Металлургический завод будущего: технология ORIEN и восстановление биоуглем.


Развитие мировой металлургии в 2000 – 2014 гг. позволило увеличить выпуск стали в 2 раза: в 2000 году выплавка стали в мире составила 850,2 млн. тонн, тогда как в 2014-м эта величина стала более 1,6 млрд. тонн. Тем не менее, использование традиционных технологий выплавки стали пришло к логическому завершению: мировой спрос на традиционную конструкционную сталь падает, и ценовая конкуренция производителей стали привела к тому, что стоимость заготовки в конце июля 2014 г. сравнялась со стоимостью лома в январе того же года.

В то же время есть сегменты мирового рынка стали, которые будут показывать стремительный рост в следующее десятилетие. Это порошковая металлургия, стальное строительство с использованием 3D-печати, точное литье по 3D-моделям.

 Стальной пешеходный мост, который перекинется через один из каналов столицы Нидерландов будет изготовлен при помощи роботизированной руки MX3D Metal с шестью степенями свободы. Фактически, такой робот управляет аппаратом, комбинирующим сварку и непрерывную подачу металла. Мост будет возводиться из мелких расплавленных капель металла, сплошным сварным швом. Такая конструкция обладает высокой прочностью, намного выше, чем листовой металл. Тонкие «опорные нити» моста хорошо распределяют нагрузку и снижают воздействие ветра.

Таким образом, стальное 3D-строительство становится реально работающей технологией(Рис.1).

 

Описание изображения

Какие требования будут предъявляться к сырью для 3D-печати? Оно из главных требований – стабильный химический состав материала без примесей. Для производства такого металла потребуется исходные материалы без примесей: руда и уголь высокой степени чистоты.

 

Надо сказать, что высокочистый чугун без примесей в настоящее время выпускается в Бразилии в доменных печах с использованием древесного угля. Он стоит существенно дороже чугуна(Рис. 2), выпускаемого на коксе и годится для передела порошковой металлургии и подготовке материалов для стальной 3D-печати. 

 

Описание изображения

Наличие в одном месте месторождений руды, источников недорогой древесины, а также залежей высокочистых марок антрацита позволит организовать выпуск перспективных металлургических материалов. В России таким требованиям отвечает регион Южной Якутии – из-за ограниченных мощностей железной дороги вывоз древесины в больших объемах затруднен, в то же время там имеются в наличии месторождения руд и коксующегося угля.

Применение технологии доменного передела в настоящее время считается неоправленным из-за высоких капитальных затрат на строительство доменного передела. В то же время в Российской Федерации разработана высокоэффективная комбинированная технология получения железа прямого восстановления, искусственного газообразного топлива и электрической тепловой энергии на основе угля, не имеющая аналогов.

 

В основу технологии положена концепция комплексного производства железа прямого восстановлении (ЖПВ), искусственного газообразного топлива (ИГТ) и энергии- электрической и тепловой из неокускованного железорудного сырья и угля с использованием жидкофазного одностадийного процесса нового поколения, получившего название ORIEN.

Данный процесс отличает малая капиталоемкость, ускоренная отдача средств и низкие эксплуатационные затраты, а также высокий уровень экологической эффективности и безопасности, обусловленные энергометаллургическим характером технологии ORIEN. Процесс запатентован в РФ и превосходит аналогичные процессы, появившиеся ранее.

 

В качестве восстановительного агрегата в процессе ORIEN служит электродуговая печь сталеплавильного типа, а исходными материалами являются железорудное сырьё в виде концентрата и /или порошкообразной руды, уголь, а также газообразный кислород и воздух. Схема процесса ORIEN в дуговой печи представлена на рисунке 3. Получаемыми продуктами являются жидкое железо прямого восстановления с широкими пределами содержания углерода – от 0,05 до 4, 5%, шлак самородного типа, искусственное газообразное топливо энергетического назначения, электрическая и тепловая энергия. Первое из значений углерода отвечает черновому железу, а второе- передельному чугуну.

 

Описание изображения

В отличие от классического доменного процесса и существующих процессов получения ЖПВ новый процесс ориентирован на выплавку металлического сырья с минимальной концентрацией углерода, вплоть до уровня 0,05%.

Процесс позволяет выплавлять также чугун с содержанием углерода выше предела его растворимости в железе при данной температуре-своеобразный сверхчугун. В этом случае избыточный углерод присутствует в железе в виде микроскопических частиц, образуя отдельную твердую фазу. Железоуглеродистый сплав в затвердевшем состоянии представляет механическую смесь традиционного чугуна и частиц углерода, присутствующих частично в растворенном и частично в свободном состоянии.

Возможность получения железоуглеродистых сплавов с регулируемым широким диапазоном концентрации углерода в конечном металле является существенным преимуществом процесса ORIEN над доменными печами и другими агрегатами восстановительной плавки.

Искусственный технологический газ, образующийся в процессе ORIEN , состоит из смеси синтез-газа (СО; Н2), получаемого в результате газификации угля оксидами железа и монооксида углерода (СО), образующегося в процессе окисления углерода, растворённого в железе, вдуваемым кислородным дутьём. Данные газы в виде их смеси отводятся из печи в энергоблок и далее сжигаются в газовой турбине или паровом котле для получения электрической и тепловой энергии. Общая схема процесса представлена на рисунке 4.

 

Описание изображения

Технология ORIEN позволяет перерабатывать железорудные материалы с различным содержанием железа и полиметаллические руды с оксидами легирующих элементов, в том числе руды местных месторождений, например Керченского месторождения. В качестве угля могут использоваться энергетические угли различных марок – газовые, длиннопламенные, суббитуминозные, бурые, сохраняя возможность работы на углях более высокого качества, в том числе антраците либо древесном угле.

Основные параметры завода по технологии ORIEN:

 

Площадь – 20 Га.

 

Цеха:

 Участок Подготовки Шихты (УПШ)

 Предназначен для подготовки металлошихты. С целью бесперебойной работы участка к нему подведена железнодорожная ветка и автомобильная дорога, что дает возможность подвоза  сырья железнодорожным и автотранспортом.

Крытый участок закромов, состоящий из 5 закромов, из которых 3 закрома вместимостью по 1200 тонн каждый и 2 закрома по 500 тонн каждый. Общая вместимость закромов 4600 тонн;

 

Электросталеплавильный Цех (ЭСПЦ)

 

Электросталеплавильный цех (ЭСПЦ) представляет собой технологический комплекс для переплавки металлошихты, производительностью до 100 000 тонн в год. 

 

1. Участок печей

•             Две 10 т. электродуговые печи (ЭДП), производитель Китай, с печными трансформаторами по 5,5 МВт каждый. Производительностью в среднем 13 тонн жидкой стали каждая, производительностью 80 000 – 84 000 тонн жидкой стали в год;

•             Один 10 т. агрегат ковш печь (АКП), производитель «Сибэлектротерм» (Россия), с печным трансформатором 5,0 МВт;

2. Участок разливки

Разливка чугуна и стали в изложницы

3. Крановый участок

•             В состав ЭСПЦ входят 2 электромостовых крана, грузоподъемностью Q = 32.0/5.0 т каждый.

 

Вспомогательные цеха

   

Электросиловой Цех (ЭСЦ)

   

Мини-ТЭЦ на угле мощностью 30 МВт, а также

 

•             2 высоковольтных Линии

•             2 трансформатора мощностью 16 МВт 110/10КВ;

 

Газо-Котельный Цех (ГКЦ)

 

Газо-котельный цех (ГКЦ) предназначен для разогрева стальковшей, промковшей, подогрева печей во время вынужденного простоя, подогрева воды, отопления помещений. Теплоснабжение (горячее водоснабжение на хоз. бытовые нужды и отопление) объектов осуществляется от отдельно стоящей котельной с водонагревающими котлами ДЕ-10-14-2 шт., работающими на попутном газе, по схеме один в работе, второй в резерве. Котлы, производительностью 8,14 МВ т/ч каждый, оборудованы горелками для сжигания природного газа ГМ-7.

 

Складское Хозяйство

 

Складское хозяйство (СХ) предназначено для хранения сыпучих и тарированных материалов, используемых в технологическом процессе. В состав СХ входит четыре склада.

 

Склад №1 – общая площадь 630 м2;

Склад №2 – общая площадь 828 м2;

Склад №3 – общая площадь 12400 м2;

Склад №4 – общая площадь 1728 м2;


Операционные затраты (OPEX)


Затраты сырья и материалов на тонну металла:


Руда (66% Fe)...................................................1,58 тонн

Уголь (80% C)...................................................0,5   тонн

Доломит........................................................... 0,08 тонн


Стоимость материалов возможно рассчитать в текущих ценах. Вопрос цены электроэнергии увязан с эффективностью собственной генерации.


Капитальные затраты (CAPEX)

 

Общая потребность в инвестициях на строительство энергометаллургического предприятия с участком предварительной подготовки шихты оценивается в 50 млн. долл. США.

 

Яндекс.Метрика
Яндекс.Метрика