Мидрекс

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].

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:

${\displaystyle {\ce {Fe2O3 + 3H2 -> 2Fe + 3H2O ^}}}$

${\displaystyle {\ce {Fe2O3 + 3CO -> 2Fe + 3CO2 ^}}}$

• Образование карбидов железа:

${\displaystyle {\ce {3Fe + 2CO -> Fe3C + 3CO2 ^}}}$

• Конверсия природного газа:

${\displaystyle {\ce {CH4 + H2O ->[t] CO + 3H2}}}$

${\displaystyle {\ce {CH44 + CO2 ->[t] 2CO + 2H2}}}$

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].

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 (рус.) // 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

• Yuka Obayashi. Kobe Steel's new technology brings 20% cut in blast furnace emissions of CO2 (англ.). reuters.com. Reuters (16 февраля 2021). Дата обращения: 17 ноября 2021.
• MIDREX Process (англ.). kobelco.co.jp. Kobe Steel. Дата обращения: 17 ноября 2021.