Основи металургійного виробництва – РОМЕЛТ – ndash; повністю рідкофазний процес отримання

Основи металургійного виробництва - РОМЕЛТ - повністю рідкофазний процес отримання металу

У СРСР розробка процесу рідкофазного відновлення заліза було розпочато Московським інститутом сталі та сплавів (МІСіС) наприкінці 70-х років. На відміну від процесів Заходу, МИСиС створювавповністю рідкофазний процес, в якому відновлення заліза повністю здійснюється одноступеневим способом в одному агрегаті. Як реакційну зону, в якій безперервно здійснюються процеси відновлення, використовується шлаковий розплав, що містить до 3% FeO. Агрегати з рідкою шлаковою ванною застосовуються в кольоровій металургії при переробці сульфідних мідно-нікелевих руд. Протікання окислювальних процесів забезпечується продуванням шлакової ванни кисневмісним дуванням. При цьому досягається необхідний барботаж ванни шлаку, який інтенсифікує протікання в ній теплообмінних процесів.

Принцип барботируемой шлакової ванни як реакційну зону використовується в чорній металургії для здійснення відновлювальних процесів. Джерелом тепла для їхнього протікання є енергетичне вугілля, яке спалюється до ЗІ зі збереженням в обсязі ванни відновлювальної атмосфери. Для конкурентоспроможного виробництва рідкого металу необхідно мати питому витрату вугілля не більше 1 т на 1т рідкого металу. Тому в агрегаті рідкофазного відновлення закладено принцип використання тепла від допалювання газів, що виходять з шлакової ванни, що барботується. З використанням зазначених вище принципів було спроектовано та побудовано Новолипецьким металургійним комбінатом (НЛМК) у 1984 р. дослідно-промисловий агрегат. Розміри агрегату, що має площу пода 20 м 2 , забезпечували можливістьперевірки здійснення промислової технології рідкофазного відновлення та працездатності його конструкції. Схема агрегату наведено на рис. 1.21.

а - поздовжній та б - поперечний розрізи

Мал. 1.21. Схема агрегату "РОМЕЛТ": 1 - шар, що барботується, шлаку; 2 - металевий сифон; 3- перетікання; 4- горн з подіною; 5-шар металу; 6- фурми нижнього ряду (барботажні); 7- шлаковий сифон (відстійник); 8- димовідвідний патрубок; 9- завантажувальна вирва; 10 - водоохолоджувані кесони; 11- фурми верхнього ряду (для допалювання); 12-шар спокійного шлаку

Для чорної металургії це був агрегат нового типу. Освоєння процесу проводилося МІСіС та НЛМК протягом 1985-1986 років. Було доведено здійсненність одностадійного процесу рідкофазного відновлення та працездатність конструкції агрегату. Розроблено промислову технологію рідкофазного відновлення різних залізовмісних матеріалів. У 1987 р. спосіб рідкофазного відновлення запатентований у 13 країнах світу. В умовах економічної кризи в Україні МИСиС розпочав комерціалізацію процесу під назвою "10" "Ромелт" шляхом продажу ліцензій фірмам Японії, США, Індії.

Рідкофазний процес в агрегаті здійснюється за рахунок безперервного відновлення заліза у шлаковій ванні. Воно підтримується безперервним спільним завантаженням залізовмісної шихти та вугілля у шлакову ванну у певному співвідношенні. Не потрібно ніякого попереднього змішування, завантаження відбувається через звичайний отвір у склепіння агрегату. Неодмінною умовою процесу є барботаж шлакової ванни кисневмісним дуттям через нижній ряд горизонтальних фурм. При цьому забезпечується швидкий рівномірний розподіл та розчинення шихтових матеріалів у ванні. Шлакова ванна поділяється на дві зони:

надфурменна зонароздмухуваного дуванням шлаку, в якій відбуваються процеси плавлення та відновлення, а також піролізу вугілля;
підфурменна зонаспокійного шлаку, через яку опускаються на подіну краплі чавуну з надфурменної зони.

Відсутність необхідності попередньої підготовки залізовмісної шихти в агрегаті "Ромелт" принципово відрізняє його від двох-і більше стадійних процесів типу "Корекс" і дозволяє мати суттєву економію.

Тривалість кампанії металургійного агрегату зазвичай визначається стійкістю футеровки в реакційній зоні, де відбувається процес відновлення. В агрегаті "Ромелт" в цій зоні вогнетривка футеровка замінена водоохолоджуваними мідними кесонами, а в зоні надшлакового простору та у склепінні - сталевими кесонами. Такі кесони, покриті гарнісажем, є надійним пристроєм, що захищає.

Єдиним додатковим елементом в установці "Ромелт", порівняно з доменними печами і багатостадійними процесами відновлювальної плавки, є котел-утилізатор тепла газів, що відходять з агрегату. Вони видаляються через звичайний отвір у зведенні агрегату і за допомогою водоохолоджуваного димовідвідного патрубка направляються в котел-утилізатор. У котлі-утилізаторі відбувається повне допалювання газу до СО2 і води з виділенням при цьому відповідної енергії і знімається фізичне тепло газу, що відходить з температурою 1600-1700°С до 250-300°С.

Раніше вже розглядалися принципові відмінності між процесами "Корекс" та "Ромелт", які свідчать про більш високу економічну ефективність "Ромелту". Це пов'язано з відсутністю необхідності спеціальної підготовки залізовмісної шихти та вугілля, нижчими витратами на амортизацію. Найбільш суттєвевплив на ефективність має величина капіталовкладень. Для процесу "Ромелт" вона значно нижча, ніж для процесу "Корекс", зважаючи на менший у кілька разів об'єм агрегату та відсутність необхідності мати герметичний кожух агрегатів, спеціальні завантажувальні пристрої, шлюзові затвори, шнекові живильники.

У Японії це був процес, в якому, крім реактора рідкофазного відновлення у вигляді вертикального конвертера з верхньою подачею кисню, є агрегати підігріву шихти і попереднього відновлення в реакторах киплячого шару. У них залізовмісна шихта підігрівається та відновлюється приблизно на 25%. У реакторі рідкофазного відновлення в якості реакційної зони використовується шлакова ванна, проводиться неповне допалювання газів, що виділяються, є водяне охолодження в зоні допалювання. Таким чином, використано успішно апробовані в процесі "Ромелт" принципи. Однак невиправдана багатостадійність процесу роблять конструкцію установки дорогою, а технологія процесу вимагатиме підвищених витрат виробництва.

Процес "НISМЕLТ", випробуваний на дослідній установці в Австралії, також багатостадійний. Частка рідкофазного відновлення становить близько 70%. У цьому процесі реакційною зоною є рідка ванна чавуну. Це унеможливлює використання в ній водоохолоджуваних кесонів і вимагає вогнетривкої футеровки, низька стійкість якої буде перешкодою в умовах промислової експлуатації. За останніми публікаціями, конфігурація реактора наближається до агрегату "Ромелт".

Голландська фірма розробляє комбінований двостадійний процес РСР (циклон-конвертер) із використанням експериментальних установок. Її представники у 1998 р. знайомилися з роботою агрегату "Ромелт" у м. Липецьку.

В даний час у розробках нових процесів у чорній металургії намітилася тенденція до переходу на одностадійні процеси. Наприклад, Американський інститут чорної металургії протягом ряду років розробляв двостадійний процес із попереднім відновленням та плавильно-відновним реактором конвертерного типу. В даний час розробки процесу цього інституту припинені і опрацьовується інша можливість безкоксового отримання металу. В Австралії фірма "АUSМЕLТ" наприкінці 1994 р. оголосила про роботи зі створення демонстраційної установки для отримання рідкого металу із залізняку з використанням вугілля. Для чорної металургії ця фірма створює одностадійний рідкофазний процес з використанням шлакової ванни як реакційну зону та подачу кисню для барботажу ванни. Агрегат має конфігурацію, подібну до "Ромелту".

Таким чином, апробовані в процесі "Ромелт" прийоми набувають поширення при створенні нових процесів.

Наша концепція переробки залізовмісних відходів чорної металургії, включаючи електросталеплавильний пил, передбачає не лише вилучення з відходів кольорових металів, а й одночасно використання заліза для виплавки чавуну. З урахуванням практично безкоштовного пилу (витрати лише на підготовку та транспортування) та досить високої вартості одержуваного концентрату процес такої переробки відходів з отриманням чавуну буде високорентабельним.

Іншим напрямком може бути переробка природнолегованих залізних руд із отриманням легованого чавуну, а також переробка карбонатних залізних руд.

Процес "Ромелт" отримав визнання на світовому ринку технологій нових процесів у чорній металургії. Однак нині не можна ставити питання про заміну доменноговиробництва чавуну рідкофазними або комбінованими процесами відновлювальної плавки Діюче доменне виробництво з уже здійсненими інвестиціями завжди буде економічно ефективніше, ніж рідкофазні установки, які для свого будівництва потребують нових інвестицій, навіть якщо собівартість металу останніх буде нижчою. Тому виділення переваг та особливостей процесу рідкофазного відновлення "Ромелт" порівняно з доменним процесом не означає прагнення до заміни діючих доменних печей. Можливість початку другого шляху найімовірніша після 2005 року.

Більш гостро це питання постає перед країнами, що збільшують обсяги виробництва у чорній металургії (Індія, Китай та ін.). Там цей вибір треба робити вже зараз із урахуванням характеристики ресурсів для чорної металургії (залізна руда, вугілля). МІСіС з АТ НЛМК вже організували в Індії спільну фірму "САІЛ - РОМЕЛТ" для просування свого процесу.

В Україні зараз реальним шляхом для використання процесу "Ромелт" є переробка металургійних відходів з метою захисту навколишнього середовища та скорочення безповоротних втрат заліза.

Особливе положення може зайняти використання процесу "Ромелт" на міні-заводах, які для виплавки сталі використовують дугові електропечі, що працюють на шихті з брухту. Використання металобрухту створює дві проблеми:

кон'юнктурне коливання цін на брухт
поява сталі з брухту шкідливих домішок кольорових металів, кількість яких безперервно збільшується через багаторазових переплавів брухту.