ЛЕКЦИЯ №7

Материальный и тепловой балансы плавки

Материальный баланс доменной плавки составляют, используя итоги расчета шихты и расчетов количества колошникового газа и дутья. Сопоставление приходных и расходных статей баланса позволяет проверить правильность расчета шихты, расхода дутья и т.д.

В качестве примера ниже представлен материальный баланс доменной плавки:

1

Основные статьи ТБ доменной плавки на 1 кг чугуна

Способы внедоменного (бескоксового) получения железа

Доменное производство имеет существенные недостатки:

•необходимость использования каменноугольного кокса;

•использование железорудного сырья в виде достаточно прочного кускового материала (агломерата).

Решение проблемы получения (в промышленных масштабах) железа, минуя доменный процесс, осуществляется, в основном, следующими способами:

1) твердофазное восстановление – восстановление железа из твердых железорудных материалов взаимодействием с твердыми или газообразными восстановителями по реакциям

Fe2О3 + (С; СО; Н2; СН4) → Fe + (СО; СО2; Н2О)

2)жидкофазное восстановление – восстановление железа в кипящем железистом шлаке по

3)получение карбида железа из чистых железных руд по реакции

3Fe2О3+ 5Н2+ 2СН4= 2Fe3C + 9Н2О

Процесс протекает при температуре ~600°С и давлении ~ 4 атм (0,4 МПа), получают зерна 0,1-1,0 мм, содержащие > 90 % Fe3C.

3

Твердофазное восстановление железа

Процессы твердофазного восстановления железа

Процесс повышения содержания железа в железорудных материалах получил название процесса

металлизации, получаемый продукт — название металлизированного, под степенью металлизации

понимают обычно процент железа в продукте.

По назначению металлизированные продукты обычно делят на три группы:

•продукт со степенью металлизации до 85 % используется в качестве шихты доменной плавки;

•продукт со степенью металлизации 85—95 % используется в качестве шихты при выплавке стали;

•продукт, содержащий более 98 % Fe, используют для производства железного порошка.

Процессы металлизации железорудных материалов осуществляются при температурах, не превышающих 1000—1200 °С, т.е. когда сырье и продукт представляют собой твердую фазу, а также не происходит размягчения материалов, их слипания и налипания на стенки агрегатов. Такие процессы прямого получения железа из руд получили название процессов твердофазного

восстановления.

4

Восстановление оксидов железа

Для восстановления оксидов железа обычно используют в качестве восстановителя уголь или природный газ.

5

Прямое восстановление железа

Существует несколько десятков типов процессов и установок прямого восстановления железа.

Наиболее распространенными являются способы Мидрекс и ХиЛ. Способом Мидрекс производится примерно 2/3 всего мирового производства, способом ХиЛ— примерно 1/4.

6

Прямое восстановление железа

Главным отличием способа Мидрекс является способ конверсии природного газа. Конверсия в этом процессе осуществляется СО2, содержащимся в отходящем из печи газе, по реакции СН4 + СО2 = 2СО + 2Н2.

Перед подачей отходящего газа в конверсионную установку он проходит очистку от пыли и Н2О. Конвертированный газ, содержащий ~ 35 % СО и ~ 65 % Н2, подают в печь при температуре 750 °С. Кроме

этого, в нижнюю часть печи подают охлажденный оборотный газ. Охлажденные окатыши содержат ~ 95 % Fe и ~ 1 % С.

7

ХиЛ

ХиЛ

Основная особенность процесса — применение паровой конверсии природного газа, осуществляемой в аппаратах, в которых расположена кирпичная насадка с добавкой никеля в качестве катализатора.

Реторты загружают и подают в них газ сверху. Для выгрузки готовой губки служат резец и специальные разгрузочные скребки. Губчатое железо поступает на желоб и далее на сборный конвейер, транспортирующий губку в сталеплавильный цех. На каждой установке в газовом цикле участвуют четыре реторты, в каждой из которых протекают различные процессы. В одной реторте происходит предварительный подогрев шихты и восстановление ее газом, выходящим из других реторт и прошедшим освобождение от Н2О, и подогрев. В

двух ретортах происходит довосстановление железа шихты подогретым газом, получаемым в конверсионной установке. В четвертой происходит науглероживание.

8

ПЖВ

Процессы жидкофазного восстановления (ПЖВ)

Инженерные решения организации восстановления железа из руд в жидкой фазе.

В США разрабатывается следующая концепция процесса:

•процесс основывается на плавке в ванне железорудных окатышей и мелкой железной руды вместе с углем, с подачей кислорода в непрерывном процессе с получением полупродукта;

•теплота от последующего горения выделяющихся восстановительных газов должна быть эффективно возвращена в ванну, а технологические газы утилизируются для предварительного подогрева и восстановления руды.

В основе японской программы DIOS:

•использование кипящего слоя для предварительного восстановления железорудной мелочи;

•плавление и восстановление в агрегате с получением чугуна из предварительно восстановленной железорудной мелочи;

•реформирование отходящих газов путем добавки угольной­ мелочи.

Кнастоящему времени в России наиболее известны два инженерных решения:

•процесс COREX

•ROMELT

9

Процесс COREX

В восстановительную шахту 14 загружают кусковую руду. Проходя навстречу току восстановительного газа, материал восстанавливается до губчатого железа (до 90 % Fe). Затем губчатое железо шнековым транспортером подается в плавильную газификационную камеру, где осуществляется окончательное восстановление, плавление и нагрев расплава. Выпуск чугуна и шлака — так же, как и в обычной доменной печи.

10