Процесс производства чугуна в Хисарне

Процесс производства железа HIsarna представляет собой процесс прямого восстановления железа для производства железа , в котором железная руда перерабатывается практически напрямую в жидкий чугун ( чугун ). Процесс объединяет два технологических блока: циклонную конвертерную печь (CCF) для плавки руды и предварительного восстановления и плавильно-восстановительный сосуд (SRV), где происходит конечная стадия восстановления до жидкого железа. Процесс не требует производства агломератов железной руды, таких как окатыши и агломерат, или производства кокса , которые необходимы для доменного процесса. Без этих этапов процесс HIsarna более энергоэффективен и имеет меньший углеродный след , чем традиционные процессы производства железа. [1] [2] [3] [4] В 2018 году Tata Steel объявила, что продемонстрировала, что с помощью технологии HIsarna возможно сокращение выбросов CO2 более чем на 50% без необходимости в технологии улавливания углерода. [5] [6]

Процесс HIsarna разрабатывался поэтапно и с перерывами на заводах Koninklijke Hoogovens / Corus IJmuiden / Tata Steel IJmuiden, начиная с 1986 года. Заключительные этапы стали возможны благодаря консорциуму Ultra-Low Carbon Dioxide Steelmaking (ULCOS) [7] и сотрудничеству между бывшей Corus (теперь Tata Steel ) и Rio Tinto Group . [8] Последняя внесла свой вклад в окончательный проект установки с помощью своей технологии HIsmelt (сокращение от «высокоинтенсивная плавка ») [9] , что и побудило процесс назвать HIsarna («HI» от «высокая интенсивность» и «sarna» от Isarna , кельтского слова, обозначающего железо ). [4] [10] [11]

Хисарна считается одним из самых перспективных направлений в снижении выбросов CO2 в сталелитейной промышленности. [12]

История

Первые попытки применения технологии циклонной печи для восстановления железной руды были предприняты в Koninklijke Hoogovens в 1960-х годах. Технология циклонной печи уже успешно использовалась в различных промышленных химических процессах, и проектировщики в Hoogovens посчитали, что это может быть стратегией для улучшения их процесса. Однако в то время они не смогли заставить ее работать должным образом, и эксперимент был быстро прекращен. [2]

Первое серьезное возрождение произошло в 1986 году, когда Hoogovens искали способ производства стали без необходимости производить железорудные агломераты, такие как окатыши и агломерат. В то время желание было в основном мерой по сокращению расходов, чтобы сделать процесс более дешевым в тяжелые экономические времена. Однако тяжелые времена не продлились долго, и проект был отложен до начала 1990-х годов.

К началу 1990-х годов доступность кокса стала ограниченной из-за того, что многие из основных коксовых установок на Западе, которые производили кокс из угля, достигли конца своего экономического срока службы. Жесткие экологические ограничения сделали строительство новых установок непривлекательным, поэтому производители стали искали способы сократить потребность в коксе; Hoogovens начали вкладывать больше усилий в технологию циклонов как решение этой проблемы, и испытательная установка для циклонной части оказалась способной производить двадцать тонн чугуна в час. Однако остальная часть процесса работала не очень хорошо, [ неопределенно ] поэтому, когда производители стали массово перешли на замену части кокса вдуванием порошкообразного угля, а Китай начал массовое производство кокса, проект снова потерял импульс. Резкое падение цен на сырьевые товары около 1999 года привело к остановке проекта. [2]

Однако в 2004 году Европейский союз оказал давление на сталелитейную промышленность, чтобы сократить ее углеродный след; в результате был основан консорциум ULCOS, и в период 2005–2007 годов циклонная технология была выбрана в качестве одной из четырех высокопотенциальных технологий. Был найден теоретический ответ на более ранние проблемы постциклонной части циклонной печи в виде плавильно-восстановительного сосуда, и у Rio Tinto Group появился промышленный опыт с требуемым процессом, называемым HIsmelt. Соглашение между ними и ULCOS добавило технологию HIsmelt к циклонной печи, и результатом стал процесс HIsarna. [2] В 2017 году Tata Steel получила права интеллектуальной собственности на плавильный завод от Rio Tinto, теперь полностью владея всей интеллектуальной собственностью HIsarna. [13]

Опытный завод

Внешнее изображение
значок изображенияОпытный завод Хисарна

В 2010 году на заводе Tata Steel в Эймёйдене был построен пилотный завод HIsarna . Мощность пилотного завода составляет 65 000 тонн чугуна в год. [10] [11] Первая кампания экспериментов была завершена весной 2011 года, за ней последовали еще три успешные экспериментальные кампании. Вторая и третья кампании были совместно профинансированы Исследовательским фондом угля и стали (RFCS). [14] Четвертая кампания завершилась в июне 2014 года. Пятая кампания началась осенью 2017 года. [15] [16] Этот проект частично финансируется Рамочной программой Horizon 2020 от ЕС в рамках второго раунда финансирования Устойчивой промышленности с низким содержанием углерода (SILC-II). [17] [18] [19]

Процесс

Внешние изображения
значок изображенияСхема процесса HIsarna (Rio Tinto) [8]
значок изображенияСхема процесса HIsarna (Tata Steel) [4]
значок изображенияДиспетчерская пилотной установки Хисарна
значок изображенияЛитейный цех и выпуск металла на опытном заводе Хисарна
значок изображенияСлив шлака на опытном заводе Хисарна

Процесс HIsarna представляет собой процесс восстановительной плавки с двумя непосредственно связанными технологическими стадиями, в ходе которых происходит производство жидкого чугуна.

Это комбинация циклонной конвертерной печи (CCF) [20] , которая размещена над плавильно-восстановительным сосудом (SRV), образуя непрерывный, однократный процесс. Завод HIsarna имеет форму винной бутылки: «бутылка» внизу и тонкое «горлышко» вверху. Геометрия этой печи приводит к образованию циклона в горлышке, когда измельченная железная руда вводится в этот циклон вместе с кислородом (поэтому кислород вводится сверху, а не снизу). Температура в циклоне вызывает реакцию диссоциации, так что уголь, введенный сразу после этого, восстанавливает железную руду до железа. [2] [4]

Затем капли расплавленного железа стекают по стенке печи к месту, где «горлышко» расширяется в «бутылку». Здесь капли падают со стенки в расплавленный шлак, который находится на поверхности ванны жидкого железа в нижней части печи. Между циклоном и слоем шлака кислород впрыскивается через водоохлаждаемые фурмы для выработки тепла путем частичного сжигания газов, выделяющихся на этапе окончательной реакции восстановления, которая происходит в шлаке. Порошковый уголь впрыскивается в слой шлака, снова через водоохлаждаемые фурмы. Реакция восстановления теперь продолжается «как обычно» в нижней части печи, при этом частично восстановленная железная руда далее восстанавливается до обычного чугуна, и все разделяется на два расплавленных слоя (верхний слой шлака и нижний слой расплавленного чугуна). Оба слоя можно выпускать по отдельности, и чугун можно немедленно использовать в оставшейся части основного процесса производства стали с использованием кислорода. [2] [4]

Преимущества

В техническом смысле преимущество процесса HIsarna заключается в том, что он устраняет этап создания агломератов железной руды и кокса для создания пористой шихты для доменной печи. В традиционном процессе нельзя использовать только порошкообразный уголь, поскольку для поддержки шихты требуется прочность кокса. Для сравнения, в HIsarna порошкообразная форма угля и руды является преимуществом, поскольку увеличенная площадь поверхности улучшает скорость и качество реакции восстановления в циклоне. [2] [4]

Однако основные преимущества процесса вытекают из упомянутых выше: тот факт, что отдельные этапы создания рудных агломератов и кокса исчезают из процесса, делает процесс более энергоэффективным и снижает его углеродный след. [2] [3] [4] [10] [11] Это делает процесс привлекательным для сталелитейщиков, которые подвергаются давлению, чтобы сделать свои процессы более экологически чистыми — особенно в Европе , где правительственные постановления все чаще предусматривают финансовые штрафы за высокие выбросы углекислого газа. Процесс HIsarna потребляет на 20% меньше энергии и выделяет по меньшей мере на 20% меньше CO2 на тонну стали по сравнению с традиционным производством чугуна. [4] [21] Дополнительные экологические преимущества включают значительное сокращение других выбросов, таких как NOx , SOx и мелкая пыль . [22] Сокращение выбросов CO2 более чем на 50% может быть достигнуто путем замены части угля на устойчивую биомассу и использования стального лома в процессе. [5] [6]

Помимо прямых экологических выгод, HIsarna предлагает также экономические выгоды. [22] Процесс способен обрабатывать дешевые руды и угли и имеет более низкие инвестиционные затраты. Горячий металл, произведенный в HIsarna, также имеет преимущества для сталеплавильного процесса, позволяя снизить уровни шлака и металлического фосфора в конвертере BOF или увеличить загрузку горячего металла в электродуговой печи . [23]

Дальнейшее развитие

Tata Steel также планирует разработать процесс таким образом, чтобы цинк можно было извлекать [24] при поддержке EIT RawMaterials, а CO2 можно было бы улавливать для использования или хранения. [22]

В ноябре 2018 года было объявлено, что более масштабный пилотный объект HIsarna может быть построен на площадке Tata Steel в Джамшедпуре , Индия , [25] [26] , но площадка в Эймёйдене по-прежнему будет потенциальным местом для дальнейшего промышленного внедрения технологии. [27] [28]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Революционный процесс производства железа сокращает как выбросы углерода, так и затраты". Архивировано из оригинала 27 марта 2016 года . Получено 19 марта 2016 года .
  2. ^ abcdefgh Ван ден Бринк, Эрвин (3 сентября 2010 г.), "Nieuwe ijzertijd" (PDF) , De Ingenieur (на голландском языке), vol. 122, нет. 13, стр. 50–51, ISSN  0020-1146.
  3. ^ Аб Мейер, Коэн; Борли, Жан; Скорианц, Майкл; Фейльмайр, Кристоф; Гедерт, Пол; Сухой, Род (15 июня 2015 г.). HIsarna – Высокоэнергетическое производство чугуна . METEC-ESTAD 2015. Дюссельдорф.
  4. ^ abcdefgh HIsarna: Изменение правил игры в сталелитейной промышленности (PDF) , Tata Steel, декабрь 2017 г.
  5. ^ ab Project voor duurzame staalproductie kan CO2-uitstoot Met de helft terugdringen, Financieel Dagblad, 5 сентября 2018 г.
  6. ^ Аб ван Боггелен, JWK; Мейер, Гонконг; Зейлстра, К; Хаге, Х; Броерсен, П. (26 сентября 2018 г.). Хисарна – демонстрация производства чугуна с низким выбросом CO2 в пилотном масштабе . SteelVIA 2018. Дубай.
  7. ^ "ULCOS: Производство стали с ультранизким содержанием диоксида углерода". Европейская комиссия . Получено 17 марта 2016 г.
  8. ^ ab "HIsarna" . Получено 19 марта 2016 г.
  9. ^ "Процесс HIsmelt". Rio Tinto . Получено 19 марта 2016 г.
  10. ^ abc "Технология плавильного завода HIsarna". ULCOS . Получено 25 сентября 2010 г.
  11. ^ abc "Belangrijke stap in Corus' CO2-project HISARNA" (на голландском). Tata Steel Netherlands. 27 августа 2010 г. Архивировано из оригинала 3 апреля 2015 г. Получено 25 сентября 2010 г.
  12. ^ Шатоха, Владимир (2016), «Экологическая устойчивость металлургической промышленности: на пути к достижению климатических целей», Европейский журнал устойчивого развития , т. 5, стр. 289–300, doi : 10.14207/ejsd.2016.v5n4p289
  13. ^ "Tata Steel укрепляет позиции в области низкоуглеродных технологий будущего". Tata Steel . Получено 8 июня 2018 г. .
  14. ^ Koen Meijer; et al. (2015). Экспериментальные кампании Hisarna B и C (HISARNA B и C). Европейская комиссия. ISBN 978-92-79-52718-0.
  15. ^ Прорывная технология производства стали, позволяющая значительно сократить выбросы CO2, входит в финальные испытания, Tata Steel, архивировано из оригинала 12 июня 2018 г. , извлечено 8 июня 2018 г.
  16. ↑ Hebben de hoogovens van IJmuiden nog toekomst (на голландском языке), ArvoTros, 20 октября 2017 г. , получено 8 июня 2018 г.
  17. ^ «Субсидия ЕС для новых процессов производства» (на голландском языке). Тата Стил . Проверено 19 марта 2016 г.
  18. ^ "Разработка интегрированного технологического маршрута производства чугуна и стали с низким уровнем выбросов CO2 для устойчивой европейской сталелитейной промышленности". Европейская комиссия . Получено 19 марта 2016 г.
  19. ^ «Tata kan verder met proef CO2-sparende ijzerproductie» (на голландском языке). Де Инженьер. 1 июля 2015 года . Проверено 19 марта 2016 г.
  20. ^ Патент EP 0726326, Ден Хуиберт Виллем Хартог, Хендрикус Коенраад Альбертус Мейер, «Способ производства расплавленного чугуна», опубликовано 14 августа 1996 г., выдано 7 ноября 2001 г. 
  21. ↑ Ян ван дер Стель (28 ноября 2013 г.). Gruene und nachhaltige Roheisenerzeugung mit Gichtgasrueckfuehrung beim Hochofen und HIsarna Schmelzreduktion (PDF) . Шталь 2013 - Шталь в Бевегунге. Дюссельдорф: VDEh-Stahl. Архивировано из оригинала (PDF) 5 марта 2021 года . Проверено 19 марта 2016 г.
  22. ^ abc ван дер Стель, Ян; Мейер, Коэн; Сантос, Стэнли; Питерс, Тим; Броерсен, Питер (15 ноября 2017 г.), HIsarna, возможность сократить выбросы CO2 в сталелитейной промышленности, CATO , получено 5 июня 2018 г.
  23. ^ JWK ван Боггелен; ХКА Мейер; С Зейлстра; З Ли (12 июня 2016 г.). Применение чугуна HIsarna в сталеплавильном производстве . СКАНМЕТ В. Лулео, Швеция: SWEREA-MEFOS.
  24. ^ ReclaMet, EIT RawMaterials , получено 15 июня 2018 г.
  25. ↑ IJmuiden grijpt naast nieuwe milieuvriendelijke staalfabriek, De Volkskrant , получено 1 декабря 2018 г.
  26. ↑ Tata Steel kiest onverwacht niet voor IJmuiden om nieuwe fabriek te vistigen, NHNieuws , получено 1 декабря 2018 г.
  27. ^ IJMUIDEN ZIET CO2-ZUINIG STAALPROCES NAAR INDIA VERTREKKEN, De Ingenieur , получено 1 декабря 2018 г.
  28. ↑ Tata's HIsarna naar India: zo zit het,processcontrol , получено 1 декабря 2018 г.
  • ULCOS Архивировано 21.11.2008 в Wayback Machine, консорциуме по производству стали с ультранизким содержанием CO2
  • Tata Steel Европа
  • Рио Тинто
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=HIsarna_ironmaking_process&oldid=1232396628"