Например, в доменной плавке медь и никель, имеющие меньшее сродство к кислороду, чем железо, восстанавливаются и переходят в чугун практически полностью. Наоборот, Al, Mg, Ca остаются в основном в шлаке (содержание этих металлов в чугуне составляет тысячные и даже десятитысячные доли процента). Фосфор, марганец и кремний распределяются между шлаком и чугуном в соизмеримых количествах.
Восстановление этих металлов (а также Cr, V и др.) облегчается в результате их растворения в чугуне или образования с железом химических соединений. Например, за одинаковый промежуток времени достигается значительно более высокая степень восстановления SiO2 твердым углеродом в присутствии железа (рис. 52). Причем этот процесс Иолучает развитие при относительно более низких темпера-
271
Рмс. 52. Влияние железа M достигаемую
Степень восстановления кремнезема твер. дым углеродом за 2 ч
Турах. Аналогичные закономерности наблюдаются и при восстановлении других металлов в присутствии железа.
§17. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПРЯМОГО ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА
Процессы прямого получения жидкого металла непосредственно из железорудных материалов, как достигшие промышленных масштабов, так и находящиеся в стадии лабораторных и полунромышленных испытаний, очень многообразны по типу агрегатов, используемых восстановителей и получаемых продуктов, поэтому можно с различных позиций их и классифицировать.
Прежде всего целесообразно разделить все предложенные технологические схемы прямого получения жидкого металла на две группы: многоступенчатые процессы, которые предусматривают две и более стадий, на пути переработки железорудных материалов в жидкий металл, и одностадийные- процессы, осуществляемые в одном агрегате.
Многоступенчатые процессы включают стадии нагрева и восстановления железорудных материалов, плавления и рафинирования получаемого металла. Все эти стадии могут осуществляться в агрегатах различного типа, работающих в одной технологической цепи. Например, для нагрева и частичного восстановления железорудных материалов могут быть применены шахтные или вращающиеся печи, реакторы кипящего слоя, циклонные камеры, конвейерные машины или другие агрегаты, а для окончательного восстановления, плавления и рафинирования металла — электропечи (сопротивления, индукционные, дуговые, плазменные), отражательные печи и другие.
Разделение во времени и пространстве стадий восстановления и плавления железорудных материалов, осуществляемы* 272
При различных температурах, является основным преимуществом многоступенчатых процессов, так как позволяет повысить стойкость огнеупорной футеровки агрегатов, избежать нежелательного явления — настылеобразования и слипания материалов. Многостадийность процесса позволяет также повысить эффективность использования тепловой и химической энергии газов, отходящих из агрегатов последующих ступеней. Отдельные стадии и процесс в целом поддаются регулированию и управлению.
Недостатком многоступенчатых процессов является взаимозависимость работы отдельных агрегатов, сравнительно низкие температуры на стадии предварительного восстановления, уровень которых ограничивается температурой начала плавления восстанавливаемых железорудных материалов. Это исключает возможность существенного повышения скорости восстановления и, следовательно, производительности многоступенчатого процесса в целом.
В связи с многообразием агрегатов, которые могут применяться на стадии предварительного восстановления, многоступенчатые процессы целесообразно сгруппировать по видам этих агрегатов: процессы с использованием вращающихся шахтных печей, циклонных камер и т. д.
Характерные для многоступенчатых способов недостатки можно устранить организацией высокотемпературного процесса прямого получения жидкого металла в одну стадию. В этом случае в одном агрегате совмещаются стадии нагрева, восстановления, плавления и рафинирования металла. Восстановление железорудных материалов можно осуществлять при неограниченно высоких температурах, что благоприятно сказывается на кинетических параметрах процесса и производительности агрегата.