Горячебрикетированное железо (hbi) и способ его получения

Горячебрикетированное железо (hbi) и способ его получения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к получению горячебрикетированного железа (в дальнейшем обозначено сокращенно как “HBI”), путем восстановления при нагревании агломератов с включенным в них углеродистым материалом, в частности к HBI, который может быть использован в качестве сырья, загружаемого в доменную печь, и способу его получения.

Уровень техники

HBI привлек внимание в качестве сырья, загружаемого в доменную печь и способного решить современные проблемы по повышению скорости выпуска, так и снижения эмиссии СО₂ (см. например, непатентный документ 1).

Однако известный HBI получают горячей формовкой так называемого восстановленного посредством газа железа (в дальнейшем обозначено как железо прямого восстановления “DRI”), получаемого восстановлением обожженных окатышей с высоким содержанием, используемых в качестве сырья, восстановительным газом, получаемым посредством реформинга природного газа. Поэтому известное горячебрикетированное железо HBI, полученное посредством восстановления газом, используют в качестве сырья, альтернативного лому в электрических печах, однако, его практическое применение в качестве сырья для доменных печей осложняется из-за высокой стоимости.

С другой стороны, недавно было разработана нашедшая практическое применение методика получения так называемого DRI на основе восстановлением углем в высокотемпературной атмосфере низкосортного железосодержащей шихты в виде агломератов с включенным в них углеродистым материалом, содержащим недорогой уголь в качестве восстановителя (см., например, патентный документ 1). Полученное посредством угля DRI имеет высокое содержание пустой породы (содержание шлака) и серы (см. описанные ниже пример 2 и таблицу 7) и поэтому не подходит для непосредственной загрузки в электродуговую печь. И наоборот, при использовании в качестве загружаемой в доменную печь шихты DRI, полученного посредством угля, высокое содержание шлака и серы не является проблемой. Кроме того, преимущество DRI, полученного посредством угля, заключается в том, что его получение требует меньше затрат по сравнению с известным HBI.

Однако для того чтобы сделать возможным использование DRI, полученного посредством угля, в качестве загружаемого в доменную печь сырья, необходимо, чтобы DRI имел достаточную прочность для того, чтобы выдержать загрузку в доменную печь. DRI, получаемый с использованием углеродистого материала в качестве восстановителя, имеет высокую пористость и высокое содержание остаточного углерода по сравнению с DRI, полученного посредством газа. Поэтому DRI, полученный посредством угля, имеет более низкую прочность, чем DRI, полученный посредством газа (см. описанные ниже пример 2 и таблицу 7). Следовательно, существует условие, согласно которому для непосредственного использования DRI, полученного посредством угля, в качестве загружаемого в доменную печь сырья, количество смешиваемого углеродистого материала снижают с целью существенного уменьшения содержания остаточного углерода в DRI (в дальнейшем обозначено как “содержание углерода” (содержания С)), при этом прочность сохраняются даже после металлизации (см. фиг.3 непатентного документа 2). Кроме того, подобно DRI, полученному посредством газа, DRI, полученное посредством угля, легко подвержено вторичному окислению и поэтому не обладает устойчивостью к атмосферному воздействию. Поэтому DRI, полученное на основе угля, не подходит для длительного хранения и транспортировки на большие расстояния.

Непатентный документ 1: Y. Ujisawa et al. Iron & Steel, vol.92 (2006), No.10, pp.591-600.

Непатентный документ 2: Takeshi Sugiyama et al. “Dust Treatment by FASTMET (R) Process”, Resource Material (Shigen Sozai) 2001 (Sapporo), September 24-25, 2001, 2001 Autumn Joint Meeting of Resource Materials-Related Society (Shigen Sozai Kankeigaku Kyokai).

Патентный документ 1: Публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № 2001-181721.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение было осуществлено с учетом вышеописанной ситуации и его задачей является разработка прочного недорогого горячебрикетированного железа, которое может послужить сырьем для доменной печи и обладает устойчивостью к атмосферному воздействию. Другой целью настоящего изобретения является разработка способа получения горячебрикетированного железа.

Для достижения поставленных целей горячебрикетированное железо согласно одному из аспектов настоящего изобретения включает в себя множество частиц восстановленного железа, связанных одна с другой горячим формованием, при этом частицы восстановленного железа имеют поверхностный участок со средним содержанием углерода, составляющим от 0,1 до 2,5 мас.%, и центральный участок, расположенный внутри поверхностного участка с более высоким средним содержанием углерода, чем на поверхностном участке.

Для достижения поставленных целей способ получения горячебрикетированного железа согласно другому аспекту настоящего изобретения включает стадию агломерации, включающую гранулирование агломератов, содержащих углеродистый материал, из оксида железа и углеродистого материала; стадию восстановления, включающую термическое восстановление агломератов, содержащий углеродистый материал, в восстановительной печи, для получения частиц восстановленного железа со средним содержанием углерода, составляющим от 0,1 до 2,5 мас.% на поверхностном участке, и более высоким, чем на поверхностном участке, средним содержанием углерода на центральном участке,; стадию разгрузки, включающую выгрузку множества частиц восстановленного железа из восстановительной печи; и стадию горячего формования, включающую компрессионное формование множества частиц восстановленного железа, выгруженных из восстановительной печи, в установке для горячего формования.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой диаграмму технологического процесса, показывающую схему получения HBI согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 представляет собой график, показывающий связь между размером частиц и прочностью на раздавливание DRI, полученного посредством угля.

Фиг.3 представляет собой график, показывающий связь между содержанием С и прочностью на раздавливание DRI, полученным посредством угля.

Фиг.4 представляет собой график, показывающий связь между степенью металлизации и производительностью по DRI, получаемого посредством угля в карусельной печи (печи с вращающимся подом).

Фиг.5 представляет собой график, показывающий связь между содержанием С и снижением прочности HBI, полученным посредством угля.

Фиг.6 представляет собой график, показывающий связь между металлизацией и снижением прочности HBI, полученным посредством угля.

Фиг.7 представляет собой чертеж, показывающий макроструктуру разреза HBI, полученного посредством угля.

Фиг.8 представляет собой график, показывающий изменения в зависимости от металлизации в испытании на устойчивость к атмосферному воздействию.

Фиг.9 представляет собой график, показывающий влияние температуры формования на прочность при раздавливании DRI, полученного посредством угля.

Фиг.10 представляет собой чертеж, показывающий распределение углерода в DRI, на котором (а) представляет DRI, полученное посредством газа, а (b) представляет DRI, полученное посредством угля.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

Прежде всего, описана возможность брикетирования DRI, полученного посредством угля. Сырье, загружаемое в доменную печь, должно иметь достаточную прочность для того, чтобы выдержать загрузку в доменную печь. Поэтому для придания прочности, необходимой для загружаемого сырья, DRI, полученное посредством угля, может быть сформирован в брикеты посредством горячего формования (горячее брикетирование для получения HBI). Однако при использовании DRI, полученного посредством угля, имеющего высокое остаточное содержание С, согласно общим техническим параметрам по горячему брикетированию известного DRI, полученного посредством газа, HBI, имеющий достаточную прочность, не может быть получен.

Иными словами, согласно общим техническим требованиям по горячему брикетированию известного DRI для получения HBI, при использовании HBI, полученного на основе газа, в электрической печи, желательно, чтобы DRI имел как можно более высокое содержание С, поскольку затраты электроэнергии снижаются благодаря снижению содержания невосстановленных оксидов в DRI. Однако известно, что прочность HBI снижается при увеличении содержания С в DRI, поэтому содержание С в DRI максимально ограничено приблизительно как 1,8 мас.%. По этой причине даже в том случае, когда метод горячего брикетирования DRI, полученного посредством газа, для изготовления HBI применяют непосредственно к DRI, полученном посредством угля, имеющему высокое остаточное содержание углерода и низкую прочность по сравнению с DRI, полученному посредством газа, HBI с достаточной прочностью не может быть получен.

Поэтому авторы настоящего изобретения исследовали влияние содержания С в DRI на прочность HBI при горячем брикетировании DRI, полученного посредством газа, для получения HBI.

На фиг.10(а) схематически представлен разрез DRI, полученного посредством газа, (диаметр: около 14 мм, содержание С: около 1,8 мас.%) до горячего брикетирования для получения HBI, а также распределение содержания углерода (в дальнейшем содержание углерода может быть обозначено как “содержание С”) в направлении диаметра (латеральное направление на фиг.10(а)), определяемое в результате анализа поверхности ЕРМА на участке между линиями А и В разреза. На данном чертеже распределение содержания углерода представлено средним содержанием углерода в направлении (вертикальное направление на фигуре), вертикальном к линиям А и В вдоль направления диаметра (латеральное направление на чертеже).

Из фиг.10(а) видно, что содержание С в DRI является по существу постоянным при его количестве, составляющем около 0,5 мас.% на центральном участке (на участке диаметром около 8 мм от центра). С другой стороны, содержание С резко увеличивается поблизости от периферии (т.е. поверхности). Среднее содержание С на всем участке DRI диаметром около 14 мм составляет около 1,8 мас.%, а среднее содержание С на центральном участке DRI диаметром около 8 мм составляет около 0,5 мас.%. Поэтому согласно расчетам баланса, среднее содержание С на поверхностном участке DRI от поверхности до глубины, равной около 3 мм, составляет около 2,5 мас.%.

Причина, по которой содержание С резко повышается на поверхностном участке DRI, полученного посредством газа, заключается в том, что это DRI науглероживают газом от поверхности восстановленного железа метаном или подобным, добавляемым к восстановительному газу, поэтому углерод (С) осаждается на поверхностях металлического железа и диффундирует вглубь металлического железа, тем самым повышая содержание С.

Поэтому при дальнейшем повышении содержания С в DRI, полученном посредством газа, осаждение углерода на поверхности металлического железа и его диффузия в металлическое железо еще больше усиливаются, тем самым снижая силу сцепления между частицами DRI во время горячего формования для брикетирования в HBI. Поэтому, как очевидно из общих технических положений, прочность HBI снижается.

Однако в результате вышеописанного исследования авторы установили, что прочность HBI (HBI, полученного посредством газа), получаемого горячей штамповкой из DRI, полученного посредством газа, определяется не средним содержанием С на всем участке DRI, полученным посредством газа, а средним содержанием С на поверхностном участке DRI, что влияет на силу сцепления между частицами DRI во время горячего формования. На фиг.10(а) подобные рисовым зернышкам точки (точки пустот) на центральном участке показывают пустоты, а точки на поверхностном участке показывают углеродистые скопления (частично включающие карбид железа).

Далее DRI, полученный посредством угля, также подвергают анализу ЕРМА поверхности участка DRI между линиями А и В, представленными на фигуре 10(b). В результате получают распределение содержания С, представленное на фигуре 10(b). Из фигуры 10(b) следует, что в отличие от DRI, полученного посредством газа, содержание DRI, полученном посредством угля, является по существу постоянным при относительно высоком его содержании на центральном участке. С другой стороны, содержание С резко снижается на периферическом участке (т.е. на боковой стороне поверхности). При измерении распределения содержания С в DRI, полученном посредством угля, анализ поверхности на участке поблизости от правой стороны поверхности DRI, представленном на фигуре 10(b), не проводили, поэтому распределение содержания С на участке поблизости от правой стороны поверхности DRI на фигуре 10(b) не представлено. Однако согласно результатам анализа ЕРМА поверхности, отдельно проведенном на всем участке DRI, полученном посредством угля, было подтверждено, что содержание С поблизости от правой стороны поверхности DRI ниже содержания С на центральном участке. (Для получения образца DRI, полученного посредством газа, для анализа ЕРМА DRI помещают в смолу, смолу разрезают пополам и разрез DRI шлифуют. Для получения образца DRI, полученного посредством угля, для анализа ЕРМА DRI, наоборот, разрезают, пустоты разреза заполняют смолой, а затем разрез шлифуют, поскольку центральный участок DRI имеет много пор и не может быть непосредственно отшлифован. Поэтому невозможно провести количественный анализ содержания С на всем участке DRI, полученного посредством газа, при этом количественное определение содержания С с высокой точностью на центральном участке DRI, полученного посредством угля, также является затруднительным из-за влияния содержания углерода в смоле. Поэтому были получены результаты только качественного анализа. На фигуре 10(b) подобные рисовым зернышкам точки (точки пустот) на центральном участке показывают пустоты, а подобные кунжутным зернышкам точки (черные точки) показывают углерод и содержащее углерод железо).

Несмотря на приведенное ниже подробное описание, причина, по которой содержание С в DRI, полученном посредством угля, резко снижается на участке поверхности, заключается в том, что механизм науглероживания DRI при использовании угля отличается от механизма DRI при использовании газа, а температуру на участке поверхности DRI, полученного посредством угля, резко повышают путем радиационного нагрева в течение короткого периода времени по сравнению с центральным участком, тем самым повышая количество углеродистого материала, участвующего в реакции диспропорционирования по сравнению с центральным участком.

Поэтому предполагается, что в том случае, когда среднее содержание С участка поверхности DRI, полученного посредством угля, ограничено до 2,5 мас.% или менее, что является верхним пределом среднего содержания С на участке поверхности DRI, полученного посредством газа, прочность HBI, полученного из такого DRI, будет такой же, как и прочность HBI, полученного из DRI с использованием газа. В результате дальнейших исследований было предложено настоящее изобретение.

Далее следует подробное описание настоящего изобретения.

Описание HBI

Горячебрикетированное железо (HBI) согласно настоящему изобретению получают горячим формованием множества частиц восстановленного железа, при этом частицы восстановленного частицы железа имеют поверхностный участок со средним содержанием углерода, составляющим от 0,1 до 2,5 мас.%, и центральный участок, расположенный внутри поверхностного участка с более высоким средним содержанием углерода, чем на поверхностном участке.

Далее приведено обоснование использования вышеописанного способа и обоснование предельных значений.

Горячебрикетированное железо согласно настоящему изобретению получают горячим формованием множества частиц восстановленного железа с образованием брикета. Частицы восстановленного железа подвергают деформации прессованием путем горячего прессования таким образом, чтобы поверхности соприкасающихся частиц восстановленного железа сцеплялись между собой. Причина указания “среднего содержания С на участках поверхности” частиц восстановленного железа объясняется соображением о том, что сила сцепления между частицами восстановленного железа, определяющая прочность HBI при формировании HBI путем компрессионного формования множества частиц восстановленного железа, определяется в зависимости от количества частиц с углеродистым материалом, присутствующих в частях с металлическим железом на участках поверхности частиц восстановленного железа.

“Участки поверхности частиц восстановленного железа” предпочтительно представляют собой участки, находящиеся на глубине от 1 до 5 мм от поверхностей частиц восстановленного железа. В том случае, если расстояние от поверхности составляет менее приблизительно 1 мм, толщина участка поверхности с низким содержанием углерода является слишком малой, поэтому адгезия между частицами восстановленного железа становится недостаточной. С другой стороны, если данное расстояние составляет более 5 мм, среднее содержание углерода в восстановленном железе на основе угля становится слишком низким. Поэтому нужные участки более предпочтительно представляют собой участки, находящиеся на глубине около 3 мм от поверхности DRI и подвергающиеся деформации в результате компрессионного формования.

Причина указания среднего содержания С на участках поверхности частиц восстановленного железа, составляющего “от 0,1 до 2,5 мас.%” объясняется тем, что в том случае, если среднее содержание С превышает 2,5 мас.%, количество частиц углеродистого материала, присутствующих в частях с металлическим железом на участках поверхности частиц восстановленного железа, слишком сильно увеличивается, тем самым снижая силу сцепления между частицами восстановленного железа. С другой стороны, в том случае, если среднее содержание С составляет менее 0,1 мас.%, металлическое железо на участках поверхности частиц восстановленного железа легко подвергается повторному окислению, повышая количество оксида железа вместо понижения количества металлического железа. Поэтому сила сцепления между частицами восстановленного железа снижается. Нижний предел среднего содержания С на участках поверхности частиц восстановленного железа более предпочтительно составляет 0,5 мас.%, а верхний предел среднего содержания С на участках поверхности частиц восстановленного железа более предпочтительно составляет 2,0 мас.%, в частности, 1,5 мас.%.

Причина указания среднего содержания С на центральном участке таким образом, чтобы оно было выше содержания С на участках поверхности частиц восстановленного железа, заключается в том, что даже при низком среднем содержании С на участках поверхности среднее содержание С на центральных участках выше содержания С на участках поверхности для поддержания определенного высокого значения среднего содержания С на всех участках частиц восстановленного железа, тем самым предотвращая повторное окисление богатым СО₂ газом в шахте доменной печи и быстрое плавление из-за науглероживания на высокотемпературном участке.

Рекомендуется, чтобы каждая из частиц восстановленного железа включала только участок поверхности и центральный участок.

Среднее содержание С всех частиц восстановленного железа, составляющих HBI, предпочтительно составляет от 0,1 до 5,0 мас.%. В том случае, если среднее содержание С составляет менее 1 мас.%, эффект предотвращения повторного окисления богатым СО₂ газом в шахте доменной печи и быстрого плавления из-за науглероживания на высокотемпературном участке становится недостаточным. С другой стороны, в том случае, если среднее содержание С превышает 5,0 мас.%, содержание С на центральном участке DRI, полученного посредством угля, становится избыточным, тем самым повышая вероятность снижения прочности HBI при снижении прочности такого DRI. Нижний предел среднего содержания С во всех частицах восстановленного железа более предпочтительно составляет 2,0 мас.%, в частности - 3,0 мас.%, а верхний предел среднего содержания С во всех частицах восстановленного железа более предпочтительно составляет 4,5 мас.%, в частности - 4,0 мас.%.

Кроме того, степень металлизации частиц восстановленного железа, составляющих HBI, предпочтительно составляет 80% или более, более предпочтительно - 85% или более, и особенно предпочтительно - 90% или более. Именно повышение степени металлизации обеспечивает дальнейшее повышение производительности доменной печи и снижение содержания восстановительного материала.

Способ получения HBI

Способ получения HBI описан со ссылкой на схему производственного процесса, представленную на фиг.1. На фиг.1 цифра 1 означает карусельную печь (печь с вращающимся подом), используемую в качестве восстановительной печи для термического восстановления агломератов, содержащих оксид железа и углеродистый материал для получения DRI, а цифра 2 означает машину для горячего брикетирования, используемую в качестве установки для горячего компрессионного формования DRI и последующего получения HBI. Дальнейшее подробное описание приведено согласно схеме производственного процесса.

(1) Стадия агломерации

Согласно требованиям, железную руду а в качестве источника оксида железа и уголь b в качестве источника углеродистого материала размалывают по отдельности, получая соответствующие порошки, размер частиц которых составляет менее приблизительно 1 мм. Полученную порошкообразную железную руду А и порошкообразный уголь В смешивают в заданной пропорции. Пропорцию смешивания порошкообразного угля В определяют таким образом, чтобы его количество было достаточным для восстановления порошкообразной железной руды А до металлического железа и среднего содержания С (например, от 2,0 до 5,0 мас.%) в количестве, необходимом для восстановленного железа F после восстановления. Далее, в случае необходимости, добавляют соответствующие количества связующего и воды (в качестве флюса может быть добавлено вспомогательное сырье). Полученные компоненты смешивают в смесителе 4, а затем гранулируют до размера частиц, составляющего приблизительно от 6 до 20 нм, в грануляторе 5, получая окатыши Е, содержащие углеродистый материал, в виде агломератов, содержащих углеродистый материал.

Окатыши Е с включенным в них углеродистым материалом предпочтительно сушат до содержания влаги, составляющего около 1 мас.% или менее, в сушилке 6 с целью предотвращения их пережога в карусельной печи 14.

(2) Стадия термического восстановления

Затем высушенные окатыши Е с включенным в них углеродистым материалом помещают в виде одного или двух слоев на под (не показано) карусельной печи 14 при помощи загрузочного устройства (не показано). Окатыши Е с включенным в них углеродистым материалом, находящиеся на поде, нагревают и пропускают через карусельную печь 1. В частности, окатыши Е с включенным в них углеродистым материалом пропускают через карусельную печь 1, атмосфера в которой нагрета до температуры, составляющей от 1100 до 1400°С, предпочтительно - от 1250 до 1350°С, при этом время выдержки составляет 6 минут или более, предпочтительно - 8 минут или более.

В качестве устройств для нагревания окатышей Е с включенным в них углеродистым материалом могут быть, например, использованы несколько горелок (не показаны), расположенных в верхней части карусельной печи 1.

Окатыши Е с включенным в них углеродистым материалом нагревают излучением во время их пропускания через карусельную печь 1. В результате оксид железа в окатышах Е с включенным в них углеродистым материалом металлизируется путем восстановления углеродистым материалом согласно представленным ниже цепным реакциям (1) и (2) с получением восстановленного твердым способом железа F.

FexOy+yCO→xFe+yCO2	Формула (1)
C+CO2→2CO	Формула (2)

Условия взаимодействия окатышей Е с включенным в них углеродистым материалом подробно описаны ниже.

При нагревании окатышей Е с включенным в них углеродистым материалом излучением в карусельной печи температуру участков поверхности окатышей Е с включенным в них углеродистым материалом повышают перед центральными участками и поддерживают в таком состоянии в течение длительного периода времени. Поэтому углеродистый материал, находящийся поблизости от поверхностей, расходуется больше в реакции, представленной формулой (2), чем углеродистый материал, находящийся на центральных участках. Кроме того, на центральном участке, СО, получаемый в результате реакции представленной формулой (2), превращается в CO₂ в результате реакции восстановления с оксидом железа, представленным формулой (1). Далее, CO₂, присутствующий в центральном участке, дополнительно расходует углеродистый материал, присутствующий на участке поверхности, при прохождении через участок поверхности по направлению к наружной стороне окатышей Е с включенным в них углеродистым материалом. В результате, как показано на фиг.10(b), содержание С на участке поверхности ниже содержания С на центральном участке.

Как отмечено выше, среднее содержание С на участках поверхности частиц восстановленного железа F, получаемых из окатышей Е с включенным в них углеродистым материалом, ниже данного содержания на центральных участках (т.е. среднее содержание С на центральных участках частиц восстановленного железа F, восстановленного посредством угля, выше данного содержания на участках поверхности).

Необходимо, чтобы среднее содержание С на участках поверхности частиц восстановленного железа F находилось в рамках заданного диапазона (от 0,1 до 2,5 мас.%). Для того, чтобы обеспечить среднее содержание С на участках поверхности в рамках диапазона, составляющего от 0,1 до 2,5 мас.%, необходимо соответствующим образом контролировать соотношение смешивания углеродистого материала в окатышах Е с включенным в них углеродистым материалом и условия работы карусельной печи 1, такие как температура атмосферы в карусельной печи 1, время выдержки окатышей Е с включенным в них углеродистым материалом в карусельной печи 1, и т.п. Например, соотношение смешивания углеродистого материала, температура атмосферы и время удерживания могут составлять от 10 до 26%, от 1250 до 1400°С и от 8 до 30 минут соответственно. В частности, количество смешиваемого углерода предпочтительно представляет собой количество углерода, соответствующее молям углерода, т.е. равно молям кислорода, удаляемого из агломератов с включенным в них углеродистым материалом (например, окатыши Е с включенным в них углеродистым материалом) плюс 3%. С другой стороны, рабочие условия предпочтительно представляют собой такие условия, при которых агломераты с включенным в них углеродистым материалом укладывают на под одним или двумя слоями, температуру непосредственно над агломератами поддерживают на уровне 1300°С, а нагревание осуществляют до тех пор, пока уровень металлизации не достигнет 90% или более.

Также рекомендуется, чтобы среднее содержание С во всех частицах восстановленного железа F составляло от 1,0 до 5,0 мас.% Как упомянуто выше, среднее содержание С во всех частицах восстановленного железа F может быть отрегулировано соотношением смешивания углеродистого материала в окатышах Е с включенным в них углеродистым материалом. В таком случае на соотношение смешивания влияют рабочие условия, такие как температура атмосферы в карусельной печи 1, время выдержки окатышей Е с включенным в них углеродистым материалом в карусельной печи 1, и подобное, поэтому соотношение смешивания регулируют с учетом указанных рабочих условий. Иными словами, отношение смешивания углеродистого материала к содержанию оксида железа на стадии агломерации и/или условия работы карусельной печи 1 на стадии термического восстановления могут быть отрегулированы таким образом, чтобы среднее содержание С во всех частицах восстановленного железа F составляло от 1,0 до 5,0 мас.%.

Кроме того, рекомендуется, чтобы уровень металлизации восстановленного железа F составлял 80% или более. Поскольку количество угля (углеродистого материала) b, примешанного к окатышам Е, превышает количество, необходимое для восстановления железной руды (содержание железной руды) а, нужный уровень металлизации может быть легко достигнут путем соответствующего регулирования рабочих условий, таких как температура атмосферы в карусельной печи 1, время выдержки окатышей Е с включенным в них углеродистым материалом в карусельной печи 1, и т.п. Иными словами, отношение смешивания углеродистого материала к содержанию оксида железа на стадии агломерации и/или условия работы карусельной печи 1 на стадии термического восстановления могут быть отрегулированы таким образом, чтобы уровень металлизации восстановленного железа F составлял 80% или более.

(3) Стадия разгрузки

Частицы восстановленного железа F, полученные согласно приведенному выше описанию, выгружают при температуре около 1000°С из карусельной печи 1 при помощи разгрузочного устройства (не показано).

(4) Стадия горячего формования

Частицы восстановленного железа F, выгруженные из карусельной печи 1, помещают, например, в контейнер 7, охлажденный до температуры, составляющей приблизительно от 600 до 650°С, т.е. температуры, подходящей для обычной горячей штамповки, с инертным газом, таким как газообразный азот, а затем подвергают формованию под давлением (формование прессованием) при помощи, например, машины 2 для горячего брикетирования с двумя валками для получения брикетов железа G. Поскольку среднее содержание С на участках поверхности частиц восстановленного железа F составляет от 0,1 до 2,5 мас.%, горячебрикетированное железо G в обладает достаточной прочностью в качестве сырья, загружаемого в доменную печь. Далее, поскольку среднее содержание С на центральных участках частиц восстановленного железа F выше содержания С на участках поверхности, среднее содержание С во всех брикетах G сохраняется на высоком уровне. Поэтому при загрузке горячебрикетированного железа G в доменную печь может быть обеспечено предотвращение их окисления богатым CO₂ дымовым газом в шахте доменной печи, а также их быстрое плавление из-за науглероживания металлического железа в высокотемпературной части доменной печи.

Модифицированный пример

Согласно примеру, описываемому в данном варианте, среднее содержание С на участках поверхности частиц восстановленного железа F контролируют, регулируя отношение смешивания углеродистого материала к содержанию оксида железа на стадии агломерации и/или регулируя условия работы карусельной печи 1 на стадии термического восстановления. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, вместо или в дополнение к такому регулированию степень окисления газовой атмосферы может быть изменена в зоне непосредственно перед участком выгрузки восстановленного железа F из карусельной печи 1, в зоне, соответствующей времени окончания стадии термического восстановления, т.е. времени, когда образование газа из окатышей Е с включенным в них углеродистым материалом снижается или прекращается. Это объясняется тем, что расход углеродистого материала на участках поверхности восстановленного железа F может быть отрегулирован. При изменении степени окисленности газовой атмосферы среднее содержание С на участках поверхности восстановленного железа F может быть отрегулировано с большей точностью. Степень окисленности газовой атмосферы в заданной зоне карусельной печи может быть легко изменена путем изменения соотношения воздуха в горелке, установленной в такой зоне. Например, в том случае, если среднее содержание С на участках поверхности восстановленного железа F превышает 2,5 мас.%, соотношение воздуха в горелке может быть повышено, что повышает степень окисленности газовой атмосферы. Поэтому расход углеродистого материала на участках поверхности восстановленного железа F повышают таким образом, чтобы среднее содержание С на участках поверхности восстановленного железа F составляло 2,5 мас.% или менее (первая стадия регулирования содержания С на участках поверхности восстановленного железа).

Далее, после выгрузки восстановленного железа F из карусельной печи 1 заданное количество окислительного газа может быть введено в контакт с восстановленным железом F в течение заданного периода времени, например, путем разбрызгивания на восстановленное железо F, в качестве окислительного газа, воздуха или выходящего из горелки рабочего газа карусельной печи 1. В данном случае расход углеродистого материала на участках поверхности восстановленного железа F может быть отрегулирован (вторая стадия регулирования содержания С на участках поверхности восстановленного железа).

Кроме того, может быть осуществлена только первая или вторая стадия регулирования содержания С на участках поверхности восстановленного железа либо обе стадии вместе.

Несмотря на то, что в примере, описанном в данном варианте, выгружаемые из карусельной печи 1 при температуре около 1000°С, частицы восстановленного железа F охлаждают до температуры. составляющей приблизительно от 600 до 650°С, а затем подвергают горячему формованию, формование может быть осуществлено и при повышенной температуре без существенного охлаждения частиц восстановленного железа F, т.е. без описанной выше принудительной операции охлаждения. В таком случае теплостойкость машины 2 для горячего брикетирования становится проблемой, однако данная проблема может быть решена путем усиления водного охлаждения валка, улучшения качества материала валка или т.п. Даже в том случае, когда содержание С во всех частицах восстановленного железа F чугуна G в горячих брикетах достигает около 5 мас.%, высокая прочность может быть обеспечена в результате формования при повышенной температуре горячей штамповки.

Несмотря на то, что в данном варианте в качестве оксида железа а используют железную руду, вместо или помимо железной руды может быть использована колошниковая пыль, конвертерная пыль, пыль из электрической печи или другая пыль сталеплавильного завода, такая как вторичная окалина, содержащая оксид железа.

Несмотря на то, что в данном варианте в качестве углеродистого материала b используют уголь, вместо или помимо угля может быть использован кокс, нефтяной кокс, древесный уголь, древесная стружка, пластмассовые отходы, отработанные покрышки или т.п. Кроме того, может быть использован углерод из пыли доменной печи.

Несмотря на то, что в данном варианте в качестве агломератов с включенным в них углеродистым материалом, гранулируемых в грануляторе, используют окатыши с включенным в них углеродистым материалом, вместо или помимо окатышей с включенным в них углеродистым материалом, подвергаемых компрессионному формованию в машине для формования под давлением, могут быть использованы брикеты с включенным в них углеродистым материалом (меньшего размера, чем горячебрикетированное железо). В таком случае воду не добавляют в соответствии с видом используемого связующего, а предпочтительно используют высушенное сырье.

Несмотря на то, что в данном варианте в качестве печи с восстановительной атмосферой используют карусельную печь, вместо карусельной печи может быть использована линейная печь.

ПРИМЕРЫ

ПРИМЕР 1

Для того чтобы определить среднее содержание С на участке поверхности и на центральном участке DRI на основе угля, было проведено описанное ниже испытание на восстановление как имитация стадии термического восстановления с использованием карусельной печи.

К углю и железной руде, имеющим указанный в таблице 1 состав, добавляют вспомогательные материалы и смешивают в пропорции, указанной в таблице 2. Затем к полученной смеси добавляют соответствующее количество воды и смесь гранулируют в установке для гранулирования с небольшим диском, после чего высушивают до нужной степени в сушилке, получая небольшие окатыши с включенным в них углеродистым материалом, средний размер частиц которых составляет 18,7 мм. В таблице 1 “-74 мкм” означает “частицы диаметром 74 мкм или менее”, а “LOI” представ