2. Восстановление оксидов железа с получением жидкого чугуна [доменный процесс, процесс Корекс (Соrех)] с последующим переделом жидкого или твердого чугуна в сталь.

Передел жидкого чугуна в сталь осуществляют в кислород­ных конвертерах и частично в электродуговых печах. В некоторых странах (Россия, Украина, Индия и Китай) используют также мартеновский процесс.

Важную роль в процессах производства стали играет железный лом (скрап). Дуговые электропечи могут выплавлять сталь из шихты, состоящей полностью из стального лома. В конвертерном процессе в шихте используют 20-25 % лома.

В 2002 г. в мире выплавлено 902,2 млн т стали. Доля конвертерной стали составила 62,2 %, электростали 33,9 %, мартеновской стали 3,9 %. На производство такого количества стали затрачено 1050 млн т металлической шихты, в том числе 608 млн т чугуна, 397 млн т стального лома и 45 млн т прямовосстановленного железа. В среднем на 1 т жидкой стали затрачивается 1,164 т металлической шихты.

Сталь в виде определенного конечного продукта (листа различной толщины, балок, рельсов, железнодорожных колес, уголков, прутков, арматуры, проволоки и др.), получаемого после горячей или холодной пластической деформации, производят на металлургических предприятиях.

Металлургические предприятия можно разделить на несколько групп:

1. Предприятия полного металлургического цикла. В их состав входят коксохимический, агломерационный, доменный, сталеплавильные, прокатные и другие цеха. Иногда в их состав входят рудодобывающие предприятия.

2. Предприятия неполного металлургического цикла. В их состав входят сталеплавильные и прокатные цеха.

3. Трубные заводы. На этих заводах производят трубы различного назначения. В составе заводов может иметься собственное сталеплавильное производство. При его отсутствии стальную заготовку для труб приобретают на предприятиях 1 и 2-й групп.

4. Метизные предприятия. Эти предприятия из закупаемой стальной заготовки производят металлические изделия промышленного назначения: проволоку, канаты, металлическую сетку, сварочные электроды, пружины, крепежные изделия (гвозди, шурупы, болты, гайки), рельсовые подкладки и др.

Металлургия железа

Под металлургией железа понимают производство из железной руды, агломерата или окатышей губчатого железа или металлизованных окатышей. Далее будем называть эти продукты прямовосстановленным железом (ПВЖ) (direct reduction of iron). В случае горячего брикетирования губчатого железа (sponge iron) или металлизованных окатышей получают горячебрикетированное железо ГБЖ.

ПВЖ и ГБЖ являются шихтовым материалом для выплавки стали в дуговых электропечах. ПВЖ, наряду с чугуном (в отличие от стального скрапа), является первородным материалом, чистым по нежелательным примесям (Сu,Ni, Сr, Zn, Sn, Рb, Аs и др.).

ПВЖ - продукт твердофазного восстановления железа из его оксидов твердым углеродом или газообразным восстановителем при температуре не выше 1100 °С. Более высокие температуры приводят к спеканию материала в агрегате твердофазного вос­становления.

Одним из параметров процесса твердофазного восстановления является степень металлизации . Этот показатель рассчитывают как отношение:

где Fе_мет. - содержание металлического (восстановленного) железа, % Fe_общ. - содержание железа общего (металлического и находящегося в связанном в оксиды состоянии), %. Как правило, ПВЖ содержит 90-94 % металлического железа.

Количество кислорода, связанного с железом в оксиды, расчитывают по формуле:

Со степенью металлизации тесно связано содержание углерода в ПВЖ. Идеальным является такое содержание углерода, чтобы его было достаточно для восстановления оставшихся оксидов железа и частичного науглероживания металлического расплава при переплаве в дуговых электропечах.

ПВЖ, если не принимать дополнительных мер, склонно к самовозгоранию. Это связано с высокой пористостью ПВЖ и способностью свежевосстановленного железа окисляться в присутствии влаги с выделением большого количества теплоты. Процесс окисления описывается реакцией:

В больших массах (при хранении в штабелях, транспортировании в вагонах или морских сухогрузах) выделяющееся тепло сохраняется, что приводит к активации процесса окисления и самовозгоранию.

Одним из способов предотвращения окисления ПВЖ служит горячее брикетирование. Продукт получил название горяче-брикетированное железо (ГБЖ). Горячие брикеты благодаря их уплотнению и ликвидации пор не проявляют склонности к окислению и поэтому безопасны при хранении и транспортировке.

В настоящее время более 90 % всего ПВЖ и ГБЖ производят в процессах с использованием природного газа. Поэтому наибольшая доля производства ПВЖ ложится на страны, которые имеют большие запасы природного газа (Венесуэла, Мексика, Тринидад и др.).

Среди множества существующих технологий производства ПВЖ с использованием угля пока нет ни одного, подготовку которого к широкому индустриальному применению можно было бы считать завершенной. Все эти процессы пока малопроизводительны, их продукты содержат золу и серу угля, причем содержание серы часто является критическим.

Объем мирового производства ПВЖ и темпы годового прироста этого продукта зависят от соотношения цен на скрап, жидкий (твердый) чугун и ПВЖ. Ожидается, что рост производства ПВЖ в ближайшие 15 лет не будет превышать 4,5 % в год, и к 2015 году оно составит 75 млн т.

Среди методов твердофазного восстановления оксидов железа с использованием природного газа как восстановителя преобладающее место занимает процесс Мидрекс (Мidrех). Второе меcто занимает процесс ХИЛ (НYL). В качестве исходных материалов в этих процессах используют железорудные окатыши или богатую кусковую железную руду.