Технология производства чугуна методом восстановительной плавки HIsmelt
Технологию восстановительной плавки HISmelt (High Intensity Smelting) разработали в компании Rio Tinto в Австралии, но промышленное применение не оправдало себя. Затем право на использование этой технологии продали китайскому концерну «Молун» совместно с несколькими научными организациями. И в 2016 году после совершенствования технологии было запущено и успешно работает промышленное предприятие.
HIsmelt — это современная технология в области металлургии, основанная на более чем 30 лет исследований и практики промышленного производства. По сути, в этом методе плавки скомбинированы доменная печь и кислородное дутьё. Уникальные технологические условия особенно подходят для плавки высокофосфатных руд, ванадийсодержащих титаномагнетитовых руд, твёрдых отходов и пыли сталелитейных заводов. При этом не требуется дорогостоящий кокс и предварительное приготовление окатышей. Главные отличие от традиционной термообработки — высокая эффективность производства, простой технологический процесс, гибкость требований, экологичность и т. д.
Инновационность технологического процесса: барабанная вращающаяся печь + восстановительная печь SRV позволяют значительно повысить надёжность работы и значительно повысить эксплуатационные показатели по сравнению с процессом в Квинане (Западная Австралия): псевдоожиженный слой + восстановительная печь SRV. В связи с тем, что срок службы футеровки в Австралии был слишком короткий, чтобы избежать эрозии огнеупорных материалов и для увеличения срока службы футеровки,
«Молун» использует новые огнеупорные материалы, заменяя хромомагнезитовые кирпичи на хром-алюминиевые, которые гарантированно стоят не менее года, без видимой эрозии и необходимости замены.
Впервые в мире не доменная технология приобрела промышленный масштаб и обеспечивает непрерывность эксплуатации.
Китай уже является передовой мировой державой по производству стали, а по производству чугуна занимает первое место в мире. Доменные печи являются основой производства чугуна в Поднебесной. Доменная технология за долгие годы эксплуатации и развития имеет большие преимущества, но она также имеет присущие ей технологические ограничения. По сравнению с традиционными доменными печами, технология HIsmelt имеет следующие 5 основных преимуществ.
ЭКОЛОГИЧНОСТЬ
Экология — главная проблема с конца XX века. Нам, нашим детям и внукам жить на этой прекрасной планете. По масштабам негативного воздействия на экологию чёрная металлургия, в том числе сталеплавильное производство, занимает одно из ведущих мест. Традиционный процесс доменного производства очень сложный, помимо самой доменной печи, дополнительно требуются коксование, спекание, гранулирование и другие процессы. Традиционный процесс создаёт большое количество пыли, сточных вод, выхлопных газов и т. д., что приводит к серьёзному загрязнению окружающей среды, поэтому доменная технология будет чаще сталкиваться с большим экологическим и политическим давлением.
Революционная технология HIsmelt позволила исключить коксовые печи и процесс спекания, тем самым позволяет значительно сократить образование СO2 и NOx, существенно сократить выбросы диоксинов, смол и фенолов. Экологические преимущества очевидны.
КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ
По сравнению с традиционными доменными печами, чугун, получаемый по технологии HIsmelt значительно чище. В нём меньше кремния (Si), фосфора (P), значительно ниже содержание пяти основных вредных элементов (Pb — свинец, Sn — олово, As — мышьяк, Sb — сурьма, Bi — висмут). При производстве стали из этого чугуна образуется меньшее количество шлака, также снижается себестоимость сталеплавильного производства. У процесса HIsmelt высокая способность дефосфорации: 85-95% фосфора уходит в шлаковую фазу.
ШИРОКИЙ ВЫБОР СЫРЬЯ
В доменном процессе используют кусковое сырьё, к которому подают предварительно обработанный металлургический кокс и железорудный концентрат, обожжённый в окатыши. Эти два процесса не только очень энергозатратны, но и дороже.
Процесс HIsmelt позволяет напрямую вдувать низкосортные железосодержащие материалы, которые доменная печь не сможет принять. Технология позволяет использовать недорогие каменные и другие угли взамен дорогого кокса. Кроме того, в процессе HIsmelt можно с большой гибкостью выбора использовать различные вторичные ресурсы, такие как железная окалина, пыль металлургических заводов.
НИЗКАЯ СТОИМОСТЬ СТРОИТЕЛЬСТВА И СЕБЕСТОИМОСТЬ ПРОДУКЦИИ
Согласно статистике затрат на строительство различных сталелитейных предприятий, инвестиции в строительство самой доменной печи составляют всего 15-20% от общего объёма инвестиций. То есть возведение вспомогательных систем доменного производства обходится в 4-5 раз выше, чем в саму доменную печь. Кроме того, коксование, спекание и доменное производство создают большое количество возвратной продукции, что приводит к огромному затратам на вторичное потребление энергии.
В процессе восстановительной плавки HIsmelt отсутствуют энергозатратные процессы спекания и коксования, не требуется кокс и брикетирование, поэтому нет необходимости в крупномасштабных заводах по смешиванию сырья, коксохимических и агломерационных заводах, что значительно снижает площадь и стоимость строительства. Простота в эксплуатации, дешевое сырье и низкие затраты на рабочую силу, значительно снижают эксплуатационные расходы предприятия. Например, завод «Молун» занимает только 1/3 площади завода с доменной печью на 1080 м3, а себестоимость получаемого чугуна ниже на 25-30 дол./т.
ВЫСОКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА, ГИБКОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОСТОТА ЭКСПЛУАТАЦИИ
В традиционной доменной печи оксид железа находится в низкотемпературной зоне, где твёрдый углерод выступает в качестве восстановителя, в целом общие условия тепло и массопередачи плохие и скорость реакции низкая. В процессе HIsmelt, уголь, железосодержащие материалы, флюс через распылительные форсунки, подают непосредственно в глубь ванны расплава железа, таким образом углерод может быстро растворяться и вступать в реакцию с твёрдыми или жидкими оксидами железа (FeO). В процессе восстановительной плавки образуется большое количество всплывающих газов (H2, CO), что создаёт эффект циркуляции масс и интенсивное кипение, это отличные условия тепло- и массопередачи, таким образом скорость восстановления оксида железа на 1-2 порядка выше, чем на базе твёрдого углерода, и не зависит от содержания оксида железа в зоне реакции. В то же время в жидкой фазе трудно создать высокий градиент температуры (±30 °C), поэтому можем рассматривать реакцию плавления как изотермическую, кипения фонтанного типа, что также улучшает эффект теплопередачи от горения в верхней части в жидкую фазу. Таким образом, процесс HIsmelt радикально снимает ограничения процесса восстановления железа, имеющиеся в доменном процессе.
Доменное производство имеет непрерывный принцип работы. После запуска доменной печи вся система должна работать круглосуточно, как правило, до конца срока службы доменной печи, за исключением планового капитального ремонта и аварийных остановок. Технологический процесс HIsmelt отличается простотой и гибкостью, что позволяет быстро адаптироваться к вынужденным производственным изменениям, вызванными экономической ситуации так и ресурсными изменениями.
Технология HIsmelt создает новое направление металлургии, высвобождая металлургов из ограничений доменного процесса. Будущие металлургические предприятия больше не будет считаться крупнейшими загрязнителями природы, а будут утилизировать отходы и обеспечивать дополнительной энергией наши города.