EA024243B1 - Способ восстановления руд и окислов металлов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к металлургии, а именно к восстановлению окислов металлов в твердом состоянии. Способ включает изготовление восстановительной смеси, состоящей из окислов металлов, твердого углеводорода и известняка; помещение восстановительной смеси в твердую защитную оболочку из термостойкого материала; нагрев и выдержку восстановительной смеси при температуре ниже температуры плавления металла. Из восстановительной смеси формуют брикет с защитной оболочкой из термостойкого материала в пластичном состоянии и подвергают его предварительной термической обработке до приобретения защитной оболочкой необходимой прочности. Техническим результатом является снижение затрат и увеличение автоматизации процесса получения губчатого железа.

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к восстановлению окислов металлов в твердом состоянии.

Известен способ восстановления окислов металлов (руда или концентрат, окалина), используемый фирмой Хеганас, при получении губчатого железа твердым углеводородом (каменный уголь, кокс, древесный уголь и т.д.), в соответствии с которым измельченный окисел железа и твердый углеводород загружаются в жаростойкие емкости (капсели, тигли) из карбида кремния несмешивающимися слоями и восстанавливается при температуре 900-1300°С (Похвистев А.Н., Кожевников И.Ю., Спектров А.Н., Ярхо Е.Н. Внедоменное получение железа за рубежом. Металлургиздат, 1964, с. 22-31). Заполненные емкости, установленные на технологические вагонетки, перемещаются через тоннельную печь, где производится температурная обработка. Затем из охлажденных капселей извлекаются трубы губчатого железа, а отработанная восстановительная смесь отсасывается из емкостей и транспортируется в отвал.

Наиболее близким к изобретению является способ восстановления руд окислов металлов в твердом состоянии, отличающийся тем, что вместе с окислом железа в жаростойкие емкости несмешивающимися слоями загружают брикетированный восстановитель в смеси с известняком и связующим. Уплотнение восстановителя и флюса позволяет увеличить объем загружаемого в капсели окисла железа, что дает увеличение производительности [а.с. СССР № 1209478/22-2 А1 (Иностранная фирма Хоганас), 22.12.1970, Бюллетень № 2 за 1971].

Недостаток способа заключается в том, что применяемые в нем дорогостоящие жаростойкие емкости многоразового использования, изготовленные из карбида кремния, обладают повышенной хрупкостью и требуют бережного и осторожного обращения как в процессе загрузки капселей, так и последующей их разгрузки после обжига, а также при установке капселей друг на друга в многоярусные ряды на тележки для проведения обжига в тоннельной печи и последующем снятии их с тележки после обжига. Стойкость емкостей из карбида кремния достигает 120-150 теплосмен. Если емкость ломается и выходит из строя на ранней стадии своего использования, то ее замена влечет существенное повышение себестоимости губчатого железа. Поэтому все эти операции отличаются применением большой доли ручного труда и не позволяют в значительной степени автоматизировать процесс получения губчатого железа.

В предлагаемом способе восстановления окислов металлов этот недостаток частично или полностью устраняется применением одноразовой дешевой жаростойкой защитной оболочки, внутри которой размещают восстановительную смесь из измельченного окисла металла, твердого углеводорода, известняка. Оболочка при этом выполнят функцию емкости, предотвращающей контакт восстановительной смеси с кислородом воздуха, и вся конструкция представляет собой брикет.

Форма брикета задается геометрией пресс-формы. Наиболее просто брикеты делать цилиндрическими.

При формовании брикета жаростойкий материал оболочки, например из керамических масс, находится в пластичном состоянии и в процессе сушки и восстановительного обжига приобретает необходимую прочность.

После восстановительного обжига брикет дробят, измельчают и из смеси извлекают порошок восстановленного окисла одним из методов обогащения, например магнитного или гравитационного.

Для получения механически более прочного брикета в восстановительную смесь вводят связующее вещество. В процессе сушки благодаря присутствию связующего восстановительная смесь также приобретает дополнительную прочность и совместно с упрочняемой при сушке оболочкой создается брикет, стойкий к последующим механическим и термическим нагрузкам при подготовке и проведении восстановительного термического обжига.

Применяемый в известных способах восстановления окислов металлов твердый углерод, как правило, содержит серу. Поэтому для десульфурации, т.е. поглощения серы, при обжиге используется известняк.

В предлагаемом способе в восстановительную смесь вводят связующее на основе извести, что исключает необходимость в добавлении известняка.

Прессовать брикет предлагается в один или два приема.

В первом варианте из восстановительной смеси со связующим формуют брикет рыхлой структуры, заключенный в оболочку из жаростойкого материала в пластичном состоянии, и затем прессованием брикету придают необходимую прочность, которая повышается при сушке брикета.

Во втором варианте на первом этапе формуют брикет из восстановительной смеси, который затем сушат для придания ему прочности. Затем на наружную поверхность брикета наносят оболочку из жаростойкого материала, находящегося в пластичном состоянии, например в виде шликера. Оболочку наносят, например, опустив брикет в глиняный раствор или пропуская брикет, размещенный на решетке, через падающий поток такого раствора.

Поскольку при прессовании брикета оставшийся внутри него воздух создает упругие напряжения, при снятии нагрузки обратная реакция упругих сил может приводить к образованию трещин. Наиболее подвержена образованию трещин боковая поверхность защитной оболочки. Практика показывает, что защитные слои основания и крышки брикета, как правило, остаются целыми либо зачастую трещины на них являются продолжением трещин защитной оболочки боковой поверхности. Упругая реакция сжатого

- 1 024243 материала пропорциональна усилию прессования. Поэтому условие сохранения целостности брикета ограничивает величину давления прессования. Для устранения этого негативного явления обычно рекомендуется применять вакуумирование.

Альтернативой такому подходу может быть другой вариант изготовления брикета, когда на первом этапе прессуется только сердцевина брикета из восстановительной смеси с основанием и крышкой из жаростойкого материала в пластичном состоянии. После снятия нагрузки и обратной упругой реакции размеры заготовки брикета стабилизируются. На этой стадии допускается образование трещин на боковой поверхности заготовки из восстановительной смеси. При необходимости заготовку брикета предварительно сушат. Затем на внешней боковой поверхности заготовки брикета формируют оболочку из жаростойкого материала в пластичном состоянии. Полученный брикет сушат и подвергают восстановительному обжигу.

Выбор материала защитной оболочки брикета зависит от температуры восстановительного обжига, которая в случае железа составляет 900-1300°С. Таким материалом могут быть различные виды керамических масс, например глины (кирпичная, огнеупорная глина и прочие). Удобно использовать их во влажном измельченном состоянии для облегчения формирования многослойного брикета.

С целью увеличения полезного объема брикета необходимо стремиться к минимальной толщине его защитной оболочки. Толщина оболочки зависит от ее прочностных свойств: в процессе сушки и обжига в оболочке не должны возникать крупные трещины. Допускаются микротрещины, через которые выходят образующиеся внутри газы.

В материал оболочки можно вводить отощающие добавки, которые снижают пластичность и усадку глин при сушке и обжиге. Это могут быть, например, песок, обожженная глина, отход, получаемый после извлечения из измельченного обожженного брикета восстановленного окисла, отход обогащения руд, в частности немагнитная фракция железной руды, образующаяся при получении концентрата, и прочие материалы.

Для повышения прочности брикета при обжиге и охлаждении предпочтительно, чтобы часть материала, входящая в оболочку, оплавлялась. Этого можно добиться дополнительным введением плавней добавок, способствующих такому процессу, например добавлением окислов металлов исходной руды, которые присутствуют в отходах, образуемых при обогащении руды; окислов щелочных металлов или концентрата.

Предпочтительно для повышения прочности брикета в материал оболочки дополнительно вводить небольшое количество связующего вещества.

Так как защитная оболочка достаточно тонкая, то она сохраняет целостность при больших скоростях нагрева и охлаждения. В частности, возможно охлаждение горячего брикета водой. Высокая скорость охлаждения водой допускает разрушение оболочки и существенно ограничивает долю обратного окисления металла, которую можно дополнительно регулировать кислотность водной среды, т.е. величиной рН.

Преимущество предлагаемого способа восстановления окислов заключается еще в повышении производительности печей, так как уплотнение восстановительной смеси при прессовании брикета, с одной стороны, увеличивает удельную загрузку печи, а с другой - повышает ее теплопроводность, что приводит к увеличению скорости нагрева внутренних областей брикета, т.е. скорость восстановления возрастает.

Claims (9)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ восстановления руд и окислов металлов в твердом состоянии, включающий получение смеси для восстановления металлов, состоящей из окислов металла, твердого углерода и известняка; помещение этой смеси в твердую защитную оболочку из термостойкого материала; нагрев и выдержку смеси при температуре ниже температуры плавления металла и достаточной для восстановления металла, отличающийся тем, что из указанной смеси формируют брикет с защитной оболочкой из термостойкого материала, находящегося в пластичном состоянии, и подвергают брикет с защитной оболочкой предварительной термической обработке до приобретения защитной оболочкой необходимой прочности.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве термостойкого материала оболочки используют различные виды глин и другие керамические массы.
3. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в термостойкий материал оболочки добавляют отощающие добавки, плавни и связующее вещество.
4. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что отощающие добавки выбирают любые или смесь любых из следующих: песок; обожженная глина; отход, получаемый после извлечения из измельченного обожженного брикета восстановленного окисла; пустая порода - продукт обогащения руды.
5. 5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что в смесь добавляют связующее вещество.
6. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что добавляют связующее вещество на известковой основе.
7. 7. Способ по пп.5 и 6, отличающийся тем, что брикет из смеси и связующего подвергают предварительной термической обработке до нанесения защитной термостойкой оболочки.
8. 8. Способ по пп.1-7, отличающийся тем, что формуют брикет с верхним и нижним слоями защит- 2 024243 ной оболочки из термостойкого материала, а затем защитный термостойкий материал, находящийся в пластичном состоянии, наносят только на боковую поверхность брикета.
9. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что брикет с верхним и нижним слоями защитной оболочки из термостойкого материала, находящегося в пластичном состоянии, перед нанесением защитного термостойкого материала на боковую поверхность подвергают предварительной термической обработке.