом КПД ТЭС 0,35 степень использования тепла первичного теплоносителя в дуговой печи составляет 0,7-0,35 = 0,245).
С учетом вышеизложенного, современный топли-вокислородный плавильный агрегат для переработки лома и металлизованного сырья должен обеспечить:
- возможность непрерывного плавления загружаемой шихты в жидкой ванне;
- возможность непрерывной или полунепрерывной строго дозированной загрузки шихты с требуемой скоростью;
- подогрев шихты теплом (физическим и химическим) отходящих газов перед загрузкой ее в расплав;
- рациональное размещение топливокислород-ных горелок с целью обеспечения оптимальных условий теплопередачи и перемешивания расплава;
- возможность введения в рабочее пространство необходимой (без ограничений) тепловой мощности;
- возможность корректирования состава шлака, проведения дефосфорации, а при необходимости, обезуглероживания металла и восстановления железа из окислов.
При выполнении этих условий плавильный агрегат сможет успешно работать в сочетании с агрегатом ковш-печь, передавая в него расплавленный полупродукт для производства стали требуемой марки.
В работе [4] сотрудниками фирмы DEMAG предложен шахтный агрегат для непрерывного расплавления лома топливокислородными горелками, расположенными в нижней части шахты. Расплавленный лом по желобу передается в дуговую печь сравнительно небольшой мощности для передела в сталь. Авторы [4] расчетным путем показали, что при использовании такого агрегата экономится значительное количество первичной энергии теплоносителей по сравнению с расплавлением лома в дуговой печи.
Но такой агрегат не может работать непосредственно в сочетании с агрегатом ковш-печь из-за невозможности получения в нем необходимого количества шлака требуемого состава и осуществления дефосфорации и обезуглероживания металлического расплава. Кроме того, в предлагаемой шахтной печи возможно сваривание кусков лома при высоких температурах, образование «мостов» и зависание шихты.
Плавление лома в жидкой ванне успешно используется при Consteel-процессе производства стали в дуговой печи [5], причем в расплав непрерывно и дозировано загружается лом, подогретый теплом отходящих газов. Однако при этом процессе не наблюдается значительно-
го снижения расхода электроэнергии (340-360 кВт-ч/т). Кроме того, следует обратить внимание на сложность конструкции конвейеров агрегата Consteel.
Промышленная компания «Технология металлов» совместно с ЗАО «НПО «Гидропресс» (Подольск) и НТ ЗАО «АКОНТ» (Челябинск) разработала проект многоцелевого топливокислородного плавильного агрегата непрерывного действия «МАГМА» (АПМ «МАГМА»), а также создала и опробовала в опытно-промышленных условиях технологические схемы его применения. Одно из эффективных направлений использования агрегата - непрерывное расплавление лома или металлизованного сырья в жидкой ванне с рафинированием расплава для последующего передела в сталь непосредственно на установке ковш-печь. Полый корпус типового плавильного агрегата «МАГМА» охлаждается жидкометаллическим теплоносителем, что создает возможность получения шлакового гарнисажа на внутренней поверхности корпуса в шлаковой зоне и рабочем пространстве. Ванна агрегата футеруется огнеупорными материалами. Плавление загружаемой шихты обеспечивается шестью комбинированными газокислородными горелками-фурмами тепловой мощностью 8-10 МВт каждая. Расположение горелок выбрано по результатам моделирования для обеспечения благоприятных условий передачи тепла шихте и расплаву и хорошего перемешивания расплава. Тепло отходящих газов используется для предварительного подогрева шихты в шахтном или конвейерном нагревателе. Конструкции переходного устройства и нагревателя обеспечивают возможность строго дозированной загрузки шихты. Пыль, уловленная газоочистными устройствами агрегата, вдувается специальными инжекторами в шлаковый расплав, находящийся в плавильной камере. Имеются также инжекторы для вдувания в расплав углеродсодержащих материалов. Плавильная камера имеет шлаковую и металлическую летки, оборудованные сливными желобами и запорными устройствами, позволяющими осуществлять как периодический, так и непрерывный выпуск расплавов. Расчетная производительность типового агрегата по жидкому металлу 75-80 т/ч. Основные технические характеристики агрегата «МАГМА» приведены ниже:
Тепловая мощность, МВт до 100
Вид топлива природный газ,
каменный уголь Окислитель технический кислород
(95% О2)
Температура металла в ванне, °С 1450-1600 Температура шлакового расплава, °С 1500-1650 Температура газовой фазы в свободном пр
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.