Нові технології в металургії одним словом. Технології в металургії та металообробці.

Що важливо знати

Мартеновський процес, який протягом довгого часу тримав монополію в галузі виробництва сталі, поступався в кінці 60-х років XX століття місцем більш промислового киснево-конвертерного. Ще одна боротьба йшла між конвертерним і набіраючим силою електросталевільним процесом.

Діна розвитку процесів виробництва сталі

Дедалі більше попиту на спеціальні види сталі та розвиток міні-міллів (менші прокатні фабрики, які мають електропечі) закріпилися в цьому напрямку виробництва сталі. З середини XX століття розвиток основних процесів виробництва став таким:

Доля березня 2008 року в світі становила 2,2%. Мартеновське виробництво зосереджене здебільшого на країнах СНГ (23,4 відсотків від загального виробництва стали враховані 2008 року). У зв’язку з закриттю надлишкових і малоефективних виробів, що відбулися у світі, частка березні в 2009 році значно зменшилась. Наприклад, на російських підприємствах про закриття березня (МК) та Ніжетагільського МК (Євраз). Отже, 2010 року частка виробу в березні становила 14,3% у країнах СНГ і 1,3% у світі.

Співвідношення між конвертерним і електросталеплавним процесом в загальному обсягу виробництва стали в найближчій перспективі збережено: з одного боку зростає кількість підприємств неповного циклу (міні-мель) з використанням електрометалургії, з іншого - провідний світовий виробник сталі Китай нарощує виробництво саме конвертерної сталі (доля киснево-конвертерної сталі в КНР за результатами 2010 року становить 90,2%).

Основні компоненти металошілу для сталі

Загалом, ці металошкірі вироби стали чугун, лам чорних металів і металізоване сиріння (Direct Reduction Iron — DRI).

Металлоіхта для основних сталеплавільних процесів може варіюватися у досить широкому діапазоні і залежить у більшості випадків від доступності ресурсів і цінових співвідношень між ними. Наприклад, коли зростає вартість залізорубаного сирія і знизився ціни на лам чорних металів, то компірат збільшує використання лам за рахунок зменшення чугуну і навпаки.

Загальна ідея про технологічні діапазони зміни сталої хартії можна отримати з наступної таблиці:

Кислородно-конвертерне Електростальне Мартеновське (скорочено-рудне процес) Мартеновське (скрап процес)

	Кисеньно-конвертерне	Електроставре-плавільне	Мартеновське (скорочений процес)	Мартеновське (скорочення)
Доля процесу на виплавці сталі (мир)	6 9,8 %	29,0 %	1,2 %
Доля процесу на виплавці сталі (СНГ)	6 4 ,6 %	2 1,1 %	1 4 ,3 %
Типова chotа, %:
- рідкий чугун	75-80	0-30	25-55
- лом чорних металів	20-25	30-100	25-75
- чугун чушковий		0-5	5-15
- Смужки металізу		0-70
Максимальна кількість ламаючих металохім (технологічне обмеження)	28%	100%	45%	75%
Замінники лам	чугун рідкий*	чугун рідкий*	чугун рідкий*	чугун чушковий
	чугун чушковий*	чугун чушковий*	чугун чушковий*

Примітка:

* обмежене застосування

Найбільша варіативність металочленів спостерігається в електросталевільній промисловості. Джерело тепла в EСП є енергія електричної дуги і потреба в інших теплоносниках відсутня, що знімає потребу приходу тепла від складників шихти.

Як уже згадувалося раніше, через незначну кількість металосирень у світі в березні процес не відіграє великої ролі. Таким чином, загалом схема класичного виробництва виглядає наступним чином:

Перевага класичної схеми:

• Високої величини виведення заліза;
• Висока сільська продуктивність.
• високий тепловий CFD;
• Корисна використання енергоресурсів.

Недоліки класичної схеми:

• Вищі капітальні витрати на будівництво нового виробництва;
• Потрібне попереднього окутування шихти;
• Використання кокса як основного енергоносія і відновлення.
• Обмежені ресурси якісного лам чорного металу.

Нові процеси отримання заліза

Основні причини виникнення нових процесів отримання заліза витікають з недоліків класичної схеми: намагання скоротити технологічний ланцюг і знизити залежність від використання кокса — головного ремісника і джерела тепла в класичній схемі виробництва сталі. У результаті цього терміни « нагальна обробка заліза » і « бескоксова металургія ».

На вигляд, що залоза виробляє напівпродукцію, її можна розділити на тверді та рідкі. Доля останніх вкрай мала (5-6% від всієї безкоксової металургії) і їх напівпродуктів не можуть бути в складі металошукачів як повноважної альтернативи лому.

Вихідний сирий для нових процесів - це залізна руда або залізорубадна окати. Отже, стадія відновлення (перевод заліза з окисленої форми в металеву) також існує в процесах альтернативної металургії.

У твердому процесі відновлення використовуються речовини конверсії (переводу в CO і H2) природного газу або гази, які газують газом. Через низький рівень ефективності використання газу вуглецевим газом обмежене. Останнім часом в Індії відбувається найбільше процесів, пов’язаних з газифікацією вугілля.

У рідкозаймистому процесі основним відновлювальним відновлювачем і джерелом тепла є вугілля.

Ось схема виробництва сталі з напівпродуктів:

Багато ідей та способів реалізації породили багато назв для процесів та продуктів безкоксової металургії. Перелічимо найбільш употребічні з них:

• DRI – Direct Reduced Iron
• SI, SPI – Sponge Iron
• HBI – Hot Briquetted Iron
• HDRI – Hot Direct Reduced Iron
• CDRI – Cold Direct Reduced Iron
• МП — метализований напівпродуктів
• ЖПВ — залізо пряного відновлення
• ЖП — залізо прямої обробки
• ПВЖ — прямосбудоване залізо
• Ж.: губчасте залізо
• ГБЖ: гарячебрикетичне залізо
• Найпоширеніша річ:
• DRI — процес і продукти виробництва « Небесної» металургії
• SI, SPI (ГЖ) - це результат твердих процесів
• HBI (ГБЖ) - брикетний продукт твердих процесів

Загалом кажучи, схема виробництва металізованого продукту поставлена нижче:

Нумерація нових процесів виробництва заліза

По увазі, що відновлення нових процесів класифікується за наступними групами:

Практичні пояснення

I. Природний газ

• Виявлення шахти з безперервною дією (Midrex, Armco, Purofer, HYLIII);
• шахтанда — це реторта (HYL-I, HYLI);
• агрегат з кипним шаром.

II. Природний газ + вугілля

• Працюють трубчасті печі (ITmk3).

• Одностадійні (Romelt);
• Багатостадійні (Corex, Finex, Hismelt, DIOS).

Для процесів I і II груп характерний твердий металізований продукт, процес III групи виробляє рідкий напівпродуктів. Як вже згадувалося раніше, загальна кількість процесів третього групи дуже обмежена (5...6%), отже, подальше викладання буде пов'язане з тим, що ми будемо використовувати і використовувати тверді металізовані продукти.

Розвиток технологій виробництва металінового напівпродукту

Розвиток процесів прямого відновлення відбувається паралельно до двох напрямках: з одного боку зростає кількість впроваджених проектів з використанням природного газу в якості джерел відновлення, з іншого боку - розвиваються процеси, засновані на конверсії вугілля. Найбільш популярною є індійська технологія, яка має великий запас залізної руди та вугілля, а також одну з найзнаменитіших об'ємів споживання сталі (51 кг/людина), що робить її перспективною щодо розвитку металургічного сектора.

Розвиток прямого відновлення заліза (% від загального об’ єму виробництва DRI)

2005

2010

Особливості виробництва твердого металузованого продукту

Технологічна схема виробництва металу вимагає певних вимог і накладає певні обмеження на використання сирея:

Процес металізації проводиться в агрегатах з антитоксичним складом твердих матеріалів і газів.

Нам потрібно окуштувати вихідні матеріали, щоб поліпшити проникність в атмосферу тих, хто має надувний доступ до повітря.

Причина	Слідування
Відновлення відбувається у твердому вигляді без утворення рідкої їжі плавки і відокремлення порожньої породи у вигляді шланга.	Обмежити за вмістом порожнього матеріалу у початковому матеріалі. Для виготовлення DRI потрібно високоякісне кусня залізорудна сировина з мінімальним вмістом порожньої породи.
Відновлення відбувається у твердому вигляді, тобто. Цей процес не буде видалено.	Обмежити вміст небажаних домішок у початковому матеріалі. Природний сир повинен містити мінімум домішок і небажаних елементів.
Відсутність великих розрихлителів у агрегаті металу.	Щоб забезпечити нормальний газодинамічний режим, потрібно зменшити агрегат. Негативним результатом цього є зменшення продуктивності агрегатів.
Продуктом є пористе свіжозбудоване залізо, яке потрапляє в реставроване середовище в агрегаті металізації.	Вони створюють умови для зварювання частинок всередині агрегата. Щоб зменшити ефект, необхідно знизити температуру, яка призводить до зниження продуктивності праці.
Продуктом є пористе свіжозбудоване залізо, яке міститься в окислі, поза агрегатом металізації.	Висока площа контакту з киснем повітря в малому об’ємі призводить до пірофорності — можливості самовідплакання. Для зменшення цього негативного ефекту потрібна пасивність: обробка нейтральними речовинами, зберігання і перевезення в нейтральному середовищі, брикетування.

Таким чином, основними недоліками нових процесів виробництва заліза є:

• Низька продуктивність агрегатів.
• Необхідність використання шихти з високим вмістом заліза і низьким вмістом порожньої породи і примесних елементів;
• Велика потреба в енергоносіях і кисеньі.
• високі вимоги щодо зберігання і транспортування.

Країни- проводирі DRI

Умови планування з виробництва DRI:

• відносно мала потреба внутрішнього ринку в сталі;
• Малі ресурси металевого ламу і коксуючих вугіль;
• Великі ресурси залізної руди та природного газу.

Установки, які не є на стоянці заліза, складаються переважно з країн, що розвиваються, які відповідають вищенаведеним умовам: Індія, Венесуела, Іран, Мексика, Саудівська Аравія. Динамика виробництва DRI в розбивці по країнах поставлена на діаграмах.

Цінність greenfield-проекту з виробництва DRI в об'ємі 2 мільйони. Це коштує 350 доларів на рік, 500 мільйонів доларів. Загальні параметри проекту:

Якість металізованого сиря, новий металізований продукт - HBI

Виробні DRI мають високі якості:

Як зазначалося вище, губчасте залізо через велику площу поверхні схиляється до пірофорності внаслідок окислення на відкритому повітрі. Навіть якщо не відбувається самозагорання, то через окислення активного свіжозаселеного заліза зменшується вміст заліза і втрачається металургічна цінність DRI. На діаграмі зображено динамічну зміну вмісту Fe в губчастій залозі, яка зберігається на відкритому повітрі.

Щоб зменшити пірофорність і поліпшити насипи та утилізаційні характеристики DRI застосовують технологію брикетування в гарячому стані. У результаті брикетування поліпшуються фізичні (насипальна вага), логіка (спання, транспортування) і технічні характеристики DRI (зручність використання електричних приладів). Характерні брикети:

Розмір брикета, мм
Насипна маса, т/м 3

Ефекти брикетування:

• Збільшена вага в 1,3... 1,8 рази;
• Збільшує щільність у 1,4...1,6 рази;
• Зменшення хімічної активності (пірофорності) на порядок;
• Використано зручне використання у ДСП (зняття часу звантаження, розташування на кордоні шлак-метал).

Світове виробництво і перевезення металу з напівпродуктів

Динаміка виробництва DRI з 1970 р. поміщена на діаграмі.

Світове виробництво DR