Применение технологии прямого восстановления Finmet® для российской черной металлургии

Применение технологии прямого восстановления Finmet® для российской черной металлургии

Finmet® - это процесс прямого восстановления железной руды в кипящем слое, основанный на применении неагломерированной рудной мелочи в качестве шихты и природного газа для выработки восстановительного газа. Процесс был разработан совместно фирмами FIOR de Venezuela (которая теперь называется Brifer) и Voest-Alpine Industrieanlagenbau GmbH & Co (VAI), Австрия. Он имеет ряд существенных преимуществ перед традиционной технологией прямого восстановления, основанной на металлизации окатышей.

Процесс

В процессе Finmet® (рисунок 1) применяется железорудная мелочь с размером кусков ме­нее 12 мм, подсушенная до влажности, обес­печивающей ее свободное течение через си­стему бункеров. Подсушивание выполняется в осушителях с кипящем слоем, в которых pyду нагревают приблизитeльнo дo 100°С, после чего coдepжaниe ocтаточнoй влaги в ней снижается до 0,1 –    0,2 %. Затем сухую рудную мелочь при помощи ковшового подъемника транспортируют на верх конст­рукции реактора в систему загрузочных бун­керов, где давление повышается до его уров­ня в реакторе — около 10 бар. Четыре реактора установки Finmet® расположены в ряд и соединены между собой линиями подачи газа и транспортировки твердого топлива. Мелкая руда перетекает самотеком под действием силы тя­жести из верхнего реактора в самый нижний, тогда как восстановительный газ движется вверх в проти­вотоке. Такое противоточное движение в многосту­пенчатом процессе повышает эффективность вос­становления по сравнению с достигаемой в реакто­ре с одноступенчатым процессом. Мелкая руда на­гревается в первом реакторе (R4) частично израсхо­дованным восстановительным газом из предыдуще­го реактора. Запыленный газ из кипящего слоя очи­щается во внутренних циклонах реактора и вновь возвращается в кипящий слой.

Руда проходит последовательно через каждый ре­актор, и степень ее металлизации непрерывно уве­личивается на каждом этапе в результате реакции со все более богатым восстановительным газом. В последнем самом нижнем реакторе (R1) руда нагревается до оптимальной температуры восстановление, составляющей примерно 800 °С. Содержание углерода в металлизованном продукте может быть отрегулировано в последнем реакторе.

Рисунок 1 – Технологическая схема Finmet®

Горячее губчатое железо прямого восстановления (ГЖ) мелкой фракции затем транспортируется пневматической подъемной системой для дальней­шей переработки на установке брикетирования в теплоизолированный бункер. Оттуда мелкая фрак­ция поступает в двухроликовые брикетировочные машины, где она компактируется до плотности бо­лее 5 т/м³. Брикетную ленту, выходящую из машин, затем разделяют на отдельные брикеты. Избыточная мелочь возвращается обратно на брикетирующие прессы. Горячебрикетированное железо (ГБГЖ) за­тем охлаждают и транспортируют для хранения на склад брикетов.

Восстановительный газ

Требуемый восстановительный газ (N₂ или СО) вырабатывается путем каталитической конверсии смеси природного газа и пара в реформере, куда добавляется рециркулирующий верхний газ из системы. Газ, выходящий из верхнего реактора, сначала охлаждают водой и направляют на промывку в скруббер. Не­большую часть очищенного газа удаляют для регулирования содержания инертного газа в системе. Этот газ обычно используют как топ­ливо в печи для нагрева восстановительного газа. Остальной рециркулирующий газ возвра­щается в процесс через компрессор для сжа­тия рециркулирующего газа. Поток конверти­рованного газа и поток рециркулирующего газа (или часть его) пропускают через систему для удаления диоксида углерода. Этот газ за­тем подогревают в печи для восстановитель­ного газа приблизительно до температуры 830—850 °С перед его подачей в реакторы.

Работа установки

В настоящее время находятся в эксплуатации две промышленные установки Finmet® — на заводах фирм ВНР Billiton, Порт Хедлэнд, Австралия, и Orinoco Iron, Пуэрто Ордаз, Венесуэла.

Установка фирмы ВНР Billiton в Австралии, не­смотря на 5 месяцев простоя на замену труб в печах, в целом к концу 2002 г. выпустила более 3 млн. т горячебрикетированного губчатого железа. Объем производства только за 2002 г. превысил 1 млн. т.

На установке фирмы Orinoco Iron в Венесуэле по-прежнему имеют место неблагоприятные эконо­мические условия. Один из модулей Finrriet® мощностью 1 млн. т/год в 2002 г. не работал ввиду отсутствия запасных частей. Нехватка руды и поставок газа ограничивала работу установки на полную мощность, но работу одной линии Finmet®  (производительностью 500 тыс. т/год) все же удалось продол­жить. Несмотря на эти ограничивающие факторы, в  2002 г. все же было получено более 600 тыс. т высо­кокачественного горячебрикетированного губчатого железа. Общий объем выработки губчатого железа на этой установке к концу 2002 г. достиг 1,2 млн. т.

К концу 2002 г. двумя модулями Finmet® было выработано более      4,2 млн. т горячебрикетированно­го губчатого железа и отправлено потребителям.

Большой модуль Finmet® готов к выходу на рынок

На основе опыта эксплуатации установок Finmet® в Австралии и в Венесуэле и с учетом про­гнозируемых результатов общую мощность процес­са было решено увеличить. В итоге был создан большой модуль Finmet® (рисунок 2). На существующих модулях Finmet® производительность одной линии составляет 500 тыс. т, а на новом большом модуле она может превысить 1 млн. т.

Рисунок 2 – Сопоставление конструкций существующих модулей Finmet® (а) и нового модуля Megatrain (б)   

В новой конструкции реализованы все видоизме­нения и улучшения, сделанные на австралийском и венесуэльском модулях Finmet®, благодаря чему удельные капиталовложения (на 1 т годового произ­водства) были сокращены на 25—30 %. Более того, расчеты показали, что могут быть достигнуты зна­чительные сокращения эксплуатационных расходов затрат на ремонты и затрат на заработную плату персонала.

Большой модуль Finmet® Megatrain уже прошел инжиниринг и готов к выходу на рынок.

Заключение

Процесс Finmet® является единственным промышленно опробованным газофазным процессом прямого восстановления рудной мелочи во всем мире. Высококачественную продукцию этого процесса пе­рерабатывают известные производители стали в США и во всей Азии.

Ввиду больших запасов железной руды и природного газа в России технология Finmet® может быть весьма привлекательным решением эффективной и  экономичной переработки этих руд на высококачественные брикеты губчатого железа для продажи на металлургические заводы.