Способ производства гранулированного металла (первородного металла)

Способ производства гранулированного металла (первородного металла)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к способам производстве гранулированного металла прямым восстановлением. Настоящее изобретение в особенности относится к усовершенствованному способу производства гранулированного высокочистого металла прямым восстановлением, например железа в виде гранул, имеющих большой диаметр и удобных при транспортировке и в обращении, при этом способ включает нагрев смеси, состоящей из материала, содержащего оксиды металла, и углеродсодержащего восстановителя, для восстановления оксида металла, в данном способе для повышения текучести расплавленного побочного шлакового продукта и ускорения его когезии к материалу добавляют вспомогательное вещество. В усовершенствованном способе достигается высокий выход и высокая производительность.

В данном описании в основном представлен способ прямого производства металлического железа в виде гранул, для которого наиболее эффективно применимо настоящее изобретение. Однако настоящее изобретение не ограничено прямым производством железа в виде гранул. Настоящее изобретение может быть также использовано, например, для производства феррохрома или ферроникеля путем нагрева и восстановления хромсодержащей руды или никельсодержащей руды. В настоящем изобретении термин "гранулы" не означает неизбежно сферическую форму и включает гранулы, имеющие эллиптическую форму, овальную форму и их слегка деформированные формы.

Предшествующий уровень

Примером известного способа производства металлического железа нагреванием и восстановлением источника оксида железа служит процесс прямого получения железа, предназначенный для получения восстановленного железа прямым восстановлением железной руды или окатышей, содержащих оксид железа, с использованием углеродсодержащего материала или восстановительного газа. В частности, в данной области известен процесс, осуществляемый в шахтной печи, такой как процесс Мидрекс (Midrex). В способе прямого получения железа восстановительный газ, полученный из природного газа или другого подобного источника, вдувают через фурмы в нижнюю часть шахтной печи для получения восстановленного железа восстановлением оксида железа за счет восстановительной способности газа.

Недавно большое признание получил способ получения восстановленного железа с использованием в качестве восстановителя вместо природного газа углеродсодержащего материала, такого как уголь. Так, например, в практике уже применяется так называемый процесс SL/RN, включающий нагрев и восстановление спеченных окатышей железной руды или подобного сырья угольным порошком во вращающейся печи.

В опубликованном патенте США №3443931 раскрыт еще один способ получения восстановленного железа, способ включает изготовление блоков из смеси углеродсодержащего материала и порошка оксида железа и нагрев, и восстановление блоков на вращающемся поду печи. В данном способе восстановление осуществляют нагревом блоков, состоящих из смеси углеродсодержащего материала и порошкообразной железной руды, в высокотемпературной атмосфере.

Полученное вышеуказанными способами восстановленное железо может быть непосредственно использовано в качестве источника железа для электродуговой печи или оно может быть подвергнуто брикетированию или другому подобному процессу перед использованием в качестве источника железа. В связи с возрастающей в последнее время тенденцией к рециркуляции скрапа, полученному вышеуказанными способами, восстановленному железу уделяется много внимания как средству для уменьшения металлических примесей в скрапе, поскольку получаемое восстановленное железо имеет низкое содержание иных металлов, чем железо.

Процесс восстановительной плавки, такой как процесс прямой восстановительной плавки железной руды (DIOS), предназначенный для получения восстановленного железа прямым нагревом и восстановлением железной руды, также известен в данной области. В данном процессе руду сначала предварительно восстанавливают до содержания металлического железа примерно 50 мас. процентов (далее в описании обозначено как %) или менее, и предварительно восстановленному железу обеспечивают возможность непосредственно взаимодействовать с углеродом в ванне расплавленного железа для получения восстановленного металлического железа. Однако, поскольку для осуществления данного процесса необходимы две стадии, то есть предварительное восстановление и конечное восстановление в ванне расплавленного железа, проведение процесса затруднено. Более того, поскольку имеющийся в ванне расплавленного железа расплавленный оксид железа (FeO) непосредственно вступает в контакт с огнеупорами, огнеупоры подвергаются значительному износу, что вызывает определенные проблемы. Указанное явление обусловлено тем, что оксид железа в расплавленном состоянии значительно разъедает огнеупор, такой как оксид алюминия или оксид магния.

В опубликованном патенте США №6036744 и опубликованных, не прошедших экспертизу заявках Японии №№09-256017, 2000-144224 и 11-131119, и других подобных документах раскрыты способы бездоменного получения гранул или блоков высокочистого металлического железа, способы включают нагрев и восстановление смеси порошков углеродсодержащего восстановителя и оксида железа в печи с вращающимся подом с получением восстановленного железа и дополнительный нагрев образованного восстановленного железа для отделения восстановленного железа от побочного шлакового продукта с использованием разницы в удельных весах. Смесь может быть предварительно формована в блоки перед ее нагревом в печи с вращающимся подом, если это является необходимым.

В соответствии с указанным способом восстановленное железо, полученное, главным образом, твердофазным восстановлением, нагревают и температуру плавления восстановленного железа уменьшают науглероживанием восстановленного железа для обеспечения его расплавления. В данном способе может быть повышена производительность процесса получения металлического железа и одновременно устранена проблема, связанная со значительным износом огнеупоров, вызванным расплавленным оксидом железа (FeO).

Однако, когда гранулы высокочистого железа получают в соответствии с указанным способом из вещества, такого как железная руда, имеющая высокое содержание пустой породы, количество побочного шлакового продукта увеличивается, вследствие чего ухудшается когезия и уменьшается степень чистоты полученного металлического железа и его выход. Кроме того, когда для регулирования основности материала, имеющего высокое содержание SiO₂, или для десульфурации материала, содержащего углеродсодержащий восстановитель, с высоким содержанием серы к материалу добавляют вещество, содержащее СаО (например, СаСО₃), количество побочного шлакового продукта дополнительно увеличивается, вследствие чего происходит дополнительное ухудшение когезионных свойств побочного шлакового продукта.

Когда когезионные свойства побочного шлакового продукта ухудшаются, отделение металлического железа, полученного восстановлением, от побочного шлакового продукта становится затрудненным, образование гранул или блоков металлического железа подавляется и образуется конгломерат из металлического железа и шлака. Кроме того, образуется большое количество мелких гранул металлического железа, которые препятствуют отделению от побочного шлакового продукта. Поэтому выход продуктов, имеющих размер в подходящем диапазоне, уменьшается.

Более того, в зависимости от вида источника оксида железа, вида компонентов шлака и состава шлака, ухудшение когезионных свойств побочного шлакового продукта происходит часто даже в том случае, когда содержание пустой породы в источнике оксида железа является низким.

Раскрытие изобретения

Для преодоления вышеуказанных проблем изобретатели провели исследования и обнаружили, что гранулы железа, имеющие относительно большой размер, могут быть получены, когда углеродсодержащий восстановитель, имеющий высокое фиксированное содержание углерода, используют в способе, который включает стадию восстановления в твердом состоянии оксида металла, входящего в состав смеси, содержащей углеродсодержащий восстановитель и материал, содержащий оксид железа, посредством восстановительной плавки в печи, и стадию дополнительного нагрева образующегося металлического железа с одновременным обеспечением возможности отделения металлического железа от побочного шлакового продукта и образования когезией гранул металла. На основе данного наблюдения была подана заявка на патент.

В данном описании подтверждено, что относительно большие гранулы железа с высоким выходом могут быть получены при установлении фиксированного содержания углерода в углеродсодержащем восстановителе в значении 73% или более, содержания летучих веществ в материале в значении 3,9% или менее и количества углеродсодержащего восстановителя в материале в значении 45% или менее относительно содержания в материале оксида железа и установлением температуры для расплавления металлического железа, полученного твердофазным восстановлением в печи, в значении 1400°С или более.

Вышеописанный способ является полезным потому, что он рассматривает воздействие углеродсодержащего восстановителя на когезионные свойства металлического железа в качестве фактора, влияющего на получение относительно больших гранул металлического железа с высоким выходом. Однако большие ограничения накладываются в отношении типов пригодного углеродсодержащего восстановителя.

Кроме того, когда содержание пустой породы в материале и в особенности в источнике оксида железа является высоким, когда содержание SiO₂ в материале является высоким или когда необходима десульфурация вследствие того, что углеродсодержащий восстановитель имеет высокое содержание серы, с целью регулирования основности шлакового продукта к материалу может быть добавлен СаСО₃. В таких случаях количество побочного шлакового продукта возрастает, и ухудшение когезионных свойств шлака является неизбежным, что вызывает определенные проблемы.

Более того, в зависимости от типов источника оксида железа, шлаковых компонентов и состава шлака, когезионные свойства побочного шлакового продукта могут также ухудшиться даже в том случае, когда содержание пустой породы в материале является низким. Усовершенствование, касающееся решения данной проблемы, также желательно.

Настоящее изобретение основано на вышеуказанном знании. Задача настоящего изобретения предусматривает разработку способа получения гранул высокочистого металла, при этом способ включает нагрев и восстановление материала, содержащего оксид металла, например оксид железа, и углеродсодержащий восстановитель, такой как кокс, и дополнительный нагрев для расплавления металла и создания условий для когезии побочного шлакового продукта с одновременным разделением шлака и металла, при этом способе могут улучшаться когезионные свойства побочного шлакового продукта, полученного во время когезии и отделения расплавленного шлака, повышаться степень чистоты образованного гранулированного металла, полученного нагревом и восстановлением, имеется возможность получить большие гранулы металла однородного размера, и надежно увеличивается выход конечного продукта, представляющего собой гранулы металла, независимо от типа и количества компонента пустой породы, содержание которого изменяется в соответствии с видом источника оксида металла.

Способ получения гранул металла в соответствии с настоящим изобретением преодолевает указанные проблемы. Способ включает нагрев материала, содержащего вещество, содержащее оксид металла, и углеродсодержащий восстановитель, для восстановления оксида металла в материале и последующий дополнительный нагрев полученного металла для расплавления металла при одновременном обеспечении возможности отделения металла от побочного шлакового продукта и для образования гранулированного железа и отличается добавкой ускорителя когезии к побочному шлаковому продукту в вышеуказанном материале.

При осуществлении способа согласно настоящему изобретению содержание ускорителя когезии в материале предпочтительно находится в диапазоне от 0,2 до 2,5 мас.% и более предпочтительно в диапазоне от 0,4 до 2,0 мас.%.

Вышеописанный материал предпочтительно представляет смесь порошков вещества, содержащего оксид металла углеродсодержащего восстановителя и ускорителя когезии. Подлежащая использованию смесь предпочтительно является однородной. Более предпочтительно используют смесь, формованную в гранулы, брикеты или подобные формы, или формованную прессованием в компактную форму.

В качестве ускорителя когезии предпочтительно используются фторид кальция (CaF₂), оксид бора (В₂О₃), карбонат натрия (Na₂СО₃) или оксид натрия (Na₂O). Они могут быть использованы по отдельности и, если необходимо, в комбинации. Из указанных компонентов в особенности предпочтительным в качестве ускорителя когезии, с точки зрения стоимости и эффекта ускорения когезии, является флюорит (плавиковый шпат), который содержит в качестве основного компонента CaF₂.

При осуществлении способа согласно настоящему изобретению материал предпочтительно нагревают и непрерывно восстанавливают с использованием печи с подвижным подом или печи с вращающимся подом. Во время процесса на под предварительно может быть помещен слой углеродсодержащего материала и затем подлежащий нагреву и восстановлению материал может быть также подан на под печи. Таким способом может всегда поддерживаться высокий восстановительный потенциал атмосферы окружающей материалы и поэтому вторичное окисление восстановленного железа, например, вследствие поступления окислительного отработанного газа (например, диоксида углерода и водяного пара) из горелки, которая используется для нагрева печи, может быть предотвращено.

В данном способе гранулы металла могут быть получены с использованием в качестве оксида металла оксида железа и с эффективным использованием в качестве вещества, содержащего оксид металла, по меньшей мере, одного из следующих материалов: железная руда, пыль сталеплавильного производства, отходы производства стали и металлический скрап. В данном описании в качестве пыли сталеплавильного производства предпочтительно используется пыль, образующаяся во время получения слитков нержавеющей стали, которая далее в описании указана как «пыль нержавеющей стали», вместе с источником оксида железа, таким как железная руда и вторичная окалина. Таким способом содержащиеся в пыли ценные металлы, такие как Ni, Cr и Мо, могут быть захвачены гранулами железа и, вследствие этого, эффективно извлечены.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 включает фотографические снимки продуктов, показывающие состояние сразу же после восстановительной плавки в соответствии с примером и сравнительным примером. Фиг.2 включает фотографические снимки, которые показывают внешний вид гранул металлического железа, полученных в соответствии с примером и сравнительным примером. Фиг.3 включает фотографические снимки продуктов, показывающие состояние сразу же после восстановительной плавки в соответствии с другим примером и другим сравнительным примером. Фиг.4 включает фотографические снимки, которые показывают внешний вид гранул металлического железа, полученных посредством еще одного примера и еще одного сравнительного примера. Фиг.5 представляет график, показывающий зависимость распределений накопленной массы гранул металла по размерам, полученных посредством сравнительного примера и примера.

Наилучший вариант осуществления изобретения

Как указывалось выше, в настоящем изобретении к материалу добавляют компонент, который ускоряет когезию побочного расплавленного шлакового продукта, полученного во время стадии нагрева и восстановления источника оксида металла, и полученную смесь дополнительно нагревают после восстановления для ускорения отделения побочного шлакового продукта от расплавленного металла с тем, чтобы образовать относительно большие гранулы металла, имеющие однородный размер и высокую степень чистоты, при высокой производительности и высокой степени извлечения. Настоящее изобретение описано ниже в качестве примера с использованием способа получения гранул металлического железа из оксида железа, который является типичным примером оксида металла.

В настоящем изобретении используются такие же процессы получения гранул или блоков высокочистого металлического железа, которые раскрыты, например, в опубликованном патенте США №6036744 и опубликованных, не прошедших экспертизу заявках на патент Японии №№09-256017, 2000-144224 и 11-131119, способы включают приготовление смеси порошков углеродсодержащего восстановителя и вещества, содержащего оксид железа, формование смеси в блоки в случае необходимости, нагрев и восстановление смеси на вращающемся поду печи и дополнительный нагрев смеси для отделения расплавленного металлического железа от побочного шлакового продукта с использованием разницы в их удельных весах.

В частности, в представленных выше известных способах, в случае необходимости, для регулирования основности или осуществления десульфурации к материалу, который по существу содержит порошок вещества, содержащего оксид железа, и углеродсодержащего восстановителя, добавляют СаСО₃ или подобное вещество. Когда необходимо, чтобы материал образовал компактную форму, к материалу дополнительно добавляют адекватное количество связующего. Настоящее изобретение отличается тем, что для ускорения когезии расплавленного шлака к материалу добавляют ускоритель когезии, предпочтительно содержащий, по меньшей мере, одно из следующих веществ: фторид кальция (CaF₂), оксид бора (В₂О₃), карбонат натрия (Na₂СО₃) и оксид натрия (Na₂O).

Вышеуказанная смесь порошкообразных материалов, содержащая ускоритель когезии, может быть непосредственно подана в печь, такую как печь с вращающимся подом. Порошкообразный материал предпочтительно формуют в гранулы с использованием установки для окомкования типа чаши, барабана или подобного типа, формуют прессованием в брикеты или формуют прессованием без усилий в компактную форму перед его подачей в печь для эффективного увеличения теплопроводности и ускорения реакции восстановления в смеси материала.

Для эффективного осуществления твердофазного восстановления при одновременном сохранении смеси материала, содержащей ускоритель когезии, в твердом состоянии в печи, причем без начала частичного плавления компонента оксида железа в материале, предпочтительно осуществляют двухстадийный процесс нагрева. Двухстадийный процесс нагрева включает: восстановление материала, главным образом, посредством твердофазного восстановления при одновременном поддержании температуры печи в диапазоне от 1200 до 1500°С, и более предпочтительно от 1200 до 1400°С; и последующее восстановление оставшегося оксида железа при повышенной температуре печи в диапазоне от 1400 до 1500°C обеспечивающее возможность полученному металлическому железу (восстановленному железу) расплавляться и образовывать гранулированное железо. При указанных условиях могут быть надежно и с высоким выходом получены гранулы железа. Время, необходимое для осуществления данного процесса, обычно составляет примерно от 8 до 13 минут. В такое короткое время могут завершиться твердофазное восстановление, плавление и когезия оксида железа.

В ходе процесса расплавленное металлическое железо образует капли, которые увеличиваются в размерах. Поскольку капли железа увеличиваются в размерах при одновременном отделении расплавленного побочного шлакового продукта, образованные капли расплавленного железа не содержат по существу шлак и поэтому содержат высокочистое железо. После охлаждения, затвердевания и отделения данных гранул железа от шлака с использованием сита или магнитной сепарацией могут быть получены гранулы металлического железа с высокой степенью чистоты Fe.

Когезия побочного шлакового продукта может быть ускорена, а проблема, связанная с замедлением когезии расплавленного металлического железа, полученного во время стадии плавления после восстановления, может быть устранена за счет добавления ускорителя когезии к веществу, содержащему источник оксида металла, и углеродсодержащему восстановителю, даже в случаях, указанных ниже:

1) когда в качестве источника оксида металла используют оксид железа, имеющий плохие когезионные свойства;

2) когда используют низкосортный железосодержащий материал, имеющий высокое содержание пустой породы;

3) когда для регулирования основности материала, имеющего высокое содержание SiO₂, используются большие количества вспомогательных материалов; и

4) когда к материалу, содержащему углеродсодержащий восстановитель, имеющий высокое содержание серы (например, низкосортный угольный порошок), с целью десульфурации добавляют СаСО₃ или подобное вещество. Соответственно, на качество гранул железа и на производственные затраты, связанные с их получением, не оказывается неблагоприятное влияние даже в том случае, когда в материале используется оксид железа, проявляющий плохие когезионные свойства, или когда количество побочного шлакового продукта возрастает вследствие добавления СаСО₃. Эффект, полученный от активирования когезии расплавленного шлака, также приводит к ускорению когезии и отделению расплавленного металлического железа. Поэтому могут быть с высоким выходом получены гранулы металлического железа и производственные затраты для их получения могут быть уменьшены.

Эффекты, полученные от использования ускорителя когезии, что является главной отличительной особенностью настоящего изобретения, являются следующими.

Когда к материалу добавляют ускоритель когезии, температура плавления побочного шлакового продукта, полученного во время стадии плавления, уменьшается, тогда как текучесть шлака сильно возрастает. В результате, когда расплавленное металлическое железо образует капли железа, расплавленный шлак не подавляет или не препятствует когезии диспергированного расплавленного металлического железа. Расплавленное металлическое железо может эффективно подвергаться когезии при одновременном отделении побочного шлакового продукта и поэтому образует относительно большие капли. Данный эффект устраняет факторы, которые подавляют когезию расплавленного металлического железа, независимо от количества побочного шлакового продукта, поскольку добавление ускорителя когезии уменьшает температуру плавления побочного шлакового продукта и повышает текучесть и когезионные свойства побочного шлакового продукта. Соответственно, когезионные свойства расплавленного металлического железа могут быть усилены и могут быть эффективно произведены гранулы железа, содержащие высокочистое железо, имеющие большой диаметр и удобные при транспортировке и в обращении, с одновременным достижением высокого выхода даже в том случае, когда используется источник оксида железа, имеющий плохие когезионные свойства, или когда используется низкосортный материал, содержащий оксид железа, и низкосортный углеродсодержащий восстановитель.

Другой эффект от использования ускорителя когезии является следующим.

Поскольку когезионные свойства расплавленного металлического железа улучшаются, как указывалось выше, доля больших гранул металлического железа в образованных гранулах металлического железа возрастает. Образование микрочастиц металлического железа, которые трудно отделить, и образование неотделяемых гранул металлического железа, включающих в себя шлак в результате когезии расплавленного металлического железа, когда расплавленное металлическое железо не достаточно хорошо отделено от побочного шлакового продукта, могут быть предотвращены настолько, насколько это возможно. Соответственно, когда гранулы металлического железа и побочный шлаковый продукт выгружают из печи для восстановительной плавки, такой как печь с вращающимся подом, микрочастицы металлического железа, шлак и смеси гранул металлического железа и шлака, которые прошли в зазор между разгрузочным устройством, таким как шнековый или скребковый конвейер, и поверхностью пода, не возвращаются обратно в зону нагрева печи. Кроме того, можно предотвратить впрессовывание микрочастиц металлического железа, шлака и смесей гранул металлического железа и шлака в защитный слой пода, огнеупоры пода или насыпку на поду. Указанные эффекты предотвращают повреждение, такое как инфильтрация и эрозия огнеупоров пода, микрочастицами металлического железа и шлаком и износ и увеличение размеров огнеупоров пода в результате жестких условий цикла нагрева. Соответственно, срок службы огнеупоров пода может быть продлен, проблема блокирования секции выгрузки продукта может быть решена, и может быть надежно осуществлен продолжительный непрерывный процесс.

Когда текучесть побочного шлакового продукта повышается за счет использования ускорителя когезии, во время стадии нагрева и восстановления ускоряется реакция науглероживания металлического железа, вследствие чего ускоряется также плавление побочного шлакового продукта и время, необходимое для восстановления и плавления материала, сокращается. Поскольку текучесть побочного шлакового продукта возрастает, скорость, с которой расплавленное металлическое железо и расплавленный шлак превращаются в гранулы железа, также возрастает. В результате, кроме уменьшения времени, необходимого для восстановительной плавки, может быть уменьшено время от начала плавления металлического железа, полученного твердофазным восстановлением, до завершения образования капель расплавленного металлического железа. Таким образом, производительность может быть значительно повышена при одновременном сохранении высокого выхода высокочистых больших гранул металлического железа.

В настоящем изобретении может быть подходяще использован любой тип ускорителя когезии до тех пор, пока могут быть достигнуты вышеуказанные эффекты и преимущества. Однако следует избегать ускорителя когезии, который поступает в восстановленный металл и уменьшает, например, чистоту восстановленного железа. Предпочтительно выбирается ускоритель когезии, который объединяется с компонентами шлака и легко отделяется от металлического железа. Предпочтительные примеры ускорителей когезии включают фторид кальция (CaF₂), оксид бора (В₂О₃), карбонат натрия (Na₂СО₃) и оксид натрия (Na₂O). Указанные компоненты могут быть использованы по отдельности или, если необходимо, в комбинации. Из указанных компонентов в особенности предпочтительным, с точки зрения стоимости и эффектов, полученных в результате ускорения когезии, является CaF₂ и в особенности флюорит (плавиковый шпат), содержащий в качестве основного компонента CaF₂.

Из указанных компонентов в особенности предпочтительными являются карбонат натрия (Na₂CO₃) и оксид натрия (Na₂O) в том случае, когда в качестве углеродсодержащего восстановителя используется угольный порошок или порошок кокса, поскольку карбонат натрия и оксид натрия связывают серу из углеродсодержащих восстановителей. В результате содержание серы в образующихся гранулах металла может быть уменьшено.

На количество ускорителя когезии не накладываются какие-либо ограничения. Ускоритель когезии не проявляет достаточные эффекты, когда количество ускорителя когезии является недостаточным. Эффекты, полученные от ускорения когезии при чрезмерном количестве ускорителя когезии, стремятся к пределу. Поэтому чрезмерное количество ускорителя является неэкономичным и повышает стоимость переработки повышенного количества побочного шлакового продукта. Ввиду вышесказанного, содержание ускорителя когезии предпочтительно находится в диапазоне от 0,2 до 2,5% и более предпочтительно от 0,4 до 2,0% относительно материала. Содержание ускорителя когезии в расчете на шлаковый компонент в материале предпочтительно находится в диапазоне от 1 до 11% и более предпочтительно от 3 до 8%.

На устройство, в котором может быть осуществлено настоящее изобретение, не накладываются ограничения. Иными словами, на конструкцию печи для восстановительной плавки ограничения не накладываются. Так, например, настоящее изобретение может быть осуществлено в различных типах оборудования для восстановительной плавки, раскрытых, например, в опубликованном патенте США №6036744 и в опубликованных, не прошедших экспертизу заявках на патент Японии №№09-256017, 2000-144224 и 11-131119. В особенности предпочтительным является использование печи с подвижным подом или печи с вращающимся подом, так как при использовании указанных печей процесс нагрева и восстановления материала, плавки восстановленного металла, образования гранулированного железа и отделения побочного шлакового продукта от металлического железа может быть осуществлен непрерывно и эффективно.

В данном изобретении не накладываются ограничения на тип оксида металла, используемого в качестве источника металла. Так, например, могут быть использованы никельсодержащая руда, хромсодержащая руда, оборотный скрап, содержащий никель или хром, или подобное сырье. Наиболее часто используемым источником оксида железа при получении гранул железа является железная руда, но в качестве источника железа могут быть также использованы скрап и отходы сталеплавильного производства, такие как пыль производства стали, полученные во время сталеплавильного процесса на установке для получения стали, и оборотный скрап. Указанные материалы могут быть использованы или в отдельности или, если это необходимо, в комбинации. Так, например, пыль нержавеющей стали, полученная при производстве слитков нержавеющей стали в электрической печи или подобном устройстве, содержит большие количества ценных цветных металлов, таких как Ni, Cr и Мо. При использовании в качестве источника оксида металла пыли нержавеющей стали или в отдельности или в комбинации с источником железа, таким как железная руда или вторичная окалина, в гранулы железа могут переходить Ni, Cr, Мо и другие металлы, которые могут быть эффективно извлечены.

Когда используют источник металла, такой как шлак сталеплавильного производства, который содержит большие количества шлаковых компонентов, получается избыточное количество побочного шлакового продукта относительно гранул металла, которое подавляет когезию металла, вследствие чего степень извлечения больших гранул металла уменьшается. Следовательно, для предотвращения увеличения количества побочного шлакового продукта и для повышения степени извлечения больших гранул металла содержание шлакового компонента в смеси материала должно быть настолько низким, насколько это возможно. Содержание шлакового компонента в смеси материала в особенности предпочтительно устанавливают таким образом, чтобы ограничить количество шлака примерно до 500 кг на тонну гранул металла.

При осуществлении настоящего изобретения, для восстановления оксида металла посредством твердофазного восстановления настолько, насколько это возможно, и для предотвращения образования расплавленного оксида металла, который значительно разъедает огнеупоры пода, к материалу, в зависимости от типа вещества, содержащего оксид металла, и от состава шлакового компонента, содержащегося в углеродсодержащем восстановителе, могут быть добавлены СаО или СаСО₃, которые регулируют основность побочного шлакового продукта, как показано ниже в примерах. Использование во время процесса СаО или СаСО₃ также входит в техническую область настоящего изобретения.

Примеры

Сущность, эффекты и преимущества настоящего изобретения описаны ниже на примерах. Данные примеры не ограничивают область настоящего изобретения. В объеме сущности изобретения, представленного в примерах, возможны различные модификации. Техническая область настоящего изобретения включает такие модификации.

Пример 1

В данном примере в качестве источника оксида железа использовали магнетитовую железную руду, имеющую высокое содержание пустой породы и, более конкретно, высокое содержание SiO₂, равное 5% или более. Химический состав руды показан в таблице 1.

Таблица 1
Химический состав железорудного материала, имеющего высокое содержание SiO2. Содержание (мас.%)
Fe общее	Fe2О3	Fe3O4	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	Другие	В целом
67,21	1,15	91,77	5,4	0,28	0,81	0,45	0,14	100

Содержание компонентов в окатышах материала, содержащих железную руду с высоким содержанием SiO₂, углеродсодержащий восстановитель, связующее (пшеничная мука), СаСО₃ (ускоритель основности) и CaF₂ (ускоритель когезии), устанавливали как показано в таблице 2.

Таблица 2
Содержание компонентов в окатышах материала (мас.%)
Состав	Случай А (Сравнительный пример)	Случай В (Сравнительный пример)	Случай С (Пример)	Случай D (Пример)
Железная руда с высоким содержанием SiO2	78,88	72,33	73,42	71,23
Уголь (углеродсодержащий восстановитель)	19,62	18,17	17,08	17,77
Связующее	1,5	1,5	1,5	1,5
СаСО3	0	8	7	8,5
CaF2	0	0	1	1
В целом	100	100	100	100

В случае А основность не регулировали. В случаях В и С использовали соответствующее количество СаСО₃ для получения основности шлака (CaO/SiO₂) до значения, равного примерно 1,15. В случае D использовали соответствующее количество СаСО₃ для регулирования основности шлака (CaO/SiO₂) до значения, равного 1,3 или более. Случаи С и D представляли примеры осуществления настоящего изобретения и в данных примерах для повышения текучести побочного шлакового продукта использовали небольшое количество флюорита (плавикового шпата, CaF₂). Предлагаемые количества шлака в случае А составляли 127,8 кг/т (гранул железа), в случае В - 215,7 кг/т (гранул железа), в случае С - 212,7 кг/т (гранул железа) и в случае D - 233,8 кг/т (гранул железа).

В случаях А и В устанавливали составы с целью проверки влияния побочного шлакового продукта на когезионные свойства капель железа. В случаях В, С и D устанавливали составы с целью проверки влияния добавления небольшого количества ускорителя когезии (CaF₂) на улучшение когезионных свойств капель железа. Добавление небольшого количества ускорителя когезии является отличительной особенностью настоящего изображения. Окатыши материала были по существу сферическими и имели диаметр, равный примерно 16-20 мм.

В каждом из указанных случаев 250-265 г окатышей вышеуказанного материала помещали на слой углеродсодержащего восстановителя (угольный порошок), расположенный на всей поверхности плиты из пенокорунда, загружали в камерную печь и нагревали в течение времени от 12 до 14 минут в атмосфере, состоящей из 100% азота, при температуре атмосферы от 1430 до 1450°С. Степень извлечения гранул металлического железа в данных случаях показана в таблице 3.

Степень извлечения гранул металлического железа представляет отношение в действительности полученной массы гранул металлического железа к теоретической массе гранул металлического железа, вычисленной на основе аналитического значения общего содержания железа в окатышах материала. В представленном ниже описании степень извлечения гранул металлического железа к массе железа, содержащегося в окатышах материала, вычисляли исходя из двух аспектов: (1) массового содержания гранул металлического железа, имеющих массу, равную примерно 0,2 г или более; и (2) массового содержания гранул металлического железа, имеющих массу, равную примерно 1,0 г или боле