СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЗИРОВАННОГО ПРОДУКТА
PROCEDURE FOR FABRICATION OF METALLISED PRODUCT

Изобретение относится к технологии восстановления металла посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель, и может быть использовано в производстве металлизированного продукта, например железа, в печи с подвижным подом.
В технологии прямого восстановления металла из железо-углеродсодержащего материала важное значение имеет выбор углеродистого восстановителя. Восстановитель должен обеспечивать эффективное взаимодействие с оксидом металла в течение всего времени обработки и по всему объему загруженного на под печи материала. В то же время углеродистый материал должен быть недефицитным и недорогим. Предпочтительно применение технологий подготовки сырьевых материалов к использованию в процессе прямого восстановления, не требующих значительных энергетических затрат и специального дорогостоящего оборудования.
Известен «Способ производства гранул железа» (патент РФ №2254376, С21В 13/00, 2003 г., [1], включающий нагрев сырьевого материала, содержащего углеродистый восстанавливающий агент и материал, содержащий оксид железа, до восстановления оксида железа, в котором используют углеродистый восстанавливающий агент с высокой степенью содержания связанного углерода, равной, по меньшей мере, 73%.
Нагреваемый материал может быть представлен порошкообразной гомогенной смесью или в форме прессованных порошковых заготовок - брикеты, таблетки. Углеродистый восстанавливающий агент может быть представлен коксом или углем.
При использовании загружаемого в печь материала в виде порошкообразной смеси значительны непроизводительные потери материалов в процессе, а в случае использования прессованных порошковых заготовок потребуются значительные энергетические затраты и специальное оборудование для изготовления прессовок.
Известен способ частичного восстановления оксидов железа, включающий формирование и нагревание слоя реагентов на поде печи с вращающимся подом, в котором в качестве реагентов используют смесь мелкоизмельченной железной руды и измельченного углеродсодержащего материала и/или микроагломераты мелкоизмельченной железной руды и измельченного углеродсодержащего материала, причем в качестве углеродсодержащего материала используют каменный уголь, который предварительно измельчают в порошок (патент РФ №2167943, С21В 13/08 2001 г., [2]).
По технической сущности, наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.
Основные недостатки известного решения: измельчение каменного угля в порошок требует значительных энергетических затрат и специального оборудования, при использовании материала в виде микроагломератов неизбежны его значительные потери при различных технологических операциях, затруднена разгрузка обработанного материала с пода печи.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение технико-экономических показателей процесса восстановления металла из оксида в печи с подвижным подом.
Техническими результатами являются снижение энергетических и материальных затрат на подготовку материала и на процесс восстановления.
Технические результаты достигаются тем, что в способе получения металлизированного продукта, включающем дозированное смешение железорудного концентрата с углеродистым восстановителем, в виде угля, и связующим, агломерацию материала, термообработку агломератов, подачу железо-углеродсодержащих агломератов в печь с вращающимся подом, нагревание агломератов и металлизацию, на смешение подают дробленый бурый уголь фракций не более 3 мм, термообработку железо-углеродсодержащих агломератов производят в восходящем и нисходящем потоках воздуха, который подают из теплообменника охлаждения отходящих газов печи с вращающимся подом, а нагревание агломератов осуществляют подачей в печь газообразного топлива, полученного в угольном газификаторе.
При этом на смешение в качестве связующего может быть подан бентонит, в угольный газификатор - дробленый уголь фракций 13-50 мм, на вращающийся под печи подают агломераты размером 10-25 мм, а температуру газов, подаваемых на термообработку агломератов, предпочтительно поддерживают 350-400°С.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.
Предлагаемое решение и решение по ближайшему аналогу характеризуются сходными признаками:
- дозированное смешение железорудного концентрата с углеродистым восстановителем, в виде угля, и связующим;
- агломерация материала;
- термообработка агломератов;
- подача железо-углеродсодержащих агломератов на вращающийся под печи;
- нагревание агломератов;
- металлизация.
Предлагаемое устройство также характеризуется признаками, отличными от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу:
- на смешение подают дробленый бурый уголь фракций не более 3 мм;
- термообработку железо-углеродсодержащих агломератов производят в восходящем и нисходящем потоках нагретого воздуха;
- нагретый воздух на термообработку сырых железо-углеродсодержащих агломератов подают из теплообменника охлаждения отходящих газов печи с вращающимся подом;
- нагревание агломератов осуществляют подачей в печь газообразного топлива, полученного в угольном газификаторе.
Кроме того, на смешение в качестве связующего может быть подан бентонит, в угольный газификатор - дробленый уголь фракций 13-50 мм, на вращающийся под печи - агломераты размером 10-25 мм, а температуру газов, подаваемых на термообработку агломератов, предпочтительно поддерживают 350-400°С.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности изобретения «новизна».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем. Для достижения высоких технико-экономических показателей процесса восстановления металла из оксида углеродистый материал должен быть недефицитным и недорогим. В предлагаемом решении в качестве углеродистого восстановителя используют дробленый бурый уголь фракций не более 3 мм, который получают при дроблении исходного сырья.
Применение угля целесообразно как экономически - более дешевый углеродсодержащий материал, не требующий особой подготовки к использованию, так и в технологическом аспекте. Уголь представляет собой природный сконцентрированный (уплотненный) углеродистый материал, из которого в ходе реакции восстановления происходит постепенный расход углерода. При этом взаимодействие углерода с оксидом металла при нагревании железо-углеродсодержащих агломератов происходит по всей границам соприкосновения взаимодействующих материалов и по объему агломерата. Использование в предлагаемой технологии дробленого бурого угля фракций не более 3 мм обусловлено, с одной стороны, минимизацией затрат на подготовку материала к использованию в процессе - необходимый компонент получают в результате дробления исходного угольного сырья (при необходимости с возвратом на стадию дробления получаемого восстановителя для доведения его до требуемой крупности). С другой стороны, подача на смешение дробленого бурого угля фракций не более 3 мм и формирование агломератов с использованием такого углеродистого восстановителя обеспечивает необходимые прочностные характеристики агломератов и обеспечивает эффективное взаимодействие с оксидом металла в течение всего времени обработки и по всему объему загруженного материала. При этом для подготовки необходимого углеродистого восстановителя требуется дробильное и ситовое оборудование и незначительные энергетические затраты.
Термообработку железо-углеродсодержащих агломератов перед загрузкой в печь производят в восходящем и нисходящем потоках воздуха, который подают из теплообменника охлаждения отходящих газов печи с вращающимся подом, что повышает эффективность и производительность сушки слоев агломератов. Поддержание температуры газов, подаваемых на термообработку агломератов, предпочтительно 350-400°С обеспечивает удаление из материала влаги, в том числе и гидратной, что гарантирует безопасность ведения процесса, обеспечивает необходимую прочность агломератов и их предварительный подогрев перед подачей в печь, что позволяет снизить потери (возврат) агломерата и энергетические затраты.
Эффективность предлагаемой технологии повышается и за счет возврата в процесс тепловой энергии, так как нагретый воздух на термообработку полученных из шихтовой смеси железо-углеродсодержащих агломератов подают из теплообменника охлаждения отходящих газов печи с вращающимся подом. Такой возврат части тепловой энергии процесса позволяет снизить затраты на подготовку материалов к использованию, охладить газовый поток, идущий на дымовую трубу, повысить срок службы газоочистного оборудования.
В предлагаемом способе нагревание материала осуществляют подачей в печь газообразного топлива, полученного в угольном газификаторе. В данном случае используется для обеспечения процесса восстановления не готовое газовое, не жидкое топливо и не угольный порошок, а углеродистый газ, получаемый при сжигании дробленого угля в угольном газификаторе. Причем приготовление газовой смеси необходимого для технологического процесса состава - «смешанного» газа производится в газификаторе путем подачи в него дробленого угля и воды в определенных соотношениях. Полученный таким образом «смешанный» газ через форсунки поступает в печь. Предпочтительно в газификатор подается дробленый уголь фракций 13-50 мм.
Использование дробленого бурого угля в качестве источника для приготовления теплоносителя значительно упрощает технологическую схему процесса, так как и для приготовления теплоносителя и в качестве углеродистого восстановителя в предлагаемой технологии используют дробленый бурый уголь различных фракций. Таким образом, производится практически полная переработка входящего угольного сырья путем его дробления и направлением разных фракций в различные переделы технологической линии. Снижается себестоимость производимой продукции, повышаются технико-экономические показатели процесса.
Предпочтительное использование в технологии агломератов размером 10-25 мм связано с выбором технологического оборудования для агломерации сырьевых материалов, возможностью эффективной с малыми энергетическими затратами термообработки агломерата, с технологическими возможностями и потребностями предлагаемой технологии.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с другими известными решениями выявил следующее.
2
2
Известно использование в составе шихты измельченных углеродсодержащих материалов в виде различных видов угля (с частицами до 200 меш - 75 мкм) и содержащего оксид металла материала, измельченного до тонкости по Blaine около 1500 см/г, смешивание материалов, прессование под давлением не менее 2 т/см, нагрев прессовки в печи для высокотемпературного восстановления металла («Способ получения восстановленного металла и прессовка, содержащая углеродсодержащий материал», патент РФ №2303071, С21В 13/08, 2007 г., [3]).
В предлагаемом решении, в отличие от известного, в составе шихты используют дробленый бурый уголь фракции не более 3 мм, что потребует меньших энергетических затрат и менее дорогостоящего и более простого в эксплуатации оборудования и в то же время использовать в производстве практически все фракции поступающего и дробленого угля до 3 мм.
Известно использование в качестве топлива для горелок печи пылевидного угля, сжигаемого с воздухом или с воздухом, обогащенным кислородом (патент РФ №2233889, С21В 13/10, 2004 г., [4]).
В предлагаемом решении, в отличие от известного, в качестве топлива для горелок печи используют газообразное топливо, полученное в угольном газификаторе с использованием дробленого угля, предпочтительно фракций 13-50 мм.
Известно использование тепла отходящего газа для предварительного нагрева воздуха, используемого для сжигания топлива и/или для сушки исходных материалов (патент РФ №2293121, С21В 13/14, 2007 г., [5]).
Известна организация рециклинга отходящего газа печи с получением тепла для сопутствующих технологических процессов (Патент РФ №2271396, С21В 13/14, 2006 г., [6]).
В предлагаемом техническом решении термообработку железо-углеродсодержащих агломератов производят в восходящем и нисходящем потоках нагретого воздуха, который подают из теплообменника охлаждения отходящих газов печи с вращающимся подом.
В результате сравнительного анализа предлагаемого технического решения с другими известными решениями в данной области не выявлено технических решений, характеризующихся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью признаков, использование которой позволяет достигать аналогичные технические и технико-экономические результаты.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Предлагаемый способ получения металлизированного продукта в печи с вращающимся подом посредством нагрева слоя материала, содержащего оксид металла и углеродистый восстановитель, осуществляется следующим образом.
Исходный углеродистый материал в виде бурого угля подают со склада на участок дробления, где производится дробление угля и разделение его с использованием вибросита на фракции. Фракция менее 3 мм подается в бункер смесителя, фракции 13-50 мм подаются в бункера угольных газификаторов, а фракции от 3 мм до 13 мм подаются на дополнительное измельчение до менее 3 мм, а затем в бункер смесителя.
Исходное железосодержащее сырье в виде железорудного концентрата (фракцией от +0,2 до -0,074 мм) подают со склада в бункер смесителя. С использованием автоматических весовых дозаторов из бункеров сырьевые материалы, связующее - бентонит, при необходимости дополнительные шихтовые материалы и вода подаются в роторный смеситель. Из роторного смесителя полученную массу подают в тарельчатый окомкователь, где производится формирование агломератов в виде шаров с размерами 10-25 мм. Полученные сырые рудоугольные агломераты подвергают грохочению на роликовом грохоте. Агломераты менее 9,5 мм возвращают на переработку, а остальные направляют на колосниковую решетку сушильной камеры и размещают на ней слоем 50-70 мм. Сушка агломератов производится горячим воздухом, который подают с помощью вентилятора из теплообменника охлаждения отходящих газов печи. Температуру отходящих газов поддерживают 350-400°С. По мере продвижения в сушильной камере агломераты проходят две разделенные зоны сушки: в восходящем потоке газа и в нисходящем потоке нагретого воздуха. Отработанный воздух из сушильной камеры подают в систему газоочистки для обеспыливания и выброса в атмосферу. Сухие агломераты из сушильной камеры подают в бункер загрузочного устройства печи, откуда производится их загрузка на вращающийся под печи. Нагрев материала в печи осуществляют подачей через форсунки в печь газообразного топлива, которое получают в угольных газификаторах путем переработки угля фракций 13-50 мм с добавлением воды. К форсункам также подают теплый воздух (≈280°С) из теплообменника охлаждения отходящих газов печи. Процесс металлизации агломератов проводят в печи с вращающимся подом со скоростью 1,7 м/мин при температуре 1450°С. Отходящие газы технологического процесса подают в теплообменник, затем очищают и выбрасывают в атмосферу. Готовый продукт в виде восстановленного металла и шлак выгружают из печи с помощью устройства для выгрузки в виде водоохлаждаемого шнека, охлаждают водой и направляют в барабанный грохот, а затем в магнитный сепаратор. Готовый продукт отправляют в склад для упаковки и дальнейшей транспортировки, шлак - на площадку складирования.
Реализация предлагаемого способ получения металлизированного продукта, например, в печи с вращающимся подом позволяет расширить технологические возможности процесса, повысить технико-экономические показатели технологии прямого восстановления металла из железо-углеродсодержащего материала.
ИНФОРМАЦИЯ
1. Патент РФ №2254376, С21В 13/00, 2003 г.
2. Патент РФ №2167943, С21В 13/08, 2001 г.
3. Патент РФ №2303071, С21В 13/08, 2001 г.
4. Патент РФ №2233889, С21В 13/10, 2004 г.
5. Патент РФ №2293121, С21В 13/14, 2007 г.
6. Патент РФ №2271396, С21В 13/14, 2006 г.