Мидрекс

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
Производство продукции прямого восстановления железа в мире и доля процесса Мидрекс по сравнению с другими технологиями

Ми́дрекс (англ. Midrex) — процесс производства железа прямого восстановления (как правило, металлизованных окатышей) в установках шахтного типа, а также одноимённая установка, в которой реализован такой процесс. В качестве сырья используется железная руда или железорудные окатыши, в качестве восстановителя — конвертированный природный газ.

Процесс Мидрекс, наряду с HYL-III, также использующим в качестве восстановителя природный газ, получил наибольшее распространение среди технологий бескоксовой металлургии.

История

Технология была разработана в 1966 году в США компанией Мидленд Росс (англ. Midland-Ross Corporation). В 1969 году в Портленде на заводе Oregon Steel была запущена в эксплуатацию первая установка Мидрекс по производству губчатого железа мощностью 360 тыс. т в год[1][2].

В 1983 году в СССР на Оскольском электрометаллургическом комбинате были запущены четыре установки Мидрекс общей мощностью 1700 тыс. т металлизованных окатышей в год[3].

Методы интенсификации процесса Мидрекс с соответствующим улучшением технико-экономических показателей в разные периоды времени заключались в нагревании восстановительных газов и вдувании кислорода в печь (1990-е годы), а также в генерации восстановительного газа путём частичного окисления природного газа кислородом в горелке, которая устанавливается сразу после реформера (2000-е годы)[4].

Процесс Мидрекс, наряду с HYL-III, также использующим в качестве восстановителя природный газ, получил наибольшее распространение среди технологий прямого восстановления железа, получивших общее название «бескоксовой металлургии»[5][6]. В условиях относительной дешевизны природного газа производство металлизованных окатышей на установках Мидрекс характеризуется лучшими экономическими показателями по сравнению с другими способами[7].

По состоянию на 2021 год, технология принадлежит американской Midrex Technologies Inc., находящейся под управлением Kobe Steel[8][9].

Технология и оборудование

Восстановление оксидов железа окатышей или кусковой руды происходит в шахтной печи, где организован противоток опускающегося под собственным весом железосодержащего материала и горячего восстановительного газа. Температура в пространстве печи поддерживается на уровне ниже точки размягчения шихтовых материалов. В качестве восстановительноrо rаза выступает водород и монооксид уrлерода, образующиеся в результате конверсии природного газа в отдельном реакторе (реформере)[10][11].

Конверсия природного газа осуществляется в реакционных трубах, заполненных катализатором. Нагрев межтрубного пространства происходит за счёт сжигания смеси колошникового газа, получаемого в процессе металлизации, и природного газа в горелках, расположенных в днище реактора. Колошниковый газ перед подачей в конвертер подвергается пыле- и влагоочистке. Часть конвертированного газа используется при производстве инертного газа[12][13][11].

В состав каждой установки металлизации входят: шахтная печь, реформер природного газа, система производства инертного газа, система аспирации и вспомогательные системы. Шахтная печь состоит из загрузочного бункера, вехнего затвора с загрузочным распределителем шихты, нижнего затвора и маятникового питателя для выгрузки металлизованного продукта. По высоте печь делится на зону восстановления (от уровня засыпи до уровня фурм), промежуточную зону и зону охлаждения[14][15][11].

В пространстве печи развиваются следующие химические реакции[16][17]:

  • Восстановление железа:

[math]\ce{ Fe2O3 + 3H2 -> 2Fe + 3H2O ^ }[/math]

[math]\ce{ Fe2O3 + 3CO -> 2Fe + 3CO2 ^ }[/math]

  • Образование карбидов железа:

[math]\ce{ 3Fe + 2CO -> Fe3C + 3CO2 ^ }[/math]

  • Конверсия природного газа:

[math]\ce{ CH4 + H2O ->[t] CO + 3H2 }[/math]

[math]\ce{ CH4 + CO2 ->[t] 2CO + 2H2 }[/math]

Металлизованные окатыши охлаждаются до 40—50 °С в нижней части печи и выгружаются питателями, после чего подвергаются грохочению для отсева мелочи. Охлаждение осуществляется газом, состоящим из смеси восстановительного и дымовых газов. В дальнейшем металлизованный продукт используется для производства стали, как правило в электродуговых печах[18]. Известны вариации процесса Мидрекс, в которых реализована загрузка горячих металлизованных окатышей в электропечь, минуя стадию охлаждения. В этом случае достигается сквозная экономия энергоресурсов на производство стали[19].

Тепло отходящих газов утилизируется с помощью рекуператоров для нагрева природного газа и воздуха, подаваемого на горение топлива в реформере[20].

Основным направлением интенсификации процесса является повышение температуры восстановления без размягчения рудной части и повышение давления восстановительного газа. Для возможности повышения температуры восстановления применяют офлюсование окатышей и добавку кусковой руды в шихту[21].

По данным 2007 года, диаметр промышленных установок Мидрекс достигал 5,5 м, годовая производительность таких печей составляла около 800 тыс. т металлизованных окатышей[22].

Примечания

  1. ↑ Князев, Гиммельфарб, Неменов, 1972, с. 69.
  2. ↑ Курунов, Савчук, 2002, с. 43.
  3. ↑ Юсфин, Пашков, 2007, с. 212.
  4. ↑ Курунов, Савчук, 2002, с. 44.
  5. ↑ Роменец и др., 2013, с. 38.
  6. ↑ Лякишев, 2000, с. 305—306.
  7. ↑ Роменец и др., 2013, с. 39.
  8. ↑ Reuters, 2021.
  9. ↑ Kobe Steel.
  10. ↑ Тулин и др., 1987, с. 230—231.
  11. ↑ 11,0 11,1 11,2 Лякишев, 2000, с. 323—324.
  12. ↑ Юсфин, Пашков, 2007, с. 239—240.
  13. ↑ Князев, Гиммельфарб, Неменов, 1972, с. 70.
  14. ↑ Юсфин, Гиммельфарб, Пашков, 1994, с. 180—182.
  15. ↑ Юсфин, Пашков, 2007, с. 212—213.
  16. ↑ Тулин и др., 1987, с. 231.
  17. ↑ Юсфин, Пашков, 2007, с. 218—219.
  18. ↑ Юсфин, Пашков, 2007, с. 215—216.
  19. ↑ Курунов, Савчук, 2002, с. 48—49.
  20. ↑ Юсфин, Пашков, 2007, с. 244—245.
  21. ↑ Юсфин, Пашков, 2007, с. 227—228.
  22. ↑ Юсфин, Пашков, 2007, с. 228.

Источники

Научно-популярные издания
  • Курунов И. Ф., Савчук Н. А. Состояние и перспективы бездоменной металлургии железа. — М.: Черметинформация, 2002. — 198 с. — 500 экз. — ISBN 5-85450-61-2.
  • Князев В. Ф., Гиммельфарб А. И., Неменов А. М. Бескоксовая металлургия железа. — М.: Металлургия, 1972. — 272 с. — 1700 экз.
  • Роменец В. А., Галкин В. И., Фёдорова А. А., Валавин В. С., Похвиснев Ю. В., Макеев С. А. Сравнительная технико-экономическая оценка бескоксовых технологий производства первичного железа для мини-заводов // Экономика в промышленности : журнал. — М.: МИСиС, 2013. — Июль—Сентябрь (№ 3). — С. 38—44. — ISSN 2072-1633.
  • Тулин Н. А. и др. Развитие бескоксовой металлургии / под ред. Н. А. Тулина, К. Майера. — М.: Металлургия, 1987. — 328 с. — 2960 экз.
  • Юсфин Ю. С., Гиммельфарб А. А., Пашков Н. Ф. Новые процессы производства металла / рецензенты: В. И. Логинов, С. Е. Лазуткин. — М.: Металлургия, 1994. — 320 с. — 2000 экз. — ISBN 5-229-02229-X.
  • Юсфин Ю. С., Пашков Н. Ф. Металлургия железа : учебник для вузов / рецензент Г. Н. Еланский. — М. : ИКЦ «Академкнига», 2007. — 464 с. — 2000 экз. — ISBN 978-5-94628-246-8.
  • Коллектив авторов. Энциклопедический словарь по металлургии : Справочное издание : в 2 т. / гл. ред. Н. П. Лякишев. — М. : «Интермет Инжиниринг», 2000. — Т. 1: А — О. — 412 с. — 500 экз. — ISBN 5-89594-037-4.
Онлайн источники
Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Мидрекс&oldid=11457103