ПЛАЗМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛИЗОВАННЫХ ОКАТЫШЕЙ
1.Актуальность вопроса.
В настоящее время применение технологий по производству железа прямого восстановления в основном в виде металлизованных окатышей-DRI (Direct Reduced Iron) и горячебрикетированного железа-HBI (Hot Briguetted Iron), как и прежде, считается одним из самых перспективных направлений для эффективного развития мировой металлургии. Так как использование DRI при выплавке стали позволяет производить наиболее качественный и экономически выгодный металл, удовлетворяющий самым высоким требованиям отраслей-потребителей (машиностроение, авиа, судостроение, строительство и др.), то текущий спрос на DRI-HBI постоянно растёт, невзирая на нестабильность рынка и жесткую конкуренцию со стороны альтернативных видов сырья.
По технологии производства DRI на сегодня в мире наиболее отработан и распространён Мидрекс-процесс, который уверенно удерживает лидирующие позиции на рынке (более 60% от общемировых поставок),что, естественно, указывает на преимущества по сравнению с многими другими технологиями. Однако многолетняя практика совершенствования процесса «Мидрекс» и его аналогов, по мнению специалистов, выявила также некоторые значимые и нерешаемые вопросы в направлении повышения производительности и снижения себестоимости продукции, сдерживающих развитие способов получения DRI в целом , как то:
-высокий расход восстановительного газа, при нестабильности его температуры и состава;
-низкая степень использования восстановительного газа;
-низкий тепловой КПД;
-высокая инертность процесса, а в следствии:
-низкий уровень автоматического регулирования процесса;
-необходимость расхода дорогостоящего катализатора.
Для успешного преодоления перечисленных проблем, разработано и в течение длительного времени испытано на опытной установке инновационную технологию производства DRI на основании использования в металлотермических процессах низкотемпературной ПЛАЗМЫ. Данный процесс авторами-разработчиками условно назван "ПЛАЗМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛИЗОВАННЫХ ОКАТЫШЕЙ" (ПТП DRI).
2. Предлагаемый к реализации инновационный проект металлургического комплекса на базе плазменной технологии производства металлизованных окатышей
в том числе:
2.1. Выполнение проекта строительства комплекса;
2.2. Инжиниринг, закупки, изготовление и поставка оборудования;
2.3. Шефмонтаж, пуско-наладка оборудования и его ввод в эксплуатацию;
2.4. Обучение персонала и передача ноу-хау;
2.5. Достижение гарантийных параметров производства.
В зависимости от поставленных задач заказчиком могут быть рассмотрены варианты:
а) Проект отдельного производства DRI только для товарного продукта;
б) Проект производства DRI в составе действующего металлургического предприятия;
в) Мини-завод, включающий производства DRI, стальной заготовки или слябов, а также готового проката.
В состав локального комплекса ПТП DRI входит:
- Участок окомкования сырья в виде железорудных окатышей или брикетов;
- Шахтная печь-реактор твёрдофазного восстановления (РВТФ) с базовой производительностью 260000т/год
- Блок из 8-ми плазмохимических генераторов (ПХГ), размещённых по периметру колонны РВТФ, на уровне основания зоны восстановления;
- Установка утилизации отходящих газов и блок генерирования электроэнергии для собственных нужд.
По технологической схеме ПТП DRI восстановительный газ вырабатывается в 8-ми ПХГ, опоясывающих средний уровень колонны РВТФ. В каждом ПХГ размещаются 4 плазмотрона.
Для условий массового производства разработан, не имеющий в мировой практике аналогов, плазмотрон ПМ-05 с потребляемой мощностью 500кВт и КПД 0,8-0,9, в котором природный газ конвертируется углекислым газом по объёму на ~50% СО и ~50% Н2 (при воздушной конверсии: 30% СО, 60% Н2, до 3% СО2, до 3% Н2О, остальное – азот) и нагревается до среднемассовой температуры 3000-4000 град. К. Плазменная струя, состоящая из синтез-газа, подается в смесительную камеру плазмохимического газогенератора (ПХГ), в которой установлены форсунки для подачи "сырого" природного газа, кислорода или пара.
Вводимые газы, смешиваясь в канале ПХГ с нагретым в плазмотронах до 3000-4000град К синтез-газом, подогреваются в среднем до 1000град.С и усредняются до следующего состава: 30% СО, 60% Н2, до 3% СО2, до 3% Н2О,). Полученный в канале ПХГ синтез-газ, через соединительный канал подается в слой окатышей. При встречном движении потоков газа и окатышей, в камере реактора твердофазного восстановления осуществляется интенсивный тепломассообмен между потоками материалов и газов. Окатыши при движении в реакторе по всей высоте реактора восстанавливаются до высоких степеней металлизации. Проходя зону охлаждения, DRI выгружаются в бункер. (Приложение №2)
Полученные, при отработке предлагаемой технологии результаты показали высокую эффективность. Степень металлизации окатышей в активной зоне составляла 88,7-93,5%, а брикетов 93,6-96,5%. Что позволяет получать при выплавке сталь очень высокой чистоты, которая очень востребована в космическом, судостроительном и авиационном строительстве.
Которую получить при существующих технологиях невозможно.
3.Технико-экономические показатели плазменной технологии DRI.
Преимущества ПТП DRI по сравнению с процессом «Мидрекс», как по экономическим, так и по техническим расчётным данным.
|
Наименование показателя |
ед.изм |
Плазменная технология |
Мидрекс |
1 |
Себестоимость |
$/т |
100 |
150-200 |
2 |
Эл. энергия( при утилизации тепла) |
кВт/т |
ноль |
120 |
3 |
Расход Ni катализатора |
кг/т |
ноль |
10 |
4 |
Производственные площади |
м2 |
400 |
5 000 |
5 |
Высота сооружений |
м |
15 |
30 |
6 |
Выбросы в атмосферу |
м3/т |
340 |
700 |
7 |
Срок окупаемости |
год |
1,9-2,3 |
5-6 |
8 |
Продолжительность строительства в т.ч. 1год проектирование |
год |
2 |
3 |
В реальных условиях ПТП положительный результат дают также факторы, трудно поддающиеся расчёту, такие как автоматизация процесса, строгий регламент температуры синтез-газа, особенно на высоких уровнях температуры, минимальной инерционности процесса и т.д.