Вода и ее роль в промышленном производстве, Коррозия металлов, Бесконтактная металлургия

     Среди комбинированных процессов следует  выделить процесс Соrех, разработанный германской фирмой Korf Stahl в 1976 году. Он сочетает в себе твердофазное и жидкофазное восстановление. В нем используются отдельные реакторы для восстановительной и плавильной стадий. Полупромышленное опробование на разных видах сырья и топлива было проведено с 1981 по 1987 годы на установке производительностью 60 тыс. т чугуна в год в Кельне (Германия). В дальнейшем технологию приобрела австрийская фирма Voest Alpine.

     В основе процессов Соrех лежит концепция доменной печи, модифицированная для обеспечения возможности прямого применения некоксующихся углей для восстановления железа из кусковой руды, окатышей и агломерата. Производительность установок достигает 700 тыс. т в год. Из-за наличия первой стадии предварительного высокого восстановления этот процесс имеет более высокий расход топлива, чем доменный. Преимущества этого и других комбинированных процессов заключаются в более рациональном использовании тепла отходящего газа и более высокой степени использования восстановителя.

     На  сегодня в мире наиболее широко распространены технологии Midrex. Лидирующие позиции в данном сегменте рынка эта компания удерживает последние 30 лет. По технологиям Midrex в прошлом году было получено около 40 млн. т металлизированных окатышей или 60% от общемирового производства. Крупнейшим «парком» установок Midrex владеет корпорация Arcelor Mittal, имеющая предприятия по выпуску восстановленного железа в Германии, Канаде, Мексике, Тринидаде и Тобаго и ЮАР, общие мощности которых (созданные в 1971-1999 годах) составляют около 6 млн. т в год, или 13% мирового производства губчатого железа по данной технологии.

     Для массового производства стали в  современной металлургии основными  исходными материалами являются передельный чугун и стальной скрап (лом). По химическому составу  сталь отличается от передельного чугуна меньшим содержанием углерода, марганца, кремния и других элементов. Поэтому выплавка стали - передел чугуна (или же чугуна и скрапа) в сталь - сводится к проведению окислительной плавки для удаления избытка углерода, марганца и других примесей. При выплавке легированных сталей в их состав вводят соответствующие элементы.

     Первыми способами получения стали из чугуна были кричный способ (XII-XIII вв.) и затем пудлинговый способ (конец XVIII в). Продуктом плавки были крицы - небольшие куски - комья сварившихся между собой зерен металла. Получение плотного металла - сварочного железа - происходило при последующей ковке или прокатке. Во второй половине XIX в. появились и получили наибольшее развитие высокопроизводительные способы: бессемеровский (1856 г.) и томасовский процессы (1878 г.). Их недостатками являются невысокое качество стали и ограниченность сырьевой базы, так как можно было использовать лишь некоторые чугуны (с определенным содержанием Si, S, Р).

     Поэтому примерно с начала нынешнего столетия основную массу стали выплавляли мартеновским способом (появился в 1864 г.) - менее производительным, но позволяющим выплавлять более качественную сталь. Кроме того, для выплавки мартеновской стали используется наиболее распространенный чугун (непригодный для бессемеровского и томасовского передела) и огромное количество вторичного металла - стального скрапа.

     В 50-х годах XX в. появился новый, прогрессивный способ выплавки стали - кислородно-конверторный процесс. Благодаря значительным технико-экономическим преимуществам этот способ быстро получил очень широкое применение, вытесняя мартеновский способ в массовом производстве стали.

     В настоящее время в мировом  производстве около 40% стали выплавляют кислородно-конверторным способом и  около 40% мартеновским способом; при  этом за последнее время доля кислородно-конверторной стали непрерывно возрастает, а доля мартеновской стали сокращается.

     Выплавка  качественных сталей в электрических  дуговых и индукционных печах  началась в конце XIX-начале XX вв. Электросталь стоит дороже, но превосходит по качеству кислородно-конверторную и мартеновскую сталь; ее производство - около 20% от всей массы стали - непрерывно возрастает.

     В связи с возрастающими требованиями к качеству стали все большее  применение получает внепечное вакуумирование, рафинирование синтетическими шлаками в ковше и другие новые прогрессивные технологические способы. Сталь особо высокого качества выплавляют в вакуумных электрических печах, а также путем электрошлакового, плазменного переплава и других новейших методов.

     Внедоменные способы производства железа (стали) - одно из перспективных направлений в металлургии. Для передела в сталь используют около 80% всего чугуна. Двухстадийная технология современного сталеплавильного производства: руда -> чугун -> сталь является технически несовершенной. С давних времен известна принципиально иная технология - получение стали из заранее восстановленного железа. Например, еще в VII - X в. высококачественную булатную сталь для холодного оружия получали плавкой железа с углеродсодержащими добавками в небольших тиглях. Из многочисленных разработанных и опробованных способов восстановления железа из руды некоторые нашли, хотя и ограниченное, промышленное применение. Перспективной является металлизация рудных окатышей для использования в производстве стали. В последние годы идет настойчивая работа по созданию сталеплавильных агрегатов непрерывного действия (САНД). По сравнению с другими сталеплавильными печами САНД имеют ряд технико-экономических преимуществ: увеличение производительности, уменьшение технологических отходов, улучшение качества металла и т. д.

     Принципиальная  схема сталеплавильного агрегата непрерывного действия (САНД): 1 - печь или вагранка для плавки чугуна и скрапа; 2 - миксер; 3 - дозатор; 4 - агрегат для удаления серы; 5 - агрегат для удаления кремния, марганца, фосфора; 6 - агрегат для обезуглероживания; 7 - вакуум-аппарат; 8 - агрегат для легирования; 9 - ковш для стали

     Технологические процессы в САНД могут быть много- и одностадийные. В многостадийных процессах отдельные технологические операции: десульфурацию, обезуглероживание и др. выполняют в последовательно расположенных частях агрегата.

     Принципиальная  схема одного из вариантов многостадийного  отечественного САНД показана на рисунке. В печи (или вагранке) 1 плавят чугун и стальной скрап. Расплав непрерывно (или порциями) сливается в миксер 2, когда из одного миксера с помощью дозатора 3 порция расплава поступает в агрегат 4, второй миксер наполняют.

     В агрегате 4 удаляют серу, например, обработкой пылевидной известью в струе азота; в агрегате 5 происходит удаление кремния, марганца и фосфора путем продувки кислородом (или воздухом) с добавками пылевидной извести и руды. В агрегате 6 чугун (~3% С) обезуглероживают продувкой кислородом; полученная сталь перетекает в вакуум-аппарат 7, где происходит ее раскисление и дегазация, и далее в агрегат 8, где в металл вводят легирующие элементы в расплавленном или гранулированном виде. Готовая сталь собирается и некоторое время отстаивается в ковше 9.

     Примером  одностадийного САНД может быть процесс  «струйного рафинирования», разработанный  в Англии. Вокруг свободнопадающей струи чугуна создают кольцевую  струю кислорода с добавками тонкоизмельченной извести. Металл «разбивается» на мелкие капельки (1 - 2 мм). Благодаря огромной поверхности контакта выгорание углерода и другие реакции происходят с очень большой скоростью (например, обезуглероживание - около 3% С/с). Капельки металла дополнительно рафинируются, проходя через слой вспененного шлака. Из нижней части агрегата металл непрерывно выпускают в сталеразливочный ковш или в УНРС; шлак непрерывно удаляется в шлаковню.

     Широкую известность получила конструкция САНД, разработанная Французским институтом черной металлургии 1RSID. Агрегат состоит из трех частей: реакционной камеры, отстойника и камеры доводки.

     В настоящее время САНД различной  конструкции осваиваются и отрабатываются в заводских условиях. 
 
 
 
 
 

Список  литературы. 

1. Когановский А.М., Семенюк В.Д. Оборотное водоснабжение химических предприятий. – К.:Будывельник, 1975. – 230с.

2. Г.И. Николадзе, Д.М. Минц, А.А. Кастальский Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. – М.: Высшая школа, 1984. – 368с.;

3. Сомов М.А. Водопроводные системы и сооружения. – М.: Стройиздат, 1988.- 400с.

4. Очистка и использование сточных вод в промыленном водоснабжении/А.М. Когановский,Н.А. Клименко, Т.В. Левченко – М.: Химия, 1983г – 286с.

5. Генель Л. С, Галкин М. Л., Ингибирование коррозии изделий из черных сталей. // Консруктор. Машиностроитель. - 2007, №2, стр.22

6. Никифоров В.М. “Технология металлов и конструкционные материалы”  6-е изд., М., Высшая школа, 1980

7. ЦНИИпроектстальконструкция “Антикоррозионная защита металлических

конструкций”, М., 1975

8. Ольга Фомина Информационно-аналитический пакет "Российский рынок металлов" 03.10

9. В.Ф.Князев, А.И.Гиммельфарб, А.М.Неменов. «Бескоксовая металлургия железа.» Металлургия, 1972 г.