Значение процессов прямого восстановления для металлургических заводов
Процесс типа СЭР и другие процессы прямого восстановления позволяют коренным образом изменить традиционную структуру металлургических заводов, так как устраняются агломерационное, коксохимическое, а также доменное производства. Сопоставление предлагаемых структур со схемой традиционной металлургии показано на рис.8.26. Вместо последовательности крупных агрегатов, работоспособность и изменение производительности которых трудно обеспечить при меняющейся коньюнктуре рынка, предприятие новой структуры должно состоять из набора однотипных, независимо друг от друга работающих модулей, например, производительностью 150?200 тыс. тонн в год, построенных на основе технологической схемы приведенной на рис.1.
Технологические схемы
Технологический мини – комплекс
Рассмотрим последовательно несколько возможных вариантов реализации технологических схем.
Технологический мини-комплекс (см. модуль 1 на рис.8.26) производительностью 150-200 тысяч тонн жидкого металла в год, включающий агрегат типа СЭР в составе двух реакторов, шлакоприемник или гранулятора шлака, агрегат доводки, агрегат совмещенной разливки с прокаткой или непрерывной вытяжки готовых профилей. В качестве последнего, например, предполагается использовать разработки и изобретения группы ученых Института теоретической и прикладной механики СО РАН г.Новосибирск, в которых используется принцип вертикальной непрерывной разливки (вытяжки) с использованием жидкометаллических теплоносителей, позволяющих в 15-20 раз повысить скорость кристаллизации. Проблема здесь заключается в выборе и точном поддержании скорости вытяжки металла с учетом скорости затвердевания и обеспечения циркуляции жидкометаллического теплоносителя.
Схема прямого получения жидкого металла с выходом на суспензионную разливку и объемную кристаллизацию
В качестве второго варианта (модуль 2 на рис.8.26) может быть рассмотрена подобная же технологическая схема прямого получения жидкого металла, но с выходом на суспензионную разливку и объемную кристаллизацию с получением, например, мелкофасонного точного литья.
Реализация этого направления, по-видимому, может изменить отношение к литым изделиям. Введение ультрадисперсных тугоплавких модификаторов в оптимальных количествах позволяет управлять количеством зародышей и размером кристаллов в рамках объемной кристаллизации, что позволяет получить прочностные свойства для литых изделий не уступающие аналогичным свойствам изделий из прокатного металла.
Свойства металла, полученного методом прямого восстановления
Следует попутно заметить, что полученный нами методом прямого восстановления на опытной установке (пока в небольших количествах) металл обладает интересными (пока мало изученными) свойствами. В частности, он очень трудно поддается механической обработке, трудно режется как механическими, так и газовыми резаками. Это по-видимому, можно объяснить тем, что он не прошел через окислительные стадии обработки, самораскислен и даже модифицирован сверхравновесным содержанием углерода, но эти предположения требуют обстоятельного изучения. В случае подтверждения этих свойств и гипотез открываются интересные возможности для получения изделий с новыми свойствами, особенно в сочетании с возможностью прямого легирования.
Использование агрегатов типа СЭР на машиностроительных заводах
Для машиностроительных заводов возможным и целесообразным вариантом технологических схем является получение в агрегатах типа СЭР жидкого полупродукта или твердой шихтовой заготовки (модуль 3 на рис.8.26) с последующей доработкой его в существующих на этих заводах дуговых или индукционных печах. Металлургическое производство на многих российских (и в странах СНГ) машиностроительных заводах находится в устаревшем виде. Предлагаемые разработки открывают возможность создания собственной мини-металлургии “полного цикла”, т.е. без использования лома, цены на который неуклонно растут. При этом одновременно решаются задачи получения первородного металла без неокисляемых примесей (меди и никеля), а также использования пылевидных металлосодержащих отходов (окалины, шламов, мелкой стружки и др.).
Реализация агрегата типа СЭР в мобильном исполнении
Интересным вариантом является реализация агрегата типа СЭР в мобильном исполнении. Учитывая, что объем агрегата производительностью 150-200 тысяч тонн в год составляет всего 40-50 м3, мобильная установка может быть скомпонована на двух-трех вагонах или трейлерах, тем более что на машиностроительных заводах, выпускавших мобильные ракетные установки, имеются технологические возможности сделать опорную часть и средства доставки такого комплекса. Такой комплекс может располагаться непосредственно у места добычи руды и ее обогащения или вблизи места складирования отходов. Продуктом такого комплекса является шихтовая заготовка (первородный металл). Потеря температуры жидкого металла в этом случае вполне оправдана, поскольку для получения одной тонны металла из руды требуется 4-5 тонн сырья и топлива. В России на 1 тонну проката приходится 5000 тонно-километров перевозок.
При реализации такой установки может возникнуть необходимость иметь мобильную кислородную установку небольшой производительности и решение задачи использования и газификации внутри агрегата СЭР пылеугольного топлива. Следует также отметить, что высокий энергетический потенциал отходящих газов и герметичность системы открывает возможность для создания на основе агрегатов типа СЭР замкнутого цикла тепло- и электроснабжения: котел-утилизатор; паровая или газовая турбина; турбокомпрессор.
Комплексная, практически безотходная переработка титаномагнетитовых руд, огромные запасы которых имеются на Урале, в Западной и Восточной Сибири, в то время как половина сырья для титановой промышленности ввозится на Урал с Украины. В доменных печах пока осуществляется небольшая подшихтовка такими рудами из-за опасности получения вязких гетерогенных шлаков.
Реализация технологии переработки титаномагнетитового концентрата в агрегате типа СЭР
На опытной установке показана принципиальная возможность реализации технологии переработки титаномагнетитового концентрата в агрегате тип СЭР с разделением железосодержащей и титаносодержащей составляющих. Это достигается благодаря тому, что процесс в агрегате типа СЭР находится в газофазной области, а шлак взвешен в верхней части рафинирующего отстойника и может выпускаться с любого уровня по высоте агрегата с обеспечением оптимального (с точки зрения текучести шлака) содержания оксидов железа и титана. Эта весьма важная как для черной, так и для цветной металлургии задача заслуживает отдельного рассмотрения.
Использование технологических модулей на основе агрегата типа СЭР и электропечей в рамках переходной структуры традиционных металлургических комбинатов
Основные направления
Как уже упоминалось в начале статьи, многие зарубежные, особенно американские, традиционные заводы полного цикла пытаются добиться статуса реконструируемых предприятий и идут по пути создания в рамках традиционного производства мини-заводов. Такой путь по-видимому целесообразен и для российской металлургии.
Здесь также можно рассмотреть несколько возможных направлений.
- Использование агрегатов типа СЭР для переработки пылевидных железосодержащих и углеродосодержащих отходов (омазученной окалины, шлама газоочисток, графита, извести, отходов углеобогащения и др.).
- Комбинация агрегата СЭР, расположенного рядом с нагревательными печами, когда отходящие газы из этого агрегата подаются на отопление этих печей. В связи со старением централизованного газового хозяйства, постепенным выводом из эксплуатации доменных печей и коксохимических батарей, децентрализация газоснабжения на заводах и комбинатах может стать реальностью.
- В этом случае не исключена возможность использования агрегата СЭР как газификатора пылеугольного топлива и одновременно водогрейного агрегата, в связи с тем, что имеющиеся инженерные решения позволяют полностью утилизировать тепло гарнисажного охлаждения.
- Не менее интересной представляется комбинация агрегата типа СЭР с паровыми котлами тепло- и электроснабжения. В этом случае исключается необходимость строительства газоочистки и котла утилизатора, поскольку отходящие газы агрегата СЭР являются добавкой к основному пылеугольному топливу. В то же время в золах ТЭЦ содержится 8-12% (а иногда и более) оксидов железа в удобной для магнитного обогащения модификации, с последующим использованием в агрегате СЭР.
Комплекс безотходных технологий
Рассмотренные выше разработки позволили предложить комплекс (рис.8.27) безотходных технологий, который был представлен на нескольких международных конгрессах [73,74] и вызвал определенный интерес. Естественно, реализация всего этого комплекса технологий требует времени и средств, но двигаться в этом направлении необходимо, особенно с учетом критического состояния экологии и постепенного исчерпания ресурсов. К тому же следует заметить, что единичные затраты на мини-комплекс относительно невелики, а окупаемость достигается быстро. Это открывает возможность для постепенного изменения структуры металлургических, а также машиностроительных заводов.