Добиването на стомана направо от руда първоначално се е извършвало по съвсем първобитни методи в открити огнища, които са били строени по такъв начин, че се използвала естествена тяга.

За усилване на горенето по-късно е била използвана и изкуствена тяга – чрез вдухване на въздух през специален отвор в долната част на огнището, какъвто е случаят например с каталонското огнище или самоковските видни. В тези огнища рудата се насипва върху подложка от дървени въглища, като пластове от руда и въглища се редуват.

Процесите, които протичат в огнището, могат да се сведат към следното. При преминаването на въздуха през насипания материал кислородът окислява въглерода на горивото главно до въглероден окис. Влизайки в контакт с рудата, последният редуцира частично железните окиси, като в същото време се окислява до въглероден двуокис. При преминаването си през следващия пласт от дървени въглища въглеродният двуокис се редуцира отново до въглероден окис и по такъв начин газовата фаза в огнището има винаги редукционен характер.

Като се свлича постепенно надолу (сляга), шихтовият материал навлиза в области с по-висока температура, където съществуват условия за по-интензивна редукция. При достигане на достатъчно висока температура скалният примес на рудата и нередуцираните железни окиси се стопяват и образуват течна шлака. Това създава възможност за по-близък контакт между шлаката и въглената маса и при сравнително висока температура тук се извършва предимно директна редукция. В сравнение с високата пещ температурата в огнището обаче е все още ниска, поради което скоростта на редукция е сравнително малка. Вследствие на това значителна част от железния окис остава напълно или до голяма степен нередуциран в шлаката. При наличността на такава богата на железни окиси шлака не може да се извърши овъглеродяване на редуцирането желязо, както това става във високата пещ. Известно е, че с повишаване съдържанието на железен окис в шлаката се понижава съдържанието на въглерод в стоманата. Именно по такъв начин в огнището се стига до получаването на нисковъглероден продукт – стомана.

Редукцията на мангана и особено на силиция е незначителна, тъй като SiO2 се свързва с желязото Железни руди в шлаката във форма на силикат (FeO . SiO2), с което редукцията на силиция се затруднява още повече. Фосфорът частично се ошлакова, и то толкова повече, колкото по-богата е шлаката на желязо и колкото по-ниско е въглеродното съдържание на стоманата.

Разгледаните по-горе процеси се извършват при температури, които лежат под точката на топене на получената стомана и следователно последната се намира не в течно състояние, а в твърдо състояние, във вид на слитъци. В порите на тези слитъци е отложена шлаката. Отделянето на по-голямата част от шлаката става чрез изковаване на слитъка, при което се получава един по-плътен стоманен блок. Степента на отделяне на шлаката естествено ще зависи от вида на механичната обработка. Поради това характерно за получената по този начин стомана е наличността на шлакови включвания.

От казаното дотук се вижда, че по директен път в огнището може да се получи достатъчно качествена стомана само ако се използват чисти изходни материали.

Поради малката производителност голямата загуба на желязо в шлаката (до 50%) и повишените качества, които трябва да има понастоящем стоманата, този метод в неговия първоначален вид не може да намери приложение в съвременното стоманодобивно производство и е бил изместен от индиректния метод.

В по-ново време идеята за директно добиване на стомана започва отново да представлява интерес, тъй като директният път е много по-къс от индиректния (при който са необходими специални процеси за преработването на междинния продукт – чугуна, в стомана). Освен това опитите показват, че качествата на стоманата, получена по директен път, например в твърдо състояние, са много добри и тя може да служи като отличен материал за добиване на легирани стомани.

Проблемът за директно добиване на стомана от руда е интересен както от гледище на металургията, така и от гледище на икономиката. Трудност при тези методи представлява отстраняването на вредните примеси (S,P), а спънка за широкото им разпространение – тяхната малка производителност. Разработени са голям брой методи, които, въпреки че все още не могат да задоволят напълно изискванията, представляват интерес за по-нататъшното развитие.

В зависимост от физичното състояние на получавания продукт и съответно от температурата, при която се извършва редукцията, съществуващите методи за директно добиване на стомана от железни руди могат да се разделят на три групи:

  1. Методи за добиване на желязна гъба, които се провеждат при сравнително ниски температури. В резултат на това се извършва само редукция на железните окиси без стопяване на скалните примеси. Продуктът на редукцията (редуцираното желазо) е в твърдо състояние.
  2. Методи за добиване на слитъци (крици). Температурата, при която се провеждат процесите, е значително по-висока в резултат на което скалните примеси се стопяват и се образува течна шлака, а частиците редуциран метал се заваряват помежду си и образуват тестообразен слитък, който след това се втвърдява.
  3. Методи за добиване на течна стомана, които се провеждат при температури, лежащи над точката на топене на желязото. Крайният продукт при тези процеси е течна стомана и течна шлака.

Особеностите на отделните методи се обуславят от състава на изходните материали и от състава на дезоксидаторите.

Така при производството на желязна гъба обикновено се използват богати на желязо и чисти от вредни примеси руди, агломерат и дезоксидатори с ниско съдържание на сяра, тъй като скалният примес в процеса на редуцирането не претърпява никакви изменения и остава в желязната гъба, а сярата от редукторите може да премине в желязото.

При производството на слитъци, където скалните примеси от рудата се превръщат в течна шлака и след това се отделят от метала, могат да се използват бедни руди и нискокачествено гориво.

За получаване на течна стомана може да се използват богати прахообразни руди или брикети, получени от концентрати, а като дезоксидатори се използват въглероден окис, водород или смес от тези газове, а също кокс и различни видове твърдо нискокачествено гориво.

В зависимост от тяхната чистота продуктите на редукцията се използват за различни цели. Желязната гъба се използва за производството на железен прах и като заместител на стоманен лом при производството на висококачествена стомана в кисели мартенови и електрически пещи. Слитъците, които обикновено съдържат по-големи количества примеси, се използват във високите пещи или като заместители на стоманен лом в мартеновите пещи, електродъговите пещи и конвертори.

Получаване на желязна гъба. Желязната гъба се получава чрез редуциране на висококачествени руди при относително ниски температури (1100оС), изключващи не само стопяването, но дори и синтероването (спичането) на рудата. Като редуктор се използват въглероден окис, водород, смес от тези газове или твърд въглен. Използват се главно два начина:

Редуциране с твърд редуктор в пещи, където рудата и редукторът се насипват в отделни пластове и загряването се извършва индиректно в пламъчни пещи (метод на Хьоганес) или в тръбни въртящи се пещи, където рудата и редукторът се смесват и загряването се извършва индиректно (метод RN).

Редуциране с газообразен редуктор. Процесът се провежда се провежда в камерни и шахтови пещи с външно загряване, в шахтови пещи при обикновено и високо налягане, в периодично действащи реторти със стабилен газов поток, в пещи, при които се използва пулсиращ газов поток, в реторти с кипящ слой (H-iron процес) и др.

Получаване на железни слитъци (крично желязо). Производството на крично желязо, който е най-старият начин за получаване на желязо от неговите руди в т.нар. крични огнища, понастоящем се използва отново при съвременни условия.

За целта се използват въртящи се наклонени тръбни пещи, които намират приложение в различни отрасли на промишлеността за високотемпературно изпичане на насипни материали.

Характерна особеност на крично-рудния процес е температурният режим на неговото провеждане (1250-1350оС), който осигурява стопяване на скалните примеси с образуването на течна шлака и заваряване на отделните зърна от редуцираното желязо в тестообразни слитъци (крици), тоест в отделни късове с размери от 1 до 50 mm (предимно от 3 до 8 mm) Получаваното по този начин желязо почти не съдържа скални примеси, поради което за добиването му може да се използват труднообогатими бедни руди.

Като редуктор могат да се използват коксов и въглероден прах и други видове нискокачествени горива.

Загряването на пещта се извършва с газообразно прахообразно или течно гориво, което се подава с горелка през единия край на пещта.

Получаване на течна стомана. Директното добиване на течна стомана се извършва при по-високи температури, отколкото при добиването на желязна гъба. Задачата на процеса е да се получи полупродукт или готова стомана. За целта са предложени и изпробвани различни методи, при които се използват въртящи се тръбни пещи, пламъчни пещи от типа на сименсмартеновите, електропещи, циклонни пещи със следващо редуциране на желязото от стопилката и др. От тях засега най-голям интерес представлява методът, при който редукцията на железните окиси се извършва в тръбна въртяща се пещ, а стопяването на редуцираната шихта се извършва в друг агрегат, например електродъгова пещ.

239 Прегледа