Процессы жидкофазного восстановления железа.

В течение последних 20 лет особое внимание уделяется поискам оптимальных инженерных решений организации восстановления железа из руд в жидкой фазе. В ряде промышленно развитых стран действуют государственные программы исследовательских работ для решения этой проблемы. К настоящему времени наиболее известны два инженерных решения, доведенные до промышленного использования.

Первое решение реализовано на заводе фирмы Искор в Претории (ЮАР). Разработчики назвали процесс Корекс. Существо процесса Корекс видно из Рис. 2.28. В восстановителькую шахту 14 загружают кусковую руду (или агломерат, или окатыши, или смесь этих компонентов). Проходя навстречу току восстановительного газа, материал восстанавливается до губчатого железа (до 90 % Fе). Затем губчатое железо шнековым транспортером подается в плавильную газификационную камеру, где осуществляется окончательное восстановление, плавление и нагрев расплава. Выпуск чугуна и шлака — так же, как и в обычной доменной печи. Средний состав получаемого чугуна,: 4,24 % С; 0,6 % Si; 0,33 % S; 0,16 % Р; температура 1493 °С; выход шлака 0,45 кг/т; расход на 1 т чугуна: железная руда 1497 кг; уголь 1183 кг; флюсы 424 кг; кислород 588 м³.

Восстановительный газ образуется в плавильногазификационной камере, где газифицируется уголь (газифицирующий агент — кислород). Благодаря высокой температуре под куполом плавильной камеры-газификатора (выше 1000 °С) высшие углеводороды, выделяющиеся из угля, моментально разлагаются на оксид углерода и водород. Таким образом, в камере не образуются такие нежелательные побочные продукты, как смолы, фенолы и т.п.

Рис. 2.28. Схема процесса Корекс:

1 — железная руда; 2 — известь; З — доломит; 4 — уголь; 5 — кокс; 6 — песок; 7 — осушительное устройство; 8 — грохочение; 9 — дробилка; 10 — колошниковый газ; 11 — отходящие газы; 12 — скруббер колошникового газа; 13 — система подачи угля; 14 — восстановительная шахта; 15 -  восстановительный газ; 16 — циклон горячей пыли; 17 — скруббер охлаждающего газа; 19 — охлаждающий газ; 19 — продукты газификации; 20 — плавильный агрегат-газификатор; 21 — кислород; 22 — выпуск металла и шлака

Газ, образуюшийся в газификапионной камере, состоит из СО и Н₂, а также содержит угольную пыль и частицы железа. Мелкая пыль, в основном, улавливается в циклоне горячей пыли 16 и возвращается в газификатор. Специальная кислородная горелка дожигает углерод в пыли до СО, а также расплавляет золу и другие элементы в пыли. Газы, выходящие из циклона 16, подаются в восстновительную камеру- шахту 14. Здесь происходит восстановительный процесс одновременно с десульфурацией газа. С учетом добавления охлаждающего газа 18 температура восстановительного газа 15 находится в оптимальном интервале 800—850 °С. Газ, выходящий из восстановительной шахты, очищается и охлаждается в скруббере 12 и затем его можно использовать для производства электроэнергии, на химических производствах или на расположенных рядом агрегатах твердофазного восстановления железа; последний вариант — предпочтительней. Комбинирование процесса Корекс с прямым восстановлением позволяет получить экономичный качественный продукт.

На Рис. 2.29 представлена схема печи ПЖВ другого типа — конструкции МИСиС, установленной на НЛМК. Восстановительная плавка происходит в жидкой шлаковой ванне, продуваемой кислородсодержащим дутьем. Источником тепла в процессе служит энергетический уголь, он же является восстановителем. Главной особенностью процесса является одностадийность получения чугуна. Она обеспечивается за счет использования принципа дожигания выделяюшихся из ванны восстановительных газов в одношлаковом пространстве агрегата через ряд специальных фурм. При этом происходит возвращение большей части тепла от дожигания обратно в шлаковую ванну для обеспечения протекания реакций восстановления. Физическое тепло отходящих из агрегата газов используется в котле-утилизаторе конвертерного типа, далее охлажденные газы направляются на газоочистку.

В процессе обеспечиваются условия десульфурапии, так как до 90 % всей серы в шихте уносится отходящими газами в виде SO₂; SО СS; СS₃ СOS. Шлак в этих условиях, поглощая не более 10% S шихты, обеспечивает выплавку кондиционного по сере чугуна. При основности шлака равной 1,0 в нем содержится — 2,2 % Fе. Наличие в шлаке заметного содержания оксидов железа обеспечивает удаление до 40 % Р шихты. Содержание кремния и марганца в получаемом чугуне

— до 0,10 %. Преимуществом пропесса является возможность использования необогащенных железных руд и дешевых энергетических углей (такие угли в 2—З раза дешевле коксующихся). Отсутствие операций обогащения железной руды, агломерации, производства окатышей сокращает потери железа (по расчетам на 15—29 %).

Рис. 2.29. Схема установки Ромелт, продольный (а) и поперечный (б) разрезы: 1 — барботируемый слой шлака; 2 - металлический сифон (отстойник); З — шлаковый сифон (отстойник); 4 - горн с подиной; 5 — переток; 6 — загрузочная воронка; 7 — дымоотводящий патрубок; 8 — фурмы нижнего ряда (барботажные); 9 — фурмы верхнего ряда (для дожигания); 10 — слой спокойного шлака; 12 — водоохлаждаемые кессоны