Способ получения железа прямым восстановлением
PROCESS FOR PRODUCING IRON BY DIRECT REDUCTION

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.
св
менее105
FeO
св
менее105
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 C×X/OFeO≤51, где O представляет массовую долю кислорода в процентах, содержащегося в оксиде железа в агломерате, C представляет массовую долю в процентах всего содержащегося в агломерате связанного углерода и X 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.