В результате большинства процессов прямого восстановления железа получают так называемое губчатое железо.
Наиболее распространенным конечным продуктом прямого восстановления являются металлизованные окатыши – DRI (Direct Reduced Iron) или горячебрикетированное железо НBI (Hot Briquetted Iron).
Окатыши СDRI получают в основном в шахтных печах с охлаждением в нижней части печи до 50º С, после чего отравляются на склад, а затем загружаются в электропечь.
Окатыши HDRI выгружаются из установки прямого восстановления в горячем состоянии и загружаются в расположенную рядом электропечь при температуре 600º С и выше.
Горячебрикетированное железо НBI получается путем прессования брикетов на специальном прессе в формы в виде подушек из металлизированного продукта, который выгружается из печи при температуре около 700º С.
Технологии прямого восстановления железа можно различить по виду восстановителя – газообразный или твердый, а также по фазовому состоянию рудного материала – твердофазные и жидкофазные. Доля различных способов производства железа прямого восстановления в мире в последние годы приведена на рисунке 3.1.
Самым распространенным является процесс твердофазного восстановления руды газообразным восстановителем в шахтной печи Midrex (США). Аналогичный по сути процесс HYL/Energiron предлагает компания Tenova, однако он имеет определённые отличия.
В отличие от технологий Midrex и HYL/Energiron, которые предполагают предварительное окускование сырья в виде окатышей, технология Finmet позволяет использовать рудную мелочь, а восстановление железа происходит в так называемом кипящем слое.
Распространение также получили и технологии, которые используют твердый восстановитель (в основном уголь). К ним относятся такие технологии как SL/RN, ITmK3 и др.
Используются также жидкофазные способы прямого восстановления которые в отличие от твердофазных предполагают выпуск уже жидкой стали или чугуна. Их распространение существенно меньше и во многих случаях эти установки носят экспериментальный характер или имеют небольшую производительность К таким процессам относятся КР, Элред, Инред и др.
Рисунок 3.1 – Распределение технологий производства железа прямого восстановления
§4. Технология Midrex
Процесс Midrex используется с 1969 года, с тех пор построено более 70 печей в 21 стране мира.
Данная технология предполагает восстановление железорудных окатышей в шахтной печи. Обожжённые окатыши загружаются в такую печь сверху, а в среднюю часть печи подается горячий восстановительный газ (рисунок 3.2). Таким образом, по схеме движения рудных материалов и восстановительных газов процесс аналогичен доменной печи. По мере опускания происходит нагрев и металлизация окатышей, которые выгружаются с нижней части печи в холодном (после охлаждения) или в горячем виде.
В основном восстановительный газ получают из природного газа на установке называемой реформером. В реформере происходит конверсия природного газа при его реакции с водяным паром (который специально подают в реформер) и с диоксидом углерода (который находится в оборотном газе из печи). В результате химических реакций протекающих при температуре 900 °С с участием никелевого катализатора получают восстановительный газ состоящий из CO и H2.
Разработан также новый вид высокопроизводительного реформера, существуют варианты с использованием косового газа или продуктов газификации угля.
Восстановление железа происходит в печи при температуре 1100…1150 °С.
Содержание железа в металлизованных окатышах составляет 90…95%.
В России технология Midrex используется на Оскольском электрометаллургическом комбинате ОЭМК (г. Старый Оскол) где установлено четыре печи, которые производят CDRI. И на Лебединском ГОКе где установлено две печи для производства НBI.