Концепция модернизации мини металлургических заводов
, к. т.н.
В условиях увеличения выплавки стали на мини - металлургических заводах при уменьшении объемов качественного лома черных металлов и постоянного роста цен на него, предлагается оснащение предприятий компактными мини доменными печами.
Железо (сталь) продолжает сохранять ведущее положение среди всех других конструкционных материалов. Ожидается, что за период с 2008 по 2015 гг. средний ежегодный темп роста выплавки стали составит около 2 % (рис. 1).
Рис 1 – Динамика мировой выплавки стали
Анализ структуры сталеплавильного производства показывает, что несмотря на безусловное преимущество кислородно-конверторного способа выплавки стали, ожидается увеличение доли электропечного способа, в первую очередь за счет вывода из эксплуатации мартеновских печей (рис. 2).
В настоящее время в нашей стране намечается дальнейшее увеличение производства стали в ДСП путем строительства новых мини-заводов, которые будут ориентированы на удовлетворение потребностей отдельных регионов страны в прокате на основе использования местных ресурсов металлолома.
1 – конверторная сталь, 2 – электросталь, 3 – мартеновская сталь
Рис 2 – Структура мировой выплавки стали
Следует учитывать, что потребитель металла определяет, сколько и какого качества стали необходимо производить, а последнее определяет развитие технологий. Требование повышения свойств стали и изменение цен на энергоносители заставило металлургов создавать новые металлургические агрегаты и разрабатывать технологии рафинирования, в том числе от примесей цветных металлов. Методы испытания и контроля качества выплавляемых сталей позволяют утверждать, что одна и та же марка стали, выплавленная с использованием различных шихтовых материалов или при помощи различных металлургических процессов, обладает различными свойствами (рис. 3).
Рис 3 - Существующие технологические схемы получения жидкой стали
Из всех рассмотренных на рис. 3 цепочек по производству стали особое внимание обратим на выплавку электростали по трем маршрутам, расположенным в правой части рисунка, - с использованием амортизационного лома и с использованием первичного металла, в качестве которого могут быть использован жидкий или твердый чугун, а также продукты металлизации (DRI, HBI). Классификация металлической шихты для выплавки стали приведена рис. 4.
Рис 4 - Классификация металлической шихты для ДСП
Произведен расчет остаточного количества примесей цветных металлов в готовой продукции для различных отраслей народного хозяйства, при различной структуре сталеплавильной металлошихты. Химический состав металлолома, используемый при расчетах, приведен в таблице.
Содержание цветных металлов в различных вида лома черных металлов по европейской классификации, % (масс.)
Лом | Cr | Mo | Ni | Cu | Sn |
Тяжелый № 1 | 0,020 | 0,030 | 0,150 | 0,180 | 0,014 |
Тяжелый № 2 | 0,260 | 0,030 | 0,180 | 0,180 | 0,016 |
Оборотный н/легированный | 0,260 | 0,140 | 0,400 | 0,020 | 0,001 |
Пакеты № 1 | 0,032 | 0,000 | 0,020 | 0,018 | 0,000 |
Пакеты № 2 | 0,040 | 0,000 | 0,000 | 0,030 | 0,020 |
Шредерованный лом | 0,120 | 0,020 | 0,000 | 0,240 | 0,440 |
Рис. 5 - Содержания меди в стали в зависимости от её содержания в сталеплавильной металлической шихте
Результаты расчетов показывают, что вследствие большой засоренности амортизационного лома примесями цветных металлов получение готовых стальных изделий для производства кузовов автомобилей, газо - нефтепроводов и др. в ДСП без использования первородного металла (чугун, металлизованные окатыши) невозможно.
Выбор технологии получения первичного металла для мини заводов должен осуществляться с учетом качественных характеристик готовой продукции, доступности восстановителя, уровня освоения процесса и другими показателями, позволяющими сделать сравнительный расчет технологий на основе «экобалланса» и «жизненного цикла изделия» (рис. 6).
Рис. 6 - Технологии получения первичного металла
Из всех рассмотренных вариантов доменная печь обладает максимальным КПД и удовлетворяет всем основным условиям металлургического процесса. Поэтому кардинальным решением проблемы получения «чистой» шихты для дуговых печей, снижения расхода электроэнергии при плавке, повышения производительности электропечей и увеличение конкурентоспособности мини-заводов по качеству и сортаменту продукции является ввод в технологическую цепочку компактных доменных печей.
ГК «МетПромПроект» разработан проект по модернизации мини–заводов для условий центрального региона нашей страны, путем строительства на его территории компактной доменной печи, которая обеспечивает следующие технологические показатели:
Объем доменной печи, м3 200;
Производительность, т/сут. . 600;
Производительность, тыс. т./год 210;
Температура дутья ºС, 1300;
Расход природного газа 90 м3/т;
Расход кокса кг/т, 440;
Расход окатышей кг/т, 1600;
Содержание кислорода в дутье, % 21;
Давление газов под колошником, МПа (изб) 0,04;
Материальный баланс компактной ДП приведен на рисунке 7.
Рис 7 - Материальный баланс комплекса мини доменной печи
Компактная доменная печь характеризуется отсутствием башенной стальной конструкции, оборудована медными холодильниками, конусным загрузочным устройством и вертикальным шихтовым конвейером. План комплекса компактной доменной печи приведен на рис. 8. Следует отметить, что необходимые пром. проводки (сжатый воздух, технический кислород, азот, горячая вода, питьевая вода) обеспечиваются от существующих сетей сталеплавильных и прокатных цехов. Общая площадь территории под застройку составляет 2,5 гектара. Согласно расчетам ГК «МетПромПроект» срок строительства составит от 15 до 18 месяцев.
1 – доменная печь; 2 – литейный двор; 3 – шлаковая яма; 4 - блок воздухонагревателей с дымовой трубой и зданием; 5 – пылеуловитель;6 - сухая газоочистка; 7 - узел отгрузки пыли; 8 - – дроссельная группа; 9 – паровоздуходувная станция; 10 - свеча сжигания избытка доменного газа; 11 - оборотный цикл водоснабжения; 12 – аспирационная система; 13 – эстакада доменного газа и холодного дутья; 14 – вертикальный подъемник; 15 – бункера кокса и окатышей; 16 – бункера добавок; 17 – рудный кран; 18 – эстакада разгрузки сырья; 19 – штабели сырья; 20 – отделение футеровки чугуновозов; 21 – здание управления объектами.
Рис. 8 - Комплекс компактной доменной печи
С учетом российских реалий, а именно доступности качественных железорудных материалов для производства металлизованных окатышей, месторождений природного газа, каменного угля различных марок, а также существующих мощностей по производству окатышей и кокса, авторами представляется целесообразным развивать отечественные мини – заводы в соответствии с концепцией приведенной на рис 9.
Рис 9 – Концепция интегрированного мини металлургического предприятия
Ключевым производственным цехом остается электросталеплавильный цех, в составе отделения подготовки металлошихты, ДСП, агрегатом внепечной обработки ковш - печь и сортовой МНЛЗ. Для получения продукции более высокого передела предусматривается сортопрокатный цех, сортамент которого должен определяться с учетом регионального рынка сбыта.
В дополнение к существующим сталеплавильным и прокатным цехам авторами предлагается строительство комплекса компактной доменной печи в составе шихтового двора, бункерной эстакады, собственно доменной печи, а также при необходимости разливочной машиной для получения чушек чугуна требуемой массы и миксерного отделения для хранения жидкого чугуна.
Эксплуатация компактной доменной печи возможна по следующим вариантам, в зависимости от конкретных условий:
1) При резком увеличении стоимости лома черных металлов целесообразно увеличит в сталеплавильной шихте долю жидкого или твердого чугуна;
2) При увеличении спроса на товарный чугун или синтиком, можно реализовывать его на стороне;
3) При отсутствии спроса на жидкий и товарный чугун компактная доменная печь «выдувается», т. е. останавливается. Технологические и технические её особенности позволяют проводить остановку несколько раз в год.
Необходимо отметить возможность утилизации различных углеродо - и железо содержащие отходов в технологической цепочке «отделение брикетирования – компактная доменная печь». В перспективе это позволит не только снизить затраты на кокс, но получать дополнительный доход за утилизацию отходов. В качестве примеров можно привести технологии по вдуванию в фурмы ДП измельченных пластмасс, отработанных автомобильных масел и добавкой в брикеты различных компонентов, нуждающихся в высокотемпературной утилизации. Технологическая цепочка «участок шлакопереработки – отделение брикетирования» предназначен для снижения затрат на металлошихту за счет рециклинга металла, перешедшего в доменный и сталеплавильный шлак, окалину сталеплавильного и доменного производства, а также пыль ДП и ДСП. Кроме того это позволить избежать «экологических» платежей за хранение отходов металлургического производства.
В качестве основной готовой продукции предприятие будет производить сортовой прокат, а в качестве побочной (резервной) – литую заготовку, товарный чугун и продукцию шлакопераработки, которую, например, можно использовать для производства цемента или строительства дорог.
Следует отметить, что представленная концепция касается исключительно «баланса металла» и не охватывает энергетические потоки мини - интегрированного завода (производство и потребление сжатого воздуха, кислорода, инертных газов, воды).
Заключение
1. Сталь остается ключевым строительным материалом, в структуре производства которой выплавка стали в электропечах занимает второе место. Ожидается, что количество электростали будет увеличиваться как за счет вывода из эксплуатации мартеновских цехов, так и за счет строительства мини – заводов:
2. Главным условием для обеспечения выплавки качественных сталей и расширения сортамента готовой продукции является использование шихтовых материалов чистых от примесей цветных металлов. Уменьшение содержания вредных примесей в шихте можно достигать как улучшением подготовки лома черных металлов, так и добавлением в металлошихту первичного железа – чугуна или металлизованных окатышей;
3. Компактная доменная печь обладает максимальным КПД, а в качестве шихтовых материалов может использовать железосодержашие материалы с различным количеством попутных и вредных примесей.
4. Использование жидкого чугуна в качестве добавки к сталеплавильной металлошихте приводит к уменьшению примесей цветных металлов в готовой продукции, снижению расхода электроэнергии при выплавке стали и увеличению производительности электропечей.
