Восстановления железа

Много лет технологии прямого вос­становления железа из руд рассматри­вались как альтернатива доменному процессу. Учитывалось, что для функ­ционирования доменного производ­ства необходимы: добыча коксующих­ся углей, коксохимическое производ­ство, обогащение железных руд, агломерационное производство и др. Возможность исключить доменное производство из технологической цепи — заманчивая инженерная зада­ча. Сегодня приходится учитывать так­же, что железосодержащий материал, получаемый непосредственно из же­лезной руды (из так называемой пер­вородной шихты), практически не со­держит примесей цветных металлов.

Это послужило мощным толчком к развитию и внедрению новых техно­логий; в настоящее время в мире раз­личными методами производят более 40 млн. т/год продуктов прямого вос­становления — шихтовых материалов, чистых от примесей цветных метал­лов. Предполагается, что в ближай­шие годы этот показатель возрастет до 60 млн. т/год. Основные варианты используемых при этом технологий сводятся к следующему:

а) восстановление железа из твер­дых железорудных материалов взаи­модействием с твердыми или газооб­разными восстановителями. Посколь­ку получаемый продукт представляет собой куски пористого материала, по внешнему виду напоминающего губ­ку, его называют также губчатым же­лезом. Так как процессы металлизации идут в твердом материале, без образо­вания жидкой фазы, их называют процессами твердофазного восста­новления (ПТВ). В зарубежной лите­ратуре для обозначения получаемого материала используют аббревиатуру DRI или DI¹;

б) восстановление железа в кипя­щем железистом шлаке. Такой про­цесс называют процессом жидкофаз-ного восстановления (ПЖВ);

в) получение из чистых железных руд карбида железа. Независимо от способа получения все эти материалы содержат очень мало примесей цвет­ных металлов. Стоимость их по мере совершенствования методов произ­водства приближается к стоимости хо­рошего металлолома. Сегодня в мире различными способами получают де­сятки миллионов тонн металлошихты непосредственно из железных руд (из «первородной» шихты). В гл. 7 эти способы будут рассмотрены более подробно.

'От англ, direct-iron — железо прямого восстановления.

ФЕРРОСПЛАВЫ

В число компонентов металлошихты часто включают также металлсодержа­щие добавки, используемые для рас­кисления и легирования стали. Эти добавки вводят в металл обычно в виде сплавов с железом (иногда в чис­том виде) и называют ферросплавами. Выпускаемые промышленностью ферросплавы подразделяют обычно на большие и малые. К большим ферро­сплавам относят сплавы, занимающие в общем объеме производства основ­ное положение¹ (ферросилиций, фер­ромарганец, силикомарганец, ферро­хром, ферросиликохром), к малым — сплавы, используемые в меньших мас­штабах (ферровольфрам, ферромолиб­ден, феррованадий, феррониобий, ферротитан, сплавы ЩЗМ — силико-кальций, силикобарий и др., сплавы РЗМ с железом, кремнием, алюмини­ем, сплавы с алюминием — ферроалю­миний, силикоалюминий и др.).

Каждый ферросплав может иметь разнообразные составы. Например, группа хромистых ферросплавов вклю­чает: высоко-, средне- и низкоуглеро­дистый феррохром, ферросиликохром, металлический феррохром, азотированный феррохром. Группа марганце­вых ферросплавов включает: высоко-, средне- и низкоуглеродистый ферро­марганец, силикомарганец, металли­ческий марганец, азотированный мар­ганец.

Каждый ферросплав содержит кро­ме железа ряд компонентов (приме­сей). Основные (в соответствии с на­званием ферросплава) компоненты называют ведущими. Содержание веду­щих компонентов может колебаться в определенных пределах. Для сравне­ния (и учета) ферросплавов введено понятие базовой тонны — это 1 т фер­росплава (или концентрата) со строго определенным содержанием ведущего элемента (или его соединения).

Например, в ферросилиции марки ФС45 по ГОСТу допускается колеба­ние в содержании кремния от 41 до 47%. За базовую тонну принята 1т сплава, содержащего 45 % Si (Ферро­силиций марки ФС45 обычно называ­ют 45%-ный ферросилиций.)

Основными способами получения ферросплавов являются: доменный, электротермический, металлотерми-ческий, электролитический. Исполь­зуемые ферросплавы получают глав­ным образом электро- или металло-термическими способами. Электро­литический метод связан со значи­тельным расходом электроэнергии; его используют для получения особо чистых материалов. Доменный про­цесс не позволяет получать некоторые ферросплавы (например, ферросили­ций) с высоким содержанием ведуще­го компонента; он требует высоких расходов высококачественного кокса.

¹ Годовое производство марганцевых сплавов в мире составляет -7,5 млн. т, ферро­хрома -4,0 млн. т, ферросилиция -4,0 млн. т. Производство ферроникеля превысило 1 млн т/год.

В качестве сырья для получения ферросплавов используют руды, со­держащие то или иное количество ок­сидов соответствующих элементов. Поскольку исходное сырье для полу­чения ферросплавов обычно содер­жит значительное количество железа, оно при восстановительных условиях плавки восстанавливается и большин­ство ферросплавов имеют в составе определенное (часто значительное) количество железа. Железо не являет­ся вредной примесью. Кроме того, же­лезо снижает температуру плавления сплава, что облегчает его расплавле­ние, а также повышает степень усвоения ведущего компонента, так как уменьшает активность ведущего ком­понента в растворе и соответственно его угар.

Стоимость восстановленных эле­ментов в сплавах с железом существен­но ниже, чем в чистых металлах, поэто­му использование чистых металлов практикуется в исключительных случа­ях — при производстве сложнолегиро-ванных сплавов. Железо увеличивает плотность сплава, особенно включаю­щего такие легкие элементы, как, на­пример, алюминий. Тем самым облег­чаются условия введения сплава в глубь ванны металла и повышается степень усвоения ведущего элемента (напри­мер, при замене алюминия ферроалю­минием). Кроме полезных элементов ферросплавы содержат и некоторое ко­личество нежелательных элементов. Сведения о составе ферросплавов при­ведены в главе о раскислении и легиро­вании стали (см. табл. 14.1).