Процессы прямого восстановления железа реферат
Обновлено: 05.07.2024
Известно, что при всех преимуществах доменная плавка имеет два существенных недостатка: может работать только на окускованных шихтовых материалах и значительное потребление дорогого дефицитного кокса.
Поэтому во всем мире активно разрабатывают и внедряют различные процессы прямого получения железа из руд.
Внедоменные процессы получения жидкого металла непосредственно из железорудных материалов очень многообразны по типу агрегатов, используемых восстановителей и получаемых продуктов, поэтому можно с различных позиций их и классифицировать.
Целесообразно разделить все технологические схемы внедоменного получения жидкого металла на две группы: многоступенчатые процессы, которые предусматривают две и более стадий на пути переработки железорудных материалов в жидкий металл, и одностадийные — процессы, осуществляемые в одном агрегате.
Многоступенчатые процессы включают стадии нагрева и восстановления железорудных материалов, плавления и рафинирования получаемого металла. Все эти стадии могут осуществляться в агрегатах различного типа, работающих в одной технологической цепи. Например, для нагрева и частичного восстановления железорудных материалов могут быть применены шахтные или вращающиеся печи, реакторы кипящего слоя, циклонные камеры, конвейерные машины или другие агрегаты, а для окончательного восстановления, плавления и рафинирования металла — электропечи (сопротивления, индукционные, дуговые, плазменные), отражательные печи и другие.
Разделение во времени и пространстве стадий восстановления и плавления железорудных материалов, осуществляемых при различных температурах, является основным преимуществом многоступенчатых процессов, так как позволяет повысить стойкость огнеупорной футеровки агрегатов, избежать нежелательного явления — настылеобразования и слипания материалов.
Классификация процессов прямого получения железа из руд следующая: по применяемым агрегатам, типу восстановителя, по состоянию получаемого продукта и по назначению получаемого продукта.
Способы прямого восстановления железных руд можно разделить на три основные группы по температурному режиму, определяющему вид конечного продукта.
1 Процессы восстановления при низких температурах (не выше 1100 0 С) с получением твердого губчатого железа.
2 Восстановление в тестообразном шлаке во вращающихся печах при 1250-1350 0 С с получением сваренных зерен металла, образующих крицу.
3 Процессы восстановления при температурах выше 1500 0 С, конечным продуктом которых является жидкий металл.
Производства металлизированных материалов могут быть двух типов:
а) средневосстановленные (на 30–40%) рудные, концентратные и концентратно-топливные офлюсованные и неофлюсованные окатыши, брикеты и агломераты, предназначенные для использования в доменных печах;
б) высоковосстановленные (до 90–98%) окатыши, брикеты и другие аналогичные материалы, предназначенные для использования в установках прямого получения железа и сталеплавильных агрегатах; такие материалы могут использоваться и как заменитель лома при производстве стали;
в) продукция со степенью металлизации более 98% используется для производства железного порошка используемого в порошковой металлургии.
Введение металлизированных материалов в шихту доменных печей существенно улучшает показатели их работы: можно существенно снизить расход кокса и повысить производительность печи.
Металлизация проводится по двум направлениям.
1. Металлизации может быть как самостоятельной, когда восстанавливаются готовые окатыши и брикеты в отдельных агрегатах, так и совмещенным со спеканием агломерата или обжигом окатышей.
2. Совмещение спекания с металлизацией выгодно с точки зрения энергетических затрат, но технологически более сложно:
а) восстановление материалов газами СО и Н2, которые получают конверсией природного газа в смеси с воздухом, водяным паром или кислородом в специальных агрегатах – реформерах или конвертерах; по другому методу эти газы получают сжиганием твердого топлива с недостатком воздуха, т.е. при переработке этого топлива в газогенераторах;
б) производство концентратно - топливных окатышей и брикетов и последующее частичное восстановление их газами за счет выделяющегося при неполном сгорании топлива оксида углерода.
Мидрекс процесс
При совмещении спекания и металлизации в одном процессе восстановление осуществляют либо за счет твердого топлива, подаваемого в шихту, либо за счет этого топлива и просасываемых через слой восстановительных газов.
Осуществляются такие процессы в шахтных печах, реакторах кипящего слоя, вращающихся трубчатых печах, и при спекании и обжиге – на ленте агломерационной или обжиговой машины.
Сущность конверсии заключается во взаимодействии природного газа с водяным паром, оксидом углерода (IV) или кислородом при температуре 900 – 1450 °С по реакциям:
Эти реакции протекают при наличии специальных катализаторов. Условием успешного их протекания является предварительная очистка природного газа от серы.
Более 70% промышленных мощностей по производству металлизированных материалов работают по процессу Мидрекс, впервые осуществленному в 1969 г. в США. Его принципиальная схема приведена на рисунке 8.1. Сырые окатыши получают из магнетитового концентрата с добавкой бентонита по обычной технологии в барабанном окомкователе 7. Затем они обжигаются в шахтной печи 11 (в последующих конструкциях установки эту печь заменили обычной обжиговой ленточной машиной).
Рисунок 10.1- Схема процесса Мидрекс
Охлажденные до 425 °С окатыши сортируют по крупности на грохоте 15. Отсортированные окатыши направляют на металлизацию в шахтную печь 17.
Окатыши восстанавливают конвертированным газом, полученным при конверсии природного газа оксидом углерода, отходящим из шахтной печи, в конвертерах 21. Перед подачей в конвертеры отходящий из шахтной печи газ очищают от пыли и влаги. Металлизированные продукты со степенью металлизации 95% и содержанием углерода 0,7–1,0% охлаждаются в нижней части печи циркулирующим инертным газом до температуры 50–65 °С, после чего выгружаются в бункер 21, где хранятся в инертной атмосфере до отправки потребителю. Циркулирующий газ охлаждается водой в холодильнике 18.
Одна установка Мидрекс производит в год около 400 тыс. т металлизированных на 90–95% окатышей, потребляя около 1500–1800 м 3 восстановительных газов на тонну продукта. Этот расход можно уменьшить, используя одну часть колошникового газа как топливо, а другую, направляя на конверсию.
Получение железа непосредственно из руды вполне возможно теоретически и может быть легко осуществимо в лабораторных условиях; поэтому задачей металлургов было отыскать способ непосредственного получения железа из руды в промышленном масштабе.
Такие способы в настоящее время найдены и начинают применяться.
Железо, полученное непосредственно из руды, иногда называют губчатым железом, а способ его получения — прямым или бездоменным способом.
Делаются попытки применять бездоменный способ получения железа в заводском масштабе в России, Швеции, Норвегии, Германии, Англии и США. Все известные в настоящее время способы прямого получения железа можно разделить на две группы: 1) способы, при которых железо получают воздействием на руду газообразного восстановителя, и 2) способы, при которых применяют твердый восстановитель.
В качестве газообразных восстановителей применяют окись углерода и водород; взаимодействие их с рудой может быть выражено уравнениями
Окись углерода и водород, участвующие в процессе, не могут быть использованы полностью. В результате процесса получается как бы равновесная газовая смесь, состоящая из окиси углерода, водорода, углекислого газа и водяного пара; поэтому для успешного течения процесса требуется давать избыток восстановителя в количестве до 60% от теоретически необходимого.
Если углерод вводится в процесс в твердом виде, то его количество может быть близким к теоретически необходимому. Реакция восстановления идет по уравнению
В настоящее время запатентовано в разных странах до 500 способов прямого получения железа.
На фиг. 32 представлена схема установки, работающей с газообразным восстановителем. Надписи на фигуре объясняют весь ход процесса. Руду дробят, подогревают до 850° и обжигают; после этого руда поступает во вращающуюся трубчатую печь, где происходит восстановление под действием движущихся навстречу руде восстановительных газов. По выходе из печи через охладительный конвейер масса измельчается на шаровой мельнице; измельченная масса, состоящая из восстановленного железа и пустой породы, проходит через магнитный сепаратор; полученное на сепараторе железо поступает на пресс, где его брикетируют.
В случае применения твердого восстановителя процесс состоит из следующих операций: измельчения руды; магнитного обогащения, в результате которого в руде должно оставаться не более 3% пустой породы; смешивания обогащенной руды с измельченным топливом, содержащим 2—3% опилок или другой органического происхождения массы; брикетирования массы; обжига брикетов в печах, в результате которого происходит восстановление железа за счет углерода, содержащегося в массе брикета.
Дальнейшая обработка полученной губчатой массы и переработка полученного железа в сталь производится так же, как в случае применения газообразного восстановителя.
Полученное таким способом железо имеет вид губчатой массы и называется губчатым. Брикеты губчатого железа переплавляют в электропечах, где в железо вводится требуемое количество углерода и других примесей.
Читайте также: