НЕ ТАКОЙ УЖ КОРОТКОЙ ОКАЗАЛАСЬ ЦЕПОЧКА ОТ ДОБЫЧИ РУДЫ ДО ВЫПЛАВКИ СТАЛИ…

Как следует из сказанного выше, современное производство черных металлов включает в себя:

1) шахты по добыче руд и каменного угля;

2) горно-обогатительные комбинаты, где осуществляется дробление и обогащение руд, окускование богатых концентратов;

3) коксохимические цехи или заводы с отделениями для подготовки углей, их коксование и извлечение из них химических продуктов;

4) энергетические цехи для получения кислорода, сжатого воздуха и очистки газов металлургического производства;

5) доменные цехи для выплавки передельного и литейного чугуна, а также некоторых ферросплавов;

6) сталеплавильные цехи для производства стали;

7) заводы для производства различных ферросплавов;

8) прокатные цехи.

Рассмотренный традиционный способ получения стали требует больших затрат труда, времени, тепловых и материальных ресурсов. При этом необходимо учитывать и то, что сталеплавильное производство является одним из самых интенсивных загрязнителей атмосферы.

Возникли определенные сложности в замене кокса в доменном процессе более дешевыми видами энергии — природным газом, нефтепродуктами и некоксующимися углями. Под влиянием этих факторов (экономика и экология) в начале 50-х годов нашего столетия во многих странах начали работать над получением металла способом прямого восстановления железа непосредственно из руды и передела его в сталь в электродуговых печах.

Методы прямого получения железа из руды известны давно, но до сих пор не нашли широкого применения. Опробовано более 70 различных способов прямого восстановления железа, но лишь немногие из них осуществлены в промышленных масштабах.

Под процессами прямого восстановления железа понимают такие химические, электрохимические и химико-термические процессы, которые дают возможность получать железо непосредственно из руды минуя доменную печь. Такие процессы, во-первых, можно вести, не расходуя металлургический кокс, и, во-вторых, они позволяют получать очень чистый металл. Получение за способом прямого восстановления непосредственно из руды исключает необходимость строительства доменных печей, а следовательно, дает возможность обойтись без дорогого доменного и коксохимического производства.

В последние годы интерес к этой проблеме возрос еще и потому, что помимо возможности замены кокса другими видами топлива разработаны технологические процессы очень глубокого обогащения руд, обеспечивающие не только получение высокого содержания железа в концентратах, но и почти полное освобождение его от серы и фосфора.

НО ВЕДЬ РУДЫ РАЗНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОТЛИЧАЮТСЯ ДРУГ ОТ ДРУГА?

Хорошими свойствами обладают руды Курской магнитной аномалии (КМА). Прежде всего это гигантская природная кладовая железных руд. Природа накопила здесь многие миллиарды тонн отличного металлургического сырья — свыше половины разведанных запасов железа всего земного шара. Богатые железные руды КМА являются первоклассным металлургическим сырьем, в них содержится 55–63 % железа и более. Они могут без обогащения направляться на плавку в доменные печи после их дробления и сортировки до кондиционных размеров.

Содержание железа в кварцитах составляет 30–36 и даже 40 %, а остальное — это кварц. Поэтому перед использованием кварцитов они должны пройти процесс обогащения на ГОК.

Достоинством богатых руд КМА является то, что они легко восстановимы, а железистые кварциты легко обогащаются методом магнитной сепарации. Руды эти, как правило, чистые по фосфору (0,09 %) и содержат только 0,1–0,6 % серы. На Лебединском месторождении КМА этих вредных веществ еще меньше. При доменном же процессе эти вещества (фосфор и сера) вносятся в большом количестве коксом.

НА КОНКРЕТНОМ ПРИМЕРЕ РАССКАЖИТЕ, КАК ПРОХОДИТ ПРОЦЕСС ПРЯМОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА.

В настоящее время на базе КМА построен Оскольский электрометаллургический комбинат, рассчитанный на выпуск более 4 млн. т высококачественной стали в год. Он работает на железе, полученном прямым восстановлением из руды. В отличие от традиционной металлургии для производства стали здесь используют не коксующийся уголь, а природный газ и электроэнергию.

В настоящее время комбинат выходит на проектную мощность, а его цехи и службы размещены на площади около 70 га.

Технологическая схема процесса бездоменного получения стали приведена на рис. 33.

Рис. 33. Схема процесса бездоменного получения стали

Сырьем для получения стали служит концентрат с 70 % железа, полученный на обогатительном комбинате 1 и в виде пульпы перекачанный по трубопроводу 2 длиной 27 км под давлением 1∙10⁷ Па в цех окомкования, т. е. в цех по производству окатышей. После отстоя пульпы образовавшийся осадок концентрата обезвоживают на дисковых вакуум-фильтрах 3–4, смешивают в барабанном окомкователе 4–5.

Полученные окатыши обжигают в печи 6 с одновременным их окислением, т. е. с увеличенным содержанием кислорода. Окисленные окатыши поступают в цех 8 металлизации, в котором получают металлизованные окатыши. В этом цехе в шахтной печи происходит процесс прямого восстановления железа. Снизу в печь поступает под давлением газ-восстановитель с температурой 760 °C, образующийся в установке (реформере) 7 в процессе взаимодействия природного, состоящего в основном из водорода и колошникового (оксид углерода) газов.

Процесс освобождения окатышей от кислорода и восстановления в них железа заключается в том, что газ отнимает кислород от окатышей, при этом вместо окисленных окатышей получают почти чистое железо, а также воду и углекислый газ как отходы производства.

После такого технологического процесса содержание железа в окатышах с 67–70 % повышается до 90–95 %, т. е. окатыши становятся состоящими как бы сплошь из металла — железа. Содержание углерода в полученных металлизованных окатышах составляет от 0,2–0,5 до 2 %. Кроме того, имеется незначительное количество невосстановленных оксидов железа, пустой породы и других примесей. Это облегчает процесс выплавки и получения стали высокого качества и высокой степени чистоты.

Металлизованные охлажденные окатыши непрерывно выгружают в бункер емкостью около 5 тыс. т, где их хранят в инертной атмосфере перед плавкой в дуговых печах. В технологический процесс добавляют стальной лом (30–40 % от массы шихты), который загружают в электропечь в начале процесса.

Окатыши поступают в электропечь 9 (см. рис. 33) емкостью 150 т, где под действием электрической дуги расплавляются, металл очищается от примесей, а затем его разливают (10). По ходу плавления в печь загружают известь и другие вещества для получения качественной легированной стали требуемого состава. Полученные слитки подогревают в печи 11 и прокатывают на валках 12.

ЧТО ДАЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ?

При традиционном способе «доменная печь — конвертер» можно получить менее ценные виды стали.

По сравнению с другими плавильными агрегатами электропечи обладают рядом преимуществ. В них можно:

а) быстро достигать заданной температуры до 2000 °C и поддерживать ее. Это позволяет вводить в печь большие количества легирующих добавок;

б) создавать окислительную, восстановительную или нейтральную атмосферу, а также вакуум;

в) плавно и точно регулировать температуру металла;

г) получать сталь с низким содержанием серы и др.

В связи с тем что в дуговых печах выплавка стали обходится несколько дороже, чем в мартеновских и конвертерных, они до недавнего времени служили только для выплавки легированных и высококачественных сталей, которые трудно получать в других печах. Однако с увеличением емкости печи снижается и себестоимость полученной стали, а поэтому удельный вес электростали в общей выплавке стали в мире непрерывно растет.