Прямое восстановление железа

Получение железа в виде губки непосредственно из руды, минуя доменную печь, называют прямым восстановлением железа. Этот процесс протекает без применения кокса, что позволяет получать чистый металл, поскольку фосфор и особенно серу кокс вносит в больших количествах. Агрегатами для реализации этого процесса служат шахтные печи, а в качестве восстановителя чаще всего применяют конвертированный природный газ, состоящий в основном из водорода и оксида углерода (35 %), который подают в печь при температуре 1000 °С.

Расширение использования бедных руд и стремление к более глубокому их обогащению привели к получению тонкоизмельченных железорудных концентратов, для которых появилась необходимость найти новые способы окускования. В связи с этим в подготовку фазы были включены процессы окатывания или окомкования, которые состоят из двух стадий:

1) получение сырых (мокрых) окатышей;

2) упрочнение окатышей (подсушка при 300−600 °С и обжиг при 1200−1350 °С).

Для лучшего окомкования и обеспечения необходимой прочности к железорудному концентрату добавляют связующее вещество, обычно бентонит (мелкодисперсная глина) и воду. После этого в грануляторе получают шарики диаметром 10−20 мм. Основная цель обжига окатышей сводится к упрочнению их до такой степени, чтобы они выдерживали транспортировку без значительных разрушений.

Процесс восстановления железа (производство металлизированных окатышей) в шахтных печах осуществляют в противопотоке: железорудные материалы загружают сверху, а восстановительные газы подают снизу (рис. 3.9).

Удельная производительность шахтных печей в 2–4 раза выше, чем доменных. Металлизированные окатыши содержат примерно 95 % Fe и до 2 % С. Расход природного газа составляет около 400 м3 на 1 т губчатого железа.

Рис. 3.9. Схема процесса получения губчатого железа в шахтной печи:

1 − воздуходувка; 2 − теплообменник; 3 − смеситель газов; 4 − конверсионная установка; 5 − компрессор; 6 − скруббер для колошникового газа; 7 − шахтная печь; 8 − скруббер; 9 − вибрационный грохот; 10 − брикетный пресс

Далее выплавка стали производится в дуговых электропечах. В качестве основных шихтовых материалов используются металлизированные окатыши, стальной лом и различные ферросплавы. После расплавления шихтовых материалов выплавляемую сталь при необходимости науглероживают и доводят до нужного химического состава. Затем проводят диффузионное раскисление и сталь выпускают из печи. Сталь в ковше либо подвергают вакуумированию, либо продувают аргоном с рафинирующим порошком. Длительность плавки составляет 2,5–3 ч. Этим способом выплавляют высококачественные высоколегированные стали.