Материал: Теория и расчеты металлургических систем и процессов

Другое направление - вдувание отработанных пластмасс - раз­ рабатывается германской фирмой Stahlwerke в Бремене и японской фирмой NKK на заводе в Кейхине, где вдувают пластик в количе­ стве 30 тыс. т/год. Также совершенствуют методы управления на основе компьютерных технологий; проводят реконструкцию печей, построенных еще в 50-е годы, на основе новых технических реше­ ний.

Весьма перспективно использование доменной печи для произ­ водства попутной продукции, которая в ряде ситуаций может пере­ ходить в разряд основной. Это прежде всего работа «на шлаке». В таком режиме основными показателями становятся параметры ка­ чества шлака (состав, плотность, поверхностные свойства и т. д.). В дальнейшем, видимо, часть доменных печей будет экономически выгодно переориентировать на газификацию твердого топлива с получением конечного продукта - горючего газа.

В мире в 90-е годы производство чугуна в доменных печах ус­ тойчиво поддерживалось на уровне 520...540 млн. т/год. По прогнозу на XXI век объем производства чугуна будет возрас­ тать в основном за счет стран Азии, развивающих металлургию (см. табл. 1.5).

Т а б л и ц а 1.5. Прогноз объема производства чугуна (млн. т) до 2015 г.

В настоящее время в мире работают более 750 доменных печей, из которых более 550 печей имеют объем > 1000 м3 Объем боль­ шей части вновь построенных и реконструированных доменных печей стабилизировался в пределах 3000...5000 м3 По-видимому, дальнейшего заметного роста объема доменной печи ожидать не приходится, причем это характерно как для стран с традиционно развитой металлургией, так и для интенсивно развивающихся в по­ следние годы.

Второе направление производства чугуна - бескоксовые про­ цессы его выплавки. Несмотря на обилие разработанных техноло­ гий, в промышленном варианте работают только Согех-агрегаты. Первым был агрегат фирмы Iscor в ЮАР производительностью 300 тыс. т/год. В настоящее время в мире работают шесть устано­ вок Согех; максимальная производительность такой установки - 1,36 млн. т/год. Проектируют установки производительностью 2,2 млн. т/год, однако вряд ли к 2010 г. их количество будет более 12-15 единиц, так как по технико-экономическим показателям ра­ боты они пока еще уступают доменным печам.

Близки к промышленному использованию двухстадийные тех­ нологии выплавки чугуна - Redsmelt и Fastmelt. На первой стадии путем восстановления железорудных окатышей в роторной печи получают металлизованные окатыши, которые на второй стадии расплавляют в электропечи с погружными дугами и получают чу­ гун. Перспективны процессы Ромелт (МИСиС, Россия) и Dios (NKK, Япония), однако их работа в промышленном масштабе про­ гнозируется на период после 2010 г.

Агрегаты восстановительной плавки в настоящее время имеют меньшую производительность, чем современные доменные печи и требуют относительно больших инвестиций. Поэтому к 2010 г. не менее 90 % чугуна будет выплавляться в доменных печах с приме­ нением кокса.

Доменные мини-печи объемом 100...350 м3 - временное реше­ ние проблемы получения первородного сырья для электростале­ плавильного производства, как, например, в Индии, где работают 24 печи.

Более кардинальным решением проблемы получения «чистой» шихты для дуговых печей, снижения расхода электроэнергии при плавке и повышения производительности электропечей и конку­ рентоспособности мини-заводов по качеству и сортаменту продук­ ции является ввод на таких заводах так называемых «компактных» доменных печей. Такая печь конструкции SMS (Германия) в отли­ чие от классической доменной печи оборудована медными холо­ дильниками, конусным засыпным аппаратом, вертикальным подъ­ емником шихты (вместо наклонного скипового или конвейерного), имеет два компактных воздухонагревателя, отличается высокой степенью автоматизации.

Ввод компактных доменных печей в состав основного оборудо­ вания мини-заводов «смыкает» их с интегрированными заводами. Сочетание доменной печи с дуговой может служить качественным скачком в совершенствовании технологий черной металлургии, так как при этом обеспечиваются низкие капитальные и производст­ венные затраты и возможность производства качественной рулон­ ной стали.

Процесс и профиль доменной печи претерпят изменения, по­ зволяющие резко снизить удельный расход кокса, а в дальнейшем (среднесрочная перспектива) исключить его использование.

1.3. Прямое получение железа

Повышение качества проката, особенно листового, достигается при прокатке электростали, выплавленной при использовании в шихте первородных материалов. При выводе из эксплуатации устаревших коксовых батарей также изыскиваются возможности использова­ ния бескоксовых процессов, на которые требуются меньшие капи­ тальные затраты. Доля железа прямого получения (губчатое желе­ зо, карбид железа, горячебрикетированное железо) в шихте стале­ плавильных агрегатов в настоящее время мала. В 1999 г. было ис­ пользовано около 38 млн. т железа прямого получения; ожидается, что в 2000 г. его объем увеличится до 45 млн. т. Прогнозируемый рост мощностей по производству железа прямого получения по регионам приведен в табл. 1.6.

Таблица 1.6. Производственные мощности прямого получения железа (млн. т) в 1998-2010 гг.

В современных условиях установки прямого получения железа строятся на основе процессов Midrex или HyL с использованием в качестве восстановителя реформированных углеводородов, глав­ ным образом природного или попутного газа. Промышленные про­ цессы с применением твердого восстановителя практически не раз­ вивают. Это объясняется следующим:

1. Прямое получение железа с применением газовых восстано­ вителей прогрессирует в развивающихся странах, имеющих место­ рождения нефти, попутного и природного газа. Ресурсы газа в этих странах иногда столь велики, что при затруднении их транспорти­ ровки через моря и океаны и невозможности использовать на месте попутный газ выбрасывается в атмосферу. Так, в Саудовской Ара­ вин количество выбрасываемого попутного газа достаточно для производства 250 млн. т стали в год. Развитие прямого получения железа в таких условиях дает возможность утилизировать попут­ ный газ и даже экспортировать его через моря «в виде» метаплизованного продукта.

2. В странах, не имеющих указанных топливных ресурсов, ис­ пользование газовых восстановителей в ближайшем будущем бес­ перспективно. В этих условиях прямое получение железа экономи­ чески не эффективно. И производство чугуна в доменных печах,

например в Германии, экономически выгоднее, чем производство губчатого железа.

3. Прямое получение железа с применением твердых восстано­ вителей экономически не эффективно из-за несовершенства суще­ ствующих технологий.

Таким образом, прямое получение железа не представляет в ближайшем будущем какой-либо «угрозы» для производства чугу­ на, и скорее всего объем его производства не достигнет прогнози­ руемого.

1.4. Поставки лома

Основными источниками лома являются, как известно, отходы, об­ разующиеся при производстве стали (собственные ресурсы), при потреблении металлопроката (отходы металлообработки) и амор­ тизационный лом.

Собственные ресурсы определяются в основном технологией разливки стали на предприятии. Их объем с развитием непрерыв­ ной разливки постоянно сокращается. Можно предположить, что в ближайшем будущем объем внутреннего лома в мире составит ме­ нее 100 млн.т. Доля отходов металлообработки определенно не возрастает. Амортизационный лом определяется металлофондом страны и это единственный источник лома, количество которого возрастает.

Однако с увеличением оборота амортизационного лома содер­ жание загрязняющих элементов в готовой стали и соответственно в ломе повышается до предельных концентраций, исключающих возможность дальнейшего использования лома.

Накопление неиспользуемого лома приведет к дефициту каче­ ственного лома. Расчеты показывают, что дефицит металло-шихты составит 48 млн. т в 2005 г. и 111 млн. т в 2010 г. Это отвечает тем­ пам роста производства стали, равным 2,3 % в 2001-2005 гг. и 2,75 % в 2005-2010 гг. Прогнозируемый рост производства замени­ телей лома не компенсирует этот дефицит. Проблема может быть решена при условии солидных инвестиций на разработку промыш­ ленных способов очистки и подготовки лома.