Что такое индустрия DRI?

Промышленность DRI относится к сегменту металлургии стали, посвященному производству железа прямого восстановления путем преобразования железной руды в металлическое железо высокой чистоты посредством восстановления на основе газа или угля при температурах ниже температуры плавления железа. Этот процесс полностью исключает использование доменной печи, вместо этого полагаясь на уменьшение количества газа, образующегося внутри систем риформинга, для удаления кислорода из железорудных окатышей или кусковой руды. Такое оборудование, как труба риформера DRI, корпус шахтной печи и соответствующая сеть жаровых нагревателей, составляют основу каждой производственной линии DRI, и надежность этих компонентов определяет как качество продукции, так и эксплуатационные затраты.

Основные технологические маршруты и конфигурация процессов в индустрии прямого восстановления

На долю процессов в шахтных печах, работающих на газе, приходится примерно 75,8 процентов мировых производственных мощностей прямого восстановления, при этом MIDREX и Energiron представляют двух доминирующих лицензиаров технологий. Полная технологическая цепочка проходит через четыре взаимосвязанных этапа: восстановление внутри шахтной печи, риформинг газа в реакционных трубах, заполненных катализатором, рекуперация отходящего тепла через конвекционную секцию и окончательное брикетирование или охлаждение. Поскольку снижение качества газа является движущей силой всей цепочки, сеть труб риформинга находится в центре производительности процесса.

В отрасли прямого восстановления доминируют процессы с использованием газовых шахтных печей, поскольку они сочетают в себе высокую тепловую эффективность с гибкими формами выпуска продукции, включая холодное прямое восстановление, горячее прямое восстановление и горячебрикетированное железо. Подготовка восстановительного газа является основой этого маршрута: природный газ смешивается с рециркулируемым печным газом и проходит через трубы риформинга, заполненные катализатором на основе никеля, образуя богатый водородом реакционный поток, который осуществляет фактическое восстановление внутри шахтной печи.

Стандарты производства трубок риформинга DRI и компонентов каталитических трубок

Труба риформинга DRI представляет собой находящуюся под давлением сердцевину печи риформинга, подвергающуюся воздействию внутренних газовых температур выше 900°C, прямому лучистому теплу от внешних горелок, постоянному внутреннему давлению и механическому износу от слоя катализатора. Процесс центробежного литья труб в печи является стандартной практикой для этого компонента, поскольку он создает микроструктуру с плотными стенками и мелкозернистую структуру, что напрямую приводит к более высокому сопротивлению ползучести и стойкости к окислению по сравнению со статическим литьем.

Выбор материалов обычно сосредоточен на жаростойких сплавах с высоким содержанием никеля и хрома, таких как марки HP и HK, содержащих от 25 до 35 процентов хрома и от 35 до 45 процентов никеля, с добавлением ниобия, вольфрама и титана для упрочнения границ зерен. Та же самая технология каталитических трубок также используется в трубах риформинга для генерации водорода, используемых в установках по производству водорода, поскольку оба приложения имеют практически одинаковые требования к температуре и давлению.

• Рабочая температура: внутренняя от 900 до 1050°C, температура стенок достигает 1100°C.
• Требования к давлению: должно выдерживать внутреннее давление восстановительного газа в сочетании с весом слоя катализатора.
• Стандарт материала: жаропрочный сплав с высоким содержанием никеля и хрома с плотной структурой, полученной методом центробежного литья.
• Срок службы: типичный рабочий цикл примерно от 8 до 12 лет.
• Производственный процесс: центробежное литье, прецизионная механическая обработка и неразрушающий контроль.

Виды отказов при эксплуатации реакционных трубок в основном включают деформацию ползучести, термическое усталостное растрескивание, цементационное охрупчивание и отслаивание оксидной окалины. Эти риски устраняются за счет контролируемой скорости охлаждения отливки, оптимизации соотношения сплавов и тщательной проверки каждой трубной решетки, коллектора и коллекторного соединения перед тем, как сборка покинет завод.

Рекомендуемая серия продуктов для систем DRI и огневых нагревателей

Следующие линии оборудования охватывают сеть труб реформинга, корпус шахтной печи и соответствующие системы крекинга и нагревателей, используемые на заводах DRI, установках по производству этилена и нефтеперерабатывающих предприятиях.

Трубка риформера DRI

Промышленность ДРИ

Печь DRI

Промышленность ДРИ

Реформаторная трубка

Печная труба

Крекинговая трубка (излучающая катушка)

Этиленовая промышленность

Печь крекинга этилена

Химическая промышленность

Структурный расчет печи прямого восстановления и связанных с ней систем огневых нагревателей

Шахтная печь DRI, работающая на газе, представляет собой цилиндрический сосуд с огнеупорной футеровкой. Окатыши железной руды или кусковая руда загружаются сверху и опускаются под действием силы тяжести, встречая восходящий восстановительный газ в противотоке, что завершает реакцию восстановления. Проектирование систем огневого подогрева, поддерживающих эту печь, должно учитывать соотношение высоты и диаметра шахты, равномерное распределение газа по сечению, контролируемую скорость спуска шихты, надежную систему динамического уплотнения в точках загрузки и разгрузки.

Многие из этих систем имеют общую инженерную логику с пламенным нагревателем для нефтеперерабатывающих предприятий и пламенным нагревателем для нефтехимической промышленности, поскольку все три полагаются на радиантную секцию, конвекционную секцию и точную EPC для согласования уровня печи крекинга этилена между конструкцией корпуса печи, металлургией труб и компоновкой горелки. Полная реализация проекта, от технологического проектирования до монтажа и ввода в эксплуатацию, позволяет этим взаимосвязанным частям печи работать как единая надежная система.

Зеленая трансформация и инженерные тенденции в индустрии DRI

Мировая индустрия DRI движется к низкоуглеродной работе. Обычный метод DRI на основе природного газа уже производит заметно меньшие выбросы CO2, чем метод доменной печи, а технология DRI, основанная на использовании 100-процентного экологически чистого водорода в качестве восстановителя, рассматривается как ведущий путь к декарбонизации сталелитейного сектора. Ведущие лицензиары технологических процессов разработали конфигурации установок, позволяющие гибко переключаться между природным газом, водородом и синтез-газом в качестве восстановителей, оставляя дверь открытой для полного перехода на восстановление на основе водорода без перестройки самой шахтной печи.

Гибкость масштаба предприятия является вторым преимуществом маршрута DRI. В то время как комбинация доменной печи и кислородной печи обычно требует годовой производительности около 2 миллионов тонн, чтобы оставаться экономичной, установка DRI в сочетании с электродуговой печью может начать работу всего с 0,5 миллиона тонн в год. Это делает отрасль прямого восстановления особенно практичной для регионов с рассредоточенными ресурсами железной руды или ограниченными запасами природного газа и водорода, поддерживая мини-сталелитейные заводы с гораздо меньшими капитальными затратами.

Часто задаваемые вопросы

Какие материалы обычно используются для производства трубок риформера DRI?

Трубы риформера DRI обычно изготавливаются из жаростойких сплавов с высоким содержанием никеля и хрома, таких как марки HP и HK, с использованием технологии центробежного литья, что позволяет им выдерживать рабочие температуры выше 900°C и устойчивое внутреннее давление газа.

Что отличает печь DRI от обычного пламенного нагревателя

Печь DRI представляет собой шахтный реактор, созданный специально для прямого восстановления железной руды и отличающийся противоточным контактом газа и твердого тела, системой динамического уплотнения и огнеупорной футеровкой. Он принципиально отличается от обычного нагревателя как по принципу процесса, так и по конструктивному исполнению.

Каков типичный состав восстановительного газа в процессах прямого восстановления с использованием газа?

Восстановительный газ в процессах прямого восстановления на основе газа обычно состоит из примерно 55 процентов водорода и 36 процентов монооксида углерода с соотношением H2 к CO около 1,5, образующегося в результате каталитического риформинга природного газа внутри труб риформинга.

Каковы основные формы продукции DRI?

DRI производится в трех основных формах: холодный DRI, горячий DRI и горячебрикетированное железо. Горячебрикетированное железо производится путем прессования горячего DRI в плотные брикеты для более безопасного хранения и транспортировки.

Каков типичный срок службы трубки риформинга?

При нормальных условиях эксплуатации трубка риформинга обычно служит примерно от 8 до 12 лет, в зависимости от рабочей температуры, колебаний давления, частоты замены катализатора и конкретной марки используемого сплава.

Какие экологические преимущества дает процесс DRI по сравнению с доменным производством стали?

Процесс DRI потребляет примерно половину энергии по сравнению с доменной печью и генерирует значительно меньшие выбросы CO2. В сочетании со 100-процентным водородом в качестве восстановителя становятся достижимыми практически нулевые выбросы углерода, что делает его основным путем декарбонизации сталелитейной промышленности.