Применение водородных технологий в процессе плавки стали из металлических отходов в гранулированного железа

Использование водородных технологий в металлургии, особенно в процессе плавки стали из металлических отходов и гранулированного железа, становится все более актуальным. Водород может заменить углерод в качестве восстановителя, что значительно снижает выбросы углекислого газа и делает процесс более экологичным.

Основные преимущества применения водорода включают:

1. Снижение выбросов CO2: водород, в отличие от углерода, при использовании выделяет воду, а не углекислый газ, что помогает уменьшить углеродный след производства стали.
2. Повышение эффективности: водородные технологии могут улучшить энергетическую эффективность процесса плавки, так как водород обладает высокой теплотворной способностью.
3. Использование вторичных ресурсов: металлические отходы и гранулированное железо могут быть эффективно переработаны с использованием водорода, что способствует экономии природных ресурсов и снижению затрат на сырье.

Эти технологии находятся на стадии активного развития и внедрения, и многие компании уже начинают использовать водород в своих производственных процессах для достижения более устойчивого и экологически чистого производства стали.

В статье рассматривается вопрос о повышении эффективности процесса плавления при производстве стали с применением горячебрикетированных окатышей (HBI) в шихте, которая в основном состоит из металлических отходов. Проведен анализ особенностей процесса плавления при использовании сложного состава шихты. Для активации кипения металлической ванны рекомендуется вводить в нее углеродсодержащее сырье, такое, как отходы стали, в объеме более 80%. Установлено, что использование HBI практически не снижает выхода при- годного металла, что обусловлено высоким содержанием металлических отходов в составе шихты.

Одновременно производится анализ влияния процессов окисления кремния и марганца на очистку жидкой стали в ходе плавления легированных отходов в электродуговой печи, используемых в качестве шихтового материала. Представлены графики зависимости равновесных концентраций кислорода и кремния при различных температурах в системе Fe–Si–O. Также создан график, отражающий зависимость продуктов окисления марганца в жидком железе от температуры и концентрации марганца в сплаве MnO–FeO. Установлены равновесные концентрации кислорода и кремния при наличии разжижающего воздействия углерода как в области жидких силикатов, так и в области твердого SiO₂.

Эффективное окисление кремния и марганца в ходе плавления стали из металлических отходов и горячебрикетированных окатышей (HBI) способствует максимальной очистке жидкой стали через фазы металл-шлак или металл-газ. Установлено, что при производстве электростали содержание кремния уменьшается до минимальных значений. Поэтому, когда металлические отходы и окатыши используются в качестве состава шихты для сталеплавильного процесса, реакция окисления кремния не завершается до достижения равновесия. В случае кислого процесса окисления кремния может происходить восстановление кремния при более высокой температуре, что вызвано теплом электрической дуги (процесс кремневосстановления), при условии достижения равновесного состояния окисления. Рекомендуется осуществлять основной процесс плавления шихты, включающего металлические отходы и горячебрикетированные окатыши, в электродуговой печи. В этот период восстановление плавления акцентируется на очистке металла, избавлении от серы, достижении заданного химического состава стали и регулировании температуры процесса. Все эти задачи решаются параллельно в течение всего периода восстановления. После полного удаления оксидного шлака в печь добавляют шлакообразующие смеси вместе с разжижителями, тем самым вводя новый шлак (карбидный или белый). При повышении температуры в ванне печи уменьшается константа равновесия марганца. Следовательно, в отсутствии введения ферромарганца в ванну в процессе завершения плавки, по манере взаимодействия марганца в ванне можно судить о температуре металла.

Применение водородных технологий в процессе плавки стали мы покажем подробно в английской версии статьи, которая будет опубликована в Международном научном журнале по водородной энергетике – IJHE.

1. Городец В. Г., Гаврилова М. Н. Производство стали в дуговой печи. Москва: Металлургия, 1986. – 208 с.

2. Ефроимович Ю. Е. Оптимальные электрические режимы дуговых сталеплавильных печей. Москва: Металлургия, 1996. – 158 с.

3. Мюллер Ф. Электросталеплавильное производство в начале XXI века // Сталь. – 2004. – Вып. 11. – С. 32-36.

4. Явойский В. И. Теория процессов производства стали. Москва: Металлургия, 1993. – 450 с.

5. Производство стальных отливок: учеб. / Козлов Л. Я., Колокольцев В. М., Вдовин К. Н. и др.; Л. Я. Козлов (ред.). Москва: «МИСИС», 2003. – 352 с.

6. Кудрин В. А. Теория и технология производства стали: учеб. Москва: «Мир», ООО «Издательство АСТ», 2003. – 528 с.

7. Гусовский В. Л., Оркин Л. Г., Тымчак В. М. Методические печи. – Москва: Металлургия, 2010. – 430 с.

8. Процессы и машины электрометаллургического производства: монография / Рахманов С. Р., Топалов В. Л., Гасик М. И., Мамедов А. Т., Азимов А. А. Баку-Днепр: «Системные технологии». – Издательство «Сабах», 2017. – 568 с.

9. Dunp E., Pardaens S., Freibnuth A. Fachberichte H. // Metallweiterverarbeitund – 2013. – Vol. 21, Issue 10. – P. 777-782.

10. Knep K., Rommerswinkel H. W. Arch. Eisenhwttenwesen. – 2015. – Issue 8. – P. 492-496.

11. Олетт М., Гателлер К. Чистая сталь // Труды 2-ой международной конференции в Балатонфреде, 2011 г. – С. 122-137.

12. Сидоренко М. Ф., Магидсон И. А., Смирнов Н. А. Скан инжект // 3-я международная конференция по обогащению железа и стали методом порошкового впрыска. – Лулеа, 2013 г. – С. 7/1-7/36.

13. Трубин К. Г., Ойкс Г. Н. Металлургия стали. – Москва: Металлургия, 1997. – 515 с.

14. Ефимов В. А. Разливка и кристаллизация стали. – Москва.: Металлургия, 2006. – 550 с.

15. Повольский Д. Я. Раскисленные стали. – Москва.: Металлургия, 1992. – 207 с.

16. Кудрин В. А. Металлургия стали. – Москва.: Металлургия, 1991. – 488 с.

17. Бигеев А. М. Металлургия стали. – Москва.: Металлургия, 2007. – 440 с.

18. Bewar J. Fachber H. // Metallweiterverarbeiten. – 2011. – Issue 1. – P. 56-61.

19. Yashimura M., Yochikawa S. Mitsubishi sted // Mtg. Techn, Rev. – 2010. – Vol. 14, Issue 1-2. – P. 4-11.

20. Abratis H., Langhammer H. J. Radex Kdsh. – 2011. – Issue 1-2. – P. 437-441.

21. Ицкович Г. М. Раскисление стали и модификация неметаллических включений. – Москва.: Металлургия, 2011. – 306 с.

22. Трубин К. Г., Ойкс Г. Н. Металлургия стали. – Москва.: Металлургия, 2004. – 535 с.