§ 14. Методы прямого восстановления железа из руд

При получении чугуна в доменной печи топливо затрачивается на вос­становление железа и примесей, на образование шлака и расплавление чугуна. При этом из общего количества тепла 3000 кал, затрачиваемого для выплавки 1 кг чугуна в доменной печи, на восстановление железа затрачивается примерно половина, вторая половина затрачивается на рас­плавление и перегрев чугуна, шлака, на потери с отходящими газами, теплопередачу через стенки и с охлаждающей водой.

Д. И. Менделеев в 1899 г. утверждал: «Я полагаю, что придет со вре­менем опять пора искать способы прямого получения железа и стали из руд, обходя чугун».

Прямое восстановление железа из руд имеет ряд преимуществ перед доменным процессом: пустая порода не плавится, примеси не восстанавли­ваются, и железо получается чистым, расход топлива уменьшается, можно использовать дешевые сорта топлива, процессы протекают при не­высоких температурах (700—900°).

Для осуществления этого процесса необходима подготовка железной руды: размалывание на дробилке и шаровой мельнице, обжиг в печи при 800—850°. После обжига руда поступает в цилиндрическую вращаю­щуюся печь или вертикальную многоподовую скребковую печь, где ее восстанавливают газами СО, Н₂ и СН₄ или твердым углеродом при 700— 900°. Восстановление руды окисью углерода идет по реакциям

Fe₂0₃ + СО С0₂ + 2FeO;

Fe₃0₄ 4- СО С0₂ + 3FeO;

FeO + CO С0₂ + Fe.

Восстановленное железо при этой температуре спекается, образуя так называемое губчатое железо. Полученное губчатое железо размалывают Железо в порошкообразном состоянии может быть использовано в по­рошковой металлургии для прессования различных изделий.

Для использования в сталеплавильном производстве полученное порошко­образное железо подвергают брикетированию в прессе. Железо, полу­ченное методом прямого восстановления, является ценным исходным мате­риалом для производства стали.

Методом прямого восстановления можно перерабатывать любые желез­ные руды, как богатые, так и бедные, чистые и загрязненные вредными примесями, тогда как в настоящее время для доменного процесса тре­буются высококачественные чистые руды и топливо.

§ 15. Устройство доменного цеха

Общее устройство доменного цеха с расположением вспомогательных устройств и подъездных путей показано на фиг. 15. Доменная печь / имеет наклонный подъемник для загрузки шихты и расположена вместе с литей­ным двором выше уровня земли с таким расчетом, чтобы жидкий чугун выпускать в чугуновозные ковши, установленные на вагонных тележках. Емкость чугуновозного ковша 80—100 т. Шлак выпускают в шлаковоз-ные ковши емкостью 15—25 т. Чугун и шлак по желобам (показаны на фиг. 15 белыми линиями) поступают в ковш, чугун направо и шлак налево.

Жидкий чугун подвозят к литейной разливочной машине 2 и разли­вают в металлические формы.

Рядом с доменной печью расположены воздухонагреватели 3 с. дымо­вой трубой. Воздух в нагреватели подается с воздуходувной станции 4, откуда после нагрева по трубам поступает в доменную печь. Доменные газы для очистки от пыли поступают в блок газоочистителей 5 сухих, мокрых и электрических. Запасы шихтовых материалов на 3—4 мес. расположены штабелями на шихтовом дворе 6 Шихтовой двор обслуживается краном, Длина которого достигает на современных заводах 120—180 м; вес такого крана свыше 600 т, мощность двигателей 1000 кв, грузоподъемность 25 т и производительность 500 т/час. Оперативные запасы руды, топлива, флюсов на 1—2 суток хранятся в бункерной эстакаде 7, проходящей над ски­повой ямой 8. Бункерную эстакаду обслуживают специальные вагоны гру­зоподъемностью 60—100 кг для подачи руды и кокса в расходные бункеры и опрокидыватели для разгрузки вагонов с поступающими материалами.

Кокс от коксовых печей ленточным транспортером подается в коксо­вые башни 9. Из башни он специальным вагоном подается в эстакадные бункеры. Взвешивание шихты на современных заводах механизировано и автоматизировано в такой степени, что один рабочий за 8 час может загрузить в доменную печь более 2000 т шихтового материала.

Под бункерной эстакадой движутся вагон-весы и автоматически наби­рают из бункеров необходимое количество материалов.

Взвешенные материалы засыпают в скип-тележку емкостью до 7,5 м³; вмещает она до 15 m руды или 3 т кокса.

Подъем скиповых тележек на колошник осуществляется подъемными механизмами, установленными на машинной станции 10.

Доменные печи работают непрерывно в течение 5—10 лет. Для продле­ния срока службы доменных печей отдельные части арматуры и огнеупор­ной кладки охлаждают водой, расход воды на охлаждение составляет 20- 25 м³ на 1 т чугуна.

Доменные печи останавливают на капитальный ремонт главным обра­зом по причине выгорания огнеупорной кладки. Контроль выгорания огнеупоров был до последних лет весьма затруднителен. В настоящее время для контроля выгорания используют радиоактивный изотоп кобальта Со⁶⁰. При постройке или капитальном ремонте в. разные места огнеупорной кладки закладывают кусочки радиоактивного кобальта. Под­нося счетчик с наружной стороны доменной печи, где замурован Со⁶⁰, можно обнаружить излучение, если же в этом месте огнеупорная кладка выгорела и кобальт расплавился в чугуне, то излучения не будет. Таким образом можно определить во время работы, насколько износилась огне­упорная кладка, и более точно определить срок остановки доменной печи на капитальный ремонт.