Губчатое железо получается путем восстановления концентратов или высококачественных железных руд в условиях воздействия на них относительно низких температур - менее 1100 градусов Цельсия. Такие процессы исключают плавление руды и ее спекание.
История
Достаточно давно было доказано, что получать сразу же железо из руды возможно. В лабораторных условиях этот процесс легко осуществить. Вследствие этого перед металлургами стояла задача по созданию технологических методов добычи железа в промышленных объемах непосредственно из руды. Сейчас такие методы найдены и внедрены в производство.
Железо, получаемое прямо из руды, получило название губчатого. А методы получения – бездоменные или способы прямого восстановления.
Первые опыты получения губчатого железа без использования доменных плавок в Советском Союзе предпринимались в 50-х годах прошлого века.
Первое производство этого металла в промышленность внедрили в 70-х годах. Первые технологические способы получения губчатого железа без использования домны отличались незначительной производительностью. Получаемый продукт содержал много разнообразных примесей.
Новый толчок этому производству дал природный газ. В 80-х годах XX века он стал широко применяться в горно-металлургическом производстве. Тогда было установлено, что он идеально подходит для осуществления прямого восстановления железа из руды. Более того, начали широко использоваться и иные неприродные газы (попутный газ нефтедобычи, газовые фракции при газификации разнообразных углей, и т. п.).
Совершенствование технологических процессов и внедрение их в 90-е годы привели к тому, что энергоемкость и капитальные затраты на прямое восстановление железа существенно снизились. Начался значительный рост производства железа не доменным способом.
Прямое внедоменное получение губчатого железа - процессы, когда металл восстанавливается из руды при помощи газов, твердого углерода. А также совместно - твердого углерода и газа. Он осуществляется при температуре порядка 1000 градусов Цельсия. При этом природную породу не доводят до шлакования, примеси в ней не восстанавливаются, вследствие чего металл получается достаточно чистым. Специалисты называют этот процесс и иными терминами:
- прямое получение губчатого железа;
- безкоксовая металлургия;
- бездоменная металлургия;
- частичная металлизация руды.
В настоящее время способы добычи метала такими методами в производственных масштабах практикуются в России, Китае, Швеции, Германии, Великобритании, Норвегии и других странах.
Все известные методы делятся на две группы:
- железо образуется под воздействием на руду газообразного восстановителя;
- под воздействием на железную руду твердого восстановителя.
Способов получения губчатого железа бездоменным методом запатентовано почти пятьсот.
Восстановление железа газообразным веществом
Для газообразного восстановления используют водород и окись углерода. Обычно используют способ, когда железную руду измельчают и нагревают до 850 градусов с последующим обжигом. Потом ее направляют во вращающуюся трубчатую печь. Там металл восстанавливается под воздействием движущихся навстречу рудной массе восстановительных газов. Перед выходом из печи он попадает в охладительной контейнер. Потом конечный продукт измельчают с использованием шаровой мельницы.
В последующем масса проходит через специальный магнитный сепаратор. Отсортированное сепаратором железо далее поступает под пресс, который осуществляет формирование губчатого железа в брикеты.
Получение железа твердым восстановителем
Если на производстве задействована технология получения губчатого железа путем твердого восстановления, то этот метод подразумевает в себя следующие операции:
- дробление и измельчение руды;
- для достижения высокой концентрации железа, не более 3% пустой породы, осуществляется магнитное обогащение;
- обогащенная руда смешивается с топливом органического происхождения, в состав которого входят древесные опилки и иные аналогичные органические структуры;
- создание из получившейся массы брикетов, с последующим перемещением их для обжига в печь.
Восстановление железа происходит вследствие сгорания углерода, который заключен в брикетах.
Полученное губчатое железо, как при твердом, так и газообразном восстановлении, в последующем направляется на стандартную переработку для получения стали.
Переплавка обычно осуществляется в электропечах, при этом в металл вводят необходимое количество углерода и иных примесей.
Классификация процессов
Металлурги классифицируют процессы бездоменного получения железа по виду конечного продукта, а именно:
- производство материалов для домны с частичной металлизацией (от 30 до 50 процентов);
- производство железа губчатого, продукта твердого, высоко металлизированного (от 85 до 95 процентов), для последующей переработки в сталь;
- производство железа кричного, пластичного металлизированного продукта;
- производство полупродукта или чугуна в жидком состоянии, для дальнейшего плавильного процесса.
Продукты прямого восстановления
К продуктам прямого восстановления железа принято относить четыре вида:
- губчатое;
- металлизированная шихта;
- кричное;
- чугун или углеродистый полупродукт.
Железо губчатое
Его получают в результате процессов, когда восстановление металлов происходит без плавления, при температуре меньше 1000-1200 градусов Цельсия. Исходя из того, каким было начальное сырье, твердое губчатое железо – пористые структуры, либо окатыши. В определенных случаях это металлический порошок. При этот металл характерен еще и тем, что у него достаточно высокая пористость (формой напоминающая губку) вследствие того, что при восстановлении объемные характеристики сырья претерпели незначительные изменения.
Пористая поверхность такого железа приводит к высокой степени окисляемости в процессе хранения и транспортировки, при воздействии на него неблагоприятной окружающей среды (повышенной влажности).
Химический состав этого металла обязан своему составу первоначальному сырью (руде). По сравнению с ломом, губчатое железо более чистое. В нем минимальное присутствие примесей иных металлов.
Также губчатое железо, полученное прямым восстановлением, отличается и присутствием в нем пустых пород. Из-за того, что исходным материалом являются богатые концентраты и руды, его дополнительным очисткам не подвергают. Вследствие этого железо содержит в себе все включения пустой породы исходной руды.
Губчатое железо нашло свое применение в производстве стали, изготовлении железного порошка и в медной цементации.
Шихта металлизированная
Частично восстановленное железо называют металлизированной шихтой. Ее применяют для охлаждения плавильного процесса, а также для последующей плавки в доменных печах. Уровень восстановления металлизированной шихты ниже 80%. Губчатое железо гораздо чище, степень его восстановления более 90%.
Железо кричное
Кричное железо, получаемое бездоменным способом, производится в трубчатых вращающихся печах. Температура восстановления его в диапазоне от 1100 до 1200 градусов Цельсия. Этот продукт представляет собой небольшие металлические частички, в которых шлаковые примеси. Объем шлака в кричном железе высок, составляет примерно 10-20 процентов. Это железо отличается значительными примесями серы и фосфора.
Применяют крицу для последующей переплавки в домнах. Отдельные технологии используют этот продукт при выплавке стали в электрический печах.
Углеродистый полупродукт или чугун
Эти продукты получают при технологии восстановления твердым топливом. По своим характеристикам они аналогичны тем, которые выплавляют в домнах. Более того, углеродистый полупродукт или чугун иногда получается с гораздо меньшим содержанием посторонних примесей.
Дальнейшая работа с этими материалами для получения стали осуществляется традиционными способами.
