Известь - МЕ 4 2022 корр_
.docxМЕТАЛЛЫ ЕВРАЗИИ №4, 2022
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИИ
ИЗВЕСТЬ: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, КАЧЕСТВО, ЭКОЛОГИЯ
Автор: Виктор Корнеев, кандидат технических наук
Важным металлургическим материалом и эффективной добавкой, применяемой предприятиями всего мира для очистки железной руды и в качестве основного шлакообразующего компонента в процессах плавки, спекания, в гидрометаллургических технологиях, служат металлургическая известь и обожженный доломит. Металлурги традиционно используют негашеную известь, чтобы с ее помощью очистить чугун или сталь от фосфорных, серных или кремниевых примесей, образующихся при введении кислорода в расплавленный металл.
Операции с известью производятся в три этапа:
– во-первых, для получения окатышей (полуфабрикатов железа, которые загружаются в плавильную печь);
– во-вторых, для очистки шихты от серы перед плавкой;
– в-третьих, после того, как в расплавленный металл вводится кислород – известь в твердом или измельченном состоянии на этом этапе добавляют в печь, чтобы образовались жесткие шлаки, которые легко можно удалить. В результате сталь становится чистой – именно в таком виде она больше всего ценится на рынке.
Известь – один из самых распространенных и доступных видов природного сырья. И вместе с тем, это – общее наименование для большой группы материалов с различными свойствами, качественными характеристиками и предназначением. От соотношения этих параметров и правильности их выбора в конечном счете зависит качество металлопродукции.
В зависимости от химического состава известь подразделяется на три основных вида:
– кальциевая, или просто «известь» (основной компонент СаО, массовая доля МgО не более 5%);
– доломитизированная (МgО от 5 до 20%);
– доломитовая (МgО от 20 до 40%);
В черной металлургии известь используется во многих производственных процессах – агломерационном конвертерном, электросталеплавильном, ферросплавном. С ее помощью производят очистку технической воды и всех типов исходящих газов от вредных и кислотных примесей.
В конвертерном процессе известь служит для наведения высокоосновного шлака, благодаря которому осуществляется рафинирование жидкой стали (удаление серы, фосфора, неметаллических включений, кислорода и др.). В этой связи к извести предъявляются жесткие требования: высокая степень обжига (СаО + МgО> 92%; ПМПП < 5%), высокая реакционная способность (время гашения менее 2 мин), оптимальная крупность (5…40 мм), минимальное содержание серы (не более 0,06%). Удельный расход извести в конвертерах – 80…100 кг/т стали, а при переделе фосфористых чугунов – до 140 кг/т. Во многих конвертерных цехах используют доломитовую известь с содержанием 35…40% МgО с целью повышения стойкости футеровки. Шлак при этом насыщается МgО и вступает в химическое равновесие с магнезитовой футеровкой. При расходе доломитовой извести 40…50 кг/т стали стойкость футеровки повышается от 500…800 плавок до 2000…3000 плавок. Мелкофракционная известь (3…20 мм) используется в сталеплавильном производстве для рафинирования стали в ковше.
В электросталеплавильном производстве известь выполняет те же функции, что и в конвертерном. Расход ее лучше закладывать около 80…100 кг/т стали.
В ферросплавном производстве известь используется как флюс (производство феррохрома – до 1500 кг/т, ферромарганца – 250 кг/т) и как шихта (силикокальций).
В агломерационном производстве известь выполняет несколько функций:
а) добавка в аглошихту в раздробленном состоянии (менее 3 мм) с целью увеличения производительности агломашин (за счет повышения газопроницаемости слоя и его высоты);
б) обеспечение заданной основности агломерата;
в) сушка влажных железосодержащих концентратов и отходов металлургического производства (шлака, окалины) с целью подготовки их к использованию в аглошихте.
Удельный расход извести на аглофабриках колеблется в широких пределах: от 15 кг/т до 90 кг/т. На большинстве предприятий ощущается острый дефицит и ограниченное использование агломерационной извести, так как известь отдается с производства в агломерационные цеха по остаточному признаку. А ведь увеличение добавки извести на этом этапе значительно улучшит качество и чистоту металла в последующих процессах производства.
Активно применяют известь и для производства готовой металлопродукции. При выпуске проволоки или формовых элементов она выступает как своего рода «смазка»: проволока без проблем протягивается сквозь матрицу, а готовое изделие без труда отходит от посыпанной «мелом» формы.
Современные требования к металлургическому производству включают необходимость уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу, сбережение ресурсов и потребляемой энергии, внедрение передовых разработок и наилучших доступных технологий.
Чаще всего известь в различных своих формах применяется как лучшее средство для десульфуризации отходящих газов металлургического производства. Но этим ее возможности не исчерпываются.
В Европе проведены исследования, позволившие активно применять известь для уменьшения углеродного следа в металлургическом производстве. В частности, путем пропускания углекислого газа через слой гашеной извести удается «убрать» до 50% выбросов оксида углерода. В результате происходит реакция по формуле Ca (OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O. Готовым продуктом будет восстановленный карбонат кальция или известняк, который можно использовать в последующих процессах очистки или агломерации.
Новая технология производства гашеной извести с удельной поверхностью выше 40 м2/г позволяет получать современный экологический материал, благодаря которому удается очищать до 99,5% вредных выбросов. Дополнительный плюс состоит в том, что в результате такого способа получения гашеной извести не образуется производственных отходов, нуждающихся в утилизации: побочным продуктом будет гипс, который востребован во многих отраслях. Неудивительно, что спрос и на эту технологию, и на сам материал постоянно растет, причем особую заинтересованность в их приобретении проявляет металлургический бизнес.
Таким образом, можно утверждать, что внедрение на металлургическим предприятиях современных технологий и установок для производства обожженной и гашеной извести с лучшими характеристиками становится одним значимых направлений в продвижении к «зеленой» металлургии. Использование наилучших доступных технологий (НДТ) в этой сфере, кроме решения экологических задач, обеспечивает повышение прибыльности и экономичности производства, помогает сберегать ресурсы и сокращает затраты труда.
В мире производство извести для металлургической промышленности растет опережающими темпами – свыше 15% в год. В России этот показатель составляет менее 2%. Большинство российских металлургических предприятий продолжают использовать для производства извести оборудование еще советских времен. Как правило, это сильно устаревшие малопроизводительные одношахтные печи или вращающиеся печи огромных размеров, потребляющие в три раза больше электроэнергии, чем современные компактные установки, для производства сопоставимого количества продукта. Поддерживать это архаичное оборудование в рабочем состоянии удается лишь с помощью постоянных ремонтов и усовершенствований, но о качестве получаемой извести и снижении выбросов вредных веществ думать уже не приходится.
Нельзя назвать рациональным и решение о покупке нового оборудования для производства извести, если главным, а иногда единственным критерием становится цена. На рынке много продавцов, предлагающих установки по стоимости на 10–20%, чем у ведущих поставщиков. В лучшем случае такая установка окажется копией чужих моделей, как правило, уже снятых с производства, а в худшем – плодом собственных разработок, которые не были доведены до нужного результата, т.е. реально построенных и нормально функционирующих агрегатов. И в том, и в другом случае техническое сопровождение и гарантийная поддержка отсутствуют в принципе. В итоге вместо ожидаемой экономии заказчик получает постоянную статью затрат и источник все новых проблем.
Поэтому к выбору установок для производства извести нужно относится так же, как и к приобретению оборудования для основных технологических процессов – а именно, ориентироваться на лучшие современные образцы, успешно зарекомендовавшие себя в отечественной и мировой практике.
Признанным мировым лидером в создании оборудования для производства извести на протяжении многих лет остается итальянская компания Cimprogetti, которая обладает полным набором компетенций и благодаря непрерывным инновациям достигла уровня НДТ по всем видам оборудования и технологий (табл. 1 и 2).
Таблица 1. Оценка соответствия оборудования и технологий Cimprogetti основным критериям для НДТ
Требования НДТ |
Характеристики оборудования и технологий |
Наименьший уровень негативного воздействия на окружающую среду |
В ходе проектирования, создания и запуска в эксплуатацию нового оборудования Cimprogetti ставит перед собой более высокие требования, чем предписывают действующие экологические нормы. На сегодня, как свидетельствуют данные регулярно проводимого анализа, оборудование компании характеризуется наименьшим уровнем воздействия на окружающую среду в своем сегменте. |
Высокая экономическая эффективность внедрения и эксплуатации |
Экономическая эффективность от внедрения оборудования Cimprogetti достигается благодаря высокому качеству получаемой извести, стабильности процесса, длительному сроку службы оборудования. Автоматизированная система управления всеми процессами и параметрами исключает аварийность, предупреждая возникновение критических ситуаций, и как следствие, минимизирует затраты на техобслуживание и ремонты |
Применение ресурсосберегающих и энергосберегающих методов |
Широкий диапазон используемых типов сырья и фракций материалов (известняка, доломита), а также универсальность используемого топлива дают возможность для оптимальной настройки производительности и обеспечивают низкий расход энергоресурсов |
Приемлемый период внедрения технологии |
Срок с момента принятия решения о закупке технологии до запуска нового производства сокращен до минимума. Ускорению работ также способствует предоставляемая заказчику возможность закупать большинство видов материалов и оборудования на местном рынке при условии детального инжиниринга от Cimprogetti |
Промышленное внедрение технологии на двух и более объектах |
Список референций компании Cimprogetti включает более 400 объектов, построенных во всех регионах мира |
Таблица 2. Сравнение величины норматива НДТ и нормативов для оборудования, производимого компанией Cimprogetti при работе на природном газе
Наименование аппарата |
Загрязняющие вещества |
Величина норматива НДТ |
Нормативы Cimprogetti |
Шахтные печи |
Диоксид азота Оксид азота, мг/м3 |
суммарно 100–420 |
<50 |
Диоксид серы, мг/м3 |
240–400 |
<50 |
|
Оксид углерода, мг/м3 |
2000–2900 |
<500 |
|
Хлористый водород, мг/м3 |
0,1–20 |
<10 |
|
Диоксины (полихлорированные дибензо-п-диоксины и дибензофураны) в пересчете на 2,3,7,8-тетрахлордибензо-1,4-диоксин, нг-I-TEQ/м3 |
0,05 |
<0,0001 |
|
Рукавные фильтры |
Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20%, 20–70%, а также более 70%, мг/м3 |
<20 |
<10 |
Семейство двухшахтных регенеративных печей обжига извести TSR, выпускаемое компанией Cimprogetti, представлено двумя группами:
– группа печей с классическим прямым переходным каналом между шахтами с полигональным поперечным сечением. Это современные печи серии Flex Reversy®, где применено немало уникальных конструктивных решений, которые обеспечили ей превосходные эксплуатационные характеристики в разных климатических условиях работы. Эта модель оптимальна при уровне производительности от 100 до 600 т извести в сутки;
– группа с радиальным переходным каналом (радиальные каналами вокруг шахт, которые затем соединяются в центральной части). Она представлена печами серии Vanguard® с конструкцией круглого поперечного сечения, имеющих производительность до 800 т извести в сутки.
Для решения специальных задач в производстве высококачественной гашеной извести (пушонки) с контролируемой влажностью и тониной продукта разработаны современные гидраторы семейства CIM-Hydrax®. Они воплотили самые последние достижения в технологии гидратации извести. Так, предусмотрена возможность, позволяющая строго контролировать производственный процесс и обеспечить необходимые условия его протекания. Все ступени гидраторов имеют горизонтальные вращающиеся валы с лопатками для высокоэффективного непрерывного перемешивания реакционной извести с водой. Для каждой ступени применяются различные конструкции лопаток, обеспечивающие оптимальное согласование конкретных эксплуатационных характеристик.
Гидратор Cimprogetti способен перерабатывать заданное сырье в высококачественную продукцию в непрерывном режиме. Его конструкция компактна, проста и отличается повышенной прочностью. Установка, требуя минимального обслуживания, работает с высокой гибкостью в плане регулировки нагрузок, допускает возможность использования сырья различного качества, обеспечивает выпуск широкого ассортимента готовой продукции. Процесс полностью автоматизирован и не требует присутствия человека. Специальное программное обеспечение поддерживает безостановочную работу производственной линии, не допуская возникновения проблем, связанных с регулированием, контролем и отслеживанием данных, сохраняя при этом удобные для пользователя характеристики.
Все это обеспечивает технологиям, оборудованию и системам производства Cimprogetti широкое признание на мировом рынке извести.