СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АГЛОМЕРАТОВ ИЗ МЕЛКОЗЕРНИСТОГО НОСИТЕЛЯ ЖЕЛЕЗА
PRODUCTION METHOD OF AGGLOMERATES FROM FINE IRON CARRIER

Изобретение относится к способу получения агломератов из мелкозернистых носителей железа, в частности, железной руды и/или железосодержащих пыли и/или шламов, и по меньшей мере одного связующего как исходного материала для термического процесса, в частности, металлургического процесса, в котором носитель железа смешивают со связующим и при необходимости добавками и агломерируют.
Далее, изобретение относится к способу получения жидкого чугуна или жидких стальных полупродуктов из сырья, в частности, железной руды, при необходимости с добавками и агломератами по одному из пунктов 1-17 формулы изобретения, причем исходные материалы в зоне восстановления подвергаются глубокому окислению и затем проводятся в зону плавки или на плавильный агрегат, в частности, плавильный газификатор, для плавки при добавке углеродных носителей и кислородсодержащего газа с образованием стационарного слоя, причем образуется восстановительный газ, который вводится в зону восстановления.
Из уровня техники известно о том, что рудную мелочь сначала восстанавливают в зоне восстановления и затем выплавляют ее в зоне плавки с получением чугуна. Такие процессы проводятся в рабочем диапазоне, который характеризуется, например, гранулометрическим размером исходных материалов. В принципе, при зернах малого размера возникает проблема, что при этом в процессе происходит существенное образование пыли, или что малые частицы могут выноситься с технологическим газом из технологических агрегатов.
Поэтому задачей изобретения является расширить в этом отношении рабочий диапазон способа получения жидкого чугуна, чтобы можно было обрабатывать также и самую тонкую руду с очень малыми размерами частиц.
Эта задача решена согласно изобретению способом по п. 1.
Способом согласно изобретению можно перерабатывать также очень мелкозернистые носители железа, как, например, железная руда, и/или концентраты железной руды, и/или железосодержащая пыль и/или шлам. При этом предотвращается или затрудняется повторное образование тонкодисперсных, в частности, пылевидных фракций из-за механических нагрузок на агломераты, возникающих перед и во время обработки в восстановительном агрегате. Эти нагрузки возникают из-за давления, трения, сдвиговых усилий и ударов, главным образом как следствие взаимодействия между агломератами.
Для решения этих проблем мелкозернистые носители железа агломерируют в смеси со связующим и затем нагревают таким образом, чтобы связующее отверждалось в приповерхностной области агломератов. Нагреванием можно целенаправленно управлять отверждением связующего, и тем самым можно регулировать механические свойства, в частности, прочность на поверхности агломератов. При этом нагревание может проводиться в устройстве обработки вне металлургического процесса, в частности, во время сушки или сразу после сушки, или в течение первой стадии металлургического процесса.
В последнем случае можно, альтернативно или дополнительно, применять также связующие, которые уже при низких, в частности, комнатных температурах обнаруживают нарастание прочности, которое достаточно, чтобы агломераты без дополнительного нагревания можно было по существу неповрежденными из-за механических нагрузок вводить на первую стадию металлургического процесса, где происходит необходимое для дальнейших нагрузок отверждение путем нагрева. При этом температура среды является достаточной для отверждения связующего.
В дальнейшем агломераты можно перерабатывать в металлургическом процессе, как, например, процесс восстановления или процесс восстановительной плавки, причем можно по меньшей мере заметно уменьшить или почти полностью избежать образования тонкодисперсной фракции. При этом выгодно прежде всего то, что агломераты не должны отверждаться полностью, и тем самым нагревание по меньшей мере сокращается, и можно существенно снизить расходы энергии. Однако при необходимости агломераты вполне можно отвердить полностью, то есть не только в приповерхностной области.
Согласно одному выгодному варианту осуществления способа по изобретению агломераты на по меньшей мере одном следующем этапе агломерации покрывают слоем, состоящим из носителей железа и по меньшей мере одного связующего. Благодаря дополнительному слою можно получать агломераты, которые снаружи имеют другое содержание связующего или другой тип связующего, чем в ядре, или могут также состоять из другого мелкозернистого носителя, отличного от того, что внутри. Это позволяет адаптировать агломераты к металлургическому процессу, причем имеются в виду прежде всего многостадийные металлургические процессы. Например, дополнительные слои можно выбирать таким образом, чтобы на первом этапе металлургического процесса преобразовывался предпочтительно этот слой.
Согласно следующему выгодному варианту осуществления способа по изобретению агломераты после по меньшей мере одного дополнительного этапа агломерации нагревают таким образом, чтобы отверждалось связующее самого внешнего слоя или наружных слоев. Нагревание можно регулировать таким образом, чтобы отверждение происходило только в определенной граничной зоне агломератов. Отвержденная граничная область гарантирует достаточную защиту агломератов от механических нагрузок при манипуляциях перед загрузкой в металлургический процесс, а также на первой стадии металлургического процесса. В дальнейшем ходе металлургического процесса, в частности, на стадиях нагревания и восстановления, твердость повышается также и в центральной области агломератов. Вследствие того, что переход оксидов железа в металлическое железо в результате восстановления (металлизации) происходит от краевой зоны к ядру, агломераты получают максимальную прочность и способны выдерживать нормальные механические нагрузки практически до достижения температуры размягчения. При этом выгодно, в частности, что механические свойства, а также в наружном слое или слоях можно подстраивать к металлургическому процессу. Так, в наружном слое агломератов можно выбирать состав тонкодисперсных исходных материалов таким образом, чтобы там восстановление вплоть до металлизации происходило уже во время нагревания в атмосфере окислительных газов, причем образуется металлическое железо или его полупродукт вюстит. Этим ускоряется образование стабильной металлической оболочки вокруг еще оксидного ядра агломерата в по сравнению с обычным восстановлением газами (непрямое восстановление).
Один подходящий вариант осуществления способа согласно изобретению предусматривает, чтобы агломераты отверждались перед следующим этапом агломерации. Этим достигается отверждение также и во внутренней зоне агломератов, благодаря чему они получают дополнительную прочность. Из-за образования градиента температуры с падающими снаружи внутрь температурами, при отверждении через наружную оболочку агломератов приходится считаться с более высокими температурами отверждения агломератов или более значительными временами пребывания в зоне отверждения, чтобы достичь сравнимой твердости этих агломератов, в частности, их ядра.
Согласно одному особому варианту осуществления способа по изобретению связующего в самом внешнем слое или наружных слоях имеет более низкую температуру отверждения, чем связующее внутри агломератов. В этом случае можно получать агломераты, которые в самом крайнем слое или в наружных слоях уже при низких температурах, в частности, при температуре окружающей среды, обнаруживают нарастание прочности, которое достаточно, чтобы агломераты можно было без предшествующего нагрева по существу неповрежденными из-за механических нагрузок вводить на первую стадию металлургического процесса, где отверждение, необходимое для дальнейших нагрузок, проводится путем нагревания. Таким образом, нагревание агломератов после агломерации можно ограничить до отверждения самого внешнего или наружного слоя, так что время, требуемое для отверждения, снижается, и можно снизить расходы энергии. Напротив, выбор связующего в центре агломератов проводится с учетом стоимости или же с точки зрения стойкости к восстановлению, то есть способности агломератов сопротивляться разрушению зерен в восстановительной атмосфере горячего газа при одновременном действии механических нагрузок в указанных условиях процесса.
Согласно следующему выгодному варианту осуществления способа по изобретению агломераты, в частности, после отверждения, покрывают слоем из углеродсодержащих веществ, извести, в частности, жженой извести, или пылевидной фракции с агломерации. Благодаря покрытию можно предусмотреть наличие вспомогательных для процесса веществ прямо на агломератах, так что, например, можно предотвратить слипание агломератов (sticking) в процессе восстановления. Кроме того, можно, например, путем покрытия сырых агломератов предотвратить их слеживание при хранении в засыпке. Для этого на конечном этапе агломерации на агломераты в качестве наружной оболочки наносят порошковые, предпочтительно содержащие железо и/или углерод, вещества без увлажнения и добавок связующего.
Согласно одному подходящему варианту осуществления способа по изобретению носитель железа и связующее и при необходимости добавки перемешивают перед агломерацией для улучшения вяжущей способности. Благодаря перемешиванию можно, в зависимости от типа применяющегося связующего, ускорять набухание связующего, устанавливать желаемую для следующего этапа агломерации консистенцию сырья, или получать времена пребывания, которые необходимы для химических реакций, протекающих в сырье.
Один выгодный вариант осуществления способа по изобретению предусматривает, что носитель железа помимо мелкозернистой железной руды, и/или пыли, и/или шлама содержит также зернистые фракции, в частности, оборотные агломераты, с размером зерна от 0,1 до 3 мм, в частности, от 0,5 до 1,5 мм, причем зернистые фракции служат в качестве затравки для образования агломератов. Использованием затравок можно в случае осуществления агломерации как грануляции или окомкования ускорить образование агломератов и достичь однородного размера или формы агломератов. При этом выгодно использовать оборотные агломераты или же обломки оборотных агломератов, которые скапливаются при применении или переработке агломератов. Размер зернистой фракции можно целенаправленно регулировать дроблением, просеиванием и прочими подходящими мерами. В частности, в случае агломерации с применением прессования (горячее прессование, компактирование, брикетирование) может быть целесообразным смешивать друг с другом частицы не только различных размеров, но и различной формы. Так, например, в результате добавления в тонкозернистый носитель железа или железосодержащие шламы железной окалины, которая имеет чешуйчатую форму, улучшается прочность в холодном и горячем состоянии полученных из этого агломератов.
Согласно изобретению агломераты сушат, в частности, во время или после агломерации, в частности, путем термической сушки и/или хранения на воздухе.
Однако согласно одному особому варианту осуществления способа по изобретению можно также проводить механическое удаление воды перед или во время агломерации, в частности, механическое обезвоживание во время прессования.
В результате механического удаления воды можно уменьшить время сушки, а также продолжительность предварительного нагревания в металлургическом процессе. При этом способы снижения влажности можно выбирать по потребности.
Согласно одному выгодному варианту осуществления способа по изобретению агломераты получают грануляцией или окомкованием. Преимущества грануляции/окомкования перед компактированием/ брикетированием заключаются в меньших затратах на оборудование или меньшем износе оборудования и в меньшей потребности в связующем. С другой стороны, способ грануляции/окомкования требует мелких зерен загружаемого материала, так что в известных случаях исходные материалы должны сначала подготавливаться для процесса собственно агломерации путем размола.

Однако концентраты железной руды, которые, например, получают способом флотации, а также железосодержащая шлаковая пыль и шламы с процесса восстановительной плавки, такого, как Corex или Finex, из-за их мелких размеров, как правило, не могут, быть агломерированы путем грануляции/окомкования без дополнительных расходом на размол. Однако при известных условиях может быть выгодным проводить агломерацию в условиях прессования или уплотнения сырья, в частности, компактированием/брикетированием, если это уплотнение желательно для установления повышенной прочности агломератов, а возникающий из-за уплотнения недостаток - снижение кинетики восстановления, отходит, напротив, на задний план.
Особенно выгодно перерабатывать способом согласно изобретению пыль и/или шламы, которые представляют собой содержащие железо и/или углерод остатки с производства стали или тонко измельченные углеродные носители, в частности, антрацит, кокс или нефтяной кокс. Благодаря этому можно использовать также ценные вещества, содержащиеся в ультратонких остатках, как пыль или шламы, для металлургического процесса, не создавая этим ущерба для протекания процесса.
Согласно изобретению носители железа представляют собой рудный спек, рудный концентрат, мелкую фракцию железной руды, оборотный материал или пыль с агломерации. Эти ценные материалы отличаются высокой долей железа, но до настоящего времени их применение в металлургическом процессе было невыгодным, из-за, например, высокого образования пыли или содержания пыли в технологическом газе, а также из-за того, что они могут быть преобразованы в подходящую для применения форму только с высокими затратами энергии. Под оборотным материалом агломерации понимается мелкая фракция агломератов, обломки агломератов или агломераты с недостаточной прочностью или неудовлетворительной формой. Пыль накапливается в рамках агломерации и относящейся к ней обработки, в частности, на этапах зернения, сушки и отверждения.
Один особый вариант осуществления способа по изобретению предусматривает, что добавки представляют собой металлургические присадки, в частности, известь, и/или доломит, и/или углеродсодержащие добавки для получения по меньшей мере частично самовосстанавливающихся агломератов. Введением добавок прямо в агломераты можно, по меньшей мере частично, отказаться от отдельного добавления присадок в металлургический процесс.

В следующем особом варианте осуществления способа согласно изобретению углеродсодержащая пыль, шламы или тонко измельченные углеродные носители вводятся в агломераты в качестве добавки, в результате чего агломераты в условиях металлургического процесса оказываются по меньшей мере частично самовосстанавливающимися. Для этого подходят, в частности, углеродсодержащая пыль и шламы с процессов COREX и FINEX.
Добавки могут также служить для того, чтобы ускорять повышение твердости связующего. В частности, в качестве добавки для ускорения твердения связующего на основе мелассы подходит жженая известь.
Особенно предпочтительно, агломераты согласно изобретению имеют диаметр от 0,5 до 8 мм, в частности, от 3 до 6 мм. При этом диаметр агломератов можно подгонять к условиям в металлургическом процессе. Например, диаметр можно выбирать в зависимости от условий в псевдоожиженном слое в металлургическом процессе.
Согласно одному особому варианту осуществления способа по изобретению в качестве связующего применяются неорганические вещества или их смеси, в частности жженая или гашеная известь или бентониты. Эти связующие могут выдерживать высокие температуры и горячие окислительные или же восстановительные газы, так что образуются особо стабильные агломераты.
Согласно следующему особому варианту осуществления способа по изобретению в качестве связующего применяются органические вещества или их смеси, в частности меласса, продукты выщелачивания при производстве целлюлозы, крахмалы или же длинноцепочечные полиэлектролиты на основе целлюлозы. Благодаря этому можно достичь особенно высокой прочности агломератов перед и в ходе металлургического процесса.
Следующий выгодный вариант осуществления способа предусматривает разделение носителя железа путем сортировки на одну тонкодисперсную и одну или несколько крупных фракций, причем тонкодисперсную фракцию, при необходимости после сушки, проводят на агломерацию, причем сортировка осуществляется в форме воздушной сепарации или комбинацией воздушной сепарации и просеивания. В случае надобности сортировка может предваряться сушкой.
Согласно одному особому варианту осуществления способа по изобретению одну или несколько крупных фракций, при необходимости после сушки, дробят, в частности, тонко измельчают, и проводят на агломерацию. Таким образом можно также перерабатывать до агломератов и более крупные фракции.
Задача согласно изобретению решена также способом согласно изобретению по пункту 18.
В процессе получения жидкого чугуна или жидких стальных полупродуктов из сырья, в частности, железной руды, при необходимости добавок и агломератов согласно изобретению, исходные материалы в зоне восстановления подвергаются глубокому восстановлению и затем проводятся в зону плавки или плавильный агрегат, в частности, плавильный газификатор, для плавки с добавкой углеродных носителей и кислородсодержащего газа с образованием стационарного слоя. При этом образуется технологический газ, который вводится в зону восстановления. В дополнение к зоне восстановления предусмотрена зона предварительного нагрева, в которую вводятся исходные материалы и/или агломераты, причем температура в зоне предварительного нагрева и/или в зоне восстановления выбирается таким образом, чтобы агломераты полностью отверждались в зоне предварительного нагрева или, альтернативно, в зоне восстановления. Альтернативно, агломераты могут вводиться также в зону плавки.

При этом зона предварительного нагрева, зона восстановления и зона плавки могут быть образованы как доменная печь. Кроме того, они могут быть образованы также как раздельные агрегаты, состоящие из восстановительных агрегатов и одного или нескольких плавильных агрегатов, как, например, плавильный газификатор, причем предусмотрена одна общая зона предварительного нагрева или несколько зон предварительного нагрев, относящихся к отдельным восстановительным агрегатам или плавильный агрегатам. Подходящими способами применения агломератов согласно изобретению являются способ прямого восстановления, способ восстановительной плавки, как процессы Corex или Finex, или же применение в доменной печи.
Таким образом, отверждение агломератов по меньшей мере частично переносится в процесс, то есть протекает в зоне предварительного нагрева. Прежде всего, можно заметно сократить необходимую тепловую обработку агломератов или проводить ее при более низких температурах. Кроме того, этим, например, существенно снижается проблема газовыделения из агломератов при твердении, так что можно также по большей части обойтись без затратной обработки газообразных веществ или паров, которые выходят из агломератов.
Согласно изобретению доля агломератов в исходных материалах составляет по меньшей мере 30%. Однако допустимо также, что доля может заметно повышаться, вплоть до почти 100%, чтобы можно было в больших количествах обрабатывать очень мелкое сырье. В отличие от уровня техники, где можно перерабатывать только малые фракции мелкого сырья, благодаря способу по изобретению заметно расширяется рабочий диапазон или область пригодных для переработки размеров зерен. Тем самым становится возможным существенно более гибкий способ, так как теперь сырье можно выбирать по потребности и можно выбирать из имеющегося в наличии сырья, соответственно цен на сырье.
Один особый вариант осуществления способа согласно изобретению предусматривает, чтобы зона восстановления содержала по меньшей мере одну, в частности, от 2 до 4, ступеней восстановления. Дополнительно можно также предусмотреть зону предварительного нагрева. Выгодным показало себя применение нескольких зон восстановления. Зоны восстановления могут быть образованы восстановительными агрегатами, в которых восстанавливаемый материал движется в противотоке восстановительному газу. Восстановительный газ образуется в зоне плавки или в плавильном агрегате и движется через восстановительные агрегаты.
Следующий особый вариант осуществления способа по изобретению предусматривает, что имеется по меньшей мере две работающие параллельно зоны восстановления с общей или с отдельной для каждой зоны зоной предварительного нагрева. Благодаря применению двух работающих параллельно зон восстановления можно повысить мощность восстановления или, смотря по потребностям, скорректировать ее. Согласно изобретению, исходные материалы перед вводом в зону предварительного нагрева сушат.
При необходимости после сушки проводится отверждение агломератов, причем температура лежит выше температуры сушки. В частности, при использовании мелассы в качестве связующего карамелизация предпочтительно проводится при температуре выше 250°C. Физическая теплота, снятая при сушке и, возможно, отверждении агломератов, проводится, предпочтительно избегая потерь при охлаждении, с агломератами в зону предварительного нагрева.
Согласно одному особому варианту осуществления способа по изобретению для установки температуры в зоне предварительного нагрева проводится частичное сжигание технологического газа в зоне предварительного нагрева.
Согласно следующему варианту осуществления способа по изобретению для установки температуры в зоне предварительного нагрева проводится по меньшей мере частичное сжигание вводимого в зону предварительного нагрева горючего газа, или в зону предварительного нагрева вводится горячий газ.
Описанными мерами можно целенаправленно регулировать температуру в зоне предварительного нагрева.
Один особый вариант осуществления способа предусматривает, что исходные материалы сначала сортируют на одну тонкодисперсную и одну крупную фракцию или несколько крупных фракций, причем крупную фракцию, соответственно крупные фракции, при необходимости после сушки и/или дробления, сразу, а тонкодисперсную фракцию после проведения процесса агломерации по одному из пунктов 1-17, вводят в зону восстановления. Альтернативно или в дополнение, можно также крупную фракцию или часть крупной фракции сразу вводить в зону плавки. В результате этого снижаются затраты на агломерацию, так как на агломерацию нужно подавать только тонкодисперсную фракцию. Дробление проводится тогда, когда размер частиц таков, что их нельзя обрабатывать.
Согласно изобретению одну или несколько крупных фракций, при необходимости после сушки, дробят, в частности, тонко измельчают, и после осуществления процесса агломерации вводят в зону восстановления. Таким образом можно обрабатывать также и крупные фракции в качестве агломератов и вводить в зону восстановления.
Согласно одному выгодному варианту осуществления способа по изобретению исходные материалы перед агломерацией подвергают сортировке, причем образуется обогащенная ценными веществами и/или обедненная вредными веществами фракция, и эту фракцию в качестве агломерата проводят в зону восстановления. Уже в результате сортировки можно повысить содержание ценных веществ и снизить содержание вредных веществ, чтобы можно было эффективнее проводить процесс восстановления и удалить заранее вредные вещества.
Согласно одному особому варианту осуществления способа по изобретению сортировка осуществляется с использованием разных плотностей, размеров частиц и форм частиц, поверхностных свойств, магнитных свойств, а также электрической проводимости отдельных компонентов сырья, в частности, посредством гидроциклона, отсадочной машины, вибростола, тяжелой суспензии, флотации, магнитной сепарации или электростатической сепарации. Подобным способом можно получать рудные концентраты.
Один выгодный вариант осуществления способа предусматривает, чтобы сортировка в случае сухого сырья проводилась на основе одно- или многостадийногой воздушной сепарации, а в случае влажного сырья - на основе мокрого грохочения. Тем самым можно без проблем обрабатывать и влажные исходные материалы.
Согласно одному выгодному оформлению способа согласно изобретению влажное сырье перед его агломерацией сушат механически и/или термически.
Далее изобретение описывается иллюстративно на неограничивающем примере осуществления с обращением к фиг. 1.
Фиг. 1: установка для осуществления способа согласно изобретению
Фиг. 1 показывает плавильный агрегат 1, который образует зону плавки. Плавильный агрегат может быть выполнен как плавильный газификатор, а также как шахтная печь или как плавильная печь. Восстановительный газ, образующийся в плавильном агрегате 1, вводится в восстановительные агрегаты R1-R4 и пропускается в противотоке восстанавливаемому сырью. Показанные на фигуре устройства обработки восстановительного газа более подробно здесь не поясняются.
Мелкозернистые носители железа 2, как, например, железная руда и/или содержащие железо пыль и/или шлам, соединяются с добавками 3 и связующим 4, при необходимости размешиваются и агломерируются в устройстве 5 перемешивания и агломерации, в частности, гранулируются. Далее эта смесь подается на устройство 6 для отверждения, где в результате нагрева дело доходит до отверждения связующего, так что происходит повышение прочности агломератов. При этом нагревание и время пребывания агломератов в устройстве 6 регулируется таким образом, чтобы связующее отверждалось только в поверхностном слое агломератов. Устройство перемешивания и агломерации 5 может быть выполнено также многоступенчатым, чтобы образованные агломераты можно было покрыть одним или несколькими слоями. Таким образом можно получить агломераты, которые обладают слоистой структурой, причем каждый слой может различаться составом и связующим. Выгодно выбирать для самого внешнего слоя такое связующее, которое имеет низкую температуру отверждения или низкое время отверждения, чтобы отверждение в устройстве 6 можно было проводить при более низких температурах и с меньшими временами отверждения.
После обработки в устройстве 6 агломераты при необходимости могут также сушиться в сушилке 7, и содержание влаги можно устанавливать целенаправленно. Далее агломераты проводятся на восстановительный агрегат R4, который может работать как агрегат предварительного нагревания. Предпочтительно, что при этом физическая теплота, имеющаяся в агломератам вследствие сушки, вводится в восстановительный агрегат.
В агрегате предварительного нагревания из-за высоких температур, от 400 до 900°C, твердение агломераты происходит также и в их внутреннем объеме, так что можно установить предпочтительную высокую прочность для следующего процесса. Конечное отверждение агломератов может осуществляться также в зоне восстановления.
Такие агломераты можно подавать не только на процессы восстановления, процессы восстановительной плавки и доменный процесс, но также на любой металлургический процесс, в котором перерабатывают агломераты. Предпочтительно, агломераты, восстановленные в восстановительных агрегатах R1-R4, проводятся на следующее устройство агломерации 8, так что агломераты снова можно вводить в плавильный агрегат 1. Таким способом можно улучшить манипуляции с сырьем для плавильного агрегата, то есть его транспортировку, перемещение или хранение.
Список позиций для ссылок
1 плавильный агрегат
2 мелкозернистый носитель железа
3 добавки
4 связующее
5 устройство перемешивания и агломерации
6 устройство для отверждения
7 сушилка
8 агломератор
R1-4 восстановительные агрегаты
RE чугун