Порівняння енергоспоживання при виробництві сталі застарілими аглодоменним та мартенівським переділами із сучасною технологією прямого відновлення заліза MIDREX H2 та виплавкою в дуговій сталеплавильній печі

Abstract

На основі твердження про те, що металургія є однією з найважливіших галузей, яка повинна перейти на більш екологічно чисті методи виробництва, показана актуальність переходу від застарілих технологій виробництва сталі, які використовують в Україні (зокрема, на «Запоріжсталі»), до більш сучасних. З’ясовано, що впровадження сучасних технологій, як-от пряме відновлення на основі Midrex H2 з подальшою виплавкою окатишів у дугових сталеплавильних печах (далі – ДСП), стане важливим кроком у напрямі зниження викидів і підвищення енергоефективності технологій виробництва сталі. Дослідження порівнює енергоспоживан-ня різних методів виробництва сталі, включаючи аглофабрику з аспіраційною системою, мартенівську піч, технологію Midrex H2 та дугову сталеплавильну піч. Було виявлено, що питомі витрати енергоспоживання аглофабрики становлять приблизно 33 кВт*ч/т, доменної печі – 3,3 кВт*ч/т, мартенівської печі – 4 кВт*ч/т, Midrex H2 – кВт*ч/т, а дугової сталеплавильної печі – 340 кВт*ч/т. Технологія Midrex H2, хоча і має вище енергоспоживання порівняно із традиційними методами, пропонує значні екологічні переваги завдяки нижчим викидам CO2. Дугова сталеплавильна піч забезпечує гнучкість і ефективність у переробці сталевого брухту, попри найвище енергоспоживання. Оцінювання різних типів виробництва також ураховує витрати на обслуговування, інвестиції в інфраструктуру й екологічний вплив. Порівняння цих технологій дозволяє визначити найефективніші й економічно доцільні методи виробництва сталі для сучасних умов. Методологія дослідження включала проведення вимірювань на місці, обробку й аналіз отриманих даних, а також порівняльний аналіз. Результати показують, що аглодоменний процес у поєднанні з мартенівською піччю генерує значні викиди CO2 порівняно з технологією Midrex H2 + ДСП. Агломераційний процес є одним із найбільш енергоємних, тоді як доменна піч потребує менше енергії. Мартенівська піч споживає відносно мало енер-гії, але її неефективність робить її менш привабливою. Midrex H2 демонструє високу енергоефективність та екологічну чистоту. ДСП, попри високі енергозатрати, є гнучкою у використанні вторинної сировини. Висновки дослідження підкреслюють різну енергоефективність різних технологій. Дослідження підкреслює важливість розвитку та впровадження сучасних технологій для майбутнього галузі.

Based on the assertion that metallurgy is one of the most crucial industries needing to transition to more environmentally friendly production methods, the importance of moving from outdated steel production technologies used in Ukraine (particularly at “Zaporizhstal”) to more modern ones is highlighted. It has been found that the implementation of modern technologies, such as direct reduction using Midrex H2 followed by pellet smelting in electric arc furnaces (EAF), will be an important step towards reducing emissions and improving the energy efficiency of steel production technologies. The study compares the energy consumption of different steel production methods, including a sintering plant with an aspiration system, an open-hearth furnace, Midrex H2 technology, and EAF. It was found that the energy BSFC consumption of the sintering plant is approximately 33 kWh/t, the blast furnace – 3,3 kWh/t, the open-hearth furnace – 4 kWh/t, Midrex H2 – 85 kWh/t, and EAF – 340 kWh/t. Although Midrex H2 technology has higher energy consumption compared to traditional methods, it offers significant environmental benefits due to lower CO2 emissions. EAF provides flexibility and efficiency in recycling steel scrap, despite the highest energy consumption. The evaluation of different production types also considers maintenance costs, infrastructure investments, and environmental impact. Comparing these technologies allows for identifying the most efficient and economically viable steel production methods for modern conditions. The research methodology included on-site measurements, data processing and analysis, as well as a comparative analysis. The results show that the sinter-blast furnace process combined with the open-hearth furnace generates significant CO2emissions compared to the Midrex H2 + EAF technology. The sintering process is one of the most energy-intensive, while the blast furnace requires less energy. The open-hearth furnace consumes relatively little energy, but its inefficiency makes it less attractive. Midrex H2 demonstrates high energy efficiency and environmental cleanliness. EAF, despite high energy costs, is flexible in using secondary raw materials. The study’s conclusions emphasize the varying energy efficiency of different technologies. The research underscores the importance of developing and implementing modern technologies for the future of the industry.