В настоящее время для выплавки стали в массовом производстве используют различные типы печей: мартеновские, кислородные конвертеры, электродуговые сталеплавильные. При анализе эффективности методов по энергосбережению в сталеплавильном производстве следует учитывать, что энергоемкость выплавки стали – это сумма затрат энергии как непосредственно в самом сталеплавильном производстве, так и на всех предшествующих передела. Поэтому повышение доли металлолома в шихте резко снижает расход первичной энергии на выплавку стали. Так как затраты энергии на сбор, подготовку и транспортировку 1 тонны металлолома в среднем 4 раза ниже чем на выплавку 1 тонны чугуна. Это позволяет сделать вывод о том, что наименее энергозатратным является процесс получения стали в дуговой сталеплавильной печи (ДСП), в то время как схема «прямое восстановление железа (ПВ) + ДСП» наиболее энергозатратна за счёт использования большого количества природного газа в данном процессе. Схема получения чугуна в доменной печи (ДП) с последующей переработкой его в сталь в кислородном конвертере (КК) занимает промежуточное положение. В целом, основными направлениями снижения энергоемкости сталеплавильного производства являются:
- установление оптимальной структуры сталеплавильного производства (сокращение мартеновского производства и т.д.);
- максимальное использование всего ежегодно образующегося на предприятии металлолома;
- сокращение расхода наиболее энергоемких материалов для выплавки стали (чугуна, ферросплавов и т. д.);
- совершенствование технологии и конструкции механизмов и устройств сталеплавильных агрегатов;
- повышение температуры исходных материалов для плавки (чугуна, лома и т.д.);
- увеличение объемов внепечной обработки стали;
- утилизация физического и химического тепла отходящих газов, тепла шлака, охлаждающей воды и металла;
- расширение объемов непрерывной разливки стали;- выбор оптимальных с точки зрения энергозатрат схем расположения цехов по выплавке чугуна, стали и производству проката.
Снижение затрат энергии в кислородно-конвертерном процессе
Основным сырьем для кислородного конвертера является жидкий чугун (доля в составе шихты - 70–80 %) и стальной лом. После загрузки конвертера производится продувка ванны жидкого металла чистым кислородом под высоким давлением. Продувка может быть верхней (через погружную фурму, нижней (через донные фурмы) и комбинированной (и снизу и сверху, при этом снизу может вдуваться только инертный газ)). Во время продувки кислород окисляет углерод и кремний, содержащиеся в расплавленном металле с выделением большого количества тепла, которое расплавляет металлический лом. Однако этого количества тепла недостаточно для расплавления большего количества металлолома, чем 20–25 %.Конвертерный процесс сам по себе наименее энергоемок по сравнению с другими сталеплавильными процессами, однако использование большого количества чугуна для плавки обуславливает большую энергоемкость конвертерной стали.
Наиболее значимыми путями снижение затрат энергии в кислородно-конвертерном процессе являются:
- повышение температуры чугуна заливаемого в конвертер, что позволяет добавить большее количество металлолома к шихте;
- увеличение доли металлолома и его предварительный подогрев отходящими газами;
- подача дополнительных энергоносителей в конвертер (измельченный уголь, природный газ);
- совершенствование технологии, в частности переход на комбинированную продувку, которая позволяет существенно уменьшить потери железа в шлаки пыль;- проведение десульфурации, десиликонизации и дефосфорации чугуна в отдельных агрегатах или в желобе для выпуска чугуна (а не в конвертере и доменной печи);
- бесшлаковый выпуск стали с установкой затворов на корпус кислородного конвертера, которые перекрывает выпускной канал конвертера в момент появления частиц шлака в потоке выпускаемого металла. Возможно применение также газодинамической отсечки шлака. Появление шлака в этом случае контролируется инфракрасными или электромагнитными датчиками;
- применение более прочных огнеупоров, что обеспечивает большую стойкость кладки и соответственно увеличение производительности;
- применение технологии раздува шлака, согласно которой после выпуска стали, через фурму вдувают азот под большим давлением и он разбрызгивает шлак по футеровке конвертера, что повышает ее стойкость;
- использование системы лазерного сканирования состояния футеровки конвертера, что позволяет производить ее оперативный ремонт, тем самым увеличивая ее стойкость.