СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКУСКОВАННОГО МАТЕРИАЛА
METHOD OF PRODUCING LUMPY MATERIAL

Область технического применения
Изобретение относится к способам получения окускованных материалов, которые применяют для получения металлического железа в восстановительных печах с подвижным подом, в частности относится к способам получения окускованных материалов с повышенной механической прочностью.
Уровень техники
Способ был разработан для производства железа, в котором металлическое железо получают восстановлением в твердом состоянии путем нагревания смеси материалов, содержащих материал, который содержит оксид железа (источник железа), такой как железная руда, и углеродсодержащего восстановителя, такого как уголь, в восстановительной печи с подвижным подом. Применяемую в способе смесь материалов прессуют в простую прессовку или окусковывают с получением прессовки в виде окатыша или брикета, и полученную прессовку загружают в восстановительную печь с подвижным подом. Для облегчения окускования влагу добавляют к смеси материалов. Однако прочность прессовки понижается с увеличением содержания влаги. Таким образом, стабильность восстановления при нагреве ухудшается.
Кроме того, когда содержание влаги в прессовке является большим, скорость повышения температуры прессовки в восстановительной печи с подвижным подом снижается, что снижает скорость восстановления оксида железа. Поэтому прессовку, полученную с использованием влаги, предварительно высушивают в окускованный материал до загрузки в восстановительную печь с подвижным подом.
Кроме того, чтобы улучшить транспортируемость прочность окускованного материала повышают при помощи смешивания с различными связующими, такими как гашеная известь, бентонит, а также углеводами, со смесями вышеуказанного (см. в формуле изобретения в публикации нерассмотренной заявки на патент в Японии № 11-193423). Так как прочность окускованного материала повышается в некоторой пропорции к количеству связующего, то большое количество связующего применяют, для того чтобы повысить прочность окускованного материала. Однако использование большого количества связующего вызывает повышение затрат на сырье. Следовательно, требуется, чтобы содержание связующего уменьшали как можно больше.
Более того, если содержание влаги, когда формируют смесь материалов, является постоянным, то относительное содержание влаги уменьшается с повышением содержания связующего. Это вызывает ухудшение формуемости. Поэтому содержание влаги требуется повышать соответственно содержанию связующего. Однако это продлевает время высушивания. Таким образом, производительность снижается.
Настоящее изобретение было создано исходя из приведенных обстоятельств, и целью настоящего изобретения является предложить способ получения окускованного материала, который применяют для получения металлического железа путем термического восстановления в восстановительной печи с подвижным подом, при этом окускованный материал может иметь высокую механическую прочность без повышений содержания связующего и содержания влаги в смеси материалов.
В способе согласно настоящему изобретению окускованный материал использовали для получения металлического железа, причем упомянутое металлическое железо получают путем загрузки и нагревания окускованного материала в восстановительной печи с подвижным подом для восстановления оксида железа, содержащегося в окускованном материале с помощью углеродсодержащего восстановителя, при этом окускованный материал получают окускованием смеси материалов, содержащей упомянутый материал, который содержит оксид железа, упомянутый углеродсодержащий восстановитель, связующее и влагу; высушивания смеси материалов; при этом углевод применяют в качестве связующего и смесь материалов до окускования выдерживают.
Согласно настоящему изобретению прочность окускованного материала может быть повышена выбором вида связующего, которое смешивают со смесью материалов, и подверганием смеси материалов простой операции, т.е. оставлению смеси материалов для выдерживания до окускования.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой график, показывающий зависимость между временем выдерживания и прочностью на сброс.
Фиг.2 представляет собой график, показывающий зависимость между временем выдерживания и прочностью на раздавливание.
Вариант воплощения изобретения
Авторы настоящего изобретения исследовали многие виды связующих и их количество для смешивания, содержание влаги для получения связующего материала, имеющего высокую прочность. В результате, авторы изобретения обнаружили, что прочность окускованного материала может быть значительно повышена с помощью использования углевода в качестве связующего, которое смешивают со смесью материалов; оставления смеси материала для выдерживания до окускования; и затем высушивания смеси материала. Таким образом, было создано настоящее изобретение. Далее изобретение будет описано подробно.
В способе согласно настоящему изобретению углевод применяют в качестве связующего. Так как шлак плохо формируется, даже если углевод нагревают, то прочность окускованного материала при использовании углевода может быть повышена без повышения образования шлака.
2
Углевод представляет собой соединение, имеющее элементное соотношение элементов, представленное формулой Cm(HO)n. Примеры углевода включают моносахариды, такие как глюкозу, фруктозу, маннозу, галактозу, тагатозу, ксилозу, арабинозу, рибулозу, ксилулозу, ликсозу, рибозу, а также дезоксирибозу; дисахариды, такие как сахарозу, мальтозу, целлобиозу, гентиобиозу, мелибиозу, лактозу, туранозу, софорозу, трегалозу, изотрегалозу и изосахарозу; полисахариды, такие как целлюлозу, крахмал (амилозу и милопектин), гликоген, carronin, ламинаран, декстран, инулин, леван, маннан, ксилан и гуммиарабик. Среди этих углеводов, в частности, полисахариды имеют сильную силу сцепления при небольшом количестве; отсюда полисахариды являются предпочтительными. Среди полисахаридов наиболее предпочтительным является крахмал. Может быть использован любой крахмал. Примеры крахмала включают пшеничную муку, картофельный крахмал, крахмал батата, кукурузный крахмал, а также тапиоковую муку.
Доля связующего в смеси компонентов составляет предпочтительно 0,5 процента по массе или более от смеси материалов. Когда доля связующего в смеси компонентов составляет менее 0,5 процента по массе, прочность окускованного материала не может быть значительно повышена. Доля в смеси компонентов более предпочтительно составляет 0,7 процента по массе или более. Более высокая доля в смеси компонентов является предпочтительной, но чрезмерная доля в смеси компонентов увеличивает производственные расходы, как описано выше. Более того, требуется увеличение содержания влаги, что вызывает снижение производительности из-за увеличения времени высушивания. Следовательно, доля связующего в смеси компонентов составляет предпочтительно примерно 1,5 процента по массе или менее, и более предпочтительно - 1,2 процента по массе или менее.
Смесь материалов содержит, в дополнение к связующему, материал, который содержит оксид железа, углеродсодержащий восстановитель, а также влагу.
Может быть использован любой материал, который содержит оксид железа, если материал содержит оксид железа. Поэтому может быть использована не только железная руда, которая наиболее широко применяется, но, например, также пыль, в виде побочного продукта, и вторичная окалина, получаемая на металлургическом заводе.
Может быть использован любой углеродсодержащий восстановитель, если он может проявлять восстановительную активность. Примеры углеродсодержащего реагента включают угольную пыль, которая обработана только измельчением в порошок и просеиванием после добычи угля; измельченный в порошок кокс после термической обработки, такой как сухая перегонка; нефтяной кокс; отходы обработки пластиков. Таким образом, любой углеродсодержащий восстановитель может быть использован независимо от его типа. Также может быть использована, например, колошниковая пыль, извлекаемая как побочный продукт, содержащая углеродсодержащий материал.
Содержание углерода в углеродсодержащем восстановителе составляет, но не ограничивается, предпочтительно 70 процентов по массе или более, более предпочтительно - 80 процентов по массе или более.
Доля углеродсодержащего восстановителя в смеси материалов предпочтительно может быть равной или выше, чем теоретическая эквивалентная масса, необходимая для восстановления оксида железа, но не ограниченная этим.
Содержание влаги, смешиваемой со смесью материалов, может определяться тем, что смесь материалов возможно окусковывать. Например, содержание влаги составляет примерно от 2 до 15 процентов по массе.
Смесь материалов может в качестве вспомогательного сырьевого материала дополнительно содержать доломитовый порошок, порошкообразный флюорит, порошкообразную магнезию, кварцевый порошок, порошкообразный известняк.
Как описано выше, прочность получающегося окускованного материала может быть повышена до определенной степени при помощи смешивания углевода, в качестве связующего, со смесью материала, но этого не достаточно. Поэтому, в способе согласно настоящему изобретению смесь материалов, содержащую углевод в качестве связующего, до окускования оставляют с целью выдерживания. То есть, в обычном способе окускованный материал получают окускованием смеси материалов сразу после смешивания каждого материала и ее высушивания. В способе согласно настоящему изобретению смесь материалов до окускования выдерживают, что является характерным признаком настоящего изобретения. Прочность окускованного материала улучшают при помощи оставления смеси материалов выдерживаться и затем окускования и высушивания смеси материалов. Причины этого являются неясными. Однако, как показано ниже с помощью примеров, прочность окускованного материала является определенно повышенной за счет оставления смеси материалов выдерживаться до окускования.
Время оставления смеси материала выдерживаться может составлять, но не ограничиваться, по меньшей мере, 0,5 ч. Если время короче, чем 0,5 ч, то повышение устойчивости, вызванное оставлением выдерживаться смеси материала, едва происходит. Следовательно, повышение производительности из-за времени, отводимого на выдерживание, является больше, чем повышение прочности, вызванное оставлением смеси материалов выдерживаться. Верхнее ограничение времени для выдерживания не является конкретно определенным, но производительность снижается с увеличением времени. Более того, должно быть обеспечено место для оставления выдерживающейся смеси материалов. Поэтому время для выдерживания предпочтительно составляет максимум примерно 4 часа с точки зрения реальной работы.
Когда материал оставляют выдерживаться, то предпочтительно при температуре, которая является комнатной температурой, но не ограничиваясь ею. Более высокая температура вызывает испарение влаги из смеси материалов, чтобы замедлить окускование смеси материалов после выдерживания.
Атмосфера, в которой оставляют смесь материалов для выдерживания, может быть, но не ограничивается, воздухом.
После оставления смеси материалов выдерживаться, ее окусковывают и высушивают. Термин окускование означает формирование смеси материалов в произвольной форме, такой как блок, зерно - примерно сферическое, брикет, таблетка, стержень, эллипс, а также овальные формы. Процесс окускования осуществляют, но не ограничиваются, гранулированием при перекатывании или формованием под давлением.
Размер окускованного материала предпочтительно составляет, но не ограничивается, примерно от 3 до 25 мм, как средняя крупность частиц, для того чтобы равномерно осуществлялось термическое восстановление.
Прессовку, приготовленную путем окускования, высушивают для получения окускованного материала. Окускованный материал после высушивания загружают на под восстановительной печи с подвижным подом и нагревают согласно обычным технологиям. Оксид железа в смеси материала восстанавливается углеродсодержащим восстановителем при нагревании смеси материала, и металлическое железо, полученное восстановлением, отделяют от шлака, полученного в качестве побочного продукта, что дает металлическое железо.
Настоящее изобретение далее будет дополнительно описано подробно со ссылкой на пример, но следует понимать, что пример не ограничивает изобретение. Напротив, любая модификация в пределах задачи, описанной выше или ниже, находится в объеме настоящего изобретения.
Пример
Смесь материалов, которая состояла из 62,0 процентов по массе порошкообразной железной руды - в качестве материала, содержащего оксид железа, 14,6 процентов по массе угольного порошка - в качестве углеродсодержащего восстановителя, 1 процента по массе пшеничной муки - в качестве связующего, 14,3 процента по массе влаги, а также одного или более вспомогательного материала - как остального, выдерживали при комнатной температуре в течение периода времени, показанного ниже в таблице. Смесь материалов была окускована и высушена. Окускованный материал был почти сферическим. Размер частиц колебался от 16 мм до 19 мм, и средняя крупность частиц составляла 17,5 мм.
Для того чтобы оценить механическую прочность получающегося окускованного материала, были измерены предел прочности на сброс и предел прочности на раздавливание.
Предел прочности на сброс определяли измерением числа раз (ударов), до тех пор пока материал не разрушался, когда подвергался сбросам со свободным падением на стальную пластину с высоты 45 см. Десять образцов окускованного материала измеряли на прочность на сброс и среднее число раз, рассчитанное из результатов для десяти образцов, использовали как предел прочности на сброс. Таблица показывает результаты. Фиг.1 представляет собой график, показывающий соотношение между временем выдерживания и прочностью на сброс. В этом описании термин "разрушенный" означает состояние, при котором отделились обломки материала, имеющие размеры примерно в одну четверть или более от площади поверхности частицы материала.
Предел прочности на раздавливание определяли измерением нагрузки (фунт), когда окускованный материал разрушался, с применением анализатора прочности на раздавливание. За раз один материал подвергали измерению и использовали среднюю нагрузку, рассчитанную из результатов для десяти образцов материала как предел прочности на раздавливание. Таблица показывает результаты. Фиг.2 представляет собой график, показывающий соотношение между временем выдерживания и прочностью на раздавливание.
№
Время выдерживания (час)
Предел прочности на сброс (число раз)
Предел прочности на раздавливание (фунт)
1
0
15,4
3,25
2
0,5
16,1
3,37
3
2
18,2
3,75
4
4
19,8
4,6
Обращаясь к таблице 1 и фиг.1 и 2, очевидно, что прочность на сброс и прочность на раздавливание улучшились с увеличением времени выдерживания.