Железо прямого восстановления - Direct reduced iron

Производство железа прямого восстановления и технологическая разбивка

Железо прямого восстановления ( DRI ), называемый также губчатого железа , получают из прямого сокращения из железной руды (в виде комков, гранул или мелких частиц) в железо с помощью восстановительного газа или элементарного углерода , полученного из природного газа или угля . Многие руды подходят для прямого восстановления.

Прямое восстановление относится к твердотельным процессам, которые восстанавливают оксиды железа до металлического железа при температурах ниже точки плавления железа. Восстановленное железо получило свое название от этих процессов, одним из примеров является нагрев железной руды в печи при высокой температуре от 800 до 1200 ° C (от 1470 до 2190 ° F) в присутствии синтез- газа восстановительного газа , смеси водорода и углерода. монооксид .

Процесс

Процессы прямого восстановления можно условно разделить на две категории: газовые и угольные. В обоих случаях целью процесса является удаление кислорода, содержащегося в различных формах железной руды (крупная руда, концентраты, окатыши, прокатная окалина, печная пыль и т. Д.), Чтобы преобразовать руду в металлическое железо без плавление (ниже 1200 ° C (2190 ° F)).

Процесс прямого восстановления сравнительно энергоэффективен. Сталь, полученная с использованием DRI, требует значительно меньше топлива, поскольку не требуется традиционная доменная печь. DRI чаще всего превращается в сталь в электродуговых печах, чтобы использовать тепло, выделяемое продуктом DRI.

Преимущества

Процессы прямого восстановления были разработаны для преодоления трудностей обычных доменных печей . Установки DRI не обязательно должны быть частью интегрированного сталелитейного завода, как это характерно для доменных печей. Первоначальные капитальные вложения и эксплуатационные расходы заводов прямого восстановления ниже, чем сталеплавильных заводов, и больше подходят для развивающихся стран, где поставки высококачественного коксующегося угля ограничены, но где стальной лом обычно доступен для вторичной переработки. Индия - крупнейший в мире производитель железа прямого восстановления. Многие другие страны используют варианты этого процесса.

Факторы, которые помогают сделать DRI экономичным:

• Железо прямого восстановления имеет примерно такое же содержание железа , что и чугун , обычно 90-94% общего железа (в зависимости от качества сырой руды), поэтому оно является отличным сырьем для электрических печей, используемых на мини-заводах , что позволяет им использовать более низкие сорта лома для остальной части шихты или для производства стали более высоких марок.
• Горячий брикетированный чугун (ГБЖ) - это прессованная форма прямого восстановления железа, предназначенная для упрощения транспортировки, обращения и хранения.
• Горячее железо прямого восстановления (HDRI) - это железо прямого восстановления, которое в горячем виде транспортируется непосредственно из восстановительной печи в электродуговую печь, тем самым экономя энергию.
• В процессе прямого восстановления используется окомкованная железная руда или природная кусковая руда. Единственным исключением является процесс с псевдоожиженным слоем, для которого требуются частицы железной руды определенного размера.
• В процессе прямого восстановления можно использовать природный газ, загрязненный инертными газами, что исключает необходимость удаления этих газов для других целей. Однако любое загрязнение восстановительного газа инертным газом снижает эффект (качество) этого газового потока и термическую эффективность процесса.
• Поставки порошкообразной руды и сырого природного газа доступны в таких регионах, как Северная Австралия , что позволяет избежать транспортных расходов на газ. В большинстве случаев установка прямого восстановления железа расположена рядом с источником природного газа, поскольку транспортировка руды более рентабельна, чем транспортировка газа.
• Метод DRI дает 97% чистого железа.
• Чтобы исключить использование ископаемого топлива в производстве чугуна и стали, можно использовать возобновляемый водородный газ вместо синтез-газа для производства DRI.

Проблемы

Железо прямого восстановления очень подвержено окислению и ржавчине, если его оставить без защиты, и обычно быстро перерабатывается в сталь. Железо в массе также может загореться, поскольку оно пирофорное . В отличие от доменного чугуна , который является почти чистым металлом, DRI содержит некоторое количество кремнеземистой пустой породы (если она сделана из лома, а не из нового железа из железа прямого восстановления с использованием природного газа), которую необходимо удалять в процессе производства стали.

История

Производство губчатого железа с последующей его обработкой было самым ранним методом получения железа на Ближнем Востоке , в Египте и Европе , где оно использовалось, по крайней мере, до 16 века. Есть некоторые свидетельства того, что метод блюмера также использовался в Китае , но в Китае к 500 г. до н.э. были разработаны доменные печи для получения чугуна .

Преимущество блюмера заключается в том, что железо можно получить при более низкой температуре печи, всего около 1100 ° C или около того. Недостаток по сравнению с доменной печью состоит в том, что за один раз можно производить только небольшие количества.

Химия

Следующие ниже реакции последовательно превращают гематит (из железной руды ) в магнетит , магнетит в оксид железа и оксид железа в железо путем восстановления монооксидом углерода или водородом .

${\ Displaystyle {\ ce {3 Fe2O3 + CO / H2 -> 2 Fe3O4 + CO2 / H2O}}}$

${\ Displaystyle {\ ce {Fe3O4 + CO / H2 -> 3 FeO + CO2 / H2O}}}$

${\ Displaystyle {\ ce {FeO + CO / H2 -> Fe + CO2 / H2O}}}$

Науглероживание дает цементит :

${\ displaystyle {\ ce {3 Fe + CH4 -> Fe3C + 2H2}}}$

${\ Displaystyle {\ ce {3 Fe + 2CO -> Fe3C + CO2}}}$

${\ Displaystyle {\ ce {3 Fe + CO + H2 -> Fe3C + H2O}}}$

Использует

Губчатое железо само по себе бесполезно, но его можно обработать для создания кованого железа или стали. Губку вынимают из печи, называемую блюмэри, многократно ударяют тяжелыми молотками и складывают, чтобы удалить шлак, окислить углерод или карбид и сварить железо. Эта обработка обычно создает кованое железо с примерно тремя процентами шлака и долей процента других примесей. При дальнейшей обработке можно добавлять контролируемые количества углерода, что позволяет проводить различные виды термической обработки (например, «закаливание»).

Сегодня губчатое железо получают путем восстановления железной руды без ее плавления. Это создает энергоэффективное сырье для производителей специальной стали, которые раньше полагались на металлолом .

Смотрите также

• Доменная печь
• Чугун
• Стальная мельница

использованная литература

Примечания

Библиография

• Валипур М.С. и Сабухи Ю., « Численное исследование неизотермического восстановления гематита с использованием синтез-газа : исследование масштаба вала », Modeling Simul. Матер. Sci. Англ. 15 (5), с. 487, 2007.
• Гроблер, Ф. и Миннитт, RCA « Возрастающая роль железа прямого восстановления в мировом производстве стали », Австралазийский институт горного дела и металлургии.

внешние ссылки