Меню Рубрики

Установки для прямого восстановления железа

Железо прямого восстановления

Применение технологий по производству железа прямого восстановления (ЖПВ) в основном в виде металлизированных окатышей (DRI) или горячебрикетиованного железа (HBI) по прежнему, как и несколько десятилетий назад, считается в металлургической литературе одним из самых перспективных направлений для эффективного развития мировой металлургии.

Последние несколько лет мировая металлургия совершила серьезный скачок вперед как по технологиям, так и по объему производства, при этом темпы развития производства ЖПВ серьезно отстает от темпов роста мировой металлургии.

Известно, что использование DRI или HBI при выплавке стали в электродуговых печах позволяет производить наиболее высококачественный, чистый по вредным примесям металл, пригодный для использования не только в стандартных отраслях промышленности, но и также в областях, где применяются высокие технологии.

Текущий спрос на DRI или HBI неуклонно растет, невзирая на нестабильность цен, качество сырья всех альтернативных сырьевых материалов.

Однако несмотря на непрерывную рекламу сравнительно новых технологических процессов развитие процессов DRI или HBI идет сравнительно медленно

Что же такое железо прямого восстановления ЖПВ

Основная масса железа, используемая человечеством, проходит через операцию восстановления из железной руды.

Известно, что основной и самый экономичный способ извлечения железа из руды является способ карботермического (использования углеродсодержащих материалов) восстановления железа из руды. Где основная химическая реакция- это восстановления железа углеродом:

Основной, самый древний и самый распространенный способ – это способ доменного получения железа(чугуна), когда железная руда вступает в химическую реакцию с углеродом кокса. Для проведения такого восстановления требуются специальные доменные печи, подготовленный кокс из коксующегося угля. Продукт такого процесса — чугун, содержащий железа и углерод (свыше 3%). Данный продукт обладает определенной хрупкостью и не пригоден для изготовления из него ответственных металлических деталей. Поэтому чугун используют для производства стали, когда удаляют углерод (обезуглероживают) и с помощью специальных добавок (ферросплавов) и термообработки и получают сталь необходимого качества. Существуют множество разновидностей такого карботермического процесса восстановления железа из руды углеродом, но самым эффективным, простым и распространенным на сегодняшний момент является именно получение чугуна в доменной печи. С помощью доменного процесса возможно перерабатывать бедные железные руды. Однако для функционирования доменного процесса необходима добыча коксующихся углей, коксохимическое производство, обогащение руд, агломерация и т.д. Все это помимо производственных затрат связано с решением экологических проблем.

Одной из разновидностей карботермического процесса, который начал активно развиваться в 70 годы 20 века, стал процесс восстановления железа из руды природным газом, где протекают следующие химические реакции:

CH4+H2O=CO+Н2 (конверсия природного газа)

Продуктом данного процесса является железо прямого восстановления ЖПВ, которое не загрязнено углеродом, поскольку нет прямого взаимодействия руды и углерода и не загрязнено различными примесями, которые могли бы переходить из кокса. Данный продукт содержит около 1% углерода и около 90% Fe. Данный продукт также не пригоден для изготовления из него ответственных металлических деталей и может быть использован только как сырьевой материал при производстве стали.

Широкое распространение такого газовосстановительного процесса началось в 1980 г., когда в горно-металлургическом комплексе началось широкое применение природного газа, который идеально подошел для восстановления железной руды. Кроме того, кроме природного газа, в процессе прямого восстановления железо оказалось возможным использование продуктов газификации углей, попутного газа нефтедобычи и др. газообразных продуктов.

Технологические изменения, происшедшие в 1990 г. позволили значительно снизить капитало- и энергоемкость процессов прямого восстановления железа, в результате чего произошел новый скачок в производстве продукции ЖПВ, который продолжается до сих пор. Разнообразие технологий, оборудования и сырья создало большое разнообразие способов ЖПВ, однако немногие из них прошли опытно-промышленную проверку.

Все эффективные методы прямого восстановления фактически используют единственный процесс: богатое железорудное сырье (мелкий концентрат или окатыши) восстанавливается специальной газовой смесью до содержания железа 85-90%.

Именно поэтому основное производство железа прямого восстановления главным образом сосредоточено в странах, обладающих большими запасами нефти (попутного газа), природного газа и железной руды, а также ограничены в запасах металлолома. Такие производства сосредоточены в странах Латинской Америки, Ближнего и Среднего Востока.

На сегодняшний день в мире широко распространена технология компании Midrex, (Midrex.com) установки которой работают во многих станах мира. Сегодня по технологии Midrex производится около 40 млн. тн ЖПВ или 60% от общего производства ЖПВ. Всего в мире производится около 60 млн. тн железа прямого восстановления.

Среди крупных предприятий использующих технологию Midrex, Российский Оскольксий ЭМК, который с 1983-1987 построил и запустил четыре модуля с производительностью около 1,7 млн. тн. в год металлизованных окатышей DRI.

Российский Лебединский ГОК в 1999 г. запустил модуль по производству горяче-брикетированных брикетов по несколько иной технологии HYL/Energiron мощностью 0.9 млн . тн в год. В 2007 г. Лебединский ГОК запустил еще один модуль по этой же технологии 1,4 млн. тн в год горяче-брикетированного железа (HBI). Всего в России выпускается ЖПВ около 3,4 млн. тн в год.

Основные типы процесса прямого восстановления руды в мире.

В основных процессах получения DRI-HBI достигается не только низкое содержание серы и фосфора (приходящих из угля и кокса), но и других примесей, таких как медь, свинец, цинк, характерных для переработки лома. Качество стали из ЖПР получается очень высоким.

Использование:

Железо прямого восстановления исключительно используется в электрометаллургии как источник железа при производстве стали. Это прямой и очень серьезный конкурент металлолому и чугуну. Интересной особенностью ЖПВ является, что развитее производства ЖПВ неразрывно связано с развитием электросталеплавильное производства. Среднегодовой темп развития производства ЖПВ около 9%, когда как электростали около 9%. При этом рост производства чугуна в мире за последние 10 лет вырос практически в два раза с 576 млн. тн в 2000 г. до уровня около 950 млн. тон в год, когда как производство ЖПВ выросло всего на 50% с уровня 42 млн тон до 60 млн. тон в 2009 г.

Читайте также:  Установка заднего дополнительного амортизатора

Крупнейшими производителями продукции DRI в мире являются Индия (20 млн. тн), Венесуэла (7,7 млн. тн), Иран (7,4 млн.тн) Мексика (6,3 млн. тн). На долю этих стран приходится около 60% всего производства в мире. Эти страны также являются производителями чугуна. Давайте посмотрим как некоторые из этих стран развивали за последние годы производство чугуна и DRI. Из этих стран только Индия и Иран обладают более-менее запасами железной руды и газа. Именно в этих странах DRI развивался быстрее, чем производство чугуна.

Из вышеуказанных стран именно Индия может стать лидирующей страной по производству DRI в ближайшем будущем. Развивающаяся Индия имеет до 45% электросталеплавильного производства от всего объема производственных стальных мощностей. При этом в стране небольшие ресурсы металлического лома, и малые ресурсы коксующихся углей. Но Индия богата высококачественной железной рудой и природным газом.

Россия и Казахстан впрочем как и Индия, обладают также природным газом, запасами железных руд и также обладают значительными преимуществами в развитии DRI.

Рассмотрим коммерческие аспекты производства DRI в России или Казахстане.

Как уже говорилось выше DRI – это полупродукт для производства стали. Основными конкурентами у данного продукта являются чугун и металлический лом.

Потому, что чугун содержит больше углерода и при продувке его кислородом выделяется дополнительное тепло, т.е. чугун более энергетически ценен, чем DRI. При использовании DRI, наоборот, необходимо дополнительное количество тепла, потому что DRI содержит значительное количество неметаллической фазы.

На рынке цена DRI более приближена к лому, чем к чугуну. Поэтому необходимо по цене ориентироваться на цену лома.

Россия: Россия сегодня наращивает производство стали не более 5% в год и поэтому на сегодняшний момент полностью обеспечена ломом, который по себестоимости значительно опережает DRI. Кроме того, российский опыт использования DRI в электропечах показывает более высокую эффективность лома, по сравнению c DRI из-за того, что DRI содержит значительное количество неметаллической фазы. DRI будет востребован в РФ только когда, количество сильно загрязненного лома превысит критическую отметку и необходимо будет его разбавлять чистым компонентом. Второе, почему может быть востребован DRI в России — это если его цена будет ниже лома. Последние данные показывают, что производство лома находится на максимуме и в ближайшем будущем Россия будет испытывать дефицит лома.

Китай: Китай значительно наращивает сталеплавильные мощности, но развивает в первую очередь конверторное производство, где используется чугун и металлолом. DRI может быть использован в металлургии Китая, но цена его должна быть на уровне металлолома. При этом необходимо учитывать, что Китай в перспективе будет использовать свой собственный лом (который пока еще более-менее чистый) и его будет там достаточно. В настоящий момент Китай производит в электропечах около 50 млн. тн стали в год и конечно для продукта DRI место найдется всегда, но какая будет его рыночная цена.

Другие рынки сбыта: Необходимо знать, что одним из существенных недостатков DRI является окисляемость при перевозках. Поэтому в мире продается только 20-25% всего производимого ЖПВ. Остальное DRI используется в собственном производстве. Потенциально DRI может быть использован на любых рынках, где производится сталь.

1. Cтоит ли производить DRI?

Может лучше производить чугун, его рынок сбыта будет более определен.

Может быть лучше, строить DRI и сразу электропечи для дальнейшего производства конечной стальной продукции.

2. Что выгоднее продавать ЖРС или из этого ЖРС производить DRI, который на рынке будет стоить чуть дороже лома на 5-10% и дешевле чугуна на 5-10%?

Для производства DRI используется 1.35 тн ЖРС, 400 м3 природного газа на 1 тн DRI и другие затраты, которые оцениваются в 50-70 долл. на 1 тн DRI.

На производство чугуна используются 1,5 тн ЖРС, 0,5 тн кокса и другие затраты, которые оцениваются в 50-70 долл. на 1 тн

Сравним теоретическую себестоимость DRI, теоретическую себестоимость чугуна, рыночную цену чугуна, лома. В расчет приняты рыночные цены ЖРС, кокса, газа.

Сравнение коммерческой себестоимости (заложены рыночные цены ЖРС и кокса) чугуна и рыночной цены (FCA производитель).

Видно, что практически на всех этапах цена выше себестоимости, если производить чугун. Но для производства чугуна необходим кокс, который сегодня остродефицитен. Также необходимо решать множество экологических проблем.


Видно, что если применить рыночные цены газа и рыночные цены DRI, то практически производить DRI не выгодно.

В настоящий момент цена на газ в РФ для промышленных предприятий составляет около 100 долл. США за 1000 м3 и себестоимость DRI была бы 295 долл. США. Цена лома в РФ составляет около 350 долл. США и поэтому при российском ценообразовании на газ производство DRI экономически целесообразно.

Как показано выше, цена на газ является критической для производства DRI. Поэтому при решении строительства установки DRI нужно понимать, какая цена на газ будет «завтра». Если цены будут мировыми, то производство будет нерентабельным.

Выводы:

  • DRI является перспективных продуктом и будет востребован при дефиците металлолома и необходимости выплавки особо чистых марок сталей.
  • Цена DRI будет всегда отставать от цены на чугун, потому что при выплавке стали чугун является дополнительным источником энергии, а DRI содержит неметаллическую фазу и снижает технико-экономические показатели работы печи.
  • DRI производят страны,где доступен дешевый газ и ЖРС.
  • Без четкого понимания цена на газ после введения установки DRI нет смысла начинать строительство.
  • Возможно строительство установки DRI на газе, произведенным из угля.
  • Возможно обсуждение производства DRI и мини-металлургческого завода.
  • Теоретически возможно производство чугуна, но необходимо доступ к коксу, которого в Казахстане нет.
Читайте также:  Установка передних подушек камаз евро

источник

Железо прямого восстановления

Использование технологий производства железа прямого восстановления (сокращенно — ЖПВ) в форме металлизованных окатышей (DRI) либо горячебрикетированного железа (HBI) металлурги считают одним из перспективных направлений для развития отрасли.

За последние годы в металлургии сделан большой шаг вперед в области развития технологий, а также для увеличения объема выпуска изделий.

Темпы развития ЖПВ, однако, отстают от темпов развития металлургии во всем мире в целом.

Причины снижения темпов развития металлургии

Благодаря использованию HBI и DRI в ходе выплавки стали, которая производится в электродуговых печах, можно выпускать чистый по наличию вредных примесей и качественный металл. Его применяют как в промышленности, так и в сферах, связанных с использованием высоких технологий. Спрос на HBI и DRI неумолимо увеличивается, хотя цены не отличаются стабильностью, и качество сырья, бывает, отстает от указанного в нормативах. Хотя инновационные техпроцессы широко рекламируются, развитие процессов с использованием HBI и DRI происходит медленно.

Основную часть железа получают, восстанавливая его из руды.

Наиболее экономичный и широко применяемый метод извлечения железа из руды — карботермическое восстановление (с использованием материалов, в которых содержится углерод). Хим. реакция, которая происходит при этом, – восстановление углеродом: FeХOY+C=Fe+CO2.

Самым древним и распространенным методом восстановления является доменное получение Fe: руда вступает в реакцию с углеродом, содержащимся в коксе. Процесс ведут в доменных печах, используя кокс из коксующегося угля, в результате получают чугун с содержанием более 3 % углерода. Конечный продукт характеризуется хрупкостью, из него нельзя изготавливать ответственные детали.

Потом из чугуна производят сталь нужного для производства качества после обезуглероживания (удаления углерода) с использованием спец.добавок (ферросплавов) и проведения последующей термообработки. Существует много видов карботермического восстановления Fe из руды углеродом, но получение чугуна в специальной доменной печи — наиболее эффективный и простой метод. В доменном процессе возможна переработка бедной железной руды. Для его проведения нужно добыть или приобрести коксующиеся угли, произвести коксохимический процесс, обогатить руду, произвести агломерацию и т. д. Кроме затрат на производство при этом возникает необходимость в решении проблем, связанных с экологией.

Один из видов карботермического процесса, становление которого происходило в 70-е гг. ХХ века, — это восстановление железа из руды с помощью природного газа. При этом в ходе взаимодействия воды с метаном происходит конверсия газа, а во время реакции оксида железа с окисью углерода восстанавливается железо с выделением CO2. В ходе этого процесса производится ЖПВ, не загрязненное углеродом, т.к. руда не взаимодействует с углеродом напрямую. В этом продукте содержится примерно 1 % углерода и 90 % железа, и он годится для производства ответственных деталей, его следует применять для выпуска стали.

Этот восстановительный процесс стал активно использоваться в 1980 году, в это время в горно-металлургическом комплексе стали применять природный газ для восстановления руды. Кроме него для прямого восстановления железа стали применять продукты газификации углей, попутного газа нефтедобычи и прочих продуктов в газообразном состоянии.

Благодаря изменениям, которые произошли в 1990 году, были снижены энергоемкость и капиталоемкость восстановительных процессов железа, в итоге отмечен резкий скачок в производстве ЖПВ. Технологий с тех времен создано множество, в распоряжении металлургов разнообразное сырье и оборудование, что послужило причиной разработки различных методов ЖПВ, но лишь некоторые из них прошли проверку и апробацию в условиях производства.

В основе всех способов прямого восстановления лежит восстановление железной руды (окатышей или мелкого концентрата) с помощью газовой смеси до 85-90 % железа.

По этой причине основное производство ЖПВ территориально находится в странах с богатыми нефтяными запасами, а также с запасами железной руды и природного газа — на Ближнем и Среднем Востоке, а также в Латинской Америке. Эти страны ограничены в запасах лома.

Наибольшее распространение сейчас получила технология, представленная Midrex, ее установки функционируют практически во всех странах. По этому методу выпускается примерно 40 миллионов тонн ЖПВ (около 60 % от объема ЖПВ по всему миру).

Технология широко используется на крупном предприятии — Российском Осколькском ЭМК. С 1983 по 1987 г. здесь построено и запущено 4 модуля, при этом ежегодно выпускается 1,7 миллионов тонн металлизованных окатышей DRI.

На Российском Лебединском ГОК в 1999 году запущен модуль по выпуску горяче-брикетированных брикетов по технологии HYL/Energiron. Его ежегодная производительность составляет 900 тысяч тонн ЖПВ в год. В 2007 году здесь запущен еще 1 модуль по этой технологии, и с его помощью ежегодно выпускается 1,4 миллионов тонн горяче-брикетированного железа (HBI). Всего в РФ ежегодно производится примерно 3,4 миллиона тонн ЖПВ.

Виды прямого восстановления руды

При получении DRI-HBI характерно низкое содержание S и P (из кокса и угля), а также Cu, Zn, Pb (которые поступают при переработке металлолома). Из ЖПР получается высококачественная сталь.

ЖПВ применяют в электрометаллургии в качестве источника Fe для выпуска стали. Он считается серьезным конкурентом чугуна и металлолома. Характерная особенность ЖПВ — развитие технологии выпуска находится в тесной взаимосвязи с электросталеплавильными технологиями. Темпы развития выпуска ЖПВ и электростали составляют примерно 9 % в год. Производство чугуна в мире за прошлое десятилетие увеличилось в 2 раза: с 576 миллионов тонн в 2000 году до 950 миллионов тонн в 2009 году. Темпы роста выпуска ЖПВ возросли на 50 % с 42 миллионов тонн до 60 миллионов тонн в 2009 году.

Читайте также:  Установка джумла на хост

Самые крупные в мире производители DRI – Индия (20 миллионов тонн), Венесуэла (7,7 миллионов тонн), Иран (7,4 миллионов тонн) и Мексика (6,3 миллионов тонн). В этих странах выпускают 60 % всего мирового производства ЖПВ, здесь также производят чугун. Из вышеперечисленных стран лишь у Ирана и Индии есть запасы газа и железной руды, потому производство DRI в этих регионах развивается более быстрыми темпами, чем чугуна. Эксперты утверждают, что Индия может стать лидером по выпуску DRI в будущем. В этой стране размещено до 45 % производства стали и сплавов от мирового объема мощностей по выпуску стали, несмотря на небольшие запасы лома и коксующихся углей. Однако в Индии большие залежи железной руды высокого качества и природного газа.

У Казахстана и России тоже есть значительные залежи железных руд, запасы природного газа, что дает серьезные преимущества в развитии DRI.

Поговорим о коммерческих аспектах выпуска DRI в РФ и Казахстане.

DRI представляет собой полупродукт для выпуска стали. Его могут заменить лом металлов и чугун.

Стоимость чугуна выше, поскольку в нем больше содержание углерода, и при продувке его с помощью кислорода выделяется тепло, т. е. он энергетически ценнее DRI. Используя DRI, нужно затратить тепло дополнительно, поскольку у DRI большой объем неметаллических компонентов.
Среднерыночную цену DRI можно сравнить с ценой лома, а не чугуна. Потому при закупке ориентируются на цену лома.

Ежегодный рост производства стали в России – не выше 5 %, потому страна в полной мере обеспечена ломом (его себестоимость ниже, чем у DRI). Опыт применения DRI в электропечах демонстрирует, что эффективность лома выше, чем у DRI, поскольку в DRI содержится большой объем неметаллических компонентов. DRI может быть востребован в России лишь, когда объем сильно загрязненного лома будет выше критической отметки, в таком случае его нужно разбавить чистым компонентом. Еще одна причина возможной востребованности DRI в РФ — если его цена будет меньше, чем у лома. Производство металлолома сейчас в стране достигло пиковой отметки, и в скором будущем в России будет ощущаться его дефицит.

В Китае происходит серьезное наращивание сталеплавильных мощностей, однако происходит, прежде всего, развитие конвертерного производства, в котором применяют лом и чугун. DRI можно применять в металлургии Китая, однако его себестоимость должна быть сравнима с себестоимостью металлолома. Следует помнить, что в Китае в скором будущем будут применять собственный лом (он характеризуется относительной чистотой), его в стране значительное количество. Сейчас в электропечах в Китае ежегодно выпускается примерно полсотни миллионов тонн стали, и DRI будут использовать, если его рыночная цена будет адекватной.

Один из серьезных недостатков DRI – окисляемость в ходе перевозок, потому в мире реализуется лишь четверть всего выпускаемого ЖПВ. Остальной объем DRI применяют в собственном производстве, хотя теоретически его можно использовать на любом рынке.

Ответим также на самые распространенные вопросы. Какова целесообразность производства DRI, если рынок сбыта чугуна более четко определен? Возможно, лучше возвести DRI и электропечи для выпуска стали? Выгоднее продажа ЖРС либо DRI, произведенный из ЖРС, если его стоимость на рынке на 5-10 % выше, чем у лома и на 5-10 % ниже, чем у чугуна?

Чтобы выпустить 1 тонну DRI, понадобится 1,35 тонн ЖРС, 400 кубометров природного газа и прочие затраты (по оценке специалистов, они составляют около 50-70 долларов на 1 каждую тонну DRI). Для выпуска 1 тонны чугуна нужно потратить 1,5 тонны ЖРС, 0,5 тонны кокса, еще 50-70 долларов составят иные необходимые для производства затраты.

Если сравнить теоретическую себестоимость DRI, чугуна и рыночные цены лома и чугуна, вот к каким выводам мы придем. На каждом из этапов производства чугуна его цена превышает себестоимость. Для его выпуска нужен дефицитный кокс, а также решение серьезных экологических проблем.

Если в расчете использовать рыночные цены на газ и DRI, то выпуск DRI невыгоден.

Цена на кубометр газа в России для предприятий – примерно 100 долларов, себестоимость DRI при этом составит 295 долларов. Цена на российский лом – примерно 350 долларов, потому при отечественном ценообразовании на газ целесообразно выпускать DRI. Цена на газ – критическая для выпуска DRI. Потому принимая решение, возводить ли установку DRI, следует представлять цену на газ в скором будущем. Если цена будет на уровне мировой, то выпуск DRI нерентабелен.

DRI – весьма перспективный продукт, его востребованность будет высокой при условии дефицита лома и необходимости производства чистых марок стали.

Цена на DRI ниже, чем цена чугуна, потому последний служит дополнительным источником энергии в ходе выплавки стали. В DRI содержатся неметаллические компоненты, что негативно влияет на технико-экономические показатели функционирования печи. DRI выпускают в странах, где есть ЖРС и дешевый газ. Без знания цены за газ после ввода DRI не имеет смысла начинать возведение установки.

Как вариант, можно обсудить строительство мини-завода и построить установку DRI на газе, который произведен при сжигании угля. Теоретически выпуск чугуна возможен, но для этого нужно, чтобы был обеспечен доступ к коксу, а его в Казахстане, к сожалению, нет.

источник