Реферат: Восстановление железа
Несмотря на приведенный отзыв, строительство продолжалось. В качестве железорудной базы для металлургического комбината в городе Старый Оскол было выбрано Лебединское месторождение богатых железных руд. Эти руды содержат 56,9% железа, 8,0% кремнезема, серы 0,19%, фосфора 0,09%. Они залегают под толщей осадочных пород непосредственно на железистых кварцитах, продуктом выветривания которых они и являются. Получаемый на их основе концентрат должен был содержать не менее 70% железа и быть чистым по вредным примесям. Для завода в Старом Осколе была принята следующая транспортная схема подачи лебединского концентрата – транспорт пульпы по трубопроводу протяженностью 25 км. Из-за отсутствия опыта строительства такого пульпопровода в нашей стране, был заключен контракт с фирмами Австрии, которые успешно его и реализовали в установленный срок.
Проектирование комбината и поставка оборудования были возложены на фирмы ФРГ. Работа над форпроектoм (техническим проектом) продолжалась четыре года. Предлагаемая технология прямого получения железа, чистых исходных данных для сталеплавильного производства должна была обеспечить содержание в крице SiO2 - 2,5%, FeO - 0,5%, и очень мало серы . При этом, совершенно не обращалось внимание на то, что при таких жестких требованиях к концентрату значительно возрастают эксплуатационные и капитальные вложения.
На комбинате предполагается приступить к строительству трех электросталеплавильных цехов с печами емкостью 150 и 200 тонн производства фирмы "Крупп". При этом выяснилось, что технико-экономические показатели работы цеха с 200 тонными печами оказались хуже, чем цеха с 150 тонными печами. Дело заключалось в том, что печи должны были работать только по единой технологии – требовавшей 830 кг восстановленного (на 95%) металлизованных окатышей, лома и ферросплавов при этом, не предусматривается работа печей на отходах собственного производства методом переплава. В пределах самой ФРГ печи такой технологии и на такой объем производства фирмы ФРГ не проектируют, считая, что это нецелесообразно и неэффективно. Таким образом, в деятельность комбината уже на этапе проектирования были заложены определенные убытки.
Общая стоимость форпроекта Оскольского комбината составила 30 млн. золотых рублей, вес (масса) проекта - 4 тонны (макулатура). При составлении проекта не были четко сформулированы требования к рентабельной работе комбината. Вместо этого единственная фраза о том, что комбинат должен быть конкурентоспособен на мировой рынке.
Капитальные вложения на строительство ОЭМК – должны были составить 5,5 млрд. руб. Оскольский электрометаллургический комбинат мог производить 5 млн. тонн металлизованных окатышей и 2,7 млн. тонн проката в год, I очередь должна была составить 1,5 млн. тонн проката с выпуском его в 1975-1978г.г.
В последующем, предполагалось в период 1983-1986гг. ввести в действие три установки металлизации с шахтными печами полезным объемом 370 м. куб. и мощностью 425 тыс. тонн в год каждая (модель 400). К 1990 году на ОЭМК должна быть введена в эксплуатацию еще одна установка металлизации (модуль 400) после чего суммарная мощность всех установок должна была возрасти до 1.9 млн. тонн металлизированных окатышей в год. На их базе предусматривалась выплавка стали в электропечах с дальнейшим производством высококачественного сортового и возможно листового проката из самых разнообразных конструкционных, легированных, подшипниковых, рессорно-пружинных и других марок стали для удовлетворения потребности отечественных потребителей в металлопродукции высокого качества. Экономическая эффективность производства и применения металлизированных окатышей предполагалось обеспечить возможностью получения металла с индексом "ПВ" (чистого по сере, фосфору и примесям цветных металлов). Что учитывалось в стоимости товарной продукции, применением приплат за выплавку стали на чистой шихте в размере 50%. Кроме того, учитывались приплаты за внепечную обработку стали порошком, внепечное вакуумирование, неметаллические включения, нормирование обезуглероженного слоя, зерно, твердость, термообработку. Общая сумма приплат могла составить до 65-70%. С учетом данных, приведенных в таблице № 1 прибыль от реализации продукции могла составить на первую очередь 200 млн. рублей, на полное развитие 388 млн. рублей при рентабельности 10 и 12% соответственно.
Таблица № 1
Ожидаемые объемы производства ОЭМК (тыс. тонн) при пуске объектов первой очереди и полном развитии.
| Наименование продукции | Первая очередь | Полное развитие |
| Окисленные окатыши | 5400 | 8100 |
| Металлизированные окатыши | 2700 | 5400 |
| Сталь (литой полупродукт) | 2400 | 4270 |
| Прокат готовый | 1800 | 3370 |
| в том числе: | ||
| - сортовой прокат | 1800 | 1800 |
| - листовой прокат | - | 1570 |
| Фасонные особо точные профили | - | 50 |
Однако, уже на начальном этапе функционирования комбината наметились некоторые убытки, появление которых объяснялось отсутствием замкнутого металлургического цикла, высокой стоимостью основных производственных фондов, неосвоенностью проектного сортамента, а также относительно низким уровнем действующих отпускных цен на производимую комбинатом продукцию.
Следует отметить, что не смотря на имеющиеся существенные недостатки опыт Оскольского электрометаллургического комбината подтвердил жизненность и практическую целесообразность применения метода прямого восстановления железа в промышленном производстве, что впрочем, подтверждает и мировой опыт.
Мировой опыт практической реализации метода прямого восстановления железа в металлургическом производстве.
Как уже было отмечено в предыдущем разделе первое в мире производство, использовавшее Мидрекс - процесс, было создано в 1969 году в США. В 1988-1989 годах были введены в эксплуатацию: первый модуль установки Хил III проектной мощности 1 млн. тонн губчатого железав год на заводе фирмы Сигкартса Менцца (Ирак); первый модуль 1550 тыс. тонн в год двух модульной установки Мидрекс был создан на заводе фирмы Этиско (Ливия).
Наибольшее развитие производство и потребление губчатого железа, как видно из данных приведенных в таблице № 2 "Мощности и фактические объемы производства губчатого железа в 1988-1989 годах", получило в странах Латинской Америки, особенно в Венесуэле и Мексике. Это объясняется в первую очередь наличием природных ресурсов (богатых железных руд, природного газа, источников электроэнергии), во-вторых, дефицитом стального лома, высокими ценами на него и нехваткой валютных ресурсов для его закупки.
Наоборот, в США, Японии и странах Западной Европы, где собственное производство губчатого железа почти отсутствует, в последнее время усиливается интерес к его производству. Это очевидно связано с возможностью использования губчатого железа в качестве разбавителя низкокачественного лома. Относительно новым видом продукции, появившемся на рынке, является горячее тринетированное губчатое железо. Оно успешно используется в шихте дуговых печей, кислородных конверторов доменных печей и в литейном производстве. Его отгрузка в 1988 и1989гг. составила 1.3 и 1.5 млн. тонн соответственно.
Таблица № 2
Мощности и фактические объемы производства губчатого железа
в 1988-1989 годах
| Страна | 1988 год млн. тонн в год | 1989 год млн. тонн в год | ||
| Объем производства | Мощность | Объем производства | Мощность | |
| Аргентина | 1,07 | 0,93 | 1,17 | 0,93 |
| Бразилия | 0,20 | 0,32 | 0,26 | 0,31 |
| Великобритания | - | 0,80 | - | 0,80 |
| Венесуэла | 2,73 | 4,50 | 2,44 | 4,50 |
| Египет | 0,77 | 0,72 | 0,82 | 0,72 |
| Индия | 0,19 | 0,30 | 0,40 | 0,60 |
| Индонезия | 0,98 | 2,30 | 1,30 | 2,00 |
| Ирак | 0,10 | 1,49 | 0,26 | 1,47 |
| Иран | - | 0,73 | 0,04 | 0,73 |
| Канада | 0,77 | 1,00 | 0,71 | 1,00 |
| Ливия | - | - | 0,09 | 0,55 |
| Малайзия | 0,50 | 1,32 | 0,57 | 1,25 |
| Мексика | 1,58 | 3,03 | 2,13 | 3,03 |
| Майями | 0,02 | 0,04 | - | - |
| Нигерия | 0,14 | 1,02 | 0,13 | 1,02 |
| Новая Зеландия | 0,59 | 0,84 | 0,70 | 0,84 |
| Перу | 0,05 | 0,10 | 0,05 | 0,12 |
| Саудовская Аравия | 1,08 | 0,80 | 1,21 | 0,80 |
| США | 0,29 | 0,40 | 0,29 | 0,40 |
| ФРГ | 0,27 | 0,40 | 0,35 | 0,40 |
| ЮАР | 0,73 | 1,11 | 0,89 | 1,36 |
| ВСЕГО | 12,06 | 22,15 | 13,81 | 22,83 |
В области прямого получения железа отмечается дальнейший рост мощностей и объемов производства губчатого железа, при этом используются различные процессы восстановления. В таблице № 3 приведено распределение объемов получения продукции (губчатого железа) по видам процессов восстановления.
Таблица № 3.
Объемы производства губчатого железа (млн. тонн) с использованием различных способов восстановления в 1988г.
| Процессы | Объем производства, млн. тонн | Доля в общем объеме производства, % |
| С газообразным восстановлением | ||
| Мидрекс | 7,45 | 59,46 |
| Хил I | 2,96 | 23,62 |
| Хил III | 0,72 | 5,74 |
| Фиор | 0,40 | 3,19 |
| С твердым восстановлением | ||
| СЛ-РН | 0,64 | 5,11 |
| Кодир | 0,13 | 1,04 |
| Дикар | 0,09 | 0,72 |
| ДРК | 0,08 | 0,64 |
| Тиско | 0,04 | 0,32 |
| Тор | 0,02 | 0,16 |
| Всего | 12,53 | 100,00 |
Большая часть продукции (>90%) получена процессами с использованием природного газа, в том числе около 60% процессом Мидрекс, остальные – процессами на базе угля.
Разработка установок с мощностью единичного восстановительного агрегата 1 млн. тонн в год. Сооружение таких установок на базе процессов Мидрекс и Фиор планируется в Венесуэле. Необходимо так же отметить тенденцию к сооружению установок оснащенных системами горячего тринетирования, для производства продукции на экспорт.
С целью повышения экономичности процессов во вращающихся печах продолжаются работы направленные на снижение их энергоемкости путем утилизации вторичных энергоресурсов.
Заключение.
Как видно из приведенного в реферате материала методы бездоменного производства металла и в первую очередь метод прямого восстановления железа находит все большее количество приверженцев, что сопряжено, прежде всего, с возрастающими потребностями в чистом металле. Основным сдерживающим его развития фактором в настоящее время являются потребности в наличии природных ресурсов – богатой железом руды, природного газа и достаточного количества электроэнергии. Их получение в свою очередь предполагает крупные финансовые вложения. Тем не менее, в мире наметилась всеобщая тенденция к наращиванию объемов и мощностей по производству губчатого железа. Она в полной мере коснулась как развивающихся, так развитых стран, как экспортеров, так и импортеров сырьевых и энергетических ресурсов.
Пример Оскольского электрометаллургического комбината продемонстрировал возможности промышленного получения высококачественного металла путем использования методов прямого восстановления железа в любых необходимых количествах. При этом, только ряд экономических, технических и организационных просчетов совершенных на этапах проектирования и строительства не позволил ОЭМК стать в полной мере рентабельным производством. К сожалению, целый ряд неурядиц, связанных с износом оборудования, необходимостью разработки, изготовления и поставки оборудования, приборов, узлов, запасных частей взамен импортных преследовал комбинат и в последующем в процессе его эксплуатации. По этой причине возникала даже угроза остановки комбината. И тем не менее, комбинат обеспечивал страну необходимым количеством высокосортного металла в полном объеме.
Очевидно, что переход к экономичной технологии прямого восстановления железа предполагает внесение кардинальных изменений в процесс его получения. В частности в реферате приведен пример трех принципиально отличных друг от друга технологических процесса с участием атомной энергии. Конечным продуктом везде является железо, вода и углекислый газ, причем воду можно снова использовать для получения водорода и кислорода. Таким образом, появляются реальные возможности осуществить замкнутый цикл восстановления железа, создать безотходное производство.
Металлургию будущего не без основания часто называют водородной. В настоящее время водород обходится дорого. Его получение, хранение и транспортировка сопряжены со множеством чисто технических проблем. Однако произведенные эксперименты и предварительные расчеты показывают, что можно получать водород с такой низкой себестоимостью, что "водородная металлургия" обретет надежную экономическую основу. А если учесть полную экологическую безопасность водородных методик, то сомнение в том, что именно они предопределяют будущее металлургии ни у кого не возникает. Разумеется, водородное восстановление – только начало технологического цикла металлургии. Но все остальные звенья требуют хорошего исходного сырья. Им, несомненно, будет восстановленное водородом железо, то есть побочный продукт ядерных реакторов.