Восстановление железа

Восстановление железа

Содержание

Введение . 2

Современное состояние и перспективы развития метода прямого

восстановления железа . 3

Практическая реализация метода прямого восстановления железа

в бывшем СССР . 8

Мировой опыт практической реализации метода прямого восстановления

железа в металлургическом производстве . 13

Заключение . 16

Металлургия — одна из древнейших областей деятельности чело­века. Неслучайно отдельные эпохи истории названы, исходя из распространения того или иного металла: "бронзовый век", "желез­ный век".

В глубокой древности была разработана оригинальная, весьма интересная технология прямого получения железа. На территории нашей страны еще в 1400 году до нашей эры, как утверждают археологи, уже выплавляли железо так называемым кричным методом. Сначала в гopнаx при температуре около 1000 градусов (такую температуру можно создать, не применяя современных способов нагрева) восстанавливали железную руду обыкновенным углем, получали так называемую крицу. Затем крицу, своего рода железную губку, - много­кратно проковывали в горячем состоянии. В результате появилось довольно чистой железо, из которого можно было изготовить различные предметы быта и оружие.

Кричным же способом изготовлена и знаменитая металлическая колонна, которая высится близ города Дели. Воздвигнута она в начале V века нашей эры и изготовлена из железа феноменальной чистоты - металл содержит лишь 0,28 % примесей. Простояла колонна более 1500 лет без каких-либо признаков коррозии.

Со временем двух ступенчатая система восстановления железа углем с последующей ковкой – единственная тогда промышленная схема черной металлургии – отошла в небытие. Ее заменил доменный процесс, который в сочетании с мартеновским и кислородно-конверторным царствует в современной металлургии.

Однако экономика и дополнительные требования к чистоте металла снова вызвали к жизни старый, испытанный метод. Побуждающие причины достаточно очевидны. Кроме дефицита энергоресурсов и в частности кокса, можно указать быстро растущую 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 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 Старо-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. По подсчетам некоторых специалистов, к концу века доля энергии, вырабатываемой атомными электростанциями мира, увеличится до 30—40 процентов. В раз­ных странах строится сейчас около двухсот АЭС, причем непрерывно улучшается техноло­гия, рождаются новые, более экономичные конструкции, наконец, с появлением так назы­ваемых бридерных реакторов -размножителей резко увеличились потенциальные запасы ядерного горючего.

Прежде чем посмотреть, как можно использовать атомную энергию в металлургии, вспомним, что собой представляет современ­ный ядерный реактор классического типа, ис­пользующий реакцию деления ядер тяжелого металла - урана.

Процесс деления происходит в так называ­емой активной зоне. Там и выделяется энер­гия. Тепло отводится из активной зоны специ­альным теплоносителем - вода, тяжелая во­да, жидкие металлы. Затем эту энергию утилизируют. Схема устоявшаяся, традиционная: теплообменник - турбина - генератор. И по­мчался по проводам электрический ток, полу­ченный столь необычным способом. "Атомное электричество", по сути дела, работает и на металлургию, так как входит составной частью в электросистемы и, следовательно, участву­ет в любых устройствах электрометаллур­гии.

Однако под атомной металлургией мы по­нимаем не только использование тепла ядер­ного реактора. Будущий атомно-металлургический комплекс мыслится как нечто передо­вое во всех своих звеньях.

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.

Конечно, есть второй путь — преобразо­вать атомную энергию в электрическую, но всё-таки генеральный путь развития черной металлургии на базе атомной энергии иной. Надо коренным образом изменить технологию, что прежде всего означает переход к прямому восстанов­лению железа.

Сейчас имеются три принципиально отли­чающихся друг от друга вида технологических процессов такого рода с участием атомной энергии.