Казармщиков И.Т. - Производство металлических конструкционных материалов (1092920), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Традиционная двухстадийная технология переработки такихруд на металлургических предприятиях ведется с большими потерями указанныхэлементов.Все это, а также уменьшение запасов богатых железных руд и коксующихсяуглей, экономическая целесообразность маломасштабного производства металлабез использования кокса, возможность повышения качества металла благодаряуменьшению примесей цветных металлов, вносимых со скрапом придвухстадийном производстве, и необходимость создания технологий для болееполного извлечения полезных компонентов из комплексных руд ставят задачуразработки технологий получения металла прямым способом из руд.Опыт показал, что прямые способы целесообразно применять для получения губчатого железа, используемого при выплавке стали, а также производстважелезного порошка.4.2 Основные способы прямого получения железаВ настоящее время предложено большое количество способов прямого получения железа.
Многообразие их объясняется характеристиками перерабатываемого сырья и топлива. Наибольшее распространение получили способы восстановления с использованием различных агрегатов: шахтных печей и реторт,вращающихся печей, движущейся колосниковой решетки, реакторов кипящегослоя. Для процессов прямого получения железа применяют газообразные илитвердые восстановители.4.2.1 Производство железа в шахтных печах и ретортахВ шахтных печах и ретортах получают губчатое железо газообразнымивосстановителями в толстом слое железосодержащих окатышей.В качестве восстановителей применяют конвертированный природный газ,состоящий в основном из водорода (H2) и оксида углерода (CO).Процесс производства железа осуществляют в противотоке железорудныхматериалов, загружаемых в агрегат сверху, и нагретых восстановительных газов,подаваемых снизу (рисунок 15).
Работа агрегата в противотоке дает возможностьдостигать высокой производительности при хорошем использовании газа.Восстановительный газ получают в кислородном реакторе, путем неполногосжигания природного газа в кислороде по реакции:2CH 4 + O 2 = 2CO + 4H 2Полученный газ, содержащий 29% CO, 55% H2 и 13% окислителей (H2O иCO2) освобождают частично от окислителей, нагревают, до температуры 1100 –1150 °С и через фурмы подают в печь. Горячий газ, поднимаясь навстречуопускающимся окатышам, нагревает и восстанавливает их.
Процессвосстановления проходит при температуре 850 – 1050 °С в зоне нагрева и восстановления, расположенной над фурмами печи. Ниже фурм расположена зонаохлаждения, в которой окатыши охлаждаются оборотными газами, предварительно подвергнутые очистке. К оборотным газам для охлаждения добавляютнебольшое количество природного газа, обеспечивающее частичное науглероживание окатышей (около 1%), что целесообразно для сталеплавильного производства. Охлажденные металлизированные окатыши выгружаются из печи непрерывно и поступают в электропечи для выплавки стали.Существует несколько разновидностей этого процесса. Главным отличиемих от описанного выше является способ конверсии природного газа.
В одномслучае она осуществляется двуокисью углерода по реакции:CH 4 + CO 2 = 2CO + 2H 2Конвертированный газ содержит в этом случае около 35% CO и 60% H. Вдругом случае конверсию природного газа проводят водяным паром по реакции:CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2Получаемый конвертированный газ содержит около 14% CO, 58% H2, 21%H2O и 4 – 5%CO2. Перед использованием он подвергается осушке и содержит 16%CO, 73% H2 и 6 – 7% CO2.Разновидностью способа является процесс в периодически действующихретортах, используемых в качестве агрегатов восстановления.
На установке такихреторт четыре. Емкость каждой реторты 100 – 150 т. Реторты переставляются содной позиции на другую, что обуславливает циклический характер процесса,состоящего из последовательных операций загрузки, нагрева и восстановленияшихты, охлаждения и выгрузки губчатого железа. Реторты загружают и подаютгаз сверху.
Выгрузку губчатого железа производят снизу с помощью специальныхскребков. Губчатое железо поступает на конвейер транспортирующий губку всталеплавильное отделение.На установке участвуют четыре реторты, в каждой из которых протекаютразличные процессы. В одной реторте происходит предварительный нагрев ивосстановление шихты газом, выходящим из других реторт. В двух ретортахпроисходит довосстановление железа подогретым газом получаемым в конверсионной установке.
В четвертой происходит науглероживание губчатогожелеза. Готовое железо поступает на конвейер, а в освобожденную ретортузагружают исходную шихту.К недостаткам метода относят:- периодичность процесса;- неравномерность металлизации по высоте;- низкая степень металлизации в сравнении с процессами осуществляемыми вшахтных печах.4.2.2 Производство железа на движущейся колосниковой решетке и вовращающихся трубчатых печахПроцесс получения железа на движущейся колосниковой решеткенесколько напоминает работу агломерационной машины (рисунок 16).В этом случае конвертируемый газ проходит сверху вниз через слой шихты.Основным преимуществом этого процесса является возможность подавать дляпроцесса неупрочненные обжигом окатыши.
Однако промышленной реализациипроцесс пока не получил из-за трудностей осуществлять рециркуляцию газа, безкоторой резко возрастает расход природного газа.Существует разновидность процесса получения железа на движущейсяколосниковой решетке, когда вместо конвертированного газа используют твердыйвосстановитель (каменный уголь, кокс и т.д.).В этом случае сырые окатыши в головной части установки сушат рециркулируемыми газами (рисунок 16), после чего окатыши поступают в зону обжига, где в результате просасывания горячих газов происходит нагрев и восстановление оксидов железа.
Металлизированные окатыши в нагретом виде поступаютв электропечь для выплавки чугуна или полупродукта, используемого всталеплавильном производстве.Недостатком этого процесса является загрязнение губчатого железа пустойпородой, серой и фосфором твердого топлива.Другой разновидностью процесса с использованием твердого восстановителя является способ получения железа во вращающихся трубчатых печах.По этому способу во вращающуюся трубчатую печь (рисунок 17), установленную под небольшим углом к горизонту, загружается шихта, твердого топлива и доломита или известняка. Доломит и известняк используются для десульфурации.
Печь отапливается газообразным или жидким топливом при помощи горелок, установленных на разгрузочном конце печи.По мере продвижения шихты от загрузочного конца печи к разгрузочному,навстречу газообразным продуктам горения, происходит восстановление оксидовжелеза. Восстановление протекает в основном через газовую фазу при участиитвердого углерода. На разгрузочном конце печи восстановленный материал дляпредупреждения окисления охлаждается в специальном вращающемся охладителеи после дробления и последующего магнитного обогащения используется всталеплавильном производстве.В настоящее время в качестве агрегата для восстановления используютустановки, состоящие из последовательно расположенных агрегатов: обжиговаярешетка – трубчатая печь – вращающийся трубчатый холодильник. Обжиг нарешетке осуществляют газами, выходящими из трубчатой печи, в которуюподают также природный газ.К недостатком метода получения железа во вращающихся трубчатых печахследует отнести усложнение восстановительного процесса из-за неравномерногосмешения компонентов шихты, изменения поверхности контакта вследствиисегрегации компонентов, а также из-за колебаний температуры шихты по длинепечи, в результате чего возможен перегрев шихты на отдельных участках печи,приводящий к настылеобразованию.
Губчатое железо полученное вовращающихся трубчатых печах, содержит значительное количество пустойпороды, золу, остатки твердого восстановителя и флюса. Поэтому оно не можетбыть использовано в сталеплавильных агрегатах без магнитного обогащения.4.2.3 Производство железа в реакторах кипящего слояВ основу этого способа положен эффект так называемого кипящего слоя,при котором создаются условия для хорошего контакта мелких железорудныхматериалов с газообразным восстановителем.Сущность явления кипящего слоя заключается в следующем (рисунок 18).Если через слой зернистого материала пропускать восходящий поток газа, то принебольших скоростях газа твердые частицы будут оставаться неподвижными.Слой будет выполнять роль фильтрующего пористого элемента (рисунок 18, а).По мере увеличения скорости газового потока и по достижении критической величины, частички начнут свободно перемещаться.
Слой увеличивается вобъеме и становится похожим на кипящую жидкость, наступает псевдоожижениечастиц.Состояние псевдоожижения происходит при такой скорости газового потока, при которой статическое давление слоя будет уравновешено гидродинамическим давлением газового потока. Если превысить эту скорость, то слой изпсевдоожиженного состояния перейдет в состояние пневмотранспорта и будетуноситься газами (рисунок 18, в).Для создания кипящего слоя под горизонтальную решетку реактора, накоторую загружают исходный железорудный материал, подается горячий восстановительный газ с определенной скоростью.
Эта скорость зависит от диаметраи плотности частиц и в первом приближении пропорциональна квадратномукорню из произведения диаметра частицы на её плотность.Процессы получения железа в реакторах кипящего слоя имеют ряд недостатков, которые оказывают значительное влияние на работу установок этого типа.К наиболее существенным из них относятся спекание частиц, нарушающеестабильность псевдоожижения и очень низкая степень использования газа.
Дляобеспечения процесса приходится пропускать через реактор большое коли-чествовосстановительногогаза.Врезультатевосстановительныйпроцесссопровождается большим расходом газа и тепла.Чтобы предотвратить спекание восстановленного железа процесс ведетсяпри низкой температуре (около 500 °С). железо полученное при этой температуре, характеризуется повышенной пирофорностью (самовозгораемостью навоздухе). Для предотвращения пирофорности полученное железо нагревают до820 – 880 °С с последующим охлаждением в восстановительной или нейтральнойатмосфере.4.2.4 Химико-термический способ получения железаМетод представляет интерес для получения очень чистого железа изтруднообогатимого рудного сырья, содержащего большое количество вредныхпримесей. Он может быть использован также для получения легированнойжелезной губки из комплексных руд.Сущность метода заключается в следующем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
