Материал: Теория и расчеты металлургических систем и процессов

Весьма показателен и анализ структуры сталеплавильного про­ изводства. Так, в 1998 г. 59,4 % всей произведенной стали в мире было выплавлено в конвертерах, 33,9 % - электропечах, 4,6 % - в мартеновских печах (табл. 1.4). Соотношение способов производ­ ства стали характеризует использование высоких технологий в черной металлургии. При этом отмечается отставание стран, где существует мартеновское производство стали.

Таблица 1.4. Структура производства стали (%) в мире в 1998 г. (по данным Международного института чугуна и стали)

Прогнозируемые рост объема производства стали и видимого потребления металлопродукции и уменьшение численности рабо­ тающих в отрасли при значительном снижении издержек произ­ водства и улучшении экологических показателей работы будут обеспечены в результате:

-эффективной организации производства и менеджмента; - правильного выбора технологий и объемов производства;

-разработки и установки нового оборудования;

-установки высокосложных систем автоматизации и управле­ ния процессами;

-более гибкого реагирования на меняющиеся требования рын­

ка;

-коренных изменений в общем характере отношений между поставщиком и производителем стали;

-разработки процессов, не связанных со значительным объё­ мом вредных выбросов, что будет достигаться путем подавления загрязнений окружающей среды непосредственно в источнике их возникновения;

-высокой квалификации и профессиональной подготовки экс­ плуатационников и управленцев.

1.1. Энергоемкость черной металлургии

Суммарное потребление энергии черной металлургией в мире в настоящее время составляет 18... 19 ЕДж при производстве около 770 млн. т стали в год, или 10... 15 % потребления энергии про­ мышленным сектором. По прогнозу на 2020 г. при производстве 1280 млн. т стали потребление энергии отраслью превысит 25 ЕДж. При использовании самых современных технологий расход энер­ гии оценивается в 20 ЕДж, т.е. почти на уровне потребления со­

ных заводах с производительностью 3...5 млн. т/год; по схеме II: прямое получение железа - дуговая сталеплавильная печь на ин­

различных типов отличаются по расходу энергии на производство единицы готовой стальной продукции.

Средний в мире удельный расход энергии на производство 1 т стали составляет 24 ГДж; лучшие показатели при производстве стали из руды - 19 ГДж/т и из лома - 5 ГДж/т.

Минимальный теоретический расход энергии на получение 1 т жидкой стали из железной руды по схеме доменная печь - конвер­ тер равен 6,6 ГДж, что вдвое меньше достигнутого расхода и втрое меньше, чем достигается при получении 1 т проката. Теоретиче­ ский потенциал снижения удельного расхода энергии при произ­ водстве стали по этой схеме составляет 65 %.

Минимальный теоретический удельный расход энергии на по­ лучение стали из лома в дуговых печах равен 1,5 ГДж/т (3,5 ГДж/т первичной энергии топлива). Теоретический потенциал снижения расхода энергии составляет 100 %.

Потери энергии в черной металлургии на переделах связаны с высокой температурой процессов, необходимостью многократного нагрева и охлаждения продуктов передела, потерями энергии в ви­ де излучения, конвекции, физической и химической теплоты тех­ нологических газов и продуктов плавки, необратимостью химиче­ ских реакций и теплообмена при высокой температуре и т.д. По­ этому для уменьшения расхода энергии необходимо снижать тем­ пературу процессов, сокращать количество стадий температурных изменений.

При использовании новых технологий на период до 2020 г. про­ гнозируется снижение удельного расхода энергии до 12,5 ГДж/т жидкой стали при производстве ее из железной руды и дальнейшее его уменьшение на 2,5 ГДж/т в результате использования теплосо­ держания жидкой стали. При производстве стали из лома прогно­ зируется снижение удельного расхода энергии до 3,5 ГДж/т.

1.2. Производство чугуна

Технология производства чугуна в доменных печах за последние годы совершенствовалась, несмотря на развитие альтернативных технологий и ужесточение требований законодательных актов по охране окружающей среды. Шахтный принцип конструкции до­ менной печи с противоточным движением шихты и газа, наличие в

одном агрегате зон твердого, пластичного и жидкого состояний шихтовых материалов, значительный диапазон значений темпера­ туры (20...3500 °С), давления (10...500 кПа), объема и, следова­ тельно, единичной мощности (до 14 тыс. т в сутки), большая про­ должительность кампании печи (10-20 лет), минимальное количе­ ство выбросов в окружающую среду даже с учетом процессов под­ готовки сырья и топлива к плавке - все это обеспечивает неоспо­ римые преимущества доменной печи в будущем.

В последнее время в развитых странах будущее того или иного варианта производства зависит от оценки «жизненного цикла про­ дукции», т.е. подсчета суммарного расходования ресурсов на всем пути создания продукции - от добычи сырья и топлива, их транс­ портировки и подготовки к плавке до получения продукции в до­ менной печи и выбросов в окружающую среду на всех этапах дви­ жения сырья. В США иногда результаты такого расчета показыва­ ют в виде «экобапанса».

Проведенные расчеты экобалансов разных вариантов получе­ ния первичного металла наиболее освоенными в технике способа­ ми - доменная печь, шахтная печь металлизации, технология Согех показали, что наилучшие ресурсо-экологические характеристики соответствуют процессу получения металлизованных окатышей в шахтных печах. Однако этот процесс при высоких показателях ре­ сурсосбережения и минимальных выбросах в окружающую среду не позволяет перерабатывать рудные минералы, имеющие примес­ ные элементы, и комплексные полиметаллические руды, таюке требуется большой расход природного газа. Агрегатом, удовлетво­ ряющим всем основным условиям металлургического процесса будущего с максимальным к.п.д., является доменная печь. Специа­ листы сомневаются в том, что использование альтернативных про­ цессов производства чугуна позволит снизить себестоимость стали.

Самой перспективной считается работа доменных печей с вду­ ванием дополнительного топлива с обогащенным кислородным дутьем. На доменной печи № 3 объемом 3223 м3 завода фирмы NKK в Фукуяма установлен мировой рекорд по вдуванию угольно­ го порошка - 266 кг/т чугуна; расход кокса при этом составил 289 кг/т. Превзойден «теоретический» предел удельного расхода угля, считавшийся равным 250 кг/т.