| |||||
МЕНЮ
| Восстановление железаВосстановление железаСодержание Введение. 2 Введение. Металлургия — одна из древнейших областей деятельности человека. В глубокой древности была разработана оригинальная, весьма интересная технология прямого получения железа. На территории нашей страны еще в 1400 году до нашей эры, как утверждают археологи, уже выплавляли железо так называемым кричным методом. Сначала в гopнаx при температуре около 1000 градусов (такую температуру можно создать, не применяя современных способов нагрева) восстанавливали железную руду обыкновенным углем, получали так называемую крицу. Затем крицу, своего рода железную губку, - многократно проковывали в горячем состоянии. В результате появилось довольно чистой железо, из которого можно было изготовить различные предметы быта и оружие. Кричным же способом изготовлена и знаменитая металлическая колонна, которая высится близ города Дели. Воздвигнута она в начале V века нашей эры и изготовлена из железа феноменальной чистоты - металл содержит лишь 0,28 % примесей. Простояла колонна более 1500 лет без каких-либо признаков коррозии. Со временем двух ступенчатая система восстановления железа углем с последующей ковкой – единственная тогда промышленная схема черной металлургии – отошла в небытие. Ее заменил доменный процесс, который в сочетании с мартеновским и кислородно-конверторным царствует в современной металлургии. Однако экономика и дополнительные требования к чистоте металла снова вызвали к жизни старый, испытанный метод. Побуждающие причины достаточно очевидны. Кроме дефицита энергоресурсов и в частности кокса, можно указать быстро растущую потребность в высококачественном металле. Авиация, ракетная техника, приборостроение – вот далеко не полный перечень потребителей наиболее чистых металлов. Современное состояние и перспективы развития метода прямого восстановления железа. Метод прямого восстановления железа в наши дни по принципу остался без изменения – специально подготовленная, то есть обогащенная, руда, - концентрат, где содержится основной окисел железа восстанавливается в шахтной печи с помощью твердого топлива, как это было в древности, или для этой цели используется конвертированный газ - природный метан, но преобразованный в смесь водорода и угарного газа (СО). Как установлено в настоящее время, можно восстанавливать концентраты руды, которые еще не превращены в окатыши. Более того, оказалось, что концентрат восстанавливается даже с большей скоростью, чем изготовленные из него окатыши. Однако на пути к реализации этого процесса стоят трудности чисто технологического порядка. Еще одним, и, конечно, наиболее интересным способом восстановления железа, является возможность – использовать чистый водород. Сам процесс восстановления пойдет достаточно быстро, более того, при этом не возникает лишних примесей: продукт восстановления – железо и вода. Однако получение и хранение водорода сопряжено со множеством чисто технических и экономических трудностей. Поэтому чистый водород пока что используют лишь для получения металлических порошков. Говоря о российских основах метода прямого восстановления железа,
следует вспомнить, что в начале семидесятых годов в Туле существовал филиал Как известно, черная металлургия после электроэнергетики прочно занимает второе место по расходу топливных ресурсов. И подобно ей все увеличивает свои аппетиты. Если прибавить к этому изрядную долю электроэнергии, потребляемой многочисленными комбинатами металлургической промышленности — а она стремительно растет,— становится ясно, сколь необходимо было бы найти хотя бы для специальной металлургии новые источники энергии. Так родилась идея радиационного переплава стали. Радиационные печи интересны, конечно, и тем, что их можно питать энергией самого разнообразного происхождения, лишь бы она была лучистой. Гораздо приятнее вспомнить день рождения "мирного атома". Он датируется абсолютно точно — это пуск первой в мире атомной электростанции в городе Обнинске 26 июня 1954 года. С тех пор освобожденная энергия атома хорошо послужила человечеству. Прежде чем посмотреть, как можно использовать атомную энергию в металлургии, вспомним, что собой представляет современный ядерный реактор классического типа, использующий реакцию деления ядер тяжелого металла - урана. Процесс деления происходит в так называемой активной зоне. Там и
выделяется энергия. Тепло отводится из активной зоны специальным
теплоносителем - вода, тяжелая вода, жидкие металлы. Затем эту энергию
утилизируют. Схема устоявшаяся, традиционная: теплообменник - турбина -
генератор. И помчался по проводам электрический ток, полученный столь
необычным способом. "Атомное электричество", по сути дела, работает и на
металлургию, так как входит составной частью в электросистемы и,
следовательно, участвует в любых устройствах электрометаллургии. Таким образом, очевидно, что применение атомной энергии потребует принципиального изменения всей технологии черной металлургии. Конечно, есть второй путь — преобразовать атомную энергию в электрическую, но всё-таки генеральный путь развития черной металлургии на базе атомной энергии иной. Надо коренным образом изменить технологию, что прежде всего означает переход к прямому восстановлению железа. Сейчас имеются три принципиально отличающихся друг от друга вида технологических процессов такого рода с участием атомной энергии. Первый — высокотемпературное восстановление. Процесс требует 1600 градусов. Поскольку атомные реакторы такой температуры дать не могут, главным агрегатом служит струйно-плазменный реактор, использующий для генерации плазмы - ядерную энергию. Восстановительный газ — водород, смешанный или без посторонних примесей, расплавляет железо и его сплавы, восстанавливает, 'и в виде дождя жидких капель металл попадает в плавильную печь, где идут операции легирования. Существует схема среднетемпературного восстановления, когда процесс протекает при температуре 900 градусов. Восстановитель— водород или в чистом виде, или с примесью окиси углерода. Железо, естественно, находится в твердом состоянии, образуя при восстановлении своеобразную губку. Метод позволяет полностью без промежуточных звеньев использовать атомно- энергетическую установку. Большую часть газа-восстановителя нагревают в теплообменнике атомного реактора. Правда, там температура невелика. Но это не беда. К такому "холодному" газу можно подмешать более горячий, нагретый за счет электроэнергии ядерного реактора. Получается смесь, вполне пригодная для технологии. Наконец, при низкотемпературном восстановлении тепло поставляется атомным реактором. Можно считать, что тут в чистом виде используется ядерная энергия. Таковы три вида технологических процессов, которые, по мнению многих специалистов, имеют право на существование. Конечным продуктом везде являются железо, вода и углекислый газ, причем воду можно снова использовать для получения водорода и кислорода. Таким образом, появляются реальные возможности осуществить замкнутый цикл восстановления железа, создать безотходное производство. Металлургию будущего не без основания часто называют водородной. Сейчас водород получают двумя испытанными методами — гидролизом воды и ее электролитическим разложением, проще говоря, электролизом. Существует, правда, химическое разложение, более выгодное, но оно не столь распространено, на что имеется ряд чисто технических причин. Поиск новых способов "продолжается, ибо важность проблемы несомненна. В целом ряде лабораторий страны изучают взаимодействие молекул воды и
так называемых энергоаккумулирующих веществ - сплавов, в состав которых
входят алюминий, кальций и кремний. Опять-таки происходит разложение
молекул воды, отбирается кислород и, выделяется водород. Практическая реализация метода прямого восстановления железа в бывшем СССР. Решение о создании в СССР металлургического комбината на базе процесса
прямого восстановления железа было принято в 1974 году. Тогда же было
подписано соглашение о сотрудничестве при его строительстве с группой
германских фирм. Результатом этого сотрудничества явилось то, что в ноябре Оскольский электрометаллургический комбинат (г. Старый Оскол) – первое крупное отечественное предприятие бездоменной металлургии, на котором предусмотрена принципиально новая технология производства металла, основанная на прямом получении металла из руды, что позволяло на базе природной шихта получать высококачественный прокат, характеризующийся особой чистотой по содержанию вредных примесей и однородностью химического состава. Уже на первом этапе строительства комбинат характеризовался следующими
весьма внушительными показателями: Заданный объем производства комбината - (крупносортный прокат) не имел в то время аналогов в мировой практике. Однако, потребность в таком количестве чистого сортового металла, была явно завышена. Основным потребителем металла такого качества было производство шарикоподшипников. В последствие сортамент проката был расширен за счет среднесортного и мелкосортного проката, а в перспективе и толстолистовой стали. В основу технологического процесса прямого восстановления железа при
проектировании комбината положен Мидрекс - процесс (разработанный в США
фирмой "Мидленд-Росс"), он позволял осуществить восстановление окислов
железа обожженных окатышей до 95% Fe в шахтных печах природным газом,
предварительно конвертируемым кислородом (для получения смеси газов H2 и Ознакомившись с содержанием проекта, бывший начальник доменного отдела Несмотря на приведенный отзыв, строительство продолжалось. В качестве
железорудной базы для металлургического комбината в городе Старый Оскол
было выбрано Лебединское месторождение богатых железных руд. Эти руды
содержат 56,9% железа, 8,0% кремнезема, серы 0,19%, фосфора 0,09%. Они
залегают под толщей осадочных пород непосредственно на железистых
кварцитах, продуктом выветривания которых они и являются. Получаемый на их
основе концентрат должен был содержать не менее 70% железа и быть чистым по
вредным примесям. Для завода в Старом Осколе была принята следующая
транспортная схема подачи лебединского концентрата – транспорт пульпы по
трубопроводу протяженностью 25 км. Из-за отсутствия опыта строительства
такого пульпопровода в нашей стране, был заключен контракт с фирмами Проектирование комбината и поставка оборудования были возложены на фирмы На комбинате предполагается приступить к строительству трех электросталеплавильных цехов с печами емкостью 150 и 200 тонн производства фирмы "Крупп". При этом выяснилось, что технико-экономические показатели работы цеха с 200 тонными печами оказались хуже, чем цеха с 150 тонными печами. Дело заключалось в том, что печи должны были работать только по единой технологии – требовавшей 830 кг восстановленного (на 95%) металлизованных окатышей, лома и ферросплавов при этом, не предусматривается работа печей на отходах собственного производства методом переплава. В пределах самой ФРГ печи такой технологии и на такой объем производства фирмы ФРГ не проектируют, считая, что это нецелесообразно и неэффективно. Таким образом, в деятельность комбината уже на этапе проектирования были заложены определенные убытки. Общая стоимость форпроекта Оскольского комбината составила 30 млн. золотых рублей, вес (масса) проекта - 4 тонны (макулатура). При составлении проекта не были четко сформулированы требования к рентабельной работе комбината. Вместо этого единственная фраза о том, что комбинат должен быть конкурентоспособен на мировой рынке. Капитальные вложения на строительство ОЭМК – должны были составить 5,5 млрд. руб. Оскольский электрометаллургический комбинат мог производить 5 млн. тонн металлизованных окатышей и 2,7 млн. тонн проката в год, I очередь должна была составить 1,5 млн. тонн проката с выпуском его в 1975-1978г.г. В последующем, предполагалось в период 1983-1986гг. ввести в действие
три установки металлизации с шахтными печами полезным объемом 370 м. куб. и
мощностью 425 тыс. тонн в год каждая (модель 400). К 1990 году на ОЭМК
должна быть введена в эксплуатацию еще одна установка металлизации (модуль Таблица № 1 Однако, уже на начальном этапе функционирования комбината наметились некоторые убытки, появление которых объяснялось отсутствием замкнутого металлургического цикла, высокой стоимостью основных производственных фондов, неосвоенностью проектного сортамента, а также относительно низким уровнем действующих отпускных цен на производимую комбинатом продукцию. Следует отметить, что не смотря на имеющиеся существенные недостатки опыт Оскольского электрометаллургического комбината подтвердил жизненность и практическую целесообразность применения метода прямого восстановления железа в промышленном производстве, что впрочем, подтверждает и мировой опыт. Мировой опыт практической реализации метода прямого восстановления железа в металлургическом производстве. Как уже было отмечено в предыдущем разделе первое в мире
производство, использовавшее Мидрекс - процесс, было создано в 1969 году в Наибольшее развитие производство и потребление губчатого железа, как
видно из данных приведенных в таблице № 2 "Мощности и фактические объемы
производства губчатого железа в 1988-1989 годах", получило в странах Наоборот, в США, Японии и странах Западной Европы, где собственное производство губчатого железа почти отсутствует, в последнее время усиливается интерес к его производству. Это очевидно связано с возможностью использования губчатого железа в качестве разбавителя низкокачественного лома. Относительно новым видом продукции, появившемся на рынке, является горячее тринетированное губчатое железо. Оно успешно используется в шихте дуговых печей, кислородных конверторов доменных печей и в литейном производстве. Его отгрузка в 1988 и1989гг. составила 1.3 и 1.5 млн. тонн соответственно. Таблица № 2 Мощности и фактические объемы производства губчатого железа в 1988-1989 годах В области прямого получения железа отмечается дальнейший рост мощностей и объемов производства губчатого железа, при этом используются различные процессы восстановления. В таблице № 3 приведено распределение объемов получения продукции (губчатого железа) по видам процессов восстановления. Таблица № 3. Объемы производства губчатого железа (млн. тонн) с использованием различных способов восстановления в 1988г. Большая часть продукции (>90%) получена процессами с использованием природного газа, в том числе около 60% процессом Мидрекс, остальные – процессами на базе угля. Разработка установок с мощностью единичного восстановительного агрегата С целью повышения экономичности процессов во вращающихся печах продолжаются работы направленные на снижение их энергоемкости путем утилизации вторичных энергоресурсов. Заключение. Как видно из приведенного в реферате материала методы бездоменного производства металла и в первую очередь метод прямого восстановления железа находит все большее количество приверженцев, что сопряжено, прежде всего, с возрастающими потребностями в чистом металле. Основным сдерживающим его развития фактором в настоящее время являются потребности в наличии природных ресурсов – богатой железом руды, природного газа и достаточного количества электроэнергии. Их получение в свою очередь предполагает крупные финансовые вложения. Тем не менее, в мире наметилась всеобщая тенденция к наращиванию объемов и мощностей по производству губчатого железа. Она в полной мере коснулась как развивающихся, так развитых стран, как экспортеров, так и импортеров сырьевых и энергетических ресурсов. Пример Оскольского электрометаллургического комбината продемонстрировал возможности промышленного получения высококачественного металла путем использования методов прямого восстановления железа в любых необходимых количествах. При этом, только ряд экономических, технических и организационных просчетов совершенных на этапах проектирования и строительства не позволил ОЭМК стать в полной мере рентабельным производством. К сожалению, целый ряд неурядиц, связанных с износом оборудования, необходимостью разработки, изготовления и поставки оборудования, приборов, узлов, запасных частей взамен импортных преследовал комбинат и в последующем в процессе его эксплуатации. По этой причине возникала даже угроза остановки комбината. И тем не менее, комбинат обеспечивал страну необходимым количеством высокосортного металла в полном объеме. Очевидно, что переход к экономичной технологии прямого восстановления
железа предполагает внесение кардинальных изменений в процесс его
получения. В частности в реферате приведен пример трех принципиально
отличных друг от друга технологических процесса с участием атомной энергии. Металлургию будущего не без основания часто называют водородной. В
настоящее время водород обходится дорого. Его получение, хранение и
транспортировка сопряжены со множеством чисто технических проблем. Однако
произведенные эксперименты и предварительные расчеты показывают, что можно
получать водород с такой низкой себестоимостью, что "водородная
металлургия" обретет надежную экономическую основу. А если учесть полную
экологическую безопасность водородных методик, то сомнение в том, что
именно они предопределяют будущее металлургии ни у кого не возникает. |
ИНТЕРЕСНОЕ | |||
|