Сучасні процеси прямого одержання заліза - все про металургію

Виробництво губчастого заліза

Для отримання губчастого заліза застосовують шахтні, кільцеві, тунельні і трубчасті печі. Останнім часом розроблений ряд процесів отримання порошку губчастого заліза в киплячому шарі в спеціальних реакторах.
У шахтних печах (метод Віберга) в якості відновлювача використовують газову фазу з CO і H2, яка циркулює по замкнутій системі, що включає електрогазогенератор, фільтр і власне шахтну піч (рис. 18).

Газова суміш при 950 ° вводиться в нижню частину печі і при русі вгору назустріч опускається шихті відновлює оксиди заліза до металевого заліза. Велика частина газу при 800 ° відводиться з печі і подається в електрогазогенератор, що представляє собою досить вузьку і високу шахту, заповнену деревним вугіллям або коксом. У верхній і нижній частині шахти розташовано чотири пари електродів, службовців для нагріву стовпа палива до 1100-1150.
У електрогазогенераторе газ, який містить приблизно 25% CO2, проходячи зверху вниз і омиваючи розпечені шматки коксу, піддається регенерації по реакціях

CO2 + С = 2СО;
H2O + С = H2 + CO.

На виході газ складається в основному з окису вуглецю, 20-30% H2 і 3-5% CO2.
Для збагачення газу воднем в електрогазогенератор подається водяна пара або природний газ Природний газ, реагуючи з вступникам газом по реакції

CH4 + CO2 = 2СО + 2Н2,

Розроблено кілька процесів, які засновані на принципі відновлення оксидів в підвішеному стані в спеціальному реакторі. Висхідний потік газу-відновника підтримує частки подрібненої руди в псевдорідину стані; в той же час він роз'єднує їх, забезпечуючи хороший контакт з газовою фазою, а значить і високі швидкості реакцій відновлення. Відрізняються ці процеси один від одного температурними умовами (від 480 до 900 °), тиском ше становітельного газу (від атмосферного до 28 ати) і складом газової фази. Кінцевий продукт виходить зазвичай у вигляді порошку заліза: можливо також отримання цементиту при застосуванні в якості відновного газу окису вуглецю. Вважається найбільш перспективним для впровадження в промислове виробництво Н-процес, розроблений в США. Відмінні риси цього процесу - відносно низькі температури (540-480 °) і підвищений тиск (17-28 ати) відновного газу-водню.
При помірних температурах процесу запобігає злипання частинок відновленого заліза і не потрібно застосування дорогих вогнетривких матеріалів, а при високому тиску водню прискорюється процес відновлення, усувається можливість заростання реактора охолодей і, крім того, полегшується і здешевлюється сушка відводиться з реактора увлажненного водню.
На рис. 19 приведена принципова схема Н-процесу. Тонкоподрібненого руда (до 20 меш), попередньо підігріта в шахтної або обертової печі, пневматичним транспортом (інертним газом) через проміжний і розвантажувальний бункери подається в реактор, де здійснюється процес відновлення.
Реактор являє собою циліндричну посудину з однією або двома подовими гратами. При наявності двох подів на верхньому відбувається попереднє відновлення вищих оксидів заліза до закису, на нижньому виходить металеве залізо. Знизу в реактор під тиском 17-28 aті компресором безперервно подається сухий і нагрітий до 540 ° водень. Процес кипіння регулюється товщиною шару руди і швидкістю подачі водню таким чином, щоб рудні частки, підпирають струменями газу, були в безперервному русі, але не неслися висхідним потоком газу.
Після закінчення процесу відновлення порошок заліза вивантажують пневмотранспортом (воднем) з реактора в розвантажувальний бункер, а в реактор подають чергову порцію руди.
З огляду на пірофорному порошку його або брикетують в гарячому стані, або охолоджують в спеціальному контейнері для запобігання окислення. Тривалість одного циклу при вазі порції руди 5 т від 8 до 12 год.
Відновлене залізо містить в залежності від складу застосовуваної руди до 95% Fe, 0,039-0,048% P і менше 0,01% S.

Крічное залізо в даний час отримують переважно в обертових течах.
Промислові установки (рис. 20) для виробництва криці, крім обертової печі, включають пристрої для зберігання і завантаження шихтових матеріалів, вивантаження і охолодження продуктів процесу і обладнання для відділення криці від шлаку.
Під обертових печах можлива переробка різного железосодержащего сировини, в тому числі висококремнеземістих і комплексних руд, піритових огірків, колошникового пилу, шлаків. Ці матеріали, попередньо подрібнені, змішують з відновником і флюсами і безперервно подають у обертову похилу піч. В якості відновника можна використовувати коксову і вугільну дрібницю, буровугільний напівкокс і інші види низькосортного палива.
Нахил і обертання печі сприяють перемішуванню і просуванню шихти до розвантажувального кінця назустріч потоку гарячих газів.

Пряме отримання рідкої сталі

Процес отримання рідкої сталі безпосередньо з руд поки ще косить досвідчений характер. Процес «Ціклосталь», що розробляється в Англії, а також і інші енергометаллургіческіе схеми засновані на принципі відновлення залізної руди в підвішеному стані, але ці процеси здійснюються при таких високих температурах, що продукти - метал і шлак - виходять в розплавленому стані.
У процесі «Ціклосталь» (рис. 21) попередньо підігріта і частково відновлена ​​порошкоподібна руда надходить в водоохолоджуваний реактор, куди одночасно через інший отвір подається вугільний пил і кисень. У реакторі одночасно протікають наступні процеси горіння, плавлення, розпорошення часток руди газоподібними продуктами горіння і відновлення оксидів заліза з утворенням рідкого металу і шлаку. Незважаючи на теоретичне обгрунтування, ці процеси безпосереднього отримання рідкого металу з руд не відпрацьовані конструктивно я поки що не мають промислового застосування.