Бездоменная технология получения металла стадии
Обновлено: 11.05.2024
Создание безотходных производств особенно эффективно на основе принципиально новых технол. процессов. Пример - бескоксовый, бездоменный метод получения стали, при к-ром из технол. схемы исключены стадии, в макс. степени влиявшие на загрязнение окружающей среды: доменный передел. произ-во кокса и агломерата. Такая технология обеспечивает снижение выбросов в атмосферу SO2, пыли и др. вредных в-в, позволяет втрое уменьшить потребление воды и практически полностью утилизировать все твердые отходы.
6. Прокатное производство, виды прокатных ставов.
Прокатное производство, получение путём прокатки из стали и др. металлов различных изделий и полуфабрикатов, а также дополнительная обработка их с целью повышения качества (термическая обработка, травление, нанесение покрытий). По сортаменту продукции Прокатный стан разделяют на заготовочные, в том числе станы для прокатки слябов и блюмов, листовые и полосовые, сортовые, в том числе балочные и проволочные, трубопрокатные и деталепрокатные (бандажи, колёса, оси и т.д.). По технологическому процессу Прокатный стан делят на следующие группы: литейно-прокатные (агрегаты), обжимные (для обжатия слитков), в том числе слябинги и блюминги, реверсивные одноклетьевые, тандемы, многоклетьевые, непрерывные, холодной прокатки.
7. Виды цветных металлов, свойства и назначение важнейших цветных металлов.
- тяжёлые металлы — медь,никель,цинк,свинец,олово;
- лёгкие металлы — алюминий,магний,титан,бериллий,кальций,стронций,барий,литий,натрий,калий,рубидий,цезий;
- благородные металлы — золото,серебро,платина,осмий,рутений,родий,палладий;
- малые металлы — кобальт,кадмий,сурьма,висмут,ртуть,мышьяк;
- тугоплавкие металлы — вольфрам,молибден,ванадий,тантал,ниобий,хром,марганец,цирконий;
- редкоземельные металлы — лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, иттербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, лютеций, прометий, скандий, иттрий;
- рассеянные металлы — индий, германий, таллий, таллий, рений, гафний, селен, теллур;
- радиоактивные металлы — уран, торий, протактиний, радий, актиний, нептуний, плутоний, америций, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий.
К наиболее важным цветным металлам относятся алюминий, медь, магний, никель, титан и (в меньшей степени) мягкие металлы - олово, свинец и цинк.
Алюминий: малый удельный вес, высокая электропроводность, достаточная механическая прочность и большая коррозионная стойкость по отношению к ряду химических веществ. Исключительно ценным является использование, алюминия в электротехнике для изготовления кабелей, шинопроводов, конденсаторов, выпрямителей. Малый вес алюминиевых проводов позволяет осуществлять их подвеску при значительном расстоянии между опорами, не опасаясь обрыва проводов под влиянием собственного веса,
Высокая коррозионная стойкость алюминия делает его в ряде случаев незаменимым материалом в химическом машиностроении (например, при изготовлении аппаратуры для производства транспорта и хранения азотной кислоты, а также пищевых продуктов).
Большое значение имеет применение алюминия с целью предохранения (плакирование, алюминиевая краска) металлических поверхностей, подверженных разрушающему действию различных химических веществ и атмосферной коррозии.
Медь: очень высокая электропроводность и теплопроводность. Широко применяется в электротехнике для изготовления силовых кабелей, проводов или других проводников. Применяется при изготовлении радиаторов охлаждения, кондиционеров и отопления.
Бездоменный способ производства стали
Способ заключается в плавке металлизованной шихты в электропечах, минуя стадию получения чугуна.
Основные стадии процесса:
1. Получение окисленных окатышей;
2. Получение металлизованных окатышей;
3. Выплавка стали;
Для получения окисленных окатышей рудный концентрат смешивают с глинистым веществом, получают в барабанах шарики диаметром 1-2 см, сушат и обжигают в печи. Окатыши содержат более 67% Fe.
Далее окатыши поступают в шихтную печь, где встречаются на своем пути с потоком горячего восстановительного газа (CO + H2, получающийся при конверсии природного газа). Получаются металлизованные окатыши (содержание железа больше 90%).
Металлизованные окатыши переплавляют в сталь в дуговых печах и затем подвергают дополнительной выпечной обработке – вакуумирование, продувка Ar и обработка рафинирующими порошками.
Схема производства экологически чистая. У нас в стране ОЭМК – производительность 1 мин. т.
Производство стали на последнем этапе этого метода осуществляется в электрических или индукционных печах.
Схемы печей следующие
2. Индукционная печь.
Производство стали в мартеновских печах
Мартеновская печь представляет собой печь пламенного нагрева генеративного типа.
В передней части печи имеются окна для загрузки шихты, в задней – отверстия для слива стали и шлака. В нижней части имеются регенераторы для подогрева входящих газов и воздуха.
Печь выкладывается из доломитового кирпича, свод печи – из хромо-магнезитового (он выдерживает температуру до 1800°C). Топливом для мартенов служит либо мазут, либо доменный или коксовый газы.
Сырьё для приготовления шихты:
Различают следующие процессы:
- Рудный: плавка из чугуна 60%, скрапа 20% и руды 20%.
- Скрапный: скрапа 70%, чугуна 20%, руды 10%.
- Рудно-скрапный: чугуна 40%, скрапа 40% и руды 20%.
Во время плавки окислы железа, входящие в состав скрапа и руды, взаимодействуют с примесями чугуна, и происходит окислительная плавка:
Si + 2FeO = 2Fe + SiO2
Mn + FeO = Fe + MnO
Все эти окислы переходят в шлаки и сливаются с поверхности стали. Для окончательного удаления P и S в печь вводят известняк. Он связывает P и S в соединения CaSiO3 и CaO∙P2O5.
Процесс плавки проводят в течение 5-20 часов в зависимости от содержания в шихте примесей, подлежащих удалению.
Ускорить плавку позволяет применение кислородного дутья, что позволяет:
1. Улучшить теплотехническую работу печи (увеличить теплоту сгорания топлива);
2. Ускорить металлургический процесс (кислородом обогащают воздух до 33% или вдувают кислород в расплав);
Так как все металлургические процессы происходят в основном на границе раздела металл-шлак, то при вдувании кислорода в расплав осуществляется значительное перемешивание и ускорение процесса варки стали.
Кроме того, кислородное дутье позволяет более точно удалить примеси из расплава:
Следовательно, применение кислорода дает возможность расширить ассортимент применяемых чугунов, облегчает передел фосфоритных чугунов и дает возможность перерабатывать руды с большим содержанием фосфора.
С применением кислородного дутья в настоящее время выплавляют до 75% мартеновской стали (в капиталистических странах сталь плавят в основном таким способом). В СССР распространено и обогащение воздуха, и пламенный процесс (дутьё + обогащение воздуха), что позволяет проводить скоростные плавки.
Плазменная плавка стали
Плазменная плавка стали – это ближайшее будущее качественной электрометаллургии.
Процесс плавки заключается в следующем. В печь загружается шихта, затем включается плазмотрон (I=10 кА, U=200-500 В) и возникает плазменная дуга с температурой 15000-30000 К. Под воздействием высокой температуры компоненты шихты переходят в жидкое состояние, и происходит плавка стали. Плавка длится 2-3 часа.
Схема печи следующая
Использование плазменной плавки позволяет эффективно повысить качество стали, получать прогрессивные сплавы. Окружающая атмосфера почти не загрязняется. Уровень шума – 110 Дб (в дуговой печи – 160 Дб).
Цветная металлургия
Производство алюминия
Алюминий – самый распространённый металл в природе (общее содержание в земной коре ~8,8 %). Электрохимический способ получения алюминия открыт в 1886 году, сейчас способ тот же, но аппаратурное оформление – современное. Ежегодное производство ~3 млн. тонн. Алюминий используется в авиа- и автостроении в виде сплавов с Mn, Mg, Cu, Si, Ni, Zn, а также широко используется в электротехнической промышленности (провода). В СССР ~12 заводов по производству Al, 2 на Урале (БАЗ, УАЗ).
Сырьё для производства:
4. Каолин Al2O3 ~ 40% (также содержит SiO2) – из них выгодно сразу получать силумин (сплав Al+Si);
Электролитом для производства Al служит расплав глинозёма с криолитом Al2O3+Na3AlF6.
I. Получение глинозёма.
1) Метод Байера (из бокситов, Si< 4%).
Необходимо избавиться от Fe, Si, Ti:
Часть Al уходит в осадок (побочная реакция):
Поэтому, чтобы было меньше потерь Al, перерабатывают сырьё содержащее мало SiO2. Далее:
Все процессы, кроме обжига, проводят в растворе.
2) Метод Яковкина и Линеева.
Метод применим к сырью, содержащему много SiO2. Он основан на спекании нефелина с известняком при Т = 1000-1200°С. При этом образуются NaAlO2, NaFeO2 (алюминат и феррит натрия), CaSiO3.
Эти смеси размалывают и выщелачивают, при этом в раствор переходят силикат и алюминат натрия, в отвал – Fe2O3, CaSiO3.
Добавляют известковое молоко и отводят CaO∙Al2O3∙2SiO2 в осадок.
II Получение криолита.
Его получают искусственным путём из флюоритов (CaF2+SiO2)
SiO2 + 4HF = SiF4 + H2O побочная реакция
Осадок фильтруют и сушат.
Понятие металлизация. Причины недрения технологий бездоменного получения железа.
Металлизация подразумевает собой прямое восстановление оксидов железа до железа металлического из железной руды или окатышей такими газовыми восстановителями, как монооксид углерода (CO) и водород (H2), твердым углем или комбинировано газом и углем, при котором пустая порода не доводится до шлакования, а примеси не восстанавливаются, и металл получается чистым [1]. Технология также носит характерное название как бескоксовая металлургия или бездоменная плавка [2]; в англоязычной научной литературе – Direct Reduction Process (DRP) (с англ. “процесс прямого восстановления”) [3]. Конечным продуктом процессов прямого восстановления железа является Direct Reduced Iron (с англ. “железо прямого восстановления”).
Существующие технологии прямого получения железа являются альтернативными методами производства железа по традиционной схеме, которая включает в себя процесс косвенного и прямого восстановления исходной руды в виде агломерата с получением жидкого чугуна в печах шахтного типа и последующее окисление этого чугуна и лома в электродуговых печах и кислородных конвертерах. Замена классической схемы производства чугуна и стали на новую схему получения железа, прежде всего, связана с необходимостью минимизации материалоемкости и энергоемкости их технологий. Такие причины обуславливаются, прежде всего, повышенной концентрацией и ростом примесей цветных металлов в исходном металлоломе, дефицитом материалов с высоким содержанием железа, и данная тенденция прослеживается еще с 1980-х годов. При этом возникает потребность в использовании наиболее экологически чистых способов переработки железорудных материалов, т.к. агломерация руды и получение угля в коксовых батареях являются источниками сброса шламов и интенсивных выбросов пылевидных отходов [4].
Получение готовой стали без предварительного приготовления жидкого чугуна начались еще 50-х годах прошлого столетия, однако первые попытки промышленно получить металл, минуя классический способ, произошли еще в 1911-ом году в Швеции. После этого был разработан ряд принципиально новых и универсальных методов, и уже начиная с 70-х годов, объемы производства металлизованного сырья неуклонно растут.
В настоящее время существует большое количество универсальных методов переработки железных руд, находящихся как на стадии разработки, так и нашедших свое промышленное применение. В большинстве своем они полностью исключают применение кокса, используя для восстановления продукты расщепления природного газа – СО и Н2, а также уголь. На рисунке 1 изображена схема классификаций этих процессов [5].
Таблица 1 – Классификация процессов металлизации
| Тип восстановителя | Твердофазное восстановление | Жидкофазное восстановление |
| Газ-восстановитель | Шахтные печи Midrex, HYL-III, Armco, Purofer, Arex, Ghaem Реторты HYL-I Реакторы с кипящим слоем FINMET, Fior, Spirex Вращающиеся печи FASTMET, ITmk3 | Плавильный газификатор CCF ПВП-РЭП (ЭЧП) IRON DYNAMICS, FASTMELT, REDSMELT Печь с камерой сжигания Джет-процесс |
| Твердый уголь | Вращающиеся печи SL/RN Шахтные печи BL, KINGLOR METOR, | Плавильный газификатор Corex, Finex Плавка в жидкой ванне Romelt, Hismelt, TECHNORED, AusIron Плавильная камера-ДСП (ВЧ) Инред |
| Углерод металла | Плавильный газификатор DIOS, Hismelt Индукционная печь DECU |
1.1. Твердофазное восстановление железа. Процессы Midrex и HYL.
Твердофазные процессы восстановления железа происходят в твердофазной области при температурах 500-1000К наиболее популярным методам получения железа на основе твердофазного восстановления природным газом можно отнести Midrex и HYL-процессы:
1) Процесс Midrex
Midrex – это способ прямого получения железа при низких температурах с применением печей шахтного типа, в котором в качестве восстановителя используется реформированный газ с температурой 7601. Высокая степень металлизации (достигается до 94-96 %) [222]
2. Использование восстановительного газа при низких температурах
3. Полученное губчатое железо не склонно к пирофорности.
1. Высокие требования к содержанию сернистых соединений в природном газе;
2. Жесткие условия по холодной и горячей прочности загружаемых окатышей [. ];
3. Высокий расход природного газа на 1 тонну восстановленного железа;
4. Высокие капитальные затраты, связанные с использованием реформинга газа;
5. Необходимость в окусковании шихтовых материалов
6. Низкий тепловой КПД
2) Процесс HYL-III
HYL-III – это способ прямого получения железа в печах шахтного типа, в которых восстановление происходит за счет использования газообразного восстановителя, получаемого путем пароводяной конверсии. В 1957-ом году технология HYL была разработана мексиканской фирмой как процесс в стационарном слое: в трех ретортах происходил противоточный тепло- и массообмен между восстановительным газом и шихтовыми материалами, а четвертая использовалась для разгрузки готового продукта и следующей загрузки железорудного сырья [222]. Металлизацию железа в ретортах, работающих по технологии HYL-I, из-за относительного высокого удельного расхода энергии решено было перевести на шахтные печи, имеющие в себе усовершенствованную технологию HYL-III, при этом был сохранен способ получения газового восстановителя и восстановления в условиях высокого давления и температуры [2]. Шахтная печь металлизации поделена на три зоны, через которые проходит шихта: зона восстановления, зона давления и зона охлаждения. Продуктом металлизации является холодное железо или ГБЖ с содержанием углерода, не превышающим 4 % [2]. Конверсия природного газа осуществляется в никелевых катализаторах реформера. По технологии HYL-III производится около 25 % губчатого железа в мире.
1. Высокая степень металлизации (92-95 %)
2. Высокий уровень теплопередачи
3. Низкая температура колошникового газа (400-4501. Необходимость в проектировании систем отмывки от CO2
2. Высокие капитальные затраты для реформинга газа-восстановителя
3. Необходимость в проектировании систем рециркуляции уходящих газов из-за большого в них содержания газа-восстановителя
1.2. Жидкофазное восстановление железа. Процессы Corex и Romelt.
Жидкофазные процессы восстановления железа совмещают в себе низкотемпературный нагрев, восстановление, высокотемпературное плавление и рафинирование продуктов плавки [2]. Такие методы получения железа все же основываются на применении дорогостоящего кокса, однако они устраняют проблему, связанную с необходимостью предварительного окускования железорудных материалов на агломерационных фабриках. При использовании угля вместо кокса возникает необходимость улавливания его летучих компонентов. Применение методов жидкофазного получения позволяет снизить концентрацию вюстита FeO до 2-4 %, восстанавливаемые углеродом при высоких температурах металлы (марганец, кремний, хром, ванадий) практически не переходят в чугун, поступающая с шихтой сера на 80-90% удаляется вместе с газом. Высокое содержание пустой породы в руде ведет к значительным перерасходам энергии на ее плавление и переработку флюса. Конечным продуктом процесса является жидкий чугун.
К наиболее популярным жидкофазным процессам восстановления железорудного сырья следует отнести процессы Corex и Romelt.
1) Процесс Corex
Corex – это процесс получения жидкого чугуна по двухстадийной схеме “восстановление-плавление” с применением твердого угля как восстановителя. Технология была разработана фирмами Korf Engineering GmbH (Германия) и Voest Alpine Industrieanlagenbau AG (Австрия), а детальное ее освоение пришлось на 1980-е годы. Запуск пилотной установки Corex-1000 был осуществлен в 1989-ом году. Конструкция установки, работающей по данной технологии, представляет собой верхний и нижний реакторы: в первом восстановительном реакторе, шахтной печи, начинается процесс науглероживания железорудных материалов и их восстановление продуктами газификации твердого угля с получением губчатого железа; во втором, так называемом угольном газификаторе с вихревым слоем, происходит плавление угля в поясе кислородных фурм, регенерация восстановительного газа, т.е. газификация твердого топлива с образованием CO и H2, а также довосстановление губчатого железа уже из расплава и окончание науглероживания материала.
1. Степень металлизации рудных материалов достигает 90-93%
2. Высокий энергетический потенциал отходящих газов из восстановительного реактора
3. Уловленная в циклонных аппаратах пыль позволяет снизить расход материалов на процесс
4. Загрузка железной руды в плавильный газификатор сокращает расход твердого топлива и вдуваемого кислорода
1. Сложный по конструкции, эксплуатации и тепловой работе агрегат
2. Необходимость окускования пылеватых руд
3. Необходимость в применения систем охлаждения и очистки от пыли газов и специальной пневматической системы вдувания той же пыли и других твердых добавок
4. Производительность установки определяется температурным уровнем процесса, при этом увеличение температуры приводит к слипанию материалов и настылеобразованию
5. Высокие требования к углю
2) Процесс Romelt
Romelt – одностадийный процесс жидкофазного восстановления неподготовленных железосодержащих материалов в плавильно-восстановительной печи с использованием в качестве восстановителя энергетических углей. Технология была разработана Московским государственным институтом стали и сплавов (МИСиС) под руководством профессора В.А. Роменца. Установка металлизации поделена на четыре технологические зоны – металлическая ванна, шлаковая барботируемая ванна, зона дожигания и зона свободного пространства в верхней части печи. Шлаковая ванна, в свою очередь, делится на три теплотехнические зоны:
1) зона спокойного металла, в которой происходит накопление и формирование окончательного химического состава металла в реакции чугуна и расположенным на нем слоем относительного спокойного шлака;
2) зона спокойного шлака, под уровнем барботажных труб, в которой происходит слияние капель жидкого металла, их стекание через слой шлака в ванну и формирование окончательного состава чугуна;
3) нижняя часть зоны барботируемого слоя шлака, в которой осуществляются различные теплообменные и физико-химические процессы – восстановление железа углеродом, десульфурация металла, теплогенерация за счет сжигания горючих компонентов топлива и т.д.
4) Верхняя часть барботируемого слоя шлака, в которой происходят пиролиз угля и газификация углерода, диссоциация гематита, расплавление железорудных материалов и флюса с переводом в шлак, восстановление оксидов железа и науглероживание металла.
5) Зона дожигания, в которой осуществляется теплогенерация за счет экзотермических реакций окисления СО и водорода двухатомного и конвективный теплообмен и передача теплоты излучением от газа к шлаку.
1) Уменьшение материальных и тепловых потерь за счет наличия высокого подкупольного пространства над зоной дожигания
2) Широкие возможности утилизации металлургических и других отходов
1.3. Динамика использования процессов металлизации.
На протяжении многих лет доменный способ сохраняет свою универсальность и высокую производительность. Вместе с ним неустанно развиваются и технологии прямого получения железа.
Исходя из данного аналитического отчета, лидирующее место по выпуску DRI занимает Индия, получившая за год 28,11 млн. т, Иран – 25,75 млн. т, Россия – 7,90 млн. т, Саудовская Аравия – 6,00 млн. т, Мексика – 5,97 млн.т, Египет – свыше 5 млн. т. Большая часть приходится на холодный металлизованный продукт (CDRI), затем горячий металлизованый продукт (HDRI) и горячебрикетированное железо (HBI).
Среди вышеперечисленных стран, активно применяющих различные технологии прямого получения железа и разрабатывающих новые и усовершенствованные процессы металлизации, Российская Федерации занимает 3-е место. По мнению аналитиков компании Midrex, территория Россия имеет наиболее благоприятные условия и большие запасы природного газа для производства качественных металлизованных продуктов и их дальнейшего применения в тепловых агрегатах. Страна имеет прекрасные перспективы выпуска DRI, и уже несколько лет железо прямого восстановления производится на Лебединском ГОКе и ОЭМК [444].
Статистика произведенного металлизованного железа с 1980-го года показана на рисунке.
Рисунок – Соотношение полученного железа прямым путем различными процессами в период 1980-2018 гг.
Как видно из рисунка, лидирующим процессом по металлизации железорудного сырья является Midrex, после – HYL-III, затем идут процессы, основанные на восстановлении твердым углем, и остальные.
1.4. Восстановление железа во вращающихся печах
Большую популярность приобрели процессы металлизации во вращающихся печах. Их применение в промышленном масштабе обуславливается тем, что технологии позволяют перерабатывать различные руды по химическому и фракционному составу и применять уголь любых марок. Получение губчатого железа в ПВП достигается с использованием в качестве восстановителя твердого угля, а в качестве руды – брикетированное железорудное сырье.
На сегодняшний день металлургическое производство использует процесс SL/RN, FASTMET, ITmk3.
SL/RN – это процесс прямого восстановления железорудного сырья в виде окатышей или кусковой руды при помощи твердого угля, осуществляемый во вращающихся печах при температурах 920-11004) Процесс FASTMET
FASTMET – это процесс прямого получения железа с использованием природного газа и нефтепродуктов, осуществляемый на кольцевой печи с вращающимся подом. Технология базируется на процессе Heat Fast, а первые промышленные испытания с ее использованием были проведены в 1990-х годах на камерной печи. FASTMET часто применяется для утилизации и переработки отходов различных металлургических производств. Процесс позволяет проводить металлизацию отходов, содержащих оксиды железа, с получением губчатого железа для последующего производства брикетов или окатышей.
1. Степень металлизации до 90%
2. Возможность использования отходов производства для получения ГБ
3. Возможность утилизации летучих компонентов (возгонов)
4. Возможность вторичного использования получаемого продукта
1. Сложная система газоотчистки и утилизации тепла отходящих газов
2. Высокие капитальные затраты на сооружение модуля FASTMET
5) Процесс ITmk3
ITmk3 (Iron-making Techology Mark 3) – это процесс восстановления рудоугольных окатышей природным газом во вращающейся печи при температуре 13501. Содержание FeO в шлаке не превышает 2%
2. Гибкость в выборе шихтовых материалов
3. Низкая себестоимость продукта
4. Небольшие капитальные вложения
5. За счет эффективного улавливания примесей может использоваться в странах с жесткими законами по защите окружающей среды
Бездоменное производство
В последние десятилетия в мировой металлургии наряду с действующими металлургическими интегрированными заводами (заводами с полным циклом) начали строить мини-заводы, использующие для выплавки стали металлолом. Эту тенденцию породили два обстоятельства.
1. Накопление запасов металлолома при переходе от мартеновского к кислородно-конвертерному производству стали, при котором содержание лома в шихте по сравнению с мартеновским процессом ограничено.
2. Развитие непрерывной разливки стали.
В результате появилась возможность создавать небольшие заводы, используя индукционные или дуговые электропечи, переплавляющие в сталь накопленные ресурсы металлолома. При этом отпадает необходимость иметь в производственном цикле добычу железорудного сырья, его обогащение и окускование, производство кокса. Инвестиционные затраты по такой схеме резко сокращаются, а себестоимость стали конкурентоспособна (с учетом экономии на транспортных расходах) со сталью интегрированных заводов. Это позволяет выходить на рынок металлопродукции сравнительно небольшим частным фирмам, производящим ограниченный сортамент металлопродукции.
1. Индукционная плавка
Происходит в индукционных печах путем нагрева металла токами, возбуждаемыми в нем переменным полем индуктора. При индукционном нагреве теплота выделяется непосредственно в нагреваемом металле, поэтому ее использование оказывается наиболее полным.
Особенности индукционной плавки:
1) индукционная плавильная печь является "чистым" агрегатом для переплавки металлов. Загружаемые металлы и добавки вступают во взаимодействие в зависимости от времени и температуры;
2) температуру и характер ее изменения можно регулировать в широких пределах;
3) интенсивное движение расплава обусловливает его глубокое перемешивание, в результате чего выравниваются состав и температура расплава;
4) температуры поверхностей расплава в режиме поддержания печи в разогретом состоянии или при подаче незначительной мощности немного ниже температуры расплава;
5) электромагнитные силы воздействуют только на металл. Нетокопроводящие включения выталкиваются, происходит самоочистка расплавленного металла;
6) отношение поверхности печи к ее общей вместимости может свободно варьировать в широких пределах.
Недостатком индукционных печей является низкая температура и активность шлака, поскольку он нагревается от металла.
Основными элементами индукционной установки являются печь с механизмом наклона и питающее электрооборудования электрооборудование (генератор повышенной частоты или трансформатор, батарея конденсаторов, щит управления и на крупных печах – автоматический регулятор электрического режима). Основные элементы печи – корпус (каркас), индуктор и огнеупорный тигель, закрываемый в больших печах крышкой.
2.Электродуговая плавка
Происходит в дуговых печах путем нагрева металла электрической дугой. Преобразование электрической энергии в тепловую происходит в электрической дуге, являющейся одной из форм разряда в газах. Для плавки чугуна применяют печи прямого нагрева (дуга горит между электродом и расплавляемым металлом), поскольку очаг высоких температур в них максимально приближен к поверхности металла, и поэтому условия передачи теплоты от дуги к металлу значительно лучше. Наиболее распространены трехфазные печи, в которых имеются рабочее пространство (собственно печь) с электродами и токоподводами и механизмы, обеспечивающие наклон печи, удержание и перемещение электродов и загрузку шихты. Расплавленный металл и шлак выпускают через желоб, наклоняя печь. Загрузку шихты производят сверху, через открытый куполообразный свод, выполненный из огнеупорных кирпичей. Огнеупорная кладка сферического пода и стен заключена в металлический кожух.
Дуговые печи выпускаются серийно, вместимостью 0,5; 1,5; 3; 6; 25; 50; 100 и 200 т. В чугунолитейном производстве применяют обычно печи вместимостью до 50 т.
ПРЯМОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА
Экономика и дополнительные требования к чистоте металла снова вызвали к жизни старый, испытанный метод. Побуждающие причины достаточно очевидны:
дефицит энергоресурсов и в частности кокса
быстро растущая потребность в высококачественном металле.
Авиация, ракетная техника, приборостроение – вот далеко не полный перечень потребителей наиболее чистых металлов.
Метод прямого восстановления железа в наши дни по принципу остался без изменения – специально подготовленная, то есть обогащенная, руда, - концентрат, где содержится основной окисел железа восстанавливается в шахтной печи с помощью УГЛЯ, как это было в древности, или для этой цели используется КОНВЕРТИРОВАННЫЙ ГАЗ - природный метан, но преобразованный в смесь водорода и угарного газа (СО). Он оказался идеальным средством восстановления железной руды. Основной компонент природного газа – метан CH4 разлагают окислением в присутствии катализатора в специальных аппаратах – реформерах .
Получается смесь восстановительных газов – окиси углерода и водорода. Эта смесь поступает в реактор, в который подается и железная руда. Формы и конструкции реакторов очень разнообразны. Иногда реактором служит вращающаяся трубчатая печь, типа цементной, иногда – шахтная печь, иногда – закрытая реторта. Этим и объясняется разнообразие названий способов прямого восстановления: МИДРЕКС, ПУРОФЕР, ОХАЛАТА-И-ЛАМИНА, СЛ-РН И Т.Д. Число способов уже превысило два десятка. Но суть их обычно одна и та же. Богатое железорудное сырье восстанавливается смесью окиси углерода и водорода.
Еще одним направлением развития использование АТОМНОЙ (ЯДЕРНОЙ) ЭНЕРГИИ (тепла ядерного реактора) в металлургии.
Современная технология получения черных металлов требует достаточно высоких температур: выплавка чугуна - 1600 градусов, нагрев – 1400 градусов, термическая обработка проката — 1250 градусов.
Прямо воспользоваться атомными реакторами пока что нельзя, так как подобная «жара» наблюдается лишь внутри активной зоны. Перевод тепла в зону, где сравнительно спокойно, также требует особых условий. Необходимы металлические теплообменники, сооруженные из жаропрочных коррозионных сплавов. Ведь им надо выдержать одновременно воздействие сильных механических нагрузок, радиации и высокой температуры.
Таким образом, очевидно, что применение атомной энергии потребует принципиального изменения всей технологии черной металлургии.
Сейчас имеются три принципиально отличающихся друг от друга вида технологических процессов такого рода с участием атомной энергии.
Первый — высокотемпературное восстановление. Процесс требует 1600 градусов. Поскольку атомные реакторы такой температуры дать не могут, главным агрегатом служит струйно-плазменный реактор, использующий для генерации плазмы - ядерную энергию.
Восстановительный газ — водород, смешанный или без посторонних примесей, расплавляет железо и его сплавы, восстанавливает, и в виде дождя жидких капель металл попадает в плавильную печь, где идут операции легирования.
Существует схема среднетемпературного восстановления, когда процесс протекает при температуре 900 градусов. Восстановитель – водород или в чистом виде, или с примесью окиси углерода. Железо, естественно, находится в твердом состоянии, образуя при восстановлении своеобразную губку.
Метод позволяет полностью без промежуточных звеньев использовать атомно-энергетическую установку. Большую часть газа-восстановителя нагревают в теплообменнике атомного реактора. Правда, там температура невелика. К такому "холодному" газу можно подмешать более горячий, нагретый за счет электроэнергии ядерного реактора. Получается смесь, вполне пригодная для технологии.
Наконец, при низкотемпературном восстановлении тепло поставляется атомным реактором. Можно считать, что тут в чистом виде используется ядерная энергия.
Таковы три вида технологических процессов, которые, по мнению многих специалистов, имеют право на существование.
Конечным продуктом везде являются железо, вода и углекислый газ, причем воду можно снова использовать для получения водорода и кислорода. Таким образом, появляются реальные возможности осуществить замкнутый цикл восстановления железа, создать безотходное производство.
Еще одним, и, конечно, наиболее интересным способом восстановления железа, является возможность – использовать ЧИСТЫЙ ВОДОРОД. Сам процесс восстановления пойдет достаточно быстро, более того, при этом не возникает лишних примесей: продукт восстановления – железо и вода. Однако получение и хранение водорода сопряжено со множеством чисто технических и экономических трудностей. Поэтому чистый водород пока что используют лишь для получения металлических порошков.
высокая скорость восстановления
безотходное производство (отсутствие получения примесей - продукт восстановления – железо и вода).
полная экологичная безопасность
высокая себестоимость водорода
Сейчас водород получают двумя испытанными методами — гидролизом воды и ее электролитическим разложением, проще говоря, электролизом. Существует, правда, химическое разложение, более выгодное, но оно не столь распространено, на что имеется ряд чисто технических причин. Поиск новых способов продолжается, ибо важность проблемы несомненна.
Предварительные расчеты и первые эксперименты показали: можно получать водород с такой низкой себестоимостью, что "водородная металлургия" обретет, наконец, надежную экономическую основу. А если учесть еще полную экологическую безопасность водородных методик, то сомнений в том, что именно они и представляют собой будущее металлургии, ни у кого не возникает.
Значит, атомная металлургия сулит выигрыш по всем трем направлениям, на которых основано современное экономичное производство - минимум топлива и сырья, максимум забот об окружающей природе.
Новые технологии в металлургии:
Замена мартеновского метода производства стали на электросталеплавильный и кислородно-конвертерный методы (около 50% стали уже сейчас производится конвертерным способом).
Создание электрометаллургических комбинатов
Направлено на производство стали из металлизированных окатышей, которые получаются через прямое восстановление железа. На таких комбинатах достигаются гораздо более высокие технико-экономические показатели, чем на комбинатах, использующих традиционный способ получения металла.
Улучшение качества продукта и увеличение выпуска более эффективных его видов.
опережающий рост сырьевой базы, повышение содержания железа, марганца и хрома в концентратах, освоение технологии обогащения окисленных железных кварцитов;
изменение пропорций между способами выплавки стали в пользу кислородно-конвертерного и электросталеплавильного переделов при абсолютном сокращении мартеновского способа;
совершенствование структуры прокатного производства путем опережающего роста выпуска холоднопрокатного листа, проката с упрочняющей термической обработкой, фасонных и высокоточных профилей проката, экономичных и специальных видов стальных труб, в том числе многослойных труб для газопроводов;
применение прогрессивных технологий, особенно в связи с прямым восстановлением железа из руд, развитие порошковой металлургии, специальных переплавов и внепечной обработки стали, непрерывной разливки стали;
более полное использование лома черных металлов и металлосодержащих отходов.
4. Увеличение выпуска готового проката без роста производства чугуна, что произойдет благодаря внедрению технологий сниженной ресурсоемкости.
Бездоменная технология получения металла стадии
Популярная, научная, учебная и публицистическая литература о металлургии
Теория и технология бескоксовой металлургии | Бондаренко Б.Б., Шаповалов В.А., Гармаш Н.И.
Рассмотрены научные основы процессов бескоксовой металлургии. Описаны опытные и промышленные технологии производства металла во вращающихся и шахтных печах, в кипящем слое и в расплаве. Рассмотрены вопросы производства конечного металла из металлизованного сырья, а такжеполучения восстановительных газов.
Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа | Курунов И.Ф., Савчук Н.А.
Книга содержит краткую историческую справку и мотивацию разработки процессов бездоменной металлургии железа. Рассмотрены виды получаемой продукции, ее характеристики, область и особенности ее использования. Анализируется современное состояние всех промышленных и разрабатываемых новейших процессов производства губчатого железа и бездоменного чугуна. Описаны требования к сырью и топливу, физико-химические основы технологии и устройство агрегатов. Приведены технико-экономические, энергетические и экологические показатели основных процессов.
Развитие бескоксовой металлургии | Тулин Н.А., Кудрявцев В.С., Пчелкин С.А. и др.
Издание подготовлено совместно специалистами СССР и ФРГ по проектированию, разработке технологии, сооружению и освоению Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК) – первенца бескоксовой металлургии СССР. Дана характеристика энергетической и сырьевой базы бескоксовой металлургии, изложена технология обогащения руд. Описаны оборудование цехов окомкования и металлизации, гидротранспорт. Проведено сопоставление процессов металлизации окатышей и оценка их эффективности. Большое внимание уделено вопросам охраны окружающей среды.
Металлургия железа: учебник для вузов | Юсфин Ю.С., Пашков Н.Ф.
Учебник посвящен бездоменной технологии производства черных металлов из природного и техногенного сырья. Он создан на основе многолетнего опыта преподавания специальных учебных дисциплин в Московском государственном институте стали и сплавов (технологическом университете). С использованием накопленного экспериментального и производственного материала рассмотрены технологии и проанализированы экологические характеристики новых процессов. В основе научного анализа явлений, протекающих при бездоменном получении черных металлов, лежат новейшие достижения физической химии, теплофизики и теплоэнергетики, газодинамики и других фундаментальных дисциплин Впервые приведены расчеты экобалансов различных технологий.
Ironmaking Process Alternatives Screening Study
This report was prepared as an account of work sponsored by an agency of the United States Government. Neither the United States Government nor any agency thereof, nor any of their employees, makes any warranty, expressed or implied, or assumes any legal liability or responsibility for the accuracy, completeness, or usefulness of any information, apparatus, product, or process disclosed, or represents that its use would not infringe privately owned rights. Reference herein to any specific commercial product, process, or service by trade name, trademark, manufacturer, or otherwise does not necessarily constitute or imply its endorsement, recommendation, or favoring by the United States Government or any agency thereof. The views and opinions of authors expressed herein do not necessarily state or reflect those of the United States Government or any agency thereof.
Читайте также: