Экономика фирмы : расчет технологических показателей процесса Ромелт

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2242 

Кафедра прикладной экономики
Инновационный научно-учебный центр Ромелт 

В.С. Валавин 
Ю.В. Похвиснев 

Экономика фирмы 

Расчет технологических показателей 
процесса Ромелт 

Учебное пособие 

Под редакцией профессора В.А. Роменца 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета 

Москва  2013 

УДК 658 
 
В15 

Р е ц е н з е н т  
д-р техн. наук, проф. Г.С. Сборщиков 

Валавин, В.С. 
В15  
Экономика фирмы : расчет технологических показателей 
процесса Ромелт : учеб. пособие / В.С. Валавин, Ю.В. Похвиснев ; под. ред. В.А. Роменца. – М. : Изд. Дом МИСиС, 
2013. – 46 с. 
ISBN 978-5-87623-676-0 

В пособии изложены основные принципы и закономерности, используемые при проведении расчетов технологических показателей процесса 
Ромелт и вычислении удельных расходов шихтовых материалов и энергоносителей. Продемонстрирована работа компьютерной программы по расчету технологических показателей процесса и даны различные варианты ее 
использования. На конкретных примерах показано, как привести исходные 
данные по шихтовым материалам и энергоносителям к виду, заложенному 
в программу расчета. 
Пособие предназначено для бакалавров и магистров, обучающихся по 
направлениям 080100 «Экономика» и 080200 «Менеджмент». 
УДК 658 

ISBN 978-5-87623-676-0 
© В.С. Валавин, 
Ю.В. Похвиснев, 2013 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение .......................................................................................... 4 
1. Технология Ромелт..................................................................... 6 
2. Методика расчета технологических показателей процесса  
Ромелт............................................................................................ 11 
3. Расчет материального баланса процесса Ромелт................... 15 
3.1. Пересчет составов шихтовых материалов для расчета 
балансов.................................................................................. 15 
3.2. Основные принципы расчета материального баланса 
процесса Ромелт..................................................................... 23 
4. Расчет теплового баланса процесса Ромелт........................... 32 
5. Компьютерный расчет технологических показателей 
процесса Ромелт............................................................................ 40 
Литература..................................................................................... 43
Приложения................................................................................... 44 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Применение той или иной технологии получения железа в 
каждом регионе, на конкретном предприятии для любого производства определяется сочетанием многих факторов, в том 
числе социальных, политических, экологических и экономических. И в условиях рынка не в последнюю очередь, а зачастую – именно в первую, экономические показатели производственного процесса являются определяющими. А на экономику основное влияние оказывают производственные расходы, в 
том числе главная составляющая в металлургии – удельные 
расходы шихтовых материалов и энергоносителей и соответственно их цены. Именно соотношение цена/расходы ставится 
во главу угла при выборе способа производства чугуна. 
В настоящее время в мире используется двухстадийная схема производства железа: сначала выплавляется чугун, содержащий до 5 % углерода, а затем – сталь. Основным методом 
получения чугуна является доменный процесс. Всего в доменных печах в 2011 г. произведено около 1100 млн т чугуна, в то 
время как другими процессами – только 63 млн т, т.е. немногим 
более 5 %. 
Тем не менее сейчас активно развиваются и внедряются в 
промышленность разных стран внедоменные процессы получения чугуна, которые также называют альтернативными. Такие технологии можно разделить на две большие группы по 
получаемому продукту и способу восстановления. Если продуктом является твердое железо, то это – твердофазный процесс (в англоязычной литературе «direct reduction», или DR). 
Получение железа в таких процессах в основном осуществляется в шахтных печах с использованием реакций газового восстановления твердых оксидов. Если продуктом процесса является жидкий чугун, то это – жидкофазное восстановление 
(«smelting reduction», или SR). 
Наиболее развиты внедоменные твердофазные способы получения железа с использованием природного газа: Midrex, в котором 
восстановительный агент образуется по реакции взаимодействия 

природного и углекислого газов, и HYL-III, где восстановительный 
газ – продукт взаимодействия природного газа и паров воды. Совершенствование технологии HYL-III привело к появлению его 
новой модификации – процесса Energiron. Восстановление углем с 
получением твердого низкоуглеродистого (2...2,5 % С) железа 
осуществляется в широко рекламируемом и находящемся в стадии 
промышленного внедрения процессе ITmk3. 
Процессы жидкофазного восстановления развиты значительно слабее твердофазных. В промышленности известен и 
работает процесс Corex. Также проводятся с различным успехом работы по внедрению в промышленность процессов 
HIsmelt, AusIron, Finex, а также российского процесса Ромелт. 
Восстановителем в жидкофазных процессах является уголь. 
При этом жидкофазные процессы имеют определенное преимущество над твердофазными. Во-первых, скорости жидкофазных процессов всегда выше твердофазных. Во-вторых, использование более дешевого и широко распространенного угля 
вместо природного газа обеспечивает экономическое превосходство жидкофазных способов производства чугуна. 
В настоящем учебном пособии приведено описание инновационной отечественной технологии Ромелт и методика расчета 
ее показателей. По сравнению с основным процессом получения чугуна – доменным – эта технология является весьма молодой. Процесс Ромелт был разработан в 80-х годах ХХ в.  
в Московском институте стали и сплавов. Для проверки работоспособности процесса была спроектирована и построена пилотная установка (площадь 20 м2) на Новолипецком металлургическом комбинате, на которой в течение 14 лет проводились 
эксперименты по выплавке чугуна из различных железосодержащих материалов. Сейчас завершается строительство завода 
по производству чугуна технологией Ромелт в Республике Союз Мьянмы мощностью 200 тыс. т чугуна в год. 

1. ТЕХНОЛОГИЯ РОМЕЛТ 

Процесс внедоменного жидкофазного получения чугуна по 
технологии Ромелт – это непрерывный одностадийный способ 
выплавки чугуна в жидкой шлаковой ванне из различного железосодержащего сырья и отходов с применением недефицитных и дешевых марок некоксующихся углей [1]. Принципиальная схема печи Ромелт представлена на рис. 1.1. 

 

Рис. 1.1. Схема печи Ромелт: 1 – барботируемый шлак; 
2 – металлический отстойник; 3 – шлаковый отстойник; 4 – под печи с 
огнеупорной футеровкой; 5 – перетоки; 6 – загрузочная воронка, 
7 – дымоотводящий патрубок; 8 – барботажные фурмы; 9 – фурмы 
для дожигания; 10 – спокойный шлак; 11 – водоохлаждаемые панели 

Железосодержащие материалы, уголь и флюсы из соответствующих бункеров с помощью весовых дозаторов подаются 
на один конвейер. Загрузка материалов в печь производится 
через отверстие в своде. Перед загрузкой не требуется предварительное смешивание шихтовых материалов. Оно происходит непосредственно в шлаковой ванне за счет ее интенсивного барботажа. Рабочее пространство печи Ромелт находится под разрежением 10...50 Па. Оно обеспечивается дымососом, расположенным за газоочисткой. 

Необходимая мощность барботажа шлаковой ванны осуществляется путем вдувания кислородовоздушной смеси через 
боковые фурмы, находящиеся под слоем расплавленного шлака. Степень обогащения дутья кислородом варьируется в пределах 40...100 %. Для обеспечения восстановительных условий 
и связывания кислорода в CO подается уголь. 
Железосодержащие 
материалы, 
попадая 
в 
слой 
барботируемого шлака, содержащего уголь, восстанавливаются 
по реакциям 

 
(FeO) + C = Fe + CO , 
(1.1) 

 
2
3
(Fe O ) + C = 2Fe + 3CO. 
(1.2) 

Механизм их значительно более сложный, однако для 
расчета материального и теплового баланса такой записи 
реакций 
вполне 
достаточно. 
Железо, 
получаемое 
при 
восстановлении, науглероживается и в виде капелек металла 
под действием собственной массы осаждается на подину печи. 
Таким образом в печи образуется три слоя расплавов: металл 
на подине печи, слой спокойного шлака между металлом и 
нижними 
фурмами 
и 
слой 
барботируемого 
шлака 
(реакционная зона). 
Для раздельного выпуска металла и шлака применяются 
футерованные камеры – отстойники, расположенные с торца 
(или торцов) печи. Они соединены с рабочим пространством 
каналами различной высоты, которые обеспечивают раздельный переход металла и шлака в металлический и шлаковый 
отстойники. В отстойниках имеются летки – отверстия для 
выпуска металла и шлака, расположенные на разных уровнях. 
При правильно рассчитанных уровнях леток реализуется непрерывный выпуск продуктов плавки со скоростью, соответствующей производительности агрегата. 
В шлаковой ванне затраты тепла на плавление и 
восстановление шихтовых материалов превышают тепло, 
полученное от горения углерода до CO на нижних фурмах по 
реакции 

2
1
C +1 2O = CO
H
+ Δ
. 
(1.3) 

Полное же горение угля в шлаковой ванне до CO2 по реакции 

 
2
2
2
C + O = CO
H
+ Δ
 
(1.4) 

невозможно, так как в этом случае не будут обеспечиваться 
термодинамические условия, необходимые для восстановления оксида железа. Поэтому принципиальной особенностью 
процесса Ромелт является дожигание выделяющихся из ванны 
газов CO, H2 и летучих угля кислородом, который подается 
через верхние фурмы. Дожигание газов до CO2 и H2O позволяет вернуть тепло в ванну и обеспечить переработку сырья. 
Для дожигания CO можно написать следующую реакцию: 

 
2
2
3
CO
1 2O  = CO
H
+
+ Δ
. 
(1.5) 

Иначе говоря, тепловой эффект от реакции полного горения 
углерода (ΔH2) в процессе Ромелт разбивается на две части: горение в шлаковой ванне (ΔH1) и горение над шлаковой ванной 
(ΔH3). Таким образом, необходимое для осуществления процесса 
тепло, производится по реакции полного горения углерода (1.4), 
но состоящей из двух раздельных (1.3) и (1.5), протекающих в 
разных зонах печи. 
При нормальном ходе процесса большая часть тепла, необходимого для устранения его дефицита в шлаковой ванне, выделяется от реакций дожигания газов над ванной. Затраты тепла в 
шлаковой ванне восполняются не менее чем на 2/3 от дожигания 
газов и соответственно не более чем на 1/3 от горения угля до СО 
на нижних фурмах. 
Подина печи и боковые стенки ванны ниже уровня барботажных фурм футеруются огнеупорным кирпичом. В этой зоне футеровка находится в благоприятных условиях при постоянной температуре, не подвергается механическому износу и не взаимодействует с окислительной атмосферой. 
В зоне барботируемого шлака стены печи сложены из кессонов – медных водоохлаждаемых панелей, на которых во время 
работы образуется твердая корка застывшего шлака – шлаковый 

гарнисаж. Гарнисаж предотвращает контакт кессонов с каплями 
чугуна и огненно-жидким шлаком и уменьшает тепловые потери 
с охлаждающей водой, так как имеет низкую теплопроводность. 
Таким путем решается проблема разрушения футеровки в местах 
наиболее агрессивного воздействия на нее газошлакометаллической эмульсии. 
В зоне дожигания стены печи и свод сделаны из стальных водоохлаждаемых кессонов. На них тоже формируется гарнисаж из 
шлаковых брызг и наплесков жидкого шлака, за счет чего уменьшается отвод тепла с водой, охлаждающей кессоны. В процессе 
Ромелт потери тепла с охлаждающей водой значительны, поэтому минимизация их важна как для повышения производительности, так и для уменьшения расходов энергоносителей. 
Продуктами процесса Ромелт являются чугун, шлак и высококалорийный газ. По составу чугун Ромелт близок к передельному 
доменному, но отличается меньшим содержанием марганца и 
кремния. Чугун Ромелт может использоваться в жидком виде и 
сразу подаваться в электропечь или конвертер, а также разливаться на разливочной машине и передаваться потребителям. 
Состав шлака Ромелт можно менять в широких пределах, так 
как в этой технологии в шихту можно добавлять различные материалы в любых количествах в зависимости от целей использования шлака (цементная промышленность, строительство, шлаковое 
литье, минеральная вата и др.). Однако существуют определенные ограничения, накладываемые технологией плавки и необходимостью свободного выпуска шлака из печи, связанные с его 
физическими свойствами – жидкотекучестью, вязкостью, температурным интервалом затвердевания. 
Газ, выделяющийся из шлаковой ванны и поступающий в зону 
дожигания, содержит практически только восстановительные 
компоненты. В надслоевом пространстве печи Ромелт он дожигается кислородом с выделением тепла, но не полностью. Таким 
образом, газы, покидающую печь Ромелт, имеют не только высокую температуру (1500...1700 °С), но и достаточно большое содержание CO и H2, т.е. дымовой газ – высококалорийный. Он 
может накапливаться в газгольдерах или дожигаться в котлеутилизаторе с получением пара. Получаемый пар передается на 
турбины электростанции, где вырабатывается электроэнергия. 

Итак, технология Ромелт – не просто металлургический, но и 
энергометаллургический процесс, позволяющий использовать и 
руду, и любые железосодержащие материалы для получения чугуна и шлака, а в качестве восстановителя – уголь любого качества. Продуктами процесса Ромелт также являются высококалорийный газ или электроэнергия, а также пыль, в которой концентрируются летучие цветные металлы (цинк, свинец, серебро), если они присутствуют в шихтовых материалах. 
Принципиальных ограничений для процесса Ромелт нет. В конечном итоге, вопросы переработки того или иного железосодержащего материала определяются только экономической эффективностью, необходимостью производства чугуна в данном регионе и социальными аспектами (увеличение рабочих мест, решение экологических проблем и др.), т.е. конкретными историкогеографическими условиями. Но в любом случае возможность и 
необходимость применения процесса Ромелт начинается с расчета технологических показателей процесса. 
Если показатели процесса Ромелт определены неправильно: завышен расход угля, занижен расход кислорода, неверно 
определена теплотворная способность дымовых газов, допущена ошибка в определении состава шлака или иное, то и 
расчет экономических показателей будет неверным. В современных рыночных условиях такие ошибки могут привести к 
печальным последствиям. Поэтому так важно правильно 
представлять технологию Ромелт и уметь рассчитывать технологические показатели процесса. 
Для проведения расчета процесса Ромелт необходимы следующие основные данные, без которых технологические показатели не могут быть вычислены: 
– химические составы железосодержащего материала, угля и 
флюса; 
– годовая производительность печи; 
– основность получаемого шлака (может быть откорректирована при проведении расчетов); 
– химические составы энергоносителей (кислород и воздух); 
– химические составы дополнительных шихтовых материалов 
(обожженный доломит, кварцевый песок и др.). 

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 
ПРОЦЕССА РОМЕЛТ 

Рассчитать технологические показатели любого процесса – это 
означает определить все входящие и выходящие параметры. Такие данные обеспечивают потребителя основными критериями, 
необходимыми для решения вопроса о выборе той или иной технологии, и позволяют правильно оценить затраты на процесс. 
При этом сущность самого процесса и его механизм при таком 
подходе могут не раскрываться. Считается, что поставщик технологии гарантирует выполнение этих показателей при соблюдении 
всех инструкций и при строгом соответствии химических составов веществ проектным. 
Технологические показатели могут быть рассчитаны как 
для конкретного, вполне определенного варианта абсолютно 
точно, так и иметь некоторый интервал допусков, в котором 
они будут соблюдаться. Конечно, в реальных условиях всегда 
будут наблюдаться какие-либо отклонения от заданных показателей. Задача специалистов – оценивать применимость существующих показателей и правильно их использовать. 
Так как основным продуктом технологии Ромелт является 
чугун, то набор технологических показателей во многом близок к показателям доменного процесса, как главного в настоящее время процесса производства чугуна. При этом есть и существенные отличия, обусловленные и другой конструкцией 
агрегата, и отличным от доменного механизмом восстановления. Коренные отличия расчета показателей процесса Ромелт 
от доменной плавки далее будут периодически упоминаться в 
тексте учебного пособия. 
Основными технологическими показателями процесса Ромелт, которые могут быть получены в результате расчета, являются: 
– часовые и удельные расходы шихтовых материалов (железорудные материалы, уголь, флюсы, добавки); 
– содержание примесей (S, P) в чугуне;