Совершенствование технологии доменной плавки комплексных руд, в том числе титаномагнетитовых

Современный металлургический цикл характеризуется недостатками. Из-за них рядовая сталь оказывается, например, в 2-3 раза дороже, чем получилась бы в цикле без недостатков. Основной способ получения металла [1-4] вместе с его пороками сформировался в древности, в донаучную эпоху, как процесс древнего ремесла. Стихийное развитие металлургии на протяжении многих веков шло под воздействием различных исторических случайностей. Анализ истории металлургии убеждает нас в том, что при другом стечении обстоятельств мы могли бы получить в наследство от прошлого совсем другую металлургию.
В настоящее время основная масса черного металла (больше 90 %), получается доменным процессом, то есть совместной продувкой кусков кокса и рудной компоненты – окатышей или агломерата. Подобная ситуация и в пирометаллургическом получении ряда цветных металлов, так как многие агрегаты цветной металлургии создавались по образцу домен.
Около (5-7) % процентов черного металла получают продувкой окатышей природным газом в шахтных агрегатах типа «Мидрекс», «Хилл-3» и др. В принципе, известно много других, «альтернативных» способов получения черного металла, основанных на иных принципах, и быстро появляются новые способы, однако, их суммарный вклад в производство металла незначителен. Нет способов, которые могли бы в ближайшем будущем составить конкуренцию домнам в получении основной массы металла. И. П. Бардин отмечал, что даже критик доменного процесса С. Смит вынужден был признать домну единственным агрегатом, на котором может базироваться современная металлургия.
Доменный процесс определяет общий вид современного металлургического цикла, является структурообразующим или системообразующим элементом всего цикла.
Обсуждаемые недостатки цикла в основном порождены несообразностями доменного процесса, а именно, тем, что получение металла практически всегда мыслили как совместную продувку кусков руды и топлива при избытке топлива. Традицию смешивания кусков руды и топлива ввели еще древние металлурги. При смешивании куски реагентов оказываются ближе друг к другу и облегчается диффузия восстановительных газов от кусков топлива к кускам руды. Но теперь хорошо известно, что нужную скорость процесса можно обеспечить и без смешивания руды с топливом, так, как это делается в агрегатах Мидрекс, Корекс и других.
В домне совмещены реакции горения топлива и восстановления железа. Но для реакций восстановления требуется восстановительная атмосфера, а для полного сжигания топлива – окислительная. Если эти процессы разделить, можно создать лучшие условия для того и другого.
Ряд недостатков, вызванных смешиванием кусков руды и топлива, можно устранить, если перейти от совместной продувки топлива и рудной компоненты к последовательной или раздельной продувке, когда восстановление металла, горение твердого топлива и окончательное дожигание газов идут в разных зонах печи.
Перечислим обсуждаемые «несообразности» или «врожденные пороки» доменного процесса:
1) В домне топливо удается сжечь в основном лишь по первой стадии, до СО, но не до СО2. Поэтому печь получает от горения топлива в 2-3 раза меньше тепла, чем при полном горении. Если добиться полного горения, то расчетный расход топлива будет меньше в 2-3 раза.
2) Так как все твердые реагенты смешаны, то почти нет или мало возможностей повлиять на соотношение основных реакций в домне. Окислительно-восстановительный потенциал газов, полноту горения и содержание углерода в металле приходится принимать такими, «какие уж сами получатся» в этой смеси реагентов. Поэтому доменная плавка остается

В данной работе основное внимание уделено возможностям совершенствования процесса в современных доменных печах.
Рассмотрены недостатки доменного процесса и металлургического цикла – неполное сжигание топлива; опасно – капризный характер процесса, плохая управляемость; необходимость хорошо окускованного сырья; переуглероживание металла. Отмечено, что эти несообразности сложились в древности, и поддерживаются древней доменной идеологией. Несообразности можно устранить, если перейти от современной совместной продувки руды и топлива к их последовательной продувке, или к реакциям в пылегазовой взвеси.