Железо прямого восстановления - Direct reduced iron

Железо прямого восстановления (DRI), также называемый губчатое железо,^[1] производится из прямого снижение из железная руда (в виде кусков, окатышей или мелочи) для глажки восстановительный газ или элементаль углерод произведено из натуральный газ или же каменный уголь. Многие руды подходят для прямого восстановления.

Прямое восстановление относится к твердотельным процессам, которые восстанавливают оксиды железа до металлического железа при температурах ниже точки плавления железа. Восстановленное железо получило свое название от этих процессов, одним из примеров является нагрев железной руды в печи при высокой температуре от 800 до 1200 ° C (от 1470 до 2190 ° F) в присутствии восстановительного газа. синтез-газ, смесь водород и монооксид углерода.^[2]

Процесс

Процессы прямого восстановления можно условно разделить на две категории: газовые и угольные. В обоих случаях цель процесса - оттолкнуть кислород содержащаяся в различных формах железной руды (крупная руда, концентраты, окатыши, прокатная окалина, печная пыль и т. д.), чтобы преобразовать руду в металлическое железо без его плавления (ниже 1200 ° C (2190 ° F)).

Процесс прямого восстановления сравнительно энергоэффективен. Стали для производства DRI требуется значительно меньше топлива, поскольку традиционная доменная печь не требуется. DRI чаще всего превращается в сталь с использованием электродуговые печи чтобы использовать тепло, выделяемое продуктом прямого восстановления.^[3]

Преимущества

Процессы прямого восстановления были разработаны для преодоления трудностей традиционных доменные печи. Заводы DRI не обязательно должны быть частью интегрированного сталелитейного завода, как это характерно для доменных печей. Первоначальные капитальные вложения и эксплуатационные расходы на предприятиях прямого восстановления ниже, чем на металлургических заводах, и больше подходят для развивающихся стран, где поставки высококачественного коксующегося угля ограничены, но где стальной лом обычно доступен для вторичной переработки. Индия является крупнейшим в мире производителем железа прямого восстановления.^[4] Многие другие страны используют варианты этого процесса.

Факторы, которые помогают сделать DRI экономичным:

Железо прямого восстановления имеет примерно такое же содержание железа, как чугун, обычно 90–94% общего железа (в зависимости от качества сырой руды), поэтому это отличное сырье для электрических печей, используемых в мини-заводы, что позволяет использовать лом более низкого качества для остальной части шихты или производить сталь более высокого качества.
Горячий брикетированный чугун (ГБЖ) - это прессованная форма прямого восстановления железа, предназначенная для упрощения транспортировки, обращения и хранения.
Горячее железо прямого восстановления (HDRI) - это железо прямого восстановления, которое в горячем виде транспортируется непосредственно из восстановительной печи в электродуговую печь, тем самым экономя энергию.
В процессе прямого восстановления используется окомкованная железная руда или природная кусковая руда. Единственным исключением является процесс с псевдоожиженным слоем, который требует крупности частиц железной руды.
В процессе прямого восстановления можно использовать природный газ, загрязненный инертными газами, что исключает необходимость удаления этих газов для других целей. Однако любое загрязнение восстановительного газа инертным газом снижает эффект (качество) этого газового потока и термическую эффективность процесса.
Поставки порошковой руды и сырого природного газа доступны в таких регионах, как Северный Австралия, избегая транспортных расходов на газ. В большинстве случаев завод DRI расположен рядом с источником природного газа, поскольку транспортировка руды более рентабельна, чем транспортировка газа.
Метод DRI дает 97% чистого железа.
К исключить использование ископаемого топлива в производстве чугуна и стали, возобновляемый водород газ можно использовать вместо синтез-газ производить DRI.^[5]

Проблемы

Железо прямого восстановления очень чувствительно к окисление и ржавчина если оставить без защиты, обычно быстро перерабатывается в сталь.^{[нужна цитата ]} Утюг может загореться, так как он пирофорный.^[6] В отличие от доменная печь чугун, который является почти чистым металлом, DRI содержит кремнеземистые порода (если он сделан из лома, а не из нового железа из железа прямого восстановления с использованием природного газа), который необходимо удалять в процессе производства стали.

История

Производство губчатого железа с последующей обработкой было первым методом получения железа в Средний Восток, Египет, и Европа, где он использовался, по крайней мере, до 16 века. Есть некоторые свидетельства того, что метод bloomery также использовался в Китай, но Китай разработал доменные печи получить чугун на 500 До н.э..

Преимущество блюмера заключается в том, что железо можно получить при более низкой температуре печи, всего около 1100 ° C или около того. Недостаток по сравнению с доменной печью состоит в том, что за один раз можно производить только небольшие количества.

Химия

Следующие реакции последовательно превращают гематит (из железная руда ) к магнетит, магнетит к закись железа, и закись железа к утюг сокращением с монооксид углерода или же водород.^[7]

${ displaystyle { ce {3 Fe2O3 + CO / H2 -> 2 Fe3O4 + CO2 / H2O}}}$

${ Displaystyle { ce {Fe3O4 + CO / H2 -> 3 FeO + CO2 / H2O}}}$

${ Displaystyle { ce {FeO + CO / H2 -> Fe + CO2 / H2O}}}$

Науглероживание производит цементит.

${ displaystyle { ce {3 Fe + CH4 -> Fe3C + 2H2}}}$

${ Displaystyle { ce {3 Fe + 2CO -> Fe3C + CO2}}}$

${ Displaystyle { ce {3 Fe + CO + H2 -> Fe3C + H2O}}}$

Использует

Губчатое железо само по себе бесполезно, но его можно обработать для создания кованое железо или сталь. Губку вынимают из печи, называемую блюмэри, многократно отбивают тяжелыми молотками и складывают, чтобы удалить шлак. окислять любой углерод или карбид и сваривать утюг вместе. Эта обработка обычно создает кованое железо с примерно тремя процентами шлака и долей процента других примесей. При дальнейшей обработке можно добавлять контролируемые количества углерода, что позволяет проводить различные виды термообработки (например, «закаливание»).

Сегодня губчатое железо получают путем восстановления железной руды без ее плавления. Это создает энергоэффективное сырье для производителей специальной стали, которые раньше полагались на металлолом.

Смотрите также

внешняя ссылка

[1] «Что такое железо прямого восстановления (DRI)? Определение и значение». Businessdictionary.com. Получено 2011-07-11.

[2] «Железо прямого восстановления (DRI)». Международная ассоциация железных металлов.

[3] R. J. Fruehan, et al. (2000). Теоретический минимум энергии для производства стали (для выбранных условий)

[4] «Статистика прямого сокращения в мире за 2019 год» (PDF). Midrex Technologies. 2019 г.. Получено 25 января 2020.

[5] «Производство стали сегодня и завтра». Получено 31 мая 2019.

[6] Хаттвиг, Мартин; Стин, Хенрикус (2004), Справочник по предотвращению взрыва и защите, Wiley-VCH, стр. 269–270, ISBN 978-3-527-30718-0. (мертвая ссылка 24 октября 2019 г.)

[7] «МИДРЕКС» (PDF).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]