Способ восстановления железосодержащих хромовых руд во вращающейся печи

 

Изобретение относится к способам восстановления железосодержащих хромовых руд. Целью изобретения является экономия расхода угля и стабилизация степени восстановления.Во вращающейся печи в содержащей СО атмосфере смесь из хромовой руды, угля и щлакообразователей нагревается при температурах 100-1580°С, при этом вращающаяся.печь нагревается противотоком с помощью горелки,через центральное сопло которой во вращающуюся печь подается кислород и/или воздух, а через окружающие центральное сопло наружные сопла - уголь,причем 10-90% содержащегося в сырьевой смеси угля вводится во вращающуюся печь через наружные сопла горелки, 3 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 С 21 В 13/00

Н flATEHTV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4027463/23-02 (22) 14.05.86 (31) Р 3518555.4 (32) 23.05.85 (33) DE (46) 15.03.89. Бюл. У 10 (71) Фрид Крупп ГмбХ (?)Е) (72) Дитрих Радке, Вильхельм Янсен и Клаус Ульрих (0Е) (53) 669,188.8 (088.8) (54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ХРОМОВЫХ РУД BO ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ (57) Изобретение относится к способам восстановления железосодержащих хромовых руд. Целью изобретения явИзобретение относится к способу восстановления железосодержащих .хромовых руд во вращающейся печи, при котором смесь из хромовой руды, угля и шлакообразователей, которая имеет соотношение руда/уголь 1:0,4-1:2 и к которой добавляются шлакообразователи СаО и/или МяО, а также А1 Оз и/или

SiO в таком количестве, чтобы í шлаках соотношение (С 0 + Np0)/1А1 О +

+ SiO j составляло 1:1,4-1:10, а соотношение A1 0 /SiO — 1:0,5-1:5, нагревается во вращающейся печи в содержащей СО атмосфере в течение

30-90 мин при 1100-1250 С, затем в течение 30-90 мин при 1400-1480 С и о в течение 20-240 мин при 1480-1580 С.

Целью изобретения является эконо мия расхода угля и стабилизация степени восстановления.

„„В0ÄÄ 1466652 АЗ ляется экономия расхода угля и стабилизация степени восстановления.Во вращающейся печи в содержащей СО ат— мосфере смесь из хромовой руды, угля и шлакообразователей нагревается при температурах !100-1580 С, при этом вращающаяся печь нагревается противотоком с помощью горелки, через центральное сопло которой во вращающуюся печь подается кислород и/или воздух, а через окружающие центральное сопло наружные сопла — уголь,причем 10-90% содержащегося в сырьевой смеси угля вводится во вращающуюся печь через наружные сопла горелки.

3 з.п. ф-лы, Способ осуществляют следующим образом.

Вращающаяся печь нагревается противотоком с помощью горелки, через центральное сопло которой во вращающуюся печь вводится кислород и/или воздух, а через окружающие централь-. ное сопло внешние сопла — уголь,суспендированный в инертном или действующем восстанавливающем газе-носителе, при соблюдении избытка углерода в расчете на необходимое для образования CO количество углерода,при этом 10-90% содержащегося в сырьевой смеси угля вводится во вращающуюся печь через наружные сопла горелки пневматическими или сбрасывающими устройствами со стороны разгрузки, преимущественно до 50%, Это позволяет в области пламени горелки поддер3 146 живать восстанавливающую атмосферу даже тогда, когда внутри пламени преобладает незначительный избыток кислорода. Этому способствует то, что уголь полностью покрывает центральный кислородный и/или воздушный поток, благодаря чему пламя развивается от ядра факела горелки наружу.

Подаваемый во вращающуюся печь кис— лород удерживается в продукте реакции за счет угольной оболочки. Кроме того, повторное окисление продукта реакции предотвращается благодаря тому, что на загрузку печи постоян— но наносится тонкий слой несгоревшего угля, который надежно покрывает восстановленный материал и постоянно обновляется. Подача угля делает возможным то, что постоянно имеется в значительной степени сплошной угольный слой, который при взаимодействии с угольной оболочкой факела горелки надежно исключает повторное окисление продукта реакции, Поэтому постоянно может достигаться степень восстановления более, чем 95 . Летучие составные части угля, которое не попадают с сырьевой смесью во вращающуюся печь, используются почти в полном количестве в процессе восстановления,.что снижает потребность в угле и улучнает качество отходящего газа вращающейся печи. Так, предпочтительным может быть введение всего количества свежего угля, который обладает определенной долей летучих составных частей, во вращающуюся печь через наружные сопла горелки и добавление к сырьевой смеси только угля, который уже прошел через вращающуюся печь и движется по круговому циклу (обратный кокс).

Примерно 75 вес. проходящего че-. рез горелку угля попадает во вращающуюся печь ниже и сбоку к потоку кислорода и/или воздуха. Таким образом, большая часть угля вносится в печь в непосредственной близости к засыпке печи, что влияет на структуру угольного слоя. Кроме того, уголь с содержанием летучих составных частей более чем 20 вес.%, вносится во вращающуюся печь только через внешние сопла горелки, забрасывающие устройства и пневматические устройства со стороны разгрузки, Таким образом, летучие составные части угля используются почти во всем

6652 4 вбрасывается во вращающуюся печь вбрасывающими и пневматическими уст.— ройствами. Для сгорания частиц угля требуется определенное время, за ко25 торсе обволакивающая кислородный и/или воздушный поток угольная оболочка, а также находящийся на печной загрузке угольный слой проявляют защитное действие, так как угольный слой состоит также из более крупных угольных частиц„. В части вращающейся печи, которая имеет температуру ниже

1250 „ воздух и/или кислород вдуваются через трубки, которые нагнетают

30 его только в свободный рабочий объем печи в направлении потока отработавших печных газов и выпускные отверстия которых находятся вблизи оси печи. Благодаря этому летучие угольные компоненты сжигаются в зоне предварительного подогрева и первой зоне восстановления вращающейся печи и, следовательно, в значительной степени используются количественно. Благо35

40 даря вдуваемому через трубку кислороду не происходит никакого повторного окисления, так как он тотчас реагирует с летучими составными частями (компонентами) угля, причем в этой области печи содержащийся в сырьевой смеси уголь и подаваемый со стороны горелки уголь уже действуют как защита против повторного окисления.

Пример. Способ восстановления проводят во вращающейся печи с внутренним диаметром 0,8 м и длиной 14 м. Печь непрерывно загружают сырьевой смесью, которая состоит из хромовой руды, обратного кокса и шла50

55 объеме для процесса восстановления и не загрязняют отходящий гаэ вращающейся печи, Уголь, которнй вводится через наружные сопла горелки во

5 вращающуюся печь, имеет диаметр зерен 0,001-5 мм, причем максимальный диаметр зерна составляет 1/10 самого маленького диаметра направляющего

10 приспособления (трубопровода) наружных сопел горелки. Уголь, который вводится во вращающуюся печь вбрасывающими ими пневматическими устройствами, имеет диаметр зерен 0,1

15 40 мм, предпочтительно 0,5-?5 мм.

Уголь с такими диаметрами зерен может суспендироваться в газе-носителе и вводиться пневматически во вращающуюся печь, причем уголь с большими

20 диаметрами зерен особенно далеко

5 14666 кообразователей. Хромовая руда имеет диаметр зерен менее 2 мм, ее загружают в печь в количестве 200 кг/ч.

Обратный кокс имеет диаметр зерен менее 6 мм, его загружают в печь в

5 количестве 50 кг. В качестве шлакообразователя используют кварцевый песок, его загружают в количестве

16 кг/ч. Содержащиеся в жильной по- 0 роде руды и золе угля SiO, Al О 4gO и СаО также действуют как шлакообразователи. Вращающаяся печь нагревается противотоком к сырьевой смеси со стороны выгрузки продукта восста- 15 новления с помощью горелки, которая состоит из центрального сопла и окружающего последнее кольцевого сопла.

Через центральное сопло кислород вдувается в печь в количестве 50 норм.20 м /ч. (71,4 кг), в то время как через кольцевое сопло в печь вносится уголь в количестве 100 кг/ч. Вдутый уголь суспендируется в кислороде и имеет размер частиц 0,001-0,3 мм. Кольце- 25 вое сопло горелки, которое окружает центральное сопло, можно расчленять на .несколько отдельных сопел или выполнять в форме нескольких концентрически расположенных кольцевь|х со- 30 пел. Дополнительно 100 кг угля с диаметром зерен 1-25 мм загружают в печь пневматическим устройством.Загрузка печи обрабатывается 60 мин при температуре 1100-)250 С, 60 мин при

1400-1480 С и 150 мин при 1480 о

1550 С.Полное время пребывания загрузки печи во вращающейся печи составляет 8 ч, так как сырьевая смесь должна нагреваться в печи при необ- 40 ходимых температурах способа. Извлекаемь|й из вращающейся печи продукт реакции имеет степень восстановления

961 ° т,е. 967 железа и хрома находится в металлической форме, Продукт реакции после выгрузки из печи расплавляется, причем образуются феррохром и шлаки. Плавление может осуществляться известным способом, причем продукт реакции непосредственно после предыдущего охлаждения попадает в плавильную печь. Отходящий газ вращающейся печи имеет следующий состав, 7.: СО 1-3; СО 25-30; Н 0,5-1 и И остальное. 55

Хромовые руды состоят из 20-50Х

С<О» 10-40K FeO и 10-70Х жильной породы. Используемая в примере хромовая руда имеет следующий состав,Ж:

52 6

Cr 31; Fe 20,2; Al 7,9; Са 0,06;

Мр 5,7; Si 0,5; С 0,056; S 0,041;

P 0,01 и кислород (О) остальное.Так как восстановление оксида хрома происходит лишь при температурах вьппе

1250 С,то благодаря первой стадии восстановления при 11.00-1250 С селективно и в значительной степени восстанавливаются содержащиеся в хромовой руде оксиды железа. При этом образующееся железо образует уже маленькие жидкие капельки и поглощает углерод и кремний, который образуется путем восстановления части содержащегося в сырьевой смеси SiO,Oáðàзовавшаяся в первой реакционной стадии металлическая фаза содержит желе" зо, которое насыщено углеродом так же, как 1-lOX кремния. Состав образовавшейся в первой стадии восстановления металлической фазы определяется путем анализа с помощью микрозонда. Во второй фазе восстановления, о осуществляемой при 1400-1480 С>увеличиваются образовавшиеся .в первой стадии восстановления металлические частицы и поглощают при 1400-1480 С образовавшийся путем восстановления хром. В первой и второй стадиях восстановления исключается образование высокоплавящихся карбидов хрома. В осуществляемой при !480-1580 С третьей стадии восстановления восстанавливается остальное количество оксида хрома, причем металлический хром растворяется в железоуглеродкремниевом сплаве и поглощается им.

При этом восстановление оксида хрома осуществляется не только углеродом угля, но и при интенсивном участии кремния и углерода железоуглеродкремниевого сплава. Параллельно происходит восстановление SiO углем и Z поглощение кремния фазой железа,поэтому непрерывно в жидкую металлическую фазу добавляется кремний, истощаюшийся при реакции : 2 Сг Оз +

+ 3Si - 4Cr + 3 SiO .

В результате частичного восстановления оксида хрома с помощью кремния, который растворен в железоуглеродкремниевом сплаве, предотвращается образование высокоплавящихся карбидов хрома. Участие жидкой фазы сплава в восстановлении повьппает скорость восстановления, так как в случае реакции восстановления, в ко" торой участвуют только твердые компо7 146665 ненты реакции, скорость восстановления меньше. Образующийся при восстановлении шлак при размягчении не склонен к прилипанию к-футеровке вращающейся печи, так как содержит боль5 шое число жидких металлических частиц а

Для восстановления хромовой руды могут использоваться все виды угля, особенно бурый уголь, каменный уголь и антрацит. Используемый в примере свежий уголь имеет в расчете на безводные вещества следующий состав:

607. С „„ (твердый углерод, который не улетучивается при дегазации угля)„

ЗОХ летучих составных частей и 10% эолы. Уголь, который вводится вместе с сырьевой смесью во вращающуюся печь, должен содержать по возможности меньше летучих составных частей.

Это может достигаться введением в цикл и добавлением к сырьевой смеси отделенного от продукта реакции избыточного угля (обратного кокса). 25

Летучими составными частями угля являются продукты дегазации (коксования) и продукты выгазовывания, которые покидают безводный уголь при нагревании в отсутствие кислорода. Со- 30 держание летучих составных частей в угле определяется тем, что безводный уголь нагревается при температурах 120-1000 C .в отсутствие кислорода и становящиеся при этом свободными соединения количественно получаются обратно. Вводимый через горелку во вращающуюся печь уголь служит как для нагрева печи, так и для обволакивания пламени, а также для покрытия загрузки печи. Б случае больших печей необходимо и предпочтительно, чтобы уголь с размером зерен 0,5-40 мм вводился в печь вбра.сывающими устройствами и/или пневмати- 45 ческими, так как этот уголь вбрасывается в печь до глубины, равной

807 длины печи, благодаря чему -должно достигаться максимальное защитное действие. Пневматические и вбрасы40 вающие устройства работают с помощью воздуха и расположены у разгрузочного конца печи выше горелки на наиболее удаленной от загрузки стороне печи. Крупные угольные частицы разбрасываютея вбрасывающими и пневматическими устройствами вплоть.до эоны предварительного подогрева вра,щающейся печи, в то время как вводиг 8 мый в печь через внешние сопла горелки уголь отлагается на загрузке печи во второй и третьей стадиях восстановления печи, Таким образом достигается во всем рабочем пространстве печи максимальная защита за счет находящегося на загрузке печи угольного слоя, так как для более крупных частиц угля требуется более длительное время сгорания, Кроме того, в зоне предварительного подогрева и в первой зоне восстановления печи находятся многие летучие составные части угля, которые могут сгорать благодаря дополнительно введенному кислороду, причем не происходит процесса повторного окисления. За счет сгорания летучих составных частей регулируется температурный профиль печи.

При ведении процесса необходимо, чтобы уголь, который добавляется к сырьевой смеси, содержал как можно меньше летучих частей, так как только таким образом можно достигнуть того, чтобы летучие части неиспользованными не покидали вместе с отходящим газом печь и не загрязняли от -ходящий газ, В предлагаемом способе соблюдается соотношение С/О более

1:1, по крайней мере во второй и третьей зонах восстановления печи всегда имеется избыток углерода в расчете на СО и атмосфера печи всегда содержит СО. Температурный профиль печи может регулироваться благодаря тому, что летучие части угля сжигаются особенно в зоне предварительного подогрева и в первой зоне восстановления. Для этой цели воздух и/или кислород через известную трубку вдуваются в зону предварительного подогрева и первую зону восстановления печи. Повторного окисления уже образовавшихся в обеих зонах металлических частей не происходит, так как на печной загрузке находится сплошной угольный слой и степень ме" таллизации печной загрузки еще очень незначительна. Вводимый кислород быстро убывает за счет сгорания летучих составных частей, которое проте- . кает вблизи загрузочного отверстия.

Покидающий вращающуюся печь продукт реакции содержит феррохром, который получается путем плавления. После плавления феррохром состоит из 20—

70 вес.Ж хрома, 0,02-10 вес.Ъ угле10

Формула изобретения

Составитель В.Суторкин

Редактор А.Лежнина Техред M.Õîäàíè÷ Корректор С,01екмчр

Заказ 961/59 Тираж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина; 101

9 146665 рода и остальное железо. Феррохром используется при получении хромистых сталей в качестве предварительной лигатуры, 5

1. Способ восстановления железосодержащих хромовых руд во врашаюшей- 1р ся печи, включаюШий нагрев в противотоке окисью углерода смеси из хромо- вой руды, угля и шлакообразуюших с соотношением руда/уголь (1:0,4) (1:2) с добавкой шлакообразующих Сай 15 и/или М80, а также А1 0 и/или HiO с соотношением (СаО + MpA)/(A1 0 +

+ in ) — (1:1,4) — (1:10), а

Al 0 /$i0ã — (1:0,5)-(1:5) в три этапа; на первом в течение 3 — 90 мин при 1100-1250 С, на втором в течение 30-90 мин при 1400-1480 С и на третьем .этапе в течение 20-240 мин

О при 1480-1580 С, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью экономии рас- 25 хода угля и стабилизации степени восстановления, через центральное соплогорелку вводят кислород и/или воздух, а через окружающие центральное сопло наружные сопла — суспендированный в инертном или восстановительном raseносителе уголь при соблюдении избытка углерода в расчете на необходимое для образования СО количество углерода, при этом 10-90% содержашегося в сырьевой смеси угля вводят во вращаюшуюся печь через наружные сопла пневматическими или вбрасьтваюшими устройствами со стороны разгрузки, преимущественно до 507, 2, Способ по п.1, отличаюm и и с я тем, что 75Х угля через наружные сопла вводят ниже и сбоку к кислородному и/или воздушному потоку.

Э. Способ по п.2, отличаюш и и с я тем, что уголь с содержанием летучих более 207. вводят через наружные сопла вбрасываюшими или пневматическими устройствами со стороны разгрузки.

4, Способ по пп. 1-3, о т л и— ч а ю ш и и с я тем, что через наружные сопла вводят уголь с диаметром зерен 0,001-5 мм, а уголь с диаметром зерен 0,1-40 мм, предпочтительно 0,5-25 мм, вводят вбрасываюшими или пневматическими устройствами.