Внедоменные способы производства железа

В настоящее время дом.печь как агрегат высокой производительности и весьма экономичный не имеет потенциальных конкурентов и основная масса железорудного сырья переплавляется в дом. печах.

Однако дом. производство имеет существенные недостатки:             1.Необходимость использования каменноугольного кокса       2.Использование железорудного сырья только в виде агломератов       3. Необходимость функционирования дополнительных производств по добыче коксующихся углей, получению кокса, обогащению железных руд, производство агломерата и решение ряда серьезных экологических проблем. Поэтому ведется поиск рентабельного процесса прямого получения железа, минуя дом. печь, такая схема позволяет более полно реализовать достоинства глубокого обогащения железных руд, их очистки от серы и фосфора, что позволяет получать стали с высокой степенью чистоты по примесям цветных металлов.

Под процессами прямого получения понимают также химические или химико-термические процессы, которые позволяют получать металлическое железо в виде губки, крицы или жидкого Ме-ла непосредственно из руды, минуя дом. печь. Такие процессы могут быть реализованы следующим образом:                                    1.Восстановление железа из твердых железорудных материалов за счет взаимодействия с твердыми или газообразными восстановителями по реакции     Fe₂O₃+(C,CO,H₂,CH₄)→Fe+(CO,CO₂,H₂O)                                  2.Восстановление Fe в кипящем железистом шлаке по реакции(жидкофазное восстановление):              FeО+(С,CO)→Fe+(CO,СО₂)                                                                   3. Получение карбида железа из чистых железных руд по реакциям:              Fe₂O₃+H₂+CH₄→Fe₃С+H₂O

По первому способу в мире работает несколько десятков установок с общей мощностью около 30 млн.тонн железа в год(Мидрекс, ХиЛ, способ Круппа) По второму работают 2 промышленные и несколько полупромышленных установок (РОМЕЛТ и COREX).                                                              3-ий представлен одной промышленной установкой, протекает при t-ре 600 ͦС и давлении 4 атм. Получают зерна Ме размерами 0.1-1 мм с содержанием более 90% Fe₃C.                                                                                    Процесс повышения содержание железа в железорудных материалах, получил название процесса металлизации. Под степенью металлизации понимают процент железа в продукте. По назначению металлизированные продукты делят на 3 группы:                                                                  1.Для доменной плавки (степень металлизации до 85%)                2.Для выплавки стали (степень металлизации 85-90%)                                  3. Для производства железного порошка (степень металлизации более 98%)

Производство губчатого железа газообразными восстановителями в толстом слое. Мидрекс –процесс.

Агрегатами для реализации данного процесса служат шахтные печи или реторты, а в качестве восстановителя применяют конвертерный природный газ, состоящий в основном из водорода и СО, его получают сжигая углеводороды с недостатком кислорода.. Процесс осуществляется в противотоке, когда сверху загружают обогащенное железорудное сырье или окатыши со степенью металлизации ≈85%, а снизу подают нагретые газы восстановители, это позволяет добиваться высокой производительности в 2-4 раза больше, чем при дом. плавке, удельная производительность таких агрегатов составляет 5-9 тонн на 1 м³ в сутки. Расход природного газа составляет 350 м³ на тонну получаемого продукта. Способ разработан американской фирмой Мидлен Росс и получил торговую марку Мидрекс. Используется в России на Оскольском электрометаллургическом комбинате                                                                                               СХЕМА МИДРЕКС

 

1.загрузочный аппарат типа скипа

2.наклонный мост

3.приемный бункер

4.система конусов для герметизации печи

5.скрубер для очистки колашникового газа

6.газоотвод для очистки колашникового газа

7.восстановительная зона (0.6 от высоты печи)

8.фурмы для подачи газа восстановителя

9.конверсивная установка

10.зона охлаждения

11.разгрузочный бункер

12.скрубер

13.компрессор

Процессы жидкофазного восстановления(ПЖВ). C о r ех и Ромелт.

Первый способ ПЖВ реализован на заводе в ЮАР компанией Вест Альпина под названием «c о r ех» процесс. По данному процессу в восс-ую шахту загружают кусковую руду, агломерат и окатыши. Опускаясь на встречу потоку газовосстановителя с t-рой 800-850 ͦС, материал вос-ется до губчатого Fe(90% Fe). Затем губчатое Fe транспортёром передаётся в плавильную газификационную камеру, где происходит окончательное восс-ние плавления и нагрев расплава.

Выпуск чугуна и шлака произ-ся как в дом. печи. На тонну чугуна необходимо примерно 1500 кг железной руды,1180 кг угля, 420 кг флюса,590 м³ кислорода. Восстановительный газ образуется в плавильно-газифик. камере, где газифиц-ся уголь за счёт взаимодействия с кислородом.

Благодаря высокой t-ре под куполом плавильной камеры, более 1000 градусов, высшие углеводороды, выделяющиеся из угля, моментально разлагаются на оксид Н₂ и С.

Второй способ Ромелт процесс (российская плавка) предложен сотрудниками МИСИС и реализован НМК(Новалипецкий металлургический комбинат). Схема «Ромелт»:

1-барбатируемый слой шлака;

2-металлич.сифон отстойник;

3-шлаковый сифон отстойник;

4-горн с падиной;

5-переток;

6-загрузочная вагранка;

7-дымоотводящий патрубок;

8-фурмы нижнего ряда, барботажные для подачи воздуха и кислорода;

9-фурмы верхнего ряда для дожигания и подачи кислорода;

10-слой спокойного шлака.

Восс-ая плавка проходит в жидкой шлаковой ванне, продуваемой кислород содерж.дутьём. Источником тепла в процессе служит энергетический уголь, который и является восст-ем. Главная особенность процесса это одно стадийность получения чугуна. Она обеспеч. за счёт дожигания выделяющихся из ванны восст-ых газов в одношлаковом пространстве агрегата через ряд специальных фурм.

В процессе обеспечиваются хорошие условия для десульфурации и удаляется до 40 % Р.

Преимуществом процесса явл-ся возможность использования необогащённых железных руд и дешёвых энерг. углей, которые в 2-3 раза дешевле коксующихся.Кроме того отпадает необходимость в обогащении железных руд, производстве агломерата и окатышей.

Классификация стали.

Сталью наз-ют деформированный сплав железа с углеродом и другими примесями, при сод-ии углерода менее 2%. Мировое производство стали в год, составляет 800-850 млн. тонн, при этом на долю России приходится ≈ 90 млн. тонн.

Основными способами производства стали явл-ся:

1) кислородно-конвертерный процесс(≈60%)

2) производство стали в электродуговых печах(≈35%)

3) мартеновское производство стали (около 5%)

Помимо перечисленных массовых производств стали существует группа так называемых переплавных процессов на долю которых приходится менее 1% выплавляемой стали, но они необходимы для получения особо чистых высококачественных сталей и сплавов – это ВДП(вакуумный дуговой переплав),ВИП(вакуумный индукционный переплав),ЭШП(электрошлаковый переплав),ПДП(плазменно-дуговой переплав), ЭЛП (электронно-лучевой переплав).

Данные процессы плавки не приводят к изменению хим. состава сплава в процессе плавки, а обеспечивают только его очистку от серы, водорода и других неметаллических включений.

Сталь классифицируют:

1) по способу производства

2) по назначению

3) по качеству

4) по хим. составу

5) по характеру застывания в изложнице и строения получаемого слитка

По способу производства различают:

o Кислородно-конвертерную сталь

o Электро сталь

o Мартеновскую сталь

o ВДП, ЭШП, ВИП,ЭЛП, ПДП

По назначению:

Можно выделить следующие основные группы стали:

o Конструкционные (простая углеродистая или легированная)

o Топочная и котельная сталь

o Сталь для ж/д транспорта (рельсовая, осевая, сталь для бандажей ж/д колес и др.)

o Шарикоподшипниковая

o Инструментальная

o Электротехническая, снарядная, трубная

По качеству делят на группы:

o Обыкновенного качества (S,P≤0,04-0,06%)

o Качественная сталь (S,P≤0,03-0,04%)

o Высококачественная сталь (S,P≤0,03%)

o Особовысококачественная сталь (S,P≤0,015%)

Различие между этими группами заключается в допустимом сод-ии вредных примесей серы и фосфора, и неметаллических включений.

По химическому составу различают стали:

o Углеродистые, в том числе низкоуглеродистые до 0,25%

o Среднеуглеродистые 0,3-0,6%

o Высокоуглеродистые >0,6%

o Низколегированные при сод-ии легирующих эл-тов менее 2,5%

o Среднелегированные 2,5-10% легирующих эл-тов

o Высоколегированные >10% легирующих эл-тов

o Высоколегированные стали именуются по преобладающему легирующему эл-ту(хромистые, никелевые и т.д.).В странах СНГ принята единая система условного обозначения хим. става стали.

 

Элем-т

С

Mn

Si

Cr

Ni

Mo

W

V

Al

Ti

Co

Сu

Nb

Маркир-ка

У

Г

С

Х

Н

М

В

Ф

Ю

Т

К

Д

Б

15Х3Н2ЮА                                                                                                     А- высококачественная

Если буква А стоит в начале марки стали это значит что эта сталь автоматная с сод-ием углерода до 0,2%(А20). Данная сталь предназначена для обработки металлов на станках-автоматах и она сод-ит повышенное кол-во серы для обеспечения ломкости стружки.                                                              Для углеродистых марок сталей инструментальных используется маркировка У7, У10, где цифры обозначают сод-ие углерода в десятых долях %.

ПО характеру затвердевания стали в изложнице различают:

o Спокойную

o Полуспокойную

o Кипящую

Поэтому же принципу различается и строение затвердевшего слитка. Поведение стали в

изложнице зависит от степени раскисленности стали.