Процессы бездоменной металлургии чугуна

Процесс Согех

Разработанный фирмой VAI (VOEST-ALPINE Industrianlagenbau GmbH, Австрия) процесс Согех испытывался на полупромышленной установке производительностью 60000 т/год. Первый промышленный агрегат Согех (С-1000) производительностью 1000 т/сутки (300000-400000 т/год) был построен в 1989 году на металлургическом заводе в Претории (ЮАР). Получаемый чугун использовали в качестве металлошихты для двух ДСП емкостью по 120 т.

В 1992 году VAI подписала контракт с Корейской фирмой РOSCO на строительство агрегата Согех С-2000 производительностью 2000 т/сутки на металлургическом заводе Pohang Works. Агрегат начал работать в ноябре 1995 года.

В 1995 году фирма VAI подписала контракт на строительство аналогичного агрегата С-2000 на металлургическом заводе фирмы Saldanha Steel Ltd в ЮАР. Агрегат был пущен в декабре 1998 года. Отходящий газ агрегата Согех на этом заводе после отмывки от СО2; используется в модуле Midrex. Получаемые чугун (650000 т/год) и ГЖ (800000 т/год) используются для выплавки стали в электропечах.

В августе 1999 года вступил и строй первый агрегат С- 2000 на металлургическом заводе JINDAL VIJAYANAGAR STEEL (JVSL) в Индии, проект которого предусматривает строительство двух таких агрегатов. Отходящий газ агрегатов Согех используется на этом заводе в качестве топлива на заводской электростанции и на фабрике окомкования для обжига окатышей. Получаемый чугун используется в качестве металлошихты двух кислородных конвертеров емкостью по 150 т.

Процесс Согех является двухстадийным процессом, который осуществляется в комбинированном агрегате, включающем шахтный восстановительный реактор и плавильную печь-газификатор. В этом процессе окатыши или кусковая железная руда, или их смесь частично восстанавливаются в шахтном реакторе газом, поступающим из плавильной печи- газификатора (рис.1). В шахтном восстановительном реакторе, работающем под высоким давлением, железорудные материалы, загружаемые через шлюзовое загрузочное устройство, восстанавливаются в противотоке при температуре 800-850 °С газом, состоящем только из СО и Н2, до степени металлизации 90-93 %. Полученное ГЖ шнековыми устройствами выгружается из реактора и загружается в плавильную печь- газификатор, где происходит его плавление и довосстановление железа из жидкого шлака углеродом угля, загружаемого непосредственно в печь-газификатор также через шлюзовое загрузочное устройство. Для сжигания угля в печь-газификатор через фурмы в слой угля вдувают кислород. Образующийся газ, проходя через слой угля и ГЖ охлаждается до температуры около 1000 °С (под куполом печи-газификатора). При этих температурах летучие вещества и смолы из угля разлагаются до СО и Н2. Горячий газ из печи-газификатора очищается от пыли в циклонах и через фурмы вдувается в нижнюю часть восстановительного реактора. Уловленная в циклонах пыль, содержащая уголь и железо, вдувается в печь-газификатор. Необходимую температуру (800-850 °С) восстановительного газа, вдуваемого в реактор получают, подмешивая к горячему газу холодный восстановительный газ. Отходящий из восстановительного реактора газ имеет высокий энергетический потенциал и может использоваться для энергетических целей в качестве востановительного газа или и для получения синтез-газа. Одной из технологических новинок в процессе СОRЕХ является применение мелкой железной руды (в количестве до 10-12 % от всей металлошихты), которая загружается в плавильную печь газификатор через загрузочные устройства для угля. Это приводит к сокращению расхода топлива и кислорода на процесс. Так минимальный расход кислорода (518 м3/т) и минимальный расход топлива (993 кг/т) на модуле СОRЕХ С-2000 в Джиндале (Индия) был достигнут при использовании рудной мелочи, загружаемой в плавильную печь по тракту загрузки угля. Рекордные показатели работы этого модуля достигнутые в течение 2000 года составляют: суточная производительность - 3065 т/сутки (25 ноября); месячная производительность - 71838 т/месяц (ноябрь); максимальная доля кусковой руды и рудной мелочи в шихте - 47,1 % (ноябрь); максимальная доля рудной мелочи в шихте - 12,2 % (ноябрь). В 2000 году доля кусковой руды в шихте колебалась в пределах 12-36, а доля рудной мелочи - в пределах 7-12 %. Во втором квартале 2001 года ожидался пуск второго модуля С-2000 на заводе в Джиндале.

Технологическая схема процесса СОRЕХ

Рис.1. Технологическая схема процесса СОRЕХ:

Типичный для процесса Согех баланс сырья, топлива, энергоресурсов и получаемых продуктов представлен в таблице 1.

Таблица 1. Типичные величины расхода материалов, топлива, электроэнергии, трудозатрат и выхода побочных продуктов в процессе Согех (на 1 т чугуна).

Типичные величины расхода материалов, топлива, электроэнергии, трудозатрат и выхода побочных продуктов в процессе Согех

Использование избыточного энергетического потенциала отходящего из шахтного реактора газа необходимо для улучшения экономических показателей процесса Согех. На рис. 2 представлена концептуальная схема модуля Согех С-3000 в комбинации с тепловой электростанцией (А), работающей на отходящем газе шахтного реактора и такого же модуля, работающего в комбинации с модулем МIDRЕХ (В). Количество вырабатываемой электроэнергии превышает потребность в ней процесса Согех (включая электроэнергию для производства кислорода). Подобная схема реализована на металлургическом заводе JVSL в Индии, где, кроме того, отходящий газ используется для обжига окатышей на фабрике окомкования, производящей окатыши для модуля Согех. Технологическая схема комбинации модулей Согех и Мidгех, реализованная на металлургическом заводе SALDANHA представлена на рис. 3.

Расчетный баланс металла и энергии в схемах комбинации модуля СОRЕХ С-3000 с тепловой электростанцией (А) и модулем МIDRЕХ (В)

Рис. 2. Расчетный баланс металла и энергии в схемах комбинации модуля СОRЕХ С-3000 с тепловой электростанцией (А) и модулем МIDRЕХ (В): 1 - уголь 1050 МВт/т; 2 - избыточный отходящий газ 500 МВт/т; 3 - электростанция с комбинированным циклом; 4 - электроэнергия на продажу 200 Мет или 1600000 МВт*час/год; 5 - электроэнергия 10 МВт; 6 - кислородный блок 30 МВт; 7 - кислород 70000 м3/час; 8 - чугун 1100000 т/год, 132 т/час.; 9 - отходящий газ ; 10 - модуль СОRЕХ С-3000; 11 - очистка газа от С02 и нагрев; 12 - модуль МIDRЕХ, работающий на отходящем газе модуля СОRЕХ: 13 - газ на продажу 30000 м3/ч.; 14 - ГЖ 125 т/час или 1000000 т/год; А - производство электроэнергии на отходящем газе процесса СОRЕХ; В - Комбинация производств чугуна и ГЖ.

Комбинация процессов СОRЕХ и МIDRЕХ на заводе SLDANНА STEEL в Южной Африке

Рис.3. Комбинация процессов СОRЕХ и МIDRЕХ на заводе SLDANНА STEEL в Южной Африке

В нижней части плавильной печи-газификатора Согех образуется коксовая насадка, наличие которой обуславливает получение в этом процессе чугуна, практически не отличающегося от доменного чугуна по содержанию углерода, кремния и серы, а также и по температуре. Для обеспечения нормальной работы агрегата в период его пуска вместо угля используют кокс. Кокс загружают также перед остановкой агрегата. Работа агрегата Согех без кокса требует точного регулирования теплового состояния печи-газификатора, так как образующийся из угля полукокс имеет меньшую прочность, меньшие размеры кусков и менее однороден по размеру по сравнению с коксом. Все это требует обеспечения более высокой степени металлизации ГЖ, получающегося в шахтном восстановительном реакторе агрегата Согех, более равномерного распределения газового потока, оптимизации высоты слоя коксовой насадки в печи-газификаторе и расхода вдуваемого кислорода. В связи с этим к физико-химическим свойствам углей, в частности к реакционной способности, горячей прочности и к гранулометрическому составу углей, используемых в процессе СОRЕХ предъявляются требования качественно аналогичные требованиям к физико-химическим свойствам доменного кокса.

Таким образом, по обощенным данным наиболее подходящий для процесса Corex уголь должен обладать следующими свойствами:

Свойства угля Значения величин
Содержание нелетучего углерода 55-65 %
Содержание летучих веществ 25-35%
Содержание золы < 12%
Содержание серы < 0,5 %
Теплотворная способность > 7000 ккал/кг
Реакционная способность, (CRI) < 35%
Горячая прочность, (CSR) > 40 %
Средний размер кусков 20-30 мм

В таблице 2 приведены характеристики чугуна, получаемого на доменных печах завода и в агрегате Соrех на фирме Р0SС0, а также некоторые условия работы, влияющие на состав чугуна.

Таблица 2. Характеристики доменного и Согех чугунов на заводе фирмы Р0SС0.

Характеристики доменного и Согех чугунов на заводе фирмы Р0SС0

Основные проблемы, которые пришлось решать технологам завода фирмы Р0SС0 при отработке технологии и выходе на проектную производительность агрегата Согех С-2000, связаны с как с работой шахтного восстановительного реактора, так и с работой печи-газификатора. В шахтном реакторе имели место:

  • потеря уровня засыпи;
  • спекание металлизованных окатышей и затруднения с их выгрузкой;
  • стопорение шнековых разгрузочных устройств;
  • низкотемпературное разрушение руды;
  • недостаточная степень восстановления окатышей;
  • образование застойных зон;
  • загрузка в реактор мелочи.

В плавильной печи-газификаторе имели место:

  • нарушения теплообмена в слое угля и шихты;
  • колебания теплового состояния горна печи-газификатора;
  • нарушения хода выпусков продуктов плавки;
  • уменьшение длины чугунной летки;
  • несбалансированная загрузка ГЖ в печь.

Расход топлива на выплавку чугуна процессом Согех, кроме качества используемого угля и богатства железорудного сырья, значительно зависит от производительности агрегата. На заводе фирмы Р0SС0 при изменении производительности модуля С-2000 в пределах 1800-2400 т/сутки расход угля изменялся в пределах от 900 до 1200 кг/т. Себестоимость получаемого чугуна Соrех на этом заводе по оценке фирмы находится между себестоимостью чугуна, выплавляемого на печах малого и большого объема, т.е. она меньше, чем на доменных печах малого объема и больше, чем на доменных печах большого объема [52]. Одним из путей снижения себестоимости чугуна Соrех является использование в качестве сырьевых материалов металлургических отходов и дешевых видов топлива. Опыты, проведенные на модулях Соrех в Индии и в Южной Африке, показали, что мелкие металлургические отходы, включая замасленную окалину можно загружать непосредственно в плавильную печь-газификатор. Возможна загрузка в печь-газификатор Согех и предварительно окускованных отходов, включающих кроме железосодержащих материалов, угольную мелочь, пластмассы, органические отходы и замасленную окалину. Учитывая, что около 20% восстановительного газа из плавильной печи-газификатора Согех проходит мокрую очистку и охлаждается, цинк и щелочи, содержащиеся в металлургических отходах, частично выводятся из оборота с улавливаемой в этих скрубберах пылью (рис. 1). Это обстоятельство требует определенного ограничения поступления цинка в агрегат Согех, чтобы гарантировать качество получаемого чугуна.

Изучив десятилетний опыт работы модуля С-1000 и опыт работы модулей С-2000 в Корее, Южной Африке и Индии, специалисты фирмы VAI считают возможным снизить капитальные вложения на строительство модулей Согех С-2000 на 20 %. По их оценке в условиях США капиталовложения на строительство модуля С-2000, в зависимости от его расположения, составят от 180 до 195 млн. долларов.

РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ