Способ получения губчатого железа

СООЭ СОВЕТСКИХОйЮДВПНЕПаРЕСПУБЛИК Ю П 1) А В 13 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТ Н В 14 Ю.Г. Ефим Сидорски енко,йоденаталлур руд гиьство ССС1974.ВГУБЧАТОГОтышей на КОМИТЕТ СССРЕНИЙ И ОТНРЬППФПИСАНИЕ ИЗОБРАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Днепропетровский орвого Красного Знамени.меческий институт(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯЖЕЛЕЗА из рудоугольных ок конвейерной машине, включающий сушку,ф нагрев, восстайовление и охлаждение, о т л и ч а ю,щ и й с я тем,что, с целью увеличения производительности и снижения расхода газа засчет увеличения скорости процесса,восстановление сначала ведут притемпературе 9001150 С углеводород-,ными газами с отношением восстановителей к окислителям 18-20 и скоростинагрева 20-50 град/мин,а затем .твердым углеродом шихты при скоростинагрева 40-60 град/мин до температур1150-1350 фС горновыми газами с отношением восстановителей к окислителям 3-4.Изобретение относится к чернойметаллургии, а именно к способам получения губчатого железа.Известен способ восстановленияжелеэорудных материалов, при котором .вместе с окатышами в трубчатуюпечь загружают твердый восстановитель в количестве", обеспечивающемвосстановление железа до 1-5, далее в средней части печи окатышивосстанавливают углеводородным газом, после чего восстанавливают до90-98 твердым топливом при 1050115 0 оС 1 .Недостатком данн то способа яв;ляется, низкая производительность, 15обусловленная тем, что окисленныеобожженные окатыши, восстанавливаемые в трубчатой печи не имеют внутри твердого восстановителя, а притемпературах 1050-1150 С скоростьвосстановления твердым углеродомочень низка.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является способ по- р 5лучения губчатого железа из рудоугольных окатышей на конвейерноймашине, включающий сушку, нагрев,восстановление и охлаждение. По этому способу пропускают нейтральныегазы с температурой 150-315 ОС и затем окатыши .нагревают до 538-1093 С,;пропуская горячие, не вступающие Вреакцию, газы, содержащие не более15 вес. кислорода. Далее шихтунагревают до температуры не более1315 фС и металлизуют, пропускаячерез нее те же газы. Нагрев проводят в течение времени, достаточном для восстановления 60-90 химически связанного железа (2).Однако у известного способа низкие.производительность и качество,окатышей, поскольку использование вкачестве восстановителя только твердого углерода требует значительного 45его расхода, что препятствует получению окатышей высокой прочности, а.также вносит с собой золу и вредныепримеси, в частности серу, Кроме того, в неменьшей степени снижает про Оиэводительность нерегулируемый нагрев, который приводит к появлениюбольших количеств жидкой фазы, к на"рушению структуры слоя, и, следовательно, к снижению газопроницаемости.55Цель изобретения - увеличениепроизводительности и снижение расхода газа за счет увеличения скоростипроцесса,Поставленная цель достигается тем,60что согласно способу получения губчатого железа из рудоугольных окатышей на конвейерной машине, которыйвключает сушку, нагрев, восстановление и охлаждение, комплексное вос становление сначала ведут при температуре 900-1150 С углеводородными газами с отношением восстановителейк окислителям 18-20 и скорости нагрева 20-50.град/мин, а затем твердымуглеродом шихты при скорости нагрева 40-60 град/мин до температур1150-1350 С горновыми газами с отношением восстановителей к окислителям 3-4.Сущность способа состоит в том,что для различных интервалов температур обеспечивается оптимальноесоотношение между реакциями косвенного (восстановления газом) и прямого (непосредственно твердым углеродом) восстановления,Известно, что процесс восстановления газами обладает как преимуществами, так и недостатками. К преимуществам следует отнести большую начальную (до степени 50-60) скорость восстановления при относительно невысоких температурах, Однако, по мере нарастания продуктов реакции (металлического железа), процесс восстановления резко тормозится, и на восстановление оставшихся заблокированных окислов (20-30) требуется не меньше (если не больше) энергии и восстановителя. Поднимать температуру до болеевысоких значений не представляется возможным из-эа образова" ния жидкой фазы, которая вообще перекрывает доступ восстановителя во внутрь образца, и процесс восстановления практически прекращается. Еще одним практически крупным недостат-.ком газового восстановления (как ниэкотемпературного) является то, что получаемое железо очень пирофорно и возгорается при комнатной температуре на,воздухе.Процесс восстановления рудоугольных окатышей твердым восстановителем обладает теми недостатками, что он при низких температурах (до 1100- 1150 ОС) практически не идет и что вносимые топливом в окатыши зола и сера ухудшают качествополучаемого металла. Достоинством этого процесса является его высокая скорость при 1150-1350 С из-за равномерного распределения твердого восстановителя по объему окатыаа и участия в процессе восстановления жидкой фазы. В изобретении сделана попытка объединить оба процесса в один, убрав или значительно ослабив недостатки каждого в отдельности.Восстановление по данному способу осуществляется в два этапа. На первом этапе в интервале температур 900-1150 С при скорости нагрева рудоугольных окатыаей 20-50 град/мин, окатыши восстанавливают газом с максимальным содержанием,восстановитеОднако такой процесс невозможен без теплового регулирования, которое заключается в выдерживании определенной скорости нагрева рудоугольных окатышей, как на первом этапе, так и.на втором. На первом этапе необходимо выдерживать скорость нагре 60 65 лей, отношение СО+Н+СО+НО в коз тором составляет 18-20. (содержание СО + Нболее 94 Ъ) . В этот этап вос-становления за счет того, что материал еще не спечен, он обладает достаточной пористостью легкодоступен 5 для молекул газа, проникающих вглубь его. Процесс восстановления протекает в кинетической области и скорость его зависит от состава газа и температуры., Восстановление твердым угле родом при их температурах протекает по схеме Байкова с незначительнйми скоростями, так как скорость газификации углерода незначительнаПо мере подъема температуры меняется 15 доля косвенного и.прямого восстановления. При 1150 ОС образуется жидкая оксидная фаза. Установлено, что эта фаза, образующая в зависимости от условий (состава шихты, основности и режима нагрева),.участвует в процессе восстановления. Причем, восста- . новление жидкой фазы идет.со значительно большими скоростями, чем восстановление в твердом состоянии. Объясняется это тем, что при определенных тепловых условиях (температура выше 1120 С) меняется механизм восстановления - наряду со схемой Байкова вступает в действие схема восстановления окислов железа непосредственно углеродом, находящимся в расплаве. Поэтому при температурах выше 1150 С .целесообразно создание ней тральной атмосферы по отношению к металлизованным окатышам, что со- З 5 ответствует отношению СО+Н/СО.+НО= 3-4, а довосстановление железа из окислов целесообразноосуществлять непосредственно твердым углеродом окатышей. 40Способ позволяет ведение процесса : с максимальными .скоростями при использовании газа на первом этапе как восстановителя и повторном его использовании (на втором этапе) как теплоно-. 45 сителя, путем дожигания его в следующих горелках по ходу движения машины. Таким образом, достигается полное использование как восстановительного потенциала, так и химической энергии газа в одном агрегате, что значительно снижает его расход. Использование углерода на восстановление только части окислов железа позволяет значительно сократить егЬ расход и тем самым улучшить качество продукта (прочность-, содержаниевредных примесей). ва в пределах 20-50 град/мин. Нижний предел обусловлен производительностью (малая), верхний предел обусловлен нарушением структуры слоя, дело в том, что при высоких скоростях нагрева(50 С/мин) в область высоких температур (1150 С и вьиае) попадает большое количество закиси железа, которая, взаимодействуя с пустой породой окатыша, образует жидкую фазу, количество которой превышает критическую величину и приво- дит к заплавлению слоя и практическому прекращению восстановления.На втором этапе скорости нагрева необходимо выдерживать в пределах 40-60 С/мин, что объясняется теми же причинами. Причем, если впервом этапе скорость нагрева была 50 С/мин, то во втором необходимо поддерживать ее на уровне 40 С/мин, если на первом этапе она была равна 20"С/мин, то на втором - 60 С/мин.Интервал скоростей на первом этапе (20-50 С/мин ) зависит от состава шихты окатышей. Известно, что скорость восстановления офлюсованных окатышей выше скорости восстановления неофлюсованных. Если же окатыши, содержащие много закиси железа (малая скорость восстановления), попадут в высокие температуры, то произойдет оплавление слоя. Поэтому неофлюсованные окатыши греют со скоростью 20 С/мин, а офлюсованные до основности 1,2 со скоростью 50 С/минП р и м е р 1. Шихту, состоящую из 83 концентрата СевГОКа, 7 кокса,и 10 возврата металлизованных окатыщей, смешивают в течение 3 мин, окомковывают до достижения размера 8-14 мм, и загружают их на колосники конвейерной машины высотою 250 мм. Затем окатыши сушат при 350 С путем просасывания продуктов сгорания природного газа через слой окатышей, Скорость ильтрации составляет 1,2 нм /м с. Время сушки 5 минр ПоЪступающие в зону подогрева окатыши нагревают до 900 С дымовыми газами, скорость фильтрации которых составляет 1,0 мэ/м с. Время нагрева 10 мин. В первой части эоны восстановления в интервале температур 900- 1150 ОС выдерживают скорость нагрева 20 град./мин, восстановление ведется путем просасывания.продуктов конверсии природного газа, отношение СО+Н СО, +Н О в которых составляет 18. Расход газа в этой области 0,65 нм/м с. Во второй части эоны" восстановления окатыши нагревают до 1350 ОС газами, отходящими из первой половины зоны, путем дожигания их в горелках. В этой части эоны восстановления выдерживается скорость1011695 Составитель А, СавельевРедактор Т. Парфенова Техред А.Бабинец Корректор М. Демчик Заказ 2690/32 Тираж 566 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Филиал,ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 о нагрева 60 град/мин. ОтношениеСО+Н/СОз +Н О составляет 3-4 и обеспечивает нейтральность газа по от-ношению к металлизованным окатиаам.Скорость Фильтрации газа составля"ет 1,04 нм/м с. Время восстановления 16 мин, Конечная степень металлизации составляет 90. Затем окатыши охлаждают в смеси азота и охФлажденных дымовых газов до 100 С.Скорость Фильтрации составляет 102,0 нм/мс, время охлаждения10 мин.П р и м е р 2. Иэ шихты, состоящей из 78 концентрата СевГОКа,5,5 известняка, 6,5 коксика и 10 15возврата металлизованных Ькатышей готовят окатыши, сушат.и подогреваютих по технологии,описанной в примере 1.В первой части зоны восстановления в интервале температур 9001150 С выдерживается скорость нагрева 350 С/мин. Отношение СО+Н/СО++НО = 20. Расход восстановительныхгазов в этой области составляет0,7 нмЪ/и 2.с. Во второй части зоныркатыши нагреваются до 1350 фС газами, отходящими из первой части эоны,путем дожигания их в горелкак; Скорость нагрева выдерживается 50 С/мин.Отношение СО+Н/СО+НО = 3. Скоростьфильтрации 1,0,ни/мс. Время восстановления 14 мин, Степень металлизации 90. Охлаждение осуществляется также как в примере 1П р и м е р З.Из шихть",состоящей из 72 концентрата СевГОКа,12 известйяка, 6 коксика и 10 возврата металлиэованных окатьзйей готовят окатиаи,сушат и подогревают их по технологии, описанной в примере 1.В первой части зоны восстановления в интервале температур 900-1150 фС выдержи,вается скорость нагрева 50 фС/мин. Отношение СО+Н /СО +Н О = 20. Расход восстановительйых газов в этой области составляет 0,7 нм /м с. ВоЪвторой части зоны окатьыи нагреваются до 1300 фС газами, отходящими из первой части зоны, путем дожигания их в горелках. Скорость нагрева выдерживается 40 С/мин. Отношение СО+Н/СО+КО = 3. Скорость фильтрации 1,0 нм/м с. Время восстановления составляет 13 мин. Степень металлизации 88. Охлаждение осуществляется также, как в примере 1,По данным лабораторных исследований время восстановления по предлагаемому способу сокращается с 30 до 15 мин (в среднем), а общее время с 60 до 45 мин, что составляет 25 прироста производства. При годовом производстве 1 млн.т металлиэованных окатиаей экономический эффект составляет 175000 руб.