6 Технология процесса файнекс (finex)

Технология разработана совместными усилиями фирм Posco и VAI. Эта технология относится к двухстадийным. Для ее реализации выбраны агрегаты, которые хорошо себя оправдали в действующих производствах, созданных этими фирмами в прошлом, а именно: на первой стадии реакторы с кипящим слоем, на второй - плавильная печь-газификатор (процесс KOPEKC (COREX)). Технологическая схема процесса ФАЙНЕКС (FINEX) представлена на рис. 9. Эта технология в отличие от технологии KOPEKC (COREX) предусматривает на первой стадии получение металлизованного продукта из железных руд мелких фракций, крупность частиц которых не превышает 8 мм. Восстановление руды происходит в реакторах с кипящим слоем. Этот продукт получают после загрузки из бункеров - 1, железной руды в реакторах 2.R3, 2.R2 и 2R1 осуществляется металлизация железа. Полученный продукт поступает в бункер - 5. Далее восстановленное железо перед его загрузкой в плавильную печь-газификатор - 7, подвергается брикетированию на прессе - 6. Благодаря такой подготовке минимизируется вынос железосодержащей пыли из печи-газификатора и облегчается работа циклона - 9. Тепловая работа печи-газификатора, связанная с получением технологического (восстановительного) газа, плавлением металлизованного продукта и его довосстановлением в жидкой фазе, обеспечивается некоксующимся углем, поступление которого организовано по двум каналам: первый - предусматривает загрузку мелкого угля после его брикетирования на прессе - 8, в верхнюю часть печи-газификатора, второй - инжекцию угольной пыли из бункеров - 10, вместе с кислородом дутья через фурмы в нижние горизонты печи-газификатора. Получение кислорода организовано на кислородной станции - 14. Процессы, протекающие в слое топлива при его газификации, а также те, которые формируют чугун и шлак в печи-газификаторе, раскрыты при описании процесса КОРЕКС (COREX).

В технологической схеме восстановления оксидов железа реализован принцип противотока. Восстановительный газ, образующийся в печи-газификаторе, очищается в циклоне - 9, из которого железорудная и угольная пыль возвращается в газификатор. Восстановительный газ после очистки с температурой 780-850 °C поступает в первый реактор - 2.R1. Осуществив работу по металлизации железа, восстановительный газ очищается от пыли в циклоне - 4, после чего направляется в следующий реактор. Пыль из циклона возвращается в реактор. Эта технология повторяется и в реакторах 2.R2 и 2.R3. Последний реактор - 2.R4, используют, как отмечено выше, для нагрева железной руды. Необходимое тепло получают за счет сжигания части восстановительного газа, применяя для этой цели воздух, обогащенный кислородом.

Для улучшения восстановительного потенциала отработанного печного газа его охлаждают для удаления водяных паров в холодильнике — 3. Далее поток газа разделяется на 2 части: первая - пройдя систему очистки газа от CO₂ - 12, возвращается в технологический процесс. Удаление CO₂ за счет его отмывки также способствует облагораживанию состава газа. Вторая часть восстановительного газа, богатого горючими составляющими, используется на тепловой электрической станции - 13, для производства электроэнергии, которая расходуется на кислородной станции - 14, для получения кислорода, необходимого в процессе ФАЙНЕКС (FINEX). Избыток электроэнергии используется в других целях.

Рисунок 9 – Схема технологического процесса ФАЙНЕКС:

1 – бункер железной руды; 2 – реакторы с кипящим слоем R₁, R₂, R₃, R₄; 3 – холодильник; 4 – циклоны; 5 – загрузочный бункер металлизованного железа; 6 – пресс для брикетирования металлизованного железа; 7 – плавильная печь-газификатор; 8 – пресс для брикетированного угля; 9 – циклон; 10 – бункера угольной пыли; 11 – компрессор; 12 – система очистки газов от СО; 13 - производство электроэнергии; 14 – кислородная станция; ЖР – железная руда; НК – неокусковавшийся уголь; О₂ – кислород; ОПГ – отработанный печной газ

Транспорт газа по технологическим звеньям процесса ФАЙНЕКС (FINEX) обеспечивается компрессором - 11.

Авторы этого проекта отрабатывали детали разработанной технологии на пилотных установках с использованием в качестве восстановительного газа конвертерный газ, богатый оксидом углерода, а также газ из плавильно-восстановительной печи процесса KOPEKC (COREX). Полученные ими результаты с учетом расчетного анализа, который показал преимущества проекта ФАЙНЕКС (FINEX) перед проектом KOPEKC (COREX), были положены в основу разработки масштабных проектов.

Металлургия железа интенсивно развивается. Об этом свидетельствуют возникшие в последнее время особенно в 90-е годы XX века и в начале XXI века технологии производства металлизованного сырья с различной степенью готовности к широкомасштабному внедрению. Востребованность на рынке качественных сталей, выплавленных из первородного сырья, не загрязненных примесями, стимулирует создание новых процессов прямого получения губчатого железа и чугуна. Конечно, по доли производства металла новые процессы в соревновании с технологией «доменная печь - конвертер» пока уступают. Однако, следует помнить, что для достижения высоких технико-экономических показателей современному доменному процессу, как и конвертерному потребовалось более 100 лет. При тех темпах развития металлургии железа, с которыми происходит становление этой молодой отрасли металлургии черных металлов, можно ожидать существенный рост выплавки стали из первородной шихты в ближайшие десятилетия. Каким альтернативным технологиям прямого получения железа и чугуна следует отдавать предпочтение? На этот вопрос однозначный ответ пока отсутствует.

Выбор способа получения металлизованного железа определяется, прежде всего, потребностью в стали, выплавленной из первородной шихты для данного региона. Далее следует учитывать цены на топливо - природный газ или уголь, цены на железорудное сырье и затраты на его подготовку. При наличии дешевого природного газа и возможностей производства окатышей в качестве процессов бескоксовой металлургии могут быть использованы процессы МИДРЕКС (MIDREX) и ХИЛ (HIL), как наиболее изученные к настоящему времени. При отсутствии природного газа или его высокой стоимости производство металлизованного железа может быть организовано с использованием угля. Способы, в которых основным энергоносителем и источником восстановительного газа является твердое топливо, в последнее время активно развиваются. Перспективным в этом направлении являются технологии, реализованные в кольцевых печах с вращающимся подом.

Особое место в металлургии железа занимают технологии производства чугуна. Они базируются либо на технологиях жидкофазного восстановления - РОМЕЛТ (ROMELT) и ТЕКНОРЕД (TECHNORED), либо на использовании комбинированных методов - KOPEKC (COREX) и ФАЙНЕКС (FINEX). Мировая практика не ограничиваются этими технологиями. Появляются новые технологии, отличающиеся друг от друга схемами подготовки угля и рудных составляющих к плавке, конструкциями плавильно-восстановительных печей, способами ввода в рабочее пространство мелкого угля, мелкой руды, воздуха, обогащенного кислородом, или технического кислорода и пр. Производство чугуна с использованием процессов бескоксовой металлургии несомненно будет развиваться. Эта тенденция, как отмечает проф. И.Ф Курунов, в будущем обеспечит решение следующих задач:

— вовлечение неподготовленного железорудного сырья и дешевых углей для выплавки с минимальными затратами первородного металла с последующим его использованием для получения качественных сталей в электропечах или конвертерах;

— вовлечение мелких железных руд или хвостов обогащения железных руд, которые неэффективно и экономически невыгодно подвергать окускованию и в дальнейшем использовать в доменном плавке;

— переработку различных металлургических отходов на металлургических предприятиях полного металлургического цикла, т. е. в месте их образования, с целью их утилизации и извлечения примесей цветных металлов, особенно цинка.

Эти задачи обычно решают с учетом наличия и стоимости железорудных, энергетических и других ресурсов, необходимых для реализации той или иной бескоксовой технологии выплавки чугуна. При этом также следует принимать во внимание и наличие потребителей металла и другие особенности экономического состояния регионов, а также перспективы их развития.