Перспективы развития доменного производства

 

Одной из наиболее интересных проблем современной металлургии является перспектива дальнейшего развития доменного производства и нетрадиционных методов получения железа и стали. В настоящее время более 95% стали получают двухступенчатым способом, то есть посредством промежуточной выплавки чугуна в доменных печах, однако мощности установок прямого поучения железа постоянно растут.

Рассмотрим современное состояние доменного производства и перспективы его развития в обозримом будущем. Наиболее крупной доменной печью в России является сейчас печь № 5 полезным объемом 5580 м³ Череповецкого металлургического комбината, а всего в мире работает 130 доменных печей объемом свыше 2000 м³. Максимальная производительность доменных печей при работе на богатой железом шихте, избыточном давле­нии на колошнике 250-300 кПа, содержании в дутье 30-35 % О₂, нагреве дутья до 1400 ⁰С и вдувании 100 м³ СН₄ на 1 т чугуна приближается к 12 000 т/сут. Рекордный коэффициент использо­вания полезного объема составляет сейчас 0,35 м³ /т·сут.

Поскольку вместе с увеличением диаметра горна возрастает мощность воздуходувных машин, то в крупных печах нет неподвиж­ного малоактивного осевого столба шихтовых материалов, не обра­батываемого печными газами. Наоборот, крупные печи в ряде случаев склонны к образованию устойчивого осевого потока газов. Это создает реальные возможности для дальнейшего увели­чения объема доменных печей. Для строительства печей большого полезного объема требуются значительно меньшие земельные участки, чем для нескольких малых печей одинакового суммарного объема. Уменьшается длина газопроводов, кабелей, бункерных эстакад, число наклонных скиповых подъемников или конвейер­ных загрузок, число воздухонагревателей, пылеуловителей, ли­тейных дворов и пр. Все это позволяет значительно (на 15—20 %) снизить капитальные затраты на строительство доменных цехов в расчете на 1 т суточной производительности. Крупные печи работают экономично, обеспечивая значительный рост произво­дительности труда горновых.

В настоящее время в различных странах проектируются печи полезным объемом 10 000—12 000 м³, производительностью до 30 000 т чугуна в сутки. Удельный расход кокса лучших печах в настоящее время 0,4 т/т чугуна. Было бы ошибкой считать эти показатели предельными. В действительности доменное производство имеет еще возможность в недалеком буду­щем перейти на предварительно металлизованную (на 30—40 %) шихту и безазотную плавку с вдуванием в фурмы отмытого от СО₂ нагретого колошникового газа и холодного кислорода. Это позволит отказаться от вдувания природного газа в доменные печи и одновременно выйти на к. и. п. о. и удельные расходы кокса, близкие к 0,3.

Быстрое развитие методов прямого получения железа и стали за последние годы обусловлено рядом объективных причин, среди которых главной следует считать повсеместную нехватку метал­лургического кокса. Мировые запасы коксующихся углей, по данным ООН, не превышают 15 % от общих запасов каменного угля. К тому же пласты коксующегося угля в большинстве слу­чаев лежат на глубине свыше 300 м от поверхности земли, что удорожает его добычу. Новые методы прямого получения железа и стали позволяют использовать в качестве восстановителя и по­ставщика тепла дешевый некоксующийся каменный и бурый уголь, а также восстановительные газы, полученные путем реформиро­вания или конверсии природного газа, попутного нефтяного газа, мазута и нефти. Среди современных методов прямого получения железа есть способы, не требующие предварительного окускования пылеватой железной руды и тонкого концентрата на агло­мерационных фабриках и фабриках окатышей. Эта оказывает решающее влияние на выбор типа метал­лургического передела. Установки прямого получения железа обычно не имеют большой единичной мощности, сравнимой с мощ­ностью современных доменных печей. Поэтому за рубежом им часто отдается преимущество при строительстве мини-заводов.

Мировые ресурсы при­родного газа и тем более нефти крайне ограниченны, и сверх того эти виды сырья широко используются химической промышлен­ностью и транспортом. В связи с этим замена кокса на природный газ в больших масштабах не может рассматриваться всерьез как перспектива развития металлургии в целом. Такая замена может быть оправдана лишь в качестве временной меры на ограниченный срок в районах интенсивной добычи нефти и газа при полном отсутствии коксующихся углей. Перспективными могут считаться только методы прямого получения железа и стали на некоксующихся углях и продуктах их газификации, запасы которых практически неисчерпаемы.

Проведем сравнение пока­зателей доменного производства с показателями наиболее произ­водительных и экономичных установок прямого получения железа, помимо доменных печей (таблица 3). Значительный прогресс в области технологии прямого получения железа и руд в последние годы. Мощности некоторых установок достигли 2000 т губки в сутки при общем расходе тепла 12,5·10⁹ Дж/т губки и расходе электроэнергии 140 кВт·ч/т губки.

 

Таблица 3 – Расход тепла при производстве 1т полупродукт из концентрата и пылеватой железной руды различными способами

Способ производства	Энергоноситель	Но коксование, ·10^9 Дж	На производство агломерат и окатышей, ·10^9 Дж	В восстановительной установке, ·10^9 Дж	На 1 т полупродукта, * ·10^9 Дж	Расход электроэнергии, ** ·10^9 Дж	Максимальная производительность установки, т/сут	Примечание
Производство губчатого железа в шахтных печах: Мидрекс, Армко, Пурофер	Природный газ	-	2,1		14,1		1 800	Работа на окатышах
Производство губчатого железа в ретортах: Охалата и Ламина	То же	-	2,1	16,8	18,9		1 000	То же
Производство губчатого железа во вращающихся печах: СЛ-РН	Каменный уголь	-	-	14,7	14,7		2 000	Работа на пылеватой шихте. Высокие капитальные затраты на строительство установки
Современное доменное производство	Кокс	1,68	2,94	12,6			12 000	Шихта содержит 70 % агломерата и 30 % окатышей. Расход кокса 0,4 т/т чугуна

 

Таким образом, хотя производительность крупной доменной печи пока еще в 5—6 раз выше производительности самой круп­ной установки для прямого получения железа, по эффективности использования тепла последние не уступают доменному процессу. Нельзя не учитывать, что наиболее современные и высокопроизводительные установки прямого получения железа (установки «Мидрекс», «Армко» и «Пурофер») работают на при­родном газе, запасы которого ограничены. В связи с этим такие установки могут сооружаться и эксплуатироваться лишь в стра­нах, располагающих чрезвычайно большими запасами природного газа, нефти.

В странах с развитой промышленностью установки для пря­мого получения железа с использованием природного газа будут являться центрами металлургии лишь качественных сталей. Доменное производство в обозримом будущем сохранит свои позиции в сфере массового производства чугуна на заводах рядо­вого металла.

Наиболее серьезными конкурентами доменных печей сегодня следует считать установки для прямого получения чугуна в дутье­вых бесшахтных печах, а также печи жидкофазного восстановления, работающие на кислородном дутье и угле.

В ближайшие десятилетия наиболее вероятно параллельное развитие доменного производства и печей прямого получения металла на угле.