Способ получения губчатого железа из тонкоизмельченных концентратов

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Сецнапнстнческнх ресттубннк

<и 885280 (61) flîâîëíèòåëüíîå к авт. саид-ву (22) Заявлено 19.03.80, (2() 2895891/22-02 (5t)M. Кл.

С 21 В 13/OO с присоединением заявки №

3Ъеудеретееииьй комитет

СССР (23) Приоритет ао делом изабретеиий и открытий

Опубликовано 30. 11.81. Бюллетень № 44

Дата опубликования описания 02.12 81 (И) УДК 669 188 (088.8) L

В. И. Кармазин, В. И. Горда, Л. П. Брусов, H. Н. Ponos Я® „,-, Д(-, и A. A. Резников

:1 (72) Автори изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский и проектный ииститутвторичных цветных металлов (73) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗА

ИЗ ТОНКОИЗИЕЛЬЧЕННЫХ КОНБЕНТРАТОВ!

Изобретение относится к металлургии, в частности к. способам производств ва губчатого железа из концентратов или других материалов, содержащих окислы железа, путем восстановительного процесса.

Известен способ получения губчато- го железа путем восстановления измельченных руд и концентратов в вертикальных реакторах в противотоке газа и материала после его аэродинамической классификации (1 ) .

Недостатком указанного способа является ограниченная степень металлиэаэии полученного железа. При болтшой степени металлиэации резко увеличиваются время выдержки материала в реак, ционной камере и расход газа, падает экономичность процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения губчатого железа из тонкоизмельченных концентратов, включающий их предварительную термообработку газообразным восстановителем, уплотнение частично восстановленного материала в восстановительной атмосфере и затем одновременный по зонам индукционный нагрев и науглероживание наружной корки при 950-1050оС, что позволяет получать. губчатое железо со степенью метаплизации свыше 90% 2 .

Однако недостаточно высокая температура центральных слоев заготовки изза того, что нагрев их осуществляется в основном за счет теплопроводности от поверхностных слоев, приводит к низкой интенсивности восстановительного про15 цесса в центральных областях заготовки. Неравномерный нагрев заготовки в различных зонах происходит также вследствие того, что диаметры заготовки умень щаются, а с уменьшением последних умень

26 шается и электрический КПД индукцион- ньпс нагревателей.

Цель изобретения - повышение интенсивности процесса восстановления.

888280

40

Поставленная цель достигается те, что в способе получения губчатого железа из тонкоизмельченных концентратов, включающем восстановление, уплотнение в восстановленной атмосфере и одновременный по зонам индукционный нагрев и науглероживание наружной корки при 950 1100 С, одновременно с индукционныМ нагревом через заготовку пропускают электрический ток, а в 0 .зонах создают электромагнитное поле с частотой, со ступенчатым увеличени ем от верхней зоны к последующей, обратно пропорционально квадрату диаметра заготовки каждой зоны. 15

На чертеже представлена схема цели аппаратов и последовательность техноло гических операций.

Схема включает ввод 1 сухого горя чего (700-750 C) железорудного кон- 20 центрата, реактор 2 для предварительного восстановления и науглероживания частично восстановленного концентрата, ввод 3 горячего газа-восстановителя, ввод 4 подогретого природного газа, 23 ввод 5 возвратного газа из индукционной. печи, содержащего Н и,СО, вы-: дачу 6 для транспортирования в индукционную печь предварительно металлизованного концентрата, верхний торец 7 30 заготовки из губчатого железа, инДукционную печь 8, электрод-подпрессовщик

9, боковые подвижные плиты 10, заготовку 11, боковые подпрессощики 12, обжимные ролики 13, индукторы 14, фурмы 15 для ввода природного газа, электрод-холодильник 16.

Способ осуществпяется следующим образом.

Богатый железорудный концентрат 1, (например суперконцентрат, содержащий, %;, железа 69;кремнезема 3;серы 0,015 и остальных примесей 1) в ректоре 2 предварительно сушат, нагревают и восстанавливают на 80% при температуре, исключающей налипание восстановленных частиц на стенках оборудования (550oC).

Совместно с газом-восстановителем 3 и реакционное пространство реактора 2 вводят природный газ 4, предварительно подогретый до 550 С, в количестве о

50 н м /т исходного сухого концентрата. В результате крекинга метана и других углеводородов природного газа на активных частичках восстановленного железа выделятся сажный углерод, ко53 торый при последующем нагреве концентрата в индукционной печи до 950

1100 С полностью восстанавливает метало

4 лическое железо, а водород и углерод от восстановления окислов углеродом, направляются в реактор, где участвуют в восстановлении новых порций концепт рата, Частично восстановленный, науглероженный, горячий (500 С) концентрат 6 транспортируется и поступает на верхнюю торцевую часть подпрессованной заготовки 7, опускающейся в индукционную печь 8, Здесь концентрат предварительно подпрессовывается электродомподпрессовщиком 9 и боковыми подвижными плитами 10, формируясь в заготовку 11;

Заготовка уплотняется bio мере ее движения вниз в результате обжатия боковыми подпрессовщиками 12, спекания частиц и протяжки ее обжимными роликами 13. При нагреве поверхност ных слоев заготовки индукционными токами, возбуждаемыми индукторами 14, образуется кожух заготовки, благодаря которому заготовка протягивается и обжигается в индукционной печи.

C целью цементации поверхностного кожуха, повышения прочности, улучшения скольжения при протяжке заготовки на ее поверхность наносится сажа п » тем подачи на заготовку подогретого природного газа через фурмы 15 в ко личестве 5 нм /т заготовки. Для созда3 ния необходимой прочности заготовки и довосстановления металлического же- . леза на 98%, заготовка нагревается одновременно по всему объему: поверхностные слои преимущественно за счет индукционного нагрева, а центральные эа счет кондуктивного нагрева током, пропускаемым между электродом-под,прессовщиком 9 и скользящим электродом-холодильником 16, Каждая зона уплотнения греется собственным индуктором. Причем отношение активных .диаметров индуктора и эоны уплотнения на всех ступенях обжатия постоянно, и с целью минимизации потерь магнитного потока выбрано таким образом, что обеспечивается свободное передвижение уплотняемой заготовки, Принимая во внимание тот факт, что уменьшение диаметра нагреваемой заготовки при про» чих равных параметрах системы индукционного нагрева влечет за собой умень шение электрического КПД системы, а ,минимальная эффективная частота нагреsa связана с диаметром соотношением ь Р

Ф п-15.1 д — ; и м

885280 б где 5 y - удельное электрическое сопротивление материала, с точностью, удовлетворяющей инженерные расчеты, може быть принято одинаковым; для всех зон уплотнения;

- магнитная пронипаемость ма териала, для диапазона рассматриваемых температур (950-1100оС) равная l

-. диаметр уплотняемого восстанавливаемого материала.

Для поддерживания одинаково высоким

0,8 электрического КПД на всех ступенях обжатия относительная частота тока, питающего каждый нижестоящий индуктор, увеличивается на величину, пропорциональ» ную квадрату отношения диаметров зои уплотнения. Это позволяет равномерно и эффективно осуществлять нагрев поверхностных слоев уплотняемой массы на всех ступенях обжатия. Причем, как занижение, так и завьппение установленной частоты электромагнитного поля отрицательно влияют на технологию процесса, В первом случае замедляется нагрев поверх- . ности заготовки в связи с уменьшени ем электрического КПД, во втором имеет место черезмерное оплавление периферийных зон заготовки, что может привести к ее разрыву.

Величина тока, подводимого к заготовКе, кондуктивно определяется, исходя из того, что последняя к низу ступень обжатия заготовки совместно с . электродом-холодильником выполняет роль токоподвода, и следовательно, не должна перегреваться, Это условие выполияетса при плотности тока в ней 1015 A/cì, Благодаря предлагаемому способу комбинированнбго нагрева основная часть кондуктивного тепла выделяется ь верхнем .торце заготовкки 7, где частично металлизованный концентрат еше недостаточно уплотнен, а частички слабо сварены между собой, Максимальное выделение тепла в верхней части печи обеспечивает интенсификацию процесса нагрева и восстановления металлического железа, а также ускорение свариваная частиц дла увеличения теплопроводиости и прочности заготовки.

Образующиеся в заготовке в ржультате комбинированного протекания электротока электромагнитные поля ускоряют довосстановление металлического железа на окончательной стадии, требующей рекристаллизации решеток окислов.

Пример 1. Предварительно просушенный суперконцентрат, содержащий

69% железа, в количестве 1 т восстанавливают в реакторе до 80% при 500 С. о у Совместно с газом- восстановителем в реакционное пространство реактора вво дят природный газ, предварительно подогретый до 560 С в количестве 50 нм, Восстановленный до 80% науглеро3О женный ннгретый до 500 С концентрат транспортируетсяна верхнюю -часть заготовки-затравки. 0алее концентрат уплотняется при помощи электрода» подпрессовщика и обжимных плит с од повременным нагревом индуктированны,ми токами и током, протекающим между электродом-подпрессовшиком и электродом-холодильником.

Уплотнение осуществляется в четыЗО ре ступени: на 1 верхней ступени обжатия диаметр формируемой заготовки составляет 0,5 м, íà Ij - 0,3 м, на ф

0 2 м, на jY» »0 1 и.

С целью цементации поверхностного

23 кожуха на поверхность заготовки нано- сится сажа путем подачи на нее подогретого природного газа s количестве

5 нм .

Питание индукторов осуществляетса уО от тиристорных преобразователей мощ ностью 50 кВт. Для каждого диаметр ра установлена оптимальная частота сверху вниз соответственно 120 Гц, 320 Гц, 725 Гц, и 2900 Гц.

Электрод-подпрессовшнк и электродхолодильник подключаются к трансформа тору ТО-190. Ток в цепи составляет

5000 А при напряжении 5 В.

Процесс восстановления осуществляется при 1100 С и длится Зч. 15 мин.

Степень восс тановления полученной за готовки составляет 98%, расход электроэнергии — 680 кВт ч.

Пример 2. В условиях приме4% ра 1 заготовку нагревают индуктированным током, частота которого во всех индукторах установляет 120 Гц. Заготовка со степенью металлизации. 98% получена за 4 ч 20 мин, расход электроэнергии - 810 кВт ч, Пример 3. В условиях примера 1 заготовку нагревают индуктированными токами частотой 320 Гц. Процесс восстановления заготовки до 98% метал лического железа длится 4ч 10 ми:I, расход электроэнергии составляет 800 кВт, П р и и е р 4. В условиях приме ра 2 нагрев заготовки осуществляют ин дуктированными токами с частотой 125 ГЯ

0 сокращается расход электроэнергии, на

15% увеличивается производительность сталеплавильных печей, сокращается угар металла, отпадает необходимость расхоЭ да угольных электродов.

7 88528

Процесс восстановления длится 4 ч, раса ход электроэнергии составляет 780 кВт ч.

Пример 5, В условиях примера

1 заготовку нагревают индуктированными токами частотой 2900 Гц. Процесс восстановления до 98% металлического железа длится 4ч 15 мин, расход электр роэнергии — 790 кВт ч.

Губчатое железо, полученное предлагаемым способом, может быть исполь-. 16 зовано в качестве заготовки для дальнейшей прокатки его в сортовую сталь (круг, квадрат, полоса), трубный лист.

Наибольший экономический эффект может быть получен при применении этих И

f заготовок в качестве проплавляемых электродов в электродуговых сталеплавильных или ферросплавных печах, а так1 же в печах электрошлакового переплава при добавках в исходный частично метал- рр лизованный концентрат извести, доломита, плавикого шпата и легирующих металлов (никеля, вольфрама и т. п.).

Экономический эффект от интенсификации процесса нагрева и восстановления уд металлического железа на 15% составит

1 руб/т за счет снижения накладных рас ходов, что с учетом общего объема производства металлизованных материалов с высокой степенью металлизации составит 250 тыс.руб. Кроме того, нщ 8%

Формула изобретения

Способ получения губчатого железа из тонкоизмельченных концентратов, включающий восстановление, уплотнение в восстановительной атмосфере и одновременный по зонам индукционный нагрев и науглероживание наружной корки при

950-1100 С, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсивности процесса восстановления, одновременно с индукционным нагревом че-. рез заготовку пропускают электрический ток, а в зонах создают электромагнитное цоле частотой, со ступенчатым увеличением от верхней зоны к последующей, обратно пропорционально квадрату диаметра заготовки каждой зоны.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

М 202185, кл. С 21 В 13/14, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

М 499З05, кл. С 21 В 1З/14, 1978.

° е ° °

885280

О, Составитель А, Савельев

Техред И. Надь

Корректор А. Дзятко

Подписное

Редактор E. Лушникова

Заказ 10450/34 Тираж 621

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ?K-35, Раушскаи наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4!!

)1(