Вопреки распространенному мнению, металлургию нельзя назвать консервативной отраслью, но инновации здесь вводятся точечно и направлены они на совершенствование классических процессов производства. Если охарактеризовать будущую металлургию в двух словах, то она будет безуглеродной, интеллектуальной, устойчивой и безопасной.
Углерод на водород
Конкуренция среди металлургических концернов высока и выигрывает тот, кто сможет сократить выбросы в атмосферу. Новую технологию, основанную на отказе от углерода, уже давно обсуждают в прогрессивных металлургических кругах, она позволит свести к нулю выбросы углекислого газа.
Водородная технология предполагает замену кокса, который используют для восстановления железной руды, на водород. Углерод, содержащийся в коксе, вступает в реакцию с кислородом, находящимся в руде, в результате чего образуется углекислый газ. Если заменить углерод на водород, то побочным продуктом станет водяной пар, а не CO2. Губчатое железо, полученное таким образом, в дальнейшем используют для получения стали в дуговых печах.
Основную часть водорода получают с помощью парового риформинга из природного газа – т.е. возобновляемого источника энергии. Но сам процесс получения и хранения водорода на данный момент вызывает много экономических и технических трудностей.
Прямое восстановление железа
Другая альтернатива доменному процессу – прямое восстановление железа. На выходе можно получить продукцию с высоким содержанием железа (горячебрикетированное железо, металлизированные окатыши, губчатое железо) и сразу использовать ее для получения стали. Технология требует использования высокочистого рудного материала с низким содержанием примесей.
Способы прямого восстановления различаются в зависимости от используемого восстановителя, который может быть газообразным или твердым. Восстановление окатышей по технологии Midrex напоминает доменный процесс, только в работе используется шахтная печь. Сырье загружается сверху, в среднюю часть печи подается газ для восстановления, по мере опускания окатышей, происходит их металлизация. В зависимости от особенностей процесса, окатыши могут выдаваться в горячем или холодном (после охлаждения) виде.
Восстановление по технологии HYL осуществляется в ретортах – шихтовый материал загружается в сосуд и продувается восстановительным газом в течение нескольких часов. Ввиду низкой степени металлизации и небольшой производительности, были разработаны другие технологии на основе HYL, например, при повышенных показателях давления и температуры восстановительного газа в пределах 900–950°С. Наиболее современный вариант этой технологии – Energiron. Он позволяет использовать различные виды газообразного топлива (природный, коксовый, синтез-газ, полученный из угля или древесины), а также позволяет обойтись без реформера, т.к. разложение газа происходит в рабочем объеме печи. Уровень металлизации превышает 93%.
Кислородно-конвертерный и электросталеплавильный процесс
Мартеновское производство затратное с точки зрения энергоресурсов и губительно для экологии, при таком способе плавка занимает 9 часов, тогда как конвертерная и электросталеплавильная технология не имеет таких недостатков и позволяет получить продукцию уже спустя 50 минут.
Кислородно-конвертерный способ: сырье загружают в конвертер и продувают чистым кислородом под высоким давлением. Кислород окисляет углерод и кремний, этот процесс сопровождается выделением большого количества тепла, поэтому энергетические затраты при таком способе меньше, чем при электросталеплавильном. Полученная сталь может использоваться для литья заготовок или подвергаться вторичной переработке.
Преимущества этой технологии – высокая производительность, низкая себестоимость продукции, компактность и простота устройства конвертера.
В мире всего 19 цехов оснащены конвертерами для производства стали по такой технологии, один из них находится в Украине на предприятии «Азовсталь».
Принцип электросталеплавильного способа заключается в нагреве металла с помощью электроэнергии. Во время плавки сырья происходит окисление примесей с помощью кислорода (содержащегося в самой руде), а также образование шлаков. Качество продукции во многом зависит от количества шлаков и их состава, поскольку они участвуют в связывании оксидов и удалении ненужных примесей.
К преимуществам такого метода можно отнести высокую скорость плавки, возможность получения стали и сплавов любого состава, а также небольшое количество неметаллических включений.
