Бездоменный способ получения железа

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:

1. Рудный: плавка из чугуна 60%, скрапа 20% и руды 20%.
2. Скрапный: скрапа 70%, чугуна 20%, руды 10%.
3. 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:

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 900° C

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.

и обжига 2Al(OH)₃ Al₂O₃ + 3H₂O

II Получение криолита.

Его получают искусственным путём из флюоритов (CaF₂+SiO₂)

SiO₂ + 4HF = SiF₄ + H₂O побочная реакция

Источник

Бездоменные способы получения железа

Традиционная двухступенчатая схема производства железа (сталей), достигшая высокой степени совершенства благодаря использованию опыта сотен поколений металлургов, является основой сегодняшней черной металлургии — по этой схеме в мире получают около 98% сталей. Современные металлургические агрегаты — доменные печи и кислородные конвертеры обладают колоссальной производительностью — до 12-15 тысяч т металла в сутки.

Вместе с тем, этот метод содержит серьезные внутренние противоречия, так как осуществляется по принципу «два шага вперед — один назад»: на первой стадии — в ходе доменной плавки — происходит не только восстановление железа из оксидов, но и его «перевосстановление» — насыщение железа углеродом. Это вынуждает организовывать вторую стадию — удаление избытка углерода и некоторых других элементов путем окисления.

Вторым противоречием доменной плавки является то, что полученные в результате глубокого обогащения железных руд частички концентрата размером меньше 0,05 мм, способные нагреваться и восстанавливаться за сотые и тысячные доли секунды, по условиям газодинамики доменного процесса должны окусковываться — их превращают в агломерат или окатыши. При этом реакционная поверхность рудного материала уменьшается в тысячи раз, и процессы прогрева и восстановления растягиваются на несколько часов.

Следующий недостаток традиционной технологии заключается в том, что первая стадия — доменная плавка — невозможна без использования кокса. Не только у нас в стране, но и во всем мире ощущается недостаток коксующихся каменных углей. Во многих странах их вообще нет. С каждым годом становится более дорогой добыча коксующихся углей — основная масса их добывается шахтным способом, при этом глубина шахт достигает 1 км и больше.

Серьезно ухудшает экологическую обстановку вблизи металлургического завода коксохимическое производство. Несмотря на применение систем очистки газа и воды, в воздух и воду попадает много вредных для человека веществ: серы, фенолов, альдегидов, других органических соединений, обладающих канцерогенными свойствами.

При продувке чугуна кислородом в конвертерах в атмосферу выделяется большое количество тонкодисперсных частиц оксида железа, что также осложняет экологическое состояние окружающей среды.

Все эти проблемы заставляют ученых и практиков — металлургов разрабатывать новые методы получения железа, которые не имели бы доменного и коксохимического производств. Несмотря на то, что все известные способы без-доменного получения железа пока дороже традиционного — двухступенчатого, работы по их совершенствованию продолжаются.

Следует сразу отметить, что многочисленные попытки получать в массовых масштабах жидкую сталь, минуя доменный процесс, оказались безуспешными. Промышленные способы бездоменной металлургии железа представляют различные варианты восстановления железных руд с получением губчатого или кричного железа, переплавляемого потом в сталеплавильных агрегатах.

Единственный вариант бездоменного получения восстановленного железа реализован в промышленных масштабах в России на Старо-Оскольском электрометаллургическом комбинате в 1984 г.

В качестве исходного сырья используется руда Лебединского месторождения КМА, способная обогащаться с получением «суперконцентрата», содержащего 68-70% Fe и пустой породы не более 3%. Из этого концентрата получают окисленные окатыши, которые затем восстанавливают в шахтных печах. Из рисунка 5.22, на котором представлена схема процесса получения металлизованных окатышей, видно, что кроме шахтной печи (Ш) произ-водственный комплекс имеет три участка: цикл конвертирования природного газа (КПГ), включающий реформер (Р), рекуператор (Т) и холодильник (X); цикл обработки колошникового газа (КГ), включающий скруббер Вентури (СВ) и холодильник (X) и цикл обработки охлаждающего газа (ОГ), состоящий из скруббера Вентури (СВ), компрессора и каплеотделителя (Ц).

Рис. 5.22. Технологическая схема цеха металлизации окатышей ОЭМК

На ОЭМК в качестве топлива и восстановительного газа используется природный газ после конвертирования. Во избежание выхода из строя никелевых катализаторов реформера природный газ предварительно очищается от серосодержащих компонентов вначале фильтрацией через «молекулярное сито» с помощью адсорберов, а затем химическим взаимодействием с ZnO. Окончательное содержание серы в газе 0,0001%.

Реформер природного газа представляет стальную камеру 41x11x9 м, футерованную внутри огнеупорным кирпичом. В реформере укреплены вертикально 288 реакционных труб (РТ), заполненных катализатором.

В днище между трубами расположены горелки, с помощью которых реакционные трубы нагреваются до 1100°С. Конвертированный газ, состоящий из Н₂и СО₂, выходит из реформера с температурой 900°С.

Шахтная печь для металлизации окатышей работает в непрерывном режиме по схеме противотока. Сверху из бункера (Б) окисленные окатыши через труботечку с помощью специального устройства равномерно распределяются по окружности колошника диаметром 5 м. Примерно на середине печи находится фурменный пояс, через который вдувается восстановительный газ с темпера-турой около 760°С, представляющий смесь конвертированного газа с небольшой добавкой природного. Поднимаясь вверх, восстановительный газ нагревает окатыши и восстанавливает оксиды железа. Высота этой зонывосстановления около 10 м. Колошниковый газ с температурой 400°С покидает печь и направляется на участок обработки колошникового газа, где он охлаждается, очищается от пыли и воды и частично используется в качестве газообразного топлива в реформере, а остальная часть возвращается в процесс. В таблице 5.6 приведены составы восстановительного и колошникового газов.

Восстановленные окатыши из восстановительной зоны опускаются в зону охлаждения, где продуваются холодным газом, состоящим в основном из восстановительных компонентов, %: 15 СО, 30 Н₂, 30 СН₄ и 15 N₂ Одновременно с охлаждением идет науглероживание железа. Движение окатышей в шахтной печи обеспечивается работой питателей (П), представляющих трубы, проходящие через печь, с наваренными пластинами.

Таблица 5.6

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.002 с) .

Источник

БЕЗДОМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛИ

В нашей стране такая технология впервые освоена на Оскольском электрометаллургическом комбинате. Суть её заключается в приготовлении из железорудного концентрата окисленных окатышей, их металлизации и последующей выплавки стали. Железную руду вначале обогащают – содержание железа увеличивается с 34 до 74%. К полученному концентрату добавляется глинистое вещество, которое во вращающихся барабанах (окомкователях) склеивает частицы концентрата в комочки – сырые окатыши диаметром 1–2 см. Для придания окатышам необходимой прочности их обжигают на конвейерной машине.

Далее окатыши направляются в шахтные установки металлизации, где и происходит прямое восстановление железа. Шахты представляют собой высокие (64 м) цилиндрические башни с внутренним диаметром 5 м. К нижней части башни подводится горячий (500-800˚С) восстановительный газ. Он представляет собой природный газ, очищенный от серы и подвергнутый углекислотной конверсии, в результате которой метан и другие углеводороды превращаются в СО и Н₂, являющиеся сильными восстановителями. При продувке этой смесью железо восстанавливается, и окатыши становятся металлизованными с содержанием более 90% Fe.

Металлизованные окатыши подают в электроплавильные дуговые печи, в которых получают высококачественную сталь. Слитая в ковши сталь подвергается вакуумированию, продувке аргоном и обработке рафинирующими порошками, отчего её качество ещё более повышается.

Бездоменная металлургия позволяет отказаться от постоянно дорожающего и становящегося всё более дефицитным кокса, от сложного хозяйства коксохимических, агломерационных и доменных цехов. Полученная сталь содержит значительно меньше серы и фосфора, попадающих в обычную сталь из руды и чугуна. Бездоменная металлургия выгодно отличается и в экологическом отношении, т.к. исключает загрязнение окружающей среды сернистыми газами и другими вредными веществами.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ, ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА И СВАРКИ

ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ СПОСОБОВ ОМД

Обработкой давлением называют технологические процессы изготовления изделий или заготовок путём пластического деформирования материалов приложенным извне усилием.

Достоинствами ОМД являются высокая производительность, экономный расход металла, улучшение механических свойств металла.

Основными видами ОМД являются: прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, объёмная и листовая штамповка.

Источник