Виталий Скляр - Прогрессивные энерго- и ресурсосберегающие металлургические технологии. Учебное пособие для обучающихся по направлению «Металлургия»

• Название: Прогрессивные энерго- и ресурсосберегающие металлургические технологии. Учебное пособие для обучающихся по направлению «Металлургия»
• Автор: Виталий Скляр
• Жанр: Прочая научная литература

В учебном пособии представлено описание энерго- и ресурсосберегающих технологий, которые используются на современных предприятиях во всем мире. Рассмотрены вопросы применения современных технологий, которые позволяют экономить ресурсы и повышают эффективность производства стали и проката. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по металлургическим специальностям.

---

§5. Вторичные энергетические ресурсы других производств

Ферросплавный газ образуется в закрытых печах для выплавки ферросплавов, характеристика газа приведена в таблице 1. В связи с большой загрязненностью пылью и токсичностью, ферросплавный газ в основном сжигали тут же на свечах. Но возможно и его использование как топливного ВЭР после операции очистки от пыли.

На аглофабриках в качестве ВЭР могут использоваться тепло воздуха, охлаждающего агломерат, и тепло самих агломерационных газов, которые направляются в котел-утилизатор.

В прокатных цехах образуются только тепловые ВЭР. В основном широко используется тепло дымовых газов нагревательных колодцев и методических печей. Поскольку их КПД достаточно низок, то тепло дымовых газов потребляется в котлах-утилизаторах, а тепло охлаждающей воды, которая охлаждает элементы печи (балки, глиссажные трубы), используется в СИО для получения пара высокого давления. Возможно также и использование тепла готовой продукции.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое вторичные энергоресурсы, и на какие виды они делятся?

2. Назовите вторичные энергоресурсы, которые вырабатываются в металлургических агрегатах и где они используются.

3. Ресурсо- и энергосбережение при производстве чугуна, технологии прямого восстановления железа

§1. Производство агломерата и окатышей

Окускование руды является необходимой операцией перед загрузкой ее в шахтную печь, которая обеспечивает требуемую проницаемость столба шихты и прочность материала. Для доменной печи используется агломерат и/или окатыши, а для шахтных печей прямого восстановления только окатыши.

Агломерацией называется процесс спекания шитовых материалов на движущейся колосниковой решетке агломерационной машины. Для спекания к руде добавляют кокс, известняк и другие материалы, смешивают, смачивают водой, окомковывают и загружают на колосниковую решетку, которая последовательно проходит через всю агломерационную машину как конвейер. После прохождения зоны сушки поджигается кокс, находящийся в агломерате и в результате его горения происходит спекание шихтовых материалов в прочные куски и частичное восстановление оксидов железа.

Добиться снижения расхода энергии в агломерационном производстве можно:

– стабилизацией фракционного и химического состава шихтовых материалов;

– заменой известняка на известь;

– использованием ВЭР – тепла агломерационных газов и самого агломерата;

– предварительным подогревом шихтовых материалов;

– увеличением высоты слоя шихты, загружаемой на колосниковую решетку;

– использованием дополнительного источника тепла для спекания агломерата (экономия дорогого кокса);

– заменой кокса на уголь, антрацит, торф;

Для производства окатышей измельченный рудный концентрат смешивают с известняком и флюсовыми материалами, смачивают водой и окомковывают на барабанах в шарики диаметром 1…30 мм. Полученные окатыши загружают в обжиговую машину, где производится их обжиг для упрочнения. Само производство окатышей менее энергоемко чем производство агломерата.

Добиться снижения расхода энергии в производстве окатышей можно:

– использованием ВЭР

– путем направления нагретых газов из зоны спекания в зону сушки;

– добавлением в окатыши пылеугольного топлива;

– увеличением площади спекания обжиговых машин;

– увеличением высоты слоя окатышей, загружаемых на колосник.

§2. Доменное производство

Доменные печи являются основным агрегатом для переработки железной руды, хотя количество разнообразных агрегатов для прямого восстановления железа постоянно растет. В доменной печи из руды, которую подвергают окускованию (агломерация или производство окатышей), производят жидкий чугун и побочный продукт – шлак.

Упрощенно технологию доменной плавки можно описать следующим образом. Шихта, в составе которой присутствует железорудная часть (окатыши, агломерат), кокс, известняк и флюсы, загружается по скиповому подъемнику (в современных печах по ленточному транспортеру) и через засыпной аппарат сверху подается в шахту печи.

В нижнюю часть печи (горн) через фурмы подают подогретый воздух для горения и заменители кокса. Возле фурм происходит горение кокса с выделением угарного газа – СО, который поднимаясь вверх по столбу шихты восстанавливает оксиды железа, содержащиеся в рудной части. По мере опускания шихты вниз происходит ее нагрев и расплавление. Жидкий чугун сливается через чугунную летку в чугуновоз и направляется в сталеплавильный цех.

Как уже отмечалось в предыдущей главе, доменное производство занимает первое место по затратам энергии среди других металлургических производств. В себестоимости чугуна около 50% всех затрат приходится на стоимость энергоносителей, превалирующую часть которых составляет кокс. Вследствие чего, основным энергосберегающим мероприятием при производстве чугуна является снижение расхода кокса.

Снизить расход кокса можно как за счет различных технологических мероприятий, непосредственно направленных на снижение расхода, так и за счет замены кокса на другие виды топлива, в частности природный газ.

Основные пути снижения расхода кокса следующие:

– повышение качественных характеристик кокса: повышение прочности, снижение количества мелочи, влажности, золы и содержания серы и щелочных соединений, что обеспечит более ровный ход печи и повышение эффективности процесса;

– повышение содержания железа в шихте на 1% дает экономию кокса до 1,5%, этого можно добиться за счет более глубокого обогащения руды;

– применение заменителей кокса: пылеугольное топливо (ПУТ), природный газ, мазут, восстановительные газы СО и Н2, древесный уголь. Добавление в шихту продуктов пиролиза древесины или антрацита. Эти мероприятия позволяют снизить расход дорогостоящего кокса в перспективе до 30…50%. Расход ПУТ в мире составляет 250…280 кг/т, а, например, на Донецком металлургическом заводе – 125 кг/т, природный газ 50…100 м3/т, мазут 40…60 кг/т;

– обеспечение постоянства свойств шихты (усреднение);

– улучшение конструкции засыпных агрегатов, применение бесконусных лотковых или роторных засыпных устройств, оптимизация порядка подачи материалов в печь, повышение давления на колошнике;

– повышение температуры воздуха для дутья до 1400 °С (воздухонагреватели Калугина), а природного газа до 600 °С;

– сокращение выхода шлака до 250…300 кг/т чугуна;

– увеличение объема доменных печей;

– увеличение длительности кампаний доменной печи;

– применение разнообразных средств автоматизации и контроля.

В качестве ресурсосберегающих мероприятий используется добавка в шихту различных видов отходов: шламов, пыли, окалины.

Сотрудниками Московского института стали и сплавов создан специальный процесс, который предполагает использование в качестве железосодержащего сырья различных отходов, а в качестве топлива низкокалорийных марок углей, который получил название Ромелт.

Также в доменном производстве в качестве горючего и ВЭР избыточного давления используется доменный газ, тепло воды из системы охлаждения, тепло шлака и т. д.

§3. Способы прямого восстановления железа, характеристика продукции и сырья

Процесс прямого восстановления железа является альтернативой доменному процессу. В этом случае из железной руды получают сразу металлическое железо, а не чугун. Таким образом отпадает необходимость в использовании металлургического кокса, и соответственно, в цехах или предприятиях по его производству, что может значительно уменьшить стоимость предприятия, которое строится с нуля.

Также одной из причин, повлекших распространение способов прямого восстановления железа является возможность использования в качестве восстановителя различных видов топлива, как газообразного, так и жидкого, и твердого. Поэтому в настоящее время существует более 20 самых разнообразных технологий прямого восстановления железа, которые принципиально отличаются друг от друга.

В результате большинства процессов прямого восстановления железа получают так называемое губчатое железо.

Наиболее распространенным конечным продуктом прямого восстановления являются металлизованные окатыши – DRI (Direct Reduced Iron) или горячебрикетированное железо НBI (Hot Briquetted Iron).

Окатыши СDRI получают в основном в шахтных печах с охлаждением в нижней части печи до 50º С, после чего отравляются на склад, а затем загружаются в электропечь.

Окатыши HDRI выгружаются из установки прямого восстановления в горячем состоянии и загружаются в расположенную рядом электропечь при температуре 600º С и выше.