СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОССТАНОВЛЕННОГО ЖЕЛЕЗА
REDUCED IRON OBTAINING METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу получения восстановленного железа нагреванием, содержащего оксид железа материала, такого как железная руда и пылевидные отходы сталеплавильного завода, и агломератов, включающих углеродсодержащий восстановитель, такой как углеродный материал.
Уровень техники
В случае получения восстановленного железа восстановлением оксида железа, содержащегося в железной руде, привлекал внимание способ получения восстановленного железа с использованием относительно легкодоступного угля, который служит в качестве углеродсодержащего восстановителя, для восстановления железной руды. В способе получения восстановленного железа агломераты, которые включают содержащий оксид железа материал, углеродсодержащий восстановитель и добавку для регулирования температуры плавления, загружают в нагревательную печь типа печи с подвижным подом, такую как печь с вращающимся подом, и нагревают в печи с теплопередачей в газовом потоке и теплотой излучения с использованием нагревательной горелки в печи для восстановления оксида железа, с получением тем самым агломерата восстановленного железа. Способ получения восстановленного железа имеет следующие преимущества: в дополнение к угольной основе может быть непосредственно использована порошкообразная железная руда; оксид железа в железной руде может быть быстро восстановлен во время восстановления, поскольку железная руда и восстановитель тесно объединены друг с другом; не требуется крупногабаритная установка, такая как доменная печь; и не требуется кокс.
2
В качестве вышеуказанного способа получения восстановленного железа заявители предлагают способ, описанный в патентном документе (PTL) 1. Способ представляет собой технологию, в которой сырьевой материал, который включает содержащий оксид железа материал и углеродсодержащий восстановитель, нагревают для восстановления оксида металла в сырьевом материале, и в которой полученный металл дополнительно нагревают так, чтобы он расплавился, в то же время обеспечивая возможность отделения металла от шлакового компонента как побочного продукта и коалесценции побочного шлакового продукта, причем к сырьевому материалу примешивают добавку, стимулирующую коалесценцию побочного шлакового продукта. Примешивание добавки, стимулирующей коалесценцию побочного шлакового продукта, содействует отделению полученного расплавленного металла от побочного шлакового продукта, тем самым приводя к образованию высокочистого гранулированного металла, имеющего относительно крупные размеры и однородный диаметр частиц, с высокой производительностью при удовлетворительном выходе. Показано, что примешивают фторид кальция (СаF), служащий в качестве стимулирующей коалесценцию добавки для побочного шлакового продукта.
Список цитированной литературы
Патентная литература
Патентный документ (PTL) 1: публикация нерассмотренной японской патентной заявки №2003-73722
Сущность изобретения
Техническая проблема
Несмотря на то, что раскрытый в PTL 1 способ повышает производительность получения гранулированного металла, требуется дополнительное улучшение производительности.
Настоящее изобретение было выполнено с учетом вышеупомянутых обстоятельств. Цель настоящего изобретения состоит в создании способа получения восстановленного железа нагреванием агломератов, причем способ обеспечивает высокий выход восстановленного железа для улучшения производительности.
Разрешение проблемы
Способ получения восстановленного железа согласно настоящему изобретению, который разрешает вышеуказанные проблемы, включает стадию, в которой агломерируют смесь, которая включает содержащий оксид железа материал, углеродсодержащий восстановитель и добавку для регулирования температуры плавления; и стадию, в которой получают восстановленное железо нагреванием полученных агломератов, восстановлением и частичным расплавлением оксида железа в агломератах и обеспечивают возможность коалесценции железной составляющей, причем регулируют диаметр частиц мелкозернистого железа, образованного на стадии получения восстановленного железа, и примешивают мелкозернистое железо к смеси.
3
В качестве мелкозернистого железа, диаметр частиц которого был отрегулирован, предпочтительно используют, например, мелкозернистое железо, которое удовлетворяет такому требованию, что диаметр частиц составляет 3 мм или менее. Мелкозернистое железо может быть подвергнуто отсеиванию для регулирования диаметра частиц. Мелкозернистое железо может быть подвергнуто измельчению и затем отсеиванию для регулирования диаметра частиц. Мелкозернистое железо может быть подвергнуто измельчению для регулирования диаметра частиц. В качестве мелкозернистого железа может быть использовано, например, мелкозернистое железо, которое удовлетворяет таким требованиям, что общее содержание железа (общее Fe) составляет 50% по массе или более, и что удельный вес составляет 4 г/см или более. Когда массу иной смеси, нежели мелкозернистое железо, определяют как 100%, мелкозернистое железо предпочтительно примешивают к смеси в количестве 3% по массе или более.
Преимущественные эффекты изобретения
Согласно настоящему изобретению, мелкозернистое железо, которое образуется на стадии получения восстановленного железа и которое имеет отрегулированный диаметр частиц, примешивают к смеси, служащей в качестве сырьевого материала для агломератов, тем самым повышая насыпную плотность агломератов и увеличивая содержание железа в агломератах. Это улучшает выход восстановленного железа, образующегося при нагревании агломератов, тем самым повышая производительность.
Описание вариантов осуществления изобретения
Авторы настоящего изобретения провели обстоятельные исследования, чтобы увеличить выход восстановленного железа для повышения производительности, когда восстановленное железо получают способом, в котором агломерируют смесь, включающую содержащий оксид железа материал, углеродсодержащий восстановитель и добавку для регулирования температуры плавления, с образованием агломератов и нагревают полученные агломераты, и обнаружили следующее: в случае, где регулируют диаметр частиц мелкозернистого железа, сформированного на стадии получения восстановленного железа, и где мелкозернистое железо примешивают к смеси, агломераты имеют повышенную насыпную плотность и увеличенное содержание железа. Нагревание агломератов содействует коалесценции восстановленного железа с образованием крупнозернистого восстановленного железа. Этим улучшается выход восстановленного железа, повышая производительность. Обнаруженные факты привели к выполнению настоящего изобретения.
Будет описано примешивание мелкозернистого железа, которое характеризует настоящее изобретение.
В настоящем изобретении после регулирования диаметра частиц мелкозернистого железа, образованного на стадии получения восстановленного железа, мелкозернистое железо примешивают к смеси, преобразуемой в агломераты. Примешивание мелкозернистого железа повышает насыпную плотность агломератов, тем самым обеспечивая быстрое протекание реакции восстановления, стимулируя коалесценцию восстановленного железа и упрощая формирование крупнозернистого восстановленного железа. Кроме того, примешивание мелкозернистого железа позволяет повысить содержание железа в агломератах, увеличивая тем самым количество образованного восстановленного железа и упрощая формирование крупнозернистого восстановленного железа. Крупнозернистое восстановленное железо легко извлекается просеиванием или магнитной сепарацией, тем самым приводя к удовлетворительному выходу восстановленного железа и повышая производительность.
Когда восстановленное железо получают нагреванием агломератов, образуется мелкозернистое железо, имеющее диаметр частиц 5 мм или менее, причем мелкозернистое железо не использовалось в качестве продукта, в дополнение к крупнозернистому восстановленному железу, которое может быть использовано как продукт. До сих пор такое мелкозернистое железо выгружали, например, в брикетировочную установку и формовали в брикеты и полученные брикеты использовали в качестве источника железа подобно вышеупомянутому крупнозернистому восстановленному железу. Напротив, в настоящем изобретении мелкозернистое железо используется в качестве сырьевого материала для агломератов. Мелкозернистое железо уже было восстановлено и тем самым почти не влияет на продолжительность реакции восстановления железа, так что мелкозернистое железо содействует повышению размера восстановленного железа и улучшает выход восстановленного железа, тем самым повышая производительность.
Что касается мелкозернистого железа, то для примешивания к смеси требуется мелкозернистое железо, диаметр частиц которого был отрегулирован. Мелкозернистое железо может примешиваться к смеси во время того, как диаметр частиц регулируют до предварительно заданного диапазона. В альтернативном варианте мелкозернистое железо может быть примешано к смеси после того, как диаметр частиц был отрегулирован до предварительно заданного диапазона.
Примешиваемое к смеси мелкозернистое железо предпочтительно регулируют так, чтобы оно имело диаметр частиц 3 мм или менее. Частица железа, имеющая диаметр частицы свыше 3 мм, имеет высокое содержание железа и тем самым может рассматриваться как сырье. Таким образом, в случае получения восстановленного железа с использованием смеси, к которой примешаны такие частицы железа, имеющие крупный размер частиц, это ведет к потерям энергии. В случае, где к смеси примешивают частицы железа, имеющие диаметр частиц более 3 мм, может происходить разделение по крупности, приводя к неоднородным агломератам, сформированным при агломерировании. Напротив, в случае, где к смеси примешивают мелкозернистое железо, диаметр частиц которого был отрегулирован на 3 мм или менее, железная составляющая извлекается с образованием восстановленного железа. В качестве мелкозернистого железа более предпочтительно используют мелкозернистое железо, которое удовлетворяет такому требованию, что диаметр частиц составляет 1 мм или менее. Частицы с диаметром 1 мм или менее обеспечивают дополнительное повышение насыпной плотности агломератов, улучшая тем самым производительность получения восстановленного железа. Диаметр частиц более предпочтительно составляет 0,8 мм или менее, в особенности предпочтительно 0,5 мм или менее и наиболее предпочтительно 0,3 мм или менее. Нижний предел диаметра частиц не является конкретно ограниченным и не включает 0 мм.
Диаметр частиц мелкозернистого железа может быть отрегулирован измельчением мелкозернистого железа, образованного на стадии получения восстановленного железа, или может быть отрегулирован просеиванием мелкозернистого железа, сформированного на стадии получения восстановленного железа, и сбором только мелкозернистого железа, имеющего малый диаметр частиц. В альтернативном варианте диаметр частиц может быть отрегулирован измельчением мелкозернистого железа, образованного на стадии получения восстановленного железа, и затем выполнением отсеивания.
3
В качестве мелкозернистого железа, когда анализируют состав компонентов мелкозернистого железа, предпочтительно используют мелкозернистое железо, которое удовлетворяет таким требованиям, что общее содержание железа (общее Fe) составляет 50% по массе или более и что удельный вес составляет 4 г/см или более.
Общее содержание железа 50% по массе или более приводит к повышению содержания железа в агломератах, улучшая тем самым производительность получения восстановленного железа. Общее содержание железа более предпочтительно составляет 60% по массе или более.
3
3
Удельный вес 4 г/см или более приводит к повышению насыпной плотности агломератов, улучшая тем самым производительность получения восстановленного железа. Удельный вес более предпочтительно составляет 4,5 г/см или более.
Мелкозернистое железо предпочтительно примешивают в количестве 3% по массе или более, когда массу смеси, исключая мелкозернистое железо, определяют как 100%. Когда количество примешиваемого мелкозернистого железа составляет 3% по массе или более, существенно возрастает производительность получения восстановленного железа благодаря достаточному повышению насыпной плотности агломератов и достаточному увеличению содержания железа в агломератах. Количество примешиваемого мелкозернистого железа более предпочтительно составляет 5% по массе или более и еще более предпочтительно 10% по массе или более.
Выше было описано примешивание мелкозернистого железа, которое характеризует настоящее изобретение.
Ниже будет описан способ получения восстановленного железа согласно настоящему изобретению.
Способ получения восстановленного железа согласно настоящему изобретению включает:
стадию, в которой агломерируют смесь, которая включает содержащий оксид железа материал, углеродсодержащий восстановитель и добавку для регулирования температуры плавления (далее также называемую «стадией агломерирования»); и
стадию, в которой получают восстановленное железо нагреванием полученных агломератов, восстановлением и частичным расплавлением оксида железа в агломератах и обеспечивают возможность коалесценции железной составляющей (далее также называемую «стадией нагревания»),
причем регулируют диаметр частиц мелкозернистого железа, образованных на стадии получения восстановленного железа, и примешивают мелкозернистое железо к смеси, как было описано выше.
Стадия агломерирования
На стадии агломерирования смесь, которая включает содержащий оксид железа материал, углеродсодержащий восстановитель и добавку для регулирования температуры плавления, агломерируют для формирования агломератов.
Конкретные примеры содержащего оксид железа материала, который может быть использован в качестве содержащего оксид железа материала, включают железную руду, железистый песок, пылевидные отходы сталеплавильного производства, остатки, образованные при выплавке цветных металлов, и отходы, возникающие при производстве стали.
В качестве углеродсодержащего восстановителя могут быть применены, например, уголь и кокс.
Углеродсодержащий восстановитель может содержать углерод в количестве, необходимом для восстановления оксида железа в содержащем оксид железа материале. Более конкретно углеродсодержащий восстановитель может содержать углерод в количестве, которое является на величину от 0 до 5% по массе бóльшим или на величину от 0 до 5% по массе меньшим, чем количество углерода, необходимое для восстановления оксида железа в содержащем оксид железа материале. То есть углеродсодержащий восстановитель может содержать углерод в количестве, которое варьирует в диапазоне от -5 до +5% по массе относительно количества углерода, необходимого для восстановления оксида железа в содержащем оксид железа материале.
Добавка для регулирования температуры плавления имеет отношение к веществу, действие которого проявляется в снижении температуры плавления пустой породы в содержащем оксид железа материале, и температуры плавления золы в углеродсодержащем восстановителе. То есть примешивание добавки для регулирования температуры плавления к содержащему оксид железа материалу и углеродсодержащему восстановителю влияет на температуру плавления иного компонента (в частности, пустой породы), нежели оксид железа в агломератах, и, например, снижает температуру плавления. Это содействует расплавлению пустой породы, образуя расплавленный шлак.
2
3
2
2
В качестве добавки для регулирования температуры плавления может быть использован, например, по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из СаО-сырьевого материала, MgО-сырьевого материала, AlО-сырьевого материала, SiО-сырьевого материала и флюорита (CaF).
2)
3
3
2
3
2
3
2
3
2
2
В качестве СаО-сырьевого материала, например, может быть применен по меньшей мере один, выбранный из группы, состоящей из негашеной извести (СаО), гашеной извести (Са(ОН), известняка (СаСО) и доломита (СаMg(CO)). В качестве MgО-сырьевого материала, например, может быть использован по меньшей мере один, выбранный из группы, состоящей из доломита, порошкообразного MgО, Mg-содержащих веществ, извлеченных из природной руды, морской воды и так далее и MgСО. В качестве AlО-сырьевого материала, например, может быть применен по меньшей мере один, выбранный из группы, состоящей из порошкообразного AlО, боксита, бемита, гиббсита и диаспора. В качестве SiО-сырьевого материала, например, может быть использован порошкообразный SiО, кварцевый песок и так далее.
Что касается агломератов согласно настоящему изобретению, то к смеси, которая включает содержащий оксид железа материал, углеродсодержащий восстановитель и добавку для регулирования температуры плавления, должно быть примешано мелкозернистое железо, диаметр частиц которого был отрегулирован, как описано выше.
В настоящем изобретении связующий материал или тому подобный может быть дополнительно примешан в качестве иного компонента, нежели содержащий оксид железа материал, углеродсодержащий восстановитель, добавка для регулирования температуры плавления и мелкозернистое железо.
В качестве связующего материала, например, может быть применен полисахарид или тому подобный. Примеры полисахарида включают крахмал, такой как кукурузный крахмал или мука.
Каждый компонент из содержащего оксид железа материала, углеродсодержащего восстановителя и добавки для регулирования температуры плавления предпочтительно измельчают перед смешением. Измельчение предпочтительно выполняют таким образом, что, например, содержащий оксид железа материал имеет средний диаметр частиц от 10 до 60 мкм, углеродсодержащий восстановитель имеет средний диаметр частиц от 10 до 60 мкм и добавка для регулирования температуры плавления имеет средний диаметр частиц от 10 до 60 мкм. Диаметр частиц мелкозернистого железа может быть отрегулирован, например, на 3 мм или менее перед примешиванием, как было описано выше.
Средство измельчения не является конкретно ограниченным. Может быть применено известное измельчительное устройство. Например, могут быть использованы вибромельница, валковая дробилка, шаровая мельница или тому подобные.
Вышеупомянутые сырьевые материалы смешивают в смесителе типа вращающегося корпуса или смесителе со стационарным корпусом. Примеры смесителя типа вращающегося корпуса включают смесители типа вращающегося барабана, типа двойного конуса и V-типа. Примером смесителя со стационарным корпусом является смеситель, оснащенный вращающимися лопастями, такими как лопатки, в смесительной камере. Однако тип смесителя этим конкретно не ограничивается.
В качестве агломератора, предназначенного для агломерирования смеси, может быть применен, например, гранулятор с вращающимся диском (гранулятор тарельчатого типа), цилиндрический гранулятор (гранулятор в форме барабана), двухвалковая брикетировочная машина или тому подобные.
Форма агломератов не является конкретно ограниченной. Формование может быть выполнено гранулированием, брикетированием или экструзией.
Стадия нагревания
На стадии нагревания сформированные на стадии агломерирования агломераты нагревают, оксид железа в агломератах восстанавливается и частично расплавляется, и происходит коалесценция железной составляющей с образованием тем самым восстановленного железа.
Нагревание агломератов может быть выполнено, например, с использованием электрической печи или нагревательной печи типа печи с подвижным подом. Нагревательная печь типа печи с подвижным подом имеет отношение к нагревательной печи, в которой под является подвижным в печи, типа конвейерной ленты. Ее примеры включают печь с вращающимся подом и туннельную печь.
В печи с вращающимся подом под сформирован с таким внешним видом, что имеет круговую форму или форму бублика таким образом, что начальная точка и конечная точка пода расположены в одном и том же положении. Оксид железа в агломератах, загруженных на под, восстанавливается с образованием восстановленного железа, пока агломераты совершают круговое перемещение в печи. Таким образом, печь с вращающимся подом оборудована загрузочным устройством для подачи агломератов в печь на конце выше по потоку по направлению вращения и разгрузочным устройством на конце ниже по потоку по направлению вращения. То есть, поскольку печь с вращающимся подом имеет вращающуюся конструкцию, фактически конец ниже по потоку расположен непосредственно выше по потоку относительно загрузочного устройства. Туннельная печь имеет отношение к нагревательной печи, в которой под перемещается линейно в печи.
Агломераты предпочтительно восстанавливаются нагреванием при температуре от 1300 до 1500°С. При температуре нагревания ниже 1300°С может быть затруднительным расплавление восстановленного железа и шлака, не обеспечивая достижения высокой производительности. Таким образом, температура нагревания предпочтительно составляет 1300°С или выше и более предпочтительно 1400°С или выше. Температура нагревания выше 1500°С приводит к образованию высокотемпературных отходящих газов. Это требует крупногабаритного оборудования для обработки отходящих газов, увеличивая стоимость оборудования. Таким образом, температура нагревания предпочтительно составляет 1500°С или ниже и более предпочтительно 1480°С или ниже.
Перед загрузкой агломератов в электрическую печь или нагревательную печь типа печи с подвижным подом в печи предпочтительно размещают покровный материал пода для защиты пода.
Примеры покровного материала пода, который может быть применен, включают огнеупорные частицы жаростойкого керамического материала и тому подобные, в дополнение к материалам, приведенным в качестве примеров углеродсодержащего восстановителя.
Покровный материал пода предпочтительно имеет диаметр частиц 3 мм или менее таким образом, что агломераты и их расплав не проходят через них. Нижний предел диаметра частиц предпочтительно составляет 0,4 мм или более таким образом, чтобы покровный материал пода не выдувался газообразными продуктами горения от горелки.
Другие
Восстановленное железо, полученное на стадии нагревания, может быть извлечено выгрузкой восстановленного железа из печи, например, вместе с побочным шлаковым продуктом и размещенным при необходимости покровным материалом пода, и просеиванием полученной смеси, например, с использованием сита или магнитного сепаратора.
Эта заявка утверждает преимущество приоритета японской патентной заявки №2013-018890, поданной 1 февраля 2013 г. Тем самым японская патентная заявка №2013-018890 включена здесь ссылкой во всей своей полноте.
Теперь настоящее изобретение будет дополнительно описано подробно со ссылкой на примеры, но должно быть понятно, что примеры не предполагают ограничения настоящего изобретения. Любая модификация в диапазоне описанной выше или ниже цели находится в пределах технической области настоящего изобретения.
ПРИМЕРЫ
Предварительный эксперимент
Авторы настоящего изобретения выполнили описанные ниже предварительные эксперименты. Более конкретно сухие гранулы, которые не содержали мелкозернистое железо и которые включали содержащий оксид железа материал, углеродсодержащий восстановитель, добавку для регулирования температуры плавления и связующий материал, нагревали в нагревательной печи для получения восстановленного железа. В это время порошок, который не был извлечен в качестве продукта, отсеивали с помощью сита или же измельчали и затем отсеивали через сито. Порошок, прошедший через сито, был извлечен в качестве мелкозернистого железа. Извлеченное мелкозернистое железо повторно использовали в качестве сырьевого материала для сухих гранул и получили восстановленное железо. В это время рассчитали коэффициент извлечения восстановленного железа, выделенного в качестве продукта.
Предварительный эксперимент 1: пример отсеивания с помощью сита
Сухие гранулы, которые не содержали мелкозернистое железо и которые включали содержащий оксид железа материал, углеродсодержащий восстановитель, добавку для регулирования температуры плавления и связующий материал, загрузили в нагревательную печь и нагревали. Количество сухих гранул, загруженных в нагревательную печь, определяли как 100 частей по массе. После того, как полученная смесь, выгруженная из нагревательной печи, была подвергнута магнитной сепарации для удаления шлака, полученное железо отсеивали с использованием сита с отверстиями величиной 5 мм. Полученные остатки на сите, которые не прошли через сито, были выведены как восстановленное железо (продукт). В результате в качестве продукта извлекли 45,8 частей по массе восстановленного железа.
Порошок, который прошел через сито с отверстиями величиной 5 мм и который был подвергнут магнитной сепарации для удаления шлака, получили в количестве 4,2 части по массе. Измерили гранулометрический состав порошка, прошедшего через сито с отверстиями величиной 5 мм. Результаты перечислены в таблице 1. Для каждого диапазона диаметра частиц измерили содержание железа (общее Fe (% по массе)) в порошке. Результаты также перечислены в таблице 1. В таблице 1 значение «+4,75», указанное в колонке «Диаметр частиц», обозначает порошок, который не прошел через сито с отверстиями величиной 4,75 мм и остался на сите, когда выполняли просеивание с помощью сита. Кроме того, символ «-1,0» обозначает порошок, который прошел через сито с отверстиями величиной 1,0 мм, когда выполняли просеивание через сито.
Порошок, который прошел через сито с отверстиями величиной 5 мм, просеяли с использованием сита с отверстиями величиной 2,36 мм в качестве сепаратора. Результаты продемонстрировали, что полученные на сите остатки, которые не прошли через сито с отверстиями величиной 2,36 мм, были получены в количестве 1,2 части по массе, и что выделенный порошок, прошедший через сито, был получен в количестве 3,0 части по массе.
Измерили содержание железа (общее Fe (% по массе)) в остатках на сите, которые не прошли через сито с отверстиями величиной 2,36 мм, и нашли его составляющим 83% по массе. Результаты показали, что остатки на сите были пригодными в качестве сырья.
Предприняли попытку смешать порошок, прошедший через сито с отверстиями величиной 2,36 мм, в качестве мелкозернистого железа с сухими гранулами. Более конкретно совокупное количество содержащего оксид железа материала, углеродсодержащего восстановителя, добавки для регулирования температуры плавления и связующего материала определили как 100 частей по массе. К ним примешали мелкозернистое железо и затем получили сухие гранулы. Затем 103,0 части по массе сухих гранул загрузили в нагревательную печь и нагревали. Восстановленное железо в качестве продукта получили в количестве 47,9 частей по массе. Результаты продемонстрировали, что можно повысить производительность на 2,1 части по массе по сравнению с ситуацией, где мелкозернистое железо не примешивали.
Здесь, когда 100 частей по массе сухих гранул, не содержащих мелкозернистое железо, загружали в нагревательную печь, получили 45,8 частей по массе восстановленного железа. В этом случае коэффициент извлечения восстановленного железа составил 45,8%. Напротив, когда в нагревательную печь загружали 103,0 части по массе сухих гранул, содержащих мелкозернистое железо, получили 47,9 частей по массе восстановленного железа. В этом случае коэффициент извлечения восстановленного железа составлял 46,5%. Результаты продемонстрировали, что можно улучшить коэффициент извлечения продукта повторным использованием мелкозернистого железа, образованного на стадии получения восстановленного железа.
Предварительный эксперимент 2: пример отсеивания через сито после измельчения
Таким же путем, как в описанном выше предварительном эксперименте 1, 100 частей по массе сухих гранул, которые не содержали мелкозернистое железо и которые включали содержащий оксид железа материал, углеродсодержащий восстановитель, добавку для регулирования температуры плавления и связующий материал, загрузили в нагревательную печь и нагревали. В этом случае в качестве продукта выделили 45,8 частей по массе восстановленного железа.
Порошок, который прошел через сито с отверстиями величиной 5 мм и который был подвергнут магнитной сепарации для удаления шлака, получили в количестве 4,2 части по массе, что представляет собой то же значение, как в предварительном эксперименте 1. Результаты измерения гранулометрического состава порошка, прошедшего через сито с отверстиями величиной 5 мм, и содержания железа (общего Fe (% по массе)) в порошке для каждого диапазона диаметра частиц были такими же, как в предварительном эксперименте 1 (см. таблицу 1).
Порошок, который не прошел через сито с отверстиями величиной 5 мм, подали в измельчительное устройство и измельчили. Полученный измельченный порошок просеяли с использованием сита с отверстиями величиной 2,36 мм в качестве сепаратора. Результаты продемонстрировали, что полученные на сите остатки, которые не прошли через сито с отверстиями величиной 2,36 мм, были получены в количестве 1,1 части по массе, и что выделенный порошок, прошедший через сито, был получен в количестве 3,1 части по массе.
Измерили содержание железа (общее Fe (% по массе)) в остатках на сите, которые не прошли через сито с отверстиями величиной 2,36 мм, и нашли его составляющим 90% по массе. Результаты показали, что остатки на сите были пригодными в качестве сырья.
Предприняли попытку смешать порошок, прошедший через сито с отверстиями величиной 2,36 мм, в качестве мелкозернистого железа с сухими гранулами. Более конкретно совокупное количество содержащего оксид железа материала, углеродсодержащего восстановителя, добавки для регулирования температуры плавления и связующего материала определили как 100 частей по массе. К ним примешали мелкозернистое железо и затем получили сухие гранулы. Затем 103,1 части по массе сухих гранул загрузили в нагревательную печь и нагревали. Восстановленное железо в качестве продукта получили в количестве 47,9 частей по массе. Результаты продемонстрировали, что можно повысить производительность на 2,1 части по массе по сравнению с ситуацией, где мелкозернистое железо не примешивали.
Здесь, когда 100 частей по массе сухих гранул, не содержащих мелкозернистое железо, загружали в нагревательную печь, получили 45,8 частей по массе восстановленного железа. Таким образом, коэффициент извлечения восстановленного железа составил 45,8%. Напротив, когда в нагревательную печь загружали 103,1 части по массе сухих гранул, содержащих мелкозернистое железо, получили 47,9 частей по массе восстановленного железа. Таким образом, коэффициент извлечения восстановленного железа составлял 46,5%. Результаты продемонстрировали, что можно улучшить коэффициент извлечения продукта повторным использованием мелкозернистого железа, образованного на стадии получения восстановленного железа.
Сравнение между результатами предварительных экспериментов 1 и 2 продемонстрировало, что в предварительном эксперименте 2, в котором выше по потоку относительно сепаратора было предусмотрено измельчительное устройство, было получено более высокое содержание железа в остатках на сите, которые не прошли через сито с отверстиями величиной 2,36 мм.
Таблица 1
Мелкозернистое железо
Диаметр частиц (мм)
Распределение частиц по размеру(% по массе)
Общее Fe(% по массе)
+4,75
4,65
89,27
3,35-4,75
11,97
87,84
2,36-3,35
12,09
75,84
1,70-2,36
8,32
72,17
1,0-1,70
11,05
68,73
1,0
51,91
75,25
+2,36
28,71
82,99
-2,66
71,29
73,88
Всего
76,50
Экспериментальный пример 1
Смесь, которая включала содержащий оксид железа материал, углеродсодержащий восстановитель, добавку для регулирования температуры плавления и связующий материал, агломерировали для получения агломератов. В качестве содержащего оксид железа материала использовали железную руду, имеющую состав компонентов, перечисленный в описанной ниже таблице 2. В таблице 2 «Общее Fe» означает общее содержание железа. В качестве углеродсодержащего восстановителя использовали уголь, имеющий состав компонентов, перечисленный в описанной ниже таблице 3. В качестве добавки для регулирования температуры плавления применяли известняк, имеющий состав компонентов, перечисленный в описанной ниже таблице 4, доломит, имеющий состав компонентов, перечисленный в описанной ниже таблице 5, и флюорит, имеющий состав компонентов, перечисленный в описанной ниже таблице 6. В таблице 6 «Общий Са» означает общее содержание кальция.
В отношении № 1, указанного в описанной ниже таблице 10, содержащий оксид железа материал (железную руду), углеродсодержащий восстановитель (уголь), добавку для регулирования температуры плавления (известняк, доломит и флюорит) и муку в качестве связующего материала смешали друг с другом в смесевом соотношении, приведенном в описанной ниже таблице 7. К ним добавили надлежащее количество воды. Сырые гранулы, каждая из которых имела диаметр 19 мм, получили с использованием гранулятора типа шредерного измельчителя шин.
В отношении каждого из №№2-5, перечисленных в таблице 10, содержащий оксид железа материал (железную руду), углеродсодержащий восстановитель (уголь), добавку для регулирования температуры плавления (известняк, доломит и флюорит) и муку в качестве связующего материала смешали друг с другом в смесевом соотношении, приведенном в описанной ниже таблице 7. Количество полученной смеси определили как 100% по массе. К ним добавили мелкозернистое железо, указанное в таблице 10, и надлежащее количество воды. Сырые гранулы, каждая из которых имела диаметр 19 мм, получили с использованием гранулятора типа шредерного измельчителя шин.
Вышеуказанное мелкозернистое железо было следующим: полученное мелкозернистое железо (более конкретно мелкозернистое железо, сформированное на стадии получения восстановленного железа, причем неизмельченное мелкозернистое железо) просеяли с использованием сита с отверстиями величиной 2,36 мм. Собрали часть порошка, прошедшего через сито. Полученный прошедший через сито материал просеяли с использованием сита с отверстиями величиной 1,7 мм и сита с отверстиями величиной 1,0 мм и определили распределение частиц по размерам. Таблица 8 перечисляет гранулометрический состав. В таблице 8 значение «-1,0», приведенное в колонке «Диаметр частиц», означает порошок, который прошел через сито с отверстиями величиной 1,0 мм, когда выполняли просеивание с помощью сита.
3
Состав компонентов полученного мелкозернистого железа перечислен в описанной ниже таблице 9. В таблице 9 «Общее Fe» означает общее содержание железа, «Металлическое Fe» обозначает содержание металлического железа и «Общий С» означает общее содержание углерода. Полученное мелкозернистое железо имело удельный вес 4,7 г/см.
В отношении каждого из №№2-5, перечисленных в описанной ниже таблице 10, полученное мелкозернистое железо измельчили и смешали со смесью. Более конкретно в отношении каждого из №№2-4 мелкозернистое железо измельчили так, что оно имело частицы с диаметром 0,3 мм или менее, и затем использовали. В отношении указанного в таблице 10 № 5 мелкозернистое железо измельчили до состояния частиц, имеющих диаметр 1,0 мм или менее, и затем использовали.
В таблице 10 символ «-Х», приведенный в колонке «Диаметр частиц», означает порошок, который прошел через сито с отверстиями величиной «Х» мм, когда выполняли просеивание через сито.
Полученные сырые гранулы №№1-5 загрузили в сушилку и высушили с нагреванием при температуре 180°С в течение 1 ч для удаления поверхностной воды. Проанализировали состав компонентов полученных сухих гранул. Таблица 10 перечисляет значения «Общего Fe» (общего содержания железа). Таблица 10 также перечисляет величины насыпной плотности полученных сухих гранул.
Полученные сухие гранулы подали в нагревательную печь и нагревали при температуре 1450°С для восстановления расплавленного оксида железа в гранулах с получением тем самым восстановленного железа. В печь во время нагревания подавали поток газообразного азота, чтобы печь была наполнена азотной атмосферой.
Таблица 10 перечисляет время, необходимое для восстановительной плавки. Следует отметить, что в таблице 10 время выражено как «Продолжительность реакции».
После нагревания образцы, включающие восстановленное железо, выгрузили из печи и подвергли просеиванию. При просеивании использовали сито с отверстиями величиной 3,35 мм. Полученные остатки на сите извлекли в качестве продукта. Остатки на сите указаны в таблице 10 как «+3,35 мм».
Отношение массы остатков на сите к общей массе железа, загруженной в нагревательную печь, определяется как выход. Выход рассчитывают на основе следующей формулы (1). Таблица 10 перечисляет результаты расчета. Остатки на сите содержат С, Si, Mn и так далее в дополнение к Fe. Таким образом, выход может превышать 100%.
Выход (%) = (масса остатков на сите, когда выполняют просеивание с использованием сита с отверстиями величиной 3,35 мм/общая масса железа, загруженная в нагревательную печь) × 100.      (1)
Проанализировали состав компонентов полученного восстановленного железа. Содержание С указано в таблице 10.
Коэффициент производительности рассчитали по следующей формуле (2) на основе насыпной плотности сухих гранул, продолжительности реакции, выхода «+3,35 мм» и аналитических данных для сухих гранул (Общее Fe), перечисленных в таблице 10. Результаты расчета указаны в таблице 10. Следует отметить, что коэффициент производительности для № 1, приведенного в таблице 10, определяется как 1,00.
Коэффициент производительности = A×B×C×D,       (2)
где A-D являются следующими:
А = (насыпная плотность сухих гранул, к которым было добавлено мелкозернистое железо)/(насыпная плотность сухих гранул, к которым мелкозернистое железо не было добавлено);
В = (продолжительность реакции в примере, в котором мелкозернистое железо не было добавлено)/(продолжительность реакции в примере, в котором было добавлено мелкозернистое железо);
С = (выход «+3,35 мм» в примере, в котором было добавлено мелкозернистое железо)/(выход «+3,35 мм» в примере, в котором мелкозернистое железо не было добавлено);
D = (аналитическое значение «Общего Fe» в сухих гранулах в примере, в котором было добавлено мелкозернистое железо)/(аналитическое значение «Общего Fe» в сухих гранулах в примере, в котором мелкозернистое железо не было добавлено).
Нижеследующее обсуждение основывается на данных таблицы 10. Пример №1 представляет собой сравнительный пример, в котором мелкозернистое железо не было примешано и в котором не удовлетворяются требования, заданные в настоящем изобретении.
Примеры №№2-5 представляют собой примеры, в которых мелкозернистое железо, сформированное на стадии получения восстановленного железа, примешано после того, как отрегулирован диаметр частиц мелкозернистого железа, и в котором удовлетворяются заданные в настоящем изобретении требования. В каждом из №№2-5, в которых примешано мелкозернистое железо, имеющее отрегулированный диаметр частиц, получен высокий коэффициент производительности по сравнению с №1, в котором мелкозернистое железо не примешано. Результаты демонстрируют, что производительность улучшена.
Каждый из №№2-4 представляет собой пример, в котором используют мелкозернистое железо, имеющее диаметр частиц 0,3 мм или менее. Сравнения этих результатов демонстрируют, что при одинаковом диаметре частиц более высокое смесевое соотношение мелкозернистого железа приводит к повышению насыпной плотности сухих гранул и к увеличению общего содержания железа (общего Fe) в сухих гранулах, и что повышается производительность. Примеры №№4 и 5 представляют собой примеры, в которых количество примешанного мелкозернистого железа зафиксировано на уровне 12%. Сравнения этих результатов демонстрируют, что меньший диаметр частиц примешанного мелкозернистого железа обусловливает улучшение производительности.
Таблица 2
Состав компонентов железной руды (% по массе)
Общее Fe
FeO
SiO<sub>2</sub>
CaО
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MgO
S
64,76
0,87
5,71
0,04
0,29
0,04
0,006
Таблица 3
Состав компонентов угля (% по массе)
Связанный углерод
Летучий компонент
Зола
Всего
77,51
15,77
6,72
100
Таблица 4
Состав компонентов известняка (% по массе)
SiO<sub>2</sub>
CaО
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MgO
S
0,16
54,32
0,2
0,15
0,002
Таблица 5
Состав компонентов доломита (% по массе)
SiO<sub>2</sub>
CaО
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MgO
S
0,87
29,72
0,25
20,92
0,013
Таблица 6
Состав компонентов флюорита (% по массе)
SiO<sub>2</sub>
Общий Са
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MgO
F
1,12
49,98
0,36
0,02
47,29
Таблица 7
Смесевое соотношение (% по массе)
Железная руда
Уголь
Известняк
Доломит
Флюорит
Связующий материал
Всего
69,61
16,8
8,54
2,85
0,8
1,4
100
Таблица 8
Распределение частиц по размерам перед измельчением
Диаметр частиц (мм)
% по массе
1,7-2,36
11,4
1,0-1,7
19,8
-1,0
68,8
Всего
100
Таблица 9
Состав компонентов мелкозернистого железа (% по массе)
Общее F
FeO
Металлическое Fe
Общий С
SiO<sub>2</sub>
CaO
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MgO
F
69,72
0,98
68,74
2,85
10,36
11,81
2,07
1,67
0,66
Таблица 10
№
1
2
3
4
5
Количество примешанного мелкозернистого железа (% по массе)
0
3
6
12
12
Диаметр частиц мелкозернистого железа (мм)
-
-0,3
-0,3
-0,3
-1,0
Аналитическое значение сухих гранул: общее Fe (% по массе)
42,25
45,79
46,53
47,52
47,68
Насыпная плотность сухих гранул (г/см<sup>3</sup>)
2,138
2,176
2,211
2,279
2,251
Продолжительность реакции (мин)
10,00
10,05
9,60
9,93
10,52
Восстановленное железо: выход «+3,35 мм» (%)
83,05
84,13
83,70
87,34
83,39
Аналитическое значение восстановленного железа: С (% по массе)
3,75
3,51
3,56
3,51
3,64
Коэффициент производительности (-)
1,00
1,04
1,12
1,19
1,06
Экспериментальный пример 2
Смесь, которая включала содержащий оксид железа материал, углеродсодержащий восстановитель, добавку для регулирования температуры плавления и связующий материал, агломерировали для получения агломератов. В качестве содержащего оксид железа материала использовали железную руду, имеющую состав компонентов, перечисленный в описанной ниже таблице 11. В таблице 11 «Общее Fe» означает общее содержание железа. В качестве углеродсодержащего восстановителя использовали уголь, имеющий состав компонентов, перечисленный в описанной ниже таблице 12. В качестве добавки для регулирования температуры плавления применяли известняк, имеющий состав компонентов, перечисленный в описанной ниже таблице 13, доломит, имеющий состав компонентов, перечисленный в описанной ниже таблице 14, и флюорит, имеющий состав компонентов, перечисленный в описанной ниже таблице 15. В таблице 15 «Общий Са» означает общее содержание кальция.
В отношении №11, указанного в описанной ниже таблице 19, содержащий оксид железа материал (железную руду), углеродсодержащий восстановитель (уголь), добавку для регулирования температуры плавления (известняк, доломит и флюорит) и муку в качестве связующего материала смешали друг с другом в смесевом соотношении, приведенном в описанной ниже таблице 16. К ним добавили надлежащее количество воды. Сырые гранулы, каждая из которых имела диаметр 19 мм, получили с использованием гранулятора типа измельчителя шин.
В отношении каждого из №№12-15, перечисленных в таблице 19, содержащий оксид железа материал (железную руду), углеродсодержащий восстановитель (уголь), добавку для регулирования температуры плавления (известняк, доломит и флюорит) и муку в качестве связующего материала смешали друг с другом в смесевом соотношении, приведенном в описанной ниже таблице 16. Количество полученной смеси определили как 100% по массе. К ним добавили мелкозернистое железо, указанное в таблице 19, и надлежащее количество воды. Сырые гранулы, каждая из которых имела диаметр 19 мм, получили с использованием гранулятора типа измельчителя шин.
Примешанное к смеси мелкозернистое железо было следующим: мелкозернистое железо, полученное для примешивания к смеси (более конкретно мелкозернистое железо, сформированное на стадии получения восстановленного железа, причем неизмельченное мелкозернистое железо) просеяли с использованием сита с отверстиями величиной 2,36 мм. Собрали часть порошка, прошедшего через сито. Полученный прошедший через сито материал просеяли с использованием сита с отверстиями величиной 1,7 мм и сита с отверстиями величиной 1,0 мм и определили распределение частиц по размерам. Таблица 17 перечисляет гранулометрический состав. В таблице 17 значение «-1,0», приведенное в колонке «Диаметр частиц», означает порошок, который прошел через сито с отверстиями величиной 1,0 мм, когда выполняли просеивание с помощью сита.
3
Состав компонентов полученного мелкозернистого железа перечислен в описанной ниже таблице 18. В таблице 18 «Общее Fe» означает общее содержание железа, «Металлическое Fe» обозначает содержание металлического железа и «Общий С» означает общее содержание углерода. Полученное мелкозернистое железо имело удельный вес 4,7 г/см.
В отношении №12, указанного в таблице 19, примешали к смеси мелкозернистое железо, прошедшее через сито с отверстиями величиной 2,36 мм. В отношении каждого из №№13-15, перечисленных в таблице 19, после того, как диаметр частиц мелкозернистого железа, прошедшего через сито с отверстиями величиной 2,36 мм, был отрегулирован дополнительным просеиванием, полученное мелкозернистое железо было примешано к смеси. Более конкретно в отношении №13 использовали мелкозернистое железо, диаметр частиц которого был отрегулирован просеиванием на 0,3 мм или менее. В отношении каждого из №№14 и 15 применяли мелкозернистое железо, диаметр частиц которого был отрегулирован просеиванием на 1,0 мм или менее.
В таблице 19 символ «-Х», приведенный в колонке «Диаметр частиц», означает порошок, который прошел через сито с отверстиями величиной «Х» мм, когда выполняли просеивание через сито.
Полученные сырые гранулы №№11-15 загрузили в сушилку и высушили с нагреванием при температуре 180°С в течение 1 ч для удаления поверхностной воды. Проанализировали состав компонентов полученных сухих гранул. Таблица 19 перечисляет значения «Общего Fe» (общего содержания железа). Таблица 19 также перечисляет величины насыпной плотности полученных сухих гранул.
Полученные сухие гранулы подали в нагревательную печь и нагревали при температуре 1450°С для восстановления и расплавления оксида железа в гранулах с получением тем самым восстановленного железа. Печь во время нагревания заполнили смешанной атмосферой из 60% по объему газообразного азота и 40% по объему газообразного диоксида углерода.
Таблица 19 перечисляет время, необходимое для восстановительной плавки. Следует отметить, что в таблице 19 время выражено как «Продолжительность реакции».
После нагревания образцы, включающие восстановленное железо, выгрузили из печи и подвергли просеиванию. При просеивании использовали сито с отверстиями величиной 3,35 мм. Полученные остатки на сите извлекли в качестве продукта. Остатки на сите указаны в таблице 19 как «+3,35 мм».
Отношение массы остатков на сите к общей массе железа, загруженной в нагревательную печь, определяется как выход. Выход рассчитывают на основе вышеуказанной формулы (1). Таблица 19 перечисляет результаты расчета.
Проанализировали состав компонентов полученного восстановленного железа. Содержание С приведено в таблице 19.
Коэффициент производительности рассчитали по вышеуказанной формуле (2) на основе насыпной плотности сухих гранул, продолжительности реакции, выхода «+3,35 мм» и аналитических данных для сухих гранул («Общее Fe»), перечисленных в таблице 19. Результаты расчета указаны в таблице 19. Следует отметить, что коэффициент производительности для №11, приведенного в таблице 19, определяется как 1,00.
Нижеследующее обсуждение основывается на данных таблицы 19. Пример №11 представляет собой сравнительный пример, в котором мелкозернистое железо не было примешано и в котором не удовлетворяются требования, заданные в настоящем изобретении.
Примеры №№12-15 представляют собой примеры, в которых мелкозернистое железо, сформированное на стадии получения восстановленного железа, примешано после того, как был отрегулирован диаметр частиц мелкозернистого железа, и в котором удовлетворяются заданные в настоящем изобретении требования. В каждом из №№12-15, в которых примешано мелкозернистое железо, имеющее отрегулированный диаметр частиц, получен высокий коэффициент производительности по сравнению с №11, в котором мелкозернистое железо не примешано. Результаты демонстрируют, что производительность улучшена. Примеры №№12-13 представляют собой примеры, в которых количество примешанного к смеси мелкозернистого железа зафиксировано на уровне 12%. Сравнения этих результатов демонстрируют, что при меньшем диаметре частиц мелкозернистого железа получается повышение производительности. Каждый из примеров №№14 и 15 представляет собой пример, в котором к смеси примешано мелкозернистое железо, диаметр частиц которого отрегулирован на 1,0 мм или менее. Сравнения этих результатов демонстрируют, что при одинаковом диаметре частиц более высокое смесевое соотношение мелкозернистого железа обусловливает повышение насыпной плотности сухих гранул и увеличение общего содержания железа (общее Fe) в сухих гранулах, и что улучшается производительность.
Таблица 11
Состав компонентов железной руды (% по массе)
Общее Fe
FeO
SiO<sub>2</sub>
CaO
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MgO
S
64,87
0,97
5,22
0,03
0,37
0,02
0,002
Таблица 12
Состав компонентов угля (% по массе)
Связанный углерод
Летучий компонент
Зола
Всего
77,01
15,80
7,19
100
Таблица 13
Состав компонентов известняка (% по массе)
SiO<sub>2</sub>
СаО
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MgO
S
0,29
54,01
0,23
0,82
0,067
Таблица 14
Состав компонентов доломита (% по массе)
SiO<sub>2</sub>
СаО
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MgO
S
0,87
29,72
0,25
20,92
0,013
Таблица 15
Состав компонентов флюорита (% по массе)
SiO<sub>2</sub>
Общий Са
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MgO
F
1,12
49,98
0,36
0,02
47,29
Таблица 16
Смесевое соотношение (% по массе)
Железная руда
Уголь
Известняк
Доломит
Флюорит
Связующий материал
Всего
68,89
17,42
7,31
4,48
0,8
1,1
100
Таблица 17
Распределение частиц по размерам перед измельчением
Диаметр частиц (мм)
% по массе
1,7-2,36
11,4
1,0-1,7
19,8
-1,0
68,8
Всего
100
Таблица 18
Состав компонентов мелкозернистого железа (% по массе)
Общее F
FeO
Металлическое Fe
Общий С
SiO<sub>2</sub>
СаО
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MgO
F
69,72
0,98
68,74
2,85
10,36
11,81
2,07
1,67
0,66
Таблица 19
№
11
12
13
14
15
Количество примешанного мелкозернистого железа (% по массе)
0
12
12
6
3
Диаметр частиц мелкозернистого железа (мм)
-
-2,36
-0,3
-1,0
-1,0
Аналитическое значение сухих гранул: Общее Fe (% по массе)
46,15
48,81
48,84
47,48
46,84
Насыпная плотность сухих гранул (г/см<sup>3</sup>)
2,159
2,237
2,288
2,296
2,244
Продолжительность реакции (мин)
11,83
11,28
11,33
11,23
11,53
Восстановленное железо: выход «+3,35 мм» (%)
94,56
94,47
95,09
97,31
96,22
Аналитическое значение восстановленного железа: С (% по массе)
2,51
2,84
2,49
2,47
2,61
Коэффициент производительности (-)
1,00
1,15
1,18
1,19
1,10