Электросталеплавильное производство

Современная технология производства жидкого углеродистого полупродукта в ДСП для производства плоской продукции

Минимизация расходов на сырье и энергоносители, доля которых в производстве электростали превышает 70%, является основным направлением развития техники и технологии плавки в дуговой электропечи.

Стальной лом. На современном этапе развития электрометаллургии, исходя из цены материалов, составляющих металлическую часть шихты, можно отметить, что металлический лом остается самым доступным шихтовым материалом. Так, по прогнозу Международного института черной металлургии к 2010 г. мировой спрос на стальной лом должен возрасти до 435-440 против 379 млн.т/год в 2000 г.

Основные источники лома - это отходы, образующиеся, во-первых, при производстве черных металлов, во-вторых, при потреблении черных металлов в металлообработке и строительстве, в-третьих, амортизационный лом, образующийся в процессе ликвидации основных средств, проведении капитальных и текущих ремонтов, а также так называемого выбытия сменного оборудования, оснастки, приспособлений и инструмента, и, в-четвертых, бытовой лом и «прочие» источники его сбора - шлаковые отвалы, заводские свалки и т.п. Естественно, оценка ресурсов лома черных металлов определяется состоянием первых трех сфер его образования. На долю стального лома, который образуется в металлургическом производстве, приходится на сегодняшний день около 40% его общего потребления. Важно, что это наиболее качественный лом, как правило, не требующий существенной подготовки к использованию.

В настоящее время цена стального лома возрастает, при этом из-за необходимости перевозки металлолом становится дорогим, а легковесный без переработки в местах сбора - нерентабельным.

Крупные специализированные компании по переработке лома вкладывают деньги в оборудование, которое позволяет перерабатывать и смешанный и легковесный лом. Поэтому, при сохранении объемов качественного крупногабаритного металлолома, растет доля переработанного лома. Прежде всего, пакетированного, полученного прессованием и резкой, а также шредерного.

Затраты на подготовку одной тонны лома определяются энергоемкостью процесса и при переработке, например на шредерной установке, достигают 7-10$ США, в зависимости от получаемой фракции.

Качество углеродистого стального лома определяется следующими основными параметрами, которые обусловливают его реальную стоимость:

  • замусоренность лома, характеризующаяся содержанием железа в ломе и оказывающая влияние на технико-экономические и экологические аспекты выплавки стали;
  • величина содержания остаточных загрязняющих элементов (в первую очередь таких, как медь, хром, никель, олово, молибден, цинк), которая определяет возможность выполнения требований к химическому составу готовой стали;
  • насыпная плотность (разделение на легкий, средний и тяжелый лом) и максимальные размеры кусков стального лома (мелкий с длиной кусков до 100 мм, средний - от 100 до 400 и крупный - до 1000 мм) оказывает непосредственное влияние на количество подвалок шихты и другие технико-экономические показатели плавки.

Плотная завалка шихты обеспечивается оптимальным соотношением различных видов лома. Как правило, в ДСП рекомендуется вводить 15-20 % мелкого лома, 40-50 крупного и 30-45% среднего. Обычно насыпная плотность лома в бадье составляет 0,7-0,9 т/м3.

При оценке насыпной плотности стального лома в бадье следует учитывать, что эта величина при каждой перегрузке уменьшается примерно на 0,1 т/м3. Форма и размер кусков лома определяют скорость плавления и соответственно расход энергии. Различие в размере "идеального" и "трудного" лома может существенно повысить расход энергии (до 40 кВт*ч/т). При наличии в ломе органических соединений, пластмасс, дерева, воды, льда, бетона расход энергии может увеличиться на 30 кВт*ч/т.

Характеристика металлолома, поступающего в дуговые печи одного из заводов СНГ, его максимальные габариты и относительная доля каждого вида металлолома приведены в табл. 11.

На расход энергии влияет количество загружаемых бадей шихты. Считается, что загрузка каждой бадьи требует дополнительных затрат энергии около 10 кВт*ч/т, при этом работа печи с жидким остатком способствует более стабильному горению дуг и снижает расход энергии на 15 кВт*ч/т.

Ниже приведены средние значения примесей цветных металлов в ковшевых пробах плавок, выплавленных с применением 100% скрапа на одном из заводов СНГ: Сu - 0,20%; Ni - 0,16%; Сr - 0,08%; Sn - 0,012%.

Таблица 11. Характеристика лома поступающего в ЭСПЦ

металлический лом, дсп, эсцп

Стальной лом является возобновляемым сырьевым материалом, который в промышленно развитых странах имеется в достаточном количестве. Поэтому необходимость его полнейшего использования весьма актуальна, поскольку позволяет получить экономию энергии и уменьшить выброс парниковых газов.

Металлизованное сырье. При необходимости, например, снижения содержания цветных металлов в готовой стали, наряду с металлическим ломом в шихту электропечей вводят альтернативные железосодержащие шихтовые материалы. Практика применения этих материалов показывает, что в их общем количестве доля металлизованного сырья составляет приблизительно 75, а чугуна – 25%. Как правило, применение альтернативных материалов ограничено технологическими причинами и высокой ценой. Вместе с тем, по авторитетным прогнозам в 2010 г. спрос на металлизованное сырье составит 100 млн. т, в сравнении с 52 млн.т в 2000 г.

Железо прямого восстановления (DRI), к которому относятся металлизованные окатыши, характеризуется довольно высоким содержанием углерода и чрезвычайно низкой концентрацией вредных примесей (S, Р, Сu, Ni, Cr, Sn, и As) см. табл. 12.

Таблица 12. Примерный химический состав металлизированных окатышей (DRI)

химический состав, металлизированные окатыши, dri

Горячебрикетированное железо (НВІ) при равной с DRI степенью металлизации железа, также отличается низкой концентрацией вредных примесей (Р, Сu, Ni, Cr, Sn, и As). Вместе с тем, НВІ имеет пониженную концентрацию углерода (около 0,5%) и повышенное содержание серы (примерно 0,025%).

Ввод DRI и НВІ в рабочее пространство печи проводят, как правило, непрерывно во время плавления. Установлено, что при степени металлизации окатышей (горячебрикетированного железа) 92 - 93%, и содержании в них 4-5% пустой породы замена 1% лома металлизованным сырьем требует ввода от 1 до 2 кВт*ч/т дополнительной энергии. В табл. 13 приведены основные технологические параметры плавки DRI в ДППТ вместимостью 200 т завода «Hylsa» (Мексика).

Таблица 13. Технологические параметры плавки DRI в ДППТ завода «Hylsa» (Мексика)

технология плавки, dri, hylsa

Анализ производственных издержек различных процессов прямого получения железа и его плавки показал, что наиболее выгодные условия производства обеспечиваются в Венесуэле, Тринидаде, Иране и Мексике.

Передельный чушковый чугун как шихтовый материал для электросталеплавильных печей обладает значительным энергетическим потенциалом, благодаря высокому содержанию углерода и кремния. Оценка показывает, что замена 1 % стального лома твердым чугуном позволяет дополнительно ввести 1,1 кВт*ч/т. Кроме того, чушковый чугун в сравнении со стальным ломом имеет следующие особенности: низкую концентрацию примесей цветных металлов; высокое содержание серы и фосфора; большую насыпную плотность (около 3 - 4 т/м3).

Однако неоправданно большое количество чугуна в шихте требует увеличения продолжительности плавки из-за необходимости дополнительного обезуглероживания. Кроме того, увеличение расхода шлакообразующих при работе с применением первородной шихты и передельного чугуна с 26 до 45 кг/т эквивалентен дополнительному росту расхода энергии с 42 до 72 кВт*ч/т.

Применение в завалку электропечи жидкого чугуна энергетически выгодно не только из-за выделения дополнительной химической энергии, но и ввода в ванну физического тепла (табл. 14). Температура жидкого чугуна перед заливкой в печь составляет 1150-1350°С, при этом его теплосодержание достигает 223-272 кВт*ч/т, что обеспечивает при замене 1 % лома жидким чугуном около 2,23-2,72 кВт*ч/т дополнительной энергии.

Таблица 14. Сравнительная характеристика плавок в ДСП завода «Huta Czenstochowa» (Польша) с применением в шихте жидкого и твердого чугуна

плавка, дсп, шихта чугун, huta czenstochowa

Химические реакции окисления кремния и марганца при содержании 1% жидкого чугуна в шихте дополнительно вносят около 1,40 кВт*ч/т. Содержание углерода в чугуне обеспечивает поступление тепла от его окисления в количестве 0,5 кВт*ч/кг. Кроме того, следует учитывать энергию растворения углерода, которая составляет около 0,6 кВт*ч/кг. Поэтому суммарный вклад 1% жидкого чугуна в тепловой баланс плавки составляет примерно 4,3 кВт*ч/т.

Однако, по некоторым данным, не смотря на снижение расхода энергии и сокращение продолжительности плавки, при работе на жидком чугуне, себестоимость готовой стали возрастает примерно в 1,3-1,5 раза. Стоит отметить, что в условиях дефицита стального лома и наличия избыточного количества передельного чугуна на металлургическом комбинате такой технологический вариант может быть экономически целесообразен даже для производства стали массового сортамента. Вместе с тем, существует оптимальное с точки зрения себестоимости готового полупродукта соотношение чугун – лом. В табл. 15 представлены расчетные данные, согласно которым для определенных конкретных условий производства (масса плавки 165 т) экономически оптимальное количество жидкого чугуна в шихте составляет около 30%. Обычно к этой величине склоняются большинство исследователей.

Таблица 15. Затраты на выплавку полупродукта с применением жидкого чугуна в шихте 165-т ДСП

выплавка полупродукта, жидкий чугун, шихта

На основании вышеизложенного можно заключить, что в настоящее время прямая альтернатива применению стального лома в шихте современной ДСП отсутствует, поэтому технология электроплавки стали массового сортамента с целью минимизации издержек, как правило, предусматривает загрузку в электропечь 100% стального лома.

РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ