stringtranslate.com

Прямое сокращение

Сталелитейный комплекс New Zealand Steel , работающий на вращающихся печах прямого восстановления (процесс SL/RN) [1] (производительность 650 000 т/год). [2]

В черной металлургии прямое восстановление представляет собой совокупность процессов получения железа из железной руды путем восстановления оксидов железа без плавления металла. Полученный продукт — предварительно восстановленная железная руда.

Исторически прямое восстановление использовалось для получения смеси железа и шлака, называемой криной, в кричном цехе . В начале 20-го века этот процесс был оставлен в пользу доменной печи , которая производит железо в два этапа (восстановительная плавка для получения чугуна , а затем рафинирование в конвертере ).

Однако в течение 20-го века были разработаны различные процессы, и с 1970-х годов производство предварительно восстановленной железной руды претерпело значительное промышленное развитие, в частности, с появлением процесса Midrex. Разработанные для замены доменной печи, эти процессы до сих пор оказались прибыльными только в определенных экономических контекстах, что по-прежнему ограничивает этот сектор менее чем 5% мирового производства стали .

История

Блумери

Исторически восстановление железной руды без плавки является старейшим процессом получения стали. Низкотемпературные печи, неспособные достичь температур плавления железных сплавов, производят криму, неоднородный агломерат металлического железа, более или менее пропитанный углеродом , пустой породой и древесным углем . Этот процесс был постепенно заменен, с 1-го века в Китае и 13-го века в Европе, доменной печью, которая одновременно восстанавливает и плавит железо. [3]

Сложные низкие печи, такие как татара или каталонская кузница, просуществовали до начала 19 века. [1] По сравнению с косвенным процессом (восстановительная плавка в доменной печи с последующим рафинированием чугуна) эти процессы выживали только тогда, когда они обладали по крайней мере одним из следующих двух преимуществ:

Современная прямая редукция

Процент мирового производства стали [прим. 1], приходящийся на различные процессы выплавки стали.

Более продвинутые процессы прямого восстановления были разработаны в начале 20-го века, когда стало возможным плавить предварительно восстановленные руды с использованием процесса Мартина-Сименса или электродуговой печи . На основе этой технической и экономической модели ряд процессов были индустриализированы до Второй мировой войны ( процесс Круппа-Ренна, принятый на сталелитейном заводе Shōwa , процесс Шено [1] и т. д.). Однако они оставались конфиденциальными, и их рентабельность в целом обсуждалась. [2]

Современные процессы прямого восстановления, основанные на использовании природного газа вместо угля, интенсивно изучались в 1950-х годах. [nb 2] 5 декабря 1957 года мексиканская компания Hylsa запустила первую промышленную производственную установку этого типа в Монтеррее , с предварительно восстановленной рудой, полученной для плавки в электродуговой печи. [nb 3] [4] Поскольку производство предварительно восстановленной руды с природным газом было экономически выгодным, в конце 1960-х годов было построено несколько заводов. Поскольку дешевые поставки природного газа [nb 4] были необходимы для их прибыльности, большинство заводов были расположены в странах с газовыми месторождениями, в Латинской Америке (где многие из них были разработаны) и на Ближнем Востоке . [5]

В 1970 году мировое производство предварительно восстановленной железной руды достигло 790 000 тонн. В то время использовались следующие процессы: процесс HYL (произведено 680 000 тонн), установка SL/RN, установка Purofer и первый завод, использовавший процесс Midrex. [4]

Несмотря на свою прибыльность и инновационность, изобретенные процессы в конечном итоге не стали технологической революцией, способной вытеснить традиционный доменный процесс. [3] Однако количество стали, произведенной из предварительно восстановленных материалов, неуклонно росло, опережая мировое производство стали:

Брикеты из предварительно восстановленной железной руды.

Упаковка предварительно восстановленной железной руды равномерно разделена между губчатым железом и брикетами. Губки представляют собой высокопористый металлический продукт, близкий к исходной руде, но высокопирофорный , что ограничивает их транспортировку. Поэтому их часто подвергают горячему прессованию, что повышает как плотность продукта, так и безопасность обращения. [9] В 2012 году 45% предварительно восстановленных железных руд были преобразованы в брикеты таким образом. [8]

Химические реакции

Восстановление оксида железа

Оксиды железа восстанавливаются в следующей последовательности: [10]

     Fe2O3  → Fe3O4     → FeO [ кол - во 7 ] → Fe

   гематит → магнетит →   вюстит   → железо

Каждый переход от одного оксида к другому обусловлен двумя одновременными высокотемпературными реакциями восстановления оксидом углерода CO или дигидрогеном H 2 :

Эти температуры отличаются от тех, которые предсказывает диаграмма Эллингема . [nb 8] В действительности существует связь между восстановлением оксида углерода и дигидрогеназой, [nb 9] так что эти реакции работают вместе, причем водород значительно повышает эффективность восстановления CO.

Сокращение добычи газа

Процессы сжигания угля

В процессах сжигания угля часть топлива сначала сжигается для нагрева шихты. Продуктом этого сгорания является CO 2 . Когда температура достигает 1000 °C, CO 2 [11] реагирует с несгоревшим углеродом, образуя CO: [12]

           CO2 + C ⇌ 2 CO при T > 1 000 °C ( реакция Будуара )

Получение H 2 невозможно путем термического разложения воды, поскольку температуры слишком низкие. Водород фактически производится вместе с оксидом углерода в ходе реакции:

           H2O + C → H2 + CO при T > 1 000 °C

Эти две реакции получения восстановительного газа, которые потребляют 172,45 и 131,4 кДж/моль [13] соответственно, являются высокоэндотермическими и работают за счет ограничения нагревания заряда.

Процессы переработки природного газа

Восстановительную атмосферу, богатую CO и H 2 , можно создать путем высокотемпературного крекинга природного газа при температуре около 1100–1150 °C в присутствии окисленных газов (H 2 O и CO 2 ) из реакторов восстановления руды .

         СН4 + СО2 → 2СО + Н2

          СН4 + Н2О → СО + 3Н2

Система, генерирующая восстановительные газы, называется «реформером». В процессе Midrex она состоит из трубок, нагреваемых за счет сгорания части (около трети) газа из реактора.

Процедуры

Заводы по производству предварительно восстановленной железной руды известны как заводы прямого восстановления. Принцип заключается в том, что железная руда подвергается восстановительному воздействию высокотемпературного газа (около 1000 °C). Этот газ состоит из оксида углерода и дигидрогена, пропорции которых зависят от производственного процесса.

Вообще говоря, существует два основных типа [nb 10] процессов: [11]

Другой способ классификации процессов заключается в различении тех, где восстановительные газы производятся на специальных установках, отдельных от восстановительного реактора, что характерно для большинства процессов, использующих природный газ, и тех, где газы производятся внутри термоядерного реактора: угольные процессы обычно попадают в эту категорию. [12] Однако многие «газовые» процессы могут питаться от газификационных установок, производящих восстановительный газ из угля. [14]

Кроме того, поскольку для получения сплавов необходима стадия плавления , были разработаны процессы восстановительной плавки, которые, подобно доменным печам, производят более или менее науглероженный жидкий металл. Наконец, было разработано много более или менее экспериментальных процессов. [12]

Процессы в резервуарах

В этих процессах железная руда вступает в контакт с восстановительными газами, которые производятся и нагреваются отдельной установкой в ​​закрытом корпусе. В результате эти процессы естественным образом подходят для использования природного газа.

Циклические процессы

В этих процессах руда подается в резервуар, где она остается до тех пор, пока не будет полностью восстановлена. Затем емкость опорожняется от предварительно восстановленной руды и заполняется другой порцией необработанной руды. Поэтому эти процессы можно легко экстраполировать из лабораторных экспериментов. Более того, их принцип, основанный на серийном производстве , облегчает управление процессом.

Процессы переработки природного газа

В циклических процессах с использованием природного газа установка производит горячий восстановительный газ, который впрыскивается в реактор. Для обеспечения непрерывной работы установки, преобразующей природный газ в восстановительный газ, несколько резервуаров работают параллельно и с задержкой по времени.

Наиболее известным из этого типа является HYL I и его улучшенный вариант HYL II. Это старейший промышленный процесс прямого восстановления газа, разработанный в Мексике в 1957 году компанией Hylsa. [16]

Реторты

Это исключительно угольные процессы, в которых восстановительные газы образуются внутри восстановительного сосуда. Руда загружается углем в закрытый контейнер. Затем он нагревается до тех пор, пока кислород, присутствующий в руде, не соединится с углеродом перед выгрузкой, в основном в форме CO или CO2. Такое производство газа путем нагревания твердого материала означает, что реактор относится к категории реторт.

Принцип древний: в северном Китае нехватка древесного угля привела к развитию процессов с использованием каменного угля до 4-го века. Чтобы избежать любого контакта между железом и серой , хрупким элементом, содержащимся в угле, Китай разработал процесс, который включал размещение железной руды в батареях удлиненных трубчатых тиглей и покрытие их массой угля, который затем сжигался. [23] Этот процесс сохранился до 20-го века. [24]

Совсем недавно на первый план вышли другие исторические процессы, такие как процесс Адриена Шено, работавший в 1850-х годах на ряде заводов во Франции и Испании. Последовательные усовершенствования Блэра, Ютеса, Рентона и Вердье [1] незначительны. [2] [25] Среди разработанных процессов есть процесс HOGANAS, усовершенствованный в 1908 году. Три небольших агрегата все еще работают (по состоянию на 2010 год). Не очень производительный, он ограничен производством порошкообразного железа, но поскольку он медленный и работает в закрытых ретортах, он легко достигает чистоты, требуемой порошковой металлургией . [26]

Были разработаны и другие ретортные процессы, такие как KINGLOR-METOR, усовершенствованный в 1973 году. Два небольших агрегата были построены в 1978 году (закрыт) и 1981 году [12] (вероятно, закрыт [27] ).

Непрерывные процессы

Агрегат Лебединского ГОК-1 в Губкине ( Россия ): процесс HYL запущен в 1999 году, производительность 0,9 млн тонн в год.

Основанные на принципе противоточного поршневого потока , эти процессы наиболее близки к доменной печи или, точнее, к штюкофену. Горячие восстановительные газы получаются из природного газа в отдельном от шахты агрегате и впрыскиваются в нижнюю часть шахты, в то время как руда загружается в верхнюю часть. Предварительно восстановленные материалы извлекаются горячими, но в твердом виде, из нижней части шахты. Это сходство с доменной печью без тигля сделало ее одним из первых процессов, исследованных металлургами, но неудачи немца Гурльта в 1857 году и француза Эжена Шено (сына Адриана) около 1862 года привели к выводу, что «восстановление железной руды [...] поэтому [не] возможно в больших количествах одним только газом». [4]

Разработанный в 1970-х годах, процесс Midrex является лучшим примером непрерывного процесса прямого восстановления. Будучи столь же успешным в техническом плане, сколь и в коммерческом, с 1980 года он обеспечивал около двух третей мирового производства предварительно восстановленных материалов. Его сходство с доменной печью означает, что он разделяет некоторые из ее преимуществ, таких как высокая производительность, и некоторые недостатки, такие как относительная сложность управления несколькими одновременными реакциями в одном реакторе (поскольку характер продукта значительно меняется по мере его перемещения по сосуду). Стратегия продажи готовых установок в сочетании с осторожным увеличением производственных мощностей обеспечила этому процессу хорошую финансовую [nb 11] и техническую видимость... по сравнению с часто разбитыми надеждами конкурирующих процессов. [8] [16]

Его прямой конкурент, процесс HYL III, является результатом исследовательской работы Tenova Group (de), наследницы мексиканских пионеров Hylsa. Составляя почти 20% от производства предварительно восстановленного продукта, он отличается от процесса Midrex тем, что в нем используется внутренняя установка риформинга для производства восстановительных газов. [28]

Другие процессы были разработаны на основе этого принципа непрерывного реактора. Некоторые, как ULCORED, [29] все еще находятся на стадии изучения. Большинство были разработаны только в одной стране или одной компанией. Другие были неудачными, как процесс NSC, из которого одна установка была построена в 1984 году и преобразована в HYL III в 1993 году, [30] ARMCO (один блок [31] введен в эксплуатацию в 1963 году [32] и закрыт в 1982 году [33] ) или PUROFER (3 блока работали с 1970 по 1979 год, [12] мелкосерийное производство возобновлено в 1988 году). [33]

Угольные процессы являются вариантами процессов природного газа, где газ может быть синтезирован из угля в дополнительном блоке. Среди этих вариантов MXCOL, один из которых работает с 1999 года [14] и два находятся в стадии строительства, представляет собой Midrex, питаемый блоком газификации угля. [34] Технически зрелые, но более сложные, они находятся в невыгодном положении по сравнению с эквивалентными газовыми процессами, которые требуют немного меньше инвестиций. [35]

Схема процесса Midrex, на долю которого приходится две трети мирового производства предварительно восстановленной железной руды.

Псевдоожиженные слои

Упрощенная схема реактора с псевдоожиженным слоем.

Учитывая, что прямое восстановление представляет собой химический обмен между газом и твердым телом, псевдоожижение руды восстановительными газами является привлекательным направлением исследований. Однако изменяющаяся природа компонентов в сочетании с высокой температурой и трудностью контроля явления псевдоожижения делают его принятие исключительно трудным.

На этом принципе было разработано множество процессов. Некоторые из них были техническими неудачами, например, HIB (единственный завод [36], введенный в эксплуатацию в 1972 году, преобразованный в Midrex в 1981 году [37] ), или экономическими неудачами, например, процесс FIOR (единственный завод, введенный в эксплуатацию в 1976 году, законсервированный с 2001 года [33] , предшественник FINMET). [17]

Разработанный в 1991 году на основе процесса FIOR, процесс FINMET кажется более зрелым, но его расширение не материализовалось (было построено два завода, [17] и только один был в эксплуатации по состоянию на 2014 год [38] ). Процесс CIRCORED, также недавний, [39] также находится в состоянии застоя (построен всего один завод, введен в эксплуатацию в 1999 году, законсервирован в 2012 году [8] ), несмотря на его адаптируемость к углю (процесс CIRCOFER, нет промышленного производства). [18]

Процессы с вращающейся печью

Вращение восстановительной печи может быть выбором конструкции, предназначенным для циркуляции руды через печь. Оно также может играть активную роль в химической реакции, обеспечивая смешивание между присутствующими реагентами. Процессы с вращающимся подом, где руда лежит на неподвижном слое и движется через туннель, относятся к первой категории. Процессы с вращающейся печью, где руда смешивается с углем при высокой температуре, составляют вторую категорию.

Вращающийся очаг

Эти процессы состоят из кольцевой печи, в которой циркулирует железная руда, смешанная с углем. Горячие восстановительные газы протекают над шихтой, а иногда и сквозь нее. Руда размещается на поддоне или тележках, медленно вращающихся в печи. После одного оборота руда восстанавливается; затем ее выгружают и заменяют окисленной рудой.

На основе этого принципа был разработан ряд процессов. В 1970-1980-х годах процесс INMETCO продемонстрировал только обоснованность идеи, без промышленного применения. [40] Процесс MAUMEE (или DryIron) был реализован в США со строительством двух небольших промышленных установок в 1990-х годах. [41] Аналогичным образом в Европе консорциум сталелитейщиков стран Бенилюкса разработал процесс COMET в лабораторных условиях с 1996 по 1998 год. Несмотря на выход консорциума из исследовательской программы в 1998 году, из него был экстраполирован единственный промышленный демонстратор — SIDCOMET, выпуск которого был прекращен в 2002 году. [42] RedIron, чье единственное действующее подразделение было открыто в Италии в 2010 году, [43] также извлекает выгоду из этого исследования. Япония приняла процесс FASTMET, введя в эксплуатацию три установки, предназначенные для извлечения порошков с высоким содержанием железа, [44] и предлагает усовершенствованную версию, процесс ITmk3, одна из установок которой находится в эксплуатации в Соединенных Штатах. [45]

Принципиальная схема процесса прямого восстановления на вращающемся поде, процесс ITmk3.

Этот неполный список показывает, что, несмотря на живой интерес, проявленный сталелитейщиками развитых стран в 1990-х годах, ни один из этих процессов не имел коммерческого успеха.

Вращающиеся барабаны

Вид на 6 вращающихся печей на заводе прямого восстановления Эссен-Борбек, около 1964 года.

Эти процессы включают высокотемпературное смешивание железной руды и угольного порошка с небольшим количеством известняка для снижения кислотности руды . Такие процессы, как «Карл Вильгельм Сименс », [46] основанные на использовании короткого барабана, [47] впервые появились в конце 19 века. Затем используемый инструмент превратился в длинную трубчатую вращающуюся печь, вдохновленную теми, которые использовались на цементных заводах, как в процессе Бассет, разработанном в 1930-х годах. [48]

Процесс исторического значения — это процесс Krupp-Renn. Разработанный в 1930-х годах, в 1945 году было уже 38 печей, которые, хотя в то время имели производительность всего 1 Мт/год, были установлены по всему миру. [19] Этот процесс был усовершенствован [nb 12] и вдохновил немецкие печи Krupp-CODIR [49] и японские процессы Kawasaki [50] и Koho. Оба японских процесса включают в себя грануляционный блок для побочных продуктов стали перед вращающимися печами. Два блока каждого процесса были построены между 1968 (Kawasaki) и 1975 (Koho). [21]

Принципиальная схема процесса прямого восстановления во вращающемся барабане, процесс Круппа-Ренна.

Процесс ACCAR, разработанный в конце 1960-х годов и использовавшийся конфиденциально до 1987 года, [8] использует смесь 80% угля и 20% нефти или газа: углеводороды , хотя и более дорогие, обогащают восстановительный газ водородом. [11] Немецкий процесс Krupp-CODIR, действующий с 1974 года, имел не намного больший успех: было введено в эксплуатацию всего три установки. [22] Наконец, индийские производители стали стоят за процессами SIIL, Popurri, Jindal, TDR и OSIL, которые являются просто вариантами [nb 13], разработанными для удовлетворения конкретных технических и экономических ограничений. [11]

Другие процессы, построенные по тому же принципу, не получили развития, например, Стратегический-Уды [19], состоящий из одного завода, введенного в эксплуатацию в 1963 году и закрытого в 1964 году. [37]

Процесс SL/RN, разработанный в 1964 году, доминировал среди угольных процессов в 2013 году. В 1997 году на его долю приходилось 45% производства предварительно восстановленного угля. [20] Однако в 2012 году производственная мощность этого процесса упала до всего лишь 1,8 млн т/год из общего объема в 17,06 млн т, приходящегося на угольные процессы. [nb 14] [8]

Процессы восстановительной плавки

Поскольку этап плавки необходим для получения сплавов и придания формы продукту, процессы прямого восстановления часто сочетаются с последующими плавильными установками.

Большая часть предварительно восстановленной железной руды выплавляется в электрических печах: в 2003 году 49 из 50 Мт произведенной руды были переплавлены в электрических печах. [52] Интеграция процесса, как правило, очень развита, что позволяет использовать преимущества высокой температуры (более 600 °C) предварительного восстановления из реактора прямого восстановления. [28]

Одна из идей заключается в том, чтобы проводить весь процесс восстановительной плавки в дуговой печи, установленной ниже по потоку от восстановительной установки. Было разработано и иногда испытывалось несколько плазменных процессов, работающих при температуре выше 1530 °C. Печи могут быть как с непереносимой дугой ( Plasmasmelt , Plasmared ), так и с переносимой дугой (ELRED, EPP, SSP, The Toronto System , падающий плазменный пленочный реактор). Все эти процессы разделяют преимущество электрической печи в виде низких инвестиционных затрат и ее недостаток в виде использования дорогостоящего источника энергии. В случае прямого восстановления этот недостаток перевешивается тем фактом, что требуется большое количество тепла как для процесса восстановления, так и из-за расплавления пустой породы.

Альтернативой электропечи является плавка предварительного восстановления с помощью топлива. Вагранка идеально подходит для этой задачи, но поскольку одной из причин существования процессов прямого восстановления является неиспользование кокса , появились другие плавильные печи. Процесс COREX , действующий с 1987 года, состоит из реактора шахтного прямого восстановления, питающего тигель доменной печи, в котором предварительно восстановленная руда доводится до жидкого состояния плавки, потребляя только уголь. Этот процесс также производит горячий восстановительный газ, который может быть валоризирован в установке типа Midrex. [53] Эквивалентом COREX, основанным на псевдоожиженном слое FINMET вместо сосуда Midrex, является корейский процесс FINEX ( сокращение от FINMET и COREX). [54] Оба процесса находятся в промышленной эксплуатации на нескольких заводах по всему миру. [38]

И последнее, но не менее важное: ряд печей восстановительной плавки в одном реакторе были изучены, но пока не привели к промышленной разработке. Например, процесс ISARNA [29] и его производное HISARNA (комбинация процессов ISARNA и HISMELT [55] ) представляют собой циклонный реактор, который выполняет плавку перед восстановлением. [29] Эти процессы достигли кульминации в промышленном демонстрационном образце, испытанном в Нидерландах с 2011 года. [55] Аналогичным образом японские производители стали объединили усилия в 1990-х годах для разработки процесса DIOS, который, как и многие процессы восстановительной плавки, похож на кислородные конвертеры . [56] Процесс TECNORED, изученный в Бразилии, [57] также выполняет восстановительную плавку в том же сосуде, но больше похож на доменную печь, модифицированную для адаптации к любому типу твердого топлива. [58] Из всех разработанных процессов этого типа, единственная промышленная установка типа ISASMELT , построенная в Австралии, производительностью 0,8 Мт/год, [59] работала с 2005 по 2008 год [60], прежде чем была демонтирована и отправлена ​​в Китай, где она была перезапущена в 2016 году. [61]

Экономическое значение

Контроль потребностей в капитале и материалах

В США, где впервые был разработан процесс Midrex, прямое восстановление рассматривалось в 1960-х годах как способ вдохнуть новую жизнь в электросталеплавильное производство. Технико-экономическая модель мини-завода, основанная на гибкости и уменьшении размера завода, оказалась под угрозой из-за нехватки металлолома и последующего роста его цены. При той же нехватке, затрагивающей металлургический кокс, возврат к доменному пути не казался привлекательным решением. [19]

Прямое восстановление теоретически хорошо подходит для использования руд, которые менее совместимы с доменными печами (например, мелкозернистые руды, которые засоряют печи), которые менее дороги. Оно также требует меньше капитала, что делает его жизнеспособной альтернативой двум проверенным и испытанным методам электрических печей и доменных печей. [19]

Сравнительная таблица показывает, что разнообразие процессов также оправдано потребностью в качественных материалах. Коксовый завод, который питает батарею доменных печей, так же дорог, как и доменная печь, и требует определенного качества угля. [62] [63] Наоборот, многие процессы прямого восстановления имеют недостаток из-за дорогостоящего преобразования руды в окатыши: они стоят в среднем на 70% больше, чем сырая руда. [64] Наконец, потребности в газе могут значительно увеличить инвестиционные затраты: газ, производимый COREX, замечательно подходит для питания установки Midrex, [53] но тогда привлекательность низких инвестиций исчезает. [65]

Преимущества прямого сокращения расхода топлива

Хотя обработка и переработка газа намного экономичнее, чем преобразование угля в кокс (не говоря уже о связанных с этим ограничениях, таких как массовая обработка, высокая чувствительность коксовых установок к колебаниям производства, воздействие на окружающую среду и т. д.), замена кокса природным газом делает прямое восстановление привлекательным только для сталелитейщиков с дешевыми газовыми ресурсами. Этот момент имеет важное значение, как отметили европейские сталелитейщики в 1998 году:

«Нет никакого секрета: чтобы быть конкурентоспособным, прямое сокращение требует природного газа по цене 2 доллара за гигаджоуль, что составляет половину европейской цены». - L'Usine nouvelle , сентябрь 1998 г., La réduction Directe Passe au Charbon .

Это объясняет развитие определенных процессов восстановительной плавки, которые из-за высоких температур имеют избыток восстановительного газа. Процессы восстановительной плавки, такие как COREX, способные питать вспомогательную установку прямого восстановления Midrex [52] , или Tecnored, оправданы своей способностью производить газ, богатый CO, несмотря на их более высокую инвестиционную стоимость. [62] Кроме того, коксовый газ является важным побочным продуктом в энергетической стратегии сталелитейного комплекса: поэтому отсутствие коксовой печи должно компенсироваться более высоким потреблением природного газа для последующих инструментов, в частности, для печей горячей прокатки и отжига .

Таким образом, мировое распределение установок прямого восстановления напрямую связано с доступностью природного газа и руды. В 2007 году распределение было следующим: [52]

Китай, страна с гигантскими потребностями и дефицитом металлолома, и Европа, не имеющая конкурентоспособной руды и топлива, никогда не инвестировали в эти процессы в больших объемах, оставаясь верными доменному пути. Между тем, Соединенные Штаты всегда имели несколько установок, но с 2012 года эксплуатация сланцевого газа дала новый импульс процессам природного газа. [66]

Однако, поскольку прямое восстановление использует гораздо больше водорода в качестве восстановителя, чем доменные печи (что очень очевидно для процессов с природным газом), оно производит гораздо меньше CO2 , парникового газа . [62] Это преимущество мотивировало разработку процессов ULCOS в развитых странах, таких как HISARNA, ULCORED и другие. Появление зрелых технологий обработки газа, таких как адсорбция при переменном давлении или очистка амина , также возродило интерес исследователей. [29] Помимо сокращения выбросов CO2 , активно изучаются процессы чистого водорода, такие как Hybrit, с целью декарбонизации сталелитейной промышленности. [67]

Примечания

  1. ^ Важно различать производственную мощность и фактическое производство. Фактически, многие заводы никогда не достигли своей теоретической производственной мощности, а многие другие используются эпизодически, когда экономические условия делают их эксплуатацию прибыльной.
  2. ^ В период с 1950 по 1975 год было зарегистрировано 1200 патентов, проанализировано 100 процессов и протестировано 12 основных принципов5. В 2014 году Стэнли Сантос насчитал 70 разработок процессов прямого восстановления и 45 процессов восстановительной плавки... это очень заниженная цифра, если вспомнить, что в 1890 году Мэрион Хоу уже приводила в качестве примера 35 процессов прямого восстановления.
  3. ^ Этот блок открывает процесс HYL I. При первоначальной мощности 75 000 тонн в год он производил предварительно восстановленную руду до 1991 года.
  4. ^ В 2006 году 92% предварительно восстановленной руды было получено в результате процессов с использованием природного газа. Однако с 2010 года эта доля снизилась до 75%.
  5. ^ Важно различать производственную мощность и фактическое производство. Фактически, многие заводы никогда не достигли своей теоретической производственной мощности, а многие другие используются эпизодически, когда экономические условия делают их эксплуатацию прибыльной.
  6. ^ Варианты процессов Midrex и HYL не получили конкретных названий, поскольку компании, которые их продавали, стремились убедить клиентов в технологической зрелости своих процессов. Напротив, индийские производители стали, модифицирующие свои вращающиеся печи, стремились подчеркнуть их — весьма относительную — оригинальность.
  7. ^ Вюстит на самом деле является нестехиометрическим соединением с переменной скоростью окисления. Металлурги обычно используют формулу FeO 1,0356
  8. ^ Согласно диаграмме, восстановление CO начинается при более низких температурах: для гематита и магнетита оно начинается при 690°C, для вюстита — при 830°C. Что касается восстановления H2 , то восстановление гематита начинается уже при 630°C, тогда как для восстановления магнетита требуется 1050°C, а для восстановления вюстита — более 1500°C (температура плавления железа).
  9. ^ Более конкретно, водород способствует восстановлению оксидом углерода посредством следующих реакций: Fe 3 O 4 + H 2 → 3 FeO + H 2 O H 2 O + CO → H 2 + CO 2 или: Fe 3 O 4 + CO → 3 FeO + CO 2 А также: FeO + H 2 → Fe + H 2 O H 2 O + CO → H 2 + CO 2 или: FeO + CO → Fe + CO 2
  10. ^ Хотя общепринятым является разделение процессов на газовом и угольном сжигании, существуют, конечно, и другие возможные классификации, например, основанные на температуре, кондиционировании руды перед восстановлением, получаемом продукте и т. д.
  11. ^ Варианты процессов Midrex и HYL не получили конкретных названий, поскольку компании, которые их продавали, стремились убедить клиентов в технологической зрелости своих процессов. Напротив, индийские производители стали, модифицирующие свои вращающиеся печи, стремились подчеркнуть их — весьма относительную — оригинальность.
  12. ^ Одно из преимуществ процесса Круппа-Ренна заключается в его способности обрабатывать кремнистые руды без необходимости снижения кислотности пустой породы путем дорогостоящего добавления извести. Но кислая пустая порода не очень плавкая, что затрудняет восстановление железа и приводит к низкому качеству предварительного восстановления. Дорогостоящее и частичное решение — работать при более высоких температурах.
  13. ^ Варианты процессов Midrex и HYL не получили конкретных названий, поскольку компании, которые их продавали, стремились убедить клиентов в технологической зрелости своих процессов. Напротив, индийские производители стали, модифицирующие свои вращающиеся печи, стремились подчеркнуть их — весьма относительную — оригинальность.
  14. ^ Важно различать производственную мощность и фактическое производство. Фактически, многие заводы никогда не достигли своей теоретической производственной мощности, а многие другие используются эпизодически, когда экономические условия делают их эксплуатацию прибыльной.
  15. ^ Для ильменитовых и железистых песков: размер зерна от 0,05 до 0,5 мм.
  16. ^ При 1 $ 2000 ≈1,34 € 2010 , если предположить обменный курс 1 $ 2000 ≈1,07 € 2000 и уровень инфляции 1 € 2000 ≈1,23 € 2010
  17. ^ С 1 тонной кокса, эквивалентной 27,920 ГДж, 1 тонной угля, эквивалентной 25,911 ГДж53, 1000 Нм3 или 800 кг природного газа, эквивалентного 36
  18. ^ С 1 тонной кокса, эквивалентной 27,920 ГДж, 1 тонной угля, эквивалентной 25,911 ГДж53, 1000 Нм3 или 800 кг природного газа, эквивалентного 36
  19. ^ С 1 тонной кокса, эквивалентной 27,920 ГДж, 1 тонной угля, эквивалентной 25,911 ГДж53, 1000 Нм3 или 800 кг природного газа, эквивалентного 36

Ссылки

  1. ^ abcd (fr) Эммануэль-Луи Грюнер, Traité de métallurgie - métallurgie générale , t. 2 (procédé de métallurgiques, chauffage et fusion, grillage, affinage et reduction), Dunod, 1878 [подробности изданий] (читать онлайн), часть I, стр. 240; 250-254; 257.
  2. ^ abc (fr) Адольф Ледебур (пер. Барбари де Ланглад, исправленный и аннотированный Ф. Валтоном), Manuel théorique et pratique de la métallurgie dufer, Tome I et Tome II , t. 2, Политехническая библиотека Бодри и Cie éditeur, 1895 г. [подробности изданий], стр. 350–352.
  3. ^ abcd (fr) Жак Корбион (предпочтитель Ивон Лами), Le savoir…fer — Glossaire du haut-fourneau: Le langage… (saviureux, parfois) des hommes dufer et de la Zone Fonte, du mineur au… cokier d' hier et d'aujourd'hui , 2003, 5-е изд. [подробности публикации] (читайте онлайн. Архивировано 28 сентября 2013 г. в архиве Wayback Machine ) § Réduction Directe.
  4. ^ abc «4000 лет спустя… история прямого восстановления железной руды. Архивировано 01.02.2014 в Wayback Machine », Hylsa, 1997.
  5. ^ Справочный документ по наилучшим доступным технологиям (НДТ) для производства чугуна и стали , Региональное управление окружающей среды, де l'aménagement et du logement, 28 февраля 2012 г., 597 стр. (читать онлайн. Архивировано 22 июля 2014 г. на Wayback Machine ), с. 523-202.
  6. ^ (фр) Жак Корбион (предпочтитель Ивон Лами), Le savoir…fer — Glossaire du haut-fourneau: Le langage… (savoureux, parfois) des hommes dufer et de la Zone Fonte, du mineur au… cokier d'hier et d'aujourd'hui , 2003, 5-е изд. [подробности публикации] (читать онлайн. Архивировано 28 сентября 2013 г. в архиве Wayback Machine ), § Éponge (defer).
  7. ^ (фр) Жак Корбион (предпочтитель Ивон Лами), Le savoir…fer — Glossaire du haut-fourneau: Le langage… (savoureux, parfois) des hommes dufer et de la Zone Fonte, du mineur au… cokier d'hier et d'aujourd'hui , 2003, 5-е изд. [подробности публикации] (читайте онлайн. Архивировано 28 сентября 2013 г. в архиве Wayback Machine ), § DRI.
  8. ^ abcdefghi "Статистика мирового прямого восстановления. Архивировано 2 октября 2013 г. на Wayback Machine ", Midrex, 2012.
  9. ^ Пабло Дуарте, Клаус Кноп и Эухенио Зендехас, «Технические и экономические аспекты производства и использования железа прямого восстановления на интегрированных сталелитейных заводах», Millennium-Steel, 2004.
  10. ^ Амит Чаттерджи, Производство губчатого железа путем прямого восстановления оксида железа , PHI Learning Private Limited, 2010, 353 стр. ( ISBN  978-81-203-3644-5 , читать онлайн-архив) стр. 41.
  11. ^ abcde «Технология обработки губчатого железа», Центр содействия соблюдению требований охраны окружающей среды (ECAC)
  12. ^ abcde J. Feinman, «Процессы прямого восстановления и плавки, архив 2013-11-03 в Wayback Machine », Фонд AISE Steel, 1999
  13. ^ (de) Арнольд Ф. Холлеман и Нильс Виберг, Lehrbuch der Anorganischen Chemie , Берлин, de Gruyter, 2007, 102-е изд., 2149 стр. ( ISBN 978-3-11-017770-1 ), с. 897. 
  14. ^ ab "MXCOL®: Прорыв в области прямого восстановления на основе угля. Архивировано 03.11.2013 в Wayback Machine ", Midrex.
  15. ^ «Исследование альтернативных вариантов процесса производства чугуна», Lockheed Martin, октябрь 2002 г.
  16. ^ abcd (fr) Société Chimique de France. "Le fer". Архивировано из оригинала 16 июля 2015 года . Получено 3 февраля 2011 года .
  17. ^ abc "Прямое восстановление на основе газа в псевдоожиженном слое - процесс FINMET", 2011
  18. ^ ab «Circored® для измельчения мелкой руды в ЦКС», Outotec, 2013.
  19. ^ abcde Voskuil, WH; Risser, HE (1959). Экономические аспекты прямого восстановления железной руды в Иллинойсе (PDF) . Урбана (Иллинойс): Отдел геологической службы Иллинойса. Архивировано из оригинала (PDF) 2010-06-16 . Получено 2023-09-27 ..
  20. ^ ab Амит Чаттерджи, Производство губчатого железа путем прямого восстановления оксида железа , PHI Learning Private Limited, 2010, 353 стр. ( ISBN 978-81-203-3644-5 , читать онлайн-архив) стр. 179-184. 
  21. ^ ab Амит Чаттерджи, Производство губчатого железа путем прямого восстановления оксида железа , PHI Learning Private Limited, 2010, 353 стр. ( ISBN 978-81-203-3644-5 , читать онлайн-архив) стр. 216-219. 
  22. ^ ab Амит Чаттерджи, Производство губчатого железа путем прямого восстановления оксида железа , PHI Learning Private Limited, 2010, 353 стр. ( ISBN 978-81-203-3644-5 , читать онлайн-архив) стр. 99-102. 
  23. ^ (фр) Жак Корбион (предпочтитель Ивон Лами), Le savoir…fer — Glossaire du haut-fourneau: Le langage… (savoureux, parfois) des hommes dufer et de la Zone Fonte, du mineur au… cokier d'hier et d'aujourd'hui , 2003, 5-е изд. [подробности публикации] (читайте онлайн. Архивировано 28 сентября 2013 г. в архиве Wayback Machine ), § Китай.
  24. ↑ Уильям Локс, «Бинти: сталь вуц в древнем Китае», 13 января 2009 г. (пересмотрено 18 апреля 2009 г.).
  25. ^ (фр) Жак Корбион (предпочтитель Ивон Лами), Le savoir…fer — Glossaire du haut-fourneau: Le langage… (savoureux, parfois) des hommes dufer et de la Zone Fonte, du mineur au… cokier d'hier et d'aujourd'hui , 2003, 5-е изд. [подробности публикации] (читайте онлайн. Архивировано 28 сентября 2013 г. в архиве Wayback Machine ), § Procédé Blair; Процесс Йейтс; Процесс Рентон.
  26. ^ Амит Чаттерджи, Производство губчатого железа путем прямого восстановления оксида железа , PHI Learning Private Limited, 2010, 353 стр. ( ISBN 978-81-203-3644-5 , читать онлайн-архив) стр. 168-171. 
  27. ^ Амит Чаттерджи, Производство губчатого железа путем прямого восстановления оксида железа , PHI Learning Private Limited, 2010, 353 стр. ( ISBN 978-81-203-3644-5 , читать онлайн-архив) стр. 164. 
  28. ^ ab "Tenova HYL". Tenova Group. Архивировано из оригинала 2 апреля 2014 г.
  29. ^ abcd (fr) «Официальный сайт программы ULCOS» . Проверено 4 июля 2009 г.
  30. ^ Рауль Г. Моралес и Маттиас Пренцель, «Гибкая и надежная установка прямого восстановления — ключ к экономичному производству DRI/HBI», 6-8 ноября 2002 г.
  31. ^ Фатхи Хабаши, Справочник по добывающей металлургии , т. 1, Wiley-VCH, 9 января 1998 г., 2435 стр. ( ISBN 3-527-28792-2 , 978-3-527-28792-5 , читать онлайн), стр. 112. 
  32. ^ Амит Чаттерджи, Производство губчатого железа путем прямого восстановления оксида железа , PHI Learning Private Limited, 2010, 353 стр. ( ISBN 978-81-203-3644-5 , читать онлайн-архив) стр. 221. 
  33. ^ abc "World direct reduction statistics" архив 29 августа 2005 г., Midrex, 2001 г.
  34. ^ "Jindal Steel Bolivia, Midrex построят крупнейший в мире модуль прямого восстановления (DR)". Архивировано из оригинала 2014-01-06 . Получено 2023-09-27 .
  35. ^ Амит Чаттерджи, Производство губчатого железа путем прямого восстановления оксида железа , PHI Learning Private Limited, 2010, 353 стр. ( ISBN 978-81-203-3644-5 , читать онлайн-архив) стр. 346. 
  36. ^ Амит Чаттерджи, Производство губчатого железа путем прямого восстановления оксида железа , PHI Learning Private Limited, 2010, 353 стр. ( ISBN 978-81-203-3644-5 , читать онлайн-архив) стр. 193. 
  37. ^ Альберто Хассан и Рой Уипп, «Развитие венесуэльской отрасли прямого восстановления железа», 14–15 февраля 2000 г.
  38. ^ ab Jose Henrique Noldin Jr. (2014). "Обзор новых и развивающихся технологий производства чугуна" (PDF) . millennium-steel. Архивировано из оригинала (PDF) 2018-12-23 . Получено 2023-09-27 .
  39. ^ "Circored". Институт промышленной производительности. Архивировано из оригинала 2019-10-02 . Получено 2023-09-27 .
  40. ^ Амит Чаттерджи, Производство губчатого железа путем прямого восстановления оксида железа , PHI Learning Private Limited, 2010, 353 стр. ( ISBN 978-81-203-3644-5 , читать онлайн-архив) стр. 138-142. 
  41. ^ Амит Чаттерджи, Производство губчатого железа путем прямого восстановления оксида железа , PHI Learning Private Limited, 2010, 353 стр. ( ISBN 978-81-203-3644-5 >, читать онлайн-архив) стр. 154. 
  42. ^ Амит Чаттерджи, Производство губчатого железа путем прямого восстановления оксида железа , PHI Learning Private Limited, 2010, 353 стр. ( ISBN 978-81-203-3644-5 , читать онлайн-архив) стр. 149-154. 
  43. ^ «RedIron. Архивировано 16 марта 2017 г. на Wayback Machine », Пол Вюрт.
  44. ^ Амит Чаттерджи, Производство губчатого железа путем прямого восстановления оксида железа , PHI Learning Private Limited, 2010, 353 стр. ( ISBN 978-81-203-3644-5 , читать онлайн-архив) стр. 144-149. 
  45. ^ «Резюме процесса ITmk3®, архивировано 07.04.2016 в Wayback Machine », Kobelco.
  46. ↑ Александр Лайман Холли, Прямой процесс Сименса по производству кованого железа из руды во вращающейся газовой печи , 1877, 21 стр.
  47. ↑ Уильям Генри Гринвуд, Сталь и железо: Включающее практику и теорию различных методов, применяемых при их производстве, а также их обработку на прокатных станах, в кузнице и литейном производстве , 1884, 546 стр. ( ISBN 1-110-38645-1 , читать онлайн), стр. 213-217. 
  48. ^ (фр) Жак Корбион (предпочтитель Ивон Лами), Le savoir…fer — Glossaire du haut-fourneau: Le langage… (savoureux, parfois) des hommes dufer et de la Zone Fonte, du mineur au… cokier d'hier et d'aujourd'hui , 2003, 5-е изд. [подробности публикации] (читайте онлайн. Архивировано 28 сентября 2013 г. в архиве Wayback Machine ), § Procédé Basset.
  49. ^ Амит Чаттерджи, Производство губчатого железа путем прямого восстановления оксида железа , PHI Learning Private Limited, 2010, 353 стр. ( ISBN 978-81-203-3644-5 , читать онлайн-архив) стр. 99. 
  50. ^ Амит Чаттерджи, Производство губчатого железа путем прямого восстановления оксида железа , PHI Learning Private Limited, 2010, 353 стр. ( ISBN 978-81-203-3644-5 , читать онлайн-архив) стр. 123. 
  51. ^ Йорг Грцелла, Петер Штурм, Иоахим Крюгер, Маркус А. Рейтер, Карина Кёглер и Томас Пробст, «Металлургические печи», John Wiley & Sons, 2005, стр. 7.
  52. ^ abc (fr) Жак Астье, «Прямое сокращение», в Techniques de l'ingénieur Élaboration et recyclage des métaux , Éditionstechnics de l'ingénieur, 10 сентября 2005 г. (читать онлайн).
  53. ^ ab Siemens-VAI. "SIMETAL Corex technology" (PDF) . Siemens-VAI. Архивировано из оригинала (PDF) 26 июня 2013 г. . Получено 1 апреля 2013 г. .
  54. ^ "Экологически безопасное производство чугуна". Siemens ..
  55. ^ ab "Вторая кампания ULCOS HIsarna начинается на заводе Tata Steel в Эймёйдене". Tata Steel . 4 октября 2012 г. Архивировано из оригинала 3 марта 2016 г. Получено 27 сентября 2023 г.
  56. ^ "Процесс прямого восстановления железной руды (DIOS)" (PDF) . Japan Coal Energy Center. Архивировано из оригинала (PDF) 2014-01-06 . Получено 2023-09-27 .
  57. ^ А. Маркотич, Н. Долич и В. Труич, «Состояние процессов прямого восстановления и восстановительной плавки», Журнал горного дела и металлургии , 5 октября 2002 г. (читать онлайн).
  58. ^ Хосе Энрике Жуниор Нолдин, Маркос де Альбукерке Контруччи и Хосе Карлос Д'Абреу, «Технологический процесс — высокий потенциал в использовании различных видов твердого топлива», Materials Research , 25 апреля 2005 г. (читать онлайн).
  59. ^ Жан К. Мин (18 августа 2004 г.). «POSCO отправляет на слом 100-летнюю технологию печей». Архивировано из оригинала 10 марта 2007 г. Получено 27 сентября 2023 г.
  60. ↑ Ноэль Дайсон, «Возвращение Хисмелта», 29 июля 19 г. (дата обращения: 25 августа 2023 г.).
  61. ^ Гудман, Нил (январь 2019 г.). Эксплуатация первого завода HIsmelt в Китае. стр. 593–600. doi :10.33313/377/063. ISBN 978-1-935117-79-7.
  62. ^ abcd Люк Ванвортсвинкель и Воутер Нийс, «Железо и сталь. Архивировано 12 мая 2013 г. в Wayback Machine », IEA ETSAP, май 2010 г.
  63. ^ Чаттерджи, Амит; Сингх, Рамеш; Пандей, Баншидхар (2001). Металлы для сталеплавильного производства: производство и использование. Allied publishers. стр. 706. ISBN 81-7764-130-1..
  64. ^ «Спросите мировую стальную динамику», AIST, октябрь 2010 г.
  65. ^ (фр) Оливье К.А. Бизанти (15 января 2003 г.). «Un siècle d'oxygène en sidérurgie» (на французском языке). Солей д'асье . Проверено 25 сентября 2010 г.
  66. ↑ Соня Элмквист, «Революция сланцевого газа стимулирует появление новых сталелитейных заводов в США: энергетика», Bloomberg News , 31 декабря 2012 г. (читать онлайн).
  67. ^ «Прямое восстановление водородом в демонстрационном масштабе» (получено 20 января 2022 г.).

Смотрите также

Библиография

Похожие статьи