Анализ процессов производства первичного железа



ОАО «Узметкомбинат» с каждым годом испытывает возрастающий дефицит металлолома. Годовая потребность комбината в ломе и отходах черных металлов по состоянию на 2012 год составляет 890,2 тыс. тонн, в том числе порядка 280 тыс. тонн (31 %) металлолома завозится по толлингу из ближнего зарубежья. Несмотря на ежегодное увеличение объемов, заготовки металлолома и производства проката до 710,5 тыс. тонн в 2012 году, действующие мощности по производству проката черных металлов задействованы не полностью.

В связи с этим единственно возможным решением сырьевой базы является получение металлизованного продукта на базе существующих железных руд Республики Узбекистан (месторождения Сюрената, Темиркан и Тебинбулак).

В настоящее время наряду с доменным процессом существует ряд способов прямого восстановления железных руд, применение которых в последнее время дало успешные результаты. Под процессами прямого получения железа (ППЖ) понимают такие химические, электрохимические или химико-термические процессы, которые дают возможность получать непосредственно из руд, минуя доменную печь, металлическое железо в виде губки, крицы или жидкого металла.

Преимущества способов ППЖ по сравнению с традиционной технологией оправдывают их применение и открывают большие возможности для их дальнейшего совершенствования.

– материал, полученный непосредственно из железных руд, практически не содержит примесей цветных металлов;

– получение не только высокого содержания железа в концентратах, но и существенной степени отчистки их от серы и фосфора;

– возможность использования энергетических углей или природного газа для замены кокса;

– возможность создания экологически чистой технологии;

– наличие небольших производственных агрегатов, обеспечивающих возможность гибкого изменения производства с учетом конъюнктуры [1].

Сегодня решение проблемы получения железа, минуя доменный процесс, в промышленных масштабах осуществляется в основном следующими способами:

1) восстановление Fe из твердых железорудных материалов взаимодействием с твердыми или газообразными восстановителями (твердофазное восстановление);

2) восстановление Fe в кипящем железистом шлаке (жидкофазное восстановление);

3) получение из чистых железистых руд карбида железа.

Процессы твердофазного восстановления железа (ПТВ).

Повышение содержания железа в железорудных материалах получило название «процессы металлизации». Под степенью металлизации обычно понимают процентное содержание железа в продукте. Продукт данных процессов представляет собой твердую фазу и напоминает пористую губку, поэтому его часто называют «губчатым железом».

Для восстановления оксидов железа в качестве восстановителя обычно используют или уголь (твердый восстановитель), или газ (газообразный восстановитель). Существует несколько типов процессов и установок ППЖ. Наиболее распространенными являются способы Мидрекс (MIDREX, США) и ХиЛ (HyL, Мексика). Способом Мидрекс осуществляется примерно 2/3 всего мирового производства железа прямого получения, способом ХиЛ- 1/4.

Главным отличием процесса Мидрекс является способ конверсии природного газа, которая в этом процессе осуществляется диоксидом углерода, содержащимся в отходящем газе, по реакции CH₄+CO₂=2CO+2H₂. Конвертированный газ содержит около 35 % СО и 65 % Н₂, его подают в печь при температуре 750^оС. Кроме этого, в нижнюю часть печи подают охлажденный оборотный газ. Охлажденные окатыши содержат приблизительно 95 %-Fe, 1 %-С. Основной особенностью процесса восстановления в периодически действующих ретортах ХиЛ (НуL) является применение паровой конверсии природного газа, осуществляемой в аппаратах, в которых расположена кирпичная насадка с добавкой никеля в качестве катализатора. Конверсия протекает по реакции СН₄+Н₂О=СО+3Н₂. Газ перед конверсией подвергается десульфурации. Получаемый конвертерный газ содержит около 14 % СО, 58 % Н₂, 21 % Н₂О, 4–5 % СО₂. Другие способы получения губчатого железа широкого распространения не получили [2]. «Атомная» металлургия. В настоящее время прорабатываются варианты использования тепла ядерных реакторов для проведения операций твердофазного восстановления, а также есть предложения использовать атомную энергию для разложения воды с последующим использованием водорода для восстановления железа. Процессы жидкофазного восстановления (ПЖВ). Одним из методов решения проблемы организации процесса жидкофазного восстановления железа из руд является двустадийный процесс.

Например, процесс DIOS. В данной установке последовательно соединены агрегаты: жидкофазное восстановления, предварительного восстановления в псевдоожиженном слое и подогревав псевдоожиженном слое. Использование предварительно восстановленной руды предусмотрено в процессе HISMELT, разработанном в Австралии.

Во многих процессах жидкофазного восстановления (COREX, PLASMASMELT, SUMITOMO, KAWASAKI) предусмотрено использование отходящих газов для подогрева и восстановления руды. Этот же принцип положен в основу процесса «РУДА-СТАЛЬ». Его особенностями являются: непрерывность, применение рядовых некоксующихся углей взамен кокса или природного газа, минимальная материало- и энергоемкость производства. К настоящему времени наибольшее распространение получил процесс COREX В восстановительную шахту загружают кусковую руду. Проходя навстречу току восстановительного газа, материал восстанавливается до губчатого железа (до 90 % Fe). Затем губчатое железо транспортером подается в плавильную газификационную камеры, где происходит окончательное восстановление, плавление и нагрев расплава. Комбинирование процесса COREX с прямым восстановление позволяет получить экономичный качественный продукт.

Мировое производство продуктов прямого восстановления железа. В 2005 г. мировое производство ППВ железа увеличилось с 2004 г. на 38 % (данные по 23 крупнейшим странам). Крупнейшими регионами по выпуску ППВ железа в 2005г. явились Азия (свыше 25 млн тонн) и Латинская Америка (более 19 млн. тонн). Согласно прогнозу, в последующие годы в мире сохраняться высокие темпы роста производства ППВ железа, поскольку цены на железосодержащее сырьё, очевидно, останутся на высоком уровне [3].

В настоящее время основной задачей организации производства металлизованных окатышей и жидкого передельного чугуна на Узметкомбинате является обеспечение действующего сталеплавильного производства качественной первородной шихтой, заменяющей дорогой и дефицитный стальной лом. Использование в электропечах такой шихты вместо части лома будет способствовать повышению качества стали и гарантировать более стабильные экономические условия ее производства.

Литература:

1. Юсупходжаев А. А., Балгабаева Г. Т. “Прямое получение железа из руд”. Т: ТГТУ г.60с
2. www.geoinform.ru
3. Перспективы энергетических технологий.Сценарии и стратегии до 2050. WWF — М.: 2007–586 с.