1.2 Прямое получение железа

Основные причины возникновения новых процессов получения железа вытекают из недостатков классической схемы: стремление сократить технологическую цепочку и снизить зависимость от использования кокса – основного восстановителя и источника тепла в классической схеме производства стали. Как следствие – в обозначении новых процессов часто используются термины «прямое получение железа» и «бескоксовая металлургия».

По виду производимого полупродукта новые процессы получения железа разделяют на твердофазные и жидкофазные. Доля последних крайне мала (5-6% от всей бескоксовой металлургии) и их полупродукт не может выступать в составе металлошихты в качестве полновесной альтернативы лому.

В качестве восстановителя в твердофазных процессах используют продукты конверсии (перевода в CO и H2) природного газа или продукты газификации углей. Вследствие относительно низкой эффективности применение газификации углей ограничено. В последнее время процессы, связанные с газификацией углей, наиболее активно развиваются в Индии.

В жидкофазных процессах основным восстановителем и источником тепла является уголь.

Процессы прямого получения железа, которые в последнее время привлекают все большее внимание, позволяют получить железо прямым восстановлением вне доменной печи без применения кокса.

В этих процессах не только исключается использование кокса для производства, но и получается металл высокой степени чистоты, поскольку не происходит загрязнения его серой из золы кокса и другими примесями, переходящими в жидкий чугун при выплавке в доменной печи.

Испробовано большое число способов прямого восстановления железа, но в промышленном масштабе осуществлены лишь немногие.

В результате прямого восстановления получают твердый железорудный продукт, в котором большая часть железа находится в металлическом виде. При большой степени металлизации продукт прямого восстановления называется губчатым железом, при меньшей — металлизированным сырьем. Металлизированный продукт предназначен для переплава в сталь в элекгродуговых сталеплавильных печах. При этом обеспечивается получение сталей с высокими механическими, антикоррозионными, электротехническими и другими ценными свойствами. В процессе прямого восстановления исходным сырьем служат агломерат или железорудные окатыши, в качестве восстановителя используют твердое топливо или газ, содержащий Н2 и СО. Процесс производства металлизированных окатышей, осуществленный на проводится в шахтных печах с использованием восстановительного газа, получаемого путем конвертирования природного газа. Природный газ, как известно, состоит из метана, пропана и других углеводородов. Конверсия заключается в разложении метана и других углеводородов при неполном сжигании природного газа с помощью CO колошникового газа, отходящего из шахтной печи. Конвертирование проводится в специальном конвертере, в который подается природный и очищенный колошниковый газ. В результате конверсии образуется восстановительный газ, состоящий из СО и Н2.

Шахтная печь самостоятельными оборотными газовыми циклами. Сверху в печь загружаются железорудные окатыши, из нижней части непрерывно выгружаются готовые металлизированные окатыши. В верхний газовый цикл подается восстановительный газ, получаемый в результате конверсии природного газа в специальном конвертере. Этот восстановительный газ состоит из 30 % СО и 70 % Hj и имеет температуру 800 - 950 °С. В верхней части печи под воздействием восстановительного газа происходит восстановление железа из оксидов. Процесс восстановления и продолжительность пребывания окатышей в верхней половине печи составляют 4 - 6 ч; температура окатышей в зоне восстановления 760 "С. Опускаясь в нижнюю часть печи, металлизированные окатыши попадают в нижний газовый цикл, где осуществляется их охлаждение. Для этого в нижнюю часть печи подается смесь восстановительного и изолирующего газа. Изолирующим газом служит часть охлажденных продуктов сгорания, получаемых при конверсировании природного газа. При выгрузке из печи окатыши имеют температуру около 40 "С. Суммарное время пребывания окатышей в шахтной печи составляет 8 - 12 ч. Готовые металлизированные охлажденные окатыши непрерывно выгружают в бункер, где их хранят в атмосфере инертного газа, так как эти окатыши имеют склонность к вторичному окислению.

В полученных металлизированных окатышах содержание металлического железа 90 - 93%. Эти окатыши являются сырьем для последующего получения стали в электропечах.