Производство металлов в современном мире

Naib> В общем, начинаю ветку.
Naib> Чёрная металлургия
....
Naib> Идеальная реакция
Naib> Fe2O3 + 1,5C = 2Fe + 1,5CO2.

А водород?

Т-рищ Назгул перелогиньтесь со всем пылом неофита рекомендуеть природный в синтез и уже им мелочь в псевдокипящем слое восстанавливать

При китайских/гаражных размерах реактора

Или эт таки Розов был? Склероз

Naib> В общем, начинаю ветку.
Тогда и про переплавку существующего лома обратно желательно не забыть...

Naib> В общем, начинаю ветку.
Хорошо

Naib> Эволюционно эти вопросы доменным процессом не решаются. Революции… что-то не наблюдается.
Так ведь прямое восстановление железа, нет?


Если верить этой картинке, технология вполне выросла и начинает взрослую жизнь.

Invar> А водород?

У водорода есть плюсы и минусы.
Плюс - это низкая температура протекания реакции, вплоть до 400 градусов, что снимает необходимость огнеупоров. Второй плюс - великолепная диффузия в зёрна руды, что позволяет уйти от вращающихся печей и в принципе - просто продувать горячим водородом стальную колонну, забитую рудой.

Теперь о минусах
Взрывоопасность и склонность к утечкам.
Ну, спишем его как решённый, так как аммиачные колонны, где этого водорода овердофига и под высоким давлением работают годами без особых проблем.
Термодинамический потенциал.
Он похуже, чем у углерода, потому равновесная газовая смесь из колонны содержит много неиспользованного водорода. Да, воду можно отделить и водород отправить обратно, но всерьёз эти проблемы решались только для производства молибдена и вольфрама. А там циркулирующие объёмы на порядки меньше. Впрочем, они решены на примере аммиака, так что адаптировать можно.
Губчатое железо.
При восстановлении водородом получается губчатое железо, возможно даже пирофорное. Его надо быстренько отделить от пустой породы (хоть магнитом), компактировать, а лучше всего даже переплавить. С этим дело обстоит не очень хорошо: даже сейчас стальные опилки к переплаву практически непригодны. Электропечь их выдувает в пыль и даёт большие потери, индукционные тоже не очень, огневые сильно пережигают на шлак. Нет, работать с ними без проблем можно, нужно всего лишь грузить их на дно тигля, где их зальёт жидким металлом и всё. Но с ними предпочитают не связываться.
Губчатое железо будет ещё более мелким, а значит рыхлым. И его будет много.
Сейчас его брикетируют, но всё равно, потери от коррозии весьма значительны.

Invar> Т-рищ Назгул перелогиньтесь со всем пылом неофита рекомендуеть природный в синтез и уже им мелочь в псевдокипящем слое восстанавливать
Invar> При китайских/гаражных размерах реактора

Эт можно. А что потом? Губчатое железо надо охладить в ингазе, отделить, компактировать. Это уже не гаражные технологии.

OAS> Тогда и про переплавку существующего лома обратно желательно не забыть...

Про это после.

Но вкратце - циркуляция лома вызывает постепенное ухудшение качества металла за счёт накопления микропримесей типа меди. Плюс букет никеля, хрома и так далее, которые просто так не устраняются. Лечение от этого - только добавка чистого "первородного" железа. И то, для высокомарочных сталей такое уже не применимо.

И это ещё не касаясь проблемы шлаков и ПГО.

Татарин> Так ведь прямое восстановление железа, нет?

И да и нет.
Прямое восстановление в трубчатых печах требует ещё больше топлива, чем домна (зато потребляет любое топливо, вплоть до сушёного кизяка и практически любую руду) и хотя и было реализовано в Германии, но сейчас закрыто. Прямое восстановление есть в регионах, богатых газом и с наличием железной руды в обозримом расстоянии. ЕМНИП, Венесуэлла, Бразилия, НЗ.
По энергозатратам оно выходит похуже домны, плюс даёт губчатое железо, которое надо хотя бы брикетировать. И то, в этом железе остаточный кислород измеряется процентами, что требует довосстановления хотя бы чугуном. И снова приходим к домнам.

Татарин> https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/23/Evolution_convertisseurs.svg/600px-Evolution_convertisseurs.svg.png
Татарин> Если верить этой картинке, технология вполне выросла и начинает взрослую жизнь.

Да не очень она начинает. Хотя она в принципе перспективна, конечно.

Naib> 160 г требуют 18 г углерода и дают 112 г железа. На тонну железа нужно 160 кг углерода.
Naib> Сейчас расходуется от 500 до 2000 кг, и это не считая электроэнергии, на которую тоже расходуются энергоносители.
погоди, но нагрев же всей массы руды тоже требует энергии, и это энергия горения.
Содержание железа в руде явно не 100%, словом, надо учесть.

> Точно так же нельзя использовать пыль с электропечей (до 2% от массы металла, получаемого электроплавкой). Содержащийся в ней цинк даёт вязкий шлак, да и “козлит” домну запросто. А этой пыли только в РБ накапливается порядка 80 000 т год, а по миру – миллионы тонн. И так далее.
А что это за пыль? Как она образуется? Специально, или непроизвольно?

>При восстановлении водородом получается губчатое железо, возможно даже пирофорное. Его надо быстренько отделить от пустой породы (хоть магнитом), компактировать, а лучше всего даже переплавить.
Но вроде как железо теряет магнитные свойства при температуре выше каких 700 или вроде того, разве нет?
Компактировать - отковать? По идее можно..

>нужно всего лишь грузить их на дно тигля, где их зальёт жидким металлом и всё. Но с ними предпочитают не связываться.
А почему не хотят?

Naib> По энергозатратам оно выходит похуже домны, плюс даёт губчатое железо, которое надо хотя бы брикетировать. И то, в этом железе остаточный кислород измеряется процентами, что требует довосстановления хотя бы чугуном.

Наводороживание, то есть насыщение водородом кристаллической структуры стали, еще и сильно ухудшает ее механические свойства. Наверно и с этим надо как-то бороться

Naib> Теперь о минусах
Naib> Взрывоопасность и склонность к утечкам.
Naib> Ну, спишем его как решённый, так как аммиачные колонны, где этого водорода овердофига и под высоким давлением работают годами без особых проблем.

Аммиачная колонна годами работает без проблем потому, что её годами не открывают. Проблемы с диффузией и насыщением водородом решаются за счёт того, что с внешней стороны в колонну заходят холодные исходные компоненты. А в самом центре реактора вмонтирована электрическая спираль, которая работает только для запуска реакции. Реакция запустилась и всё - в реактор входит чистый, даже очень чистый газ (иначе катализатор отравится) и выходит тоже газ. В этом реакторе ничего не движется кроме газа.

Naib>> В общем, начинаю ветку.
Naib>> Чёрная металлургия
Invar> ....
Naib>> Идеальная реакция
Naib>> Fe2O3 + 1,5C = 2Fe + 1,5CO2.
Invar> А водород?

А вот как насчёт СО?
Причём восстановленные железо и никель выдувать из руды в виде карбонилов и осаждать в барабанных печах на поверхности металлических шаров. Заодно так можно перерабатывать загрязнённый медью и цинком лом.

U235> Наводороживание, то есть насыщение водородом кристаллической структуры стали, еще и сильно ухудшает ее механические свойства. Наверно и с этим надо как-то бороться

Там не получается сталь с её метановой хрупкостью. Так как нет углерода. Получается губчатое железо, хоть и насыщенное водородом, но тем не менее - не полностью восстановленное. Обычная полнота металлизации - около 97%.

Его дальнейший путь - только в переплавку.

haleev> Аммиачная колонна годами работает без проблем потому, что её годами не открывают. Проблемы с диффузией и насыщением водородом решаются за счёт того, что с внешней стороны в колонну заходят холодные исходные компоненты. А в самом центре реактора вмонтирована электрическая спираль, которая работает только для запуска реакции. Реакция запустилась и всё - в реактор входит чистый, даже очень чистый газ (иначе катализатор отравится) и выходит тоже газ. В этом реакторе ничего не движется кроме газа.

Катализатор там живучий. Его деградация в основном связана с потерей площади активной поверхности из-за обратимого азотирования.
А так, в смеси циркулирует водород, метан, азот, аммиак, немного воды, аргон (из-за накопления последнего смесь приходится периодически стравливать и обогащать свежим азотом).

Но суть скорее даже в том, что с утечкой водорода борются давно и успешно.

Bredonosec> погоди, но нагрев же всей массы руды тоже требует энергии, и это энергия горения.

Это мелочи на самом деле. Ну, десяток процентов на расход добавит.

Bredonosec> Содержание железа в руде явно не 100%, словом, надо учесть.

Руда и агломерат всегда обогащены и изрядно. Железа там от 60% минимум (а это почти 90% собственно руды)

Bredonosec> А что это за пыль? Как она образуется? Специально, или непроизвольно?

Испарённые в дуге металлы горят в оксиды и улетают из печи. Бороться с этим очень сложно, потому просто улавливают пыль. Правда при этом из металлолома удаляется цинк, кадмий, свинец, что идёт на пользу сплаву. А попадают они туда из оцинкованного металла, которого сейчас очень много.

Bredonosec> Но вроде как железо теряет магнитные свойства при температуре выше каких 700 или вроде того, разве нет?

Ага. Теряет. Потому нужно сперва охладить, не допуская обратного окисления. Либо в атмосфере водорода, либо ингаза (даже не азота).

Bredonosec> Компактировать - отковать? По идее можно..

ГБЖ. Горячебрикетированное железо. Фактически, это эти поковки и есть.

Bredonosec> А почему не хотят?

Мороки много. А металла на самом деле не так уж много, так как масса опилок - десятки тонн в год. Ну, пусть сотня тонн.

haleev> А вот как насчёт СО?
haleev> Причём восстановленные железо и никель выдувать из руды в виде карбонилов и осаждать в барабанных печах на поверхности металлических шаров. Заодно так можно перерабатывать загрязнённый медью и цинком лом.
haleev>

Красиво, но стрёмно.
На таком заводе только терминаторы выживут, причём без биологической шкурки.

haleev>>
Naib> Красиво, но стрёмно.
Naib> На таком заводе только терминаторы выживут, причём без биологической шкурки.
Стрёмно, но всё зависит ещё и от того насколько быстро там идёт реакция. Чем быстрее реакция тем меньше может быть объем реактора. Который вообще-то производит из г**на конфетку - железо без примеси меди. Металлургическими методами такого не сделать.

Bredonosec> А что это за пыль?

На нашей гуталиновой фабрике в начале 90-х гг, озаботились чего делать с пылью собираемой системой газоочистки сталеплавильного цеха, а при тогдашних обьемах производства это было пара тысяч тонн в год.
Потому как внезапно выяснилось, что то, что было бесплатным при социализме (захоронение промышленных отходов) - при капитализме вдруг стало платным.

Рассуждали в том смысле куда можно запихать оксид железа, поэтому прорабатывали такие направления:
- лакокрасочные материалы, электротехнические лаки;
- асботехнические материалы (фрикционные накладки, паронит);
- строительные материалы (кирпич, шифер, плитка, цемент);
- резина, искусственная кожа, пластики;
- электроды, формовочная земля для литейных работ.

В итоге выяснилось что проще продолжать ее закапывать, чем куда то приспособить - чего делаем и до сих пор.

Залез в архив, нашел хим.анализ этой пыли:

Татарин> Если верить этой картинке, технология вполне выросла и начинает взрослую жизнь.

Она выросла еще в начале 70-х гг
И растет только там, где есть богатая (или обогащенная) железная руда и дешевый газ. Потому как основная технология Мидрекс кушает 400 кубов газа на тонну металлизированных окатышей.
Рынок растет, цены на металл растут, "перспективная технология" привлекает внимание.
Рынок упал, и экономика проекта сразу становится неинтересной, несколько лет назад по поводу я такой пример приводил:




Есть ряд других технологий производства губчатого железа (печи с вращающимся подом на пылеугольном топливе) используемых в Индии и Китае. Качество получаемого металла несколько ниже, экология дрянь - но зато и подешевле.

A.1.> Залез в архив, нашел хим.анализ этой пыли:
хм... так это прям полиметаллические руды...
Подумалось, если разделять железо (выделять его как-то химически), и алюминий, остаток будет практически бронзой или латунью..
А если еще и цезий (если я правильно помню обозначение) и марганец выделять - так вообще дорогое сырьё..
Своих месторождений марганца и молибдена ведь у рф вроде как нет, а тут фактически получается, что есть, не андо закупать..
Ток не понял я, что из этих солей - "водорастворимое". Вроде на память ни окалина ни оксид алюминия не являются, а остальное там в следовых количествах.
Ну или если закапывать, то в одном месте, откуда потом можно будет выкопать, когда сырьё подорожает..

Bredonosec> Ну или если закапывать, то в одном месте, откуда потом можно будет выкопать, когда сырьё подорожает..

О-о!! Там много чего закопано, кладовая для потомков)) :

Полигон «Красный Бор» в Тосненском районе Ленинградской области ввели в эксплуатацию в 1969 году для размещения отходов I-IV классов опасности. Он занимает площадь 67,4 гектара, на 70 карт приходится 46,7 гектара, в них содержится около двух миллионов тонн высокотоксичных отходов.

 

Bredonosec> А если еще и цезий (если я правильно помню обозначение)

Это почерк такой Хром, Cr. Что очевидно из списка оксидов. Хотя я тоже сначала вздрогнул, да. При такой концентрации цезия ...

A.1.> О-о!! Там много чего закопано, кладовая для потомков)) :
вот собсно и неприятно всегда видеть, когда что-то в принципе дорогое и нужное превращается в "токсичные отходы", если не использовать..

про цезий - выдохнул

Bredonosec>> Ну или если закапывать, то в одном месте, откуда потом можно будет выкопать, когда сырьё подорожает..
A.1.> О-о!! Там много чего закопано, кладовая для потомков)) :
О! Это там наверное складывают фосфат железа образующийся при очистке сточных вод.
Питерские сточные воды сейчас очищают от фосфатов осаждением при помощи сульфата железа. Из воды удаляется то ли 95, то ли все 99 процентов фосфора. А совместно с осадком оседает ещё куча примесей. Пока всё это вывозится на полигон. Как я понимаю - до поры до времени - и фосфорная яма впереди, и технология постепенно распространяется - потом можно будет построить завод работающий на сырье из нескольких областей.

A.1.> Залез в архив, нашел хим.анализ этой пыли:

Это вполне типовой анализ такой пыли.
Единственно, что там не оксид цинка, а феррит ZnFe2O4. И свинец в PbO. Ну и кадмий до кучи.
В общем, это плохо перерабатывается. Есть пара процессов (типа Вельц-процесса), но они очень энергоёмки. Так что последняя "фишка" - это топить эту пыль в море.