Прямое восстановление железа
Прямое восстановление железа в течении почти трех тысячелетий реализовывалось лишь в форме сыродутного процесса. Второе рождение прямое восстановление получило совсем недавно, поскольку в комбинации с выплавкой стали в электропечах обеспечивает получение высококачественных сталей с минимальными затратами.
Попаданцу же однозначно будет полезен процесс прямого восстановления железа в тиглях.
Поскольку восстановление проходит без образования шлаков, в первую очередь нужна чистая руда — например, магнетитовый песок. Отлично подойдет также железная окалина, отработанное железо из железных гальванических элементов, или же огарок от производства серной кислоты прокаливанием сульфатов железа.
В качестве восстановителя наиболее применим древесный уголь, в том числе и угольная мелочь, которая не подходит для сыродутных горнов или доменных печей. Может даже использоваться некоксующийся каменный уголь типа антрацита, однако в этом случае необходима добавка извести для связывания серы, содержащейся в угле
Руда и уголь помещаются в огнеупорные тигли (горизонтальными или концентрическами слоями), и эти тигли, закрытые крышками, нагреваются до 900-1200 градусов. Восстановление происходит за счет угарного газа, который образуется из углекислого газа под действием угля.
При использовании древесного угля и достаточно высокой температуры (1100-1200 градусов) практически полное восстановление проходит в течение нескольких часов, однако на практике, из-за низкой теплопроводности угля на весь цикл (прогрев, выдержка и охлаждение) требуется до нескольких суток. Температура влияет не только на скорость восстановления, но и на вид получающегося железа — при низких температурах, 800-900 градусов, получается рыхлый и легко окисляющийся на воздухе плрошок, при более высокой температуре спекающийся в плотный материал.
В настоящее время такой процесс проводится в туннельных печах, в которых медленно двигаются вагонетки с тиглями (TKDRI-процесс), полный цикл происходит за 25-30 часов. Тигли изготавливаются из карбида кремния, хорошо проводящего тепло и выдерживающего более 150 плавок, тогда как керамические — не более 20.
Хотя общая эффективность такого процесса существенно хуже, чем прямого восстановления газом в шахтных печах, возможность использования низкокачественных местных углей и небольшие инвестиционные затраты сделали его популярным в Индии, Иране и других развивающихся странах.
Спеченный железный порошок в настоящее время переплавляется в электропечах, попаданец же может использовать это железо для выплавки тигельной стали или чугуна. Проковать такое железо, как крицу, очень сложно.
Другие возможные применения — в гальванических элементах, для получения водорода, выделения меди из растворов и т.д.
Прямое восстановление в тиглях по сравнению, например, с сыродутным процессом, имеет целый ряд преимуществ:
Для восстановления в тиглях хорошо подходят оксиды железа в виде рыхлого порошка, которые сложно плавить классическими способами.
Восстановление происходит практически без потерь железа, что недостижимо для сыродутного горна, в котором необходимо образование железистого шлака.
Для нагрева тиглей может использоваться практически любое топливо — бурый уголь, торф, дрова, низкокачественные каменные угли.
Металл получается достаточно чистым, без примесей шлака. Кроме того, во многих местах такой процесс можно осуществлять с помошью уже имеющихся печей — например, гончарных, в которых температуры около 1000-1200 вполне достижимы.
Источник: Попаданцев.Нет