Прямое получение железа

Под процессами прямого восстановления железа понимают способы получения губчатого железа, металлизованного сырья, литого железа или стали непосредственно из железорудных материалов. Получение железа из руд в сыродутных горнах существовало задолго до появления доменных печей и возникновения двухстадийной схемы производства стали. Этот способ характеризовался как малой производительностью, так и низким качеством получаемого металла. Однако идея получения железа непосредственно из железорудных материалов, минуя доменный процесс, вновь возрождена, но уже на современной основе.

Особый интерес к процессам прямого восстановления стал проявляться в последние годы. Во всем мире наблюдается рост дефицита коксующихся углей, необходимых для доменного производства. Это связано с уменьшением их запасов. Кроме того, вследствие ускоренного развития порошковой металлургии возрастает потребность в железном порошке. Повышение требований к качеству сталей и сплавов вызывает необходимость увеличения использования металлизованного сырья (губчатого железа, металлизованных окатышей, крицы). При введении металлизованного сырья в шихту сталеплавильных печей обеспечивается получение металла высокого качества с минимальным содержанием вредных примесей (серы и фосфора) и примесей цветных металлов. Часть металлизованного сырья используют также при выплавке чугуна в доменных печах. В настоящее время все большее развитие получают процессы прямого получения или так называемая бескоксовая металлургия.

Существующие способы прямого получения железа в зависимости от физического состояния получаемого продукта и соответственно температуры процесса разделяют на три группы. К первой группе относятся способы получения губчатого железа и металлизованных окатышей, осуществляемые при сравнительно низких температурах, при которых протекают только восстановительные процессы, без плавления пустой породы. Продукт восстановления получается в твердом виде. Ко второй группе относятся способы получения крицы (слипшаяся масса губчатого железа). Температурные условия процесса значительно выше. Наряду с восстановлением оксидов железа происходит расплавление пустой породы с образованием шлака. Частицы восстановленного металла свариваются, образуя тестообразную крицу. К третьей группе относятся способы получения жидкой стали, осуществляемые при температурах выше точки плавления железа. Конечными продуктами являются жидкий металл и шлак.

Особенности этих процессов прямого получения железа обусловливают различие требований к исходному металлургическому сырью и восстановителям. При производстве губчатого железа и металлизованных окатышей используют богатые, не содержащие вредных примесей руды или концентраты и малосернистые восстановители. Это связано с тем, что пустая порода руд и концентратов в процессе восстановления не претерпевает никаких изменений и остается в твердом продукте, а сера восстановителя может переходить в железо. При производстве крицы, в связи с переходом пустой породы в шлак, который затем отделяется от металла, можно использовать бедные руды и низкосортное твердое топливо. Для получения жидкой стали можно применять богатые пылевидные руды и концентраты, а также брикеты или окатыши и различные угли, в том числе и антрациты.

В качестве восстановителей применяют: 1) газы - монооксид углерода (СО), водород или смеси этих газов: 2) твердые вещества - коксик или различные виды низкосортного топлива.

Способы прямого получения железа можно классифицировать также по состоянию слоя обрабатываемых материалов и соответственно применяемого оборудования:

1. Плотный неподвижный слой (восстановление, осуществляемое в ретортах, конвейерных машинах, тиглях).

2. Плотный подвижный слой (восстановление происходит в шахтных или вращающихся печах).

3. Псевдоожиженный слой, образуемый из плотных слоев при воздействии аэродинамических, вибрационных, электродинамических и других сил. Слой имеет увеличенный объем и частицы в нем движутся подобно тому, как движутся частицы в кипящей жидкости (восстановление осуществляется в колоннах или в трубчатых печах).

4. Взвешенный слой, состоящий из двух фаз, газа и твердых частиц, образует своего рода облако или движется с газовым потоком (процесс осуществляется в колоннах, циклонах, реакторах и кольцевых печах).

Из большого числа разработанных процессов наибольшее распространение получили процессы получения губчатого железа и металлизованных окатышей. Процесс получения крицы, хотя и применяют в ряде стран, однако вследствие невысокой производительности он не является перспективным. Процессы прямого получения жидкой стали пока применяются в опытных и полупромышленных масштабах и не могут конкурировать с двухстадийным способом производства стали (доменная печь - сталеплавильная печь). Однако это не исключает возможность их дальнейшего совершенствования и разработки более эффективных и экономически рентабельных процессов.