Новые процессы получения металла (металлургия железа)

трафитовые электроды; 6 - трансформатор; 7 - медные водоохлаждаемые мектрододержатели; о — колпак вытяжного устройства

зультате ее плавления в высокотемпературной зоне, граничашей со слоем шлака. Образующиеся капли металла проходят через слой шлака и накапливаются на подине печи.

Преимуществом способа Любатти является возможность по­ лучения металла с низким содержанием серы (0,01—0,03 %), благодаря интенсивному ее удалению во время нагрева, а также возможности десульфурации при прохождении капель металла через слой шлака. В этом процессе можно получать жидкий полупродукт, содержащий 1,3—2,8 % С. Регулируя тепловой и шлаковый режимы плавки, можно обеспечить се­ лективное извлечение железа при незначительном восстанов­ лении и переходе в металл Si, Мп и Р.

Недостатком процесса является отсутствие необходимых условий для дожигания выделяющегося при восстановлении газа, утилизации его тепла, высокий расход электроэнергии (2200-3225 кВт • ч/т в зависимости от условий плавки).

Процесс по второму варианту с погружением электродов не в шлак, а в рудно-угольную смесь осуществлен в лабо­ раторных условиях. Опыты показали, что благодаря выделяю­ щемуся газу в слое рудно-угольной смеси происходит интенсивное перемешивание частиц этого слоя, что обеспе­ чивает быстрый его нагрев, выравнивание температур в объеме слоя, облегчается подвод тепла к различным реак­ ционным участкам. Процесс характеризуется высокой произ­ водительностью и значительным колебанием состава получае­ мого жидкого металла (содержание углерода изменяется от

0,5 до 0,4 %). Известны и другие предположения по осу­ ществлению подобных процессов, которые,однако,не вышли из

разных участках слоя практически невозможно обеспечить одинаковое соотношение частиц руды и твердого восстанови­ теля. Это приводит к неравномерности развития восстанови­ тельного процесса в объеме слоя и, соответственно, тре­ бует подвода разного количества тепла. Осуществить это в реальных условиях не представляется возможным.

Задача облегчается при использовании рудно-топливных окускованных материалов, в которых при соответствующей подготовке содержание окбидов железа и твердого углерода

вобъеме практически одинаковое.

Вэтом случае потребление тепла при развитии эндотер­ мических реакций прямого восстановления будет локализо­ ваться объемами рудно-топливных окатышей или брикетов. Причем подводимое тепло будет обеспечивать развитие реак­ ций прямого восстановления уже при таких температурах, которые значительно ниже температур плавления руды и золы топлива. В связи с этим особый интерес представляют одно­ стадийные высокотемпературные процессы прямого получения жидкого металла, основанные на использовании рудно­ угольных окатышей или брикетов. Такой процесс предложен в

нашей стране и осуществлен в качающейся отражательной регенеративной печи с кипящим шлаковым слоем. Он получил название КШС-процесс (рис. 59).

Для получения рудно-топливных окатышей можно использо­ вать тонкоизмельченные рудные материалы (руда, концент­ рат, окалина) в количестве 72—76 %, а также твердые

количестве 4—5 % от всей массы шихты. На грануляторе получают сырые окатыши размером 20—30 мм, которые затем подвергают сушке при 100—250 °С в течение 5—8 ч.

Подготовительные окатыши непрерывно загружают в печь на поверхность расплавленного шлака (1500—1650 °С). Ока­ тыши, имеющие объемную массу 2,44—2,48г/смэ, частично погружаются в толщу шлака, где происходит их восстановле­ ние, которое практически завершается к моменту расплавле282

Процесс КШС можно осуществлять по различным схемам: в одной качающейся отражательной печи, где накопленный в ванне металл в последующем доводится до марочной стали и частично выпускается (монопроцесс), либо в отражательной печи получают жидкий полупродукт с контролируемым содер­ жанием углерода, а доводка металла проводится в электро­ печи (двухстадийный процесс). Во втором случае операцию перелива полупродукта в электропечь можно сопровождать десульфурацией металла синтетическими шлаками. Удельная

Преимуществом процесса КШС является возможность непре­ рывного контроля и регулирования технологических парамет­ ров и получения металла с низким содержанием Si; Mn; Р, примесей цветных металлов и газов. Недостатком процесса является повышенное содержание серы в получаемом продукте (0,058—0,076 %), что требует дополнительной обработки ме­ талла с целью его десульфурации, а также большие потери железа со шлаком. Аналогичные процессы разрабатываются во многих странах.

Они обладают рядом преимуществ по сравнению с ранее рассмотренными процессами. Для сравнения в табл. 30 при­ ведены основные показатели процессов, осуществляемых в трубчатых вращающихся печах, во вращающемся конвертере и отражательных печах. Как следует, в агрегатах последнего типа восстановление протекает с большей скоростью при меньших затратах угля, топлива и кислорода.

Одностадийные способы, осуществляемые по схеме плавление—восстановление

Процессы этого типа включают предварительное плавление железорудных материалов с последующим восстановлением оксидов железа из расплава. В качестве восстановителя мо­ гут быть использованы газы (СО, Н2, СН4), твердый угле­ род, вдуваемый в расплав, или углерод, растворенный в ме­ таллической ванне. Основной предпосылкой для разработки таких процессов являлось стремление увеличить скорость восстановления оксидов железа, а следовательно, и произво­ дительность процессов прямого получения жидкого металла. 284

Т а б л и ц а 30. Основные показатели высокотемпературных

восстановител и ыж процессов

окатыши

w *Мазут, кг/т. **Общий расход угля на восстановление и отопление печи. Производительность, т/(м* • сут).

Однако сложность технологической разработки процессов такого типа, отсутствие огнеупорных материалов, способных надежно работать при воздействии на них агрессивных желе­ зистых шлаков, сдерживают до настоящего времени их опро­ бование в промышленных условиях. Большинство предложенных процессов опробованы лишь в лабораторных установках.

В 50-е годы в США и нашей стране одновременно были проведены полупромышленные эксперименты по осуществлению процессов, заключающихся в последовательном расплавлении руды и восстановлении оксидов железа и других металлов из рудного или рудно-флюсового расплава вдуваемым твердым углеродом.

FemОHJB - (FetnОn);

(FemO„) + л[С] = mFe* + ttCO.

Монооксид углерода, образующийся при восстановлении, и водород от разложения вдуваемого топлива дожигается непосредственно над ванной в токе кислорода. Кислород вдувают так, чтобы зона высоких температур (~ 2500 °С) была расположена возможно ближе к поверхности ванны, тем­

ной восстановление Si, Мп и Р не происходит.

Загрузка концентрата в реактор осуществляется спе­ циальным питателем с быстро вращающимся диском. С его по­ мощью концентрат отбрасывается к стенкам реактора, где направление его потока изменяется с горизонтального на вертикальный. В результате вдоль стен по окружности реак­ тора образуется вертикальный поток концентрата, отделяю­ щий огнеупорную кладку от внутренней высокотемпературной зоны. В связи с этим температура футеровки не превышает температуры нагреваемого концентрата. В потоке концентрат

как в условиях интенсивного кипения ванны их разделение в реакторе невозможно.

Преимуществом процесса является высокая теплоотдача от факела к ванне, возможность получения металла с низким содержанием Si, Мп и Р. Недостатком— необходимость внепечной обработки металла с целью его десульфурации.

Аналогичный процесс восстановления железа из расплава растворенным в металле углеродом осуществлен в индукцион­

в секцию 2, где углерод металла расходуется на восстанов­ ление оксидов железа из расплава. Выделяющийся монооксид углерода используется для нагрева и частичного восстанов­ ления руды в трубчатой вращающейся печи 5. Регулируя по­ дачу угля в секцию 1, можно получать металл с различным

говую электропечь с закрытой дугой либо ВЧ— индукционную электропечь.

В верхнюю камеру сверху по периферии подается концент­

окислов железа (до FeO). Оставшийся уголь частично кок­ суется и вместе с расплавом, содержащим FeO, поступает в нижнюю камеру. Здесь накапливаются чугун и шлак, на по­ верхности которых образуются слои кокса и губчатого желе­ за, так как расплавленный монооксид железа при контакте с

Горение угля в верхней камере регулируется таким обра­ зом, чтобы получалось достаточное количество кокса для обеспечения процесса восстановления. Образование чугуна происходит при плавлении губчатого железа вокруг электро­ дов в дуговой печи, либо за счет нагрева в индукционной электропечи.

Чугун и шлак выпускаются из печи периодически по мере

с отходящими газами удаляются мышьяк, свинец, цинк, щелочные металлы и частично фосфор. Отходящие газы посту­ пают в бойлер, в котором вырабатывают пар, используемый в паровой турбине, которая обеспечивает работу компрессора установки для получения кислорода и электрогенератора плавильной печи.

Преимуществами процесса Инред являются: быстрая, с вы­ соким к.п.д., передача тепла нагреваемым материалам, воз­ можность использования сернистых углей с высоким содержа­ нием золы и бедных железорудных материалов. Однако этот