Эффективные стратегии разгрузки пряморедуцированного железа и его горячего транспорта

Варианты разгрузки пряморедуцированного железа (ПРЖ) и его горячего транспорта

Два основных метода производства ПРЖ: (1) газовый процесс в шахтной печи, (2) угольный процесс в роторной печи. В обоих реакции восстановления идут в твердом состоянии, максимальные температуры печей 850–1050 °C.

В угольном процессе полученное ПРЖ смешано с коксом (char), который нужно отделить. Смесь ПРЖ-кокс охлаждают в роторном охладителе, затем магнитным разделением отделяют кокс. В шахтных печах кокс отсутствует, поэтому три варианта разгрузки: холодное ПРЖ (CDRI), горячее брикетированное железо (HBI) и горячее ПРЖ (HDRI).

Холодное ПРЖ (CDRI)

Большинство шахтных печей построены для CDRI. После восстановления ПРЖ охлаждают в нижней части печи до ~50 °C. Временно хранят в силосах для пассивации перед транспортировкой на ближайшую сталеплавильную мастерскую. CDRI обладает свойством самовозгорания, требует особых предосторожностей при транспортировке и хранении per IMO. Наилучший материал для непрерывной зарядки в ЭЛА.

Горячее брикетированное железо (HBI)

Производят более 30 лет. Желательный метод подготовки ПРЖ к хранению и морской перевозке. Горячее ПРЖ разгружают из шахтной печи при ~700 °C. Отправляют в брикетирующие прессы для прессования в подушкообразные брикеты 30×50×110 мм. HBI на 50% плотнее CDRI, поэтому склонность к повторному окислению сильно снижена. Это позволяет хранить и перерабатывать без особых предосторожностей per IMO. HBI транспортируют и обрабатывают скрёбным оборудованием, легко пакетно заряжают в ЭЛА. Непрерывная зарядка возможна со спецсистемами.

Горячее ПРЖ (HDRI)

Разгружают из шахтной печи при ~700 °C и транспортируют в горячем состоянии на сталеплавильную мастерскую для прямой зарядки в ЭЛА. Зарядка горячего ПРЖ напрямую из шахтной печи в ЭЛА называется горячей зарядкой.

Преимущества горячей зарядки

Два главных преимущества: снижение энергопотребления и повышение производительности ЭЛА. Большинство сталеплавильных мастерских в мире имеют системы горячей зарядки для ЭЛА. Фактически сегодня питание ЭЛА может выбирать между холодным и горячим материалами. Экономия энергии при зарядке HDRI за счет меньшей потребности энергии в ЭЛА для нагрева ПРЖ до температуры плавления. Эмпирическое правило: потребление электроэнергии снижается на ~20 кВт·ч/т жидкой стали на каждые 100 °C повышения температуры зарядки. Минимум экономии при зарядке HDRI >600 °C — 120 кВт·ч/т. Дополнительное преимущество — снижение расхода электродов (линейная зависимость). Ожидаемая экономия 0,5–0,6 кг/т жидкой стали.

Повышение производительности ЭЛА значительно: горячее ПРЖ сокращает время тап-то-тап и длительность плавки. По сравнению с холодным ПРЖ, прирост производительности до 20%. HDRI также снижает удельный расход огнеупоров — экономия 1,8–2 кг/т жидкой стали.

Экологические выгоды: удержание чувствительного тепла в ПРЖ вместо рассеятия в атмосферу снижает выбросы двумя путями. (1) Меньший спрос на электроэнергию уменьшает выбросы ТЭЦ на тонну стали. (2) Для ЭЛА с углеродной инъекцией сниженные энергозатраты уменьшают выбросы CO₂.

Транспорт HDRI

Критичен несколькими аспектами. Сложность не только в высокой температуре, но и в необходимости неокисляющей атмосферы. Критическое требование: метод транспорта из шахтной печи в ЭЛА должен доставлять HDRI без ухудшения качества, обеспечивать максимальную операционную гибкость, быть надежным, ремонтопригодным и простым в эксплуатации.

Четыре коммерчески доступных альтернативы, каждая с лучшим применением в зависимости от дистанции, компоновки и пропускной способности.

Процесс HYTEMP

Разработан Tenova HYL, установлен на заводе Ternium Monterrey в 1998 г. Пневматический транспорт HDRI. Система использует транспортный газ (инертный или процессный) для переноса HDRI через пневмотрубу в бункер над ЭЛА. Газ удаляется из контура и рециклируется в ПРЖ-установку, HDRI заряжается в бункер для непрерывной подачи в ЭЛА. Нет движущихся частей. Мелкодисперсные частицы из шахтной печи уносятся с кусковым материалом и амортизируют транспортную линию. Мелкая фракция также заряжается в ЭЛА вместе с кусковым ПРЖ, повышая выход. Схема на рис. 1.

Рис. 1 Схема процесса Hytemp

Процесс HOTLINK

Использует преимущественно гравитационный транспорт, пионер Midrex. Технология как для гравитационной подачи HDRI для производства HBI. HDRI из шахтной печи сбрасывают в нагнетание бункер снаружи и выше сталеплавильной мастерской. Из бункера HDRI гравитационно подается прямо в ЭЛА. Модули HOTLINK справляются с аварийными ситуациями через нагнетание бункер. Система подает HDRI по запросу ЭЛА. Применяется при расстоянии печи и ЭЛА <40 м. Схема на рис. 2.

Рис. 2 Схема процесса HOTLINK

Горячий транспортёр (Hot Transport conveyor system)

Когда мастерская не примыкает к печи (>40 м, но <100 м), используют изолированный механический конвейер. ПРЖ сбрасывают из печи на полностью закрытый изолированный конвейер, минимизирующий тепловые потери и предотвращающий деоксидацию. Конвейер с специальными лотками формы ковшей (рис. 3). Закрытый капот содержит инертную систему. Надежная работа при разумных затратах. HDRI подается в один из двух бункеров над ЭЛА. Пока один разгружается в ЭЛА, второй заполняется конвейером. Схема на рис. 4.

Рис. 3 Горячий конвейер для ПРЖ

Рис. 4 Схема системы горячего транспортирования конвейером

Транспорт горячими транспортными сосудами

При расстоянии >100 м или одна печь питает две и более мастерских — транспорт изолированными сосудами вместимостью 60–90 т. Из вертикальной печи сосуд наполняют через трубу с герметичным уплотнением. После наполнения трубу закрывают, начинают наполнять следующий, заполненный сосуд везут в мастерскую по рельсам или автомобилях. Essar Steel первопроходил применение в 1990-х. Схема на рис. 5.

Рис. 5 Схема транспорта горячего ПРЖ горячими сосудами