Процесс Ромелт

Процесс Ромелт — это технология жидкофазного восстановления железа, предназначенная для переработки железосодержащего сырья (руд, концентратов, шламов, окалины) с получением чугуна и товарного шлака. Процесс был разработан в СССР в 1970–1980-х годах в Московском государственном институте стали и сплавов (МИСиС) под руководством профессора В. А. Роменеца и является альтернативой традиционной доменной плавке. Основное отличие технологии — использование барботируемой шлаковой ванны, в которой восстановление оксидов железа происходит в жидком состоянии без предварительного окускования шихты.

История создания

Разработка процесса началась в 1970-х годах в связи с необходимостью утилизации техногенных отходов металлургии (шламов, пылей) и вовлечения в переработку бедных руд, для которых классическая доменная плавка была экономически неэффективна. Первая пилотная установка была запущена в 1980 году на Новолипецком металлургическом комбинате (НЛМК). В 1985 году на НЛМК была введена в эксплуатацию опытно-промышленная установка мощностью 5–10 тонн чугуна в час, на которой отрабатывались режимы плавки.

В 1990-е годы, в условиях экономического спада в России, работы по проекту были приостановлены, но не прекращены полностью. В 2000-х годах интерес к технологии возродился в связи с ростом цен на кокс и ужесточением экологических требований. В 2008 году на НЛМК была запущена первая в мире промышленная установка «Ромелт» производительностью 300 тыс. тонн чугуна в год, которая проработала до 2018 года. В 2019 году установка была остановлена для модернизации, а в 2021 году — законсервирована. В настоящее время (2024 год) технология считается перспективной, но не получила широкого промышленного распространения.

Принцип работы

Процесс основан на барботаже (продувке) расплавленного шлака кислородсодержащим газом через фурмы, расположенные в нижней части печи. Восстановителем служит уголь (каменный, бурый или антрацит), который подаётся в шлаковую ванну. Основные стадии процесса:

1. Загрузка шихты — смесь железосодержащих материалов (руда, концентрат, шлам, окалина) и угля подаётся в печь через загрузочные окна в верхней части.
2. Плавление и восстановление — в шлаковой ванне при температуре 1400–1500 °C уголь газифицируется, образуя монооксид углерода (CO) и водород, которые восстанавливают оксиды железа до металлического железа.
3. Барботаж — через фурмы в нижней части печи вдувается кислород или воздух, что создаёт интенсивное перемешивание шлака, ускоряя массообмен и теплопередачу.
4. Отделение чугуна — восстановленное железо, растворяя углерод, образует чугун, который оседает на дне печи и периодически выпускается через лётку.
5. Выпуск шлака — образующийся шлак (с содержанием FeO до 5–10 %) выпускается через шлаковую лётку.

Технические характеристики

Промышленная установка «Ромелт» на НЛМК имела следующие параметры:

• Производительность — до 300 тыс. тонн чугуна в год.
• Расход угля — 700–900 кг на тонну чугуна (в зависимости от качества сырья).
• Расход кислорода — 500–700 м³ на тонну чугуна.
• Температура в ванне — 1450–1500 °C.
• Содержание углерода в чугуне — 3,5–4,5 %.
• Степень извлечения железа — 92–97 %.

Сравнение с доменной плавкой

Процесс «Ромелт» имеет ряд отличий от классической доменной технологии:

Применение

Основное применение технологии «Ромелт» — переработка техногенных отходов металлургии:

• Шламы доменного и конвертерного производства — содержат до 40–50 % железа и могут быть переработаны без предварительной сушки.
• Окалина прокатного производства — утилизируется с получением чугуна.
• Бедные руды — процесс позволяет перерабатывать руды с содержанием железа 30–40 %, которые невыгодно обогащать.
• Отходы углеобогащения — могут использоваться как часть угольной шихты.

Кроме того, процесс может применяться для получения ферросплавов (например, ферромарганца) при добавлении в шихту марганцевых руд.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Отсутствие необходимости в коксе — снижает зависимость от коксохимической промышленности и уменьшает капитальные затраты.
• Возможность переработки отходов — решает проблему утилизации шламов и пылей, которые накапливаются на металлургических комбинатах.
• Экологичность — меньше выбросов сернистых соединений и пыли по сравнению с доменной плавкой.
• Гибкость — быстрый пуск и остановка печи (в отличие от доменной, которая работает непрерывно годами).

Недостатки

• Высокий расход угля — на 30–50 % больше, чем в доменной печи (в пересчёте на углерод).
• Необходимость в кислороде — требует строительства кислородной станции.
• Потери железа со шлаком — содержание FeO в шлаке достигает 5–10 %, что снижает извлечение.
• Ограниченный масштаб — максимальная производительность одной установки (300–500 тыс. тонн в год) значительно ниже, чем у доменной печи (1–3 млн тонн).

Перспективы развития

В России и за рубежом ведутся работы по модернизации процесса «Ромелт». Основные направления:

• Снижение расхода угля — за счёт использования предварительно нагретого дутья и оптимизации состава шихты.
• Увеличение производительности — за счёт внедрения многозонных печей и комбинированного дутья.
• Комбинирование с другими технологиями — например, с процессом прямого восстановления железа (DRI) для получения стали без доменной печи.

В 2023 году в Китае была запущена пилотная установка «Ромелт» производительностью 100 тыс. тонн в год для переработки красных шламов (отходов глинозёмного производства). В России технология рассматривается как элемент стратегии «зелёной металлургии» для снижения углеродного следа.

Критика

Основные критические замечания в адрес процесса «Ромелт» связаны с его экономической эффективностью. По данным ряда исследований, себестоимость чугуна, полученного по этой технологии, на 10–20 % выше, чем при доменной плавке, из-за высокого расхода угля и кислорода. Кроме того, остановка установки на НЛМК в 2018 году была вызвана, по неофициальным данным, проблемами с качеством шлака (высокое содержание FeO) и коррозией футеровки.

Тем не менее, сторонники технологии отмечают, что при переработке отходов (которые в противном случае требуют захоронения) экономическая эффективность может быть сопоставима с доменной плавкой, а экологический эффект — выше.

Источники

• Роменец В. А. «Процесс Ромелт: технология жидкофазного восстановления железа». — М.: МИСиС, 2005.
• Технический отчёт НЛМК по эксплуатации установки «Ромелт» (2008–2018).
• Статья «Жидкофазное восстановление железа: состояние и перспективы» в журнале «Сталь», № 3, 2020.
• Материалы конференции «Металлургия-2023» (Москва, 2023).