Способ получения железа прямым восстановлением

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения железа прямым восстановлением, и может быть использовано при производстве чугуна. Во вращающуюся барабанную печь подают мелкозернистое железорудное сырье с углеродистым восстановителем, в качестве которого используют высокореакционный карбонизат, полученный в блоке частичной газификации угля. Нагревают смесь путем сжигания внутри печи горючего газа, полученного в блоке частичной газификации угля, до температуры 900-1200 °С с последующим охлаждением полученного в барабанной печи материала без доступа воздуха и магнитной сепарацией. Предпочтительно карбонизат и горючий газ подают во вращающуюся печь без предварительного охлаждения непосредственно из блока частичной газификации. Обеспечивается сокращение времени процесса восстановления оксидов железа, интенсифицируется процесс нагрева смеси железорудного сырья с углеродистым восстановителем на начальном участке вращающейся барабанной печи, при этом получают железосодержащий материал с высокой степенью металлизации. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения железа прямым восстановлением, и может быть использовано при производстве чугуна.

Известен способ прямого восстановления окислов железа водородом, который заключается в нагреве измельченной до определенного класса крупности руды в среде водорода. (Патент RU 2640371, опубл. 2017)

Недостатком известного способа является сложность в получении и использовании водорода, связанные с его высокой пожаровзрывоопасностью.

Также известен способ получения восстановленного железа путем изготовления агломерата агломерированием смеси, включающей содержащий оксид железа материал и углеродный восстановитель, с последующим нагреванием агломерата для восстановления оксида железа до восстановленного железа. При этом Cсв×Xменее105/OFeO≤51, где OFeO представляет массовую долю кислорода в процентах, содержащегося в оксиде железа в агломерате, Cсв представляет массовую долю в процентах всего содержащегося в агломерате связанного углерода и Xменее105 представляет массовую долю в процентах частиц, имеющих диаметр частиц 105 мкм или менее, относительно общей массы частиц, составляющих углеродный восстановитель. (Патент RU 2676378, опубл. 2018)

Недостатком этого способа является обязательная стадия агломерирования смеси, содержащей оксид железа материал и углеродный восстановитель.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения железа прямым восстановлением, заключающийся в смешении содержащего оксид железа материала с размером частиц менее 2 мм с углеродсодержащим материалом с размером частиц менее 6 мм во вращающейся печи при температуре от 900 до 1200 °С в течение времени, достаточного для восстановления оксида железа до железа. (Патент RU 2465336, опубл. 2012).

Недостатком известного способа являются высокие затраты на внешний обогрев вращающейся печи.

Технической задачей настоящего изобретения является создание эффективной, экономичной технологии восстановления железа в железорудном концентрате с помощью углеродистого восстановителя.

Указанная техническая задача решается путём включения в состав производственного комплекса блока частичной газификации энергетического угля, получаемый в котором высокореакционный карбонизат используется для восстановления оксидов железа, а горючий газ применяется для нагрева шихты до необходимой температуры восстановления.

Технический результат при использовании изобретения заключается в сокращении времени восстановления оксидов железа в железорудном концентрате, получении железосодержащего материала с высокой степенью металлизации, интенсификации процесса нагрева и химического реагирования смеси железорудного сырья с углеродистым восстановителем на начальном участке вращающейся барабанной печи за счет высокой температуры газового топлива и карбонизата, прямого нагрева смеси факелом внутри барабанной печи, а также повышенной реакционной способности свежеприготовленного карбонизата.

Технический результат достигается описываемым способом получения железа прямым восстановлением, заключающимся в подаче мелкозернистого железорудного сырья с углеродистым восстановителем, в качестве которого используют высокореакционный карбонизат, полученный в блоке частичной газификации угля, во вращающуюся барабанную печь, нагреве смеси во вращающейся барабанной печи до температуры 900-1200  °С путем сжигания внутри печи горючего газа, полученного в блоке частичной газификации угля, с последующим охлаждением полученного в барабанной печи материала без доступа воздуха и магнитной сепарацией охлажденного материала.

Предпочтительно, карбонизат и горючий газ подают во вращающуюся печь без предварительного охлаждения непосредственно из блока частичной газификации.

Способ осуществляют следующим образом.

Мелкозернистое железосодержащее сырьё подают вместе с карбонизатом, полученным в блоке частичной газификации угля, во вращающуюся барабанную печь, и нагревают до температуры от 900–1200  °С путем сжигания внутри печи горючих газов, полученных в блоке частичной газификации угля. Карбонизат и горючий газ могут подаваться в барабанную печь в горячем состоянии непосредственно из блока частичной газификации угля. Время контактирования железосодержащего сырья с карбонизатом может определяться дозированием количества указанных материалов во вращающуюся барабанную печь, регулировкой скорости её вращения и угла наклона печи. Скорость подачи железосодержащего материала и карбонизата, рабочую температуру вращающейся барабанной печи выбирают таким образом, чтобы расход газов через печь, вызванный выделением газов, образующихся в результате восстановления, был достаточно низким, чтобы предотвратить унос материала. На выходе из печи материал, содержащий металлическое железо и минеральную часть карбонизата, выгружается в охладительный бункер, где охлаждается без доступа атмосферного воздуха для предотвращения окисления восстановленного железа. Далее этот порошок подвергают магнитной сепарации на барабанном сепараторе для отделения немагнитной части. Магнитная фракция может быть использована для получения чугуна путём переплавки.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1. Железорудный концентрат с содержанием общего железа не менее 59 % и класса крупности 0-1 мм вместе с буроугольным карбонизатом класса крупности 0-3 мм с реакционной способностью CRI=89 %, полученным в процессе частичной газификации бурого угля в установке с обращенным дутьем, подают во вращающуюся барабанную печь и производят нагрев сжиганием горючего газа из блока частичной газификации внутри барабанной печи, нагревая таким образом смесь до температуры 1200 °С. Доля углеродистого восстановителя в смеси при этом составляет 12,5 %. Время пребывания материалов в печи определяется углом наклона вращающейся барабанной печи и составляет 120 минут. На выходе из печи материал высыпается в охладительный бункер, где охлаждается до температуры ниже 200 °С без доступа атмосферного воздуха. После охлаждения материал подвергают магнитной сепарации на барабанном сепараторе с индукцией 0,7 Тл для отделения немагнитной части. В результате получают железный порошок со степенью металлизации 98 %.

Пример 2. Железорудный концентрат с содержанием общего железа не менее 59 % и класса крупности 0-0,5 мм вместе с карбонизатом класса крупности 0-3 мм с реакционной способностью CRI=89 %, полученным в блоке частичной газификации угля, подают во вращающуюся барабанную печь и производят нагрев сжиганием горючего газа из блока частичной газификации внутри барабанной печи, нагревая таким образом смесь до температуры 900 °С. Доля углеродистого восстановителя в смеси при этом составляет 17,5 %. Время пребывания материалов в печи определяется углом наклона вращающейся барабанной печи и составляет 180 минут. На выходе из печи материал высыпается в охладительный бункер, где охлаждается до температуры ниже 200 °С без доступа атмосферного воздуха. После охлаждения материал подвергают магнитной сепарации на барабанном сепараторе с индукцией 0,9 Тл для отделения немагнитной части. В результате получают железный порошок со степенью металлизации 78 %.

Пример 3. Железорудный концентрат с содержанием общего железа не менее 60 % и класса крупности 0-0,5 мм вместе с карбонизатом класса крупности 0-5 мм с реакционной способностью CRI=89 %, полученным в блоке частичной газификации угля, подают во вращающуюся барабанную печь и производят нагрев сжиганием горючего газа из блока частичной газификации внутри барабанной печи, нагревая таким образом смесь до температуры 1100 °С. Доля углеродистого восстановителя в смеси при этом составляет 15 %. Время пребывания материалов в печи определяется углом наклона вращающейся барабанной печи и составляет 160 минут. На выходе из печи материал высыпается в охладительный бункер, где охлаждается без доступа атмосферного воздуха. После охлаждения материал подвергают магнитной сепарации на барабанном сепараторе с индукцией 0,8 Тл для отделения немагнитной части. В результате получают железный порошок со степенью металлизации 90 %.

Пример 4. Железорудный концентрат с содержанием общего железа не менее 60 % и класса крупности 0-0,3 мм вместе с карбонизатом класса крупности 0-10 мм с реакционной способностью CRI=89% и температурой 700 °С, полученным в блоке частичной газификации угля, подают во вращающуюся барабанную печь и производят нагрев сжиганием горючего газа из блока частичной газификации внутри барабанной печи, нагревая таким образом смесь до температуры 1000 °С. Доля углеродистого восстановителя в смеси при этом составляет 20 %. Время пребывания материалов в печи составляет 140 минут. На выходе из печи материал высыпается в охладительный бункер, где охлаждается без доступа атмосферного воздуха. После охлаждения материал подвергают магнитной сепарации на барабанном сепараторе с индукцией 0,8 Тл для отделения немагнитной части. В результате получают железный порошок со степенью металлизации 85 %.

Пример 5. Сравнительный.

Железорудный концентрат с содержанием общего железа не менее 59 % и класса крупности 0-1 мм вместе с коксом класса крупности 0-3 мм с реакционной способностью CRI=24%, полученным в процессе классического коксования каменного угля, подают во вращающуюся барабанную печь и производят нагрев сжиганием горючего газа из блока частичной слоевой газификации внутри барабанной печи, нагревая таким образом смесь до температуры 1200 °С. Доля углеродистого восстановителя в смеси при этом составляет 12,5 %. Время пребывания материалов в печи составляет 360 минут. На выходе из печи материал высыпается в охладительный бункер, где охлаждается до температуры ниже 200 °С без доступа атмосферного воздуха. После охлаждения материал подвергают магнитной сепарации на барабанном сепараторе с индукцией 0,7 Тл для отделения немагнитной части. В результате получают железный порошок со степенью металлизации 94 %.

Пример 6. Сравнительный.

Железорудный концентрат с содержанием общего железа не менее 59 % и класса крупности 0-1 мм вместе с буроугольным карбонизатом класса крупности 0-3 мм с реакционной способностью CRI=89%, полученным в процессе частичной газификации бурого угля в установке с обращенным дутьем, подают во вращающуюся барабанную печь и производят косвенный нагрев шихты через металлическую стенку путем электронагрева до температуры 1200 °С. Доля углеродистого восстановителя в смеси при этом составляет 12,5 %. Время пребывания материалов в печи определяется углом наклона вращающейся барабанной печи и составляет 260 минут. На выходе из печи материал высыпается в охладительный бункер, где охлаждается до температуры ниже 200 °С без доступа атмосферного воздуха. После охлаждения материал подвергают магнитной сепарации на барабанном сепараторе с индукцией 0,7 Тл для отделения немагнитной части. В результате получают железный порошок со степенью металлизации 96 %.

Таблица 1 Сравнительная таблица

Параметр Значение
Пример
№1 №2 №3 №4 №5
(сравн.)
№6
(сравн.)
CRI, % 89 89 89 89 24 89
Тип нагрева Прямой Прямой Прямой Прямой Прямой Косвенный
Температура, °С 1200 900 1100 1000 1200 1200
Степень металлизации, % 98 78 90 85 94 96
Время пребывания, мин 120 180 160 140 360 260

Таким образом, способ по изобретению позволяет сократить время процесса восстановления оксидов железа, интенсифицировать процесс нагрева смеси железорудного сырья с углеродистым восстановителем на начальном участке вращающейся барабанной печи за счет высокой температуры газового топлива и карбонизата, прямого нагрева смеси факелом внутри барабанной печи, а также за счет повышенной реакционной способности свежеприготовленного карбонизата, при этом получают железосодержащий материал с высокой степенью металлизации.

1. Способ получения железа прямым восстановлением, включающий подачу мелкозернистого железорудного сырья с углеродистым восстановителем во вращающуюся барабанную печь, нагрев смеси во вращающейся барабанной печи до температуры 900-1200 °С, охлаждение полученного в барабанной печи материала без доступа воздуха, магнитную сепарацию охлажденного материала, отличающийся тем, что в качестве углеродистого восстановителя используют высокореакционный карбонизат, полученный в блоке частичной газификации угля, и нагрев смеси производят путем сжигания внутри печи горючего газа, полученного в блоке частичной газификации угля.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что карбонизат и горючий газ подают во вращающуюся печь без предварительного охлаждения непосредственно из блока частичной газификации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к черной металлургии, энергетике и цементному производству и может быть использовано для производства стали, электроэнергии и портландцемента в рамках одного энерготехнологического комплекса. Жидкофазное восстановление чугуна, окислительное рафинирование и раскисление-легирование стали проводят в рол-камере плавления.
Изобретение относится к металлургии и цементному производству. Технический результат заключается в предложении способа совместного производства ферросплава и портландцемента, позволяющего повысить экономическую и экологическую эффективность производства ферросплавов и портландцемента.

Изобретение относится к устройству для охлаждения горячебрикетированного железа. Устройство для охлаждения содержит цилиндрический вращающийся корпус, наклоненный таким образом, чтобы выходной участок, через который выгружают охлажденное горячебрикетированное железо, был обращен вверх, и содержащий плиту для регулирования уровня жидкости, выполненную под участком загрузки горячебрикетированного железа и предназначенную для удержания заранее выбранной охлаждающей жидкости, лопасть, выполненную вдоль внутренней окружной поверхности вращающегося корпуса и предназначенную для перемещения вводимого в него горячебрикетированного железа в направлении выходного участка, и модуль распыления охлаждающей жидкости, содержащий несколько распылительных форсунок, различным образом регулирующих количество охлаждающей жидкости, распыляемой внутрь от выходного участка.

Изобретение относится к технологии получения гранулированного металлического железа в печи с вращающимся подом. Способ включает приготовление шихты из железосодержащего сырья, углеродсодержащего восстановителя, кальцийсодержащего минерального наполнителя и добавки, выполняющей роли вещества, ускоряющего когезию побочного шлакового продукта и облегчающего коалесценцию образующегося металла, их дозированное смешение, брикетирование в брикет-прессе, удаление из полученных брикетов излишков влаги путем обработки в сушильном агрегате и их дальнейшую высокотемпературную обработку в печи с вращающимся подом с последующим охлаждением и разделением на металл и шлак.

Изобретение относится к черной металлургии и производству строительных материалов для получения стали и портландцемента заданного состава. Согласно изобретению осуществляют жидкофазное восстановление чугуна, корректировку химического состава шлакового расплава, насыщение расплава известью, ускоренное охлаждение клинкера и очистку его от металлических включений с получением портландцемента.

Изобретение относится к способу и устройству для получения восстановленного железа путем загрузки множества частиц (2) исходного материала для получения восстановленного железа, каждая из которых содержит углеродсодержащий восстановительный агент и оксид железа, в печь для восстановительной плавки с движущимся подом и обработки этих частиц, которые позволяют вводить в частицы (2), находящиеся на покрывающем под материале, достаточно тепла для повышения эффективности обработки.

Изобретение относится к печи с вращающимся подом для нагрева агломерата, содержащего оксиды железа материал и углеродсодержащий восстановитель, и восстановления оксида железа с получением восстановленного железа. Печь содержит средство для загрузки агломерата на под печи, средство для выгрузки из печи нагретого в ней материала, средство для выпуска отходящего газа в печи наружу из печи, а также содержит зону нагрева и ненагреваемую зону.
Изобретение относится к способу восстановления хромсодержащего материала. Способ включает объединение хромсодержащего материала, содержащего оксид хрома, с углеродсодержащим восстановителем с образованием хромсодержащей смеси, при этом обеспечивают увеличение ее внутренней пористости и уменьшение плотности путем соединения с внутренним плавящимся веществом и/или формируют агломераты хромсодержащей смеси в виде экструдированных элементов с по меньшей мере одним отверстием продолговатой формы.

Изобретение относится к получению гранулированного металла. Способ включает стадии, на которых агломераты, содержащие оксид железа и углеродсодержащий восстановитель, подают на под восстановительной плавильной печи типа печи с подвижным подом и нагревают агломераты для восстановления и расплавления оксида железа, охлаждают полученное гранулированное железо и выгружают из печи.

Изобретение относится к слоистой огнеупорной футеровке печи, используемой в процессе обогащения титановой руды с образованием обогащенного оксидом титана и оксидом железа жидкого шлака, к стойкому к разрушению средству в присутствии обогащенного оксидом титана и оксидом железа жидкого шлака, к способу его получения и к предварительно сформованной слоистой огнеупорной футеровке.
Наркология
Наверх