2.2. Освоение и совершенствование процесса РОМЕЛТ

В печи при запуске должна быть образована жидкая шлаковая ванна и организована ее продувка кислородом через нижние фурмы.

ванну, после чего процесс переходит в стационарное состояние с непрерывной загрузкой шихты и непрерывным сифонным выпуском продуктов плавки через отстойники.

После начала барботирования на кессонах образуется гарннсаж из затвердевшего шлака, который обеспечит приемлемые теплопотери через стены.

Наиболее острой проблемой при пуске было опасение возникновения взрывоопасных ситуаций в результате контакта металла с водоохлаждаемыми кессонами. Однако нами было показано, что при соблюдении некоторых простых мер без специального контроля уровня расплава в печи можно надежно обеспечить отсутствие контакта металлического расплава с кессонами. Последующие испытания подтвердили это.

Предварительные теоретические и экспериментальные исследования, изучение опыта работы печей в цветной металлургии позволили подготовить исходные технологические инструкции. Однако многие вопросы могли быть решены уже непосредственно в ходе испытаний. К ним относятся: оптимизация разогрева и запуска печи; оптимизация вывода на рабочий режим; определение необходимой интенсивности продувки и содержаний кислорода в дутье; подбор оптимальных составов шлака как с точки зрения гидродинамики ванны, так и образования гарнисажа; проведение физико-химических превращений и обеспечения контакта с углем.

Не вполне очевидными были вопросы, связанные со степенью восстановления железа, науглероживанием металла, распределением основных примесей.

Нужно было установить необходимые требования к сырью и углю по химическому и гранулометрическому составу. Определить необходимые методы контроля процесса и приемы управления, создать методику расчета. Отработать все конструктивные элементы печи применительно к новым условиям и создать оптимальные конструкции. На основе получаемых данных определить перспективы направления использования процесса и пути его совершенствования.

2.2.1. Основные этапы освоения технологии. В конце 1984 г. и начале 1985 г. были подготовлены инструкции по эксплуатации, проведено обучение персонала. В январе 1985 г. была осуществлена холодная обкатка оборудования, а с февраля начались горячие испытания. Здесь уместно отметить, что если в цветной металлургии печь жидкой ванны имела некоторые аналоги и прототипы технических решений, то в черной металлургии ничего подобного не было.

Ниже приведена краткая хронология основных этапов освоения процесса. Более

полное описание кампаний дано в приложении. Номера кампаний и период Цела и основные результаты кампаний 1-3

2.-4.85 - горячая обкатка оборудования

отработка технологии сушки и разогрева печи

отработка технологии запуска и плавки шлака 4

5.-6.85 - впервые получен металл

опробование восстановительной плавки 5-7

10.85-3.86 - восстановительная плавка аглоруды. Освоение основных технологических приемов плавки и управления процессом. 8-11,15,16

4.-11.86 - восстановительная плавка шламов конвертерного и доменного производств. Отработка технологии. 11

10-11.86 - работа без использования природного газа

достигнута производительность 18,4 т/ч металла. Установка в зоне дожигания стальных панелей вместо медных. 12-14

3.-6.87 - опробование плавки восстановленных материалов - плавка отсева металлизованных окатышей

снижение содержания кислорода в дутье до 58 %.

9-10.87 - опробование длительной работы в восстановительном режиме. Максимальная длительность кампании 14 суток (338 часов). 17-20 4-12.88 - исследование плавки марганецсодержащего сырья с получением высокомарганцовистого шлака. 18,21-22

5.88, 2-4.89 - плавка аглоруды, окалины, стальной стружки при производительности до 31 т/ч металла

снижение основности шлака до 0,65

снижение содержания кислорода в дутье до 51 %

отработка режима газогенератора,

опробовано производство минерального волокна из жидкого шлака 23

7.89 - плавка шламов производства феррованадия

снижение содержания кислорода в дутье до 41 %, работа отдельных фурм на воздушном дутье. Всего в период 1985-89 гг. было проведено 23 опытных кампании.

При проведении первых трех кампаний в феврале-апреле 1985 г. осуществлялась наладка оборудования и доводка всех систем установки. Были отработаны технологии разогрева печи, наплавки шлаковой ванны, жидкого старта с заливкой в печь шлака. Освоены работа с барбоггируемой шлаковой ванной, технология сжигания в ней угля. Отсутствие в черной металлургии опыта эксплуатации установок подобного типа (с непрерывным сифонным выпуском продуктов плавки, продувкой под уровень шлака, надслоевым дожиганием отходящих газов и др.) потребовало отработки каждой технологической операции. Многие элементы были освоены впервые в отрасли.

Впервые металл на установке РОМЕЛТ был получен при проведении 4-й кампании в мае-июне 1985 г. Таким образом главный вопрос о возможности получения металла был решен в течение 4 месяцев с начала горячих испытаний на установке.

В дальнейшей работе вплоть до 8-й кампании в качестве сырья использовали агломерационную руду. Использование концентратов оказалось невозможным из-за слипания и смерзания в зимнее время в силу неприспособленности тракта шихтоподачи. За это время отрабатывались технологические операции по управлению процессом, совершенствовалась конструкция печи.

С 8-й по 12 кампанию отработку технологии продолжили с использованием в качестве железосодержащего сырья смесей шламов конверторного и доменного производства, так как благодаря низкой влажности они не смерзались в холодное время и имели хорошую сыпучесть.

Начиная с 11-й кампании была опробована, а с 12-й - реализована работа печи без вдувания природного газа на нижние фурмы. Параллельно осуществлялся переход на менее обогащенное кислородом дутье нижних фурм. К 23-й кампании содержание кислорода в дутье было снижено до 41-48 %. При этом отдельные фурмы длительное время работали только на воздухе. Решение этих задач позволило резко сократить расход природного газа и уменьшить расход кислорода и угля на производство чугуна. Так, если на первых кампаниях расход угля на I тонну чугуна составлял более 2 тонн,

3 3

кислорода до 2000 нм , природного газа около 200 нм , то на последующих кампаниях были достигнуты удельные расходы угля 1100-1500 кг, кислорода менее 1000-1300 нм3, а расход природного газа определялся только его расходом для разогрева печи и обогрева отстойников и ковшей. Фактически, уже после 12-й кампании основная задача, которая была поставлены при строительстве пилотной установки РОМЕЛТ была выполнена. Была доказана возможность производства металла одностадийным процессом жидкофазного восстановления, из технологии было исключено использование природного газа, достигнуты приемлемые для опытной установки расходы топлива и энергоносителей. Для достижения этих целей потребовалось 2 года горячих испытаний.

Дальнейшее снижение удельных расходов топлива и кислорода на производство чугуна процессом РОМЕЛТ было возможно, в основном, только за счет увеличения степени дожигания газов в печи выше достигнутых в опытах значений 0,5-0,6. Однако,

на существующей установке эту задачу решить было невозможно из-за ограничений, связанных конструктивным решением вспомогательных систем установки. Вместе с тем принципиальная возможность достижения высоких степеней дожигания газов в рабочем пространстве (свыше 90 %) была доказана опытными плавками с пониженным объемом выделения восстановительных газов из ванны при переработке материалов с низким содержанием оксидов железа окалины УНРС, стальной стружки и др.

Так, на 12-14 кампаниях была опробована переработка отсева металлизованных окатышей ОЭМК; на 17 - 19 кампаниях - опробовали плавку марганцевого сырья - отсева марганцевого агломерата, на 22 - окалину УНРС и стружку, на 23 — ванадий и хром- содержащие отходы - шламы производства ванадия на НПО «Тулачермет».

Проведенные испытания показали, что процессом РОМЕЛТ возможна переработка широкой номенклатуры железосодержащих материалов, как содержащих относительно небольшое количество железа (шламы производства ванадия содержали около 29 % железа), так и практически на 100 % состоящих из металлического железа (стальная стружка).

В опытах по плавке марганцовистого сырья не удалось добиться необходимого восстановления марганца из-за невозможности обеспечения необходимого температурного уровня процесса из-за низких температур плавления и вязкости оксидного расплава. Это связано со спецификой опытной установки, запуск которой осуществлялся на доменном шлаке. Однако, получение в опытах высокомарганцовистого шлака с восстановлением железа и переводом в металлическую фазу основной части фосфора открывает перспективу для создания производства в печи РОМЕЛТ низкофосфористого марганцовистого шлака для последующего производства из него ферромарганца. Полученные результаты не исключают, по нашему мнению, и возможность производства при определенных условиях ферромарганца.

Таким образом, в ходе проведения опытных компаний в 1985-1989 гг. была практически доказана возможность и эффективность осуществления жидкофазного восстановления железосодержащих материалов в одностадийном процессе.

Остановимся более подробно на наиболее важных технологических проблемах, которые решались в ходе проведения опытных плавок.