Способ получения губчатого железа

 

СООЗ СОВЕТСКИХ

ЮЛ

РЕСПУЬЛИН

ИЮ П1) Э(5В С 21 В 13 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY CBNQETEJlbCTBV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬППФ (21) 3233270/22-02 (22) 05.01.81 (46) 15.04.83. Бюл. В 14 (72) Э.Н. Григорьев, Ю.Г. Ефименко, Ю.,Л. Добромиров, A ° Â. Сидорский и И.В. Довлядов (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени. металлургический институт (53) 669.423 .188.8(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 435280, ил. С 21 В 18/08, 1974.

2. Патент.CIA 9 3264091, кл. 75-6, 1966. (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУБЧАТОГО

ЖЕЛЕЗА из рудоугольных окатышей на конвейерной машине, включающий сушку, нагрев, восстайовление и охлаждение, о т л и ч а ю.шийся тем, что, с целью увеличения производительности и снижения расхода газа за счет увеличения скорости процесса, восстановление сначала ведут при температуре 900»1150 С углеводород-, ными газами с отношением восстановителей к окислителям 18-20 и скорости нагрева 20-50 град/мин, а затем .твердым углеродом шихты при скорости нагрева 40-60 град/мин до температур

1150-1350 С горновыми газами с отношением восстановителей к окислителям 3-4.

1011695

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к способам получения губчатого железа.

Известен способ восстановления желеэорудных материалов, при котором .вместе с окатышами в трубчатую печь загружают твердый восстановитель в количестве", обеспечивающем восстановление железа до 1-5Ъ, далее в средней части печи окатыши восстанавливают углеводородным газом, после чего восстанавливают до

90-98% твердым топливом при 10501150оС . 1

Недостатком данного способа яв; ляется, низкая производительность, 15 обусловленная тем, что окисленные обожженные окатыши, восстанавливаемые в трубчатой печи не имеют внутри твердого восстановителя, а при температурах 1050-1150 С скорость восстановления твердым углеродом очень низка.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ по- 25 лучения губчатого железа из рудоугольных окатышей на конвейерной машине, включающий сушку, нагрев, восстановление и охлаждение. По этому способу пропускают нейтральные газы с температурой 150-315 С и затем окатыши .нагревают до 538-1093 С, ;пропуская горячие, не вступающие В реакцию, газы, содержащие не более

15 вес.Ъ кислорода. Далее шихту нагревают до температуры не более

i1315 С и металлизуют, пропуская через нее те же газы. Нагрев проводят в течение времени, достаточном для восстановления 60-90% химически связанного железа (2). 40

Однако у известного способа низкие.производительность и качество, окатышей, поскольку использование в качестве восстановителя только твердого углерода требует значительного 45 его расхода, что препятствует получению окатышей высокой прочности, а. также вносит с собой золу и вредные примеси, в частности серу. Кроме того, в неменьшей степени снижает производительность нерегулируемый нагрев, который приводит к появлению больших количеств жидкой фазы, к нарушению структуры слоя, и, следовательно, к снижению газопроницаемости.55

Цель изобретения - увеличение производительности и снижение расхода газа за счет увеличения скорости процесса.

Поставленная цель достигается тем,60 что согласно способу получения губчатого железа из рудоугольных окатышей на конвейерной машине, который включает сушку, нагрев, восстановление и охлаждение, комплексное вос- 65 становление сначала ведут при температуре 900-1150 С углеводородными газами с отношением восстановителей к окислителям 18-20 и скорости нагрева 20-50.град/мин, а затем твердым углеродом шихты при скорости нагрева 40-60 град/мин до температур

1150-1350 С горновыми газами- с отношением восстановителей к окислителям 3-4.

Сущность способа состоит в том, что для различных интервалов температур обеспечивается оптимальное соотношение 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 (20-30Ъ) требуется не меньше (если не больше) энергии и восстановителя. Поднимать температуру до более высоких значений не представляется возможным из-эа образования 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 110011500С) практически не идет и что вносимые топливом в окатыши зола и сера ухудшают качество получаемого металла. Достоинством этого процесса является его высокая скорость при 1150-1350 С иэ-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. восстановите1011695

Однако 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 нагре60

65 лей, отношение CO+H O +H P в коз тором составляет 18-20. (содержание

СО + Н более 94Ъ) . В этот этап вос- становления за счет того, что материал еще не спечен, он обладает достаточной пористостьью 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- 10 родом при их температурах протекает по схеме Байкова с незначительнйми скоростями, так как скорость газификации углерода незначительна ° По мере подъема температуры меняется 15 доля косвенного и прямого восстановления. При 1150 С 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- З5 ответствует отношению CO+H /CO +Н О=

3-4, а довосстановление железа из окислов целесообразноосуществлять непосредственно твердым углеродом окатышей. 40

Способ 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-, содержание вредных 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 c пустой породой окатыша, образует жидкую фазу, количество которой превышает критическую величину и приводит 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 в первом 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 C/ìèí, а офлюсованные до основности 1,2 со скоростью

50 С/мин °

Пример 1. Шихту, состоящую из 83Ъ концентрата СевГОКа, 7Ъ кокса ,и 10Ъ 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 фильтрации составляет

1,2 нм /м .с. Время сушки 5 минр По3 ступающие в зону подогрева окатыши нагревают до 900 С дымовыми газами, скорость фильтрации которых составляет 1,0 м /м .с. Время нагрева

10 мин. В первой части эоны восстановления в интервале температур 9001150 С выдерживают скорость нагрева

20 град./мин, восстановление ведется путем просасывания.продуктов конверсии природного газа, отношение

CO+HgJCO +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 С газами, отходящими из первой половины зоны, путем дожигания их в горелках. В этой части эоны восстановления выдерживается скорость

1011695

Составитель A. Савельев

Редактор Т. Парфенова Техред A.Áàáèíåö Корректор М. Демчик

Заказ 2690/32

Тираж 566 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал,ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 и нагрева 60 град/мин. Отношение

CO+H /CÎ +Í О составляет 3-4 и обеспечивает нейтральность газа по от- ношению к металлизованным окатыаам.

Скорость фильтрации газа составляет 1,04 нм /м "с. Время восстановления 16 мин. Конечная степень металлизации составляет 90%.. Затем окатыши охлаждают в смеси азота и охО лажденных дымовых газов до 100 С.

Скорость Фильтрации составляет 10

2,0 нм /м с время охлаждения

10 мин.

Пример 2. Иэ шихты, состоящей из 78%. концентрата СевГОКа, 5,5% известняка, 6,5% коксика и 10% возврата металлизованных Ькатышей готовят окатыши, сушат.и подогревают их по технологии, описанной в примере 1.

В первой части зоны восстановления в интервале температур 9001150 С выдерживается скорость нагрева 35 C/мин. Отношение СО+Н /СО +

+Н О = 20. Расход восстановительных газов в этой области составляет

0,7 нмз/и 2ис. Во втоРой части зоны ркатыши нагреваются до 1350 С газами, отходящими из первой части эоны, путем дожигания их в горелкак; Скорость нагрева выдерживается 50 С/мин.

Отношение СО+Нь/СО +Н О = 3. Скорость фильтрации 1,0,ни /м с. Время вос становления 14 мин. Степень металли зации 90%. Охлаждение осуществляется также как в примере 1 ° Пример З.Из шихть-,состоящей из 72% концентрата СевГОКа,12% известйяка, 6% коксика и 10% возврата металлиэованных окатьв ей готовят окатыаи, сушат и подогревают их по технологии, описанной в примере 1.В первой части зоны восстановления в интервале температур 900-1150 C выдержи,вается скорость нагрева 50 C/мин.

Отношение СО+Н /СО +Н О = 20. Расход восстановительйых газов в этой области составляет 0,7 нм /м - с. Во

Ъ второй части зоны окатьыи нагреваются до 1300 С газами, отходящими из первой части зоны, путем дожигания их в горелках. Скорость нагрева выдерживается 40 С/мин. Отношение

СО+Н /СО +И О = 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 окатыаей экономический эффект составляет 175000 руб.