1.3.2.Процессы жидкофазного восстановления

В этих процессах восстановление железа из руды происходит в жидкой фазе.

Процесс Корекс (Германия) находится в эксплуатации в промышленных масштабах с середины 80-х годов ХХ века. Это плавильно-восстановительный процесс получения чугуна из руды и угля с низкими затратами и минимальными выбросами в окружающую среду. Схема процесса приведена на рис. 28. Кусковую руду или агломерат, или окатыши загружают в восстановительную шахту 14, в которой они восстанавливаются газами до 90% степени металлизации. Образовавшееся губчатое железо транспортером подают в плавильную камеру, в которой происходит окончательное восстановление, плавление и нагрев расплава. Через определенные промежутки времени выпускают чугун и шлак. Для получения чугуна расходуется 1500 кг/т руды, 1200 кг/т угля, 420 кг/т флюсов и 600 м³/т кислорода. Восстановительный газ образуется в плавильной камере 20, в которой газифицируется уголь.

В газовом потоке выносится большое количество пыли, частиц железа. Мелкая пыль задерживается в циклоне 16 и возвращается обратно в плавильную камеру. Восстановительный газ подается в восстановительную шихту. Температура восстановительного газа регулируется добавкой к нему охлажденного газа 18, который получают охлаждением части восстановительного газа в скруббере 17 до 800 – 850 ^оС. Газ, выходящий из восстановительной шахты после очистки и охлаждения может использоваться как топливо в паровых котлах или в установках твердофазного восстановления.

Процесс обладает высокой гибкостью, поэтому возможна его комбинация с процессом прямого получения железа. Производимый жидкий чугун по качеству не уступает доменному, используются дешевые сырьевые материалы (некоксующийся уголь и кусковая руда).

К 1987 г. МИСиСом и НЛМК была отработана промышленная технология жидкофазового восстановления железа (Ромелт). Схема производства представлена на рис. 29. Переработке подвергаются руды, их концентраты, окалина, шлаки, стружка. Особенностью процесса является использование вместо кокса угля обыкновенного качества при большом удельном расходе кислорода (более 500 м³), что в 5 раз превышает его расход в доменных печах.

Восстановительная плавка происходит в жидкой шлаковой ванне 1, которая продувается кислородом. Шихта загружается в печь, сверху. Металл накапливается в отстойнике 2 и выпускается непрерывно или порциями из печи. Так же происходит и выпуск шлака 3. Через верхние фурмы 9 в печь подают воздушно-кислородное дутье для дожигания восстановительных газов. Тепло от сжигания газа большей частью возвращается в шлаковую ванну. Отходящие газы 7 направляют в котел-утилизатор. Наряду с производством железных сплавов в печи могут перерабатываться бытовые отходы с улавливанием вредных газов.

По сравнению с двухстадийным процессом Корекс Ромелт осуществляется в одну стадию, более простой в конструктивном исполнении, при одинаковой мощности основных агрегатов имеет более низкие (10 %) текущие издержки, требует меньших (в 2 раза) капиталовложений.

В настоящее время производство металлизованного сырья не привело к конкуренции с традиционной схемой получения металла, т.к. чугун и металлизованное сырье используется в качестве шихты в разных металлургических агрегатах для выплавки стали разного назначения и сортамента, а при их производстве применяется первичное топливо разных видов. В табл. 16 сравниваются все ранее рассмотренные технологии.

Таблица 16

Сравнительная оценка технологий

Показатель	Доменная плавка	Металлизация в шахтной печи	Процесс
			КОРЭКС	Жидкофазное восстановление
Железосодержащее сырье: Fe, %	не ограничено	68	более 60	не ограничено
Минимальный размер кусков, мм	10	10	10	то же
Использование комплексных руд	возможно управляемое извлечение попутных компонентов	не используется	ограничено	трудно восстановимые элементы теряются со шлаком
Степень извлечения:
Fe	99,5	90 - 96	99 - 99,5	88 - 98
Mn, Cr, V и др.	более 60	-	40 - 60	5
Топливо	кокс и природный газ, уголь	природный газ	рядовой уголь	рядовой уголь
Расход:
твердого топлива, кг/т	350 - 400	-	950 - 1000	4000 - 6000
природного газа, м3/т	-	300 - 400	-	--
кислорода, м3/т	50-150	-	500-550	2000 - 3000
электроэнергии, кВт/ч	50-70	200	230	230
Выбросы в атмосферу, кг/т:
твердых частиц	5 - 6	4 - 5	6 - 8	100 - 300
вредных веществ	2 - 4	2 - 4	2 - 4	360 - 410
в том числе:
серы	0,4 - 1,0	0,5 - 1,5	25 - 75	-
СО	2 - 3	2 - 3	более 325	-
NOк	-	-	0,35 - 0,7	-
прочих	-	-	5	-

Оценка эффективности процессов внедоменного (жидкофазного восстановления) получения железа показывает, что показатели их работы на сегодняшний день, несмотря на улучшение условий труда и экологической обстановки, уступают показателям работы доменных печей, а сами установки представляют собой химико-металлургический и энергетический комплекс со сложным оборудованием.

Таким образом, в условиях дефицита шихты доменное производство и альтернативные ему способы будут дополнять друг друга. Развиваться новые способы получения чугуна будут там, где нет условий для создания доменного производства, но есть возможности выплавки без кокса.