Добавлен: 25.10.2023
Просмотров: 212
Скачиваний: 13
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Для управления восстановительным процессом воспользуются в основном следующими взаимозависимости:
1. Повышение содержания СО, в восстановительном газе снижает его восстановительную способность.
2. Повышение содержания СН, в восстановительном газе охлаждает слой окатышей и повышает восстановительную способность газа при достаточно высокой температуре.
3. Увеличение отношения Н2/CO в восстановительном газе охлаждает слой окатышей.
Внизу зоны восстановления наряду с восстановлением происходит и науглероживание металлизованного продукта, в котором углерод появляется преимущественно в форме карбида железа.
На содержание углерода можно повлиять следующими практическими мероприятиями:
- изменением содержания метана в восстановительном газе путём добавки природного газа к охлаждённой части конвертированного газа;
- увеличением содержания метана в охлаждающем газе с тем, чтобы заданное количество СН4 поступало в переходную зону, а из неё - в зону восстановления.
В нижней части печи металлизации (ниже переходной зоны и вплоть до нижнего динамического затвора) происходит охлаждение металлизованного продукта.
2.1.3 Цикл охлаждающего газа
В зоне охлаждения печи металлизации горячий металлизованный продукт (имеющий температуру 760 °C) отдаёт физическое тепло охлаждающему газу, который входит в эту зону с температурой 40 °С.
Здесь теплопередача тоже идёт в противотоке, так как охлаждающий газ движется снизу вверх из распределителя в отводящие каналы, расположенные поперёк шихты навстречу движущимся сверху вниз окатышам.
Для обеспечения равномерного хода печи предусмотрено разрыхление материалов в печи на трёх уровнях зубьями питателя, постоянно движущегося взад и вперёд.
Три верхних постоянно девствующих питателя выполнены водоохлождаемыми, а два средних и нижний работают без охлаждения.
Охлаждённый металлизованный продукт выходит из печи металлизации через нижний динамический затвор и далее через маятниковый питатель. Как и на участке загрузки шихтовых материалов в печь металлизации, к нижнему динамическому затвору постоянно подводится инертный газ.
Между зонами восстановления и охлаждения всегда происходит неизбежный небольшой газообмен. Условия этого газообмена определяются расходом затворного газа, постоянно подводимого через динамический затвор, и устанавливающимся соотношением давлений в циклах технологического и охлаждающего газов.
Процесс HYL III
Разработанный мексиканскими фирмами процесс HYL, был впервые реализован в 1957 году, как процесс в стационарном слое с использованием принципа противоточного тепло- и массообмена (HYL-1), реализуемого путём последовательной продувки находящихся в 3-х стационарных ретортах железорудных материалов (окатышей или кусковой богатой железной руды) горячим (980..1 240 °C) восстановительным газом, получаемым путём паровой конверсии природного газа.
Концептуальная технологическая схема процесса предусматривает использование восстановительного газа с повышенным содержанием водорода (70...87 %), высокого избыточного давления в реакторе (более 550 кПа) и высокой температуры в зоне восстановления (более 920 °С).
Типичной шихтой для процесса HYL-III является смесь окатышей (70 %) и кусковой железной руды (30 %). Расход железорудных материалов на 1 т ГЖ со степенью металлизации 94 % и содержание С 2,2 % составляет 1,45 т.
Процесс позволяет получать при необходимости содержание С в ГЖ до 5 %.
Для предотвращения спекания кусков руды в процессе их металлизации используют опрыскивание загружаемой руды цементно-водяной суспензией с расходом цемента (или альтернативного материала) 4 - 6 кг/т руды.
Значительное повышение экономической эффективности производства. ГЖ в шахтных реакторах HYL достигается за счёт новой технологии получения восстановительного газа, а именно - процесса самореформинга природного газа, разработанного фирмой HYL, с участием фирмы Sidor/Danieli (прежний процесс Arex).
Кроме процесса самореформинга на этом заводе реализована высокотемпературная пневматическая транспортная система (Hytemp Pneumatic Transprt System) для подачи горячего науглероженного ГЖ непосредственно из реактора HYL в расположенную рядом электросталеплавильную печь.
Эффективность использования энергии в процессе составляет 87 %, что намного превышает эффективность использования энергии в большинстве процессов производства ГЖ, используемых в мире, где она составляет только около 70%.
Высокая эффективность использования энергии в процессе HYL, на этом заводе достигается за счёт минимизаций расхода газа на сжигание (0,7 Гкал/т ГЖ, при 1,2..1,5 Гкал/т в других процессах), за счёт высокой химической энергий ГЖ( высокое содержание углерода и высокая степень металлизации ГЖ), а также за счет высокого теплосодержания ГЖ.
Установка HYL Ш рассчитана на работу двух независимых секций: одна - для генерирования восстановительного газа, а другая - для восстановления окатышей
Получающийся продукт, так называемое губчатое железо, содержит около 88 % Fe и 1,5..2 % С. При этом степень металлизации составляет около 94..95 %. Окатыши выходят из реактора с температурой 640...680 °С и подаются на установку брикетирования.
2.2 Перспективы развития бездоменной металлургии
Чёрная металлургия - одна из старейших горнодобывающих отраслей промышленности - во второй половине ХХ века изменялась не только количественно, но и качественно, мировое производство товарных железных руд увеличилось в 3,3 раза, чугуна и стали - в 4 раза.
Состояние и развитие металлургии в значительной степени определяются динамикой развития мировой экономики.
Крупнейшей страной-производителем стали сегодня является Китай. В 2021 году в КНР было выплавлено 1032,8 млн. тонн металла, что на 3% меньше, чем в 2020 год. Однако и такого объема Поднебесной хватило, чтобы подтвердить свое лидерство. Доля КНР в общемировом производстве по итогам 2021 года составила 52,95%.
На второй строчке рейтинга со значительным отставанием от КНР находится Индия. По итогам 2021 года в Индии было выплавлено 118,24 млн. тонн стали. Рост составил 17,7%. Доля этой страны составила 6,05% мирового производства.
Третье место в мире по выплавке стали занимает Япония. В 2021 году Страна восходящего солнца тоже нарастила объемы производства на 15,7%, выдав на-гора 96,33 млн тонн металла. В результате доля Японии в мировом производстве составила 4,94%.
Также в пятерку стран-лидеров по выплавке стали входят США и Россия.
Россия в 2021 году также нарастила объемы производства, правда на меньшую величину, чем США, Япония или Индия. Прирост составил 6,1%, по сравнению с 2020 годом. Это позволило РФ занять 3,90% мирового производства с показателем 75,58 млн. тонн.
Ведущими производителями стали в России являются группа компаний НЛМК, Евраз, ММК, «Северсталь», а также Металлоинвест, Мечел и ТМК.
Развитие металлургии на базе процессов прямого восстановления железа является основной альтернативой металлургии полного цикла. Для ускоренного развития данного производства имеются все необходимые предпосылки. В настоящее время эффективность технологий прямого восстановления выше, чем на большинстве предприятий с доменно-сталеплавильным переделом.
Экономическая целесообразность производства стали с использованием железа прямого восстановления и, как следствие, бурное развитие бескоксовой металлургии определяется следующими факторами:
1. Ограниченностью запасов коксующихся углей, ухудшением их качества и технико-экономических показателей добычи и переработки.
2. Ориентацией современной мировой металлургии на увеличение объёмов использования дуговых электросталеплавильных печей для производства чистых марок сталей.
3. Стремлением более рационально использовать топлив. но-энергетические ресурсы и необходимостью увеличения чёрной металлургии доли наиболее экономичных видов топлива- газа, нефти, некоксующихся углей.
4. Ограниченностью ресурсов скрапа гарантированно чистоты и стабильного состава.
5. Постоянно растущими требованиями к качеству металла и возможностью достижения более высокого качества стали при использовании для её выплавки металлизованного сырья, отличающегося от скрапа повышенной чистотой по вредным примесям.
6. Уменьшением загрязнения окружающей среды.
7. Возможностью организации мелкомасштабной металлургии и расширения экономико-географических районов рентабельного металлургического производства.
Наибольшее распространение в мировой практике производства железа прямого восстановления получили технологии Midrex и HYL.
На сегодняшний день технология производства железорудных окатышей продолжает совершенствоваться. При этом следует отметить несколько направлений развития данной технологии:
- повышение теплового КПД конвейерной обжиговой машины путём оптимизации циркуляционных тепловых потоков;
- повышение коэффициента полезного использования обжиговой машины;
- снижение тепловых потерь за счёт внедрения современных футеровочных материалов и совершенствования конструкций продольных уплотнений;
- улучшение металлургических свойств готовых окатышей для установок прямого восстановления железа.
3 Металлизованные железорудные окатыши и повышение эффективности их применения при электроплавке стали в дуговой печи
Металлизованные окатыши, обладая исключительными металлургическими свойствами, является перспективным материалом для процесса плавки стали. Однако процесс их усвоения железоуглеродистым расплавом в условиях, характерных для реальной сталеплавильной ванны , недостаточно изучен, он и является предметом настоящего рассмотрения, прежде всего в условиях, характеризующих начало плавки, т.е. при низких температурах расплава и интенсивности его перемешивания.
С целью интенсификации процесса выплавки стали в ДСП рекомендуется подача железорудных металлизованных окатышей (ЖМО) в расплав ванны через отверстия в графитированных электродах
Пластические свойства окатышей, проявляющиеся при восстановлении, определяются в первую очередь микроструктурой окатышей - фазовым составом связок и поровым пространством.
Уменьшение содержания как основных, так и кислотных оксидов приводит к увеличению усадки слоя окатышей в процессе их восстановления.
Анализ влияния данного на усадку слоя окатышей в восстановительной атмосфере показал, что повышение доли общего железа, сопровождающееся уменьшением содержания оксидов кремния, способствует улучшению пластических свойств окатышей, но увеличение степени офлюсования позволяет их снизить
Прочность железорудного сырья обусловлена в свою очередь механическими свойствами связок, образующихся при обжиге. Фазовый состав и морфология их зависят от химического состава железорудного концентрата, вводимых в шихту добавок, газовой фазы, участвующих в процессе обжига.
Микроструктурный анализ показал, что окатыши из шихты разных составов имеют незначительные отличия.
Проведённые микроструктурные исследования позволили выявить общие закономерности механизма формирования структуры связки рудной части окатыша.
Отмечено, что во всех пробах обожжённых окатышей увеличение их общей пористости происходит в случае добавки известняка (вследствие его диссоциации).
Анализируя связь микроструктуры с характеристиками поведения окатышей в процессе восстановления, следует отметить, что оксид алюминия переходит в фазы связки (ферритную и силикатную), тем самым, повышая уровень прочности окатышей, снижая их склонность к спеканию, уменьшая усадку слоя и увеличивая восстановимость, необходимо иметь соотношение между оксидами кальция и алюминия в пределах 2-2,5.
Металлографические исследования показали, что после подачи окатышей в ванну дуговой печи образуется на его поверхности гарнисажная корочка может быть как шлаковой, так и шлакометаллической, а другие зоны в структуре окатыша формируются температурой и длительностью нахождения образца в железо-углеродистом расплаве ванны дуговой печи.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1) Проведен сравнительный анализ различных шихтовок для выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи, выявлены достоинства и недостатки каждого вида шихтовки.