Ми́дрекс ( англ. Midrex ) — процесс производства железа прямого восстановления (как правило, металлизованных окатышей ) в установках шахтного типа , а также одноимённая установка, в которой реализован такой процесс. В качестве сырья используется железная руда или железорудные окатыши, в качестве восстановителя — конвертированный природный газ .

Процесс Мидрекс, наряду с HYL-III, также использующим в качестве восстановителя природный газ, получил наибольшее распространение среди технологий бескоксовой металлургии.

История

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 . В Европе первая установка была построена в 1970 году на заводе в Гамбурге .

В 1983 году в СССР на Оскольском электрометаллургическом комбинате были запущены четыре установки Мидрекс общей мощностью 1700 тыс. т металлизованных окатышей в год .

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) .

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» . В условиях относительной дешевизны природного газа производство металлизованных окатышей на установках Мидрекс характеризуется лучшими экономическими показателями по сравнению с другими способами .

По состоянию на 2021 год, технология принадлежит американской Midrex Technologies Inc., находящейся под управлением Kobe Steel .

Технология и оборудование

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) .

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 .

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 .

В пространстве печи развиваются следующие химические реакции :

• 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:

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

${\displaystyle {\ce {CH4 + CO2 ->[t] 2CO + 2H2}}}$

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 . 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 .

Тепло отходящих газов утилизируется с помощью рекуператоров для нагрева природного газа и воздуха, подаваемого на горение топлива в реформере .

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 .

По данным 2007 года, диаметр промышленных установок Мидрекс достигал 5,5 м, годовая производительность таких печей составляла около 800 тыс. т металлизованных окатышей .

Распространение технологии

По состоянию на январь 2023 заводы, использующие Midrex расположены в следующих странах: Канада, США, Мексика, Венесуэла, Аргентина, Швеция, Германия, Россия, Алжир, Ливия, Египет, Нигерия, ЮАР, ОАЭ, Катар, Бахрейн, Саудовская Аравия, Пакистан, Индия, Индонезия, Малайзия .

Примечания

Источники

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. (рус.) // Экономика в промышленности : журнал. — М. : МИСиС , 2013. — Июль—Сентябрь ( № 3 ). — С. 38—44 . — ISSN .
• 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. (англ.) . reuters.com . Reuters (16 февраля 2021). Дата обращения: 17 ноября 2021.
• (англ.) . kobelco.co.jp . Kobe Steel . Дата обращения: 17 ноября 2021.