ITmk3: экологичный процесс производства железных нуггетов компании Kobe Steel

Процесс ITmk3 производства железных нуггетов

ITmk3 (Iron making technologies mark 3) — одна из угольных технологий восстановления. IT mark 1 — доменная печь, IT mark 2 — прямое восстановление (преимущественно газовые процессы) (Рис. 1). Разработан Kobe Steel, экологичен.

Рис. 1 Железообразующие технологии

История разработки

• 1996–1998: лабораторные испытания.
• 1999–2000: пилотный завод 3000 т/сут в Какогawa Works (Kobe Steel, Япония).
• 2002–2004: демонстрационный завод 25 000 т/год в Миннесоте (США).
• 2007: начало стройки первого коммерческого завода 500 000 т/год в Хойт-Лейкс (Миннесота).
• Январь 2010: запуск коммерческого завода.

Процесс ITmk3

Быстрый процесс железопroduction: восстановление руды, карбуризация и плавление железа, разделение шлака — все при относительно низких температурах. Четыре стадии:

1. Агломерация железоруды и угля.
2. Восстановление и плавление агломератов.
3. Разделение металлического железа от шлака.
4. Обработка выхлопных газов и восстановление тепла.

Железорудный концентрат, некоксующийся уголь (редуктант), известковец (флюс), бентонит (связующее) смешивают и агломерируют в зеленые самовостанавливающиеся пеллеты. Пеллеты загружают в роторную печь с подвижным дном (RHF), где сухие флюсированные зеленые шары восстанавливаются, карбуризуются и плавятся. Продукт — гранулированное железо (железные нуггеты). Процесс на диаграмме Fe-C — Рис. 2.

Рис. 2 Процесс ITmk3 на диаграмме железо-углерод

ITmk3 производит высокочистые гранулированные железные нуггеты из мелкой руды и некоксующегося угля. Отличительная черта: восстановление, карбуризация, плавление и разделение шлака (Рис. 3) при низких температурах (~1350 °C) — отличие от ДП. Время реакции восстановления — 10 мин (ДП: 8 ч, газовые ПРЖ: 6 ч).

Стадии восстановления руды — Рис. 3.

Рис. 3 Этапы восстановления в процессе ITmk3

Основные особенности

• Низкокачественная мелкая руда → помол, обогащение → высококачественный концентрат → зеленые пеллеты.
• Некоксующийся уголь — редуктант.
• Пеллеты в RHF, нагрев до 1350 °C, восстановление, плавление, разделение металл/шлак.
• Расплавленное железо затвердевает в нуггеты внутри печи, после охлаждения разделяется от шлака.
• Простой процесс, конвенциональное оборудование. Малое время пребывания облегчает пуск/останов.
• Мелкая руда и порошковый уголь агломерируют в композитные пеллеты.

Технологическая схема ITmk3 — Рис. 4.

Рис. 4 Технологическая схема ITmk3

Реакции

Основные реакции восстановления те же, что и в общеном железопroduction:

FeₓOᵧ + yCO = xFe + yCO₂
CO₂ + C = 2CO

Дополнительные реакции ITmk3 (разделение металла от шлака):

C(s) = C (карбуризованный)
Fe(s) = Fe(l) (плавление)

Продукт: железные нуггеты

ITmk3 дает безшлаковые железные нуггеты (Рис. 5) со свойствами, близкими к чугуну:

• Металлическое Fe: 96–97%
• C: 1,7–3,5%
• S: ~0,5%
• Плотность: 6,5–7,0 г/см³

Нуггеты лучше плавятся, чем чугун из ДП (ниже точка плавления, выше теплопроводность). Удобный размер для транспортировки/перегрузки. Не реоксидируются, не дают мелкой фракции при перегрузке. Можно непрерывно заряжать в ЭЛА как ПРЖ/ГБЖ.

Рис. 5 Железные нуггеты

Удельное потребление ресурсов на т нуггетов

• Железорудная мелкая фракция — 1,5 т
• Некоксующийся уголь — 0,5 т
• Топливный газ — 1,1 Гкал
• Электроэнергия — 200 кВт·ч
• Вода — 2 м³
• Сжатый воздух — 85 м³
• Азот — 12 м³

Экологический контроль

Маршрут ITmk3 — ЭЛА дает меньше загрязнителей, чем ДП — КЧП. Процент снижения выбросов ITmk3-ЭЛА относительно ДП-КЧП:

• CO — 96%
• NOx — 65%
• SO₂ — 77,7%
• ЛПУ (VOC) — 86,5%
• CO₂ — 41,1%
• Ртуть (Hg) — 58,0%

Типовая планировка завода ITmk3

Землепотребление — Рис. 6.

Рис. 6 Типовая планировка завода ITmk3

Преимущества процесса ITmk3

• Простота процесса.
• Прямое восстановление мелкой руды некоксующимися углями.
• Энергоэффективность: ~30% меньше энергии, чем ДП.
• Меньшие выбросы CO₂.
• Низкие капитальные вложения: исключены агломерация/пеллетизация и коксовые батареи.
• Дешевое сырье: мелкая руда, некоксующийся уголь.
• Высококачественные нуггеты с лучшей плавкостью, чем чугун, на стадии сталеварения.
• Исключена обработка жидкого железа.
• Нуггеты: без шлака, без примесных элементов, без реоксидирования, без пыли — легкая перевозка.
• Простая эксплуатация и регулирование, легкий пуск/останов для корректировки производства.
• Простое оборудование с доказанной надежностью.