Восстановление железа

Страница 2

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. Но это не беда. 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. Использование водорода для нужд черной металлургии — реальность недалекого будущего.

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.

В целом ряде лабораторий страны изучают взаимодействие молекул воды и так называе­мых энергоаккумулирующих веществ - спла­вов, в состав которых входят алюминий, кальций и кремний. Опять-таки происходит разло­жение молекул воды, отбирается кислород и, выделяется водород.

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 нашей ста­ринной профессии, ни у кого не возни­кает.

При всей внеш­ней таинственности наименования энергоакку­мулирующие вещества - ЭАВ - встречаются достаточно часто. Их, скажем, легко получить из золы, запасы которой в нашей стране по­истине неисчерпаемы.

Как видите, мы снова выяснили, что необ­ходимо ввести в металлургию прямое водо­родное восстановление железа, теперь мы пришли к тому же, исходя их энер­гетических позиций. Кроме того, водородное производство безотходное. Значит, атомная металлургия сулит выигрыш по всем трем направлениям, на которых основано современ­ное экономичное производство - минимум топлива и сырья, максимум забот об окружа­ющей природе.

Разумеется, водородное восстановление - ­только начало технологического цикла метал­лургии. Но и остальные звенья - будь то конвертеры, электропе­чи, заводы-автоматы, аппараты малооперационной технологии - требуют хорошего исход­ного сырья. Им будет восстанов­ленное водородом железо, то есть побочный продукт ядерных реакторов. Когда речь идет о научно-техническом прогрессе, нельзя ограничиваться технологи­ческими схемами - сами по себе они ничего не решают. Необходимы новые формы содру­жества науки, техники и производства. Без них новшество, интереснейшие проекты, блестящие разработки ученых застрянут в лабораториях или предстанут в натуре лишь в виде небольших опытных установок, а производство, промыш­ленность по-прежнему будет ориентироваться на "дедовскую" технологию.

Практическая реализация метода прямого восстановления железа в бывшем СССР.

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 (г. Старый Оскол) – 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.

Уже на первом этапе строительства комбинат характеризовался следующими весьма внушительными показателями:

Годовая мощность комбината по производству –

окатышей окисленных 2433 тыс. тонн,

окатышей металлизированных 1700 тыс. тонн,

стали 1450 тыс. тонн,

проката (товарного) 1240 тыс. тонн

Число работающих –8127 человек.

Производительность труда (выработка товарной продукции в пересчете на одного работающего в год в натуральном выражении) – 152,6 тонн.

Общая сметная стоимость строительства - 2367,2 млн. рублей

Из них промышленного - 1907,7 млн. руб., в т.ч. по комбинату 1447,8 млн. руб.

Продолжительность строительства 5 лет.

Заданный объем производства комбината - (крупносортный прокат) не имел в то время аналогов в мировой практике. Однако, потребность в таком количестве чистого сортовогометалла, была явно завышена. Основным потребителем металла такого качества было производство шарикоподшипников. В последствие сортамент проката был расширен за счет среднесортного и мелкосортного проката, а в перспективе и толстолистовой стали.

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.

Ознакомившись с содержанием проекта, бывший начальник доменного отдела Гипромеза, доктор технических наук, Н. К. Леонидов высказал мнение, о том, что строящийся в Старом Осколе ОЭМК будет убыточным. Он полагал, что в стране нет ни кадров, знающих этот новый технологи­ческий процесс по всему металлургическому циклу, ни соответствующего оборудования, что большую часть оборудования придется закупать за границей, кроме того, в стране нет достаточного количества богатой железной руды, а так же потребуются большие капитальные вложения в строительство такого предприятия. В результате всего перечисленного следует ожидать высокую себесто­имость продукции. По мнению Н. К. Леонидова, использование подобной технологии могут позволить себе Иран, Саудовская Аравия, Кувейт и другие страны богатые нефтью. Для восстановления железа и использования его в виде металлизированных окатышей требуется очень много электроэнергии. Получение губчатого железа целесообразно в странах богатых запасами природного газа и железных руд, а так же дешевыми источ­никами электроэнергии. Кроме того, губчатое железо со временем окисляется, происходит его пассивация, в результате при небольших размерах окатышей возникают сложности с их непрерывной загрузкой в дуговую электропечь. Поэтому при окислении металлизированных окатышей приходится их использовать в доменном производстве, что экономически не выгодно.