Изобретение относится к способам получения металлов прямым восстановлением рудного сырья с использованием электроэнергии и может быть использовано на предприятиях черной и цветной металлургии, производящих порошки, компактные металлы и сплавы и соединения.

Известны способы восстановления руды с получением литого или губчатого металла, в которых необходимое для процесса тепло подводится с помощью электронагрева.

В способе Де Си прямого получения стали, требуемую для восстановления богатой железной руды энергию вводят через ванну жидкого металла при помощи низкочастотной индукционной катушки с железным сердечником, а восстановление руды осуществляется на поверхности металлической ванны за счет растворенного в ней углерода с последующим использованием тепла, выделяющегося при дожигании окиси углерода, для нагрева руды, подаваемой из трубчатой вращающейся печи (1) .

В способе Лурги-Галлусера предварительно окомкованная железная руда восстанавливается продуктами паровой конверсии при родного газа и жидкого топлива, или твердым топливом в шахтной печи с электроиндукционным обогревом зоны восстановления при помощи нагревательных элементов без непосредственного прохождения электрического тока через шихту (1).

В способе Енсена восстановление газовой смесью водорода и окиси углерода железной руды, смешанной для повышения ее электропроводности с ранее восстановленным губчатым железом, ведется в шахтной щ пе1и с прямым нагревом шихты электрическим током, подводимым через два металлических электрода, выполненных в виде решетки (1) .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ прямого восстановления в печи с индукционным нагревом, согласно которому тонкоизмельченные железныее концентраты смешивают с порошком каменноугольной смолы и брикетируют. Брикеты подвергают прокаливанию в первой трубчатой печи до 120 + 300 С для удаления влаги и летучих, а затем обжигают во второй трубчатой печи при 1000 С и при

855000 этом восстанавливаются до металла. Металлизованные, брикеты нагревают до 1200вЂ”

1600 С в третьей трубчатой печи с помощью индуктора 12).

Недостатком данного способа является многоста ийность процесса и связанные с этим повышенные затраты времени и соответственно невысокая степень использования энергии.

Цель изобретения вЂ” интенсификация процессов восстановления путем повышения эффективности использования газа-восстановителя и электроэнергии.

Для достижения цели в способе прямого восстановления окислов металлов путем индукционного нагрева газ-восстановитель подвергают нагреву восстановленным материалом, температуру которого поддерживают переменным электромагнитным полем в пределах 0,4 вЂ” 0,8 от температуры плавления.

Кроме того, в шихту вводят углеродсодер. жащий материал или элементы с высоким сродством к кислороду, например алюминий, магний.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежом.

Способ включает гранулирование шихты, загрузку, периодическое или непрерывное движение гранул в противотоке газавосстановителя, использование индукционного нагрева гранул в зоне 1, восстановление гранул в зоне 2, нагрев гранул в зоне 3, охлаждение гранул в зоне 4 и последующую их выгрузку.

В соответсвии с графиком изменения температуры (см. черт.) можно выделить зоны охлаждения, нагрева, восстановления и подогрева.

Необходимая для процесса восстановления энергии вводится непосредственно в металлизованные гранулы, путем нагрева переменным электромагнитным полем, создаваемым бесконтактным устройством 5, например индуктором, охватывающим зону нагрева. Верхний предел температуры нагрева ограничивают условиями обеспечения достаточной газопроницаемости слоя металлизованного сырья в зонах нагрева и охлаждения, что близко к температуре спекания (0,8 Qq) например, при получении губчатого железа 1200 С. Процесс восстановления проводят газом, например водородом, который при прохождении через-зону нагрева в результате теплообмена с поверхностью металлизованных гранул нагревается до температуры, минимальное значение которой должно обеспечить достаточную для выбранного гидродинамического режима скорость восстановления (0,4 ). При дальнейшем движении газ-восстановитель нагревает и восстанавливает гранулы шихты в зоне восстановления.

В зависимости от частоты электромагнитное поле может эффективно нагревать слой о

15 и

25 з

4О

55 частично восстановленных гранул, расположенных в нижних участках зоны восстановления, при этом с повышением частоты поля толщина этого слоя увеличивается. Э фективность нагрева гранул зависит от правильного выбора частоты электромагнитного поля в зависимости от размеров гранул, а также электрических и магнитных свойств восстановленного губчатого металла. Например, максимальная эффективность нагрева гранул губчатого железа gl2 мм при температуре выше 800 С достигается при частоте около 70 кГц. Для эффективного нагрева гранулы должны иметь достаточно высокую степень металлизации (не менее 0,5) . Для нагрева гранул можно использовать как индукционный принцип нагрева (в зоне индуктора), так и принцип конденсаторного нагрева (в зоне пластин-электродов) .

При равномерном опускании шихты в стволе восстановительного агрегата и встречной подаче газа-восстановителя снизу вверх гранулы шихты проходят постепенно все зоны агрегата вЂ” вначале зону подогрева, за-тем зону восстановления и зону нагрева и зону охлаждения. В результате такой схемы процесса происходит постепенный нагрев гранул шихты, что исключает возможность их растрескивания и устраняет вынос пыли.

В зоне нагрева в раномерно опускающийся слой шихты электромагнитное поле вводит то количество тепла, которое необходимо для завершения процесса восстановления металла или сплава в соответствии с тепловым балансом металлургического агрегата.

Скорость опускания шихты должна обеспечить требуемую кинетикой процесса длительность нахождения гранул в зоне восстановления.

Газ-восстановитель в зоне охлаждения металлизованных гранул снижает их температуру в зоне выгрузки до величины, предупреждающей их самовозгорание, при этом газ-восстановитель нагревается, утилизируя тем самым физическое тепло восстановленного металла. В зоне нагрева газ-восстановитель нагревается до температуры, необходимой для процесса. восстановления, при этом размеры зоны нагрева выбирают из условия обеспечение нагрева газа-восстановителя с учетом необходимого его избытка в сравнении со стехиометрическим расходом до требуемой температуры, например, для железа 600 вЂ” 1200 С. При выходе из зоны нагрева газ-восстановитель, нагревая гранулы шихты, сам охлаждается и выходит вместе с газами, образующимися в процессе восстановления шихты, в атмосферу при температуре, обеспечивающей отсутствие конденсации паров воды.

Предлагаемый способ прямого получения губчатого металла из гранулированной шихты практически полностью обеспечивает утилизацию тепла, необходимого для процесса восстановления. Неизбежные при этом

855000

Составитель А. Савельев

Редактор М. Келемеш Техред А. Бойкас Корректор Ю. Макаренко

Заказ 6817/36 Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 потери тепла, в основном через стенки печи и с отходящими газами, можно довести до нескольких процентов. Способом можно восстанавливать окислы железа, никеля кобальта и других элементов. При совместной шихтовке окислов двух или более элементов возможно получение сплавов, интерметаллидов и соединений. В ряде случаев возможен комбинированный процесс, сочетающий газовое восстановление с карбо- или металлотермическим восстановлением. В этом случае в шихту дополнительно вводят углеродсодержащие вещества или элементы с высоким сродством с кислородом (алюминий, магний, кремний и др.).

Пример. Сырые окатыши железной руды

Оленегорского ГОК ф10 вЂ” 12 мм, содержа- 15 щие около 99 /о закиси-окиси железа, восстанавливают в шахтной печи круглого сечения водородом. Температуру в зоне нагрева поддерживают около 950 С с помощью индуктора 440 кГц. Отходящие газы имеют температуру примерно 120 С. Достигнутая го степень металлизации составляет 97 вЂ” 98о/о.

Экономический эффект от использования предлагаемого способа по сравнению с из. вестным рассчитывают после организации опытно-промышленного производства. 25

Формула изобретения

1. Способ прямого восстановления окислов металлов, включающий гранулирование шихты, загрузку, периодическое или непрерывное движение гранул в противотоке газа-восстановителя, восстановление с использованием электрического нагрева, охлаждение и выгрузку, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса восстановления путем повышения эффективности использования газа-восстановителя и электроэнергии, газ-восстановитель нагревают восстановленным материалом, температуру которого поддерживают переменным электромагнитным полем в пределах 0,4 вЂ” 0,8 температуры плавления.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в шихту вводят твердый восстановитель.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют углерод.

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют алюминий.

5. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют магний.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Похзиснев А. Н. и др. Внедоменное получение железа за рубежом. М., «Металлургия», 1964.

2. Патент США Мю 3844765, кл. С 22 (j 7/04, 06.03.73.

Способ прямого восстановления окислов металлов

Способ восстановления железорудныхматериалов b кипящем слое // 850012

Способ получения металлизованныхокатышей // 834140

Установка для получения железныхзаготовок непосредственно изконцентратов // 831793

Способ получения губчатого железа // 829678

Способ получения частично восстано-вленных окатышей // 817059

Губчатое железо // 815042

Способ получения металлизирован-ных окатышей // 804691

Способ восстановления полидисперсных материалов // 789585

Способ получения губчатого железа и устройство для осуществления способа // 786918

Способ получения расплава железа // 2100446

Изобретение относится к способу получения расплава железа, согласно которому железную руду восстанавливают в губчатое железо в зоне прямого восстановления металла, губчатое железо плавят в плавильной газифицирующей зоне при подаче углеродсодержащего материала с насыщением углеродсодержащего материала восстановительным газом и образованием шлака; восстановительный газ вводят в зону прямого восстановления металла, где он вступает в реакцию и выводится как доменный газ; восстановительный и/или доменный газ подвергают мокрой очистке, а шламы, отделяющиеся при этой очистке, смешивают со связующим и угольной пылью и затем подвергают агломерации

Способ производства жидкого чугуна или стального полупродукта // 2101361

Изобретение относится к способам утилизации отходов и остатков, содержащих железо в виде окиси и/или железо в виде металла и/или содержащих углерод, в основном отходов и остатков, возникающих на металлургических предприятиях, с применением способа для получения жидкого чугуна или полуфабриката стали, причем железная руда в зоне непосредственного восстановления восстанавливается в губчатое железо, губчатое железо расплавляется для получения восстановительного газа в зоне плавления и газифицирования при подведении углеродсодержащих материалов при газифицировании углеродсодержащего материала, и восстановительный газ вводится в зону непосредственного восстановления, где преобразовывается и отводится как колошниковый газ

Способ защиты огнеупорной футеровки металлургического сосуда // 2102493

Способ получения чугуна и стали в металлургических агрегатах // 2102494

Изобретение относится к области металлургического производства, в частности производства чугуна и стали

Способ получения жидкого чугуна или жидких стальных полупродуктов из железорудного материала и установка для его осуществления // 2104309

Изобретение относится к способу получения жидкого чугуна или стального полуфабриката из, по меньшей мере, частично содержащего долю мелких фракций исходного сырья, состоящего из железной руды и присадок, причем исходное сырье непосредственно восстанавливают в одной, по меньшей мере, зоне восстановления в псевдоожиженном слое по губчатого железа, губчатое железо расплавляют в плавильной газификационной зоне, с подводом носителей углерода и кислородсодержащего газа и получают восстанавливающий газ, содержащий CO и H2, который подводят в зону восстановления, там подвергают реакции, отводят в виде готового к использованию газа и подают потребителю, а также к установке для осуществления способа

Способ восстановительной плавки металлургического сырья // 2105069

Способ загрузки мелкоизмельченной руды в реакционную емкость высокого давления и устройство для его осуществления // 2105070

Изобретение относится к способу загрузки мелкоизмельченной руды, в частности железной руды, в реакционную емкость высокого давления, через которую проходит реакционный газ; при этом руда сначала подается в передаточную емкость высокого давления, сжимается в ней при помощи сжатого газа и затем передается в реакционную емкость высокого давления через передающий трубопровод при помощи сжатого газа, а также к устройству для проведения процесса

Способ производства чугуна // 2106413

Изобретение относится к способу производства чугуна из подходящего исходного сырья путем прямого восстановления

Способ производства жидкого чугуна из кусковой железной руды // 2107099

Способ производства жидкого передельного чугуна из железной руды и устройство для его осуществления // 2109070