СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БРИКЕТОВ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОССТАНОВЛЕННОГО МЕТАЛЛА И СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ ЦИНКА ИЛИ СВИНЦА
METHOD OF PELLETISING, METHOD OF PRODUCING REDUCED METAL AND METHOD OF SEPARATING ZINC OR LEAD

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к способу получения агломератов (брикетов) с использованием исходных материалов (сырья) в виде железной руды или пыли, содержащих оксиды железа, и может быть применено в способе получения восстановленного металла (восстановленного железа) из получающихся агломератов и способе отделения и извлечения летучих металлов, таких как цинк, свинец и т.п.
Уровень техники
[0002] Хотя в качестве исходного материала при получении восстановленного железа, как можно ожидать, используют исходные материалы в виде железной руды, наблюдающийся в последнее время резкий рост цен на железорудные исходные материалы, обусловленный высоким спросом, привлек внимание к переработке содержащей железное сырье пыли, получаемой на предприятиях по производству черных металлов. В ходе процессов производства чугуна и стали из пылеуловителей извлекают содержащую порошковое железо и оксид железа пыль, выдуваемую в доменных печах, конвертерах, плавильных печах, электрических печах и т.п. Извлеченные порошки (называемые в формуле и описании изобретения "пылью от производства стали") используются в качестве железного сырья, так как они содержат железо и оксиды железа.
[0003] В печи с вращающимся подом, которая является одним из типов оборудования для получения восстановленного железа, исходные материалы, содержащие оксиды металлов и углеродистые вещества, необходимо подавать в виде агломератов для достижения гомогенных восстановительных реакций, и эти агломераты должны иметь определенную прочность. Однако при включении в их состав углеродистых веществ, так как углерод сгорает при относительно низкой температуре, нельзя применять технологию увеличения прочности агломератов спеканием, как в случаях спеченных окатышей и спеченной руды. Поэтому прочность агломератов увеличивали за счет использования дорогостоящих связующих агентов (далее также называемых "связующими"), таких как крахмал и мелассы.
[0004] Как правило, в качестве оборудования для получения агломератов используется оборудование по получению окатышей или оборудование по получению брикетов, причем в обоих случаях необходимо изготавливать агломераты, имеющие высокую прочность и как можно более одинаковый размер. Однако изготавливать агломераты из мелкодисперсных исходных материалов чрезвычайно трудно, в основном по двум причинам, которые описаны ниже. Первая причина заключается в том, что исходные материалы в виде мелкодисперсной порошковой пыли имеют небольшую объемную плотность и множество пустот и поэтому с трудом образуют высокопрочные агломераты. Если прочность агломератов является низкой, они могут разрушиться под давлением и, таким образом, их нельзя хранить в больших количествах, а при транспортировке может происходить растрескивание и тому подобное. Вторая причина заключается в трудности равномерного перемешивания связующего, которое примешивают к мелкодисперсным исходным материалам для увеличения прочности агломератов. Это связано с тем, что связующее со склеивающим действием обладает вязкостью и эта вязкость препятствует равномерному перемешиванию. Кроме того, связующие вещества не только дороги, но и могут вызвать засорение материалами (например, в промежуточном бункере или тому подобном) во время изготовления или подачи агломератов, так как связующие вещества обладают склеивающим действием. Как только возникает засорение исходными материалами, подача исходных материалов в печь с вращающимся подом или тому подобное прекращается либо внезапно подается большое количество исходных материалов, что делает работу восстановительной печи нестабильной. Таким образом, количество используемого связующего является предпочтительно как можно меньшим.
[0005] В нижеприведенном описании на основе примеров рассмотрены способы получения окатышей и брикетов из исходных материалов в виде мелкодисперсной пыли, которые известны в данной области техники.
[0006] Патентный документ 1 описывает способ получения окатышей, включающий замешивание исходных материалов, которые выгружены из хранилища исходных материалов, при помощи месилки и окомкование исходного материала, который включает зерна, содержащие оксид металла и углерод, при помощи чашевого окомкователя, как показано на Фиг.1 патентного документа 1. В частности, на конвейер для исходных материалов с определенным соотношением смешивания подают множество исходных материалов из множества резервуаров. Определяют диаметр зерен исходного материала, химический состав и долю примешиваемой воды. В частности, чтобы должным образом провести восстановительные реакции, регулируют отношение оксида металла к углероду. В формуле изобретения патентного документа 1 раскрыт способ получения окатышей, подходящих для восстановительных печей, характеризующийся тем, что при получении сферических окатышей при помощи чашевого окомкователя из порошка, включающего содержащую оксид металла пыль от производства стали и углеродсодержащий порошок, упомянутый порошок содержит от 20% до 80% зерен диаметром 10 мкм или менее.
[0007] Патентный документ 2 описывает способ получения уплотненного продукта из пыли от производства стали, как показано на Фиг.1 этого патентного документа. Как показано на этом чертеже, данная система включает этап гранулирования со смешиванием пыли, главным образом состоящей из железа и его оксидов и полученной во время производства стали, с порошком, главным образом состоящим из углерода, и окомкованием получившейся смеси, этап пропитывания водой с пропитыванием гранул этой смеси водой, этап уплотнения с помещением пропитанных водой гранул в формующие матрицы и спрессовыванием гранул с образованием брикетов, этап переноса с транспортировкой брикетов как исходного материала для плавильной печи и этап удаления цинка с концентрированием цинка в пыли и удалением цинка из пыли в концентрированном состоянии после получения пыли из плавильной печи и перед этапом уплотнения. Согласно этому способу, так как пропитывание водой проводят непосредственно перед формованием, поверхности гранул смеси размягчены, способствуя деформации гранул во время брикетирования, и в результате можно увеличить прочность сцепления между гранулами.
Документы уровня техники
[0008]
Патентные документы
Патентный документ 1: публикация не прошедшей экспертизу заявки на японский патент № 2002-206120.
Патентный документ 2: публикация не прошедшей экспертизу заявки на японский патент № 2007-270229.
Сущность изобретения
Проблемы, решаемые изобретением
[0009] В общем, так как в восстановительных печах необходимо проводить гомогенные восстановительные реакции для восстановления оксидов железа, то подаваемые в восстановительные печи агломераты должны быть одинаковыми по размеру. Если агломераты отличаются по размеру, гомогенные восстановительные реакции не протекают и качество восстановленного железа значительно снижается. На Фиг.1 патентного документа 1 для классификации окатышей используется грохот с тем, чтобы сохранить однородность, требуемую в восстановительных печах. Однако из-за грохота не только снижается эффективность подачи окатышей, но и стоимость самого грохота создает проблему.
[0010] Способ, описанный в патентном документе 2, используется для формования брикетов. По сравнению с окатышами брикеты обладают большей однородностью и могут образовывать крупные агломераты. Однако, так как брикеты формируют путем спрессовывания исходных материалов, им обычно требуются связующие, как было описано выше. Способ, раскрытый в патентном документе 2, включает пропитывание исходного материала водой непосредственно перед формованием брикетов с тем, чтобы минимизировать количество используемого связующего; однако на практике трудно равномерно пропитать водой все части в совокупности окатышей. Если одна часть остается не затронутой водой, поверхность этой части гранулы смеси нельзя размягчить и поэтому прочность брикета в целом не увеличивается. Кроме того, требуется больше времени для высушивания воды после брикетирования.
[0011] В патентном документе 2 окатыши собирают и брикетируют, чтобы облегчить обращение с ними, достигаемое при относительно большом размере, по сравнению со случаем изготовления небольших горошиновидных гранул (см. абзац [0007]), но не для того, чтобы прочность брикетов стала выше прочности окатышей.
[0012] Задачей настоящего изобретения является получение брикетов, которые имеют высокую прочность даже при снижении количеств связующего и/или воды до минимально возможного уровня.
Средства решения проблемы
[0013] Способ получения брикетов по настоящему изобретению, который решает вышеуказанную задачу, включает в себя этап формирования первичных гранул с использованием порошка оксида металла, содержащего оксид железа и по меньшей мере один из оксида цинка, оксида свинца и оксида титана, и этап сжатия первичных гранул, все еще содержащих упомянутый по меньшей мере один из оксида цинка, оксида свинца и оксида титана, с формованием первичных гранул во вторичные гранулы.
[0014] В описанном выше способе получения брикетов первичные гранулы предпочтительно формируют путем ротационного гранулирования, гранулирования с замешиванием или спрессовывания.
[0015] В описанном выше способе получения брикетов суммарное содержание упомянутого по меньшей мере одного из оксида цинка, оксида свинца и оксида титана предпочтительно составляет 10 процентов по массе или более.
[0016] Описанный выше способ получения брикетов предпочтительно дополнительно включает в себя этап измельчения оксида металла и/или восстановителя перед этапом формирования первичных гранул, а порошок предпочтительно содержит продукт, полученный на этапе измельчения.
[0017] Описанный выше способ получения брикетов предпочтительно дополнительно включает в себя этап приготовления смешанного исходного материала путем смешивания оксида металла и восстановителя, причем этот этап приготовления выполняют между этапом измельчения и этапом формирования первичных гранул.
[0018] В описанном выше способе получения брикетов оксид металла предпочтительно содержит пыль от производства стали.
[0019] В описанном выше способе получения брикетов оксид металла предпочтительно содержит по меньшей мере один металл, выбранный из цинка, свинца, натрия и калия, а вторичные гранулы предпочтительно формуют, когда этот металл все еще содержится.
[0020] В описанном выше способе получения брикетов оксид металла предпочтительно содержит в сумме 10 процентов по массе или более по меньшей мере одного соединения, выбранного из оксидов, хлоридов или сульфидов по меньшей мере одного металла, выбранного из цинка, свинца, натрия и калия.
[0021] В описанном выше способе получения брикетов оксид металла предпочтительно содержит оксид металла, имеющего температуру плавления 2000°С или менее (называемого далее "летучим металлом"), а формование вторичных гранул предпочтительно выполняют со все еще содержащимся оксидом летучего металла.
[0022] В описанном выше способе получения брикетов в первичные гранулы предпочтительно добавляют восстановитель и воду.
[0023] В описанном выше способе получения брикетов первичные гранулы предпочтительно сушат перед их формованием во вторичные гранулы.
[0024] Предпочтительно содержание воды в первичных гранулах снижают на этапе сушки до 50-95 процентов по массе относительно содержания воды до сушки.
[0025] Описанный выше способ получения брикетов предпочтительно дополнительно включает в себя этап сушки вторичных гранул.
[0026] В описанном выше способе получения брикетов объем первичных гранул предпочтительно составляет 1/500 или более от внутреннего объема формы для формования вторичных гранул.
[0027] Путем восстановления брикетов, полученных вышеописанным способом получения брикетов, может быть получен восстановленный металл.
[0028] В описанном выше способе получения восстановленного металла этап восстановления предпочтительно проводят с использованием печи с вращающимся подом, обжиговой печи или плавильно-восстановительной печи с электрическим нагревом.
[0029] Цинк может быть отделен за счет добавления этапа испарения цинка при нагревании и восстановлении содержащих оксид цинка брикетов, полученных описанным выше способом получения брикетов.
[0030] Свинец может быть отделен за счет добавления этапа испарения свинца при нагревании или нагревании и восстановлении содержащих оксид свинца брикетов, полученных описанным выше способом получения брикетов.
[0031] Отметим, что в описанном выше способе отделения цинка необходимы как нагревание, так и восстановление, поскольку оксид цинка имеет низкое давление насыщенного пара и редко испаряется при простом нагревании, что делает необходимым восстановление.
[0032] Способ получения брикетов по настоящему изобретению, который может решить вышеуказанную задачу, включает в себя этап измельчения восстановителя и/или оксида металла, содержащего железооксидный исходный материал, этап формирования первичных гранул с использованием оксида металла и восстановителя и этап сжатия первичных гранул с формованием первичных гранул во вторичные гранулы.
[0033] В описанном выше способе получения брикетов первичные гранулы предпочтительно формируют путем ротационного гранулирования, гранулирования с замешиванием или спрессовывания.
[0034] Описанный выше способ получения брикетов предпочтительно дополнительно включает в себя этап приготовления смешанного исходного материала путем смешивания оксида металла и восстановителя, причем этот этап приготовления выполняют между этапом измельчения и этапом формирования первичных гранул.
[0035] В описанном выше способе получения брикетов оксид металла предпочтительно содержит пыль от производства стали.
[0036] В описанном выше способе получения брикетов оксид металла предпочтительно содержит по меньшей мере один металл, выбранный из цинка, свинца, натрия и калия, а вторичные гранулы предпочтительно формуют, когда этот металл все еще содержится.
[0037] В описанном выше способе получения брикетов оксид металла предпочтительно содержит в сумме 10 процентов по массе или более по меньшей мере одного соединения, выбранного из оксидов, хлоридов или сульфидов по меньшей мере одного металла, выбранного из цинка, свинца, натрия и калия.
[0038] В описанном выше способе получения брикетов оксид металла предпочтительно содержит оксид металла, имеющего температуру плавления 2000°С или менее (называемого далее "летучим металлом"), а формование вторичных гранул предпочтительно выполняют со все еще содержащимся оксидом летучего металла.
[0039] В описанном выше способе получения брикетов в первичные гранулы предпочтительно добавляют воду.
[0040] В описанном выше способе получения брикетов первичные гранулы предпочтительно сушат перед их формованием во вторичные гранулы.
[0041] Предпочтительно содержание воды в первичных гранулах снижают на этапе сушки до 50-95 процентов по массе (далее также обозначаемых просто символом «%») относительно содержания воды до сушки.
[0042] Описанный выше способ получения брикетов предпочтительно дополнительно включает в себя этап сушки вторичных гранул.
[0043] В описанном выше способе получения брикетов объем первичных гранул предпочтительно составляет 1/500 или более от внутреннего объема формы для формования вторичных гранул.
[0044] Путем восстановления брикетов, полученных описанным выше способом получения брикетов, может быть получено восстановленное железо.
[0045] В указанном выше способе получения восстановленного железа этап восстановления предпочтительно проводят с использованием печи с вращающимся подом, обжиговой печи или плавильно-восстановительной печи с электрическим нагревом.
[0046] Цинк может быть отделен за счет добавления этапа испарения цинка при нагревании и восстановлении содержащих оксид цинка брикетов, полученных описанным выше способом получения брикетов.
[0047] В описанном выше способе отделения цинка этап нагревания и восстановления предпочтительно выполняют с использованием печи с вращающимся подом, обжиговой печи или плавильно-восстановительной печи с электрическим нагревом.
[0048] Свинец может быть отделен за счет добавления этапа испарения свинца при нагревании или нагревании и восстановлении содержащих оксид свинца брикетов, полученных описанным выше способом получения брикетов.
[0049] В описанном выше способе отделения свинца этап нагревания или нагревания и восстановления предпочтительно выполняют с использованием печи с вращающимся подом, обжиговой печи или плавильно-восстановительной печи с электрическим нагревом.
Преимущества
[0050] В настоящем изобретении оксид металла содержит по меньшей мере один из оксида цинка, оксида свинца и оксида титана, и упомянутый по меньшей мере один из этих оксида цинка, оксида свинца и оксида титана служит связующим агентом для исходного материала, содержащего оксид металла. Таким образом, перед брикетированием нет необходимости использовать связующее, такое как меласса или вода, и можно эффективно получать высокопрочные брикеты без особого усложнения оборудования.
[0051] Когда используется исходный материал, приготовленный путем измельчения оксида металла, такого как железная руда или пыль от производства стали, и/или восстановителя, а гранулирование выполняют в два этапа, сила связи между зернами увеличивается благодаря действующим между ними межмолекулярным силам. Перед брикетированием нет необходимости в связующем, таком как меласса или вода, можно эффективно получать высокопрочные брикеты без особого усложнения оборудования, и становится возможным непрерывное получение брикетов, как описано ниже.
Краткое описание чертежей
[0052]
Фиг.1 - схема процесса, относящаяся к первому варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг.2 - схема, показывающая пример оборудования для реализации этого процесса.
Фиг.3 - график, иллюстрирующий распределение размеров зерна у пыли из электрической печи, используемой в Примерах настоящего изобретения.
Фиг.4 - схема процесса, относящаяся ко второму варианту реализации настоящего изобретения.
Предпочтительные варианты реализации изобретения
[0053] Авторы настоящего изобретения обнаружили, что при добавлении к порошку оксида металла материалов, используемых в качестве пигментов красок или тому подобного, например оксида цинка, оксида свинца и оксида титана, эти материалы действуют как связующие агенты для оксида металла и можно повысить прочность формованных брикетов без добавления связующего или воды. При соответствующем подборе содержания оксида цинка или тому подобного прочность брикетов можно достаточно повысить без сушки брикетов после формования.
[0054] Обычно в качестве гранулятора при изготовлении окатышей используется чашевый окомкователь или барабанный окомкователь. При использовании любого гранулятора получающиеся окатыши имеют относительно широкое распределение размеров частиц из-за принципа гранулирования. Когда окатыши формируют при помощи чашевого окомкователя, как описано в патентном документе 1, обычно требуется устройство для классификации получающихся окатышей на множество определенных диапазонов диаметров. Однако авторы изобретения провели обширные исследования и обнаружили, что при формировании брикетов путем сжатия окатышей после формирования этих окатышей отклонение в диаметрах окатышей скорее способствует увеличению плотности брикета, так как небольшие окатыши занимают пустоты между большими окатышами. Таким образом было создано настоящее изобретение.
[0055] Авторы изобретения провели исследования с различных точек зрения, например выбора и количеств железной руды, пыли от производства стали, восстановителей, связующих, таких как мелассы и т.д., количества воды, времени примешивания воды, степени сушки агломератов и т.п., с целью повышения прочности агломератов, содержащих в качестве исходных материалов оксиды металла (оксиды железа), например железную руду и пыль от производства стали. Как результат было обнаружено следующее. Когда железооксидный исходный материал или крупный восстановитель (предпочтительно - оба) измельчают в измельчителе, например шаровой мельнице или валковой дробилке, масса одного зерна снижается при уменьшении размеров зерна и поэтому зерна больше способны к сцеплению и агрегированию друг с другом. Таким образом, прочность агломератов как готового продукта можно значительно повысить путем выполнения двухступенчатого процесса гранулирования с формированием первичных гранул и вторичных гранул. Таким образом и было создано настоящее изобретение. Так как в качестве типичного примера восстановителя можно использовать углеродистое вещество, то в этом описании вместо описания "восстановителя" можно привести описание "углеродистого вещества".
Первый вариант реализации
[0056] Способ получения брикетов по настоящему изобретению включает в себя (1) этап формирования первичных гранул с использованием порошка, содержащего оксид металла и по меньшей мере один из оксида цинка, оксида свинца и оксида титана, и (2) этап сжатия первичных гранул, все еще содержащих по меньшей мере один из оксида цинка, оксида свинца и оксида титана, с формованием первичных гранул во вторичные гранулы.
[0057] Примеры способа формирования первичных гранул включают ротационное гранулирование, гранулирование с замешиванием и спрессовывание. При этом первичные гранулы, сформированные путем ротационного гранулирования, можно называть "окатышами", а вторичные гранулы, сформированные путем спрессовывания, можно называть "брикетами". Теперь будет описан один из вариантов реализации настоящего изобретения, при этом внимание будет сосредоточено на (1) этапе формирования окатышей и (2) этапе брикетирования. На Фиг.1 приведена схема процесса, относящаяся к первому варианту реализации настоящего изобретения. На Фиг.2 приведена схема, показывающая один из примеров оборудования для реализации этого процесса.
1. Процесс
[0058] Как показано на Фиг.1, на этапе (1) окатыши формируют из смеси (А) оксида металла, (В) по меньшей мере одного из оксида цинка, оксида свинца и оксида титана и, если необходимо, (С) восстановителя, (D) связующего и (Е) воды. После дальнейшего добавления (F) воды в зависимости от потребности на этапе (2) формуют брикеты путем сжатия этой смеси, которая все еще содержит упомянутый по меньшей мере один из оксида цинка, оксида свинца и оксида титана. Если необходимо, на этапе (3) брикеты сушат. После чего на этапе (4) при загрузке брикетов в восстановительную печь может быть получен восстановленный металл или же на этапе (5), когда подаваемые брикеты содержат цинк и/или свинец, эти цинк и/или свинец могут быть извлечены из брикетов путем термического восстановления в восстановительной печи.
(А) Оксид металла
[0059] Так как оксид металла включает оксид железа, то восстановленное железо может быть получено путем восстановления формованных брикетов с оксидом железа в восстановительной печи. В качестве оксида железа может быть использована пыль от производства стали. В качестве пыли от производства стали может быть использована пыль, затвердевшая в газе после его испарения из расплавленной стали, пыль из электрической печи и другая пыль из разных источников и в разных видах. Кроме того, может быть примешан оксид железа, полученный из железной руды.
(В) По меньшей мере один из оксида цинка, оксида свинца и оксида титана
[0060] Когда в состав оксида металла включен оксид цинка, оксид свинца или оксид титана, который также используется в красках или тому подобном, он служит в качестве связующего агента для оксида металла и прочность формованных брикетов повышается без примешивания связующего или воды. При повышении прочности брикетов достигаются различные преимущества. Например, при восстановлении брикетов редко происходит превращение брикетов в порошок на этапе восстановления и, таким образом, повышается степень восстановления оксида металла (доля получаемого восстановленного металла). При извлечении летучих металлов, таких как цинк, свинец или тому подобное, включенных в брикеты, также повышаются степень извлечения и чистота. Кроме того, во время формирования окатышей ускоряются смешивание и дегазация материала, и поэтому при окомковании оксида металла нет необходимости в дорогостоящем смесителе с функцией замешивания.
[0061] По указанным выше причинам в настоящем изобретении в оксид металла включают по меньшей мере один из оксида цинка, оксида свинца и оксида титана. Пыль от производства стали обычно содержит металл, такой как оксид цинка, возникший в оцинкованной стали или тому подобного, хотя содержание металла меняется в зависимости от типов источников пыли.
[0062] Соответствующее управление суммарным содержанием оксида цинка, оксида свинца и оксида титана способствует развитию более надежного эффекта связывания. Что касается конкретного способа управления, то в связи с тем, что, как упомянуто выше, концентрация оксида цинка меняется в зависимости от типа источников пыли, можно регулировать суммарное содержание оксида цинка, оксида свинца и оксида титана путем смешивания соответствующих количеств пыли от производства стали из разных источников пыли. Суммарное содержание оксида цинка, оксида свинца и оксида титана составляет, например, 10 процентов по массе или более, предпочтительно - 15 процентов по массе или более, а предпочтительнее - 20 процентов по массе или более. Хотя конкретных ограничений на суммарное содержание оксида цинка, оксида свинца и оксида титана нет, когда дело касается диапазонов, практически осуществимых в промышленности, их суммарное содержание составляет, например, 60 процентов по массе или менее, а предпочтительнее - 50 процентов по массе или менее.
(С) Восстановитель
[0063] Когда формованные брикеты необходимо подавать в восстановительную печь движущегося типа, например печь с вращающимся подом, чтобы восстановить оксид металла, восстановитель, необходимый для восстановительной реакции, примешивают в окатыши на этапе формирования окатышей. Примеры восстановителя включают углеродсодержащие вещества, такие как уголь, бурый уголь, антрацит, коксовую мелочь, пыль от производства стали, содержащую углеродистые вещества, пластики и древесную пыль. С точки зрения сохранения прочности брикетов в общем предпочтителен восстановитель с низким содержанием летучих; однако в соответствии со способом получения брикетов по настоящему изобретению брикеты имеют высокую прочность, и поэтому также можно использовать уголь с высоким содержанием летучих.
[0064] Способ по настоящему изобретению также эффективен для случая, когда предварительно примешивают отличающийся от восстановителя регулятор (известь, доломит или тому подобное), необходимый для плавильной печи.
(D) Связующее
[0065] Можно добавить подходящее количество связующего, такого как крахмал или мелассы, если это требуется для повышения прочности окатышей.
(Е) Вода (до и во время окомкования)
[0066] Если это необходимо, для повышения прочности окатышей можно добавить подходящие количества воды. До и во время окомкования воду можно относительно легко примешивать равномерным образом. Кроме того, вода обладает эффектом уменьшения количества используемого связующего.
(F) Вода (перед брикетированием)
[0067] В настоящем изобретении в качестве связующего служит по меньшей мере один из оксида цинка, оксида свинца и оксида титана, как описано выше, и, в принципе, нет необходимости добавлять воду перед брикетированием. Однако, когда восстановитель примешан в окатыши, воду можно необязательно добавлять в зависимости от количества и типа восстановителя, и это, естественно, один из тех вариантов настоящего изобретения, которые могут быть реализованы.
[0068] Хотя сушка брикетов не является существенным признаком настоящего изобретения, при помощи сушки может быть дополнительно повышена прочность брикетов. Когда прочность выше, можно предотвратить превращение в порошок, обусловленное разрушением после этапа брикетирования, и за счет сушки можно устранить клейкость поверхности. Поэтому большие количества брикетов, являющихся промежуточными продуктами (полуфабрикатами), можно хранить в таких местах хранения, как камеры и кучи. Технология сушки может быть любой, например термическая сушка, воздушная сушка или естественная сушка. Однако, если брикеты содержат углерод, важно, чтобы температура была ниже температуры самопроизвольного возгорания углерода.
[0069] В описанном выше способе получения брикетов по настоящему изобретению окатыши предпочтительно сушат перед формованием в брикеты. Это связано с тем, что, когда поверхности окатышей являются сухими, эти окатыши вряд ли будут приставать к внутренней поверхности брикетирующей машины во время их подачи. Возможные способы сушки включают принудительную сушку и естественную сушку (например, в течение 4 часов, а предпочтительно - одного дня или дольше). Даже когда поверхности окатышей сухие, во время брикетирования вода внутри окатышей распределяется по всем частям окатышей и способствует повышению прочности брикетов. Степень просушивания предпочтительно составляет от 50% до 95% от содержания воды в окатышах до сушки. Содержание воды составляет 95% или менее с тем, чтобы эффективно добиваться эффекта предотвращения прилипания к брикетирующей машине, и содержание воды предпочтительнее составляет 90% или менее. Чтобы брикеты сохраняли некую степень прочности, содержание воды составляет 50% или более. Содержание воды предпочтительнее составляет 70% или более. Содержание воды в окатышах, используемое в качестве показателя степени просушивания, определяется не измерением частей окатышей, таких как поверхность окатыша или внутренность окатыша, а измерением содержания воды в окатыше в целом.
[0070] Способ получения брикетов по настоящему изобретению может дополнительно включать в себя этап измельчения железооксидного исходного материала, такого как железная руда или пыли от производства стали, или углеродистого вещества с помощью измельчителя. После этого этапа измельчения способ включает в себя этап формирования первичных гранул с использованием железооксидного исходного материала и углеродистого вещества и этап формования вторичных гранул путем сжатия первичных гранул. Сначала описано измельчение железооксидного исходного материала измельчителем. В приведенном далее описании как типичный пример рассмотрен случай, когда в качестве железооксидного исходного материала используется исходный материал в виде пыли от производства стали.
[0071] Измельчение пыли от производства стали и/или углеродистого вещества можно проводить любым измельчителем, который обладает функцией мелкого измельчения зерен исходных материалов. Например, можно использовать такие измельчители, как шаровые мельницы, валковые дробилки, молотковые мельницы и трубчатые мельницы. Объект, измельчаемый измельчителем, может представлять собой любое из следующего: пыль от производства стали и углеродистое вещество.
[0072] Широко известно, что уменьшение размеров зерен исходных материалов повышает прочность агломератов. Однако, если зерна исходного материала являются маленькими, увеличивается количество газа, проникающего внутрь исходного материала, и в результате объемная плотность исходного материала обычно бывает низкой. Снижение объемной плотности исходного материала приводит к снижению кажущейся плотности формованного продукта и, в конечном счете, к снижению прочности формованного продукта. Чтобы предотвратить это, в прошлом необходимо было использовать машину сверхвысокого давления, в которой используется технология холодного изостатического прессования. Машина сверхвысокого давления, в которой используется технология холодного изостатического прессования, представляет собой производственное оборудование периодического типа и поэтому не подходит для непрерывной работы и не годится для массового производства из-за ограниченной производительности. В настоящем изобретении достигается непрерывная работа на более высоких скоростях за счет гранулирования исходного материала, например измельченной измельчителем пыли от производства стали, в два этапа.
[0073] Другой возможной причиной повышения прочности агломератов при использовании измельченного исходного материала (не связанной с увеличением межмолекулярных сил) является то, что измельченные мелкие зерна являются не сферическими, а имеют форму со многими неровностями, которые вызывают эффект зацепления (эффект застревания) и увеличивают связь между зернами, когда добавляют небольшое количество воды или связующего.
2. Пример оборудования
[0074] Далее со ссылкой на Фиг.2 описаны примеры оборудования, относящегося к первому варианту реализации настоящего изобретения. Нижеприведенное оборудование является всего лишь примерным, и способ получения брикетов по настоящему изобретению не ограничивается функциональными возможностями приведенного ниже оборудования.
[0075] Как показано на Фиг.2, в трехкамерном хранилище 1 хранится пыль от производства стали, восстановитель и связующее. Материалы, выгружаемые из хранилища 1, смешивают в смесителе 2 и загружают в чашевый окомкователь 3, который представляет собой ротационный гранулятор. Чашевый окомкователь 3 состоит из вращающейся чаши, имеющей диаметр 2-6 м и форму глубокой сковороды, как описано в патентном документе 1. Чаша наклонена под углом примерно 45 градусов, и содержащая воду пыль от производства стали и восстановитель вращаются в этой чаше так, что окатыши растут по мере того, как новый порошковый материал покрывает возникающие ядра. Полностью выросшие окатыши покидают чашу под действием собственного веса.
[0076] Превратившийся в окатыши (окомкованный) материал вводят в брикетирующую машину 4. В брикетирующей машине 4 материал окатышей сжимают двумя вальцами с углублениями и за счет этого уплотняют (брикетируют), а затем выгружают в виде брикетов.
[0077] Отметим, что объем первичных гранул, таких как окатыши, предпочтительно составляет 1/500 или более от внутреннего объема формы (обычно называемой "ячейкой") для формования брикетов. При объеме менее 1/500 площадь контакта между брикетом и внутренней стенкой ячейки становится слишком большой и сцепление брикета с этой внутренней стенкой ячейки увеличивается. Хотя конкретного верхнего предела для объема брикета не задается, с практической точки зрения этот объем равен внутреннему объему ячейки или меньше его.
[0078] Окатыши, вводимые в брикетирующую машину 4, имеют две следующие особенности.
(1) Все еще содержат по меньшей мере один из оксида цинка, оксида свинца и оксида титана.
[0079] В брикетирующую машину 4 вводятся окатыши, все еще содержащие по меньшей мере один из оксида цинка, оксида свинца и оксида титана. Соответственно, прочность создаваемых брикетов повышается за счет связывающего действия оксида цинка, оксида свинца и оксида титана. Таким образом, можно уменьшить количество используемого связующего. Уменьшение количества используемого связующего способствует предотвращению сцепления материала с внутренними стенками оборудования, такого как промежуточный бункер или тому подобное. Кроме того, когда к оксиду металла подшихтовывали восстановитель, такой как углеродистое вещество, вероятно снижение прочности брикетов. Поэтому способ по настоящему изобретению, в котором прочность повышают за счет эффекта введения оксида цинка или тому подобного, является особенно выгодным.
(2) Окатыши в том виде, как они сформированы
[0080] В качестве одного предпочтительного варианта реализации настоящего изобретения рекомендуется вводить окатыши в брикетирующую машину 4 в том виде, как они сформированы (окомкованы), без классификации окатышей по их размеру. Как описано выше, так как диаметр окатышей значительно меняется, обычно используется грохот для окатышей, чтобы сделать диаметр одинаковым. Однако в скоплении, образованном окатышами, имеющими значительно различающиеся диаметры в первом варианте реализации, небольшие окатыши входят в пустоты между большими окатышами, и поэтому объемная плотность является большой при небольших незаполненных пространствах. Когда такие скопления окатышей сжимают (брикетируют), можно получить брикеты, имеющие высокую объемную плотность и высокую прочность. Кроме того, нет необходимости в грохоте для окатышей, а также нет необходимости в оборудовании для рециркуляции не понадобившихся окатышей, отсеянных при классификации.
[0081] Формованные брикеты как таковые теряют воду за счет испарения в сушилке 5, их загружают в печь 6 с вращающимся подом и нагревают на поду, чтобы получить восстановленный металл (восстановленное железо) под воздействием восстановителя (углерода). Печь 6 с вращающимся подом нагревают горелкой 7. Цинк или свинец, перешедшие в газообразное состояние при нагревании в печи 6 с вращающимся подом, извлекают пылеуловителем 8 (например, машиной, снабженной мешочным фильтром) и рециркулируют в качестве цинкового исходного материала или свинцового исходного материала. Остающийся газ откачивают вытяжным вентилятором 9. В средней части канала откачки установлен теплообменник 10 для эффективного использования газа в качестве источника тепла для горячего воздуха, подаваемого в сушилку 5 и горелку 7.
Второй вариант реализации
(1) Измельчение оксида металла (железооксидного исходного материала)
[0082] Способ получения брикетов по настоящему изобретению включает в себя этап измельчения железооксидного исходного материала, такого как железная руда или пыль от производства стали, или углеродистого вещества измельчителем. После этого этапа измельчения способ включает в себя этап формирования первичных гранул с использованием железооксидного исходного материала и углеродистого вещества и этап формования вторичных гранул путем сжатия первичных гранул. Поэтому сначала ниже описано именно измельчение железооксидного исходного материала измельчителем. В приведенном далее описании как типичный пример рассмотрен случай, когда в качестве железооксидного исходного материала используется пыль от производства стали. Получение первичных и вторичных гранул описано позднее.
[0083] Измельчение пыли от производства стали и/или углеродистого вещества можно проводить любым измельчителем, который обладает функцией мелкого измельчения зерен исходных материалов. Например, можно использовать такие измельчители, как шаровые мельницы, валковые дробилки, молотковые мельницы и трубчатые мельницы. Объект, измельчаемый измельчителем, может представлять собой любое из следующего: пыль от производства стали и углеродистое вещество.
[0084] Широко известно, что уменьшение размеров зерен исходных материалов повышает прочность агломератов. Однако, если зерна исходного материала являются маленькими, увеличивается количество газа, проникающего внутрь исходного материала, и в результате объемная плотность этого материала обычно бывает низкой. Снижение объемной плотности исходного материала приводит к снижению кажущейся плотности формованного продукта и, в конечном счете, к снижению прочности формованного продукта. Чтобы предотвратить это, в прошлом необходимо было использовать машину сверхвысокого давления, в которой используется технология холодного изостатического прессования. Машина сверхвысокого давления, в которой используется технология холодного изостатического прессования, представляет собой производственное оборудование периодического типа и поэтому не подходит для непрерывной работы и не годится для массового производства из-за ограниченной производительности. В настоящем изобретении достигается непрерывная работа на более высоких скоростях за счет гранулирования исходного материала, например измельченной измельчителем пыли от производства стали, в два этапа.
[0085] Другой возможной причиной повышения прочности агломератов при использовании измельченного исходного материала (не связанной с увеличением межмолекулярных сил) является то, что измельченные маленькие зерна являются не сферическими, а имеют форму с многими неровностями, которые вызывают эффект зацепления (эффект застревания) и увеличивают связь между зернами, когда добавляют небольшое количество воды или связующего.
(2) Включение оксида цинка или тому подобного
[0086] В предположении, что измельчение исходного материала проводят так, как описано выше, дополнительно усовершенствованный способ получения брикетов по настоящему изобретению включает в себя этап (2-1) формирования первичных гранул с использованием порошкового исходного материала, содержащего летучий металл, такой как оксид цинка или оксид свинца, и этап (2-2) сжатия первичных гранул, все еще содержащих летучий металл, для формования вторичных гранул.
[0087] Примеры способа формирования первичных гранул включают ротационное гранулирование, гранулирование с замешиванием и спрессовывание. При этом первичные гранулы, сформированные путем ротационного гранулирования, можно называть "окатышами", а вторичные гранулы, сформированные путем спрессовывания, можно называть "брикетами". Теперь будет описан второй вариант реализации настоящего изобретения, при этом внимание будет сосредоточено на этапе (2-1) формирования окатышей и этапе (2-2) брикетирования. На Фиг.4 приведена схема процесса, относящаяся ко второму варианту реализации настоящего изобретения. На Фиг.2 приведена схема, показывающая один из примеров оборудования для реализации этого процесса.
Процесс гранулирования
[0088] Как показано на Фиг.4, на этапе (2-1) окатыши изготавливают из смешанного исходного материала, полученного путем смешивания (А) пыли от производства стали, (В) углеродистого вещества и, если необходимо, (С) оксида, содержащего летучий металл (например, цинк, свинец, натрий или калий), либо его комплекс или комплексную соль, (D) связующее и (Е) воду. После дальнейшего добавления (F) воды в зависимости от потребности на этапе (2-2) формуют брикеты путем сжатия смеси, все еще содержащей летучий металл. Если необходимо, на этапе (2-3) брикеты сушат. После чего на этапе (2-4) при подаче брикетов в восстановительную печь может быть получено восстановленное железо или на этапе (2-5), когда подаваемые брикеты содержат цинк и/или свинец, эти цинк и/или свинец могут быть извлечены из брикетов путем термического восстановления в восстановительной печи.
(А) Пыль от производства стали
[0089] Так как пыль от производства стали включает оксиды железа, то восстановленное железо может быть получено путем восстановления формованных брикетов оксидов железа в восстановительной печи. В качестве пыли от производства стали может быть использована пыль, затвердевшая в газе после его испарения из доменных печей, плавильных печей, электрических печей и тому подобного, и другая пыль из разных источников и в разных видах.
(В) Углеродистое вещество
[0090] Когда формованные брикеты необходимо загружать в восстановительную печь движущегося типа, например печь с вращающимся подом, чтобы восстановить оксиды железа, восстановитель, необходимый для восстановительной реакции, примешивают в окатыши на этапе формирования окатышей. Примеры восстановителя включают углеродсодержащие вещества, такие как уголь, бурый уголь, антрацит, коксовую мелочь, содержащую углеродистые вещества, пыль от производства стали, пластики и древесную пыль. С точки зрения сохранения прочности брикетов в общем предпочтителен восстановитель с низким содержанием летучих; однако, в соответствии со способом получения брикетов по настоящему изобретению брикеты имеют высокую прочность, и поэтому также можно использовать уголь с высоким содержанием летучих.
[0091] Способ по настоящему изобретению также эффективен для случая, когда предварительно примешивают отличающийся от восстановителя регулятор (известь, доломит или тому подобное), необходимый для плавильной печи.
(С) Оксид, содержащий летучий металл (оксид цинка или тому подобное)
[0092] Настоящее изобретение включает измельчение пыли от производства стали и/или углеродистого вещества, как описано выше, чтобы повысить прочность брикетов. Чтобы дополнительно повысить прочность брикетов, к смешанному исходному металлу можно добавить летучий металл, имеющий температуру плавления 2000°С или менее (предпочтительно - 1500°С или менее). Когда в состав исходного материала включают оксид, содержащий летучий металл, такой как оксид цинка или оксид свинца, используемый в качестве пигмента для красок или тому подобного, этот оксид служит в качестве связующего агента для пыли от производства стали или тому подобного, и прочность формованных брикетов повышается без примешивания связующего или воды. При повышении прочности брикетов достигаются различные преимущества. Например, при восстановлении брикетов редко происходит превращение брикетов в порошок на этапе восстановления и, таким образом, повышается степень восстановления оксида железа (доля получаемого восстановленного железа). При извлечении включенных в брикеты летучих металлов, таких как цинк, свинец или тому подобное, также повышаются степень извлечения и чистота. Кроме того, во время формирования окатышей ускоряются смешивание и дегазация материала, и поэтому при окомковании смешанного исходного материала нет необходимости в дорогостоящем смесителе с функцией замешивания.
[0093] В настоящем изобретении смешанный материал по указанным выше причинам предпочтительно содержит летучий металл. Пыль от производства стали обычно содержит оксид металла, такой как оксид цинка, возникший из оцинкованной стали или тому подобного, хотя содержание оксида металла меняется в зависимости от типов источников пыли.
[0094] Соответствующее управление суммарным содержанием оксида, содержащего летучий металл, способствует достижению более надежного эффекта связывания. Что касается конкретного способа управления, то в связи с тем, что, как упомянуто выше, концентрация оксида цинка меняется в зависимости от типа источников пыли, можно регулировать суммарное содержание содержащего летучий металл оксида, такого как оксид цинка или оксид свинца, путем смешивания соответствующих количеств пыли от производства стали из разных источников пыли. Суммарное содержание содержащего летучий металл оксида составляет, например, 10 процентов по массе или более, предпочтительно - 15 процентов по массе или более, а предпочтительнее - 20 процентов по массе или более. Хотя конкретных ограничений на суммарное содержание содержащего летучий металл оксида нет, когда дело касается диапазонов, практически осуществимых в промышленности, его суммарное содержание составляет 60 процентов по массе или менее, а предпочтительнее - 50 процентов по массе или менее.
(D) Связующее
[0095] Можно добавить подходящее количество связующего, например крахмала или мелассы, если это требуется для повышения прочности окатышей.
(Е) Вода (до и во время окомкования)
[0096] Если это необходимо, для повышения прочности окатышей можно добавить подходящие количества воды. До и во время окомкования воду можно относительно легко примешивать равномерным образом. Кроме того, вода обладает эффектом уменьшения количества используемого связующего.
(F) Вода (перед брикетированием)
[0097] Поскольку в этом изобретении зерна исходного материала, например пыли от производства стали, измельчают, межмолекулярные силы между зернами усиливаются и, в принципе, нет необходимости добавлять воду перед брикетированием. Однако воду можно необязательно добавлять в зависимости от количества и типа углеродистого вещества, используемого в смеси, и это, естественно, один из вариантов настоящего изобретения, который может быть реализован.
[0098] Хотя сушка брикетов не является существенным признаком настоящего изобретения, при помощи сушки может быть дополнительно повышена прочность брикетов. Когда прочность выше, можно предотвратить превращение в порошок, обусловленное разрушением после этапа брикетирования, и за счет сушки можно устранить клейкость поверхности. Поэтому в таких местах хранения, как камеры и кучи, можно хранить большие количества брикетов, являющихся промежуточными продуктами. Технология сушки может быть любой, например термическая сушка, воздушная сушка или естественная сушка. Однако, если брикеты содержат углерод, важно, чтобы температура была ниже температуры самопроизвольного возгорания углерода.
[0099] В описанном выше способе получения брикетов по настоящему изобретению окатыши предпочтительно сушат перед их формованием в брикеты. Это связано с тем, что, когда поверхности окатышей сухие, эти окатыши вряд ли будут приставать к внутренней поверхности брикетирующей машины во время их подачи. Возможные способы сушки включают принудительную сушку и естественную сушку (например, в течение 4 часов, а предпочтительно - одного дня или дольше). Даже когда поверхности окатышей сухие, во время брикетирования вода внутри окатышей распределяется во все части окатышей и способствует повышению прочности брикетов. Степень просушивания предпочтительно составляет от 50% до 95% от содержания воды в окатышах до сушки. Содержание воды составляет 95% или менее с тем, чтобы эффективно добиваться эффекта предотвращения прилипания к брикетирующей машине, и содержание воды предпочтительнее составляет 90% или менее. Чтобы брикеты сохраняли некоторую степень прочности, содержание воды составляет 50% или более. Содержание воды предпочтительнее составляет 60% или более. Содержание воды в окатышах, используемое в качестве показателя степени просушивания, определяется не измерением частей окатышей, таких как поверхность окатыша или внутренность окатыша, а измерением содержания воды в окатыше в целом.
Примеры
[0100] Теперь настоящее изобретение будет описано более конкретно с использованием примеров. Настоящее изобретение не ограничивается описанными ниже Примерами. В рамках описанного выше и ниже объема возможны различные модификации и изменения, и они все включены в технический объем настоящего изобретения.
Пример 1
3
[0101] В качестве исходного материала в виде пыли от производства стали использовали пыль из электрической печи (также называемую далее «исходным материалом в виде пыли») с суммарным содержанием железа 22,7 процента по массе (далее также обозначаемым просто символом «%»), содержанием оксида цинка 38,4 процента по массе, содержанием оксида свинца 2,1 процента по массе и содержанием оксида титана 0,1 процента по массе. Распределение размеров зерен в исходном материале в виде пыли показано на Фиг.3. Пиковый диаметр зерен составлял примерно 4,3 мкм. Объемная плотность исходного материала в виде пыли из электрической печи составляла 0,76 г/см. В качестве восстановителя шихтовывали коксовую мелочь (86% связанного углерода). Количество шихтованного исходного материала в виде пыли составляло 85,7%, и количество шихтованной коксовой мелочи составляло 14,3%.
[0102] На этапе смешивания исходных материалов перед этапом окомкования эти материалы перемешивали в течение 5 минут в ленточно-винтовом перемешивателе с двумя валами (выпускаемом компанией Chemical Engineering Corporation), к ним добавляли 4% воды и 2% связующего (мелассы), и получившуюся смесь перемешивали еще 5 минут. Размеры емкости перемешивателя составляли 45 см в ширину, 36 см в длину и 35 см в высоту. Скорость вращения составляла 77 об/мин.
3
3
3
[0103] На этапе окомкования, когда смешанный исходный материал подавали в чашевый окомкователь (выпускаемый компанией Maya Tokushu Kogyo Kabushiki Kaisha), имеющий диаметр 900 мм, высоту борта 160 мм, угол наклона 47 градусов и скорость вращения 17 об/мин, для получения окатышей добавляли воду. Что касается размеров окатышей, то окатыши с диаметром в диапазоне 3,0-6,0 мм составляли 15,2%, а окатыши с диаметром 6,0-9,5 мм составляли 84,8%. Объемная плотность окатышей составляла 1,39 г/см (для сравнения, кажущаяся плотность составляла 2,44 г/см), что было больше 0,76 г/см, т.е. объемной плотности исходного материала перед окомкованием. Содержание воды в окатышах составляло 10,8 процента по массе. Содержание оксида цинка в окатышах составляло 32,9 процента по массе, содержание оксида свинца составляло 1,8 процента по массе,  а содержание оксида титана составляло 0,09 процента по массе.
2
[0104] Изготовленные описанным выше образом окатыши подавали непосредственно в брикетирующую машину (выпускаемую компанией Sintokogio Ltd., давление формования: 160 кг/см (линейное давление: примерно 4 т/см), скорость вращения вальцов: 2,5 об/мин) без какого-либо процесса удаления цинка в отличие от патентного документа 2 и без классификации окатышей, и окатыши сжимали, формируя брикеты.
3
[0105] Кажущаяся плотность полученных брикетов как таковых составляла 2,61  г/см. С учетом того, что прочность брикетов должна быть достаточно высокой для того, чтобы брикеты не превращались в порошок во время их транспортировки при хранении, брикеты продемонстрировали достаточную прочность, а именно прочность на разламывание, равную 22 (число раз, что брикеты повторно падали с высоты 45 см до того, как они разламывались). Прочность на раздавливание составляла 49 кН/шт.
[0106] Когда брикеты сушили при 105°С в течение суток, прочность дополнительно увеличилась и прочность на разламывание возросла до 30. Так как прочность на разламывание на уровне 30 достаточна для транспортировки, хранения и т.д. брикетов, то испытание на разламывание с превышением этого числа падений не проводили.
[0107] Прочность на раздавливание брикетов после сушки значительно повысилась до 765 кН/шт. Это подтверждает, что прочность брикетов повышается, даже когда количество используемого связующего является тем же (2%), что и в Сравнительных примерах 1-4, которые описаны ниже.
Пример 2
[0108] Чтобы получить брикеты из окатышей, эти окатыши изготовили таким же образом, как и в Примере 1. Отличие от Примера 1 заключалось в следующем: в то время как на этапе перемешивания исходных материалов перед этапом окомкования в Примере 1 примешивали 4% воды и 2% связующего (мелассы), в Примере 2 связующее не использовали и примешивали 6% процентов воды.
3
3
3
3
[0109] Что касается размера изготовленных окатышей, то окатыши с диаметром в диапазоне 3,0-6,0 мм составляли 23,0%, а окатыши с диаметром 6,0-9,5 мм составляли 77,0%. В Примере 2, предположительно из-за того, что связующее не использовалось, объемная плотность окатышей составляла 1,36 г/см (для сравнения, кажущаяся плотность составляла 2,48 г/см), что было немного ниже, чем значение в Примере 1 (1,39 г/см). Но это все еще было значительным увеличением, так как объемная плотность исходного материала в виде пыли перед окомкованием составляла 0,76 г/см. Содержание воды в окатышах составляло 11,0%, что было немного выше, чем в Примере 1.
3
[0110] Кажущаяся плотность брикетов, изготовленных в Примере 2, составляла 2,65 г/см. С учетом того, что, как указано выше, прочность брикетов должна быть достаточно высокой для того, чтобы брикеты с легкостью не превращались в порошок даже во время их транспортировки при хранении, брикеты продемонстрировали достаточную прочность, а именно прочность на разламывание, равную 20. Прочность на раздавливание составляла 98 кН/шт.
[0111] Когда брикеты сушили при 105°С в течение суток, прочность дополнительно увеличилась и прочность на разламывание возросла до 30. Так как прочность на разламывание на уровне 30 достаточна для транспортировки, хранения и т.д. брикетов, то испытание на разламывание с превышением этого числа падений не проводили.
[0112] Прочность на раздавливание брикетов после сушки значительно повысилась до 729 кН/шт, как и в Примере 1. Это подтвердило, что прочность брикетов можно повысить без использования какого-либо связующего.
[0113] В Примерах 1 и 2 был использован исходный материал с распределением по размерам, показанным на Фиг.3. Также было обнаружено, что тот же эффект был достигнут в случае исходного материала, в котором к железной руде, имеющей средний диаметр зерен примерно 100 мкм, было примешано примерно 5 процентов по массе оксида цинка. Кроме того, хотя приведены результаты для окатышей с диаметром от 3,0 до 9,5 мм, тот же эффект был достигнут с окатышами, имеющими объем меньше объема ячейки в машине для спрессовывания, так как окатыши должным образом размещались в этой ячейке.
[0114] Хотя описан способ, в котором восстановитель добавляли во время формирования окатышей, способ не ограничен этим. Восстановитель, связующее либо и восстановитель, и связующее могут быть примешаны после формирования окатышей, после чего получившаяся смесь может подвергаться спрессовыванию.
[0115] Хотя брикеты в Примерах 1 и 2 сушили при нагревании, способ сушки не ограничивается этим. Можно проводить воздушную сушку (принудительную сушку) или естественную сушку. При снижении содержания воды после сушки до 6% или менее либо при снижении содержания воды до половины или менее от ее содержания до сушки наблюдалось повышение прочности.
Пример 3
[0116] Чтобы получить брикеты из окатышей, эти окатыши были изготовлены таким же образом, как и в Примере 2. Отличие от Примера 2 состояло в том, что тип пыли от производства стали, использованной в качестве исходного материала, меняли самыми разными путями.
[0117] В Таблице 1 приведены результаты тех же экспериментов, что и в Примере 2, для тринадцати различных типов исходных материалов в виде пыли.
<b>[0118] Таблица 1</b><b>Эксперименты Примера 3 (брикеты формировали из окатышей)</b>
Исходный материал в виде пыли №
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Объемная плотность пыли
г/см<sup>3</sup>
1,01
0,82
0,98
0,67
1,03
1,17
0,75
1,03
0,79
0,83
1,04
-
-
Оксид железа
мас.%
19,0
22,9
27,0
14,9
26,8
19,4
19,1
23,2
23,9
24,6
15,7
38,9
42,8
(а) Оксид цинка
мас.%
26,7
23,4
14,8
19,9
15,1
18,2
17,4
24,3
24,7
20,6
34,9
9,4
4,7
(b) Оксид свинца
мас.%
0,2
0,3
1,5
1,0
0,6
0,8
1,4
0,2
1,8
1,8
0,2
0,7
0,4
(с) Оксид титана
мас.%
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,0
0,0
(а)+(b)+(с)
мас.%
27,0
23,8
16,4
20,9
15,8
19,1
18,8
24,6
26,5
22,4
35,2
10,1
5,1
Агломераты
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Кажущаяся плотностьперед сушкой
г/см<sup>3</sup>
2,91
2,96
2,82
2,89
2,98
2,96
2,79
3,00
3,12
3,04
3,08
2,61
2,53
Прочность на разламываниеперед сушкой
Число раз
30
30
9
30
29
30
30
30
30
24
30
3
1
Прочность на разламываниепосле сушки
Число раз
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
10
6
[0119] Как показано в Таблице 1, вне зависимости от типа исходного материала в виде пыли, когда использовали порошок оксида металла, содержащий по меньшей мере один из оксида цинка, оксида свинца и оксида титана, брикеты, изготовленные без использования какого-либо связующего и просушенные, продемонстрировали прочность на разламывание, составляющую 6 или более, что было больше чем 3 требующихся для беспроблемной транспортировки.
[0120] В дополнение к этому включение 10 процентов по массе или более оксида цинка, оксида свинца и оксида титана увеличивает прочность просушенных брикетов на разламывание до 10 или более; кроме того, даже перед сушкой брикеты продемонстрировали прочность на разламывание, составляющую 3 или более, что и требовалось для беспроблемной транспортировки.
Пример 4
3
[0121] Некоторые окатыши, сформированные в Примере 2, сохранили и подвергли естественной сушке в течение 7 дней, после чего получившиеся окатыши использовали для получения брикетов. Перед брикетированием в окатышах измерили содержание воды, которое составило 6,7 процента по массе. Кажущаяся прочность полученных брикетов составила 2,83 г/см. Средняя прочность брикетов на разламывание составила 8, что представляет собой прочность, требуемую для беспроблемной транспортировки. Прочность на раздавливание составила 303 кН/шт.
[0122] Когда брикеты просушили при 105°С в течение суток, прочность дополнительно увеличилась и прочность на разламывание повысилась до 30. Как и в Примерах 1-3, поскольку прочность на разламывание на уровне 30 достаточна для транспортировки, хранения и т.д. брикетов, то испытание на разламывание с превышением этого числа падений не проводили. Прочность на раздавливание брикетов после сушки значительно повысилась до 1416 кН/шт.
[0123] После формования брикетов проверили внутренность брикетирующей машины, но практически никакого прилипания материала к внутренней поверхности обнаружено не было (в Примере 2 имело место очень незначительное прилипание).
Пример 5
[0124] Окатыши были изготовлены в тех же условиях, что и в Примере 2, и из окатышей были получены брикеты. Использованный восстановитель отличался от того, который использовали в Примере 2. В качестве восстановителя использовали уголь с содержанием летучих 28,0 процента по массе (связанный углерод: 61,6 процента по массе). Количество шихтованного исходного материала в виде пыли составляло 80,9 процента по массе, а количество шихтованного угля составляло 19,1 процента по массе.
3
3
[0125] Что касается размеров окатышей, то окатыши с диаметром в диапазоне 3,0-6,0 мм составляли 21,4%, а окатыши с диаметром 6,0-9,5 мм составляли 78,6%. Объемная плотность окатышей увеличилась до 1,29 г/см. Содержание воды в окатышах составляло 12,7 процента по массе. Полученные из них брикеты имели кажущуюся плотность 2,33 г/см. Средняя прочность брикетов на разламывание составила 14, что представляет собой прочность, не создающую каких-либо проблем при транспортировке. Прочность на раздавливание составляла 122 кН/шт.
[0126] Когда брикеты просушили при 105°С в течение суток, прочность дополнительно увеличилась и средняя прочность на разламывание повысилась до 19. Прочность на раздавливание брикетов после сушки значительно повысилась до 1031 кН/шт. Таким образом, было обнаружено, что прочность брикетов значительно повышается даже при использовании угля с высоким содержанием летучих.
Пример 6
[0127] Окатыши были изготовлены в тех же условиях, что и в Примере 2, и из окатышей были получены брикеты. Использованный восстановитель отличался от того, который использовали в Примере 2. В качестве восстановителя использовали уголь с содержанием летучих 43,6 процента по массе (связанный углерод: 51,9 процента по массе). Количество шихтованного исходного материала в виде пыли составляло 78,1 процента по массе, а количество шихтованного угля составляло 21,9 процента по массе.
3
3
[0128] Что касается размеров окатышей, то окатыши с диаметром в диапазоне 3,0-6,0 мм составляли 31,6%, а окатыши с диаметром 6,0-9,5 мм составляли 68,4%. Объемная плотность окатышей увеличилась до 1,28 г/см. Содержание воды в окатышах составляло 12,1 процента по массе. Полученные из них брикеты имели кажущуюся плотность 2,17 г/см. Средняя прочность брикетов на разламывание составила 4, что представляет собой прочность, не создающую каких-либо проблем при транспортировке. Прочность на раздавливание составляла 113 кН/шт.
[0129] Когда брикеты просушили при 105°С в течение суток, прочность дополнительно увеличилась и средняя прочность на разламывание повысилась до 15. Прочность на раздавливание брикетов после сушки значительно повысилась до 575 кН/шт. Таким образом, на основе этого примера было обнаружено, что прочность брикетов значительно повышается даже при использовании угля с высоким содержанием летучих.
Пример 7
3
[0130] В Примерах 1-6 описаны эксперименты, в которых исходный материал в виде пыли сначала окомковывали, а затем брикетировали. В этом контрольном примере вместо окомкования проводили брикетирование. Другими словами, спрессовывание было проведено дважды, чтобы непосредственно отформовать смесь из исходного материала в виде пыли, восстановителя и связующего в брикеты. Как результат, средняя кажущаяся плотность брикетов составила 2,3 г/см, а прочность брикетов на разламывание составила 30 как до, так и после сушки этих брикетов. В этом примере в качестве связующего добавляли 12 процентов по массе мелассы.
Сравнительный пример 1
[0131] Был проведен эксперимент по формованию брикетов с использованием 13 типов исходных материалов в виде пыли, приведенных в Примере 3. Однако в эксперименте сравнительного примера 1 из исходного материала в виде пыли не формировали окатыши, а отформовали из него непосредственно брикеты. Были применены те же условия, что и в Примере 3, за исключением того, что был пропущен этап окомкования. Как результат, хотя для всех исходных материалов в виде при формовании и была получена некая разновидность брикета, получившиеся продукты были чрезвычайно хрупкими и даже не могли быть подвергнуты эксперименту на изучение физических свойств, таких как прочность на разламывание и т.п., как показано в Таблице 2.
<b> [0132] Таблица 2</b><b>Эксперименты Сравнительного примера 1 (для формирования брикетов окатыши не использовали)</b>
Исходный материал в виде пыли №
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Объемная плотность пыли
г/см<sup>3</sup>
1,01
0,82
0,98
0,67
1,03
1,17
0,75
1,03
0,79
0,83
1,04
-
-
Оксид железа
мас.%
19,0
22,9
27,0
14,9
26,8
19,4
19,1
23,2
23,9
24,6
15,7
38,9
42,8
(а) Оксид цинка
мас.%
26,7
23,4
14,8
19,9
15,1
18,2
17,4
24,3
24,7
20,6
34,9
9,4
4,7
(b) Оксид свинца
мас.%
0,2
0,3
1,5
1,0
0,6
0,8
1,4
0,2
1,8
1,8
0,2
0,7
0,4
(с) Оксид титана
мас.%
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,0
0,0
(а)+(b)+(с)
мас.%
27,0
23,8
16,4
20,9
15,8
19,1
18,8
24,6
26,5
22,4
35,2
10,1
5,1
Агломераты
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Кажущаяся плотностьперед сушкой
г/см<sup>3</sup>
Невозможно измерить из-за недостаточной прочности
Прочность на разламываниеперед сушкой
Число раз
Прочность на разламываниепосле сушки
Число раз
Сравнительный пример 2
3
[0133] В Сравнительном примере 2 был проведен тот же эксперимент, что и в Сравнительном примере 1. То есть из исходного материала в виде пыли не формировали окатыши, а отформовали из него непосредственно брикеты. Отличие от Сравнительного примера 1 заключалось в том, что, как и в Примере 1, использовали 2% связующего (мелассы). В Сравнительном примере 2 объемная плотность исходного материала в виде пыли, смешанного с восстановителем и связующим, немного повысилась до 0,80 г/см. Когда эту смесь подавали в брикетирующую машину (при тех же условиях, что и в Примерах 1-6 и Сравнительном примере 1), снабженную шнековым питателем, хотя брикеты и отформовали, они были чрезвычайно хрупкими и даже не могли быть подвергнуты эксперименту на изучение физических свойств, таких как прочность на разламывание и т.п.
Сравнительный пример 3
3
[0134] В Сравнительном примере 3 эксперимент был проведен при том же шихтовом соотношении, что и в Сравнительном примере 2. Отличия от Сравнительного примера 2 были следующими. Предполагалось, что в Сравнительном примере 2 перемешивание исходного материала в виде пыли, восстановителя, связующего и т.п., возможно, было недостаточным. Поэтому время перемешивания после добавления 4% воды и 2% связующего (мелассы) продлили до 30 минут. Объемная плотность исходного материала после перемешивания составила 0,81 г/ см, что было слегка выше, чем в Сравнительном примере 2. Эту смесь подавали в брикетирующую машину (при тех же условиях, что и в Примерах 1-6 и Сравнительных примерах 1 и 2), снабженную шнековым питателем, без формирования окатышей, как и в Сравнительном примере 2. Результаты были теми же, что и в Сравнительном примере 2, то есть, хотя брикеты и были сформированы, они были чрезвычайно хрупкими и даже не могли быть подвергнуты эксперименту на изучение физических свойств, таких как прочность на разламывание и т.п. Таким образом, продление времени перемешивания не привело в результате к значительному увеличению прочности.
Сравнительный пример 4
[0135] В Сравнительном примере 4 эксперимент был проведен при том же шихтовом соотношении, что и в Сравнительном примере 2. Однако ленточно-винтовой перемешиватель с двумя валами (смеситель, использованный в Примерах 1-3 и Сравнительных примерах 1-3) заменили и вместо него использовали бегунковый смеситель, имеющий более высокую эффективность замешивания (размер емкости: диаметр 254 мм и ширина 73 мм, сила сжатия 181-275 Н, подпружиненного типа, скорость вращения: 44 об/мин). Процедура шихтования и перемешивания исходного материала в виде пыли та же, что и в Сравнительном примере 2.
3
[0136] А именно, 85,7% исходного материала в виде мелкодисперсной порошковой пыли и 14,3% коксовой мелочи перемешивали в течение 5 минут в ленточно-винтовом перемешивателе с двумя валами и к ним добавили 4% воды и 2% связующего (мелассы). Получившуюся смесь перемешивали в течение 5 минут. После перемешивания объемная плотность исходного материала в виде пыли слегка увеличилась до 1,01 г/см. Эту смесь перемешивали еще 15 минут в бегунковом смесителе. Затем смесь подавали в брикетирующую машину (при тех же условиях, что и в Примере 1), снабженную шнековым питателем, без формирования окатышей. Результаты были теми же, что и в Сравнительных примерах 2 и 3, то есть, хотя брикеты и были сформированы, они были чрезвычайно хрупкими и даже не могли быть подвергнуты эксперименту на изучение физических свойств, таких как прочность на разламывание. Таким образом, использование бегункового смесителя с высокой эффективностью замешивания не привело в результате к значительному увеличению прочности.
Ссылочные обозначения
[0137]
1 Хранилище
2 Смеситель
3 Чашевый окомкователь
4 Брикетирующая машина
5 Сушилка
6 Печь с вращающимся подом
7 Горелка
8 Пылеуловитель
9 Вытяжной вентилятор
10 Теплообменник