Востановления железа

Введение.

Прямое восстановление железа  середине XIX в. в черной металлургии  для получения железа окончательно утвердился так называемый двойной  передел: из руды — чугун, из чугуна — железо. Огромные доменные печи, конверторы, мартеновские печи удовлетворяли потребности промышленности. Однако именно в это время ученые-металлурги Европы и Америки начали искать способы прямого восстановления железа из руды, минуя доменный процесс. Двойной передел, т. е. получение чугуна из руды в доменных печах, а из чугуна железа в мартеновских печах — это двойной расход топлива и электроэнергии, двойное количество агрегатов, механизмов и инструментов, наконец, двойное количество рабочих.  

Технология.

В типовом процессе восстановления железа основной компонент  природного газа – метан – разлагают окислением в присутствии катализатора в специальных аппаратах – реформерах, получая смесь восстановительных газов – окиси углерода и водорода

Отметим, что формы  и конструкции реакторов очень  разнообразны (например, это вращающаяся  трубчатая печь или шахтная печь), как и разнообразен комплекс всего вспомогательного оборудования.

Реакция восстановления эффективно идет только на поверхности твердых частиц руды, поэтому нужен определенный компромисс между сырьем (пылеобразная или пористая форма) и конечной продукцией (спеченными окатышами, брикетами и т. п.).

Зона восстановления шахтной печи, где и восстанавливаются  газом по химическим реакциям:

    Fe₂O₃+3H₂=2Fe+3H₂O – 880  кДж/т Fe (210000 ккал/т Fe)

    Fe₂O₃+3CO=2Fe+3CO₂+250   кДж/т Fe (60000 ккал/т Fe)

Разнообразие технологий, оборудования и сырья создало  большое разнообразие названий способов прямого восстановления, число которых  перевалило за два десятка. Однако только немногие из них прошли опытно-промышленную и промышленную проверку, доказав свою высокую производительность и рентабельность, а также создают готовую продукцию высокого и стабильного качества.

Все эффективные  методы прямого восстановления качественного  железа фактически используют единственный процесс: богатое железорудное сырье (руда или окатыши с содержанием железа не менее 70%) восстанавливается при высоких температурах до содержания железа (85–90% и более) специальной газовой смесью.

Именно поэтому  основное производство железа прямого  восстановления главным образом  сосредоточено в странах, обладающих большими запасами нефти (т. е. попутного газа), природного газа и железной руды, а также ограниченных в ресурсах альтернативного металлолома (т. е. в странах Латинской Америки, Ближнего и Среднего Востока).

На сегодня в  мире наиболее широко распространены технологии прямого восстановления железа компании Midrex (США) (приложение 1) , установки которой работают во многих странах .

К разновидностям Midrex также относятся технологии Corex Midrex, Fastmet, Fastmelt, Kwiksteel и ITmk3 (права на которую принадлежат японской Kobe Steel, а на территории СНГ – Hares Engeneering).

Среди крупных предприятий, использующих технологии Midrex, – российский Оскольский электрометаллургический комбинат (ОЭМК).

Продукция. В результате прямого восстановления железа получают высокометаллизированное сырье сложного комплекса свойств (по составу, структуре, размеру и т. д.), зависящее от примененной технологии. Поэтому классификация этой готовой продукции не вполне установилась и является недостаточно четкой. 
 
 
 
 
 

Заключение.

Предлагается инновационный  способ получения восстановительного газа, который отличается тем, что  в качестве непосредственного топлива  для выработки восстановительного газа используется водоугольная суспензия (ВУС). При этом использование угля с паровоздушным дутьём уступает использованию ВУС, по причине излишних затрат на потерях в тепловых процессах и недостаточной точности использования паровоздушного дутья. Лучшим исходным топливом в процессах металлизации железорудного концентрата являются только водоугольные суспензии. Включение количества воды в состав суспензии позволяет, кроме придания твёрдому топливу жидкого вида, получать восстановительный газ с заданными теплотворными свойствами. Для реакций восстановления становится возможным использование не печей, а реакторов в которых отсутствует излишнее поглощение водорода и угарного газа. При этом упрощаем оценки на основе отсутствия учёта последствий от вторичных реакций в процессе реакций металлизации. Дальнейшую утилизацию не использованных остатков синтез-газа приведенных к виду высокоэнергетичного газа можно утилизировать в стандартную теплоэнергетику или электрогенерацию. При этом теплотворная способность высокоэнергетичного газа может достигать многократно большие значения, чем теплотворность любого из других видов органического топлива, а эффективность использования будет как минимум в среднем в два-три раза выше, чем у того же природного газа.

Описание рынка  продукта

Разрабатываются установки, способные генерировать восстановительный  газ из любых углеродсодержащих материалов и проточные реакторы для одновременной эффективной реализации DRI – процесса. В потоке оксидная фаза может полностью переходить в состояние металла. Этим может характеризоваться производство ЖПВ высокого качества, которое не доступно в других известных ныне технологий производства железа прямого восстановления. В качестве отходов из остатков очищенного газа можно вырабатывать электроэнергию, причём для типовых газопоршневых или газотурбинных установок, а также и тепловую энергию на типовых объектах теплоэнергетики. Отличительной особенностью, даже по сравнению с использованием природного газа, является многократное улучшение экологических характеристик на предлагаемом производстве. При этом в результате сжигания (утилизации) отходов, получаемых при их преобразовании в вид высокоэнергетического газа, получаются выбросы в виде воды и углекислого газа. При глубокой очистке синтез-газа возможно даже его сжигание без образования вредных выбросов из веществ, которые обычно содержатся в исходных углях. Это позволит сжигать высокоэнергетичный газ без использования дорогостоящих фильтров.

Чистота получаемого  губчатого железа, из-за замены передела в печах на использование реакторов, в принципе может достигать 99,8 % без  наличия в составе готового продукта серы, фосфора, азота или их соединений и других веществ входящих в состав природного газа или исходных углей. Это повышает конкурентную способность готовой продукции по сравнению с другими известными методами получения железа прямого восстановления.

Метод прямого восстановления железа находит все большее количество приверженцев по всему миру. Этот процесс  позволяет избежать «дорогой» доменный передел, тем самым снизив сырьевые и энергетические расходы на фоне роста мировых цен на кокс, металлолом и железную руду, а также сокращения поставок сырья необходимого качества.

Продолжаются технологические  поиски различных вариаций метода, использующие менее качественную руду и различные типы углей. Однако экология процесса и качество металла при этом быстро откатываются вниз. Восстановление руды природным газом остается вне конкуренции. Более того, оно создает наиболее чистое сырье, далее – наиболее качественный металл, востребованный самыми высокотехнологичными отраслями машиностроения. Спрос на подобную продукцию остается высоком, поскольку массовая китайская сталь или «западный» металл из многооборотного лома такими качествами не обладают.