Способ получения гранулированного металлического железа, способ получения жидкой стали, способ получения металлического железа, устройство для загрузки вспомогательного исходного материала и устройство для загрузки исходного материала

Способ получения гранулированного металлического железа, способ получения жидкой стали, способ получения металлического железа, устройство для загрузки вспомогательного исходного материала и устройство для загрузки исходного материала

Реферат

 

Настоящее изобретение относится к области металлургии, конкретно к способам получения металлического железа. Один из вариантов способа включает нагревание формованного исходного материала, содержащего оксид железа и восстановитель в восстановительной плавильной печи, восстановление в твердом состоянии, науглероживание восстановленного железа и коалесценцию получающегося в результате жидкого металлического железа до гранулированного металлического железа, при этом газовая среда, имеющаяся вблизи формованного исходного материала на стадии науглероживания и плавления, имеет восстановительную способность не ниже 0,5. Другой вариант способа включает образование на огнеупорных материалах пода осажденного слоя, содержащего шлак, для осуществления защиты огнеупорных материалов пода при получении металлического железа. Устройство для загрузки вспомогательного исходного материала на под восстановительной плавильной печи с подвижным подом включает подающий трубопровод, при вертикальном расположении соединенный с потолочной частью печи. Использование изобретения обеспечивает получение металлического железа с высокой степенью чистоты и упрощение процесса. 6 с. и 30 з.п. ф-лы, 41 ил.

Настоящее изобретение относится к области восстановления оксида железа, например железной руды, путем нагревания вместе с углеродсодержащим восстановителем, например коксом, с целью получения металлического железа. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу, использование которого позволяет осуществлять эффективное восстановление оксида железа в металлическое железо путем упрощенной обработки, наряду с эффективным отделением в виде шлака шлакообразующих компонентов, включенных в качестве пустой породы в железную руду и подобный материал, от металлического железа, в результате чего получают гранулированное металлическое железо высокой степени чистоты при высоком выходе.

Настоящее изобретение также относится к способу получения металлического железа, который усовершенствован, чтобы гарантировать стабильное непрерывное получение при сокращении числа дефектов огнеупорных материалов, которые в случае использования восстановительной плавильной печи с подвижным подом представляют собой проблему при получении металлического железа из формованного исходного материала, включающего углеродсодержащий восстановитель и вещество, содержащее оксид железа.

Кроме того, настоящее изобретение относится к усовершенствованному подающему устройству для эффективной загрузки вспомогательных исходных материалов, например агента, регулирующего атмосферу, на под восстановительной плавильной печи с подвижным подом.

Процесс прямого получения металла в шахтной печи, которому соответствует процесс Мидрекса, обычно известен как способ прямого получения железа, предназначенный для получения восстановленного железа путем прямого восстановления источника оксида железа, например железной руды или оксида железа, при использовании углеродистого материала или восстановительного газа. В соответствии со способом прямого получения железа этого вида восстановительный газ, полученный из природного газа, нагнетают в печь через отверстие для фурмы, предусмотренное в нижней части шахтной печи, и оксид железа восстанавливается в металлическое железо вследствие восстановительной способности восстановительного газа. В последнее время обращают внимание на другой процесс получения восстановленного железа, в котором вместо природного газа в качестве восстановителя используют углеродистый материал, например уголь, и один такой процесс, который называют процессом СЛ-РН, уже введен в практику.

В патенте США №3443931 раскрыт еще один процесс, в котором углеродистый материал и порошкообразный оксид железа смешивают друг с другом и преобразуют в массу или в окатыши, которые, в свою очередь, подвергают восстановлению путем нагревания на вращающемся поду, чтобы получить восстановленное железо.

В патенте США №5885521 раскрыт способ, в котором гранулированный исходный материал, предназначенный для получения восстановленного железа, высушенный в сушильной печи, загружают на под по подающему трубопроводу, проходящему вниз через потолочную часть печи с подвижным подом к месту вблизи пода, и сначала слой гранулированного исходного материала, предназначенного для получения восстановленного железа, выравнивают по толщине посредством выравнивателя окатышей, предусмотренного на боковой поверхности переднего конца подающего трубопровода, а затем дополнительно выравнивают посредством разглаживающего устройства, расположенного относительно выравнивателя окатышей ниже по ходу процесса в направлении перемещения пода.

Кроме того, в качестве процесса, предназначенного для прямого восстановления оксида железа в восстановленное железо, известен такой процесс восстановления при плавлении, как ДИОС. Согласно этому способу оксид железа предварительно восстанавливают до коэффициента восстановления примерно 30% и после этого такой оксид железа непосредственно подвергают реакции восстановления вместе с углеродом в железной ванне до тех пор, пока оксид железа не превратится в металлическое железо.

В публикации №HEI 8-27507 Вестника выложенных патентов Японии раскрыт еще один процесс прямого восстановления железа, в котором порошкообразный углеродсодержащий восстановитель с обессеривающей добавкой и порошкообразный оксид железа укладывают слоями на подвижный под и полученный таким образом пакет нагревают, чтобы получить губчатое железо.

В публикации №HEI 11-106812 Вестника выложенных патентов Японии раскрыт способ, в котором исходный материал, содержащий железную руду и твердый восстановитель, загружаемый в печь с вращающимся подом (в восстановительную печь) по впускному каналу, проходящему сквозь потолочную часть печи, передается по перегородке на под, при этом под, несущий исходный материал, вращается, чтобы обеспечить возможность восстановления исходного материала внутри печи в течение одного оборота, после чего материал выпускают. Существенное отличие способа заключается в том, что высокотемпературную восстановленную руду укладывают под перегородкой для предварительного нагревания исходного материала на перегородке лучистой теплотой восстановленной руды, в то время как восстановленную руду, температура которой снизилась, выгружают через выпускное отверстие.

Заявитель настоящего изобретения в течение длительного времени проводил исследования, направленные на разработку способа, использование которого позволило бы эффективно получать металлическое железо, имеющее высокую степень чистоты, из железной руды, имеющей относительно низкое содержание железа, а также из оксида железа, имеющего высокое содержание железа, посредством упрощенной переработки. Нижеследующий способ, разработанный в результате исследований, впервые был предложен в публикации №HEI 9-256017 Вестника выложенных патентов Японии.

Этот способ отличается тем, что при получении металлического железа путем восстановления нагреванием формованного рудного тела, включающего углеродсодержащий восстановитель и оксид железа, оксид железа восстанавливают в твердом состоянии, нагревая с целью образования и выращивания корки из металлического железа, при этом восстановление нагреванием продолжают до тех пор, пока оксид железа больше не будет присутствовать внутри корки, а нагревание продолжают, чтобы вызвать вытекание шлака из корки металлического железа, и тем самым отделить металлическое железо и шлак друг от друга.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предусмотрен способ получения гранулированного металлического железа, включающий нагревание формованного исходного материала, включающего углеродсодержащий восстановитель и вещество, содержащее оксид железа, в восстановительной плавильной печи, чтобы подвергнуть оксид железа, содержащийся в формованном исходном материале, восстановлению в твердом состоянии; и науглероживание восстановленного железа, получающегося в результате восстановления в твердом состоянии, углеродом, содержащимся в углеродсодержащем восстановителе, чтобы вызвать плавление восстановленного железа, наряду с тем, чтобы отделить компоненты пустой породы, содержащиеся в формованном исходном материале, и вызвать коалесценцию получающегося в результате металлического железа до гранулированного металлического железа, в котором газовая среда, имеющаяся вблизи формованного исходного материала на стадии науглероживания и плавления, имеет восстановительную способность не ниже 0,5.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предусмотрен способ получения металлического железа, включающий образование на огнеупорных материалах пода осажденного слоя, содержащего шлак, полученный в процессе восстановительной плавки, в результате чего защищают огнеупорные материалы пода при получении металлического железа.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предусмотрено устройство для загрузки вспомогательного исходного материала на под восстановительной плавильной печи с подвижным подом, выполненной с возможностью получения металлического железа, содержащее подающий трубопровод, при вертикальном положении соединенный с потолочной частью печи.

Эти и другие особенности и связанные с ними преимущества настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего подробного описания со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

на фиг.1 схематично представлено оборудование для восстановительной плавки, использованное в настоящем изобретении;

фиг.2 - вид, эквивалентный разрезу, сделанному по линии А-А на фиг.1;

фиг.3 - развернутый в продольном направлении пояснительный вид в разрезе оборудования по фиг.1;

фиг.4 - графики, показывающие соответствующие изменения температуры печной атмосферы, температуры формованного исходного материала, коэффициента восстановления и количеств выделившегося газа СО и выделившегося газа СО₂ во время стадии восстановления в твердом состоянии и стадии плавления при использовании в изобретении принципа двухступенчатого нагрева;

фиг.5 - графики, показывающие соответствующие изменения коэффициента металлизации оксида железа, содержащегося в формованном исходном материале, и количества остаточного FeO во время стадии восстановления в твердом состоянии и стадии плавления;

фиг.6 - график, показывающий зависимость между количеством остаточного углерода в восстановленном железе в то время, когда коэффициент металлизации достигает 100%, и количеством остаточного углерода в окончательно полученном металлическом железе;

фиг.7 - график, показывающий зависимость между коэффициентом металлизации и коэффициентом восстановления;

фиг.8 - график, показывающий соответствующие изменения температуры внутри формованного исходного материала и восстановительной способности газовой среды при использовании и без использования угольного порошка в качестве агента, регулирующего атмосферу;

фиг.9 - схематичный вид в разрезе, иллюстрирующий конструкцию основной части печи с подвижным подом в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения;

фиг.10 - разрез по линии А-А на фиг.9;

фиг.11 - вид, иллюстрирующий основную часть другого предпочтительного подающего устройства согласно изобретению;

фиг.12 - вид, иллюстрирующий основную часть еще одного предпочтительного подающего устройства согласно изобретению;

фиг.13 - вид, иллюстрирующий основную часть еще одного предпочтительного подающего устройства согласно изобретению;

фиг.14 - фотография, показывающая металлическое железо и шлак в состоянии, которое при экспериментальном получении имелось сразу же после науглероживания и плавления;

фиг.15 - график, подтверждающий эффект снижения содержания серы в металлическом железе в эксперименте с целенаправленным добавлением источника СаО к формованному исходному материалу для регулирования числа основности шлака;

фиг.16 - график, показывающий зависимость между числом основности полученного шлака и содержанием серы в полученном металлическом железе;

фиг.17 - пояснительный вид, иллюстрирующий интегрированную производственную систему для получения железа и стали, использованную в настоящем изобретении;

фиг.18 А-Е - схематически показано состояние шлакового осажденного слоя, образованного при использовании настоящего изобретения;

фиг.19 А, В - схематически показана заделка пода согласно другому примеру выполнения изобретения;

фиг.20 А-С - схематически показана заделка пода согласно еще одному примеру выполнения изобретения;

фиг.21 А-С - схематически показана заделка пода согласно еще одному примеру выполнения изобретения;

фиг.22 А-Е - схематически показана ситуация с заделкой пода, когда образуется верхний слой из агента, регулирующего атмосферу;

фиг.23 А, В - схематически показана другая ситуация с заделкой пода, когда образуется верхний слой из агента, регулирующего атмосферу;

фиг.24 - графическое изображение, поясняющее рецептуру исходного материала, содержания и составы продуктов в процессе получения металлического железа, использованном в примере;

фиг.25 - фотография, показывающая типичное металлическое железо, полученное в примере изобретения;

фиг.26 - графическое изображение, поясняющее рецептуру исходного материала, содержания и составы продуктов в процессе получения металлического железа, использованном в другом примере; и

фиг.27 - фотография, показывающая состояние металлического железа, полученного в случае, когда газовая среда, находящаяся вблизи формованного исходного материала, имела на стадии науглероживания, плавления и коалесценции восстановительную способность не ниже 0,5.

Заявитель настоящего изобретения постоянно проводил исследования, направленные на дальнейшее усовершенствование изобретения, упомянутого выше. Исследование, касающееся одного такого усовершенствования, было сделано относительно регулирования условий на стадии науглероживания и плавления, чтобы попытаться повысить чистоту и выход металлического железа путем предотвращения повторного окисления металлического железа, обусловленного оксидирующим газом, например CO₂ или Н₂О, особенно на стадии науглероживания и плавления, следующей за стадией восстановления в твердом состоянии.

В результате было обнаружено, что, хотя восстановительная способность газовой среды вблизи формованного исходного материала поддерживается высокой восстановительным газом (главным образом оксидом углерода), получающимся при протекании восстановления в твердом состоянии в результате реакции между большим количеством углеродсодержащего восстановителя и оксидом железа, содержащимся в формованном исходном материале, но восстановленное таким образом железо, вероятно, будет повторно окисляться в конце стадии восстановления в твердом состоянии и на последующей стадии науглероживания и плавления, поскольку количество оксида углерода, образующегося на этих стадиях, уменьшается, тогда как на этих стадиях содержание воды или концентрация оксидирующего газа, например диоксида углерода, образующегося в качестве отработанного газа, получающегося в результате горения нагревательной горелки, становятся относительно высокими.

Поэтому задача изобретения заключается в создании способа, использование которого позволяет при получении металлического железа свести до минимума повторное окисление металлического железа в конце стадии восстановления в твердом состоянии и после нее, особенно на стадии науглероживания и плавления, чтобы тем самым эффективно получать гранулированное металлическое железо, имеющее высокий коэффициент металлизации и высокую степень чистоты при высоком выходе.

Другая задача изобретения заключается в создании способа, использование которого позволяет уменьшить эрозию или истирание огнеупорных материалов пода вследствие воздействия жидкого FeO, образующегося при получении металлического железа, что гарантирует продление срока службы огнеупорных материалов, в результате чего повышается эксплуатационная надежность оборудования и гарантируется длительное непрерывное производство.

Еще одна задача изобретения заключается в создании способа, использование которого позволяет таким образом загружать вспомогательный исходный материал на под, чтобы образовывался тонкий слой вспомогательного исходного материала, который является равномерным в направлении ширины пода.

В одном аспекте способ согласно изобретению характеризуется тем, что для того, чтобы получить гранулированное металлическое железо при восстановительной плавке формованного исходного материала, содержащего источник оксида железа (в дальнейшем в зависимости от ситуации он может называться “железной рудой или подобным материалом”), например железную руду, оксид железа или его частично восстановленный продукт, и углеродсодержащий восстановитель (в дальнейшем в зависимости от ситуации может называться “углеродистым материалом”), например кокс или уголь, регулируют соответствующим образом состояние печной атмосферы на последней стадии получения, в частности на стадии науглероживания и плавления, чтобы предотвратить повторное окисление восстановленного железа, в результате чего становится возможным получение гранулированного металлического железа, имеющего высокую степень чистоты, и чтобы снизить выработку FeO, обусловленную повторным окислением металлического железа, для уменьшения эрозии или истирания огнеупорных материалов пода. Ниже конкретные особенности настоящего изобретения будут описаны подробно со ссылками на чертежи, иллюстрирующие примеры изобретения.

На фиг.1-3 приведены схематичные виды, иллюстрирующие пример восстановительной плавильной печи с подвижным подом, разработанной заявителем для осуществления изобретения. Показанная печь представляет собой сводчатую конструкцию, имеющую вращающийся под. На фиг.1 схематично показана конструкция печи; на фиг.2 представлен разрез по линии А-А на фиг.1; и на фиг.3 схематично показан вид., иллюстрирующий печь в направлении вращения вращающегося пода. На этих чертежах ссылочной цифрой 1 обозначен вращающийся под, который выполнен с возможностью вращения с соответствующей скоростью посредством непоказанного привода, а ссылочной цифрой 2 обозначен кожух печи, закрывающий вращающийся под 1.

Восстановительная плавильная печь с подвижным подом, в которой можно использовать настоящее изобретение, не ограничена формой и конструкцией, показанными на фиг. с 1 по 3. Настоящее изобретение можно эффективно использовать в восстановительной плавильной печи с подвижным подом любой другой конструкции, например с прямоугольной колосниковой решеткой, при условии, что печь имеет подвижный под в качестве неотъемлемого элемента.

Кожух 2 печи снабжен большим количеством горелок 3 на поверхностях соответствующих стенок, и теплота сгорания, создаваемая этими горелками 3, и лучистая теплота передаются к формованному исходному материалу на вращающемся поду 1 для восстановления формованного исходного материала при нагревании. Показанный на чертеже кожух 2 печи, который является предпочтительным примером, имеет внутреннее пространство, разделенное на первую зону Z₁, вторую зону Z₂, третью зону Z₃ и четвертую зону Z₄ с тремя разделительными стенками K₁, К₂ и К₃. На стороне кожуха 2 печи, находящейся выше по ходу процесса в направлении вращения вращающегося пода 1, расположено подающее средство 4 для подачи исходного материала и вспомогательного исходного материала, обращенное к вращающемуся поду 1, тогда как разгрузочное устройство 6 предусмотрено на стороне ниже всего по ходу процесса в направлении вращения. Следует отметить, что, поскольку под 1 является вращающимся, то можно сказать, что разгрузочное устройство 6 расположено на стороне, находящейся выше по ходу процесса относительно подающего средства 4, непосредственно перед ним.

При работе восстановительной плавильной печи куски формованного исходного материала, содержащего железную руду или подобный материал и углеродистый материал, подают из подающего средства 4 на вращающийся под 1, вращающийся со скоростью, заранее заданной из условия образования слоя, имеющего нужную толщину. Формованный исходный материал, загруженный на под 1, во время прохождения зоны Z₁ подвергают воздействию теплоты сгорания, создаваемой горелками 3, и лучистой теплоты, в результате чего оксид железа в формованном исходном материале восстанавливается при нагревании, сохраняя твердое состояние с помощью углеродистого материала, содержащегося в формованном исходном материале, и оксида углерода, образующегося при сгорании углеродистого материала. Затем формованный исходный материал дополнительно восстанавливают нагреванием во второй зоне Z₂ с получением восстановленного железа, которое восстанавливается, по существу, полностью. После этого полученное восстановленное железо науглероживают и расплавляют при дальнейшем нагревании в восстановительной атмосфере третьей зоны Z₃, в результате чего восстановленное железо коалесцирует до гранулированного металлического железа с отделением от шлака, образующегося в качестве побочного продукта. Полученное таким образом гранулированное металлическое железо охлаждают, и оно затвердевает с помощью какого-либо охлаждающего средства С в четвертой зоне Z₄, а затем выгружают посредством разгрузочного устройства 6, расположенного ниже по ходу процесса. Шлак, образовавшийся как побочный продукт, в это же время также извлекают вместе с металлическим железом. Металлическое железо и шлак подают в подходящее разделительное средство (сито или магнитный сепаратор) через воронку Н, чтобы отделить их друг от друга. В конечном счете можно получить металлическое железо, имеющее степень чистоты, примерно, 95% или выше, но предпочтительно, примерно, 98% или выше, при экстремально низком содержании шлака.

Хотя четвертая зона 24 на чертеже показана открытой для наружной атмосферы, на практике желательно, чтобы печь была, преимущественно, закрыта крышкой для уменьшения рассеяния теплоты и обеспечения возможности регулирования внутренней печной атмосферы соответствующим образом. Хотя внутреннее пространство печи показано разделенным на первую зону Z₁, вторую зону Z₂, третью зону Z₃ и четвертую зону Z₄ с тремя разделительными стенками K₁, K₂ и К₃, настоящее изобретение не ограничено такой секционированной конструкцией, и конечно, можно осуществлять соответствующие модификации, исходя из размера печи, производительности, принципа действия и т.п. Однако в настоящем изобретении желательно, чтобы разделительная стенка была расположена по меньшей мере между областью восстановления в твердом состоянии, соответствующей первой половине стадии процесса восстановления нагревом, и областью науглероживания, плавления и коалесценции, соответствующей второй половине стадии, чтобы обеспечить возможность регулирования температуры и газовой среды в печи на локальной основе. Кроме того, в настоящем изобретении, желательно, чтобы область завершения восстановления в твердом состоянии располагалась по меньшей мере между областью восстановления в твердом состоянии, соответствующей первой половине восстановления нагревом, и областью науглероживания, плавления и коалесценции, соответствующей второй половине, и чтобы температура и газовая среда в печи регулировались на локальной основе.

Как понятно из фиг.3, первая зона Z₁ является областью восстановления в твердом состоянии, вторая зона Z₂ является областью завершения восстановления в твердом состоянии, а третья зона Zs является областью науглероживания, плавления и коалесценции. В области завершения восстановления в твердом состоянии восстановительную способность газовой среды в печи повышают таким способом, как добавление природного газа, коксового газа, метана и т.д., поддерживая внутри печи температуру, при которой формованный исходный материал остается в твердом состоянии. В результате дисперсия коэффициента восстановления формованных исходных материалов, обусловленная распределением размеров гранул формованных исходных материалов, неоднородностью состояния в печи и т.д., снижается, а коэффициент восстановления всех формованных исходных материалов возрастает. Науглероживание и плавление формованных исходных материалов в области науглероживания, плавления и коалесценции, которая находится дальше, являются устойчивыми.

Когда температура печной атмосферы на стадии восстановления (восстановления в твердом состоянии) процесса восстановительной плавки слишком высокая, а точнее, когда в определенный период процесса восстановления температура печной атмосферы становится выше температуры плавления шлакового компонента, а также компонентов пустой породы, содержащихся в исходном материале, в невосстановленном оксиде железа и т.п., такой шлаковый компонент, имеющий более низкую температуру плавления, плавится и реагирует с огнеупорными материалами, образующими подвижный под, вызывая эрозию или истирание огнеупорных материалов. Следовательно, нельзя сохранить гладкость пода. Кроме того, когда оксид железа нагревается сильнее, чем это необходимо для восстановления на стадии восстановления в твердом состоянии, FeO как оксид железа, содержащийся в исходном материале, плавится до начала восстановления и, следовательно, происходит так называемое “восстановление при плавлении” (явление, заключающееся в том, что оксид железа восстанавливается при плавлении; и это восстановление отличается от восстановления в твердом состоянии), при котором FeO быстро реагирует с углеродом (С), содержащимся в углеродистом материале. Хотя восстановление при плавлении также дает металлическое железо, но при восстановлении с плавлением образуется шлак, содержащий FeO, и имеющий более высокую текучесть, которая, в свою очередь, приводит к сильной эрозии или истиранию огнеупорных материалов пода. Следовательно, трудно гарантировать непрерывную выработку, которая требуется при практическом использовании печи.

Хотя такое явление зависит от вида железной руды и углеродистого материала, образующего формованный исходный материал, или от состава шлакообразующего компонента, содержащегося в связующем веществе или в подобном материале, обнаружено, что, когда температура печной атмосферы при восстановлении в твердом состоянии выше примерно 1400С, шлак с низкой температурой плавления, как описано выше, просачивается, вызывая эрозию или истирание огнеупорных материалов пода, и что, когда температура печной атмосферы выше 1500С, нежелательное восстановление при плавлении происходит независимо от вида или марки железной руды или исходного материала, в результате чего огнеупорные материалы пода претерпевают сильную эрозию или истирание.

На фиг.4 графически показаны условия протекания реакций в случае, когда формованный исходный материал (в виде окатышей, имеющих диаметр от 16 до 19 мм), содержащий железную руду в качестве источника оксида железа и уголь в качестве углеродсодержащего восстановителя, был загружен в печь, управление которой осуществлялось с целью поддержания температуры печной атмосферы на уровне примерно 1300С, на графике этот уровень представлен прямой линией ¬, и подвергался восстановлению в твердом состоянии до тех пор, пока коэффициент восстановления (расход кислорода, удаленного из оксида железа, содержащегося в формованном исходном материале) не достигал 100%, и после этого полученное восстановленное железо загружали в плавильную зону, где поддерживалась температура печной атмосферы примерно 1425С (представленная на графике прямой линией ­) в момент времени, обозначенный прямой линией . Кроме того, на фиг.4 показаны температура внутри формованного исходного материала, непрерывно измерявшаяся термопарой, предварительно введенной в формованный исходный материал, температура газовой среды в печи и соответствующие изменения во времени концентраций диоксида углерода и оксида углерода, образующихся в процессе восстановления.

Как видно из фиг.4, гранулированное металлическое железо 18 можно эффективно и стабильно получать, если принцип двухступенчатого нагрева реализовать так, чтобы восстановление происходило до тех пор, пока коэффициент восстановления (коэффициент удаления кислорода) не достигнет 80% (значение указано точкой А на фиг.4) или большего значения, предпочтительно 95% (значение указано точкой В на фиг.4) или еще большего значения, при этом формованный исходный материал остается в печи в твердом состоянии без возникновения частичного плавления шлакового компонента, содержащегося в формованном исходном материале. Более конкретно, принцип двухступенчатого нагрева осуществляют так, чтобы обеспечивалась возможность восстановления в твердом состоянии при поддержании температуры внутри печи в пределах от 1200 до 1500С, более предпочтительно - от 1200 до 1400С, а затем повышение температуры внутри печи до значений от 1350 до 1500С для восстановления части оксида железа, оставшейся невосстановленной, и для науглероживания, плавления и коалесценции полученного металлического железа.

При оценке изменений во времени температуры печной атмосферы, непрерывно измеряемой и показанной на фиг.4, до начала эксперимента было обнаружено падение температуры в пределах от 80 до 100С относительно установленной внутренней температуры, которая задавалась на уровне 1300С, когда формованный исходный материал загружался в печь, но затем внутренняя температура постепенно поднималась и в конце стадии восстановления в твердом состоянии достигала первоначально заданного значения температуры. Поскольку падение температуры в начале эксперимента было обусловлено характеристиками печи, такое падение температуры на начальной стадии можно уменьшить, если видоизменить нагревательное средство печи.

Что касается времени, представленного на фиг.4 на горизонтальной оси, то восстановление в твердом состоянии, плавление и коалесценция оксида железа обычно завершаются на временном интервале примерно от 10 до 13 мин, хотя этот временной интервал немного сдвигается в зависимости от состава железной руды и углеродистого материала, образующих формованный исходный материал, и других аналогичных характеристик.

Если восстановление в твердом состоянии формованного исходного материала происходит с поддержанием коэффициента восстановления ниже 80%, то при последующем плавлении нагревом возникает просачивание шлака с низкой температурой плавления из формованного исходного материала, вызывающее, как описано выше, эрозию или истирание огнеупорных материалов. В противоположность этому, если в конце стадии восстановления в твердом состоянии и во время последующей переработки, т.е. при науглероживании, плавлении и коалесценции, коэффициент восстановления поддерживать на уровне 80% или выше, предпочтительно на уровне 95% или выше, восстановление части FeO, оставшейся невосстановленной в формованном исходном материале, происходит внутри формованного исходного материала, и, следовательно, просачивание шлака можно уменьшить и тем самым гарантировать стабильную непрерывную выработку без сильной эрозии или истирания огнеупорных материалов.

Соответствующая внутренняя температура печи, при которой можно гарантировать более высокий коэффициент восстановления без просачивания шлака с низкой температурой плавления на первой стадии, т.е. стадии восстановления в твердом состоянии, показанной на фиг.4, находится в пределах от 1200 до 1500С, предпочтительно - от 1200 до 1400С. Если внутренняя температура печи ниже 1200С, восстановление в твердом состоянии протекает медленно, и, следовательно, необходимо, чтобы формованный исходный материал оставался в печи в течение большего промежутка времени, что приводит к более низкой производительности. С другой стороны, если внутренняя температура составляет 1400С или выше, особенно выше 1500С, то, как описано выше, просачивание шлака с низкой температурой плавления во время процесса восстановления происходит независимо от вида или марки железной руды или аналогичного компонента в исходном материале, вызывая эрозию или истирание огнеупорных материалов и тем самым затрудняя осуществление непрерывной выработки. Хотя может быть случай, когда при некотором составе или пропорции железной руды, используемой в качестве исходного материала, явление просачивания не возникает в температурном диапазоне от 1400 до 1500С, повторяемость и вероятность такого случая являются низкими. Поэтому подходящая температура при восстановлении в твердой фазе находится в пределах от 1200 до 1500С, предпочтительно - от 1200 до 1400С. Конечно на практике можно установить внутреннюю температуру печи на уровне 1200С или ниже в начале стадии восстановления в твердом состоянии, а затем повысить ее до значения в пределах от 1200 до 1500С на последней половине стадии восстановления в твердом состоянии, чтобы вызвать протекание восстановления в твердом состоянии.

Формованный исходный материал, доведенный до нужной степени восстановления в твердом состоянии в области восстановления в твердом состоянии, передают в область плавления, где внутренняя температура печи повышена до 1425С. В области плавления внутренняя температура формованного исходного материала возрастает до тех пор, пока временно не падает возле точки С, а затем снова повышается, достигая значения 1425С, которое является заданным значением температуры. По-видимому, падение температуры возле точки С вызвано отбором теплоты скрытой теплотой, необходимой для плавления восстановленного железа, и, следовательно, точка С может быть отнесена к начальной точке плавления. Начальная точка плавления в значительной степени определяется количеством остаточного углерода в частицах восстановленного железа. В начальной точке плавления температура плавления таких частиц восстановленного железа снижается вследствие науглероживания таким остаточным углеродом и газом СО, и поэтому восстановленное железо плавится быстро. Для гарантии быстрого плавления необходимо, чтобы достаточное для науглероживания количество углерода оставалось в частицах восстановленного железа после завершения восстановления в твердом состоянии. Количество остаточного углерода определяется соотношением содержания железной руды или аналогичного материала и углеродистого материала, примешанного при образовании формованного исходного материала. В соответствии с экспериментами, проведенными заявителем настоящего изобретения, было установлено, что восстановленное железо можно ускоренно науглероживать, чтобы снизить температуру плавления и вызвать быстрое плавление в температурном диапазоне от 1300 до 1500С, если углеродистый материал был первоначально примешан в таком количестве, что количество остаточного углерода (т.е. количество избыточного углерода) в восстановленном в твердом состоянии продукте составляет не меньше 1,5%, когда окончательный