Способ производства гранул железа
Изобретение относится к производству гранул металлического железа, имеющих высокую степень чистоты железа. Способ включает нагрев сырьевого материала, содержащего углеродистый восстанавливающий агент и материал, содержащий оксид железа, в печи восстановления и плавления, восстановление оксида железа в сырьевом материале и нагрев металлического железа, произведенного восстановлением, до расплавления с одновременным проведением его коалесценции при отделении металлического железа от шлакового компонента. Используют углеродистый восстанавливающий агент с высокой степенью содержания связанного углерода, равной, по меньшей мере, 73%. Изобретение обеспечивает возможность производства гранул металлического железа, имеющих распределение размеров, требуемое для их транспортировки или обработки в качестве продукта, с высоким выходом и хорошей производительностью благодаря применению в составе сырьевого материала летучего вещества или углеродистых материалов, имеющих предварительно заданное содержание связанного углерода. 13 з.п. ф-лы, 7 табл., 9 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу получения гранул железа, более конкретно к улучшенному способу, с помощью которого можно производить гранулы металлического железа, имеющие высокую степень чистоты Fe и, вследствие их большого диаметра, отличную способность к транспортировке и обработке, с высоким выходом и хорошей производительностью при их производстве путем восстановления и плавления сырьевого материала, содержащего оксид железа (обозначаемого далее для краткости, как Т. Fe), например железную руду, и углеродистый восстанавливающий агент, такой как кокс.
Уровень техники
К настоящему времени было сделано много предложений, касающихся способов производства гранул металлического железа путем нагрева и восстановления сырьевого материала, содержащего источник оксида железа, такой как железная руда, и углеродистый восстанавливающий агент, такой как кокс или угольный порошок, с последующим нагревом и плавлением полученного железа. В качестве наиболее близкого аналога заявленного изобретения можно выбрать способ производства гранул металлического железа путем нагрева сырьевого материала, содержащего углеродистый восстанавливающий агент и материал, содержащий оксид железа, в печи восстановления и плавления, восстановления оксида железа в сырьевом материале и нагрева металлического железа, произведенного восстановлением, до расплавления с одновременным проведением его коалесценции при отделении металлического железа от шлакового компонента (см. JP 09-256017, С 21 В 11/00, 30.09.1997). В указанной и в других публикациях было показано, что повышения производительности производства гранул металлического железа можно добиться нагревом восстановленного железа, полученного методом прямого восстановления, и понижения точки плавления восстановленного железа путем его цементации (науглероживания), способствующей плавлению.
Однако, хотя в этих публикациях указано, что гранулы металлического железа с высоким содержанием Fe можно получить путем их изготовления с одновременным отделением шлака, произведенного в качестве побочного продукта процесса восстановления, при расплавлении восстановленного металлического железа, из этих материалов невозможно заключить, как с достаточной эффективностью произвести металлическое железо с высоким выходом в виде гранул металлического железа, имеющих такое распределение размеров (гранулометрический состав), которое облегчает их транспортировку и обработку. Кроме того, в зависимости от качества сырьевого материала и смеси при соблюдении условия высокого выхода не всегда можно получить гранулы металлического железа, имеющие диаметр в нужном интервале, если указанные гранулы в ходе коалесценции (слипания) содержат шлак вследствие недостаточного отделения металлического железа от шлака и угольной пыли, производимых в качестве побочных продуктов, или становятся настолько тонко гранулированным продуктом, что его разделение в процессе плавления после восстановления становится затруднительным.
Далее в выложенной патентной заявке JP 09-310011 описывается технология стабилизации качества и производительности при производстве восстановленного железа, основанная на ограничении содержания летучего вещества, содержащегося в углеродистом материале, для предотвращения разрыва частиц в случае производства гранул восстановленного железа нагревом и восстановлением гранул, содержащих углеродистый материал. Однако описанное техническое решение сводится к производству восстановленного железа нагревом и восстановлением оксида железа в таблетках сырьевого материала без плавления оксида железа. Таким образом, хотя сама по себе скорость металлизации увеличивается, степень чистоты собственно Fe в восстановленном железе очень низка из-за содержания в нем большого количества шлакового компонента. К тому же, поскольку это изобретение относится к способу производства восстановленного железа, которое не находится в расплавленном состоянии, оно по своей технологии отличается от получения гранул металлического железа с высокой чистотой Fe, отторгающих из себя шлаковый компонент. Кроме того, несомненно, что это техническое решение не преследует в качестве задачи производство гранул металлического железа с заданным распределением размеров при высоком выходе.
Кроме описанной выше технологии, предлагались и другие многочисленные способы производства восстановленного железа нагревом и восстановлением сырьевого материала, содержащего источник оксида железа и углеродистый восстанавливающий агент, или производства гранул металлического железа повторным плавлением металлического железа после нагрева и процесса восстановления. Однако вряд ли можно утверждать, что известные до сих пор технологии производства такого рода существуют в виде широко известных конкретных технологий производства гранул металлического железа, имеющих диаметр в нужном интервале, с высоким выходом при хороших качестве и обрабатываемости и с другими полезными свойствами в качестве сырьевого материала для производства железа, а также изготовления стали и стальных сплавов.
Как это разъяснялось выше, для углеродистого восстанавливающего агента, применяемого в качестве сырьевого материала при производстве гранул металлического железа, желательно использовать в качестве компонента процесса углеродистый материал, такой как кокс и нефтяной кокс, или углеродистый материал хорошего качества, такой как бездымный уголь и битуминозный уголь, с высоким содержанием связанного углерода. Однако с недавних пор из-за истощения запасов угля хорошего качества часто стала возникать необходимость применять уголь низкого качества, такой как бурый уголь. В этом случае будет понижаться качество или выход конечного продукта - гранул металлического железа. Более конкретно, при попытке получить гранулы металлического железа с нужным распределением размеров будут возникать различные неожиданные проблемы.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение создано в связи с описанной выше ситуацией. Соответственно, задача, на решение которой оно направлено, заключается в разработке способа, обеспечивающего высокую чистоту Fe и производство гранул металлического железа, имеющих нужное распределение размеров при высоком выходе и высокой производительности, даже в случае применения в качестве углеродистого восстанавливающего агента углеродистого материала низкого качества.
Способ производства гранул металлического железа согласно настоящему изобретению, обеспечивающий преодоление указанных проблем, включает: нагрев сырьевого материала, содержащего углеродистый восстанавливающий агент и материал, включающий в себя оксид железа, в печи восстановления и плавления, восстановление оксида железа в сырьевом материале и нагрев металлического железа, произведенного восстановлением, до расплавления с одновременным проведением его коалесценции во время отделения металлического железа от шлакового компонента. Способ по изобретению характеризуется использованием углеродистого восстанавливающего агента с высокой степенью содержания связанного углерода, равной, по меньшей мере, 73%.
Для указанного углеродистого восстанавливающего агента, который может быть применен при осуществлении настоящего изобретения, степень содержания связанного углерода составляет предпочтительно, по меньшей мере, 74,5% (здесь и далее имеются в виду массовые проценты). Содержание летучего вещества в указанном сырьевом материале ограничивают предпочтительно значением не выше 3,9%, более предпочтительно не выше 3,2%. Содержание углеродистого восстанавливающего агента в смеси ограничивают предпочтительно величиной не выше 45%, более предпочтительно не выше 44%, относительно компонента из оксида железа, находящегося в сырьевом материале. Кроме того, желательно на время, за которое металлическое железо, произведенное восстановлением, расплавляется в указанной печи восстановления и плавления, устанавливать температуру предпочтительно равной, по меньшей мере, 1400°С или 1460°С, т.к. при этом становится возможной более высокая производительность получения гранул металлического железа с относительно большим диаметром.
Для углеродистого восстанавливающего агента, содержащего связанный углерод в предпочтительном интервале, кроме варианта с применением единственного углеродистого материала с высоким собственным содержанием связанного углерода, желательно, чтобы такой материал хорошего качества использовался в виде смеси с углеродистым материалом низкого качества, имеющим низкое содержание связанного углерода. Желательно также, чтобы имелась возможность регулировать пропорции их смешивания для обеспечения предварительно заданного содержания связанного углерода. При выполнении этих условий углеродистый материал даже при низком качестве можно применять без каких-либо осложнений. Далее желательно, чтобы для регулирования газового состава атмосферы в зоне плавления на под в непосредственной близости от сырьевого материала до того, как металлическое железо, произведенное восстановлением, расплавляется в печи восстановления и плавления, дополнительно загружался порошкообразный углеродистый материал. Такая дополнительная загрузка целесообразна, поскольку углеродистый материал в непосредственной близости от сырьевого материала может поддерживать атмосферу, отвечающую условию эффективного восстановления на его конечной стадии. Это может в определенной степени предотвратить повторное окисление произведенного металлического железа.
Одновременно углеродистый материал может служить в качестве источника цементации по отношению к металлическому железу, так что плавление и коалесценция металлического железа могут эффективно протекать при более низкой температуре, уменьшая тепловую энергию операции и улучшая производительность получения гранул железа. Тем самым вносится вклад в торможение процесса термического разрушения печи восстановления и плавления; в сокращение затрат тепловой энергии на производство гранул и в повышение производительности.
Хотя диаметр гранул металлического железа, получаемых согласно настоящему изобретению, не ограничен каким-то конкретным интервалом, предпочтительный интервал этих диаметров составляет 2-50 мм, более предпочтительно 3-40 мм, с одновременным учетом как эффективности отделения от шлака, произведенного в виде побочного продукта во время изготовления, так и облегчения транспортировки или перегрузки продукта и аналогичных операций. В данном случае термин "гранулы металлического железа" не означает, по существу, объекты с правильной сферической формой, и в общем случае относится ко всем продуктам, имеющим эллиптическую форму, форму яйца или в какой-то степени более плоские варианты этих форм. Приведенный выше термин "предпочтительный диаметр гранул" означает диаметр, если гранулы металлического железа имеют правильную сферическую форму, среднее значение длинного и короткого диаметров, если гранулы имеют эллиптическую форму или форму яйца, и величину, полученную делением общей суммы длинного диаметра, короткого диаметра и максимальной толщины на 3, если гранулы принимают некую более плоскую форму. Согласно настоящему изобретению можно получить гранулы металлического железа, имеющие диаметр в интервале 3-40 мм с выходом, по меньшей мере, 80% или даже, по меньшей мере, 90%.
Точку плавления шлака, произведенного в процессе восстановления и плавления, предпочтительно настраивают на значение температуры, не превышающее 1400°С. С этой целью в сырьевой материал примешивают соответствующий агент, регулирующий точку плавления шлака.
Термин "связанный углерод в углеродистом восстанавливающем агенте" означает углеродный компонент согласно определению и способу измерений, сформулированному в JIS (Японском промышленном стандарте) М 8812. По этому же стандарту определяют также понятие "летучее вещество", означающее органическое вещество в виде углеводорода низкого молекулярного веса, например CН4, или схожего с ним соединения, и абсорбированные компоненты (H2, CO, СО2, влага и т.п.). Кроме того, если в качестве материала, содержащего оксид железа, применяют руду или некоторые разновидности пыли, термин "летучий материал" включает в себя Zn и Рb.
В качестве одного из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения рекомендуется также повторное применение, частично или полностью, углеродистого восстанавливающего агента, содержащегося в указанном сырьевом материале, или порошкообразного углеродистого материала, выгружаемых из печи восстановления и плавления вместе с гранулами металлического железа, в качестве углеродистого восстанавливающего агента в указанном сырьевом материале.
Как описывалось выше, согласно настоящему изобретению в случае производства гранул металлического железа восстановлением сырьевого материала (такого как железная руда, оксид железа или его частично восстановленные продукты, далее иногда обозначаемые терминами "источник оксида железа" или "железная руда"), содержащего оксид железа и углеродистый восстанавливающий агент, такой как кокс или уголь (далее иногда обозначаемый термином "углеродистый материал"), и нагревом произведенного металлического железа до расплавления с одновременным проведением его коалесценции во время отделения от шлакового компонента, произведенного в виде побочного продукта, в качестве указанного углеродистого восстанавливающего агента, служащего восстанавливающим агентом, в частности, для источника оксида железа в сырьевом материале, выбирают и применяют агент такого рода, имеющий высокое содержание связанного углерода. Далее надлежащим образом регулируют содержание летучего вещества в сырьевом материале или соотношение содержания углеродистого восстанавливающего агента и компонента из оксида железа в смеси, посредством чего промотируется плавление и коалесценция металлического железа во время восстановления и плавления. При этом гранулы металлического железа с нужным распределением размеров можно получить с хорошим выходом.
Что касается сырьевого материала, примененного в данном случае, то для получения гранул металлического железа с относительно большими диаметрами, на что и направлено настоящее изобретение, с более высоким выходом и хорошей производительностью, на его тип не накладывается какого-либо специфического ограничения, если он содержит указанный выше источник оксида железа и углеродистый материал. Сырьевой материал в этом случае может применяться в виде порошкообразной гомогенной смеси или в форме прессовок (прессованных порошковых заготовок), таких как таблетки, брикеты или какие-либо другие объекты с малой массой, уплотняемые с применением связующего и предпочтительно имеющие диаметр приблизительно 3-30 мм, вычисленный в терминах среднего диаметра гранулы.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлен пример оборудования (печи) для восстановления и плавления, примененного при реализации настоящего изобретения.
На фиг.2 представлено поперечное сечение печи по линии А-А на фиг.1.
Фиг.3 представляет собой развертку печи по фиг.1, на которой показано направление вращения пода.
Фиг.4 представляет собой график, демонстрирующий эффекты, вызываемые воздействием содержания связанного углерода в углеродистом материале на выход гранул металлического железа при температуре плавления вблизи 1400°С.
Фиг.5 представляет собой график, демонстрирующий эффекты, вызываемые воздействием содержания связанного углерода в углеродистом материале на выход гранул металлического железа при температуре плавления вблизи 1460°С.
Фиг.6 представляет собой график, демонстрирующий эффекты, вызываемые воздействием содержания летучего вещества в сырьевом материале на выход гранул металлического железа при температуре плавления вблизи 1400°С.
Фиг.7 представляет собой график, демонстрирующий эффекты, вызываемые воздействием содержания летучего вещества в сырьевом материале на выход гранул металлического железа при температуре плавления вблизи 1460°С.
Фиг.8 представляет собой график, демонстрирующий эффекты, вызываемые воздействием содержания углеродистого материала относительно количества Т. Fe в железной руде сырьевого материала на выход гранул металлического железа при температуре плавления вблизи 1400°С.
Фиг.9 представляет собой график, демонстрирующий эффекты, вызываемые воздействием содержания углеродистого материала относительно количества Т. Fe в железной руде сырьевого материала на выход гранул металлического железа при температуре плавления вблизи 1460°С.
Осуществление изобретения
Далее базисный способ по настоящему изобретению будет описан более конкретно со ссылками на чертежи вариантов осуществления и с подробным разъяснением оснований для выполнения приведенных выше требований.
Фиг.1-3 представляют собой схематичные изображения, показывающие печь восстановления и плавления по настоящему изобретению, принадлежащую к типу с подвижным подом. Более конкретно, представлена печь купольного типа с вращающимся подом в форме кольца. На фиг.1 схематично показан общий вид печи; на фиг.2 - ее поперечное сечение по линии А-А. Фиг.3, чтобы помочь пониманию сущности настоящего изобретения, схематично показывает развертку печи по фиг.1 в направлении вращения пода. На чертежах через 1 обозначен вращающийся под, а через 2 - корпус печи, который покрывает этот под и в котором вращающийся под 1 может вращаться с надлежащей скоростью посредством приводного устройства (не изображено).
В надлежащих местах на стенке корпуса 2 печи устанавливают множество горелок 3, и тепло горения указанных горелок 3, а также их радиационное тепло переносятся к сырьевому материалу на вращающемся поде 1, где начинается процесс нагрева и восстановления сырьевого материала. Изображенный корпус 2 печи соответствует предпочтительному варианту осуществления изобретения. Внутренний объем корпуса делится перегораживающей стенкой К на зону Z1 восстановления и плавления и зону Z2 охлаждения. Загрузочные устройства 4 для подачи сырьевого материала и дополнительного сырьевого материала в направлении вращающегося пода 1 располагают в зоне корпуса 2, соответствующей началу движения потока материалов в направлении вращения пода печи. Соответственно, разгрузочные устройства 6 устанавливают в зоне корпуса 2, соответствующей концу движения потока материалов (поскольку под вращается, можно считать, что разгрузочные устройства 6 непосредственно предшествуют загрузочным устройствам 4 по ходу движения материалов).
В функции источника тепла для нагрева, восстановления и плавления в печи горелки нагревательного типа используют в качестве топлива газ, тяжелые масла, порошкообразный уголь, пластиковые отходы и т.п. Можно применять и другой тип горелки, эффективно использующий горючий газ, выработанный в печи, причем в этом случае для сжигания газа подают кислород или воздух. Кроме того, может быть использована также регенеративная горелка. Для выгрузки произведенных гранул металлического железа можно применять шнек или, альтернативно, другое разгрузочное устройство, такое как скрепер; возможен также способ разгрузки, использующий струю газа или присасывание.
При работе такой печи восстановления и плавления вращающийся под 1 вращается с предварительно заданной скоростью, а сырьевой материал подают на него от загрузочных устройств 4 с помощью вибрационного или аналогичного подающего механизма 5 до установления слоя надлежащей толщины. Во время загрузки сырьевого материала его загружают обычно до толщины слоя 10-40 мм, предпочтительно 20-30 мм, а в случае применения в качестве сырьевого материала прессовок (таблетки, брикеты и т.п.) желательно загрузить их в виде единичного слоя или штабеля из 3-10 слоев, предпочтительно 3-6 слоев, в зависимости от диаметра и увеличить количество загружаемого сырьевого материала на единицу поверхности пода, повышая тем самым производительность.
Когда сырьевой материал загружают в виде слоев, желательно сформировать на поверхности указанного материала рельефные неоднородности выбранного размера. Таким образом, можно увеличить область поверхности с эффективной теплопередачей, чтобы еще больше возросла тепловая эффективность для загруженного сырьевого материала и, в то же самое время, можно было также увеличить тепловую эффективность по отношению к сырьевому материалу, расположенному в более низком слое. Формирование указанного рельефа можно осуществить, например, за счет выбора способа, согласно которому изменяют скорость загрузки материала, подаваемого из множества питающих отверстий, размещенных по ширине пода. Альтернативно, загрузку нужного количества материала проводят из загрузочной воронки рельефной формы, установленной так, чтобы она перекрывала ширину печи; формируют рельеф путем структурирования поверхности формообразующим рельефным компонентом после, по существу, горизонтальной загрузки и т.п.
Во время прохождения зоны Z1 восстановления и плавления (фиг.3) сырьевой материал, загруженный на под 1, получает тепло горения и радиационное тепло из горелок 3. При этом оксид железа восстанавливается моноокисью углерода, произведенной реакцией между оксидом железа, содержащимся в сырьевом материале, и углеродистым восстанавливающим агентом. Произведенное металлическое железо далее нагревают в обогащенной углеродом атмосфере таким образом, чтобы металлическое железо цементировалось и расплавлялось, а затем отделялось от шлака, полученного в виде побочного продукта, и подвергалось коалесценции до состояния расплавленных гранул металлического железа. После этого его охлаждают и отверждают в зоне Z2 охлаждения выбранными охладительными устройствами С и далее последовательно выгружают с помощью разгрузочных устройств 6, установленных после зоны охлаждения. Одновременно с этим шлак, произведенный в виде побочного продукта, выгружают вместе с металлическим железом. Разделение гранул металлического железа и шлака проводят выбранными сепарирующими устройствами (например, с помощью сеточного сита или магнитного сепаратора). В конечном результате можно получить гранулы металлического железа, содержащие настолько низкое количество шлака, что чистота Fe в них составляет, по меньшей мере, 95%, более предпочтительно, по меньшей мере, 98%.
При этом, если во время восстановления (в период восстановления) в указанном выше процессе восстановления и плавления температура слишком высока, в частности, если в определенный период времени в ходе процесса восстановления температура становится настолько высокой, что превосходит точку плавления шлакового состава в сырьевом материале, состоящем из рудного компонента, невосстановленного оксида железа и т. п., шлак с низкой точкой плавления будет плавиться и реагировать с жаростойким материалом вращающегося пода, вызывая неисправности из-за плавления жаростойкого материала. В результате нарушается гладкость поверхности пода. Кроме того, если в период восстановления прикладывается количество тепла, превышающее величину, необходимую для восстановления оксида железа, оксид железа (FeO) будет плавиться до восстановления и быстро произойдет так называемое восстановление в расплаве, когда расплавленный FeO реагирует с углеродом (С), содержащимся в углеродистом материале (восстановление в расплаве представляет собой явление, при котором восстановление происходит в расплавленном состоянии и поэтому отличается от обычного восстановления). Металлическое железо также будет производиться восстановлением в расплаве и, если это явление имеет место, становится затруднительным проводить непрерывную операцию, применяя используемую на практике печь, т.к. FeO, содержащий шлак с высокой текучестью, вызывает существенные неисправности из-за плавления жаростойкого материала пода.
Характер этого явления изменяется в зависимости от состава компонентов, в том числе формирующих шлак, которые содержатся в железной руде, углеродистом материале или связующем сырьевого материала. Если температура атмосферы во время восстановления превышает 1400°С, в жаростойком материале пода, как указывалось выше, возникают неисправности из-за плавления, индуцируемые шлаком с низкой точкой плавления. Если же эта температура превышает 1500°С, нежелательная реакция восстановления в расплаве протекает независимо от типа сырьевого материала железной руды и неисправности из-за плавления становятся существенными. Поэтому температуру стадии восстановления ограничивают предпочтительно значением не более 1500°С и, еще предпочтительней, не более 1450°С. Если обсуждаемая температура слишком низка, эффективное протекание восстановления становится затруднительным. Поэтому температуру предпочтительно устанавливают равной, по меньшей мере, 1200°С и, еще предпочтительней, по меньшей мере, 1300°С.
После восстановления температуру атмосферы поднимают предпочтительно на приблизительно 50-200°С до величины 1400-1500°С, при этом металлическое железо, произведенное восстановлением, расплавляется и в расплавленном виде коалесцирует. На этой стадии частицы расплавленного металлического железа, коалесцируя друг с другом, приобретают крупнозернистость. Но поскольку коалесценция металлического железа протекает одновременно с отторжением расплавленного шлака, произведенного в качестве побочного продукта, оно имеет высокую чистоту Fe с очень маленьким содержанием шлака. Это позволяет получить гранулы металлического железа с высокой чистотой Fe путем охлаждения и отверждения расплавленного металлического железа с последующим разделением гранул металлического железа и шлака с помощью сита, магнитного сепаратора и т. п.
При плавлении восстановленного металлического железа за счет повышения температуры, по меньшей мере, до точки его плавления, желательно, чтобы перед началом плавления по соседству с металлическим железом присутствовали С или СО, т.к. из-за цементации металлического железа этими компонентами точка плавления понижается и его плавление может протекать при более низкой температуре и за более короткое время. Таким образом, для быстрого протекания указанного процесса плавления предпочтительно, чтобы в сырьевом материале после завершения восстановления оставалось количество углерода, достаточное для цементации, и чтобы оставшееся содержание углерода можно было регулировать смешиванием в сырьевом материале содержимого железной руды и углеродистого материала. Путем тестирования было подтверждено, что металлическое железо, произведенное восстановлением, быстро цементируется, и его точку плавления можно понизить. Таким образом, становится возможным быстрое плавление металлического железа в температурном интервале 1300-1500°С, если пропорция первичного углеродистого материала в смеси обеспечивает условие, при котором содержание остающегося углерода (т.е. избыточное содержание углерода) в восстановленном материале составляет, по меньшей мере, 1,5% в ситуации, когда конечная пропорция восстановления в восстановительном периоде достигает почти 100% (т.е. в ситуации, когда пропорция металлизации достигает 100%).
Температура плавления чистого железа, у которого уровень цементации равен нулю, составляет 1537°С, и его можно расплавить, нагревая до более высокой температуры. Однако в печи, применяемой на практике, чтобы уменьшить тепловую нагрузку, приложенную к жаростойкому материалу пода, желательно ограничить рабочую температуру минимальным значением из всех возможных, в частности, величиной, не превышающей 1500°С с учетом точки плавления шлака, произведенного в качестве побочного продукта.
Для эффективного протекания восстановления при поддерживании сырьевого материала, загруженного в печь, в твердом состоянии без частичного плавления содержащегося в нем оксида железа предпочтительно разбить способ нагрева на две стадии: проведение восстановления твердой фазы при поддерживании внутренней температуры печи предпочтительно в интервале 1200-1500°С, более предпочтительно в интервале 1200-1400°С, и затем после повышения внутренней температуры печи до интервала 1400-1500°С плавление частично сохранившегося оксида железа одновременно с его восстановлением и проведение его коалесценции. При выполнении этих условий можно добиться стабильного производства гранул металлического железа с хорошей производительностью и завершить восстановление, плавление и коалесценцию оксида железа обычно за 10-13 мин.
При приложении описанного выше способа к производству гранул металлического железа настоящее изобретение характеризуется тем, что в случае использования указанного выше углеродистого восстанавливающего агента, который служит в качестве восстанавливающего агента для компонента из оксида железа, содержащегося в соответствующем материале, применяют восстанавливающий агент с высокой пропорцией содержания связанного углерода и низким содержанием летучего вещества, т.е. строго определенную пропорцию углеродистого восстанавливающего агента в смеси относительно компонента из оксида железа, содержащегося в соответствующем материале, повышая таким образом выход гранул металлического железа. Далее это положение будет описано более детально.
Фиг.4-9 представляют собой графики, построенные на основании экспериментальных данных, полученных при реализации вариантов осуществления изобретения, как это будет разъяснено ниже, и демонстрирующие эффекты, вызываемые воздействием каждого из описанных выше условий на выход продукта в виде гранул металлического железа. На этих фигурах оценка эффектов производится на базе выхода гранул металлического железа (процент восстановления, выраженный в мас.%) диаметром гранул, по меньшей мере, 3,5 мм, что соответствует распределению размеров гранул, нужному для транспортировки и обработки получаемого продукта. В данном случае, поскольку в качестве материала, содержащего оксид железа, применяют железную руду, компонентом из оксида железа, содержащимся в этом материале, является сам оксид железа.
Прежде всего, фиг.4 и 5 представляют собой графики, демонстрирующие эффекты, вызываемые воздействием, оказываемым на выход конечного продукта содержанием связанного углерода в углеродистом материале, входящем в состав сырьевого материала. График, показанный на фиг.4, демонстрирует указанные эффекты для случая, когда температуру плавления восстановленного металлического железа устанавливают вблизи 1400°С, а график, показанный на фиг.5, соответствует тем же эффектам, но при установке указанной температуры плавления вблизи 1460°С. Из этих графиков очевидно, что выход гранул металлического железа существенно изменяется в зависимости от температуры плавления: когда ее устанавливают вблизи 1400°С, выход резко увеличивается при содержании связанного углерода в углеродистом материале 74%, при применении углеродистого материала с содержанием связанного углерода, по меньшей мере, 74,5% может быть обеспечен выход гранул металлического железа с заданным распределением размеров, составляющий, по меньшей мере, 80%. При содержании связанного углерода, равном, по меньшей мере, приблизительно 75%, может быть обеспечен высокий выход: по меньшей мере, 90%. Для сравнения, когда температуру плавления устанавливают вблизи 1460°С, выход резко увеличивается при содержании связанного углерода около 72% (см. фиг.5). При применении углеродистого материала с содержанием связанного углерода, по меньшей мере, 73% для гранул металлического железа с заданным распределением размеров может быть обеспечен выход, по меньшей мере, 80%, а при степени содержания связанного углерода, равной, по меньшей мере, приблизительно 73,5%, может быть обеспечен высокий выход: по меньшей мере, 90%.
Как можно видеть из этих результатов, в случае применения углеродистого материала со степенью содержания связанного углерода, по меньшей мере, 73% установкой температуры плавления у, по меньшей мере, 1460°С можно произвести металлическое железо, у которого гранулы с нужным диаметром составляют, по меньшей мере, 80% выхода. Когда же применяют углеродистый материал хорошего качества, имеющий содержание связанного углерода на уровне, по меньшей мере, 74,5%, можно обеспечить достаточный выход, даже если температуру плавления понизить до приблизительно 1400°С.
Когда степень содержания связанного углерода в углеродистом материале составляет, по меньшей мере, 73% или находится на уровне, по меньшей мере, 74,5%, можно применять единственный углеродистый материал. Кроме того, в том случае, когда углеродистый материал из-за его низкого качества сам по себе не может быть применен, без каких-либо осложнений, его можно эффективно использовать даже при степени содержания связанного углерода менее 73%, если, в конечном счете, указанное выше нужное содержание связанного углерода можно суммарно обеспечить применением подобного материала совместно с высококачественным углеродистым материалом, имеющим высокую степень содержания связанного углерода.
Далее, фиг.6 и 7 представляют собой графики, демонстрирующие эффекты, вызываемые воздействием, оказываемым на выход содержанием летучего вещества в сырьевом материале. График, показанный на фиг.6, демонстрирует указанные эффекты для случая, когда температуру на период плавления восстановленного металлического железа устанавливают вблизи 1400°С. График, показанный на фиг.7, соответствует тем же эффектам при установке указанной температуры плавления вблизи 1460°С. Из этих графиков очевидно, что и в этом случае выход гранул металлического железа существенно изменяется в зависимости от температуры на этапе плавления. Если ее устанавливают вблизи 1400°С, выход резко уменьшается, когда содержание летучего вещества превосходит приблизительно 3,2%, а если оно не превышает 3,0%, можно получить, по меньшей мере, 80% выхода. Содержание летучего вещества не более 2,9% может обеспечить высокий уровень выхода: по меньшей мере, около 90%. Из сравнения этих данных можно заметить, что когда температуру плавления устанавливают вблизи 1460°С, выход резко уменьшается, если количество летучего вещества превосходит уровень 3,9%. Если же оно не превышает этой величины, можно получить выход, по меньшей мере, на уровне 80%. Кроме того, если содержание летучего вещества ограничить уровнем не выше 3,7%, можно обеспечить высокий уровень выхода, т.е. приблизительно 90%. Как можно видеть из этих результатов, в случае содержания указанного выше летучего вещества на уровне 3,8% можно производить металлическое железо, имеющее нужный диаметр гранул, при высоком выходе, по меньшей мере, 80% путем установки температуры плавления, по меньшей мере, вблизи 1460°С. Когда же содержание летучего вещества не превышает уровень 3,2%, можно обеспечить достаточный выход, даже если понизить температуру плавления до приблизительно 1400°С.
Далее, фиг.8 и 9 представляют собой графики, демонстрирующие эффекты, вызываемые воздействием, оказываемым на выход гранул металлического железа содержанием углеродистого материала относительно компонента из оксида железа (Т. Fe), в материале, содержащем оксид железа (железная руда), смешанном в виде сырьевого материала. График, показанный на фиг.8, демонстрирует указанные эффекты для случая, когда температуру плавления восстановленного металлического железа устанавливают вблизи 1400°С, а график, показанный на фиг.9, соответствует указанным эффектам для случая, когда температуру плавления устанавливают вблизи 1460°С. Из этих графиков очевидно, что и в этом случае выход гранул металлического железа существенно изменяется в зависимости от температуры во время плавления. Когда ее устанавливают вблизи 1400°С, выход резко уменьшается, если содержание углеродистого материала составляет, по меньшей мере, приблизительно 44,2%. Если оно не превышает 44%, можно получить выход, по меньшей мере, 80%, и, далее, если содержание углеродистого материала ограничивают значением не более 43,6%, можно обеспечить уровень выхода, по меньшей мере, 90%. Для сравнения, когда температуру плавления устанавливают вблизи 1460°С, выход резко уменьшается, если содержание углеродистого материала превосходит уровень 45%, как показано на фиг.8, а когда его ограничивают значением не более 44,8%, можно обеспечить выход, по меньшей мере, 90%. Как можно видеть из этих результатов, в случае содержания углеродистого материала на уровне 45% можно произвести металлическое железо, имеющее нужный диаметр гранул, при высоком выходе (по меньшей мере, 80%) путем установки температуры плавления равной, по меньшей мере, 1460°С. Когда же содержание углеродистого материала не превышает уровень 44%, можно обеспечить достаточный выход, даже если понизить температуру плавления до приблизительно 1400°С.
Однако в печах восстановления и плавления, применяемых при осуществлении настоящего изобретения, для нагрева сырьевого материала часто используют тепло горелок. В этом случае реакция в загруженном в печь сырьевом материале между оксидом железа и углеродистым материалом генерирует большое количество газообразного СО. В результате во время периода восстановления в непосредственной близости от сырьевого материала установится в достаточной степени восстановительная атмосфера за счет защитного воздействия указанного выше СО, испускаемого естественным образом.
Вместе с тем, начиная со второй половины и до конца периода восстановления, генерация газообразного СО резко уменьшается, при этом уменьшится его защитное воздействие и, вполне вероятно, восстановленное металлическое железо окислится повторно, т.к. оно, по всей вероятности, подвергнется воздействию нагретого испускаемого газа (окисляющего газа, такого как СO2 и H2О). Далее, хотя плавление и коалесценция высокодисперсного металлического железа происходят из-за того, что точка плавления понижается в результате цементации восстановленного железа углеродом сырьевого материала, оставшимся после завершения восстановления, защитное воздействие на этой стадии также будет недостаточным, так что металлическое железо, видимо, подвергнется повторному окислению.
Поэтому, чтобы после восстановления плавление и коалесценция протекали эффективно и сопровождались ограничением повторного окисления, желательно надлежащим образом регулировать газовый состав атмосферы в зоне плавления. В качестве средств, требуемых для этой цели, можно использовать загрузку порошкообразного углеродистого материала на под. Если сырьевой материал приготавливают в форме прессовок, предлагается предварительное связывание углеродистого материала с поверхностью сырьевого материала перед загрузкой последнего на под. Таким образом, если порошкообразный углеродистый материал загружают на поверхность пода или связывают с этой поверхностью, в период плавления после завершения восстановления, восстановленный материал немедленно реагирует с окисляющим газом (CO2 или H2O), произведенным в результате работы горелок. Вследствие этого по соседству с восстановленным металлическим железом может установиться высокоэффективная восстановительная атмосфера, возможно, предотвращающая повторное окисление. Кроме того, желательно использование порошкообразного углеродистого материала, т.к. он становится источником цементации для произведенного металлического железа, сокращая время, требуемое для цементации и плавления металлического железа, а также промотирует его коалесценцию.
Чтобы обеспечить для указанного выше углеродистого материала эффективное проявление его активных воздействий, желательно применять его в тонкокодисперсной порошкообразной форме с диаметром частиц не более 3 мм, предпочтительно не более 2 мм, особенно предпочтительно в интервале 0,3-1,5 мм, и загружать его до толщины предпочтительно в интервале 2-7 мм, более предпочтительно в интервале 3-6 мм. Если сырьевой материал применяют в форме прессовок, а углеродистый материал связывают с их поверхностями, желательно установить уровень связывания предпочтительно в интервале 1-10 мас.%, более предпочтительно в интервале 3-7 мас.% относительно этих прессовок. Однако можно также загружать порошкообразный углеродистый материал просеиванием его сверху перед периодом плавления, во время которого ожидается максимальное воздействие указанного материала.
Полученные указанным выше способом гранулы металлического железа представляют собой продукт, коалесцирующий с отторжением шлака, произведенного в качестве побочного продукта, и, следовательно, имеющий Fe очень высокой чистоты с весьма малым содержанием шлакового компонента. Поскольку они в качестве источника железа предназначены для транспортировки к обычному сталелитейному оборудованию, такому как электрическая печь или вращающаяся печь, для применения их в виде сырьевого материала сталелитейного производства желательно уменьшить содержание серы (S) до минимального из возможных уровней. Поэтому в рамках изобретения удалось получить гранулы металлического железа с низким содержанием серы путем удаления содержащего серу компонента железной руды или углеродистого материала в максимально возможной степени. Удалось также подтвердить, что если в процессе приготовления сырьевого материала надлежащее количество источника СаО (включая, кроме негашеной извести, гидроксид кальция и карбонат кальция) смешать с железной рудой или углеродистым материалом для приведения основности (т.е. пропорции CaO/SiO2) всего формирующего шлак компонента, содержащегося в сырьевом материале, к которому добавляют указанный компонент, такой как содержащаяся в железной руде рудная составляющая и т.п., к интервалу 0,6-1,8 и, более предпочтительно, к интервалу 0,9-1,5, содержание серы в полученных в конце процесса гранулах металлического железа можно понизить до величины не более 0,10% и даже не более 0,05%.
Кроме того, уголь, наиболее часто применяемый в качестве углеродистого восстанавливающего агента, содержит серу в интервале приблизительно 0,2-1,0%, и фактически вся она входит в металлическое железо. С другой стороны, если не провести регулирование основности добавлением источника СаО, основность, рассчитанная исходя из количества компонента, формирующего шлак, включенного в сырьевой материал, в большинстве случаев не превосходит значения 0,3 (хотя в зависимости от типа железной руды и других факторов могут иметь место и некоторые отклонения), и сера неизбежно примешивается к имеющим такую низкую основность гранулам металлического железа в процессе восстановления или плавления, а также в последующем процессе коалесценции (т.е. имеет место вулканизация). Как следствие, приблизительно 85% от общего количества серы, содержащейся в сырьевом материале, входит в гранулы металлического железа. В результате содержание серы в них достигает очень высокого значения 0,1-0,2%, ухудшая качество.
Однако, если в описанном выше процессе приготовления сырьевого материала основность состава компонента, формирующего шлак, установить в интервале 0,6-1,8 путем энергичного добавления источника СаО, указанная выше сера фиксируется шлаком, производимым в качестве побочного продукта во время восстановления, цементации, плавления и коалесценции. В результате содержание серы в гранулах металлического железа можно резко понизить, например, до уровня 0,050-0,080%. Можно предположить, что механизм понижения содержания серы определяется реакцией серы, включенной в сырьевой материал, с СаО (СаО+S=СаS) и фиксированием ее в виде CaS.
Как разъяснялось выше, сырьевые материалы, примененные в настоящем изобретении, представляют собой прессовки типа таблеток и брикетов или гомогенную смесь, включающую в себя источник оксида железа и углеродистый материал. При этом путем агломерации гомогенной смеси совместно с небольшим количеством связующего (бентонит, крахмал и т.п.) формируются продукты до получения нужного желательного размера. Прессовки можно изготовить с помощью обычно применяемого способа уплотнения, использующего, например, таблетирующую установку дискового или барабанного типа и т.п.
Источник оксида железа в качестве сырьевого материала представляет собой широкое понятие, включающее в себя вторичную окалину или аналогичные продукты; например, колошниковую пыль, пыль электродуговой печи, сталелитейную пыль и т.п. В зависимости от местоположения производства железной руды в дополнение к оксиду железа могут быть включены оксиды таких металлов, как Ni, Cr, Мn; несомненно, что, кроме указанных, могут быть включены и оксиды других металлов. Далее, углеродистый восстанавливающий агент не ограничивается определенным типом и, кроме наиболее распространенных угольного и коксового порошков, можно применять также порошок древесного угля. В качестве иллюстрации связующего, примешиваемого в случае необходимости, можно назвать бентонит, крахмал и т.п., но нет никаких причин ограничиваться этими веществами. Кроме того, предпочтительно добавлять надлежащее количество источника СаО (негашеная известь, гидроксид кальция, карбонат кальция и т.п.) для подгонки основности компонента, регулирующего формирование шлака, в смеси сырьевых материалов. Указанные соединения Са действуют как десульфурирующий агент, фиксируя серу, включенную в смесь сырьевых материалов, к шлаку. Это позволяет получать гранулы металлического железа с низким содержанием серы.
Далее, в качестве агента, регулирующего плавление шлака, производимого в процессе восстановления в качестве побочного продукта, может быть эффективным добавление источника кальция, такого как известняк, гидроксид кальция, карбонат кальция, кремнезем, глинозем и т.п., в надлежащем количестве согласно составу формирующего шлак компонента в сырьевом материале.
Для нанесения сырьевого материала на поверхность пода не применяют какого-либо специального способа, но вполне достаточно применение способа, в котором материал подают загрузочной воронкой, вибрационным или барабанным подающим механизмом и т.п. и далее через желоб, трубу или наклонную пластину.
При загрузке сырьевого материала в форме слоев предпочтительно формировать на поверхности слоев сырьевого материала выступающую и углубленную части выбранной формы для создания рельефа в продольном и/или поперечном направлениях и увеличения площади поверхности с целью повышения эффективности нагрева, осуществляемого за счет тепла горелки или радиационного нагрева сверху, т.к. рельеф может увеличить эффективность нагрева всего сырьевого материала и одновременно повысить эффективность теплопередачи к нижней стороне слоя сырьевого материала. Предпочтительную форму, размер и период рельефа нельзя выбрать произвольным образом, т.к. они изменяются в зависимости от толщины набора слоев. Обнаружено, что желательным является вариант, когда высота (расстояние между выступающей и углубленной частями) рельефа находится в интервале 5-30 мм, более предпочтительно в интервале 10-30 мм, а предпочтительный период (расстояние между соседними выступами) - в интервале 10-100 мм, более предпочтительно в интервале 10-70 мм. Специального ограничения на способ формирования рельефа не существует, и его можно сформировать, выбрав способ, в котором загрузку нужного количества материала осуществляют из множества питающих отверстий, размещенных по ширине пода. Альтернативами являются способ, в котором загрузку нужного количества материала осуществляют из рельефной воронки, установленной так, чтобы она перекрывала ширину печи, способ формирования рельефа путем структурирования поверхности формообразующим рельефным компонентом после, по существу, горизонтальной загрузки и т.п.
Кроме того, в случае сырьевого материала в виде прессовок желательно использовать те из них, которые имеют средний диаметр предпочтительно в интервале 1-10 мм, более предпочтительно 3-7 мм, т.к. при конкретной укладке в слои и загрузке на под они могут деформироваться в зависимости от своих размеров из-за нагрузки в слоях. Если указанные прессовки имеют такой маленький диаметр, их можно использовать в недосушенном виде, т.к. они мало искажаются давлением, возникающим при укладывании в слои при загрузке, и могут быстро высушиться за счет начального нагрева, поскольку часть этих прессовок имеет высокую скорость теплопередачи. Однако, чтобы с большей уверенностью избежать разрушения из-за удара во время загрузки, а также из-за нагрузки в слоях, в рамках предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения рекомендуется загружать прессовки на поверхностный слой, по меньшей мере, после их предварительного высушивания.
При загрузке сырьевого материала его вводят после того, как на под рассыпают порошкообразный углеродистый материал, или, в случае использования прессовок, применяют способ их загрузки на под после проведения связывания углеродистого материала с прессовками. При этом могут быть получены, например, следующие результаты:
а) во время восстановления углеродистый материал повышает уровень восстанавливающей способности атмосферного газа в непосредственной близости от сырьевого материала и эффективно проводит восстановление;
б) после завершения восстановления углеродистый материал цементирует металлическое железо и понижает его точку плавления, промотируя тем самым плавление и коалесценцию;
в) углеродистый материал ограничивает связывание расплавленного металлического железа с подом, промотируя тем самым коалесценцию;
г) недостаточный уровень восстановления с нижней стороны слоя, легко возникающий при укладке сырьевого материала в виде слоев, компенсируется углеродистым материалом, увеличивающим общую пропорцию восстановления;
д) углеродистый материал быстро оказывает восстановительное воздействие на FeO, который легко образуется вследствие недостаточного восстановления в нижней стороне слоя, в результате ограничивается производство содержащего FeO расплавленного шлака, который может вызвать существенное нежелательное плавление в жаростойком материале пода, и срок существования пода можно увеличить;
е) в случае применения сырьевого материала в виде прессовок, если углеродистый материал связывают с их окрашенными поверхностями, появляется возможность загружать указанные прессовки в невысушенном состоянии, т.к. при загрузке они защищены от связывания друг с другом или с подом.
Применяемый в данном случае углеродистый материал выборочно выбирают из порошка угля, порошка кокса, порошка древесного угля и т.п. Диаметр частиц, предпочтительный для активного проявления указанных выше воздействий, эффективен, если размер частиц углеродистого материала, насыпанного на верхнюю поверхность пода, не превышает средний диаметр гранул и составляет предпочтительно 2 мм, более предпочтительно 1,5 мм. Когда углеродистый материал связывают с поверхностями прессовок сырьевого материала, достаточно использовать способ его связывания, при котором углеродистый материал со средним диаметром частиц не более приблизительно 0,3 мм связывают с помощью окраски, способа диспергирования углеродистого материала в диспергирующей среде, такой как вода, или распыления с целью связывания и т.п.
Хотя вышеуказанный углеродистый материал, находящийся в сырьевом материале, т.е. углеродистый восстанавливающий агент (углеродистый материал, загружаемый в печь в порошкообразной форме или производимый на стадии, когда таблетки сырьевого материала превращаются в порошок), можно выгружать из печи восстановления и плавления вместе с гранулами металлического железа, его можно также использовать в обсуждаемом качестве повторно. Поскольку в печи этот материал подвергался однократному воздействию высокой температуры и летучее вещество из него удалено, он будет представлять собой высококачественный сырьевой материал.
Далее настоящее изобретение будет детально описано со ссылками на пример, не ограничивающий его объем, а лишь иллюстрирующий его осуществление. В приводимый пример могут быть внесены соответствующие изменения, не противоречащие сущности изобретения. При этом подразумевается, что все такие изменения не выходят за рамки настоящего изобретения.
Пример
Было проведено испытание изобретения для производства гранул металлического железа с применением указанного ниже компонентного состава для источника оксида железа и углеродистого материала и с использованием показанной на фиг.1-3 печи восстановления и плавления с подом вращающегося типа при следующих условиях.
Источник оксида железа
Железная руда: основные компоненты Т. Fe - 68,1%; Аl2О3 - 0,5%; SiO2 - 1,4%, средний диаметр частиц 50 мкм.
Углеродистый восстанавливающий агент:
Углеродистый материал (1): содержание связанного углерода - 71,6%;
содержание летучего вещества - 19,6%; средний диаметр частиц 30 мкм.
Углеродистый материал (2): содержание связанного углерода - 77,0%;
содержание летучего вещества - 9,4%; средний диаметр частиц 30 мкм.
Приготовление сырьевого материала:
С помощью таблетирующей установки тарельчатого типа после объединения и гомогенизирующего перемешивания источника оксида железа и углеродистых материалов (1) и (2) был приготовлен гранулированный сырьевой материал с диаметром кусков (гранул) 16-19 мм.
Экспериментально осуществленный вариант способа
Гранулированный сырьевой материал загружают в печь восстановления и плавления с подом вращающегося типа до толщины приблизительно 20 мм, в течение 4 мин, считая от момента загрузки сырьевого материала, проводят нагрев с помощью горелок, быстро повышая таким образом температуру до 1100°С, осуществляют восстановление при приблизительно 1350°С, затем регулируют температуру, повышая ее для участка плавления до приблизительно 1400°С или приблизительно 1460°С. Расплавленное и коалесцирующее металлическое железо охлаждают на участке охлаждения (применяя для нижней части пода охлаждаемый водой кожух) и получают гранулы металлического железа. Временной интервал от завершения загрузки сырьевых материалов до времени выгрузки гранул металлического железа из печи устанавливают равным приблизительно 10-12 мин. Отделяя гранулы металлического железа, выгруженные из печи, от шлака, произведенного в качестве побочного продукта, с применением магнитного сепаратора и с дальнейшим разделением гранул на крупные и мелкие с использованием сетки 3,35 мм, определяют выход крупных гранул, имеющих диаметр, по меньшей мере, 3,35 мм.
Детали процесса и производственная пропорция, включая смешиваемые составы сырьевого материала, содержание связанного углерода и содержание летучего вещества, показаны совместно в таблице 1. На основе данных таблицы 1 в таблицах 2, 3 и на фиг.4, 5, в таблицах 4, 5 и на фиг.6, 7, в таблицах 6, 7 и на фиг.8, 9 представлены, соответственно, "эффект, вызываемый воздействием содержания связанного углерода в углеродистом материале на выход гранул металлического железа", "эффект, вызываемый воздействием содержания летучего вещества в сырьевом материале на выход гранул металлического железа", и "эффект, вызываемый воздействием содержания углеродистого материала относительно компонента из оксида железа (Т. Fe) на выход гранул металлического железа".
| Таблица 2 | |
| Содержание связанного углерода в углеродистом материале (масс.%) | Выход гранул железа с диаметром, по меньшей мере, 3,35 мм при 1460°С (масс.%) |
| 71,6 | 31,61 |
| 72,68 | 56 |
| 73,76 | 98,9 |
| 74,84 | 98,3 |
| 75,92 | 99 |
| 77 | 99 |
| Таблица 3 | |
| Содержание связанного углерода в углеродистом материале (масс.%) | Выход гранул железа с диаметром, по меньшей мере, 3,35 мм при 1400°С (масс.%) |
| 71,6 | 0 |
| 72,68 | 0 |
| 73,76 | 0 |
| 74,84 | 84,6 |
| 75,92 | 98,5 |
| 77 | 97,7 |
| Таблица 4 | |
| (D + E)/(F + G): содержание летучего вещества в сырьевом материале (масс.%) | Выход гранул железа с диаметром, по меньшей мере, 3,35 мм при 1460°С (масс.%) |
| 4,69 | 31,61 |
| 4,14 | 56 |
| 3,61 | 98,9 |
| 3,11 | 98,3 |
| 2,6 | 99 |
| 2,11 | 99 |
| Таблица 5 | |
| (D + E)/(F + G): содержание летучего вещества в сырьевом материале (масс.%) | Выход гранул железа с диаметром, по меньшей мере, 3,35 мм при 1400°С (масс.%) |
| 4,69 | 0 |
| 4,14 | 0 |
| 3,61 | 0 |
| 3,11 | 84,6 |
| 2,6 | 98,5 |
| 2,11 | 97,7 |
| Таблица 6 | |
| G/A: содержание углеродистого материала относительно Т. Fe (масс.%) | Выход гранул железа с диаметром, по меньшей мере, 3,35 мм при 1460°С (масс.%) |
| 46,143 | 31,61 |
| 45,335 | 56 |
| 44,583 | 98,9 |
| 43,862 | 98,3 |
| 43,135 | 99 |
| 42,51 | 99 |
| Таблица 7 | |
| G/A: содержание углеродистого материала относительно Т. Fe (масс.%) | Выход гранул железа с диаметром, по меньшей мере, 3,35 мм при 1400°С (масс.%) |
| 46,143 | 0 |
| 45,335 | 0 |
| 44,583 | 0 |
| 43,862 | 84,6 |
| 43,135 | 98,5 |
| 42,51 | 97,7 |
Из этих результатов, получивших выше предварительную интерпретацию со ссылками на фиг.4-9, можно сделать следующие выводы.
1) В случае применения углеродистого материала с содержанием связанного углерода, по меньшей мере, 73% можно произвести гранулы металлического железа, имеющие нужный диаметр, с высоким выходом (по меньшей мере, 80%) установкой температуры плавления вблизи, по меньшей мере, 1460°С; в случае использования углеродистого материала хорошего качества, у которого степень содержания связанного углерода составляет, по меньшей мере, 74,5%, можно обеспечить достаточный выход даже при понижении температуры плавления до приблизительно 1400°С.
2) Когда содержание летучего вещества в сырьевом материале находится на уровне 3,8%, можно произвести гранулы железа, имеющие нужный диаметр, с высоким выходом (по меньшей мере, 80%) установкой температуры плавления вблизи, по меньшей мере, 1460°С; в случае содержания летучего вещества в количестве, не превышающем уровень 3,2%, можно обеспечить достаточный выход даже при понижении температуры плавления до приблизительно 1400°С.
3) Когда содержание углеродистого материала относительно компонента из оксида железа (Т. Fe) в железных рудах находится на уровне 45%, можно произвести гранулы металлического железа, имеющие нужный диаметр, с высоким выходом (по меньшей мере, 80%) установкой температуры плавления вблизи, по меньшей мере, 1460°С, а в случае содержания углеродистого материала в количестве, не превышающем уровень 44%, можно обеспечить достаточный выход даже при понижении температуры плавления до приблизительно 1400°С.
Настоящее изобретение в представленном выше виде обеспечивает возможность производства гранул металлического железа, имеющих распределение размеров, требуемое для их транспортировки или обработки в качестве продукта, с высоким выходом и хорошей производительностью благодаря применению в составе сырьевого материала летучего вещества или углеродистых материалов, имеющих предварительно заданное содержание связанного углерода, или, кроме того, благодаря соответствующему регулированию содержания углеродистого материала в смеси относительно количества источника оксида железа при производстве гранул металлического железа нагревом и восстановлением сырьевых материалов, включающих в себя источник оксида железа и углеродистый восстанавливающий агент.
1. Способ производства гранул металлического железа, включающий нагрев сырьевого материала, содержащего углеродистый восстанавливающий агент и материал, содержащий оксид железа, в печи восстановления и плавления, восстановление оксида железа в сырьевом материале и нагрев металлического железа, произведенного восстановлением, до расплавления с одновременным проведением его коалесценции при отделении металлического железа от шлакового компонента, отличающийся тем, что используют углеродистый восстанавливающий агент с высокой степенью содержания связанного углерода, равной, по меньшей мере, 73%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что степень содержания связанного углерода в указанном углеродистом восстанавливающем агенте составляет, по меньшей мере, 74,5%.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание летучего вещества в указанном сырьевом материале составляет не более 3,9%.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что содержание летучего вещества в указанном сырьевом материале составляет не более 3,2%.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание углеродистого восстанавливающего агента в смеси относительно компонента из оксида железа, содержащегося в содержащем оксид железа материале указанного сырьевого материала, составляет не более 45%.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что содержание углеродистого восстанавливающего агента в смеси относительно компонента из оксида железа, содержащегося в содержащем оксид железа материале указанного сырьевого материала, составляет не более 44%.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру на время, за которое металлическое железо, произведенное восстановлением, расплавляется в указанной печи восстановления и плавления, устанавливают равной, по меньшей мере, 1460°С.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру на время, за которое металлическое железо, произведенное восстановлением, расплавляется в указанной печи восстановления и плавления, устанавливают равной, по меньшей мере, 1400°C.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве указанного углеродистого восстанавливающего агента используют смесь углеродистого материала с высоким содержанием связанного углерода и углеродистого материала с низким содержанием связанного углерода, регулируя пропорции их смешивания, для обеспечения предварительно заданного содержания связанного углерода.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что для регулирования газового состава атмосферы в зоне плавления на под в непосредственной близости от сырьевого материала до того, как металлическое железо, произведенное восстановлением, расплавляется в печи восстановления и плавления, дополнительно загружают порошкообразный углеродистый материал.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что гранулы металлического железа, имеющие диаметр в интервале 3-40 мм, получают с выходом, по меньшей мере, 80%.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что гранулы металлического железа, имеющие диаметр в интервале 3-40 мм, получают с выходом, по меньшей мере, 90%.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что агент, регулирующий точку плавления шлака, примешивают в сырьевой материал, причем точку плавления шлака, произведенного в процессе восстановления и плавления, настраивают на значение температуры, не превышающее 1400°С.
14. Способ по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что порошкообразный углеродистый материал или углеродистый восстанавливающий агент в указанном сырьевом материале, выгруженные из печи восстановления и плавления вместе с гранулами металлического железа, частично или полностью применяют повторно в качестве углеродистого восстанавливающего агента в указанном сырьевом материале.
