Прямое восстановление железа

Прямое восстановление железа является весьма перспективным, благодаря высокой его чистоте. При этом способе железо восстанавливается непосредственно из руды, в результате чего металл не загрязняется серой и другими примесями из кокса, как это происходит в доменном процессе.

Получаемое железо (продукт восстановления) представляет собой твердый железорудный материал, в котором большая его часть находится в металлическом виде. Из этого железа получают стали с высокими механическими, электротехническими и другими свойствами.

При содержании в продукте восстановления 90–94% металлического железа его называют металлизованным сырьем, при большем содержании – губчатым железом.

Продукты восстановленного железа в основном используют для переплавки в сталь в дуговых сталеплавильных печах. При прямом восстановлении железа в качестве исходного железорудного сырья применяют агломерат, окатыши, а в качестве восстановителя – твердое топливо или газ, содержащий Н₂ и СО. Наиболее известны два способа восстановления железа: восстановление газом в толстом слое и восстановление твердым углеродом.

Производство стали

Сталью называют сплав железа с углеродом при содержании его до 2%, т. е. углерода в стали содержится меньше, чем в чугуне. Кроме углерода в стали содержатся те же примеси, что и в чугуне (марганец, кремний, сера, фосфор и др.), но в значительно меньших количествах.

Процесс производства стали основан на методах плавления чугуна или его сочетании с металлоломом (скрапом) и рудой. При плавке вводят флюсы и раскислители, а в случае необходимости специальные легирующие добавки. При этом.из железоуглеродистого сплава путем окисления удаляется избыток углерода, марганца и кремния, а также вредные примеси (сера, фосфор). Углерод соединяется с кислородом, образуется оксид углерода СО, который сгорает и улетучивается из ванны. Кремний, марганец и фосфор образуют оксиды SiO₂, MnO и Р₂О₅, которые всплывают, формируя шлак. Затем шлак удаляют. Сера переходит в шлак в виде соединения CaS за счет добавки флюса (извести) в основном процессе плавки.

Широко применяют конвертерный (кислородно-конвертерный), мартеновский и электродуговой (в дуговых электропечах) способы выплавки стали. Наиболее высокопроизводительные способы выплавки стали – конвертерный и электродуговой. Производство стали этими способами все более возрастает. Известен ряд более дорогих и менее производительных способов: вакуумный дуговой переплав, вакуумно-индукционный переплав, электрошлаковый переплав, переплав в электронно-лучевых и плазменных печах. Эти способы называют переплавными,.так как в процессах производят переплав стали, ранее полученной конвертерным, мартеновским или обычным электродуговым способами. Эти способы позволяют получать сталь особо высокого качества.

По условиям проведения выплавки стали процесс называют кислым или основным. Кислым называют процесс выплавки стали, когда футеровка печи (конвертера), флюс и шлаки состоят из кварцита и кварца, т. е. из веществ, содержащих кремнезем SiO₂ (кислотный оксид).

Основным называют процесс выплавки стали, когда футеровка печи (конвертера), флюс и шлаки состоят из известняка, доломита, доломитизированного известняка или магнезита, составной частью которых являются основные оксиды кальция СаО и магния MgO. Поэтому, например, сталь, выплавленную мартеновским способом, называют мартеновской кислой или мартеновской основной сталью в зависимости от условий проведения плавки.