Milling-master.ru

В помощь хозяину
6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Бездоменная технология получения металла

Процесс Ромелт: бездоменное получение чугуна

Разработанный в Московском государственном институте стали и сплавов под руководством профессора В.А. Роменца одностадийный процесс жидкофазного восстановления неподготовленных железорудных материалов с использованием в качестве восстановителя энергетических углей осуществляется в плавильно-восстановительной печи прямоугольного сечения (рисунок 5.7), работающем с небольшим разряжением в рабочем пространстве, исключающем выбросы газов в атмосферу.

Рисунок 5.7 – Схема плавильного агрегата процесса Ромелт: а – продольный разрез; б – поперечный разрез; 1 – барботируемый слой шлака; 2 – металлический сифон; 3 – шлаковый сифон (отстойник); 4 – горн с подиной; 5 – переток; 6 – загрузочная воронка; 7 — дымоотводящий патрубок; 8 – фурмы нижнего ряда (барботажные); 9 – фурмы верхнего ряда (для дожигания); 10 – слой спокойного шлака; 11 – слой металла; 12 – водоохлаждаемые кессоны

Исходным железорудным сырьем в процессе Ромелт является железная руда, в том числе пылеобразная, с широким диапазоном содержания железа. В качестве восстановителя и энергоносителя применяется энергетический уголь в виде пыли.

Железорудная шихта и уголь подаются в агрегат из расходных бункеров с помощью системы весовых дозаторов и конвейеров без специального смешивания. Загрузка осуществляется через специальное отверстие в своде на шлаковую ванну.

В ванне при температуре 1500 – 1600 о С происходит быстрое плавление железосодержащего сырья и замешивание угля в барботируемый слой шлака, который образуется при подаче дутья через фурмы нижнего ряда.

Дутье обеспечивает необходимое барботирование ванны и генерирование тепла в результате неполного сжигания углерода до СО. Образовавшийся восстановительный газ, который содержит СО и Н2, используется для восстановления оксидов железа шлака, а остаток его дожигается над ванной до СО2 и Н2О в кислороде, который вдувается в рабочее пространство печи с помощью второго ряда фурм. При этом обеспечивается дополнительный приход тепла в расплавленную ванну.

Капли восстановленного в шлаковой ванне железа науглероживаются, укрупняются и опускаются на подину агрегата через зону спокойного шлака, образуя металлическую ванну с температурой 1375 – 1450 о С. Полученный металл содержит, % мас.: 4,0 – 4,8 С, 0,05 – 0,15 Mn, 0,01 – 0,1 Si, 0,05 – 0,12 P, 0,025 – 0,060 S.

Металл и шлак удаляются из печи через раздельные сифонные устройства с отстойниками безнапорным способом, что обеспечивает поддержание в печи необходимого постоянного уровня металла и шлака. Металлические и шлаковые сифонные устройства и рабочее пространство печи являются системой сообщающихся сосудов.

Газы в зависимости от степени их дожигания удаляются из рабочего пространства печи с температурой 1500 – 1800 о С через дымоотводящий патрубок, проходят котел-утилизатор, мокрую и сухую очистку.

В таблице 5.3 представлены сведения о расходах материалов и выходе побочной продукции при производстве 1 т чугуна процессом Ромелт.

Таблица 5.3 – Удельный расход материалов и выход побочной продукции при производстве 1 т чугуна процессом Ромелт

В таблице 5.4 представлены данные о затратах энергии на выплавку 1 т чугуна различными процессами в условиях Индии.

Таблица 5.4 – Сведения об энергозатратах на выплавку чугуна различными процессами, ГДж/т жидкого чугуна

В таблице 5.4 использованы следующие обозначения: М.У. – местный уголь; И.У. – импортный уголь; И. кокс – импортный кокс.

Из таблицы видно, что в условиях Индии процесс Ромелт обеспечивает меньшие затраты энергии на производство чугуна в сравнении с процессом Корекс, приближаясь к затратам энергии на выплавку чугуна в минидоменных печах.

Бездоменный способ производства стали

Способ заключается в плавке металлизованной шихты в электропечах, минуя стадию получения чугуна.

Основные стадии процесса:

1. Получение окисленных окатышей;

2. Получение металлизованных окатышей;

3. Выплавка стали;

Для получения окисленных окатышей рудный концентрат смешивают с глинистым веществом, получают в барабанах шарики диаметром 1-2 см, сушат и обжигают в печи. Окатыши содержат более 67% Fe.

Далее окатыши поступают в шихтную печь, где встречаются на своем пути с потоком горячего восстановительного газа (CO + H2, получающийся при конверсии природного газа). Получаются металлизованные окатыши (содержание железа больше 90%).

Металлизованные окатыши переплавляют в сталь в дуговых печах и затем подвергают дополнительной выпечной обработке – вакуумирование, продувка Ar и обработка рафинирующими порошками.

Схема производства экологически чистая. У нас в стране ОЭМК – производительность 1 мин. т.

Производство стали на последнем этапе этого метода осуществляется в электрических или индукционных печах.

Схемы печей следующие

2. Индукционная печь.

Производство стали в мартеновских печах

Мартеновская печь представляет собой печь пламенного нагрева генеративного типа.

В передней части печи имеются окна для загрузки шихты, в задней – отверстия для слива стали и шлака. В нижней части имеются регенераторы для подогрева входящих газов и воздуха.

Печь выкладывается из доломитового кирпича, свод печи – из хромо-магнезитового (он выдерживает температуру до 1800°C). Топливом для мартенов служит либо мазут, либо доменный или коксовый газы.

Сырьё для приготовления шихты:

Различают следующие процессы:

  1. Рудный: плавка из чугуна 60%, скрапа 20% и руды 20%.
  2. Скрапный: скрапа 70%, чугуна 20%, руды 10%.
  3. Рудно-скрапный: чугуна 40%, скрапа 40% и руды 20%.

Во время плавки окислы железа, входящие в состав скрапа и руды, взаимодействуют с примесями чугуна, и происходит окислительная плавка:

Si + 2FeO = 2Fe + SiO2

Mn + FeO = Fe + MnO

Читать еще:  Глубокое сверление отверстий в металле технология

Все эти окислы переходят в шлаки и сливаются с поверхности стали. Для окончательного удаления P и S в печь вводят известняк. Он связывает P и S в соединения CaSiO3 и CaO∙P2O5.

Процесс плавки проводят в течение 5-20 часов в зависимости от содержания в шихте примесей, подлежащих удалению.

Ускорить плавку позволяет применение кислородного дутья, что позволяет:

1. Улучшить теплотехническую работу печи (увеличить теплоту сгорания топлива);

2. Ускорить металлургический процесс (кислородом обогащают воздух до 33% или вдувают кислород в расплав);

Так как все металлургические процессы происходят в основном на границе раздела металл-шлак, то при вдувании кислорода в расплав осуществляется значительное перемешивание и ускорение процесса варки стали.

Кроме того, кислородное дутье позволяет более точно удалить примеси из расплава:

Следовательно, применение кислорода дает возможность расширить ассортимент применяемых чугунов, облегчает передел фосфоритных чугунов и дает возможность перерабатывать руды с большим содержанием фосфора.

С применением кислородного дутья в настоящее время выплавляют до 75% мартеновской стали (в капиталистических странах сталь плавят в основном таким способом). В СССР распространено и обогащение воздуха, и пламенный процесс (дутьё + обогащение воздуха), что позволяет проводить скоростные плавки.

Плазменная плавка стали

Плазменная плавка стали – это ближайшее будущее качественной электрометаллургии.

Процесс плавки заключается в следующем. В печь загружается шихта, затем включается плазмотрон (I=10 кА, U=200-500 В) и возникает плазменная дуга с температурой 15000-30000 К. Под воздействием высокой температуры компоненты шихты переходят в жидкое состояние, и происходит плавка стали. Плавка длится 2-3 часа.

Схема печи следующая

Использование плазменной плавки позволяет эффективно повысить качество стали, получать прогрессивные сплавы. Окружающая атмосфера почти не загрязняется. Уровень шума – 110 Дб (в дуговой печи – 160 Дб).

Цветная металлургия

Производство алюминия

Алюминий – самый распространённый металл в природе (общее содержание в земной коре

8,8 %). Электрохимический способ получения алюминия открыт в 1886 году, сейчас способ тот же, но аппаратурное оформление – современное. Ежегодное производство

3 млн. тонн. Алюминий используется в авиа- и автостроении в виде сплавов с Mn, Mg, Cu, Si, Ni, Zn, а также широко используется в электротехнической промышленности (провода). В СССР

12 заводов по производству Al, 2 на Урале (БАЗ, УАЗ).

Сырьё для производства:

40% (также содержит SiO2) – из них выгодно сразу получать силумин (сплав Al+Si);

Электролитом для производства Al служит расплав глинозёма с криолитом Al2O3+Na3AlF6.

I. Получение глинозёма.

1) Метод Байера (из бокситов, Si 900° C

Эти смеси размалывают и выщелачивают, при этом в раствор переходят силикат и алюминат натрия, в отвал – Fe2O3, CaSiO3.

Добавляют известковое молоко и отводят CaO∙Al2O3∙2SiO2 в осадок.

и обжига 2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O

II Получение криолита.

Его получают искусственным путём из флюоритов (CaF2+SiO2)

SiO2 + 4HF = SiF4 + H2O побочная реакция

Продукция процессов бездоменной металлургии и эффективность ее применения;

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

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

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

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

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

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

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

Читать еще:  Гибка листового металла технология

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

Показатели доменной плавки при использовании в шихте ГЖ

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

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

Показатели работы доменной печи фирмы LTV США

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

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

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

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

Производственный цикл выпуска металлопродукции подразделяется на две стадии:

1) получение жидкого металла;

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

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

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

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

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

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

Цена:

Авторы работы:

КУРУНОВ ИВАН ФИЛИППОВИЧ

Научный журнал:

Год выхода:

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

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.

Читать еще:  Горячее цинкование металла технология

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-

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 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- 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

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector
×
×