Новые процессы получения металла (металлургия железа).

Ю.С.Юсфин, А.А.Гиммельфарб, Н.Ф.Пашков.

Металлургия, 1994 г.

 Исходя из условий экономичности сталеплавильного процесса (минимальное количество шлака), предъявляют жесткие требования к содержанию пустой породы в исходном железорудном сырье. Ее количество в металлизованном материале не должно превышать 4,5—5 %, а следовательно, в исходном окисленном материале (руде, направляемой на металлизацию) должно быть не более 3-3,5%. Нетрудно подсчитать, что содержание железа в исходном железорудном концентрате, например, магнетитовом, должно составлять (100-3)  0,724 -70 %, где 0,724 - содержание железа в Fe₃O₄ (168:232).

Таким образом, первым условием реализуемости обсуждаемого процесса является наличие легкообогатимого железорудного материала, позволяющего получать концентрат, содержащий  69-70 % Fe.

2. При восстановлении в твердофазной области удаления
вредных примесей (фосфор, мышьяк, медь и др.) практически
не происходит. Между тем для качественной стали в электросталеплавильных   печах   без    значительного   перерасхода энергии требуются очень низкие содержания этих примесей в губчатом железе. В связи с этим вторым условием реализуемости процесса получения и проплавки губчатого   железа является низкое содержание вредных примесей в исходном железорудном концентрате (< 0,01—0,02 %).

3.   Широта ассортимента выплавляемых сталей предъявляет повышенные требования к наличию и содержанию в исходной ,руде металлов,   относящихся к группе полезных примесей (никель, кобальт, хром и др.), так как для ряда сталей
эти элементы являются нежелательными. В общем случае наиболее благоприятным железорудным сырьем для получения губчатого железа является богатая по железу и чистая по любым примесным элементам руды.

4.   Продуктом восстановления железорудных материалов в шахтных печах является губчатое железо, названное так из-за своеобразного внешнего вида. Восстановленное при низких температурах, обладающее огромной суммарной поверхностью,   следовательно,   большой   избыточной   поверхностной энергией, реализует эту энергиюспеканием отдельных гранул восстанавливаемого материала с образованием гроздьев и конгломератов, что крайне отрицательно отражается   на процессе в шахтных печах (главным образом, затрудняется движение шихты и газов в печи и нарушается равномерность его тепловой и восстановительной обработки). Поскольку интенсивность спеканияметалла растет с повышением температуры, максимальное ее значение не должно, как правило, превышать 700—900 °С. Однако со снижением температуры и, следовательно, скоростей всех процессов ухудшаются технико-экономические показатели производства.

5.Губчатое железо должно содержать не менее 1-2% С, иначе процесс его плавки в сталеплавильной печи затрудняется. Таким образом, наряду с восстановлениемоксидов железа процессметаллизации должен выполнять требования науглероживания металла.

6.Свежевосстановленное губчатое железо реализует свою
большую избыточную поверхностнуюэнергию окислением металла. В связи с этим металлизованные материалы обладают повышенной склонностью к окисляемости и даже к самовозгоранию (пирофорность железа), причем чем ниже температура восстановления,   тем   в   большей   степени   проявляются   эти свойства. В результате при производстве губчатого железа, особенно   с дальнейшей его транспортировкой, следует принимать специальные меры для подавления окисления и самовоспламенения   его   (пассивация   металлизованных   материалов).

7.В отличие от доменных печей диаметршахтных печей ограничен из-за отсутствия очаговгорения (зон практически равного давления, из которых достаточно равномерно продувается все сечение шахты). Кроме того, в шахтных печах подвод   газа-восстановителя   осуществляется   в   слом   с периферии. Чем больше поперечный размершахтной печи, тем труднее достичь равномерного распределения газа по сечению слоя и, следовательно,   равномерной тепловой и восстановительной обработки слоя, поэтому шахтные печи имеют ограничения по размеру и производительности (максимальная, достигнутая ныне до 800тыс.т в год).

8. Процесс   получения   и   проплавки   губчатого   железа обеспечивает получение стали повышенного качества, поэтому эта технология наиболее выгодна именно с этой целью. Таким образом, процесс получения стали из металлизованных материалов может быть осуществлен лишь при наличии определенных условий: наличие легкообогатимых и не имеющих примесей железных руд; наличие недорогих источников