Одностадийные способы, осуществляемые по ^ схеме плавление—восстановление
Процессы этого типа включают предварительное плавление железорудных материалов с последующим восстановлением оксидов железа из расплава. В качестве восстановителя могут быть использованы газы (СО, H2, CH4), твердый углерод, вдуваемый в расплав, или углерод, растворенный в металлической ванне. Основной предпосылкой для разработки таких процессов являлось стремление увеличить скорость восстановления оксидов железа, а следовательно, и производительность процессов прямого получения жидкого металла. 284
Таблица 30. Основные нокаэателн высокотемпературных восстав овательн ых процессов
Процесс Тип Про- Проиэво – Расход на 1 т продукта шихты дукт дитель – ——-
Ность, угля, газа, кисло – тепла,
Т/(м3Х кг M3 рода, МДж
X сут) M3
Вращающиеся трубчатые печи
Бассе Рудно – Чугун 0,6-0,9 610 360* – 29,31
Уголь – , ная смесь
Штюр- Рудно – То же 0,9-1,3 1500- – – 37,68+41,87
Цель – уголь – 2000
Берг ная смесь
Азинкур Рудно – — » — 0,8 Нет св. Нет св. — Нет св.
Уголь – ная смесь
Вращающийся конвертер
Доред Рудно – Чугун 3-5 490-737 – 415-724 Het св.
7″ угольная ”’ смесь
Отражательная печь
KIUC Рудно – Сталь 3-5*» 432 279 122 22,4
Уголь- полупро – 319 кг
Ные дукт мазута окатыши
М> *Мазут, кг/т. **Общнй расход угля на восстановление и отопление печи.
Производительность, т/(м* • сут).
Однако сложность технологической разработки процессов такого типа, отсутствие огнеупорных материалов, способных надежно работать при воздействии на них агрессивных железистых шлаков, сдерживают до настоящего времени их опробование в промышленных условиях. Большинство предложенных процессов опробованы лишь в лабораторных установках.
В 50-е годы в США и нашей стране одновременно были проведены полупромышленные эксперименты по осуществлению процессов, заключающихся в последовательном расплавлении руды и восстановлении оксидов железа и других металлов из рудного или рудно-флюсового расплава вдуваемым твердым Углеродом.
В результате недостаточно интенсивного подвода тепла в зону реакции восстановление сопровождалось резким вспениванием расплава и снижением скорости восстановительного процесса особенно на заключительной стадии, когда содержание FeO в расплаве достигало уровня < 10 %. Последнее объясняется низкой скоростью подвода реагентов в зону реакции.
В Швеции опробован на опытном реакторе процесс, основанный на восстановлении оксидов железа из расплава углеродом, растворенным в металлической ванне (рис. 60).
Рнс. 60. Схема реактора для восстановления жидких оксидов железа растворенным в металле углеродом:
J — питатель с быстровращающимся диском; 2 — зона горения; 3 — отходящие газы; 4 — водоохлаждаемые сопла для подачи мазута или газа; 5 — кислородные фурмы
В качестве топлива-восстановителя можно применять природный газ, тонкоизмельченный уголь или мазут, которые непрерывно вдувают в ванну. Здесь происходит их разложение, образующийся углерод усваивается металлом, за счет чего содержание углерода в нем поддерживается на уровне 3,5 %. Выделяющийся водород, барботируя через расплав, перемешивает его и также участвует в восстановлении. Однако в основном восстановление оксидов железа из расплава осуществляется прямым путем за счет углерода ванны.
Таким образом, процесс основывается на одновременном протекании реакций: ^, и,:*..¦ ^ , ¦< п
Ctb = [Cl; 286
Fe О = (Fe О ); га Ayg тп п
(FemOn) + «[С] = ZnFejic + «СО.
Монооксид углерода, образующийся при восстановлении, и водород от разложения вдуваемого топлива дожигается непосредственно над ванной в токе кислорода. Кислород вдувают так, чтобы зона высоких температур (~ 2500 0C) была расположена возможно ближе к поверхности ванны, температура которой составляет ~ 1350 0C. Отходящие от реактора газы содержат в основном CO2, их температура достигает 1500 0C. Благодаря окислительной атмосфере над ванной восстановление Si, Mn и P не происходит.
Загрузка концентрата в реактор осуществляется специальным питателем с быстро вращающимся диском. С его помощью концентрат отбрасывается к стенкам реактора, где направление его потока изменяется с горизонтального на вертикальный. В результате вдоль стен по окружности реактора образуется вертикальный поток концентрата, отделяющий огнеупорную кладку от внутренней высокотемпературной зоны. В связи с этим температура футеровки не превышает температуры нагреваемого концентрата. В потоке концентрат нагревается и плавится прежде, чем достигает ванны. Металл и шлак выпускают из реактора в виде эмульсии, так как в условиях интенсивного кипения ванны их разделение в реакторе невозможно.