WikiZero - Пряме відновлення заліза

1. Можливості переробки бідних залізних руд [ правити | правити код ]
2. Наявність домішкових елементів [ правити | правити код ]
3. Фізичні властивості руди [ правити | правити код ]
4. Використання недефіцитних видів палива [ правити | правити код ]
5. Використання нових видів енергії [ правити | правити код ]
6. Губчасті залізні [ правити | правити код ]
7. Металлізованних шихта [ правити | правити код ]
8. Крічное залізо [ правити | правити код ]
9. Чавун або вуглецевий напівпродукт [ правити | правити код ]
10. Реалізовані на практиці процеси і їх агрегати [ правити | правити код ]

open wikipedia design.

Пряме відновлення заліза - це відновлення заліза з залізної руди або окатишів за допомогою газів (СО, Н2, NH3), твердого вуглецю , Газів і твердого вуглецю спільно. Процес ведеться при температурі близько 1000 ° C, при якій порожня порода руди не доводиться до шлакування , Домішки ( Si , Mn , P , S ) Не відновлюються, і метал виходить чистим [1] . У літературі також зустрічаються терміни: металлизация (часткова металізація) руд, пряме отримання заліза, бездоменная (внедоменная) металургія заліза, Бескоксова металургія заліза [2] . Продукт процесу називають залізом прямого відновлення (DRI від англ. Direct Reduced Iron).

Спроби отримати сталь минаючи доменний процес робилися в СРСР ще в 1950-х років [3] . Промислове виробництво заліза безпосередньо з руди, минаючи доменний (з використанням коксу) процес, з'явилося в 1970-х роках . Перші установки прямого відновлення заліза були малопродуктивні, а кінцевий продукт мав порівняно багато домішок. Широке поширення цього процесу почалося в 1980-х роках , Коли в гірничо-металургійному комплексі почалося широке застосування природного газу , Який ідеально підійшов для прямого відновлення залізної руди. Крім того, крім природного газу, в процесі прямого відновлення заліза виявилося можливим використання продуктів газифікації вугілля (зокрема бурих ), попутного газу нафтовидобутку і іншого палива-відновника.

Технологічні зміни, що відбулися в 1990-ті роки , Дозволили значно знизити капітало- і енергоємність різних процесів прямого відновлення заліза, в результаті чого стався новий стрибок у виробництві продукції DRI (від англ. Direct Reduction of Iron) [4] .

Найкращою, на думку більшості фахівців, є класифікація по виду одержуваного продукту:

• отримання частково металлізованних (ступінь металізації 30-50%) матеріалів для доменних печей;
• отримання високометаллізованного продукту (ступінь металізації 85-95%) в твердому вигляді (губчастого заліза) для переплавки в сталеплавильних агрегатах з отриманням стали ;
• отримання металлізованного продукту в пластичному стані ( кричного заліза) для різних цілей, в тому числі як варіант пірометалургійного збагачення важкозбагачуваних, бідних і комплексних руд;
• отримання рідкого металу (чавуну або напівпродукту) для переплавки в сталеплавильних печах [5] .

Можливості переробки бідних залізних руд [ правити | правити код ]

Доменний процес забезпечує отримання кондиційного чавуну із залізних руд з будь-яким вмістом заліза, при цьому вміст заліза впливає лише на техніко-економічні показники процесу. Металізація бідних руд може бути ефективна лише для отримання кричного заліза і рідкого металу. Частково металлізованние матеріали і губчасті залізні отримувати з бідних руд неефективно. При отриманні частково металлізованних матеріалів з бідних руд необхідно затратити більшу кількість тепла на нагрів порожньої породи і збільшити витрату відновника. Виробництво губчастого заліза з руд, що містять більш 2,5-3,0% порожньої породи, призводить до різкого зростання витрат електроенергії в процесі плавки металізованих окатишів через різке збільшення кількості шлаку [5] .

Наявність домішкових елементів [ правити | правити код ]

Доменна піч в змозі повністю забезпечити отримання кондиційного по сірці чавуну. Видалення з чавуну міді, фосфору, миш'яку в доменній печі неможливо. Низькотемпературні процеси отримання губчастого заліза не забезпечують видалення попутних елементів, тобто все попутні елементи, присутні у вихідній руді, залишаються в губчатому залозі і потрапляють в сталеплавильний агрегат. Це ж відноситься до отримання кричного металу (тут можлива деяка ступінь видалення сірки). Отримання рідкого металу дозволяє видалити з процесу летючі елементи (цинк, лужні метали), а ступінь видалення сірки, миш'яку і фосфору залежить від режиму процесу [6] .

Фізичні властивості руди [ правити | правити код ]

У доменній печі переробляють виключно кусковий залізорудний матеріал, причому розмір шматків не повинен бути менше 3-5 мм. Звідси випливає необхідність процесу окускования руд. Ця вимога залишається обов'язковим для процесів отримання губчастого і кричного заліза в шахтних і обертових печах. Низькотемпературна металізація подрібнених руд можлива в спеціальних агрегатах (наприклад, апарати киплячого шару). Для більшості способів внедоменного отримання рідкого металу розмір шматків руди не має значення, тому можливе виключення з металургійного переділу дорогих процесів окускования дрібних руд [7] .

Використання недефіцитних видів палива [ правити | правити код ]

Сучасні доменні печі в якості палива використовують тільки металургійний кокс . Перш за все це пов'язано з високими показниками міцності якостями коксу, зберігаються при високих температурах. Жоден з відомих нині (2007 рік) видів твердого палива не може в цьому відношенні конкурувати з коксом. Більшість відомих способів і технологій металургії заліза не вимагають використання коксу в якості компонента шихти. Можуть бути використані отримані різним способом відновні гази (в основному при виробництві губчастого заліза), недефіцитних види кам'яного вугілля, буре вугілля і продукти їх переробки, нафтопродукти та ін. [7]

Використання нових видів енергії [ правити | правити код ]

Незважаючи на те що використання енергії плазми, атомної та інших нових джерел енергії для доменного виробництва не виключається, найбільший ефект від їх застосування спостерігається при внедоменном отриманні металу. Це підвищує шанси нових технологій в конкуренції з доменним процесом в майбутньому [8] .

Процеси отримання губчастого заліза здійснюються при помірних температурах з використанням газоподібного або твердого відновника в різних агрегатах: шахтних, трубчастих, тунельних, муфельних , відбивних , Електронагрівальних печах, ретортах періодичної дії, конвеєрних машинах, реакторах з киплячим шаром та ін. Іноді ці агрегати з'єднані в комплекси, в яких найбільш часто поєднуються з електропіччю (електродоменной або дугового ) Для отримання рідкого металу (чавуну і стали ). Найчастіше губчасті залізні застосовують як ВИСОКОЧИСТИХ добавку до сталевого лому . Найбільш стабільний попит на губчасті залізні відзначається в країнах з недостатніми потужностями доменного виробництва і поставками сталевого брухту.

Основними процесами, використовуваними на працюючих, що будуються і проектних установках для виробництва губчатого заліза, є процеси із застосуванням шахтних печей і реторт періодичної дії. Процеси з використанням обертових печей і твердого відновника знаходять промислове застосування, головним чином, при переробці металургійних відходів - пилу і шламів, які містять домішки цинку, свинцю і ін., А також комплексних залізних руд (багатих титаном, хромом, нікелем, марганцем і ін .), непридатних для використання в доменних печах. Процеси в киплячому шарі набули меншого поширення в зв'язку з цілою низкою специфічних особливостей (жорсткі вимоги до гранулометричному складу , Газодинамічні обмеження існування киплячого шару, температурні умови і ін.).

Процеси металізації в шахтних печах багато в чому схожі на процеси, що протікають в шахті доменних печей в області помірних температур. Однак є і суттєві відмінності: в шахтної печі відсутня кокс; важливу роль в процесах відновлення оксидів заліза грає водень; відновний газ є єдиним джерелом тепла, що забезпечує всі теплові потреби процесу.

В процесі відновлення окатиші обпалюють, і обробляють в шахтній печі гарячими продуктами конверсії газу (твердого палива), які містять водень . Водень легко відновлює залізо :

F e 2 O 3 + 3 H 2 → 1 000 ∘ C 2 F e + 3 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {Fe_ {2} O_ {3} + 3H_ {2} \ {\ xrightarrow {тисячі ^ {\ circ} C}} \ 2Fe + 3H_ {2} O}}} ,

при цьому не відбувається забруднення заліза такими домішками як сірка і фосфор , Які є звичайними домішками в кам'яному вугіллі . Залізо береться в твердому вигляді і в подальшому переплавляється в електричних печах. Для отримання тонни заліза прямим відновленням з руди необхідно затратити приблизно 1000 м3 водню.

За своєю суттю процес прямого відновлення заліза є відновленням заліза з руд , минаючи доменний процес , тобто кокс в процесі участі не бере.

Найбільш відпрацьованим і широко поширеним процесом є процес Midrex. З 1983 р на Оскольський електрометалургійний комбінат працюють чотири модулі процесу металізації Midrex загальною потужністю 1700 тис. т металізованої окатишів на рік. До складу кожного модуля входять: шахтна піч металізації, реформер (реактор конверсії природного газу); система виробництва інертного газу; система аспірації. Система водного господарства, свічка, приміщення пульта управління і електропостачання є загальними для кожної пари модулів.

Шахтна піч для металізації складається з завантажувального (проміжного) бункера; верхнього динамічного затвора з завантажувальним розподільником і завантажувальними трубами; зони відновлення; проміжної зони; зони охолодження; вогнетривкої футеровки; постійно діючих живильників; нижнього динамічного затвора і маятникового живильника (для вивантаження готового продукту) [9] .

Губчасті залізні [ правити | правити код ]

Губчастим залізом називають продукт, який отримують в результаті відновлення залізорудної матеріалу без його плавлення при температурі менше 1000-1200 ° С. Залежно від виду вихідної сировини губчасті залізні являє собою пористі шматки відновленої руди (рідко агломерату ) Або окатиші, а в деяких випадках - металевий порошок. Оскільки при відновленні об'ємні зміни матеріалу порівняно невеликі, щільність губчастого заліза менше щільності сировини, а пористість велика. Зазвичай уявна густина кускового губчастого заліза 2-4 г / см3, а пористість 50-80%.

У деяких процесах відновлення дрібної руди, окалини або концентрату в нерухомому шарі (наприклад, в процесі Хоганес) відбувається одночасне спікання вихідного порошкового матеріалу. Щільність утворюється брикету до деякої міри залежить від температури відновлення. Внаслідок малої щільності губчастого заліза насипна маса його виходить меншою в порівнянні з ломом, що призводить іноді до необхідності брикетування (пресування) перед плавкою. брикетування проводять на пресах різного типу при питомих тисках 1-3 тс / см2; при цьому отримують щільність брикетів до 5 г / см3.

Сильно розвинена поверхню і висока сполучена пористість губчастого заліза викликають його підвищену окислюваність при зберіганні і транспортуванні в несприятливих атмосферних умовах, хоча наявні з цього питання дані суперечливі. Брикетування зменшує окислюваність.

Хімічний склад губчастого заліза визначається в основному складом сировини. У порівнянні з ломом воно значно чистіше за змістом домішок кольорових металів . Зміст порожньої породи в ньому вище, ніж у вихідній руді, пропорційно ступеня відновлення. Зазвичай сировиною служать багаті руди або концентрати, тому губчасті залізні не беруть під додаткової очистки та воно містить всі домішки порожньої породи сировини. При отриманні губчастого заліза з бідного сировини його піддають збагаченню магнітною сепарацією .

Губчасті залізні використовують для плавки стали (Головним чином в електропечах), цементації міді (осадження її з сірчанокислих розчинів) і отримання залізного порошку.

Металлізованних шихта [ правити | правити код ]

Металлізованних шихтою називають частково відновлене залізорудну сировину, що застосовується в доменній печі і в кисневих конвертерах для охолодження плавки (замість руди і брухту). Ступінь відновлення металлізованних шихти зазвичай не перевищує 80%, в той час як для губчастого заліза вона найчастіше не буває нижче 90%.

Крічное залізо [ правити | правити код ]

Крічное залізо, яке виробляється зараз, відрізняється від тієї криці , Яку кілька століть назад отримували в крічних горнах у вигляді великих шматків і проковували безпосередньо в вироби. Крічное залізо в даний час виробляють в трубчастих обертових печах з бідних залізних і залізо-нікелевих руд відновленням їх при 1100-1200 ° С. Воно являє собою досить дрібні (розміром 1-15 мм) металеві частинки з механічними домішками і включеннями шлаку . Кількість шлакових домішок в залежності від схеми подрібнення і магнітної сепарації проміжного продукту становить 10-25%. При переробці хромо-нікелевих руд отримується криця містить нікель. Зазвичай криця має також високий вміст фосфору і сірки. Як правило, крицю використовують в доменних печах, а в деяких країнах - в електропечах для виплавки сталі або феронікелю .

Чавун або вуглецевий напівпродукт [ правити | правити код ]

Чавун або вуглецевий напівпродукт отримують в обертових печах або в електропечах, прямо пов'язаних з піччю відновлення, де відновником є ​​тверде паливо. Чавун, отриманий внедоменнимі методами, не відрізняється від звичайного доменного ; в ряді випадків отримують напівпродукт з меншим вмістом деяких домішок, ніж в чавуні. Переділ чавуну і напівпродукту на сталь виробляється в відомих сталеплавильних агрегатах без труднощів, а в разі напівпродукту - з дещо меншими витратами, ніж переділ доменного чавуну [10] .

Реалізовані на практиці процеси і їх агрегати [ правити | правити код ]

тверде відновлення [11]

відновлення газом

• Сировина (Окислені котуни та шматками руда) → Шахтні печі (Purofer, Midrex, Arex, Hyl III, Hyl ZR)
• Сировина (Окислені котуни та шматками руда) → Реторти (Hyl I)
• Сировина (Рудна дрібниця, відходи) → Реактори з киплячим шаром (Fior, Finmet, Cincored, Spirex, Iron Carbide)

відновлення вугіллям

• Трубчасті печі (OSI, TDR, DRC, Ghaem, SL / RN, Jindal, Siil, Codir)
• Печі з обертовим подом (Comet, Fastmet, Inmetco, Dry Iron, Iron Dinamics)
• Реактор з киплячим шаром (Circofer)
• Многоподовая обертається піч (Primus)

Жидкофазное відновлення [11]

• Процеси з плавильним генератором ( Corex [En] , Finex)
• Процеси в рідкій ванні (DIOS, Romelt (Також відомий як процес ПЖВ), Hismelt, AusIron, Tecnored, AISI Direct, Ironmaking, CCF)
• Струменево-емісійні процеси (ІРСІД, БІСРА, СЕР)

Інші процеси

• Доред, Krupp-Renn, Екеторп-Валлаке, спосіб Буше, процес в киплячому жужільному шарі Кавасакі, COIN [12]

1. ↑ Юсфін, 1994 , С. 178.
2. ↑ Юсфін, Пашков, 2007 , С. 5-6.
3. ↑ Пегушин. На порозі майбутнього
4. ↑ Юсфін, 1994 , С. 4-5.
5. ↑ 1 2 Юсфін, Пашков, 2007 , С. 7.
6. ↑ Юсфін, Пашков, 2007 , С. 7-8.
7. ↑ 1 2 Юсфін, Пашков, 2007 , С. 8.
8. ↑ Юсфін, Пашков, 2007 , С. 8-9.
9. ↑ Юсфін, 1994 , С. 180-181.
10. ↑ Князєв, 1972 , С. 12-13.
11. ↑ 1 2 Рибенко, 2018 , С. 18.
12. ↑ Ходос, 2016 , С. 24.

• Юсфін Ю. С. , Гиммельфарб А. А., Пашков Н. Ф. Нові процеси виробництва металу. - Москва: Металургія, 1994. - 320 с. - ISBN 5-229-02229-X .
• Ходос І. Е. Розробка і дослідження процесів отримання металізованих матеріалів при використанні сировинної бази Кузбасу. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук . - Новокузецк: на правах рукопису, 2016. - 164 с.
• Князєв В. Ф., Гиммельфарб А. І., неменш А. М. Бескоксова металургія заліза. - Москва: Металургія, 1972. - 272 с.
• Юсфін Ю. С. , Пашков Н. Ф. Металургія заліза: підручник для вузів. - Москва: ІКЦ «Академкнига», 2007. - 464 с. - ISBN 978-5-94628-246-8 .
• Рибенко І.А. Розвиток теоретичних основ і розробка ресурсозберігаючих технологій прямого відновлення металів з використанням методу та інструментальної системи моделювання та оптимізації. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук . - Новокузецк: на правах рукопису, 2018. - 308 с.