Способ производства гранулированного металлического железа - RU2669653C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001]

Настоящее изобретение относится к способу для производства гранулированного металлического железа (гранулированного чугуна) путем агломерирования смеси, включающей в себя содержащий оксид железа материал и углеродсодержащий восстанавливающий агент, загрузки полученного в результате агломерата на под нагревательной печи и нагревания его, восстанавливая тем самым оксид железа в агломерате, и плавления восстановленного железа путем дополнительного нагревания для того, чтобы вызвать укрупнение восстановленного железа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002]

Процесс доменная печь/конвертер был известен как процесс производства железа с использованием железной руды в качестве сырья. Процесс доменная печь/конвертер является процессом производства стали путем восстановления железной руды в доменной печи для того, чтобы произвести расплавленное железо, содержащее углерод в высокой концентрации, и обезуглероживания расплавленного железа в конвертере. Вышеописанный процесс доменная печь/конвертер требует предварительной обработки сырья, такого как кокс и агломерат. Кроме того, в последние годы наметилась тенденция увеличения масштабов с тем, чтобы использовать выгоду большого масштаба, что уменьшает гибкость или производительность по отношению к ресурсам. Кроме того, с точки зрения защиты природной среды желательно уменьшить выбросы газообразного CO₂ в процессе производства железа. Однако вышеупомянутый процесс доменная печь/конвертер является так называемым непрямым процессом производства железа, так что он имеет такую проблему, что выбросы газообразного CO₂являются большими по сравнению с процессом прямого производства железа, в котором сталь производится путем непосредственного восстановления железной руды. По этой причине в последние годы процесс прямого производства железа вновь привлекает к себе внимание.

[0003]

В качестве вышеупомянутого процесса прямого производства железа известен, например, процесс MIDREX. В процессе MIDREX большое количество природного газа используется в качестве восстанавливающего агента для того, чтобы восстановить железную руду. По этой причине у этого процесса есть тот недостаток, что место локализации завода ограничивается областью производства природного газа.

[0004]

Поэтому процесс, использующий легкодоступный уголь в качестве восстанавливающего агента вместо природного газа, привлек к себе внимание в последнее время. В этом процессе гранулированное металлическое железо производится путем загрузки агломерата, включающего в себя содержащий оксид железа материал, такой как железная руда, и углеродсодержащий восстанавливающий агент, такой как уголь, на под нагревательной печи, такой как печь с подвижным подом, восстановления оксида железа в агломерате путем нагревания благодаря теплопередаче от газа или лучистой теплоте от нагревающих горелок в печи, и плавления восстановленного железа путем дополнительного нагревания для того, чтобы заставить восстановленное железо объединяться. Этот процесс имеет те преимущества, что становится возможным высокоскоростное восстановление, потому что порошкообразная железная руда может использоваться в том состоянии, как она есть, и железное ядро и восстанавливающий агент расположены близко, и содержание углерода в продукте может быть отрегулировано таким способом, как регулирование смешиваемого количества восстанавливающего агента.

[0005]

В производстве гранулированного металлического железа в печи термического восстановления с подвижным подом авторы настоящего изобретения раскрывают технологию Патентного документа 1 как способ, который может производить высококачественное гранулированное металлическое железо, имеющее высокое количество углерода и низкое количество серы. В этой технологии скоростью потока атмосферного газа в печи управляют при производстве гранулированного металлического железа путем загрузки смеси сырьевого материала, включающей в себя содержащий оксид железа материал и углеродсодержащий восстанавливающий агент, на под печи термического восстановления с подвижным подом и ее нагревания, восстанавливая оксид железа в смеси сырьевого материала с углеродсодержащим восстанавливающим агентом, плавления произведенного металлического железа, вызывая укрупнение расплавленного металлического железа в гранулы, отделения их от шлака, образующегося в качестве побочного продукта, а затем их охлаждения и отверждения. В частности, средней скоростью потока атмосферного газа в печи управляют так, чтобы она была равна 5 м/с или меньше, и это управление скоростью потока выполняют по меньшей мере между конечной стадией восстановления и завершением плавления металлического железа.

ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0006]

Патентный документ 1: JP-A-2008-121085

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0007]

В соответствии с технологией, раскрытой в вышеупомянутом Патентном документе 1, возможно производить высококачественное гранулированное металлическое железо. Однако было желательно улучшить производительность за счет увеличения выхода гранулированного металлического железа и сокращения времени производства гранулированного металлического железа.

[0008]

Настоящее изобретение было сделано с учетом вышеописанных обстоятельств, и его задачей является обеспечение технологии, которая могла бы улучшить производительность по гранулированному металлическому железу.

СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

[0009]

Способ для производства гранулированного металлического железа в настоящем изобретении, который мог бы решить эти проблемы, включает в себя агломерирование смеси, включающей в себя содержащий оксид железа материал и углеродсодержащий восстанавливающий агент, загрузку полученного в результате агломерата на под нагревательной печи и его нагревание, восстанавливая тем самым оксид железа в агломерате, и плавление восстановленного железа путем дополнительного нагревания для того, чтобы вызвать укрупнение восстановленного железа, производя тем самым гранулированное металлическое железо. Когда агломерат нагревается на поде нагревательной печи, соотношение между массовой долей (мас.%) летучего вещества, содержащегося в углеродсодержащем восстанавливающем агенте, и средней скоростью потока (м/с) атмосферного газа в нагревательной печи удовлетворяет следующей формуле (1):

Массовая доля летучего вещества ≤ -4,62 × средняя скорость потока газа + 46,7 … (1)

[0010]

Предпочтительно, чтобы значение (количество кислорода/количество связанного углерода), получаемое путем деления количества (мас.%) кислорода, получаемого из содержащего оксид железа материала в агломерате, на количество (мас.%) связанного углерода, получаемого из углеродсодержащего восстанавливающего агента в агломерате, составляло от 1,46 до 2,67. Эта смесь может дополнительно содержать агент для регулирования точки плавления.

ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011]

В соответствии с настоящим изобретением соотношением между массовой долей летучего вещества, содержащегося в углеродсодержащем восстанавливающем агенте, используемом в качестве сырья, и средней скоростью потока атмосферного газа в нагревательной печи можно управлять должным образом так, чтобы производительность по гранулированному металлическому железу могла быть улучшена.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012]

[Фиг. 1] Фиг. 1 представляет собой график, показывающий соотношение между массовой долей (мас.%) летучего вещества, содержащегося в углеродном материале, и кажущейся плотностью (г/см³) высушенных окатышей.

[Фиг. 2] Фиг. 2 представляет собой график, показывающий соотношение между массовой долей (мас.%) летучего вещества, содержащегося в углеродном материале, и полным количеством (мас.%) железа, содержащегося в высушенных окатышах.

[Фиг. 3] Фиг. 3 представляет собой график, показывающий соотношение между массовой долей (мас.%) летучего вещества, содержащегося в углеродном материале, и временем реакции (мин).

[Фиг. 4] Фиг. 4 представляет собой график, показывающий соотношение между средней скоростью потока газа (м/с) в электропечи и массовой долей (мас.%) летучего вещества в углеродсодержащем восстанавливающем агенте, содержащемся в высушенных окатышах.

[Фиг. 5] Фиг. 5 представляет собой график, показывающий соотношение между значением (количество кислорода/количество связанного углерода), получаемое путем деления количества кислорода на количество связанного углерода, и выходом (%) гранулированного металлического железа.

СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013]

Для того чтобы улучшить производительность по гранулированному металлическому железу, авторы настоящего изобретения провели интенсивные исследования. В результате было найдено, что, когда соотношением между массовой долей летучего вещества, содержащегося в углеродсодержащем восстанавливающем агенте, используемом в качестве сырьевого материала, и средней скоростью потока атмосферного газа в нагревательной печи управляют должным образом, производительность по гранулированному металлическому железу может быть улучшена, потому что выход гранулированного металлического железа может быть увеличен, а время производства гранулированного металлического железа может быть сокращено. Таким образом, настоящее изобретение было завершено.

[0014]

Агломерат, загруженный на под нагревательной печи, нагревается за счет теплопередачи от газа или лучистой теплоты от горелок, установленных в печи, и оксид железа в содержащем оксид железа материале, включенном в агломерат, восстанавливается углеродсодержащим восстанавливающим агентом. Затем восстановленное железо науглероживается углеродсодержащим восстанавливающим агентом в агломерате или углеродсодержащим восстанавливающим агентом, помещенным на под нагревательной печи в качестве подстилающего материала, путем дополнительного нагревания восстановленного железа, расплавленного и укрупненного для образования гранулированного металлического железа.

[0015]

Окисляющие газы, такие как газообразная двуокись углерода и водяной пар, генерируются при сгорании, потому что в качестве топлива для вышеупомянутых горелок обычно используется ископаемое топливо, такое как природный газ. Вышеупомянутое восстановленное железо иногда повторно окисляется этими окисляющими газами. Когда восстановленное железо повторно окисляется, образующийся при этом FeO переходит в шлак. Поэтому концентрация FeO в шлаке увеличивается в состояниях плавления и агломерации. FeO в шлаке реагирует с углеродом, содержащимся в расплавленном железе, образуя газообразный CO, как показано ниже. Чем выше концентрация FeO в шлаке, тем длиннее становится время до того момента, как восстановленное расплавленное железо образует гранулированное металлическое железо, поскольку эта реакция является эндотермической реакцией. Таким образом, производительность по гранулированному металлическому железу уменьшается.

FeO + C = Fe + CO

[0016]

Кроме того, когда генерируемый газообразный CO остается в шлаке в виде пузырьков, это вызывает расширение шлака. Это расширение шлака называют вспениванием шлака, и когда происходит вспенивание шлака, восстановленное железо во время плавления и агломерации покрывается шлаком. Поэтому теплообмен с окружающей средой блокируется. В результате время до того момента, как восстановленное расплавленное железо образует гранулированное металлическое железо, становится длительным, что уменьшает производительность по гранулированному металлическому железу.

[0017]

Таким образом, для улучшения производительности по гранулированному металлическому железу важно предотвратить повторное окисление восстановленного железа, и с этой целью важно уменьшить степень окисления атмосферного газа в непосредственной близости от агломерата.

[0018]

Для того чтобы уменьшить степень окисления атмосферного газа в непосредственной близости от агломерата, предлагается уменьшить скорость потока атмосферного газа в непосредственной близости от агломерата или усилить реакционную способность углеродного материала в углеродсодержащем восстанавливающем агенте, включенном в агломерат, увеличивая тем самым количество газообразного CO, выходящего из агломерата. Из них в качестве способа для усиления реакционной способности углеродного материала в углеродсодержащем восстанавливающем агенте, содержащемся в агломерате, предлагается использовать богатый летучим веществом углеродный материал. Как правило, чем больше количество летучего вещества, содержащегося в углеродном материале, тем ниже становится кристалличность содержащегося в нем связанного углерода. Поэтому легко протекают реакции, соответствующие следующим формулам (A) и (B). По этой причине генерируется газообразный CO, и степень окисления атмосферного газа в непосредственной близости от агломерата уменьшается, подавляя повторное окисление восстановленного железа.

xC + FeO_x= xCO + Fe (A)

C + CO₂= 2CO (B)

[0019]

Однако когда содержание летучего вещества, содержащегося в углеродсодержащем восстанавливающем агенте, увеличивается, необходимо увеличивать долю углеродсодержащего восстанавливающего агента, добавляемого в агломерат, чтобы гарантировать количество связанного углерода, требуемое для восстановления оксида железа. Поэтому, когда время нагревания в нагревательной печи является постоянным, кажущаяся плотность агломерата уменьшается, и количество железа, содержащегося в агломерате, уменьшается. В результате производительность по гранулированному металлическому железу уменьшается.

[0020]

Поэтому авторы настоящего изобретения провели исследования для того, чтобы предотвратить повторное окисление восстановленного железа с тем, чтобы подавить вспенивание шлака и сократить время, требуемое для производства гранулированного металлического железа, тем самым улучшая продуктивность гранулированного металлического железа, при восстановлении оксида железа, плавлении полученного в результате восстановленного железа и его укрупнении. В результате стало очевидным, что, когда агломерат нагревают на поде нагревательной печи, необходимо лишь, чтобы соотношение между массовой долей (мас.%) летучего вещества, содержащегося в углеродсодержащем восстанавливающем агенте, и средней скоростью потока (м/с) атмосферного газа в нагревательной печи удовлетворяло следующей формуле (1).

Массовая доля летучего вещества ≤ -4,62 × средняя скорость потока газа + 46,7 … (1)

[0021]

Авторы настоящего изобретения вывели соотношение вышеупомянутой формулы (1) путем повторения различных экспериментов, и, как объяснено в разделе «Примеры», описанном ниже, когда масса углеродсодержащего восстанавливающего агента составляет 100%, случай, когда соотношение между массовой долей летучего вещества, содержащегося в углеродсодержащем восстанавливающем агенте, и средней скоростью потока атмосферного газа в нагревательной печи не удовлетворяет вышеупомянутой формуле (1), приводил к снижению производительности. Таким образом, для того, чтобы уменьшить степень окисления атмосферного газа в непосредственной близости от агломерата во время нагревания агломерата, предлагается увеличивать массовую долю летучего вещества, содержащегося в углеродсодержащем восстанавливающем агенте, как было описано выше. Увеличение содержания летучего вещества первоначально вызывает уменьшение части железа в агломерате и уменьшение плотности агломерата, так что предполагалось, что производительность при этом будет уменьшаться. Однако в результате время, требуемое для производства гранулированного металлического железа, сокращается. Поэтому было совершенно неожиданным, что производительность по гранулированному металлическому железу вместо этого улучшается.

[0022]

Соотношение вышеупомянутой формулы (1) предпочтительно удовлетворяет соотношению следующей формулы (1a), и более предпочтительно удовлетворяет соотношению следующей формулы (1b).

Массовая доля летучего вещества ≤ -4,62 × средняя скорость потока газа + 45,3 … (1a)

Массовая доля летучего вещества ≤ -4,62 × средняя скорость потока газа + 43,2 … (1b)

[0023]

Нижний предел вышеупомянутой массовой доли летучего вещества особенно не ограничивается. В соответствии со способом производства настоящего изобретения, когда масса углеродсодержащего восстанавливающего агента составляет 100%, может использоваться, например, даже массовая доля 10% или больше, и может использоваться массовая доля 20% или больше. Кроме того, вышеупомянутая массовая доля летучего вещества может составлять 30% или больше.

[0024]

Вышеупомянутая массовая доля летучего вещества, содержащегося в углеродсодержащем восстанавливающем агенте, может быть проанализирована на основе японского промышленного стандарта JIS M8812 (2004).

[0025]

Вышеупомянутая средняя скорость потока (м/с) атмосферного газа в нагревательной печи может быть вычислена путем деления количества (м³) потока газа, протекающего за единицу времени (с) на площадь (м²) поперечного сечения печи, перпендикулярного к направлению прохождения потока газа и к поверхности пода. В реальной установке вышеупомянутое количество потока газа, протекающего за единицу времени (с), может быть вычислено, например, путем деления полного количества (м³/с) газа, проходящего за единицу времени (с) после сгорания, которое определяется вычислением из количества топлива, подаваемого в печь в единицу времени (с), и количества кислородсодержащего газа, подаваемого в единицу времени (с) для сжигания этого топлива, на площадь (м²) поперечного сечения печи, перпендикулярного к направлению прохождения потока газа и к поверхности пода.

[0026]

Вышеупомянутая средняя скорость (м/с) потока атмосферного газа может регулироваться путем метода зажигания горелок, количества сжигаемого топлива, внутренней формы печи и т.п. Доля окисляющих газов, таких как газообразная двуокись углерода и водяной пар, содержащихся в атмосферном газе, может составлять от 30 об.% до 50 об.%.

[0027]

В вышеописанном агломерате значение (количество кислорода/количество связанного углерода), получаемое путем деления количества (мас.%) кислорода, получаемого из содержащего оксид железа материала в агломерате, на количество (мас.%) связанного углерода, получаемого из углеродсодержащего восстанавливающего агента в агломерате, предпочтительно составляет от 1,46 до 2,67. Как вышеупомянутое количество кислорода, так и вышеупомянутое количество связанного углерода представляют собой значения в предположении, что масса агломерата составляет 100%.

[0028]

Вышеупомянутое количество кислорода/количество связанного углерода становится индексом для определения смешиваемого количества углеродсодержащего восстанавливающего агента. Таким образом, часть железа, содержащегося в железной руде, которая является представительным примером содержащего оксид железа материала, представляет собой оксид железа, такой как Fe₂O₃ и Fe₃O₄ (в дальнейшем совместно обозначаемые как FeO_x). С другой стороны, уголь подходящим образом используется в качестве углеродсодержащего восстанавливающего агента. Для углерода, содержащегося в угле, в дополнение к той его части, которая теряется в виде летучего вещества при нагревании, другая его часть остается даже при нагревании. Углерод, который остается после нагревания, как правило называют связанным углеродом. Хотя летучий углерод дает небольшой вклад в восстановление оксида железа, связанный углерод способствует восстановлению оксида железа. Поэтому уголь, имеющий большее содержание связанного углерода, имеет более высокое качество угля. По этой причине вышеупомянутое количество кислорода/количество связанного углерода указывает, какое количество связанного углерода присутствует относительно количества восстанавливаемого кислорода, и это означает, что чем меньше это значение, тем в более достаточной степени для восстановления оксида железа присутствует связанный углерод, а чем больше это значение, тем больше нехватка связанного углерода относительно оксида железа.

[0029]

Когда вышеупомянутое количество кислорода/количество связанного углерода составляет менее 1,46, ингибирование агрегирования восстановленного железа инициируется углеродом, который остается после восстановления оксида железа, и выход гранулированного металлического железа уменьшается до величины менее чем 95%. Для того, чтобы увеличить выход гранулированного металлического железа до величины 95% или больше, вышеупомянутое количество кислорода/количество связанного углерода предпочтительно составляет 1,46 или больше. Более предпочтительно, чтобы вышеупомянутое количество кислорода/количество связанного углерода составляло 1,50 или больше, и еще более предпочтительно 1,60 или больше.

[0030]

Однако когда вышеупомянутое количество кислорода/количество связанного углерода превышает 2,67, количество производимого гранулированного металлического железа уменьшается, потому что весь оксид железа не может быть восстановлен, и выход гранулированного металлического железа уменьшается до величины менее чем 95%. Значение 2,67 является теоретическим значением, полученным путем определения количества связанного углерода вычислением, которое необходимо для восстановления без избытка или дефицита оксида железа в содержащем оксид железа материале, включенном в агломерат. В настоящем изобретении вышеупомянутое количество кислорода/количество связанного углерода предпочтительно составляет 2,67 или меньше, более предпочтительно 2,50 или меньше, и еще более предпочтительно 2,00 или меньше.

[0031]

Вышеупомянутое количество кислорода в содержащем оксид железа материале, включенном в агломерат, может быть вычислено с помощью следующей процедуры.

[0032]

Сначала полное содержание железа (T. Fe) и количество FeO в агломерате определяются с помощью химического анализа.

[0033]

Затем, предполагая, что в полном содержании железа то железо, которое не присутствует в виде FeO, представляет собой Fe₂O₃, масса Fe₂O₃ (W_Fe2O3), содержащегося в агломерате, вычисляется в соответствии со следующей формулой (i). В следующей формуле (i) W_x означает массу (мас.%) компонента X, а M_x означает молекулярную массу компонента X, соответственно. В частности, W_{T. Fe}является массой (мас.%) T. Fe, W_FeO представляет собой массу (мас.%) FeO, W_Fe2O3 представляет собой массу (мас.%) Fe₂O₃, M_Fe представляет собой молекулярную массу Fe и составляет 55,85, M_FeO представляет собой молекулярную массу FeO и составляет 71,85, и M_Fe2O3 представляет собой молекулярную массу Fe₂O₃ и составляет 159,7.

[0034]

[Математическая Формула 1]

W_Fe2O3= [{W_{T. Fe}- W_FeO×(M_Fe/M_FeO)}/2M_Fe] × M_Fe2O3 (i)

[0035]

Затем на основе следующей формулы (ii) количество кислорода в содержащем оксид железа материале, включенном в агломерат, вычисляется как сумма количества кислорода, содержащегося в Fe₂O₃, и количества кислорода, содержащегося в FeO. В этой формуле M_O представляет собой атомную массу кислорода и имеет значение 16.

[0036]

[Математическая Формула 2]

Количество кислорода={(W_Fe2O3/M_Fe2O3)×3 + (W_FeO/M_FeO)}×M_o (ii)

[0037]

Далее будет описан способ для производства гранулированного металлического железа в соответствии с настоящим изобретением.

[0038]

В способе для производства гранулированного металлического железа в соответствии с настоящим изобретением смесь, включающую в себя содержащий оксид железа материал и углеродсодержащий восстанавливающий агент, агломерируют (в дальнейшем иногда упоминается как стадия агломерации), и полученный в результате агломерат загружают на под нагревательной печи и нагревают, восстанавливая тем самым оксид железа в агломерате, и восстановленное железо плавят путем дополнительного нагревания для того, чтобы вызвать укрупнение восстановленного железа (в дальнейшем иногда упоминается как стадия нагревания), производя тем самым гранулированное металлическое железо. Затем, в настоящем изобретении, когда вышеупомянутый агломерат нагревают на поде вышеупомянутой нагревательной печи, соотношение между массовой долей (мас.%) летучего вещества, содержащегося в вышеупомянутом углеродсодержащем восстанавливающем агенте, и средней скоростью потока (м/с) атмосферного газа в вышеупомянутой нагревательной печи, удовлетворяет вышеупомянутой формуле (1), как было описано выше. Поскольку соотношение вышеупомянутой формулы (1) было подробно описано выше, далее будут описаны другие части.

[0039]

[Стадия агломерации]

На стадии агломерации смесь, включающую в себя содержащий оксид железа материал и углеродсодержащий восстанавливающий агент, агломерируют для того, чтобы произвести агломерат. В качестве вышеупомянутого содержащего оксид железа материала может использоваться, в частности, такой источник оксида железа, как железная руда, железистый песок, пылевидные отходы производства чугуна, нежелезный остаток от рафинирования или отходы производства чугуна. В качестве вышеупомянутого углеродсодержащего восстанавливающего агента может использоваться углеродсодержащий восстанавливающий агент, и его примеры включают в себя уголь, кокс и т.п.

[0040]

Агент для регулирования точки плавления может быть дополнительно примешан в вышеупомянутую смесь. Вышеупомянутой агент для регулирования точки плавления означает вещество, уменьшающее температуру плавления пустой породы в содержащем оксид железа материале или золы в углеродсодержащем восстанавливающем агенте. Таким образом, примешивание агента для регулирования точки плавления в вышеупомянутую смесь оказывает влияние на точку плавления компонентов, отличающихся от оксида железа, содержащегося в агломерате, в частности пустой породы, и, например, ее точка плавления может быть понижена. Тем самым плавление пустой породы ускоряется для того, чтобы образовать расплавленный шлак. При этом часть оксида железа плавится в расплавленном шлаке и восстанавливается в расплавленном шлаке. Восстановленное железо, произведенное в расплавленном шлаке, входит в контакт с восстановленным железом в твердом состоянии, вызывая тем самым укрупнение восстановленного железа в виде твердого восстановленного железа.

[0041]

В качестве вышеупомянутого агента для регулирования точки плавления может использоваться, например, поставляющий CaO материал, поставляющий MgO материал, поставляющий Al₂O₃ материал, поставляющий SiO₂ материал, флюорит (CaF₂) и т.п. В качестве вышеупомянутого поставляющего CaO материала может использоваться, например, по меньшей мере один материал, выбираемый из группы, состоящей из CaO (обожженная известь), Ca(OH)₂ (гашеная известь), CaCO₃ (известняк) и CaMg(CO₃)₂ (доломит). В качестве вышеупомянутого поставляющего MgO материала может добавляться, например, по меньшей мере один материал, выбираемый из группы, состоящей из порошка MgO, Mg-содержащего материала, извлекаемого из природной руды, морской воды и т.п., а также MgCO₃. В качестве вышеупомянутого поставляющего Al₂O₃ материала может добавляться, например, порошок Al₂O₃, боксит, бемит, гиббсит, диаспор и т.п. В качестве вышеупомянутого поставляющего SiO₂материала может использоваться, например, порошок SiO₂, кремнистый песок и т.п.

[0042]

Связующее вещество может быть дополнительно примешано в вышеупомянутую смесь. В качестве вышеупомянутого связующего вещества может использоваться, например, органическое связующее вещество, неорганическое связующее вещество и т.п. В качестве органического связующего вещества может использоваться, например, полисахарид. В качестве полисахарида может использоваться, например, крахмал, такой как кукурузный крахмал или мука, и т.п. В качестве неорганического связующего вещества может использоваться гашеная известь, бентонит и т.п.

[0043]

Предпочтительно, чтобы вышеупомянутые содержащий оксид железа материал, углеродсодержащий восстанавливающий агент и агент для регулирования точки плавления были предварительно распылены перед смешиванием. Например, рекомендуется распылять вышеупомянутый содержащий оксид железа материал так, чтобы он имел средний диаметр частиц от 10 до 60 мкм, распылять вышеупомянутый углеродсодержащий восстанавливающий агент так, чтобы он имел средний диаметр частиц от 10 до 60 мкм, и распылять вышеупомянутый агент для регулирования точки плавления так, чтобы он имел средний диаметр частиц от 5 до 90 мкм.

[0044]

Средство для выполнения вышеупомянутого распыления особенно не ограничивается, и может использоваться любое известное средство. Например, может использоваться вибрационная мельница, роликовая дробилка, шаровая мельница и т.п.

[0045]

Содержащий оксид железа материал и т.п., описанный выше, может быть смешан с использованием вращающейся мешалки контейнерного типа или стационарной мешалки контейнерного типа. Примеры вращающейся мешалки контейнерного типа включают в себя, не ограничиваясь этим, например, мешалки вращательного цилиндрического типа, двойного конического типа и V-образные мешалки. Примеры стационарной мешалки контейнерного типа включают в себя, не ограничиваясь этим, например, мешалку, в которой, например, вращающаяся насадка, такая как лопатка, предусматривается в смесительной емкости.

[0046]

Затем смесь, полученную с помощью вышеупомянутой мешалки, агломерируют для того, чтобы произвести агломерат. Форма вышеупомянутого агломерата особенно не ограничивается, и например, может быть подобной окатышу, подобной брикету и т.п. Хотя размер вышеупомянутого агломерата также особенно не ограничивается, диаметр частиц предпочтительно составляет 50 мм или меньше. Когда диаметр частиц агломерата чрезмерно увеличивается, эффективность грануляции ухудшается. Кроме того, когда агломерат является слишком большим, теплопередача к более низкой части агломерата ухудшается, что уменьшает производительность. Величина нижнего предела размера частиц агломерата составляет около 5 мм.

[0047]

В качестве агломерирующей машины для агломерации вышеупомянутой смеси может использоваться, например, тарельчатый гранулятор, цилиндрический гранулятор, брикетирующая формовочная машина двухвалкового типа, экструдер и т.п. Тарельчатый гранулятор иногда называют дисковым гранулятором. Кроме того, цилиндрический гранулятор иногда называют барабанным гранулятором.

[0048]

[Стадия нагревания]

На стадии нагревания агломерат, полученный на вышеупомянутой стадии агломерации, загружают на под нагревательной печи и нагревают, восстанавливая тем самым оксид железа в агломерате, и восстановленное железо плавят путем дополнительного нагревания для того, чтобы вызвать укрупнение восстановленного железа, производя тем самым гранулированное металлическое железо.

[0049]

Примеры вышеупомянутых нагревательных печей включают в себя электропечь и печь с подвижным подом. Вышеупомянутая печь с подвижным подом является нагревательной печью, в которой под перемещается в печи наподобие ленточного конвейера, и примеры такой печи включают в себя печь с вращающимся подом и туннельную печь. В вышеупомянутой печи с вращающимся подом внешняя форма пода проектируется так, чтобы она была круглой формой или формой шайбы так, чтобы исходная точка и конечная точка на поде располагались в одном и том же положении, и оксид железа, содержащийся в агломерате, загруженный на под, нагревают и восстанавливают, сделав один круг в печи, для того, чтобы произвести восстановленное железо. Поэтому печь с вращающимся подом обеспечивают средством загрузки для загрузки агломерата в печь с наиболее верхней стороне по течению во вращательном направлении, и обеспечивают средством выгрузки с наиболее нижней стороны по течению во вращательном направлении. Под печи с вращающимся подом имеет вращающуюся структуру, так что наиболее нижняя сторона по течению во вращательном направлении фактически находится вверх по течению от средства загрузки. Вышеупомянутая туннельная печь является нагревательной печью, в которой под движется в линейном направлении в печи.

[0050]

В настоящем изобретении все вышеупомянутое восстановленное железо, образованное в вышеупомянутой нагревательной печи, плавят в вышеупомянутой нагревательной печи.

[0051]

Вышеупомянутый агломерат предпочтительно нагревают и восстанавливают путем нагрева при температуре от 1350°C до 1500°C на поде. Когда вышеупомянутая температура нагрева составляет ниже 1350°C, восстановленное железо и шлак плавятся с трудом, что иногда приводит в результате к невозможности получить высокую производительность. Поэтому вышеупомянутая температура нагрева предпочтительно составляет 1350°C или выше и более предпочтительно 1400°C или выше. Однако когда вышеупомянутая температура нагрева превышает 1500°C, оборудование для обработки отходящего газа становится очень большим по размерам, потому что температура отходящего газа увеличивается, что увеличивает стоимость оборудования. Поэтому вышеупомянутая температура нагрева предпочтительно составляет 1500°C или ниже и более предпочтительно 1480°C или ниже.

[0052]

Перед загрузкой вышеупомянутого агломерата в вышеупомянутую нагревательную печь желательно поместить в нее подстилающий материал для предохранения пода печи.

[0053]

В качестве вышеупомянутого подстилающего материала могут использоваться, например, огнеупорные частицы, такие как огнеупорная керамика, а также один из примеров вышеупомянутого углеродсодержащего восстанавливающего агента.

[0054]

Верхний предел диаметра частиц вышеупомянутого подстилающего материала предпочтительно является таким, чтобы агломерат или его расплав не попадал вовнутрь. Нижний предел диаметра частиц вышеупомянутого подстилающего материала предпочтительно является таким, чтобы форма подстилающего материала не расходовалась газообразными продуктами сгорания от горелок.

[0055]

[Другое]

Гранулированное металлическое железо, полученное на вышеупомянутой стадии нагревания, разделяют на гранулированное металлическое железо и шлак, и гранулированное металлическое железо может быть извлечено. Извлеченное гранулированное металлическое железо может использоваться в качестве источника железа, например, в доменной печи, в конвертере, в электропечи и т.п.

[0056]

Далее настоящее изобретение описывается более подробно посредством примеров. Однако настоящее изобретение не должно ограничиваться следующими примерами, и, конечно же, можно сделать вариации без отступлений от объема настоящего изобретения, как это описано выше и ниже, и все эти вариации попадают в технический объем настоящего изобретения.

Примеры

[0057]

В следующем Экспериментальном примере 1 и Экспериментальном примере 2 смесь, включающая в себя содержащий оксид железа материал и углеродсодержащий восстанавливающий агент, агломерировали, полученный в результате агломерат загружали в нагревательную печь и нагревали, восстанавливая тем самым оксид железа, находящийся в агломерате, и восстановленное железо плавили путем дополнительного нагревания для того, чтобы вызвать укрупнение восстановленного железа, производя тем самым гранулированное металлическое железо. При этом в следующем Экспериментальном примере 1 было исследовано влияние соотношения между массовой долей (мас.%) летучего вещества, содержащегося в углеродсодержащем восстанавливающем агенте, и средней скоростью потока (м/с) атмосферного газа в нагревательной печи на производительность по гранулированному металлическому железу. С другой стороны, в следующем Экспериментальном примере 2 было исследовано влияние значения (количество кислорода/количество связанного углерода), получаемого путем деления количества (мас.%) кислорода, получаемого из содержащего оксид железа материала в агломерате, на количество (мас.%) связанного углерода, получаемого из углеродсодержащего восстанавливающего агента в агломерате, на выход гранулированного металлического железа. В следующих Экспериментальных примерах 1 и 2 в качестве агломерата использовались окатыши.

[0058]

[Экспериментальный пример 1]

В качестве вышеупомянутого содержащего оксид железа материала использовалась железная руда α, имеющая компонентный состав, показанный в следующей Таблице 1. В следующей Таблице 1 «T. Fe» означает «полное содержание железа». Кроме того, в следующей Таблице 1 также показаны результаты вычисления количества кислорода в FeO, содержащемся в железной руде α, и количества кислорода в Fe₂O₃, содержащемся в железной руде α. Кроме того, когда FeO и Fe₂O₃, содержащиеся в железной руде α, обозначаются как FeO_x, количество кислорода в FeO_x, содержащемся в железной руде α, также показано в следующей Таблице 1.

[0059]

В качестве вышеупомянутого углеродсодержащего восстанавливающего агента использовались углеродные материалы а - d, имеющие компонентные составы, показанные в следующей Таблице 2. В следующей Таблице 2 «T. С» означает «полное содержание углерода».

[0060]

Агент для регулирования точки плавления и связующее вещество смешивались с вышеупомянутой железной рудой и вышеупомянутым углеродным материалом, и к этой смеси добавлялось небольшое количество воды. Полученная таким образом смесь гранулировалась с использованием гранулятора типа шины для того, чтобы образовать сырые окатыши, имеющие диаметр 19 мм.

[0061]

Полученные в результате сырые окатыши были загружены в сушилку, и связанная вода была удалена для того, чтобы произвести сферические сухие окатыши. Компонентные составы полученных в результате сухих окатышей показаны в следующей Таблице 3. Колонка «Другое» в следующей Таблице 3 относится к агенту для регулирования точки плавления и связующему веществу. В качестве связующего вещества использовалось органическое связующее вещество, представленное мукой.

[0062]

Считая массу сухих окатышей за 100%, было вычислено количество кислорода в железной руде, содержащейся в сухих окатышах, и количество связанного углерода в углеродном материале, содержащемся в сухих окатышах, и результаты этих вычислений показаны в следующей Таблице 3. Кроме того, было вычислено значение (количество кислорода/количество связанного углерода), получаемое путем деления вышеупомянутого количества (мас.%) кислорода на вышеупомянутое количество (мас.%) связанного углерода, и результаты этих вычислений показаны в следующей Таблице 3.

[0063]

Далее, используя в качестве примера сухие окатыши, показанные в следующей Таблице 3, объясняется процедура вычисления значения (количество кислорода/количество связанного углерода).

[0064]

(Количество кислорода)

Как показано в следующей Таблице 3, количество железной руды, содержащейся в сухих окатышах A, составляет 71,34%, а количество кислорода в FeO_x, содержащемся в железной руде, составляет 27,67% из следующей Таблицы 1. Поэтому, если масса сухих окатышей A составляет 100%, количество кислорода в железной руде, содержащейся в сухих окатышах A, составляет 19,74%.

(71,34×27,67)/100=19,74

[0065]

(Количество связанного углерода)

Как показано в следующей Таблице 3, количество углеродного материала, содержащегося в сухих окатышах A, составляет 16,27%, а количество связанного углерода, содержащееся в углеродном материале, составляет 78,00% из следующей Таблицы 2. Поэтому, если масса сухих окатышей A составляет 100%, количество связанного углерода в углеродном материале, содержащемся в сухих окатышах A, составляет 12,69%.

(16,27×78,00)/100=12,69

[0066]

Соответственно, значение (количество кислорода/количество связанного углерода) получаемое путем деления количества кислорода в железной руде, содержащейся в сухих окатышах, на количество связанного углерода в углеродном материале, содержащемся в сухих окатышах A, составляет 1,56.

[0067]

Кроме того, были измерены кажущаяся плотность ρ (г/см³) сухих окатышей и полное количество (мас.%) железа (T. Fe), содержащегося в сухих окатышах, и результаты этих измерений показаны в следующей Таблице 4. Вид сухих окатышей, вид углеродного материала, использованного при производстве сухих окатышей и массовая доля летучего вещества, содержащегося в углеродном материале, когда масса углеродного материала составляет 100%, показаны в следующей Таблице 4. Массовая доля летучего вещества является той же самой, что и значение, показанное в следующей Таблице 2.

[0068]

Здесь соотношение между массовой долей (мас.%) летучего вещества, содержащегося в углеродном материале, и кажущейся плотностью (г/см³) сухих окатышей показано на Фиг. 1.

[0069]

Кроме того, соотношение между массовой долей (мас.%) летучего вещества, содержащегося в углеродном материале, и количеством (мас.%) полного железа, содержащегося в сухих окатышах, показано на Фиг. 2.

[0070]

Затем полученные в результате сухие окатыши были загружены на под нагревательной печи и нагревались при температуре 1450°C для того, чтобы восстановить оксид железа в сухих окатышах, и восстановленное железо плавили путем дополнительного нагревания для того, чтобы вызвать укрупнение восстановленного железа, производя тем самым гранулированное металлическое железо. В качестве вышеупомянутой нагревательной печи использовалась электропечь. Перед загрузкой сухих окатышей содержащий углерод твердый материал, например графитовый порошок и т.п., помещался на под вышеупомянутой электропечи для предохранения пода.

[0071]

Когда вышеупомянутые сухие окатыши нагревались на поде вышеупомянутой электропечи, состав атмосферного газа в электропечи поддерживался таким, чтобы он представлял собой смешанную газовую атмосферу из газообразной двуокиси углерода и газообразного азота, моделируя газовый состав при полном сгорании природного газа, и контролировалась средняя скорость потока газа (м/с) в электропечи. Вышеупомянутая средняя скорость потока газа определялась как значение, вычисляемое путем преобразования количества потока газа в единицу времени (м³/с), регулируемого расходомером, к количеству потока газа в единицу времени (м³/с) на основе температуры в электропечи и деления этого количества потока газа на площадь поперечного сечения (м²) потока. Поперечное сечение прохождения потока означает поперечное сечение, перпендикулярное к направлению прохождения потока газа и перпендикулярное к поверхности пода. Вычисленная средняя скорость потока газа (м/с) в электропечи показана в следующей Таблице 4. Кроме того, средняя скорость потока газа была подставлена в правую сторону вышеупомянутой формулы (1), и было вычислено значение правой стороны. Вычисленное значение правой стороны в дальнейшем упоминается как значение Z, и значение Z показано в следующей Таблице 4.

Z =-4,62 × средняя скорость потока газа + 46,7

[0072]

Кроме того, было измерено время (мин), необходимое для восстановительной плавки вышеупомянутых сухих окатышей. Результаты этих измерений показаны в следующей Таблице 4. В следующей Таблице 4 они обозначены как «Время реакции (мин)».

[0073]

Здесь соотношение между массовой долей (мас.%) летучего вещества, содержащегося в углеродном материале, и временем (мин) реакции показано на Фиг. 3.

[0074]

Затем, после завершения восстановления, образец, содержащий гранулированное металлическое железо, был выгружен из электропечи.

[0075]

Полученный в результате образец был подвергнут магнитному разделению, и притянутые магнитом вещества были отсортированы с использованием сита, имеющего отверстия 3,35 мм. Остаток, оставшийся на сите, был извлечен в качестве продукта. Остаток, извлеченный в качестве продукта, представлял собой главным образом гранулированное металлическое железо, и его масса была измерена. На основе массы (г) гранулированного металлического железа и полной массы (г) железа (T. Fe), содержащегося в сухих окатышах, был вычислен выход (%) гранулированного металлического железа, и результаты этих вычислений показаны в следующей Таблице 4. Гранулированное металлическое железо содержит С и т.п., а также Fe, так что выход иногда превышал 100%.

Выход (%) = (масса гранулированного металлического железа/масса Т. Fe, содержащегося в сухих окатышах) × 10

[0076]

Здесь, на основе кажущейся плотности сухих окатышей, полного количества железа, содержащегося в сухих окатышах, времени, необходимого для восстановительной плавки сухих окатышей (в дальнейшем называемой иногда также временем реакции) и выхода гранулированного металлического железа, показанного в следующей Таблице 4, производительность по гранулированному металлическому железу была вычислена с помощью следующей формулы. Результаты этого вычисления показаны в следующей Таблице 4.

Производительность=(A×B×D)/C

[0077]

где А - D означают следующее:

A=кажущаяся плотность (г/см³) сухих окатышей

B=полное количество (мас.%) железа, содержащегося в сухих окатышах

C=время (мин), необходимое для восстановительной плавки сухих окатышей

D=выход (%) гранулированного металлического железа

[0078]

Кроме того, принимая производительность в № 1, показанном в следующей Таблице 4, за стандартное значение 1,00, относительные значения производительности в №№ 2-15 были вычислены в качестве индексов производительности, и результаты этого вычисления показаны в следующей Таблице 4.

[0079]

Кроме того, соотношение между средней скоростью (м/с) потока газа в электропечи, показанной в следующей Таблице 4, и массовой долей (мас.%) летучего вещества в углеродсодержащем восстанавливающем агенте, содержащемся в сухих окатышах, показано на Фиг. 4. Кружки, показанные на Фиг. 4, означают результаты №№ 1-10 и 13-15, показанные в следующей Таблице 4, а крестики означают результаты №№ 11 и 12, показанных в следующей Таблице 4. Численное значение, указанное около каждой точки графика, означает индекс производительности, показанный в следующей Таблице 4.

[0080]

Из Таблицы 3, Таблицы 4 и Фиг. 4 могут быть сделаны следующие наблюдения. №№ 11 и 12 являются примерами, не удовлетворяющими требованиям, определенным в настоящем изобретении. То есть соотношение между массовой долей летучего вещества, содержащегося в углеродном материале, и средней скоростью потока атмосферного газа в нагревательной печи не удовлетворяет вышеупомянутой формуле (1). Поэтому производительность не могла быть улучшена. В отличие от этого №№ 1-10 и №№ 13-15 являются примерами, удовлетворяющими требованиям, определенным в настоящем изобретении. То есть соотношение между массовой долей летучего вещества, содержащегося в углеродном материале, и средней скоростью потока атмосферного газа в нагревательной печи удовлетворяет вышеупомянутой формуле (1). Поэтому производительность могла быть улучшена. Кроме того, значение (количество кислорода/количество связанного углерода) получаемое путем деления количества кислорода в железной руде, содержащейся в сухих окатышах, на количество связанного углерода в углеродном материале, содержащемся в сухих окатышах, удовлетворяет диапазону от 1,46 до 2,67, так что выход гранулированного металлического железа был увеличен.

[0081]

[Таблица 1]

[0082]

[Таблица 2]

[0083]

[Таблица 3]

[0084]

[Таблица 4]

Z =-4,62 × средняя скорость потока газа + 46,7

[0085]

[Экспериментальный пример 2]

В качестве вышеупомянутого содержащего оксид железа материала использовалась железная руда α, имеющая компонентный состав, показанный в Таблице 1. В качестве вышеупомянутого углеродсодержащего восстанавливающего агента использовались углеродные материалы а - d, имеющие компонентные составы, показанные в Таблице 2. Агент для регулирования точки плавления и связующее вещество смешивались с вышеупомянутой железной рудой и вышеупомянутым углеродным материалом, и к этой смеси примешивалось среднее количество воды. Полученная таким образом смесь гранулировалась с использованием той же самой процедуры, что и в вышеупомянутом Экспериментальном примере 1, для того, чтобы образовать сырые окатыши, имеющие средний диаметр 19 мм.

[0086]

Полученные в результате сырые окатыши были загружены в сушилку и сушились при тех же самых условиях, что и в вышеупомянутом Экспериментальном примере 1, для того, чтобы произвести сферические сухие окатыши. Компонентные составы полученных сухих окатышей показаны в следующей Таблице 5. Колонка «Другое» в следующей Таблице 5 относится к агенту для регулирования точки плавления и связующему веществу. Было вычислено количество кислорода в железной руде, содержащейся в сухих окатышах, и количество связанного углерода в углеродном материале, содержащемся в сухих окатышах, и результаты этого вычисления показаны в следующей Таблице 5. Кроме того, было вычислено значение (количество кислорода/количество связанного углерода), получаемое путем деления вышеупомянутого количества кислорода на вышеупомянутое количество связанного углерода, и результаты этих вычислений показаны в следующей Таблице 5.

[0087]

Затем полученные в результате сухие окатыши загружали на под нагревательной печи и нагревали при температуре 1450°C при тех же самых условиях, что и в вышеупомянутом Экспериментальном примере 1, для того, чтобы восстановить оксид железа в сухих окатышах, и восстановленное железо плавили путем дополнительного нагревания для того, чтобы вызвать укрупнение восстановленного железа, производя тем самым гранулированное металлическое железо.

[0088]

Когда вышеупомянутые сухие окатыши нагревались на поде вышеупомянутой электропечи, состав атмосферного газа в электропечи поддерживался таким, чтобы он представлял собой смешанную газовую атмосферу из газообразной двуокиси углерода и газообразного азота, моделируя газовый состав при полном сгорании природного газа, и контролировалась средняя скорость (м/с) потока газа в электропечи. Вышеупомянутая средняя скорость потока газа определялась как значение, вычисляемое путем преобразования величины потока газа в единицу времени (м³/с), регулируемого расходомером, к величине потока газа в единицу времени (м³/с) на основе температуры в электропечи и деления этой величины потока газа на площадь поперечного сечения (м²) потока. Рассчитанная средняя скорость потока газа (м/с) в электропечи показана в следующей Таблице 5.

[0089]

Затем, после завершения восстановления, образец, содержащий гранулированное металлическое железо, был выгружен из электропечи, и выход (%) гранулированного металлического железа был вычислен при тех же самых условиях, что и в вышеупомянутом Экспериментальном примере 1. Результаты этого вычисления показаны в следующей Таблице 5.

[0090]

Кроме того, соотношение между значением (количество кислорода/количество связанного углерода), получаемым путем деления количества кислорода, показанного в следующей Таблице 5, на количество связанного углерода, и выходом (%) гранулированного металлического железа показано на Фиг. 5.

[0091]

На основе Таблицы 5 и Фиг. 5 могут быть сделаны следующие наблюдения. Можно видеть, что выход гранулированного металлического железа имеет тенденцию к увеличению при увеличении вышеупомянутого значения (количество кислорода/количество связанного углерода), и известно, что, когда значение (количество кислорода/количество связанного углерода) увеличивается до 1,46 или больше, выход гранулированного металлического железа может быть увеличен до 95% или больше.

[0092]

[Таблица 5]

[0093]

Хотя настоящее изобретение было подробно описано со ссылками на конкретные варианты осуществления, для специалиста в данной области техники будет очевидно, что различные изменения и модификации могут быть сделаны без отступления от духа и объема настоящего изобретения.

Настоящая заявка основана на японской патентной заявке № 2014-101724, поданной 15 мая 2014 г, содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0094]

В соответствии с процессом производства железа по настоящему изобретению, используя железную руду в качестве сырьевого материала, можно эффективно производить гранулированное металлическое железо.

Реферат

Изобретение относится к способу производства гранулированного металлического железа. Способ содержит этапы, на которых агломерируют смесь, включающую содержащий оксид железа материал и углеродсодержащий восстанавливающий агент, загружают полученный в результате агломерат на под нагревательной печи и нагревают его, восстанавливая тем самым оксид железа в агломерате, и плавят восстановленное железо путем дополнительного нагревания для того, чтобы вызвать укрупнение восстановленного железа. При этом когда агломерат нагревают на поде нагревательной печи, соотношение между массовой долей (мас.%) летучего вещества, содержащегося в углеродсодержащем восстанавливающем агенте, и средней скоростью потока (м/с) атмосферного газа в нагревательной печи удовлетворяет следующей формуле: массовая доля летучего вещества ≤ -4,62 × средняя скорость потока газа + 46,7. Изобретение обеспечивает увеличение выхода гранулированного металлического железа и сокращение времени его производства. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 5 табл.

Формула