Китайский ультра-мартен

zaitcev> Вот ссылка на СМИ:
zaitcev> https://eandt.theiet.org/2024/12/...
Что-то статья уважаемого Zhang Wenhai в журнале "Nonferrous Metals", который скорее всего "The Chinese Journal of Nonferrous Metals" никак не гуглится у меня.
Хотя картинка из искомой статьи попалась. Но она ничего не проясняет.

zaitcev> Руда мгновенно расплавляется и железо каким-то чудесным образом слипается в капельки, которые стекают по стенкам конвертора в приёмник. Шлак падает туда же, но он не расплавлен и его какой-то механизм стряхивает в сторону.
Интернеты пишут, что

Существенный недостаток индукционной плавки — холодные шлаки, которые нагреваются только от металла.

 

Но в данном случае, для первичной плавки как бы полезный эффект.

zaitcev> Мужики, кто-нибудь слышал что-нибудь про новейший китайский метод выплавки железа?
Я так понял, научились делать кричное железо индукционным методом.

pokos> Я так понял, научились делать кричное железо индукционным методом.
Что используется в качестве восстановителя?

pokos>> Я так понял, научились делать кричное железо индукционным методом.

Pu239> Что используется в качестве восстановителя?

Я так понял, что угольная пыль. Но я не химик совсем и не понимаю, возможно ли это с точки зрений всяких валентностей. Плюс в какой атмосфере это всё делается, то есть чистый азот или как. Наиба бы спросить.

pokos>>> Я так понял, научились делать кричное железо индукционным методом.
Pu239>> Что используется в качестве восстановителя?
zaitcev> Я так понял, что угольная пыль.
У тебя есть статья господина Zhang Wenhai из журнала "Nonferrous Metals"? В перепевах журналистов информации не выловить. Я не нашел пока даже точного названия статьи.
zaitcev> Но я не химик совсем и не понимаю, возможно ли это с точки зрений всяких валентностей.
С точки зрения валентностей, в самом широком смысле - точно возможно. В доменном процессе углеродом в виде кокса восстановливают. Но не напрямую, а через монооксид углерода. Так что должны быть нюансы.
По единственной картинке из статьи видно, что получается не железо, а чугун с высоким содержанием углерода - 4%. И еще больше 4% мусора, скорее всего шлака.

zaitcev>> Я так понял, что угольная пыль.

Pu239> У тебя есть статья господина Zhang Wenhai из журнала "Nonferrous Metals"? В перепевах журналистов информации не выловить. Я не нашел пока даже точного названия статьи.

Да, дело трудное.

Но вот забавный такой обзор для обывателей на английском:

У него в ссылках есть вот такое:

Z.C. Wang, S.Y. Chen, M.S. Chu, Z.G. Liu, J.W. Zhang
Tentative study on direct reduction iron production by gasification-shaft furnace
China Metall, 23 (1) (2013), pp. 20-25
Chinese

Это по-видимому статья с того времемни когда Жанг Вей-хай получил патент. И колонка вертикальная.

Из обзора следует, что по-видимому используется угарный газ. Но там много интертесных способов.

Pu239> Что используется в качестве восстановителя?
Это не оч понятно. Скорее всего, углерод, судя по составу вытекшего чугуна.

Pu239> По единственной картинке из статьи видно, что получается не железо, а чугун с высоким содержанием углерода - 4%.
Если кричная печь достаточно большая, в ней тоже получается некоторое количество чугуна, и он вытекает, т.к. легкоплавкий и текучий, по сравнению с железом. Арабы даже называли его "вода".
Однако, остаётся и изрядно чистого железа в нерасплавленной массе, это и есть крица. Что касается китайцев, то если крица у них и осталась, то её извлечь крайне трудно, т.к. шлак не расплавился и не отделился от железной пыли.

На фото установки не написано ничего интересного: "Металлургическая испытательная печь. инжиниринговый институт Цзянси технологического университета."

pokos> Однако, остаётся и изрядно чистого железа в нерасплавленной массе, это и есть крица. Что касается китайцев, то если крица у них и осталась, то её извлечь крайне трудно, т.к. шлак не расплавился и не отделился от железной пыли.
Почему? Это же вопрос просто "сколько греть"? Рано или поздно железо прогреет шлак.

Ну и ещё момент: нормально, НЯП, в домнах шлак и железо/чугун сепарирует гравитация, а там разница сил небольшая - чисто разница плотностей * "же" (то есть, десятые Н на каждый грамм). Соотвественно, и скорость сепарации, и трудность отделения мелких частиц.
А в индукционной можно давить магнитным полем по какой-то схеме, там удельные силы могут быть в десятки-сотни-тысячи раз выше запросто. Про десятки тысяч-сотни тысяч раз разницы не говорю, но для чистого металла и такое реально.

Татарин> А в индукционной можно давить магнитным полем по какой-то схеме, там удельные силы могут быть в десятки-сотни-тысячи раз выше запросто. Про десятки тысяч-сотни тысяч раз разницы не говорю, но для чистого металла и такое реально.
Это либо запредельные магнитные поля, либо совсем холодный процесс - температура Кюри для железа 770 °C.

Татарин>> А в индукционной можно давить магнитным полем по какой-то схеме, там удельные силы могут быть в десятки-сотни-тысячи раз выше запросто. Про десятки тысяч-сотни тысяч раз разницы не говорю, но для чистого металла и такое реально.
Pu239> Это либо запредельные магнитные поля, либо совсем холодный процесс - температура Кюри для железа 770 °C.
?! С фига ли? Печка-то индукционная, вихревые токи там в массе есть по определению, иначе б и не грелось толком. Вот они-то и будут толкать что-то и куда-то, как в асинхронном (реактивном) двигателе.
Возникают они в металле, в оксиде и шлаках не возникают (почти).

zaitcev> Я так понял, что угольная пыль. Но я не химик совсем и не понимаю, возможно ли это с точки зрений всяких валентностей. Плюс в какой атмосфере это всё делается, то есть чистый азот или как. Наиба бы спросить.

Призыв совершён успешно

Задумка интересная в принципе.
Статья у меня тоже не открылась, но по картинкам могу предположить как это работает.

Для восстановления руды нужен восстановитель и температура. Где-то 400 для водорода, порядка 700 для угарного газа. Углерод практически не работает, так как очень мала площадь контакта в рудой (всё твёрдое)

Что сделали китайцы.
Снизу в колонну они подают газ-восстановитель. Его нужно греть, что осуществляется индукционным нагревом летящего металлического порошка внизу колонны. Горячий газ поднимается противотоком к порошку руды и восстанавливает его, образуя новые частицы металла. В приёмник оседает восстановленный порошок + относительно холодный шлак. Далее их сепарируют магнитом. Руда индукцией не греется, так как не проводник. Газ наверху охлаждают, отделяют воду и углекислоту и закачивают обратно.

Что они вероятно сделали/планировали ещё. Если дать достаточно большую мощность нагрева, то частицы расплавятся в полёте и магнитное поле сгонит их в кучку, что может привести к слипанию в компактный металл. Металл легко науглероживается СО образуя чугун. Далее снова сепарация.

Теперь о минусах.
1 Руда нужна обогащённая. Иначе всё одно греть шлак и пустую породу, а это расход энергии.
2 Нужно много электроэнергии
3 Потенциал восстановительного газа используется не полностью и устроена его циркуляция и очистка (что добавляет гемора)
4 Установка плохо масштабируется, так как нельзя допускать кипящий слой. А это ограничивает и давление газа и поток порошка.

Отдельный плюс - это вариант так называемой "бестигельной плавки". Нет проблем футеровки и её износа, утечки тепла через неё, охлаждения.
Восстановитель в принципе любой.

Naib> Для восстановления руды нужен восстановитель и температура. Где-то 400 для водорода
При 400 °C процесс будет медленным, а сильно греть с водородом нельзя, равновесие в противоположную сторону сместится. Для водорода значит нужна большая высота установки или кипящий слой. На выходе будет железная пыль, очень возможно пирофорная.

Naib> порядка 700 для угарного газа. Углерод практически не работает, так как очень мала площадь контакта в рудой (всё твёрдое)
Некий аналог доменного процесса не получится сделать? Готовить монооксид углерода из угля in situ?
Да и температуру хочется повыше, чтобы пылинки слипались.

Naib> Подумал: а чем плох кипящий слой?
Тем что нет противотока газа и выходящего из реактора порошка.
Если порошок падает навстречу газу, то на выходе из реактора он будет иметь низкую температуру, отдав тепло.
Экономия энергии же ))
Кроме того для организации кипящего слоя нужен порошок с частицами определённого размера. Не строго, но "от и до" - мелкие будут уноситься потоком газа, крупные - скапливаться на дне. Железо имеет намного бОльшую плотность чем шлак, это тоже будет сказываться. И всё это при температуре плавления чугуна.

Naib>> Подумал: а чем плох кипящий слой?
haleev> Тем что нет противотока газа и выходящего из реактора порошка.
haleev> Если порошок падает навстречу газу, то на выходе из реактора он будет иметь низкую температуру, отдав тепло.

Колонну синтеза можно разделить на зоны кипящего слоя и ламинарного течения. Нижняя треть - ламинарное падение - далее подкачка газа и кипящий слой. Проблема в том, что за счёт переноса тепла газом шлак всё одно будет иметь температуру газа, то есть суперэкономии не выйдет

Naib> Снизу в колонну они подают газ-восстановитель.
Откуда у тебя такие эротические фантазии?
Ни на схеме, ни на фото никакой подачи и, тем более, отвода газа нету.
Сверху у колонки установлен дозатор и термопара. ВСЁ.

Что касается восстановления железа синтез-газом (в кипящем слое, в том числе), то эта тема разработана ещё в СССР, причём, не на колхозно-вузовском уровне, а на вполне промышленном. Даже патенты легко гуглятся.

pokos> Ни на схеме, ни на фото никакой подачи и, тем более, отвода газа нету.

А что, теперь руда святым духом да матерным словом восстанавливается? Это прорыв, однако.

pokos> Сверху у колонки установлен дозатор и термопара. ВСЁ.

Ну, там и термопара лишняя при твоём подходе.

pokos> Что касается восстановления железа синтез-газом (в кипящем слое, в том числе), то эта тема разработана ещё в СССР, причём, не на колхозно-вузовском уровне, а на вполне промышленном. Даже патенты легко гуглятся.

Много чего было сделано. И низкошахтные печи с их безумными расходами угля, и печи типа цементных. Сам понимаешь, домна не просто так осталась чуть не единственным агрегатом первичного железа.

Татарин> ?! С фига ли? Печка-то индукционная, вихревые токи там в массе есть по определению, иначе б и не грелось толком. Вот они-то и будут толкать что-то и куда-то, как в асинхронном (реактивном) двигателе.
Татарин> Возникают они в металле, в оксиде и шлаках не возникают (почти).
В отдельных неферромагнитных пылинках микронного размера, не имеющих электрического контакта друг с другом? Это вряд ли, площадь контура очень мала. Шанс на заметные силы есть только ниже точки Кюри.

Татарин>> ?! С фига ли? Печка-то индукционная, вихревые токи там в массе есть по определению, иначе б и не грелось толком. Вот они-то и будут толкать что-то и куда-то, как в асинхронном (реактивном) двигателе.
Татарин>> Возникают они в металле, в оксиде и шлаках не возникают (почти).
Pu239> В отдельных неферромагнитных пылинках микронного размера, не имеющих электрического контакта друг с другом? Это вряд ли, площадь контура очень мала. Шанс на заметные силы есть только ниже точки Кюри.
Тогда как оно греется?
Есть джоулево тепло, есть и амперовская сила, связь совершенно прямая. Одно без другого не бывает. Отдельные "пылинки микронного размера" толкает плохо, но они и плохо греются же. А вот там, где пылинки уже как-то объединились, там и токи выше, и сила.

(Да, можно показать пальцем на микроволновку, где рулят диэлектрические потери, но вы же понимаете, это другое. Частота радикально выше, а потери на переполяризацию пропорциональны квадрату частоты.)

Naib> Для восстановления руды нужен восстановитель и температура.
Гуглится мне, что для производства стали из чугуна расплав продувают кислородом, и при этом углерод окисляется, а вот железо - нихрена.
Потому что там такая температура, что равновесие сдвинуто в сторону отсутствия оксида железа.
Но если мы нагреем до такой температуры руду - то она тоже разложится на металл и кислород, без всякого восстановителя.
Т.е. если у нас есть подвешенная в магнитном поле капля расплавленного металла - мы можем сыпать на неё руду и та будет восстанавливаться. А посторонние включения падать вниз ибо магнитное поле их не держит.

Дем> Т.е. если у нас есть подвешенная в магнитном поле капля расплавленного металла ...

У нормальных металлов магнетизм пропадает ещё до плавления. За счёт чего эта капля будет где-то висеть?

Дем>> Т.е. если у нас есть подвешенная в магнитном поле капля расплавленного металла ...
zaitcev> У нормальных металлов магнетизм пропадает ещё до плавления. За счёт чего эта капля будет где-то висеть?
А как бестигельную индукционную плавку делают-то? Точно так же, вихревыми токами же. И чтобы подвесить кусок металла для большинства металлов мощности нужно даже меньше, чем чтобы держать его расплавленным.