Способ получения брикетированного восстановленного железа и способ получения чугуна

Способ получения брикетированного восстановленного железа и способ получения чугуна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу получения брикетированного восстановленного железа, включающему: получение материала, содержащего восстановленное железо, путем восстановления порошка, включающего окисленное железо и углерод, с использованием печи с вращающимся подом; и горячее формование материала, содержащего восстановленное железо. В дополнение, изобретение относится к способу получения чугуна, включающему: формование частично восстановленного железа, полученного в печи с вращающимся подом; и восстановление и расплавление частично восстановленного железа в доменной печи для получения жидкого чугуна.

Настоящая заявка основывается на Японской Патентной Заявке № 2007-230193 и Японской Патентной Заявке № 2008-218015, полное содержание которых включено в настоящее описание посредством ссылки.

Уровень техники

Существуют разнообразные способы восстановления металлов для получения восстановленного железа и сплавов железа, и среди этих способов использование печи с вращающимся подом (далее называемой как RHF) как процесс, имеющий хорошую производительность при низких затратах. Например, краткий обзор процесса описан в Патентном Документе 1. Фиг.1 показывает поперечное сечение печи с вращающимся подом в диаметральном направлении. Как показано на фиг.1, печь с вращающимся подом (RHF) представляет собой нагревательную печь карусельного типа (далее называемую как карусельная печь), в которой, при фиксированных огнеупорной крыше 1 и боковых стенках 2, дискообразный огнеупорный под 4 с полой центральной частью смонтирован на колесах 3, катящихся по направляющей 5, описывая полную окружность с постоянной скоростью. Боковые стенки 2 имеют множество вмонтированных в них горелок 6. Топливо и воздух нагнетаются из горелок для регулирования компонентов газовой атмосферы и температуры внутри печи. В общем, диаметр пода карусельной печи варьирует в диапазоне от 10 м до 50 м, и ширина его варьирует в диапазоне от 2 м до 8 м. Заготовку из порошка, включающего окисленный металл и углерод в качестве сырьевого материала, подают на под 4 и нагревают теплотой излучения от верхней части печи, разогретой газом. В результате реакции окисленного металла и углерода в заготовке в брикете получается металл.

Фиг.2 показывает пример полной оснастки печи с вращающимся подом (RHF). Что касается сырьевого материала, то употребляют окисленный металл, такой как порошкообразная руда и пылевидный окисленный металл, и углерод, действующий в качестве восстановителя. При получении восстановленного железа в качестве источника окисленного железа используют мелкораздробленную железную руду, такую как гранулированное сырье, или побочный продукт, такой как конвертерная пыль, подвергнутая спеканию пыль, или пыль, выведенная с газами из доменной печи, полученные в процессе производства железа. В качестве углерода, действующего как восстановитель, употребляют кокс, нефтяной кокс, уголь или тому подобные. Является предпочтительным, что уголь, действующий в качестве восстановителя, имеет высокое содержание углерода (связанный углерод), который не улетучивается вплоть до температуры около 1100°С, при которой происходит реакция восстановления. Таким источником углерода является коксовая мелочь или антрацит.

Во-первых, в шаровой мельнице 11, которая на фиг.2 представляет собой смесительное устройство, смешивают порошок, включающий окисленный металл, и порошок, включающий углерод, и затем смесь формуют с помощью окомкователя 12. Полученные брикеты подают так, чтобы равномерно распределить по поду 4 карусельной печи 13. В карусельной печи 13 брикеты перемещаются через части печи во время вращения пода 4. Брикет нагревается до температуры от 1000°С до 1500°С теплотой излучения от горячего газа так, что углерод в брикете восстанавливает окисленный металл. Отходящий газ, образовавшийся в печи, выпускают через дымоход 14 для отработанного газа и подвергают рекуперации тепла с использованием котла 15 и теплообменника 16. Затем, после обработки для удаления пыли в пылесборнике 17, газ выпускают в атмосферу из дымовой трубы 18. В карусельной печи 13 брикет находится на поду 4, и поэтому есть преимущество в том, что брикет трудно разрушить в печи. В результате, достигается то преимущество, что не возникает проблемы, обусловленной прилипанием измельченного в порошок сырьевого материала к огнеупорному материалу пода. В дополнение, присутствует также преимущество в том, что могут быть использованы восстановитель на основе угля и порошкообразный сырьевой материал, которые являются недорогими и обеспечивают высокую производительность. Степень металлизации восстановленного железа, полученного таким путем, составляет 93% или менее, и восстановленное железо имеет слегка меньшую степень восстановления по сравнению с железом прямого восстановления (DRI: Железо Прямого Восстановления), полученного восстановлением газом, например способом MIDREX.

Например, как описано в Патентном Документе 2, также существует способ получения высокопрочного восстановленного железа. Высокопрочное восстановленное железо подают вместе с кусковой рудой или рудным агломератом в доменную печь для получения чугуна. В этом способе предварительно восстановленное окисленное железо восстанавливают и расплавляют в доменной печи, и тем самым снижается тепловая нагрузка на доменную печь. Соответственно этому, достигается также сокращение потребления кокса из установки для коксования при доменной печи и увеличение количества получаемого чугуна.

Между тем, железо прямого восстановления (DRI), полученное путем восстановления газом, таким как способ MIDREX, который представляет собой способ получения железа, отличающийся от применения печи с вращающимся подом (RHF), имеет высокую пористость, и в результате этого возникает проблема легкого повторного окисления металлического железа. Чтобы разрешить эту проблему, железо прямого восстановления (DRI) подвергают горячему формованию с использованием устройства, показанного на фиг.3, как описано, например, в Патентном Документе 3 и Патентном Документе 4. В этом способе формования порошкообразный или гранулированный сырьевой материал, включающий большое количество восстановленного железа, подвергают воздействию условий с относительно высокой температурой 1000°С или ниже, и восстановленное железо, подаваемое из загрузочного бункера 21 для сырьевого материала, сэндвичеобразно зажимается между парой валков 23, имеющих формующие углубления 22 для получения брикетов 24 из восстановленного железа (горячебрикетированное железо (HBI)). Брикеты 24 из восстановленного железа охлаждают до комнатной температуры в установке 25 с водяным охлаждением. В способе горячего брикетирования, поскольку металлическое железо для формования подвергают спрессовыванию, предпочтительно, что степень содержания металлического железа в DRI является высокой, чтобы получать пригодные к употреблению брикеты. В общем, производят формование железа прямого восстановления (DRI), имеющего особенно высокую степень металлизации, и содержание железа в сырьевом материале варьирует в диапазоне от 90% до 98%. Когда содержание металлического железа поддерживают, как описано выше, могут быть получены высокопрочные брикеты без применения специального способа формования.

Горячебрикетированное железо (HBI) (брикетированное восстановленное железо) имеет высокую плотность и характеризуется тем, что имеет мало внутренних пор. Соответственно, горячебрикетированное железо (HBI) с трудом поддается повторному окислению и обеспечивает высокую плотность при загрузке, и благодаря этому могут быть выполнены его долговременное хранение или транспортирование. Кроме того, благодаря плотной структуре достигается преимущество в том, что обеспечивается высокая скорость расплавления в плавильной печи, такой как электрическая печь для выплавки стали. В настоящее время на многих предприятиях для производства восстановленного железа монтируют оборудование для горячего брикетирования. При эксплуатации такового горячебрикетированное железо (HBI) употребляют в качестве сырьевого материала из восстановленного железа в вертикальной плавильной печи или электрической печи для выплавки стали, как в способе, описанном в Патентном Документе 5.

[Патентный Документ 1] Японская Нерассмотренная Патентная Заявка, публикация № 2001-303115

[Патентный Документ 2] Японская Нерассмотренная Патентная Заявка, публикация № 2004-218019

[Патентный Документ 3] Патент США, публикация № 4934665

[Патентный Документ 4] Патент США, публикация № 5547357

[Патентный Документ 5] Японская Нерассмотренная Патентная Заявка, первая публикация № Н11-117010

Описание изобретения

Проблемы, решаемые изобретением

Поскольку восстановленное железо, полученное в печи с вращающимся подом (RHF), подвергается обработке при более высокой температуре, чем восстановленное железо, полученное способом MIDREX или тому подобным, высокая плотность может быть достигнута путем спекания металлического железа. В результате, есть преимущество в том, что затрудняется протекание повторного окисления. Будучи полученным по способу, подобному описанному, например, в Патентном Документе 2, восстановленное железо не подвергается полному повторному окислению при выдерживании на открытом воздухе в течение примерно 1 месяца. Однако, когда восстановленное железо хранят в течение длительного периода времени, составляющего 3 месяца или больше (в особенности, когда восстановленное железо непрерывно смачивается дождем), восстановленное железо испытывает значительное повторное окисление. В результате, возникают такие проблемы, что снижается содержание восстановленного железа как продукта, и что температура восстановленного железа повышается вследствие выделения теплоты при протекании повторного окисления.

Соответственно, в прошлом восстановленное железо, полученное в печи с вращающимся подом (RHF), обычно подавали в соседние доменные печи, конвертеры, сталеплавильные электрические печи и тому подобные, но не перевозили морским транспортом на отдаленные предприятия для производства железа или не хранили в течение длительного периода времени. Однако привлекало интерес достижение такого результата, что при производстве восстановленного железа, получаемого способом MIDREX или тому подобным, поблизости от рудников для добычи руды или в местах отгрузки руды будет отгружаться руда повышенного качества. Чтобы это восстановленное железо, полученное в печи с вращающимся подом (RHF), также могло иметь химические характеристики, обеспечивающие возможность легкой транспортировки на большие расстояния, как описано выше, необходимо производить не традиционное неформованное восстановленное железо как само по себе, но получать горячебрикетированное железо (HBI).

Восстановленное железо, полученное в печи с вращающимся подом (RHF), имеет следующие характеристики, но не обладает свойством, необходимым для пригодности к использованию в способе горячего брикетирования. Во-первых, поскольку степень восстановления окисленного железа (а также оксида никеля и тому подобного) низка, и углерод в качестве восстановителя включает золу, восстановленное железо в большей степени содержит оксидные загрязняющие примеси (SiO₂, CaO, Al₂O₃ и подобное), чем восстановленное железо, полученное другим способом. В результате, содержание металлического железа низкое, более конкретно, варьирует в диапазоне в основном от около 40 мас.% до 75 мас.%. Далее, используемый для восстановления углерод расходуется не полностью и остается в брикете, включающем восстановленное железо, в виде углеродного порошка или науглероживающего углерода (сплавленного с железом). Остаточный углеродный порошок становится причиной того, что нарушается сцепление металлического железа при приложении давления во время компрессионного формования. Пластичность науглероженного железа ухудшается, и тем самым эффективность сцепления металлического железа под давлением снижается.

Восстановленное железо, полученное в печи с вращающимся подом (RHF), имеет следующие характеристики, но не обладает свойством, позволяющим быть легко подвергнутым обработке способом горячего брикетирования. В дополнение, способ горячего формования такого восстановленного железа, содержащего большие количества компонентов, иных, нежели металлическое железо, еще недостаточно исследован. Соответственно этому, требуется новый способ преодоления недостатков вышеописанных прототипов.

Известен способ, в котором использовали восстановленное железо, такое как горячебрикетированное железо (HBI), в специальной плавильной печи или электрической печи для выплавки стали, как в способе, описанном в Патентном Документе 5. Однако с этим способом была связана такая проблема, что увеличивались затраты на оборудование для плавильной печи и эксплуатационные расходы. Более того, когда использовали электрическую печь для выплавки стали, возникала проблема возрастания нагрузки на энергоблок питания электрической печи, обусловленного влиянием невосстановленного окисленного железа. Соответственно этому, как описано выше, было предпочтительным употребление восстановленного железа в доменной печи. Однако, поскольку его количество, расходуемое в доменной печи, было незначительным, в способах, описанных в Патентном Документе 2 и тому подобных, вопрос того, где использовать восстановленное железо, не рассматривался, и только лишь предполагалось, что было бы предпочтительным подавать восстановленное железо в доменную печь для расплавления. В результате, эксплуатационные условия правильного восстановления и плавления не были выявлены. На этом пути возникла проблема того, что не были найдены правильные условия употребления восстановленного железа или железа горячего брикетирования (HBI) в доменной печи. В дополнение, не было в достаточной мере проанализировано наиболее подходящее распределение скоростей восстановления в печи с вращающимся подом (RHF) и в доменной печи при применении способа получения расплавленного чугуна с комбинацией обеих печей. В результате, не был реализован наиболее пригодный режим энергосбережения в обеих печах.

Как описано выше, способ горячего формования восстановленного железа, полученного в печи с вращающимся подом (RHF), все еще не разработан настолько, чтобы обеспечивать последующее использование продукта для доменной печи. Соответственно этому, для разрешения проблемы требуется новый способ.

Средства разрешения проблем

Изобретение предлагает решение технических проблем, когда материал, содержащий восстановленное железо, полученный в вышеописанной печи с вращающимся подом (RHF), подвергают горячему формованию, и подробности такового описаны в нижеследующих пунктах (1)-(12).

(1) В способе получения брикетированного восстановленного железа (горячебрикетированного железа, HBI), брикет из порошка, который имеет общее содержание железа 40% или более, и молярное количество связанного углерода в единицах атомной массы составляет 0,7-1,5-кратное значение молярного количества кислорода в единицах атомной массы, связанного в оксиде металла, восстанавливаемого в атмосфере монооксида углерода при температуре 1200ºС, подвергают восстановлению в печи с вращающимся подом. Способ включает: получение восстановленного материала в атмосфере при максимальной температуре от 1200°С до 1420°С с отношением монооксида углерода к диоксиду углерода от 0,3 до 1,2, при этом материал содержит восстановленное железо, в котором содержание металлического железа составляет 50 мас.% или более, и содержание углерода составляет 5 мас.% или менее; и формование под давлением материала, содержащего восстановленное железо, при температуре от 500°С до 800°С с использованием пресс-формы валкового типа.

(2) В способе согласно пункту (1) может быть подвергнут формованию под давлением содержащий восстановленное железо материал, в котором содержание углерода в присутствующем металлическом железе составляет 2 массовых процента или менее. То есть правильным регулированием порядка смешения сырьевого материала и условий работы печи с вращающимся подом (RHF) содержание углерода в металлическом железе, присутствующем в содержащем восстановленное железо материале, может быть доведено до 2 мас.% или менее, и горячим формованием под давлением содержащего восстановленное железо материала может быть получено брикетированное восстановленное железо.

(3) В способе согласно пункту (2), когда среднюю температуру печи на уровне 1200°С или выше представляют как Т(К), время, в течение которого брикет из порошка находится в части печи с вращающимся подом при температуре 1200°С, может быть не больше максимального времени науглероживания t, выражаемого формулой t = 0,13·exp(7800/T), где t: время (мин) для температуры газа 1200°С или выше, и Т: средняя температура в печи (в градусах Кельвина, К) при 1200°С или выше. То есть, чтобы подавить науглероживание металлического железа, в способе согласно пункту (2) время, в течение которого брикет из порошка находится в части печи с вращающимся подом при температуре 1200°С, может быть не больше максимального времени науглероживания (t=0,13·exp(7800/T)).

(4) В способе согласно пункту (1) может быть подвергнут формованию под давлением содержащий восстановленное железо материал, содержащий частицы железа, имеющие средний диаметр частиц 70 мкм или менее, или подвергнутые спеканию частицы железа, имеющие средний диаметр частиц 70 мкм или менее.

(5) В способе согласно пункту (1) массовое отношение оксида кальция к оксиду кремния в брикете из порошка, включающем углерод и окисленное железо, может составлять 2,2 или менее. То есть в операции пункта (1) путем регулирования массового отношения оксида кальция к оксиду кремния в брикете из порошка, включающем углерод и окисленное железо, до уровня 2,2 или менее, можно предотвратить расплавление или размягчение оксида в печи, и может быть получен содержащий восстановленное железо материал, имеющий хорошую способность к формованию.

(6) В способе согласно пункту (1) взаимоотношение уровней содержания оксида магния, оксида кальция и оксида кремния относительно общего содержания железа в окисленном железе в порошковом брикете, включающем углерод и окисленное железо, может быть настроено на значения {(СаО мас.%)-(MgO мас.%)}/(Fe_общ мас.%)<0,1, и {(СаО мас.%)-(MgO мас.%)}/(SiO₂ мас.%)<2,0. То есть в операции согласно пункту (1), путем регулирования взаимоотношения уровней содержания оксида магния, оксида кальция и оксида кремния относительно общего содержания железа в окисленном железе в порошковом брикете, включающем углерод и окисленное железо, на значения {(СаО мас.%)-(MgO мас.%)}/(Fe_общ. мас.%)<0,1, и {(СаО мас.%)-(MgO мас.%)}/(SiO₂ мас.%)<2,0, может быть предотвращено расплавление или размягчение оксида в печи, и может быть получен содержащий восстановленное железо материал, имеющий хорошую способность к формованию.

(7) В способе согласно пункту (1) может быть подвергнут формованию под давлением содержащий восстановленное железо материал, включающий от 5 мас.% до 30 мас.% оксида и имеющий объемную плотность от 1,4 г/см³ до 2,8 г/см³.

(8) Способ получения чугуна может включать подачу брикетированного восстановленного железа, полученного способом согласно пункту (1), в доменную печь для производства чугуна, чтобы получить расплавленный чугун. То есть в печи с вращающимся подом (RHF) порошковый брикет, который имеет общее содержание железа 40% или более, и молярное количество связанного углерода в единицах атомной массы составляет 0,7-1,5-кратное значение молярного количества кислорода в единицах атомной массы, связанного в оксиде металла, восстанавливаемого в атмосфере монооксида углерода при температуре 1200°С, такого как железо, марганец, никель, хром, свинец и цинк, подвергают восстановлению при максимальной температуре от 1200°С до 1420°С в атмосфере с отношением монооксида углерода к диоксиду углерода от 0,3 до 1,1 в зоне восстановления. При этих условиях получают содержащий восстановленное железо материал, в котором содержание металлического железа составляет 50 мас.% или более, и содержание углерода составляет 5 мас.% или менее. Содержащий восстановленное железо материал подвергают формованию под давлением с использованием пресс-формы валкового типа для получения брикетированного восстановленного железа. Далее, его подают в доменную печь для получения чугуна вместе с кусковой рудой, рудным агломератом, окатышами рудного концентрата и тому подобными для получения расплавленного чугуна.

(9) В способе согласно пункту (8) может быть получен содержащий восстановленное железо материал, имеющий содержание металлического железа 50 мас.% или более и содержание углерода 5 мас.% или менее; и для получения расплавленного чугуна брикетированное восстановленное железо, которое получается формованием под давлением содержащего восстановленное железо материала с использованием пресс-формы валкового типа и имеет конверсионный (приведенный) диаметр от 7 мм до 45 мм и кажущуюся плотность от 4,2 г/см³ до 5,8 г/см³, может быть подано в доменную печь для производства чугуна. То есть в способе согласно пункту (8) получают содержащий восстановленное железо материал, имеющий содержание металлического железа 50 мас.% или более и содержание углерода 5 мас.% или менее, и для получения расплавленного чугуна брикетированное восстановленное железо, которое получается формованием под давлением содержащего восстановленное железо материала с использованием пресс-формы валкового типа и имеет приведенный диаметр от 7 мм до 45 мм и кажущуюся плотность от 4,2 г/см³ до 5,8 г/см³, подают в доменную печь для производства чугуна. Приведенный диаметр определяется как значение, соответствующее величине объема брикетированного восстановленного железа в степени 1/3.

(10) В способе согласно пункту (8) для получения расплавленного чугуна брикетированное восстановленное железо может быть подано в доменную печь для производства чугуна при отношении 150 кг или менее на 1 тонну жидкого чугуна.

(11) В способе согласно пункту (8) для получения расплавленного чугуна 65% или более брикетированного восстановленного железа могут быть поданы в положение, находящееся в пределах двух третей диаметра от центра печи в доменной печи для производства чугуна.

(12) В способе согласно пункту (8) содержащий восстановленное железо материал, имеющий степень металлизации от 55% до 85%, может быть получен в печи с вращающимся подом; и для получения расплавленного чугуна брикетированное восстановленное железо, полученное горячим формованием под давлением содержащего восстановленное железо материала, может быть помещено в доменную печь для производства чугуна. То есть в способе согласно пункту (8) в печи с вращающимся подом (RHF) получают содержащий восстановленное железо материал, имеющий степень металлизации от 55% до 85%, и содержащий восстановленное железо материал подвергают горячему формованию под давлением для получения брикетированного восстановленного железа. Для получения расплавленного чугуна оно может быть подано в доменную печь для производства чугуна.

Преимущества изобретения

При использовании изобретения порошки окисленного железа и пылевидные материалы, содержащие окисленное железо, извлеченные из установок для производства стали, могут быть надлежащим образом восстановлены и подвергнуты горячему формованию, и тем самым могут быть получены брикеты из восстановленного железа (горячебрикетированное железо), имеющие подходящую форму. Далее, брикеты из восстановленного железа, которые получены в печи с вращающимся подом (RHF) и устройстве для горячего формования и имеют подходящую форму, характеризуются высокой устойчивостью к повторному окислению и могут храниться в течение длительного периода времени и транспортироваться на большие расстояния. Путем подачи брикетов из восстановленного железа в доменную печь при надлежащих условиях может быть снижена нагрузка на установку коксования при доменной печи и может быть увеличено количество производимого чугуна в час.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет диаграмму, показывающую конструкцию печи с вращающимся подом.

Фиг.2 представляет диаграмму, показывающую весь цикл процессов обработки при использовании печи с вращающимся подом.

Фиг.3 представляет диаграмму, схематически показывающую устройство для горячего формования (горячего брикетирования).

Описание номеров позиций и обозначений

1: СВОД

2: БОКОВАЯ СТЕНКА

3: КОЛЕСО

4: ПОД

5: НАПРАВЛЯЮЩАЯ

6: ГОРЕЛКА

11: ШАРОВАЯ МЕЛЬНИЦА

12: ОКОМКОВАТЕЛЬ

13: КАРУСЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ

14: ДЫМОХОД ДЛЯ ВЫПУСКА ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ

15: КОТЕЛ

16: ТЕПЛООБМЕННИК

17: ПЫЛЕСБОРНИК

18: ДЫМОВАЯ ТРУБА

21: ПОДАЮЩИЙ ЖЕЛОБ ДЛЯ СЫРЬЕВОГО МАТЕРИАЛА

22: ФОРМУЮЩЕЕ УГЛУБЛЕНИЕ

23: ВАЛОК

24: БРИКЕТ ИЗ ВОССТАНОВЛЕННОГО ЖЕЛЕЗА

Наилучший вариант осуществления изобретения

Далее будут описаны варианты исполнения способа получения брикетированного восстановленного железа и способа получения чугуна согласно изобретению.

В этом варианте осуществления в качестве сырьевого материала используют порошок, включающий окисленное железо, и углерод. Окисленное железо может представлять собой любой материал из оксида двухвалентного железа (вюстита, FeO), закиси-окиси железа (магнетита, Fe₃O₄), оксида трехвалентного железа (гематита, Fe₂O₃) и смеси таковых. В дополнение, к ним может быть примешан порошок металлического железа. В качестве источника окисленного железа употребляют руды, такие как железная руда или железистый песчаник, или пыль, содержащую окисленное железо, которая образуется на предприятиях по производству железа или тому подобных. В качестве источника углерода используют коксовую мелочь, порошкообразный уголь, нефтяной кокс или тому подобные. Поскольку в реакции восстановления участвует связанный углерод (FC), который не является летучим даже при температуре не ниже 1000°С, предпочтительно, чтобы содержание связанного углерода было высоким. Из таких соображений предпочтительно использовать коксовую мелочь, нефтяной кокс, антрацит, мелкий уголь с умеренной летучестью или тому подобные. Более того, может быть также использована пыль, образующаяся при производстве чугуна и имеющая высокое содержание углерода.

В сырьевом материале, таком как железная руда, содержащая окисленное железо пыль, кокс и уголь, находятся смешанные с таковым загрязняющие примеси. Они представляют собой оксиды металлов, которые легко подвергаются восстановлению, такие как оксид никеля, оксид марганца, оксид хрома и оксид цинка, и оксиды металлов, которые подвергаются восстановлению не столь легко, такие как оксид кремния, оксид кальция, оксид алюминия, оксид магния и оксид титана. Является предпочтительным, чтобы, за исключением источника углерода, общее содержание железа (содержание Fe_общ.) в порошке составляло 40% или более. Когда общее содержание железа составляет 40% или менее, содержание металлического железа после восстановления может достигать 50% или менее, и тем самым условия могут оказаться неудовлетворительными для предпочтительного выполнения процесса горячего брикетирования. Здесь общее содержание железа представляет собой значение, полученное делением суммы количества металлического железа и содержания железа в окисленном железе на общее количество порошка.

В качестве сырьевого материала употребляют порошок, имеющий средний диаметр частиц 100 микрон (100 мкм) или менее. Когда средний диаметр частиц составляет 100 микрон (100 мкм) или более, массоперенос внутри частиц становится медленным, и тем самым продолжительность восстановления становится слишком длительной. Поэтому не является предпочтительным использование частиц размером 100 микрон (100 мкм) или более. В дополнение, в операции окомкования можно более легко получить брикет, когда диаметр частиц мал. С такой точки зрения, предпочтительно применение тонкодисперсных частиц.

Сырьевой материал смешивают так, чтобы создать надлежащее соотношение окисленного железа и углерода в сырьевом материале. Реакция, протекающая в печи с вращающимся подом (RHF), имеет вид: MO+C=M+CO и MO+CO=M+CO₂, где М представляет собой символ, обозначающий металлический элемент. Авторы настоящего изобретения изучили реакцию в печи с вращающимся подом (RHF) и получили следующие результаты этого исследования. Оксид металла, который восстанавливается монооксидом углерода при температуре 1300°С, такой как оксид железа, оксид никеля, оксид марганца, оксид хрома и оксид цинка, металлизируется в печи с вращающимся подом (RHF). Степень металлизации определяется условиями работы печи с вращающимся подом (RHF) и тому подобными. С другой стороны, оксид, который не восстанавливается монооксидом углерода при температуре 1300°С, такой как оксид кремния, оксид кальция, оксид алюминия, оксид магния и оксид титана, не подвергается восстановлению в печи с вращающимся подом (RHF) и остается в форме оксида.

Примешиваемое количество углерода определяется количеством кислорода (далее называемого как активный кислород), связанного с металлом в оксиде, который легко подвергается восстановлению, таком как оксид железа, оксид никеля, оксид марганца, оксид хрома и оксид цинка. Поскольку реакция восстановления оксида железа и тому подобного протекает в то время, когда температура превышает примерно 1000ºС, углерод, участвующий в реакции восстановления, представляет собой связанный углерод. Соответственно этому, может быть показано, что в печи с вращающимся подом (RHF) протекает надлежащая реакция, когда отрегулировано соотношение активного кислорода и связанного углерода. Условие этого состоит в том, что отношение (С/О) молярного количества связанного углерода в единицах атомной массы к молярному количеству активного кислорода в единицах атомной массы варьирует в диапазоне от 0,7 до 1,5. Когда отношение С/О составляет 0,7 или менее, то, независимо от условий восстановления в печи с вращающимся подом (RHF), восстановление происходит не полностью вследствие недостаточного количества углерода, и тем самым во многих случаях степень металлизации железа достигает 55% или менее. В этих условиях содержание металлического железа после восстановления составляет 50% или менее, и тем самым условия для предпочтительного проведения горячего брикетирования являются неудовлетворительными. В дополнение, когда отношение С/О составляет 1,5 или более, в реакции восстановления участвует избыточное количество примешанного углерода, и тем самым после восстановления остается большое количество углерода, которое составляет около 5 мас.% на единицу продукта восстановления. Этот углерод препятствует контакту частиц железа друг с другом в процессе горячего брикетирования и тем самым становится причиной нарушения процесса формования. Таким образом, следует избегать отношения С/О на уровне 1,5 или более, что обусловливает образование остаточного углерода до 5 мас.% или более.

Способ восстановления сырьевого материала в печи с вращающимся подом (RHF) будет описан со ссылкой на фиг.1 и 2. Сначала порошкообразный сырьевой материал смешивают в смесительном устройстве (шаровой мельнице 11 на фиг.2) и затем в окомкователе 12 получают брикет. Смесительное устройство не ограничивается шаровой мельницей и может быть устройством типа пластикатора, типа установки с псевдоожиженным слоем, типа смесителя для подводного смешения или тому подобного. Окомкователь включает окомкователь дискового типа (установка для таблетирования), устройство для компрессионного формования валкового типа (машина для брикетирования), устройство для формования экструзионного типа и тому подобные. Брикеты размещают на поду 4 карусельной печи 13 так, чтобы распределение было равномерным. Является предпочтительным, чтобы число слоев из брикетов на поду 4 не превышало 2. Это является условием предпочтительного выполнения теплообмена. Что касается размера брикета, то предпочтительно, чтобы средний диаметр сферических форм варьировал в диапазоне от 8 мм до 20 мм, и средний приведенный диаметр, приведенный для других форм, варьировал в диапазоне от 7 мм до 22 мм. Когда диаметры слишком малы, слой брикетов на поду 4 слишком тонкий, и тем самым снижается производительность. В дополнение, когда диаметры слишком велики, возникает проблема того, что ухудшается теплоперенос внутри брикета. В карусельной печи 13 брикет движется в зону восстановления из зоны нагревания во время вращения пода 4. Брикет нагревается до температуры от 1200°С до 1420°С теплотой излучения от горячего газа в зоне восстановления так, что углерод и окисленный металл в брикете реагируют друг с другом, тем самым образуя восстановленное железо. Время пребывания брикета в печи варьирует в диапазоне от 10 минут до 30 минут, и продолжительность восстановления, за исключением продолжительности нагревания, варьирует в диапазоне от 6 минут до 25 минут.

Содержащий восстановленное железо материал, образованный в результате этой реакции, имеет степень восстановления (степень удаления атомов кислорода от восстановленного металла) от 65% до 90% и степень металлизации железа от 55% до 85%. Содержание металлического железа в содержащем восстановленное железо материале составляет 50 мас.% или более, и содержание углерода в таковом составляет 5 мас.% или менее. Основанием тому, что температура восстановления составляет 1200°С или выше, является то, что при температуре восстановления 1200°С или ниже реакция восстановления окисленного железа протекает слишком медленно, продолжительность реакции возрастает до 30 минут или более, и тем самым производство восстановленного железа в промышленном масштабе становится экономически невыгодным. Далее, основанием тому, что температура восстановления составляет 1420°С или ниже, является то, что при температуре восстановления 1420ºС или выше ускоряется процесс науглероживания, в котором остаточный (примешанный) углерод внедряется в кристаллы металлического железа, даже если количество остаточного углерода после реакции составляет 5 мас.% или менее, и тем самым степень науглероживания восстановленного железа составляет 2 массовых процента или более. Когда степень науглероживания достигает 2 мас.% или более, в частицах железа присутствует значительное количество цементита (Fe₃C), и тем самым пластичность железа ухудшается при температуре, варьирующей от комнатной температуры до 800°С. Поэтому существует проблема в том, что частицы железа не будут растягиваться во время процесса горячего брикетирования. Поскольку температура в печи и продолжительность реакции оказывают влияние на возрастание науглероживания, предпочтительно, чтобы взаимозависимость между средней температурой в части печи, в которой температура газа составляет 1200°С или выше, и временем, в течение которого брикет находится в части, в которой температура газа составляет 1200°С или выше, удовлетворяла зависимости, описываемой неравенством, которое получено в проведенных авторами настоящего изобретения испытаниях, то есть максимальное время науглероживания t<0,13*exp(7800/T), когда соотношение остаточного углерода и металлического железа в содержащем восстановленное железо материале варьирует в диапазоне от 0,02:1 до 0,06:1, и наивысшая температура газа в печи составляет 1420°С или ниже (где t: время (минут) для температуры газа 1200°С или выше, Т: средняя температура в печи (К) для 1200°С или выше).

Структура гранул восстановленного железа, полученного способом согласно изобретению, характеризуется тем, как формируется состояние, в котором частицы металлического железа надлежащим образом диспергированы в смеси оксида железа и других оксидов. Далее, важно, чтобы углерод не присутствовал в металлическом железе в чрезмерном количестве. В некоторых случаях способ согласно изобретению имеет эксплуатационную характеристику, которая заключается в не слишком высокой степени восстановления по сравнению с традиционными способами получения. Вследствие этого в зоне восстан