Техника - молодёжи 1971-03, страница 31

дии и Японии. Все конструкции почти одинаковы и различаются незначительными деталями. Самая совершенная, пожалуй, дьухзонная печь, изготовленная японской фирмой «Ниппон Токусю Тэппун». В первой зоне происходит сушка и подогрев руды, во второй — восстановление. Но эта печь опытная. Как она поведет себя в длительной эксплуатации — неизвестно.

А газ-то лучше!

Хотя метод восстановления железа углем уже достаточно хорошо отработан, металлурги гораздо больше внимания уделяют газообразному реагенту. С ним связано очень много надежд. Газ чище и дешевле угля, и металл получается качественнее. Кроме того, сам процесс становится рациональнее, — ведь при восстановлении углем нагревать шихту приходится посторонним источником тепла.

Словом, в 191В году шведского инженера М. Вибер-га осенила идея: почему бы не использовать горючий газ, содержащий углерод и водород — те самые элементы, которые легко соединяются с кислородом? Тогда же он получает патент № 46507 на свое изобретение. Однако практически осуществить его удалось лишь через 14 лет.

По способу Виберга железо восстанавливается в шахтной печи. Представьте себе трубу (будем уж пользоваться этим сравнением), поставленную «на попа». Сверху вниз идет руда, снизу вверх — газ, состоящий из 65% окиси углерода, 25% водорода и 5% углекислоты. В головной части трубы происходит горение, температура достигает 800—1100°С. В средней и нижней — раскаленная руда восстанавливается свежим притоком газа. В первых печах Виберга один и тот же поток газа и нагревал и восстанавливал руду.

В свое время метод Виберга произвел фурор и был разрекламирован на весь мир как чудо металлургии. Он позволял восстанавливать до 95% железа, которое стоило дешевле полученного с помощью угля. Швеция в 1951—1954 годах поторопилась построить целых пять печей. Две пришлось скоро остановить. Остальные, очевидно, постигнет та же судьба.

Дело в том, что в печах Виберга используется газ, полученный из кокса в электрогазогенераторе. А кокс сам по себе очень дорог. Да и электрогазогенератор довольно громоздкая установка, пожирающая много электроэнергии. Помимо всего прочего, такие установки малопроизводительны. И тем не менее восстановление железа в шахтной печи газом сулило слишком большие выгоды, чтобы не постараться довести эту технологию до «кондиции».

Усовершенствованием метода Виберга занимались и американцы, и шведы, но удачнее всех — японцы. В 1959 году К. Коидзуми и Д. Камисима построили экспериментальную печь, разделив ее на три зоны. В верхней идет нагрев руды. В средней — предварительное, а в нижней — окончательное восстановление. Но самое главное — в качестве восстановителя применены газообразные отходы производства железа в электропечах. То есть топливо бесплатное.

Другая особенность установки Коидзум-и и Камисима — двухступенчатый нагрев газа, который разделяется на два потока. Первый сгорает в верхушке печи и нагревает руду. Продукты сгорания не выбрасываются сразу в атмосферу, а идут в рекуператор, где нагревают до 600° С второй поток. Он поступает в электрообогреватель, где температура повышается еще на 300° С, затем — в печь. Такая высокая температура значительно ускоряет процесс восстановления.

«Утилизация» отходов характерна для Японии, почти не имеющей полезных ископаемых и вынужденной

чрезвычайно скупо расходовать любой продукт, чтобы выдержать ожесточенную конкурентную борьбу.

>В самый разгар попыток улучшить Виберсову идею в ФРГ появился так называемый метод Пурофер. В 1961 году построена первая установка, сразу показавшая значительные преимущества нового способа.

Это тоже шахтная печь, несколько иначе устроенная, с разделением газа ни два потока, один из которых подогревает другой. Но сам газ — природный. Кроме того, при нагревании он соприкасается с катализаторами, повышающими его активность. Метод Пурофер заинтересовал венесуэльских металлургов. И не случайно — в этой латиноамериканской стране велики запасы руды и природного газа, но нет угля.

Печи, работающие на газе, уверенно завоевывают место под солнцем. В США, ФРГ, Японии, Швеции, Венесуэле сегодня действуют две опытные, четыре полупромышленные и шесть промышленных установок. Совместно они дают около 1 млн. т железа в год!

И снова проблемы

Установки прямого восстановления, о которых шла речь, дают губчатое железо, имеющее пористую поверхность из-за неметаллических включений. Конечно, можно пойти по стопам древних — проковать полупродукт. Безусловно, выйдет отличный металл. Но слишком дорогой, чтобы из него можно было что-нибудь делать. Поступают иначе — переплавляют губчатое железо в электропечи. При этом добавляют легирующие вещества, чтобы получить сталь специального назначения — жаростойкую, кислотоупорную, инструментальную, нержавеющую и т. д. А нельзя ли из руды сразу изготовить жидкое железо?

Собственно, решение столь важного вопроса и есть конечная цель металлургов. Ведь губчатое железо восстанавливается при относительно низких температурах (до 1100° С). Процесс протекает замедленно, производительность агрегата невелика. Иное дело — выплавка жидкого металла. Тут все происходит с большой скоростью, с сильно развитым тепло- и массообме-ном. И производительность чрезвычайно высока. А главное — процесс можно сделать непрерывным: в установку сыплется руда, а из лотка течет металл.

Тут, правда, есть одно «но»: слишком сложно управлять ходом плавки, в частности, трудно контролировать количество углерода. Поэтому существующие ныне агрегаты, на которых получают жидкий металл из руды, как правило, выдают... чугун.

Оригинально работает вращающаяся печь на шведском заводе «Домнарвет». Сначала в нее засыпают мелкий коксик или какое-либо другое твердое топливо слоем в несколько сантиметров. В токе кислорода нагревают эту «постель» до 1300° С и подают руду, известь и тот же коксик. Происходит стремительное восстановление руды, науглероживание и плавление металла. Выпускают из печи шлак, а затем чугун, который обходится дешевле доменного и в отличие от него почти не содержит фосфора, кремния и марганца.

[Окончание см. на стр. 30]

27