Процесс SL/RN

Процесс SL/RN — это технология прямого восстановления железа (DRI) из железорудного сырья с использованием вращающейся трубчатой печи и твердого углеродистого восстановителя (угля). Процесс был разработан в 1960-х годах совместно шведской компанией Stora Kopparbergs Bergslags AB (SL) и канадской компанией Steel Company of Canada (Stelco, RN) и впервые запатентован в 1964 году. SL/RN является одним из наиболее распространённых и коммерчески успешных угольных процессов прямого восстановления, наряду с технологиями Midrex и HYL. В отличие от газовых процессов, SL/RN не требует природного газа, что делает его привлекательным для регионов с дефицитом газа, но с доступными запасами угля и железной руды.

История

Разработка процесса SL/RN началась в середине XX века, когда мировая металлургия столкнулась с необходимостью переработки некондиционных руд и отходов, а также поиска альтернатив доменному производству, требующему кокса. Шведская компания Stora Kopparbergs Bergslags AB (с 1975 года — Stora Kopparbergs) и канадская Stelco (Steel Company of Canada) объединили усилия для создания технологии, пригодной для использования низкосортного угля. Первая пилотная установка была запущена в 1964 году в Швеции (в городе Фалун), а в 1968 году в Канаде (в городе Гамильтон, Онтарио) была введена в эксплуатацию первая промышленная линия мощностью 100 000 тонн DRI в год.

В 1970-х годах процесс получил широкое распространение в странах с дешёвым углём: в ЮАР (завод в Дунсварте, 1973), Новой Зеландии (завод в Гленбруке, 1975), Индии (завод в Хайдарабаде, 1980). В 1980-х годах технология была адаптирована для переработки титаномагнетитовых руд и отходов обогащения. В 1990-х годах процесс SL/RN был вытеснен на большинстве новых заводов газовыми технологиями, однако продолжает эксплуатироваться на ряде предприятий в Индии, ЮАР и Китае. По состоянию на 2020-е годы, суммарная мировая мощность установок SL/RN оценивается в 5–6 миллионов тонн DRI в год.

Принцип процесса

Процесс SL/RN основан на восстановлении оксидов железа (Fe₂O₃, Fe₃O₄) до металлического железа (Fe) в твёрдой фазе при температуре 950–1050 °C. Восстановителем служит углерод, содержащийся в угле, который сгорает частично, выделяя тепло, и частично реагирует с рудой. Реакции протекают в вращающейся печи, где шихта (смесь руды, угля и флюсов) перемещается от загрузочного конца к разгрузочному. Основные химические реакции:

Прямое восстановление: Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO
Непрямое восстановление: Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
Газификация углерода: C + CO₂ → 2CO

Процесс является эндотермическим, поэтому тепло подводится за счёт сжигания части угля и летучих веществ в печи. Температура регулируется подачей воздуха и дополнительного топлива (например, природного газа или мазута). Восстановление происходит в течение 6–12 часов, в зависимости от состава шихты и требуемой степени металлизации (обычно 85–95%).

Устройство и оборудование

Основные компоненты установки SL/RN включают:

Вращающаяся трубчатая печь — цилиндрический барабан длиной 40–80 метров и диаметром 3–5 метров, установленный под углом 2–4° к горизонту. Печь футерована огнеупорным кирпичом, вращается со скоростью 0,5–2 оборота в минуту. Внутри печи установлены перегородки (лопатки) для улучшения перемешивания шихты.
Загрузочное устройство — бункеры и дозаторы для подачи руды, угля и флюсов (известняк, доломит) в заданных пропорциях. Шихта загружается через головку печи.
Разгрузочное устройство — система охлаждения DRI (обычно водяное или воздушное) и выгрузки готового продукта. Для предотвращения повторного окисления (реоксидации) DRI часто охлаждается в инертной атмосфере (азот).
Система подачи воздуха — вентиляторы и форсунки для подачи первичного и вторичного воздуха в печь, обеспечивающие сжигание угля и поддержание температуры.
Газоочистка — циклоны, электрофильтры или скрубберы для улавливания пыли и очистки отходящих газов (CO, CO₂, SO₂). Отходящие газы могут использоваться для подогрева воздуха или выработки электроэнергии.
Транспортёры — ленточные конвейеры для подачи сырья и отгрузки DRI.

Сырьё и материалы

Процесс SL/RN использует:

Железорудное сырьё — кусковая руда (размер 5–25 мм), окатыши или концентрат. Допускается использование руд с высоким содержанием кремнезёма (SiO₂) и глинозёма (Al₂O₃), а также титаномагнетитов и отходов обогащения (шламы, хвосты).
Уголь — каменный уголь с низким содержанием золы (менее 15–20%) и серы (менее 1%). Используются как коксующиеся, так и некоксующиеся марки, включая бурые угли. Расход угля составляет 0,4–0,6 тонны на тонну DRI.
Флюсы — известняк или доломит для связывания серы и регулирования основности шлака. Расход — 0,05–0,15 тонны на тонну DRI.

Продукция

Основным продуктом процесса SL/RN является губчатое железо (DRI) — пористый материал с содержанием металлического железа 85–95% и содержанием углерода 0,5–2,5%. DRI используется в электросталеплавильных печах (дуговых печах) для выплавки стали, а также в доменных печах для снижения расхода кокса. Побочные продукты — отходящие газы (содержат CO, CO₂, H₂) и пыль (улавливается и возвращается в процесс или используется в строительстве).

Преимущества и недостатки

Преимущества

Независимость от природного газа: процесс работает на угле, что актуально для стран с дефицитом газа.
Возможность переработки низкосортных руд и отходов, включая титаномагнетиты и шламы.
Отсутствие необходимости в коксе: уголь используется непосредственно, без коксования.
Простота оборудования: вращающаяся печь не требует сложных систем управления.
Возможность работы на небольших мощностях (от 50 000 до 500 000 тонн DRI в год), что подходит для региональных предприятий.

Недостатки

Высокий расход угля (0,4–0,6 т/т DRI) и энергии (около 15–20 ГДж/т DRI), что приводит к значительным выбросам CO₂ (1,5–2,0 т CO₂ на тонну DRI).
Ограниченная производительность: максимальная мощность одной печи — около 500 000 тонн DRI в год, что меньше, чем у газовых процессов (Midrex — до 1,5 млн т/год).
Низкое качество DRI: высокая зольность (до 5–10%) и пористость, что требует дополнительной очистки при выплавке стали.
Проблемы с реоксидацией: губчатое железо склонно к окислению при хранении и транспортировке, особенно во влажной среде.
Высокие эксплуатационные затраты на футеровку печи (износ огнеупоров из-за абразивного воздействия шихты).

Применение

Процесс SL/RN применяется в основном в странах с доступными запасами угля и железной руды, но без развитой газовой инфраструктуры. Крупнейшие заводы, работающие по технологии SL/RN, расположены:

Индия — несколько заводов в штатах Орисса, Джаркханд и Чхаттисгарх, суммарной мощностью около 2 млн тонн DRI в год. Индия является крупнейшим производителем DRI по угольным процессам (включая SL/RN).
ЮАР — завод в Дунсварте (провинция Мпумаланга), мощностью 400 000 тонн DRI в год, использует уголь из бассейна Витбанк.
Китай — заводы в провинциях Шаньдун и Хэнань, мощностью до 300 000 тонн DRI в год, перерабатывают титаномагнетитовые руды.
Новая Зеландия — завод в Гленбруке (закрыт в 2016 году), использовал железорудные пески.
Россия — в 2000-х годах велись проекты по внедрению SL/RN на Урале (например, на базе Качканарского ГОКа), но промышленная реализация не состоялась из-за экономических ограничений.

Сравнение с другими технологиями

Процесс SL/RN относится к угольным технологиям прямого восстановления, в отличие от газовых (Midrex, HYL) и жидкофазных (Corex, Finex). Основные отличия:

Энергоэффективность: SL/RN уступает газовым процессам (расход энергии 15–20 ГДж/т против 10–12 ГДж/т для Midrex).
Экологичность: выбросы CO₂ на 30–50% выше, чем у газовых процессов, из-за использования угля.
Качество продукта: DRI из SL/RN имеет более высокое содержание золы и серы, что требует дополнительной десульфурации при выплавке стали.
Гибкость: SL/RN может перерабатывать более широкий спектр сырья, включая руды с высоким содержанием титана и ванадия.

Интересные факты

Название процесса SL/RN происходит от первых букв компаний-разработчиков: Stora Kopparbergs Bergslags AB (SL) и Stelco (RN).
В 1970-х годах процесс SL/RN рассматривался как альтернатива доменному производству в СССР, но был отвергнут из-за недостаточной производительности и высокого расхода угля.
В 1990-х годах технология была адаптирована для переработки отходов обогащения титаномагнетитовых руд на Украине (Криворожский железорудный комбинат), но проект не был реализован.
В 2010-х годах компания Outotec (Финляндия) разработала модификацию SL/RN с использованием вращающейся печи с циркулирующим кипящим слоем для повышения энергоэффективности.

Источники

"Direct Reduced Iron: Technology and Economics of Production and Use" (1999) — под редакцией J. Feinman и D. R. MacRae.
"The SL/RN Process: A Review of 30 Years of Operation" (1996) — статья в журнале "Ironmaking and Steelmaking", том 23, № 4.
"Direct Reduction of Iron Ore" (2015) — монография H. M. D. H. Bandara.
"Ironmaking and Steelmaking: Theory and Practice" (2008) — учебник A. Ghosh и A. Chatterjee.
Отчёты Международной ассоциации производителей железа и стали (IISI) за 2000–2020 годы.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →