Губчасте залізо: властивості, способи одержання, застосування

Губчасте залізо виходить шляхом відновлення концентратів або високоякісних залізних руд в умовах впливу на них відносно низьких температур – менш 1100 градусів Цельсія. Такі процеси виключають плавлення руди і її спікання.

Історія

Досить давно було доведено, що отримувати відразу ж залізо з руди можливо. В лабораторних умовах цей процес легко здійснити. Внаслідок цього перед металургами стояло завдання по створенню технологічних методів видобутку заліза в промислових обсягах безпосередньо з руди. Зараз такі методи знайдені і впроваджені у виробництво.

Залізо, що отримується безпосередньо з руди, отримало назву губчастого. А методи отримання – бездоменные або способи прямого відновлення.

Перші досліди отримання губчастого заліза без використання доменних плавок в Радянському Союзі робилися в 50-х роках минулого століття.

Перше виробництво цього металу в промисловість впровадили в 70-х роках. Перші технологічні способи отримання губчастого заліза без використання домни відрізнялися незначною продуктивністю. Одержуваний продукт містив багато різноманітних домішок.

Новий поштовх цьому виробництву дав природний газ. У 80-х роках XX століття він став широко застосовуватися в гірничо-металургійному виробництві. Тоді було встановлено, що він ідеально підходить для здійснення прямого відновлення заліза з руди. Більш того, почали широко використовуватися й інші неприродні гази (попутний газ нафтовидобутку, газові фракції при газифікації різноманітних вугілля, тощо).

Вдосконалення технологічних процесів і впровадження їх у 90-ті роки привели до того, що енергоємність і капітальні витрати на пряме відновлення заліза істотно знизилися. Почалося значне зростання виробництва заліза не доменним способом.

Пряме внедоменное отримання губчастого заліза – процеси, коли метал відновлюється з руди за допомогою газів, твердого вуглецю. А також спільно – твердого вуглецю і газу. Він здійснюється при температурі близько 1000 градусів Цельсія. При цьому природну породу не доводять до шлакування, домішки в ній не відновлюються, внаслідок чого метал виходить досить чистим. Фахівці називають цей процес і іншими термінами:

  • пряме отримання губчастого заліза;
  • безкоксовая металургія;
  • бездоменная металургія;
  • часткова металізація руди.
Дивіться також:  Як стрижуть овець: способи, терміни, підготовка тварини, опис процесу

В даний час способи видобутку металу такими методами у виробничих масштабах практикуються в Росії, Китаї, Швеції, Німеччини, Великобританії, Норвегії та інших країнах.

Всі відомі методи діляться на дві групи:

  • залізо утворюється під впливом на руду газоподібного відновника;
  • під впливом на залізну руду твердого відновника.

Способів отримання губчастого заліза бездоменным методом запатентовано майже п’ятсот.

Відновлення заліза газоподібною речовиною

Для газоподібного відновлення використовують водень і окис вуглецю. Зазвичай використовують спосіб, коли залізну руду подрібнюють і нагрівають до 850 градусів з наступним випалом. Потім її направляють у обертову трубчасту піч. Там метал відновлюється під впливом рухомих назустріч рудної маси відновлювальних газів. Перед виходом з печі він потрапляє в охолоджувальної контейнер. Потім кінцевий продукт подрібнюють з використанням кульового млина.

В подальшому маса проходить через спеціальний магнітний сепаратор. Отсортированное сепаратором залізо далі надходить під прес, який здійснює формування губчастого заліза в брикети.

Одержання заліза твердим відновником

Якщо на виробництві задіяна технологія отримання губчастого заліза шляхом відновлення твердого, то цей метод передбачає такі операції:

  • дроблення і подрібнення руди;
  • для досягнення високої концентрації заліза, не більше 3% порожньої породи, здійснюється магнітне збагачення;
  • збагачена руда змішується з паливом органічного походження, до складу якого входять тирсу та інші аналогічні органічні структури;
  • створення з отриманої маси брикетів, з подальшим переміщенням їх в піч для випалу.

Відновлення заліза відбувається внаслідок згоряння вуглецю, який укладено в брикетах.

Отримане губчасте залізо, як при твердому, так і газоподібному відновлення, в подальшому спрямовується на стандартну переробку для одержання сталі.

Переплавлення зазвичай здійснюється в електропечах, при цьому в метал вводять необхідну кількість вуглецю та інших домішок.

Дивіться також:  Огірок "богатирська сила": фото з описом, врожайність

Класифікація процесів

Металурги класифікують процеси бездоменного отримання заліза по виду кінцевого продукту, а саме:

  • виробництво матеріалів для домни з частковою металізацією (від 30 до 50 відсотків);
  • виробництво губчастого заліза, твердого продукту, високо металізованого (від 85 до 95 відсотків), для подальшої переробки в сталь;
  • виробництво кричного заліза, пластичного металізованого продукту;
  • виробництво напівпродукту або чавуну в рідкому стані, для подальшого плавильного процесу.

Продукти прямого відновлення

До продуктів прямого відновлення заліза прийнято відносити чотири види:

  • губчасте;
  • металізована шихта;
  • кричное;
  • чавун або вуглецевий напівпродукт.

Залізо губчасте

Його отримують в результаті процесів, коли відновлення металів відбувається без плавлення, при температурі менше 1000-1200 градусів Цельсія. Виходячи з того, яким було початкову сировину, тверде губчасте залізо – пористі структури, або окатиші. У певних випадках це металевий порошок. За цей метал характерний ще й тим, що у нього достатньо висока пористість (формою нагадує губку) внаслідок того, що при відновленні об’ємні характеристики сировини перетерпіли незначні зміни.

Пориста поверхня такого заліза призводить до високого ступеня окислення в процесі зберігання і транспортування, при впливі на нього несприятливого довкілля (підвищеної вологості).

Хімічний склад цього металу зобов’язаний своєму складу початкової сировини (руди). Порівняно з ломом, губчате залізо більш чисте. В ньому мінімальну присутність домішок інших металів.

Також губчасте залізо, отриманий прямим відновленням, відрізняється присутністю в ньому порожніх порід. З-за того, що вихідним матеріалом є багаті концентрати і руди, його додатковим очисткам не піддають. Внаслідок цього залізо містить у собі всі включення пустої породи вихідної руди.

Губчасте залізо знайшло своє застосування у виробництві сталі, виготовленні залізного порошку і мідної цементації.

Шихта металізована

Частково відновлене залізо називають металізованої шихтою. Її застосовують для охолодження плавильного процесу, а також для подальшої плавки в доменних печах. Рівень відновлення металізованої шихти нижче 80%. Губчасте залізо набагато чистіше, ступінь його відновлення понад 90%.

Дивіться також:  Собівартість бензину: принципи ціноутворення, приклади розрахунку

Залізо кричное

Кричное залізо, одержуване бездоменным способом, проводиться в трубчастих обертових печах. Температура відновлення його в діапазоні від 1100 до 1200 градусів Цельсія. Цей продукт являє собою невеликі металеві частинки, в яких шлакові домішки. Об’єм шлаку в кричном залозі високий, становить приблизно 10-20 відсотків. Це залізо відрізняється значними домішками сірки і фосфору.

Застосовують крицю для подальшої переплавки в домнах. Окремі технології використовують цей продукт при виплавці сталі в електричний печах.

Вуглецевий напівпродукт або чавун

Ці продукти отримують при технології відновлення твердим паливом. За своїми характеристиками вони аналогічні тим, які виплавляють в домнах. Більш того, вуглецевий напівпродукт або чавун іноді виходить з набагато меншим вмістом сторонніх домішок.

Подальша робота з цими матеріалами для одержання сталі здійснюється традиційними способами.