Процессы твердофазного восстановления железа

Процессы металлизации железорудных материалов осуществляются при температурах, не превышающих 1000-1200⁰С, т.е. в условиях, когда и сырье, и продукт представляют собой твердую фазу, а также не происходит размягчения материалов, их слипания и налипания на стенки агрегатов. Такие процессы прямого получения железа из руд получили название процессов твердофазного восстановления (ТФВ).

Для восстановления оксидов железа используют в качестве восстановителя или уголь, или природный газ. При этом используют не «сырой» природный газ, а горячий восстановительный. Восстановительные газы получают конверсией. Конверсия может быть:

кислородной (воздушной) CH₄ + 1/2O₂ = CO + 2H₂ + Q;

паровой CH₄ + H₂O = CO + 3H₂ – Q;

углекислотной CH₄ + CO₂ = 2CO + 2H₂ – Q.

Процесс « Мидрекс» ( «Midrex», США)

Схема процесса Мидрекс представлена на рисунке 1. Процесс производства металлизированных окатышей проводится в шахтных печах с использованием восстановительного газа, получаемого путем конвертирования природного газа. Конверсия заключается в разложении метана и других углеводородов при неполном сжигании природного газа с помощью CO₂ колошникового газа, отходящего из шахтной печи. Конвертирование проводится в специальном конвертере, в который подается природный и очищенный колошниковый газ. В результате конверсии образуется восстановительный газ, состоящий из CO и H₂.

1 – воздуходувка;

2 – теплообменник;

3 – смеситель газов;

4 – конверсионная установка;

5 – компрессор;

6 – скруббер для очистки колошникового газа;

7 – шахтная печь;

8 – скруббер для очистки оборотного газа;

9 – вибрационный грохот.

Шахтная печь по высоте разделена на две зоны с двумя самостоятельными оборотными газовыми циклами. Сверху в печь загружаются железорудные окатыши, из нижней части непрерывно выгружаются

готовые металлизированные

окатыши. Рисунок 1 - Схема процесса Мидрекс

В верхний газовый цикл подается восстановительный газ, получаемый в результате конверсии природного газа в специальном конвертере. Этот восстановительный газ состоит из 35% CO и 65% H₂ и имеет температуру 800 – 950 ⁰С. В верхней части печи под воздействием востановительного газа происходит восстановление железа из оксидов. Процесс восстановления и продолжительность пребывания окатышей в верхней половине печи составляет 4 – 6ч; температура окатышей в зоне восстановления 760⁰С. Опускаясь в нижнюю часть печи, металлизированные окатыши попадают в нижний газовый цикл, где осуществляется их охлаждение. Для этого в нижнюю часть печи подается смесь восстановительного и изолирующего газов. Изолирующим газом служит часть охлажденных продуктов сгорания, получаемых при конверсировании природного газа. При выгрузке из печи окатыши имеют температуру около 40⁰С. Суммарное время пребывания окатышей в шахтной печи составляет 8 – 12 ч. Готовые металлизированные охлажденные окатыши непрерывно выгружают в бункер, где их хранят в атмосфере инертного газа, так как эти окатыши имеют склонность к вторичному окислению. В полученных окатышах содержание металлического железа 90 – 93%. Эти окатыши являются сырьем для последующего получения стали в электропечах. Расход природного газа на процесс составляет около 350 м³ на 1т продукта.

Технологическая схема

Загрузка ж/р окатышей в верхнюю часть шахтной печи → Конверсия газа → Подача восстановительного газа → Восстановление оксидов железа → Поступление окатышей в нижнюю часть печи → Охлаждение окатышей → Выгрузка металлизованных окатышей → Загрузка окатышей в бункер → Хранение металлизованных окатышей в атмосфере инертного газа → Подача в ЭСПЦ.