Технология прямого получения железа

Метод прямого восстановления железа по принципу остался без изменения – специально подготовленная, то есть обогащенная, руда, -концентрат, где содержится основной окисел железа восстанавливается в шахтной печи с помощью твердого топлива, как это было в древности, или для этой цели используется конвертированный газ - природный метан, но преобразованный в смесь водорода и угарного газа (СО).

Как установлено в настоящее время, можно восстанавливать концентраты руды, которые еще не превращены в окатыши. Более того, оказалось, что концентрат восстанавливается даже с большей скоростью, чем изготовленные из него окатыши. Однако на пути к реализации этого процесса стоят трудности чисто технологического порядка. 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.

Говоря о российских основах метода прямого восстановления железа, следует вспомнить, что в начале семидесятых годов в Туле существовал филиал ЦНИИчермета, где под руководством А. Н. Редько проводились работы по прямому восстановлению железа. Во всем мире для этой цели использовали шахтные печи, как и в древности, а Редько А. Н. создал опытно-промышленную конвертерную машину, где окатыши восстанавливались продуктами кислородной конверсии природного газа. Шахтные печи, с точки зрения специалистов, и дороже и хуже управляемы. Кроме того, они дают металл, примеси которого составляют не менее 8 %. А в установке Редько степень металлизации окатышей достигает 98 %, так что количество примесей снижается в четыре раза. Эти установки широко используются сейчас для получения порошков. Работы лаборатории прямого восстановления и послужили основой первой технологической модели Оскольского электрометаллургического комбината, для получения губчатого железа высочайшего качества.

Как известно, черная металлургия после электроэнергетики прочно занимает второе место по расходу топливных ресурсов. И подобно ей все увеличивает свои аппетиты. Если прибавить к этому изрядную долю электроэнергии, потребляемой многочисленными комбинатами металлургической промышленности — а она стремительно растет,— становится ясно, сколь необходимо было бы найти хотя бы для специальной металлургии новые источники энергии. Так родилась идея радиационного переплава стали. Радиационные печи интересны, конечно, и тем, что их можно питать энергией самого разнообразного происхождения, лишь бы она была лучистой.

Гораздо приятнее вспомнить день рождения "мирного атома". Он датируется абсолютно точно — это пуск первой в мире атомной электростанции в городе Обнинске 26 июня 1954 года.

С тех пор освобожденная энергия атома хорошо послужила человечеству.

Современная технология получения черных металлов требует достаточно высоких температур: выплавка чугуна - 1600 градусов, нагрев – 1400 градусов, термическая обработка проката — 1250 градусов.

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.

Металлургию будущего не без основания часто называют водородной.
Решение о создании в СССР металлургического комбината на базе процесса прямого восстановления железа было принято в 1974 году. Тогда же было подписано соглашение о сотрудничестве при его строительстве с группой германских фирм. Результатом этого сотрудничества явилось то, что в ноябре 1982 года в цехах Оскольского электрометаллургического комбината была получена первая промышленная партия окатышей.

Оскольский электрометаллургический комбинат – первое крупное отечественное предприятие бездоменной металлургии, на котором предусмотрена принципиально новая технология производства металла, основанная на прямом получении металла из руды, что позволяло на базе природной шихта получать высококачественный прокат, характеризующийся особой чистотой по содержанию вредных примесей и однородностью химического состава.

В основу технологического процесса прямого восстановления железа при проектировании комбината положен Мидрекс - процесс (разработанный в США фирмой "Мидленд-Росс"), он позволял осуществить восстановление окислов железа обожженных окатышей до 95% Fe в шахтных печах природным газом, предварительно конвертируемым кислородом (для получения смеси газов H2 и СО).

Первая в мире фабрика, использующая Мидрекс-процесс, была построена в Портленде, США, в 1969 году Она была рассчитана на производство 400 тыс. тонн металлизованных окатышей в год, используемых в качестве шихты дуговых электроплавильных печей. Кроме того, в 1971 году была введена в эксплуатацию фабрика в Джорджтауте (США).

 В последствии лицензия на Мидрекс-процесс была продана фирме "Вилли Корф А.Г." ФРГ, построившей по этой лицензии небольшой завод около Гамбурга в рекламных целях. На нем перерабатывались шведские окисленные окатыши, содержавшие 67% железа. На заводе имелся агрегат конверсии природного газа. Это предприятие и было в свое время продемонстрировано руководству СССР, что и определило впоследствии основного проектировщика и поставщика оборудования для ОЭМК.

Пример Оскольского электрометаллургического комбината продемонстрировал возможности промышленного получения высококачественного металла путем использования методов прямого восстановления железа в любых необходимых количествах.