способ переработки железосодержащего сырья

Формула изобретения

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ, включающий его плавление, восстановление железа из окислов на границе металл-шлак в потоке расплава за счет подачи восстановителя и раздельный выпуск металла и шлака, отличающийся тем, что восстановитель подают по всей поверхности раздела металл-шлак, непрерывно удаляя восстановленный приграничный слой железа и движущийся спутно потоку металла шлак с поверхности шлака, при этом интенсивность подачи восстановителя уменьшают по ходу движения расплава с одновременным вводом в зоны реакции дополнительного тепла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к восстановлению железа непосредственно из расплава железосодержащего сырья.

В настоящее время прямое восстановление железа осуществляется главным образом путем металлизации железорудных окатышей продуктами конверсии природного газа или теплоносителем, нагретым в плазмотроне.

При этом температура газообразного теплоносителя ограничена, скорости реакции в системе газ - твердое тело низки, а восстановленные окатыши являются промежуточным продуктом для последующей переплавки их в сталь.

Из-за сложности аппаратурного воплощения и низкой удельной производительности эти процессы не могут составлять конкуренции доменному процессу.

Имеется возможность значительно интенсифицировать процесс восстановления окислов железа. Для этого восстановление необходимо производить из расплава железосодержащего сырья, когда скорость реакции восстановления повышается на порядок. Примером такого процесса является печь жидкофазного восстановления, опробованная на Новолипецком металлургическом комбинате. Существенным недостатком этой печи является ограниченный практически одним чугуном сортамент выпускаемой продукции. К тому же колоссальные удельные потери тепла и этот процесс делают неконкурентоспособным с доменным.

Известен способ прямого восстановления железа, содержащий плавление железорудного сырья и восстановление железа из его окислов. В соответствии со способом осуществляется раздельное удаление металла и шлака. Расплавление руды и частичное восстановление окислов железа происходит в циклоне, удаление железистого шлака и восстановление оксидов железа до чистого железа осуществляется в реакторе [1]. Указанный способ имеет ряд недостатков: вспенивание шлака из-за недостатка тепла в зоне реакции и малая скорость реакции восстановления.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является способ переработки железосодержащего сырья, включающий его плавление и восстановление железа из окислов на границе металл-шлак в потоке расплава за счет подачи восстановителя и раздельный выпуск металла и шлака [2].

Этот способ лишен указанных недостатков, но тем не менее процесс восстановления недостаточно интенсивен и скорость реакции восстановления невелика.

Цель изобретения - интенсификация процесса за счет повышения скорости восстановления.

Поставленная цель достигается за счет того, что подают восстановитель по всей поверхности раздела металл-шлак, непрерывно удаляют с поверхности раздела восстановленный приграничный слой железа и движущийся спутно потоку металла шлак с поверхности шлака, причем интенсивность подачи восстановителя уменьшают по ходу движения расплава и одновременно с подачей восстановителя в зоны реакции вводят дополнительное тепло.

На чертеже представлена схема осуществления способа прямого восстановления железа.

Процесс прямого восстановления начинают с расплавления исходного железосодержащего сырья любым известным способом и ведут восстановление в потоке расплава, который создают путем непрерывного подвода расплава и непрерывного выпуска восстановленного железа и шлака.

Подачу восстановления осуществляют по всей поверхности раздела металл-шлак. Это необходимо для того, чтобы в месте реакции была создана избыточная концентрация восстановителя для обеспечения максимальной скорости ее протекания. При этом нижележащие слои металла в процессе не участвуют, а шлак подвергается интенсивному перемешиванию газообразными продуктами реакции.

Восстановление железа осуществляется в приграничном слое у поверхности раздела металл-шлак. Этот приграничный слой железа непрерывно удаляют из объема агрегата и одновременно удаляют спутно движущийся шлак, причем удаление шлака осуществляют с его поверхности. Толщина приграничного слоя железа определяет и производительность агрегата и интенсивность подачи восстановителя.

По мере движения приграничного слоя и снижения содержания оксидов железа в движущемся спутно шлаке интенсивность подачи восстановителя снижают. В качестве восстановителя используют углесодержащие материалы или водород, при этом компенсацию недостающего тепла производят за счет подачи дополнительного тепла одновременно с подачей восстановителя. Такое сочетание одновременной подачи восстановителя и тепла в зону реакции и позволяет успешно осуществлять процесс восстановления окислов железа из расплава.

Пример осуществления способа.

В качестве исходного сырья может быть использован любой материал, содержащий окислы железа: железная руда, железорудный концентрат, пыль газоочистки, шламы и т.п., отходы сталеплавильного и прокатного производства. Для их расплавления могут быть использованы дуговая или плазменная печь, циклон или прямоточная вихревая камера, индукционная печь и т.д. Выбор плавильного агрегата в данном случае роли не играет (на чертеже не показан).

Из плавильного агрегата расплава поступает в реакционную камеру 1, где производят продувку его углеродсодержащим восстановителем (угольная пыль, природный и попутный газ, отсев коксовой и угольной мелочи) или водородом. Ввод восстановителя 2 производят по ходу потока расплава на поверхность раздела металл-шлак в нескольких местах (в принципе неограниченное) по длине реакционной камеры. Интенсивность подачи восстановителя по ходу потока снижают. Одновременно в месте ввода восстановителя подают дополнительное тепло. Источником тепла могут быть топливокислородный факел, электрическая дуга или плазмотрон. Выпуск металла 3 и шлака 4 производят раздельно, причем в направленное движение приводят только приграничный со шлаком слой металла. Выпуск шлака осуществляют с его поверхности. Во избежание затягивания шлака в выпускаемый металл выпуск металла производят на необходимом и достаточном уровне ниже приграничного слоя. Пограничный слой металла формируют толщиной 30-50 мм, исходя из глубины проникновения в металл потока восстановителя. Опробовали в качестве восстановителя природный газ и коксовую мелочь, вдуваемую азотом.

Подвод тепла в зону реакции осуществляли путем сжигания избыточного количества восстановителя кислородом в той же продувочной фурме.

Таким образом, предлагаемый способ прямого восстановления железа позволяет значительно повысить скорости протекания реакций восстановления до значений, обеспечивающих возможность осуществления непрерывного процесса.