Способ производства губчатого железа

 

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА, включакяций смешивание углеродсодержащего материала с известняком , загрузку полученной смеси .и железной окалины раздельными слоями в емкости для восстановления, нагрев и. выдержку при температуре ниже температуры плавления шихты, охлаждение до 50-100 С и выгрузку губчатого железа и отработанной восстановительной смеси, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем снижения расхода углеродсодержащего материала, охлаждение ниже 650с ведут при скоростях не менее 100 С/ч, из отра3 ботанной восстановительной смеси вьзделяю т магнитную часть, а остаток возвращают в смешиваемую шихту.

СОЮЗ ООВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (1% (11) за С 21 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. э 96 л мю

200! д 20 50 90 50 60 70 80 Ю

Время, ч

Фиг.1

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ГЕНИЙ И ОТНРЬПЪЙ (21) 3516853/22-02 (22) 29 ..1.1, 82 (46) 07.11.84.. Бюл. у 41 (72) М.И Кононов, В.С. Щербина, А.С. Коломыйцев, Г.М. Корнаков, В.Г. Иванов и И.Ф. (Невченко (7t) 1(ентральный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Вардина и Сулинскнй.ордена

Трудовото Красного Знамени металлургический завод (53) 669.421. 183(088:.8) (56) 1. Князев В.Ф., Гиммельфарб А.И., Неменов А.М. Бескоксовая:металлургия железа М., Металлургиэдат, 1972, с. 138-139.

2. Авторское свидетельство СССР

В 112200, кл.. С 21 В 13/00, 1971 (54) (57) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА, включающий смешивание углеродсодержащего материала с известняком, загрузку полученной смеси и железной. окалины раздельными слоями в емкости для восстайовления, нагрев и. выдержку при температуре ниже температуры плавления шихты охо

Ф лаждение до 50-100 С и выгрузку губчатого железа и отработанной восстановительной смеси, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эффективности путем снижения расхода углеродсодержащего материала, охлаждение ниже 650 С ведут при о скоростях не менее 100 С/ч, из отра- Я о ботанной восстановительной смеси выделяют магнитную часть, а остаток возвращают в смешиваемую шихту.

Наиболее блйзкнм к изобретению по технической сущности н достигаемому результату является способ про= иэводства губчатого железа, включающий смешивание углеродсодержащего материала с известняком, загрузку полученной смеси и железной окалины несмешивающимися слоями в емкости для восстановления, нагрев, выдержку при температуре ниже температуры плавленгя шихты., охлаждение до

50-100 С и выгрузку губчатого желеО за и отработанной восстановительной смеси. Шихтовые материалы — прокатная окалина, термоантрацитовая мелочь и известняк — подвергаются сушке и измельчению, каждый в отдельности. Затем термоантрацитовая мелочь смешиваетея с 10-20% известня40

11227

Известны способы производства губчатого железа путем восстановления железосодержащих окислов углеродом. В некоторых из них окислы железа смешиваются с твердым углеродом (каменный уголь, кокс, древесный уголь и т.д.), а смесь подвергается нагреву в печах различной конструкции до температуры ниже точки плавления компонентов смеси. При !О этом окислы железа восстанавливаются до железа металлического, частицы которого, спекаясь между собой, образуют губчатое железо, а углерод расходуется на восстановление (1) .

Однако при этих способах вместе с углеродом в губчатое железо вносятся все нежелательные примеси, содержащиеся в твердом восстановителе.

Известен способ восстановления 20 окислов железа углеродом в несмешивающихся слоях, применяемый фирмой

Хеганес, в.соответствии с которым высокочистый концентрат железной руды загружается в жаростойкие капсе- 25 ли несмешивающимися слоями совместно с коксовой мелочью, к которой добавляется известняк для связывания серы содержащийся в коксе. Уста новленные на технологических вагонет- 30 ках капсели пропускаются через туннельную печь с заданной скоростью.

При этом окислы железа восстанавливаются путем диффузии в их слой окиси углерода. В этих условиях в слой окислов не вносятся примеси, губчатое железо получается достаточно чистым и используется для производства железного порошка Я .

04 2 ка, образуя восстановительную смесь, Подготовленную таким образом прокатную окалину и восстановительную смесь загружают в:восстановительные емкости из карбида кремния. С помощью специальных форм .(шаблонов) шихтовые материалы располагаются внут-, ри емкости так, чтр окалина образует слой в виде трубы. Пространство между трубой и стенкой капселя и внутри трубы заполняется восстановительной смесью.

В процессе последующего восстановления .объем восстановительной смеси уменьшается, поэтому для .сохранения заданной формы слоя окалины и защиты получающегося губчатого железа от окисления в период охлаждения до

650 С. восстановительная смесь загружа ется с болыпим избытком. Ниже температуры 650 С активность железа.вьнпе., О чем углерода, и потому защитная роль последнего прекращается.

Загруженные емкости, установленные на технологических. вагонетках, перемещаются через туннельную печь с заданной скоростью. В.печи емкости

О нагреваются до 1100-1200 С, выдер.— живаются заданное время и охлаждаются в зоне охлаждения. Затем из емкостей извлекаются трубы губчатого железа, поверхность их очищается от прилипшей восстановительной .смеси проволочными щетками, и направляются на дальнейшую переработку в железный порошок. Отработанная вос становительная смесь отсасывается из емкостей.и транспортируется в отвал (2) .

Однако повторное использование отработанной Восс тановительной смеси, содержащей в себе значительное количество углерода, не осуществляется по следующ м причинам. 3а .счет расхода углерода на восстановление в смеси возрастает содержание пустой породы, окиси кальция и серы, часть окиси кальция, соединяясь с парами воды, превращается в гашенную известь, что приводит к недопустимому запылению рабочих мест. До настоящего времени ие найден рациональный способ разделения пустой породы и, окиси кальция от углерода.

В результате этого на каждую тонну получаемого губчатого железа s отвал удаляется .около 1 т отработанной смеси с содержанием углерода до 60-70Х.

3 1122

Целью изобретения является повышение эффективности путем снижения расхода углеродсодержащего материала.

Поставленная цель достигается 5 тем, что при способе производства губчатого железа, включающем смешивание углеродсодержащего материала с известняком, загрузку полученной смеси и железной окалины раз- 10 дельными слоями в емкости для восстановления, нагрев и выдержку при температуре ниже температуры плавления шихты охлаждение до 500

У

100 С и выгрузку губчатого железа и отработанной восстановительной смеси, охлаждение ниже 650 С ведут о при скоростях не менее 100 С/ч, из о отработанной восстановительной смеси выделяют магнитную часть, а оста- 20 ток возвращают в смешиваемую шихту.

Химический анализ показывает, что в пустой породе исходной термоантрацитовой мелочи и в известняке содержится до 5Х железа в виде немагнитной окиси Ре О . Поэтому все компоненты восстановительной смеси немагнитны. В процессе нагрева в восстановительных емкостях одновременно с загруженной окалиной восстанав- З0 ливаются и примесные окислы в пустой породе и известняке до железа металлического. При охлаждении до 650 С

0 это "примесное" железо остается в металлической форме. При темпео ратуре ниже 650 С в условиях медленного охлаждения происходит так называемое "вторичное окисление" губчатого железа (и тем более примесей железа в пустой породе и известняке) вследствие его мелкодисиерсного распределения и малого количества.

Для снижения степени окисления о ниже 650 С охлаждение следует проводить со скоростью не менее 100 С/ч 45

В .этом случае значительная часть включений железа в пустой породе и известняке остается в металлической форме.

Опытами установлено, что при об- 50 работке отработанной восстановительной смеси, полученной в указанных условиях, на магнитном сепараторе металлическое железо, находящееся в виде примеси в пустой породе 55 и известняке, выводится в магнитную часть, а вместе с ним извлекается большая часть нежелательных примесей.

704

В немагнитную часть уходит до 68Х углерода.

На фиг. 1 показана схема осуществления известного (2) и предлагаемого способов (дополнение, внесенные по предлагаемому способу, показаны пунктирными линиями), на фиг. 2 влияние скорости охлаждения на выход магнитной части.

Пример. Термоантрацитовая мелочь смешивается с известняком в отношении 4:1, получается восстановительная смесь с насыпной плотностью около 1 г/см . ,Состав термоантрацитовой.мелочи, известняка и восстановительной смеси приведен в табл. 1, результаты выделения углерода магнитной сепарацией — в табл. 2.

Нижняя граница скорости охлаж-. дения определяется опытным путем в промьппленной туннельной печи. В известном режиме охлаждение проводят со скоростью 40 /ч во всем интервале

О температур 1180 — 100 С. о

Результаты магнитной .сепарации из быточного восстановителя, охлажденного в этом режиме, даны в табл. 3.

Полученные данные показывают, что выход магнитной части незначителен, а разделение углерода от примесей .неудовлетворительно.

В следующем опыте скорость охлаждения в интервале температур

650-100 С увеличена до 100 С/ч путем

0 .увеличения подачи охлаждающего воздуха. При этом время охлаждения сократилось в 2,.5 раза. (фиг. 1).

Результаты опыта показывают, что выход магнитной насти возрос до 32Х, а содержание углерода в ней снизилось до 15Х.

По результатам опытов можно построить график зависимости выхода магнитной части от скорости охлаждения с учетом того, что при скорости охлаждения, равной нулю, выход также равен нулю, а максимально возможный выход. 36Х (фиг.2).

График показывает, что скорость охлаждения, равная 100 С/ч, являето ся нижним пределом скорости охлаждения. При дальнейшем увеличении скорости. охлаждения выход магнитной части медленно возрастает, асимптотически приближаясь к предельно возможному. Следовательно, принципиально скорость охлаждения можно сколь угод1122704

Содержание, Х

Вы- !Рас-

,ход,X ход

Угле- I Влага,от на

Пустая;В том!

Шихтовый материал

Сера j Известняк

Углерод

J преды- 1 т

1 ! дущей губ шихты ча того водороды числе

Реовщ порода

СаО же.леза

Термоантрацнтовая мелочь

81эО 15 5 4 5 7 8 0 ° 7 1е5 80эО 1134

3,5 2,0 — 50,0 44,5 — 2,0 20,0 296

Известняк

Восстановительная .смесь

65,0 12,5 4,0 1,4 10,0 8,9 0,6, 1,6 100 1430

Отработанная восстановительная смесь

65,0 18,1 5,0 2,5 14,4, 67,0 972

Немагнитная часть (углерод) 10,0

90,0

68,0 660

Магнитная часть (примеси) 85,0

15 0

32,0 312 но увеличивать, т.е. верхний предел скорости охлаждения определяется теплотехническими возможностями конкретной туннельной печи.

Из охлажденных до 50-100 С восстао новительных емкостей выгружаются . трубы полученного губчатого железа и отработанная восстановительная смесь в количестве 972 кг на 1 т губчатого железа или 67Х от исходной.

Затем отработанная восстановительная смесь подвергается магнитной сепарации на дисковом. сепараторе типа "Рапид". При этом в магнитную часть 15 вместе с примесным железом отделятся в основном пустая порода и окись кальция в количестве 32Х от загрузки в сепаратор. Немагнитная часть состоит на 90% из элементарного углерода и 10% пустой породы, т.е.. содержит меньше примесей, чем исходная термоантрацитовая мелочь.

Баланс по элементарному углероду. на всех операциях передела показывает, что в одном. цикле восстановления на 1 т губчатого-железа расходуется 0,29 т, а в,базовом варианте теряется в отвал 0,63 т элементарного углерода.

При использовании изобретения в производство возвращается 0,59 т, а теряется только 0,04 т углерода.

Учитывая содержание примесей, на каждую тонну губчатого железа в производство возвращается 0,66 т углеродсодержащей шихты, эквивалентной исходной термоантрацитовой мелочи.

Т а б л и ц а 1.

7 1122704

Таблица 2

Продолжение табл. 2

67,3 630

93,5 590

100 920

Всего загружено . углерода

6,5 40

32, 7 290

Таблица 3

Материал

CaS

Отработанная восстановительная смесь

12,5

100

18,5

64,0

Немагнитная часть (углерод) 32,0

68,0

8-5,5

Иагнитная часть. (примеси) 41,5

58,5

9 ZO 0 60 80 Юд ЯЮ M 50

Скароспь охяаждениа, С о час

ФЬг.2

Внии И Заказ 8101/23 Тираж 539 Подписное

Филиал ППП "йатеит", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Израсходовано на восстановление

Выгружено с отработанной смесью

Возвращено в производство после

1О сепарации.

Потеряно в отвал с магнитной

15 частью! Содержание, Х

Выход, Х

Углерод Пустая порода