RU2388830C1 - Procedure for production of metallic iron - Google Patents

Procedure for production of metallic iron Download PDF

Info

Publication number
RU2388830C1
RU2388830C1 RU2008133606/02A RU2008133606A RU2388830C1 RU 2388830 C1 RU2388830 C1 RU 2388830C1 RU 2008133606/02 A RU2008133606/02 A RU 2008133606/02A RU 2008133606 A RU2008133606 A RU 2008133606A RU 2388830 C1 RU2388830 C1 RU 2388830C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
slag
iron
carbon
temperature
heating
Prior art date
Application number
RU2008133606/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008133606A (en
Inventor
Мицутака ХИНО (JP)
Мицутака Хино
Акира УРАГАМИ (JP)
Акира Урагами
Исао КОБАЯСИ (JP)
Исао Кобаяси
Original Assignee
Кабусики Кайся Кобе Сейко Се
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кабусики Кайся Кобе Сейко Се filed Critical Кабусики Кайся Кобе Сейко Се
Publication of RU2008133606A publication Critical patent/RU2008133606A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2388830C1 publication Critical patent/RU2388830C1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0046—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes making metallised agglomerates or iron oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0066—Preliminary conditioning of the solid carbonaceous reductant
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/008—Use of special additives or fluxing agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/10—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in hearth-type furnaces
    • C21B13/105—Rotary hearth-type furnaces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy. ^ SUBSTANCE: metallic iron is produced out of mixture of raw materials containing carbon containing reducer and material containing iron oxide. The procedure consists in determining target temperature of primary melted slag formation corresponding to previously specified target concentration of carbon in metallic iron. Also there are performed a stage of preparing mixture of raw materials forming composition of primary melted slag corresponding to target temperature and a stage of heating mixture of raw materials for reduction, for melting mixture of raw materials and for production of primary melted slag. Notably, primary melted slag containing component of waste rock, not reduced iron oxide and ash component of carbon containing reducer is primarily formed in mixture of raw materials at its heating. ^ EFFECT: efficient production of metallic iron when melting can be carried out at low temperature; increased output at reduced consumption of heat energy. ^ 10 cl, 7 dwg, 4 tbl, 3 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение касается усовершенствования технологии производства металлического железа путем нагревания и восстановления источника железа, такого как железная руда, с использованием углеродсодержащего восстановителя, такого как кокс, и, более конкретно, настоящее изобретение касается технологии эффективного производства металлического железа, имеющего заранее заданную концентрацию углерода. В этой технологии оксид железа восстанавливается и одновременно науглероживается, и металлическое железо, полученное таким образом, эффективно отделяется от образующих шлак компонентов, которые находятся в виде примесей, например, в сырьевой минеральной руде как компоненты пустой породы и тому подобные.The present invention relates to an improvement in the technology for producing metallic iron by heating and reducing a source of iron such as iron ore using a carbon-containing reducing agent such as coke, and more specifically, the present invention relates to a technique for efficiently producing metallic iron having a predetermined carbon concentration. In this technology, iron oxide is reduced and carbonized at the same time, and the metallic iron thus obtained is effectively separated from slag-forming components that are in the form of impurities, for example, in raw mineral ore as gangue components and the like.

Уровень техники, к которой относится изобретениеBACKGROUND OF THE INVENTION

Один из авторов настоящего изобретения предложил способ, раскрытый в Патентном Документе 1, как новый тип способа прямого получения железа, и после этого было также проведено исследование для усовершенствования вышеупомянутого способа прямого получения железа.One of the authors of the present invention proposed the method disclosed in Patent Document 1 as a new type of direct iron production method, and thereafter, a study was also conducted to improve the aforementioned direct iron production method.

Этот способ представляет собой технологию получения металлического железа путем нагревания и восстановления смеси сырьевых материалов, содержащей углеродсодержащий восстановитель и оксид железа. В этом способе после того как корка из металлического железа формируется и нарастает при восстановлении оксида железа при действии восстанавливающего газа, получающегося из углеродсодержащего восстановителя, восстановление далее развивается в твердом состоянии, пока оксид железа по существу не перестанет присутствовать внутри корки из металлического железа, с последующим дальнейшим непрерывным нагреванием для образования шлака, который образуется внутри, вытекает из-под корки металлического железа так, что металлическое железо отделяется от шлака.This method is a technology for producing metallic iron by heating and reducing a mixture of raw materials containing a carbon-containing reducing agent and iron oxide. In this method, after a metal iron crust is formed and builds up during reduction of iron oxide by the action of a reducing gas obtained from a carbon-containing reducing agent, the reduction further develops in a solid state until iron oxide essentially ceases to be present inside the metal iron crust, followed by further continuous heating to form the slag that forms inside flows out from under the crust of metallic iron so that the metallic iron separates It is separated from slag.

Когда вышеназванный способ проводится путем расплавления корки из металлического железа, образованного при нагревании и восстановлении, можно создать условия для того, чтобы расплавленный шлак, присутствующий внутри корки из металлического железа, вытекал из нее наружу. Чтобы расплавить корку из металлического железа, температура плавления корки из металлического железа может быть снижена путем растворения углерода, поступающего от углеродсодержащего восстановителя, присутствующего внутри корки из металлического железа, в металлическом железе (это явление в некоторых случаях может быть названо «науглероживанием»).When the above method is carried out by melting a crust of metallic iron formed during heating and reduction, it is possible to create conditions for the molten slag present inside the crust of metallic iron to flow outward. In order to melt the metallic iron crust, the melting temperature of the metallic iron crust can be reduced by dissolving the carbon coming from the carbon-containing reducing agent present inside the metallic iron crust in metallic iron (this phenomenon may in some cases be called “carbonization”).

В этом способе после того как шлак вытечет из корки из металлического железа, металлическое железо, полученное таким образом, и образовавшийся шлак затем охлаждаются и затвердевают, металлическое железо, затвердевшее в виде частиц, может быть отделено с использованием магнитного сепаратора или сита, тогда как шлак размалывается, или же затвердевшее металлическое железо и образовавшийся шлак могут быть расплавлены нагреванием, с последующим разделением, основанным на разнице удельных весов. В результате может быть получено металлическое железо, имеющее высокую чистоту в 95 массовых процентов или более или 98 массовых процентов или более.In this method, after the slag flows out of the crust of metallic iron, the metallic iron thus obtained and the slag formed are then cooled and solidified, the metallic iron solidified in the form of particles can be separated using a magnetic separator or sieve, while the slag milled, or hardened metal iron and the resulting slag can be melted by heating, followed by separation based on the difference in specific gravities. As a result, metallic iron having a high purity of 95 mass percent or more or 98 mass percent or more can be obtained.

В дополнение, были сделаны разнообразные предложения относительно способа, как стимулировать отделение металлического железа с помощью контроля состава образующегося шлака, который присутствует в ходе реализации вышеописанного способа прямого получения железа.In addition, various proposals have been made regarding a method for stimulating the separation of metallic iron by controlling the composition of the resulting slag, which is present during the implementation of the above method for direct production of iron.

Например, в Патентном Документе 2 был представлен способ отделения гранулированного металлического железа от содержащего FeO шлака с низкой температурой плавления, в котором в качестве источника оксида железа используются отходы сталелитейного производства, которые смешиваются с углеродсодержащим восстановителем (далее в ряде случаев называемым как «углеродсодержащий материал») и дополнительным сырьевым материалом (шлакообразующим агентом) так, чтобы состав образующегося шлака был скорректирован для достижения соотношения CaO/SiO2 (основность), варьирующего в диапазоне от 1,4 до 1,6 по массе, с последующим нагреванием до температуры от 1250 до 1350°С для восстановления с образованием гранулированного металлического железа.For example, Patent Document 2 presented a method for separating granular metallic iron from FeO-containing slag with a low melting point, in which steelmaking wastes that are mixed with a carbon-containing reducing agent (hereinafter in some cases referred to as “carbon-containing material”) are used as a source of iron oxide. ) and additional raw material (slag forming agent) so that the resultant slag composition was adjusted to achieve a ratio of CaO / SiO 2 (oc ovnost) is in the range from 1.4 to 1.6 by weight, followed by heating to a temperature from 1250 to 1350 ° C for recovery to form granular metallic iron.

Однако этот способ представляет собой способ, использующий отходы сталелитейного производства как источник оксида железа. В дополнение, корректирование степени основности шлакового компонента, применяемого в этом способе, выполняется, когда сырьевые материалы смешиваются вместе, и поведение шлака, образуемого при нагревании и восстановлении, и поведение оксида железа, содержащегося в нем, не были в достаточной мере исследованы.However, this method is a method using steelmaking waste as a source of iron oxide. In addition, the adjustment of the degree of basicity of the slag component used in this method is performed when the raw materials are mixed together, and the behavior of the slag formed during heating and reduction, and the behavior of the iron oxide contained therein, have not been adequately studied.

Кроме того, в Патентном Документе 3 был представлен способ, в котором степень основности шлакообразующего компонента в сырьевом материале контролируется в диапазоне от 0,4 до 1,3, и по меньшей мере в течение одной трети времени нагревания и восстановления, выполняемых на поду, температура регулируется в диапазоне от 1200 до 1350°С, чтобы довести степень восстановления железа до уровня от 40% до 80%, с последующим расплавлением восстановленного продукта.In addition, in Patent Document 3, a method was presented in which the degree of basicity of the slag-forming component in the raw material is controlled in the range from 0.4 to 1.3, and for at least one third of the heating and reduction time performed on the hearth, the temperature adjustable in the range from 1200 to 1350 ° C to bring the degree of reduction of iron to a level of from 40% to 80%, followed by melting of the reduced product.

Корректирование степени основности, применяемое в этом способе, выполняется с помощью расчета в ходе смешивания сырьевых материалов между собой. Однако в этом способе влияние невосстановленного оксида железа, содержащегося в сырьевом материале, на образование расплавленного шлака, динамическое поведение оксида железа, содержащегося в расплавленном шлаке, влияние оксида железа на расплавленное состояние металлического железа, полученного при восстановлении, и тому подобное совершенно не были изучены.The correction of the degree of basicity used in this method is performed by calculation during the mixing of raw materials with each other. However, in this method, the effect of unreduced iron oxide contained in the raw material on the formation of molten slag, the dynamic behavior of iron oxide contained in the molten slag, the effect of iron oxide on the molten state of metallic iron obtained by reduction, and the like have not been studied at all.

В дополнение, авторы настоящего изобретения далее провели интенсивное исследование, и в результате была предложена технология, раскрытая в Патентном Документе 4. Базовая концепция этого изобретения состоит в том, что когда металлическое железо получается путем нагревания и восстановления смеси сырьевых материалов, содержащей углеродсодержащий восстановитель и оксид железа, то с помощью регулирования жидкой фракции в твердо-жидкой смешанной фазе многокомпонентного шлака, который образуется при восстановлении и плавлении смеси сырьевых материалов и который содержит компоненты пустой породы, упрощаются науглероживание и плавление получаемого твердого металлического железа. В частности, технология характеризуется тем, что кроме контроля температуры расплавления металлического железа контролируется содержание углерода (концентрация углерода, далее будет применяться то же выражение, как выше) в получаемом металлическом железе.In addition, the inventors of the present invention further conducted intensive research, and as a result, the technology disclosed in Patent Document 4 was proposed. The basic concept of this invention is that when metallic iron is obtained by heating and reducing a mixture of raw materials containing a carbon-containing reducing agent and an oxide iron, then by controlling the liquid fraction in the solid-liquid mixed phase of multicomponent slag, which is formed during the recovery and melting of a mixture of raw materials materials and which contains components of waste rock, simplified carburization and melting of the resulting solid metallic iron. In particular, the technology is characterized by the fact that in addition to controlling the melting temperature of metallic iron, the carbon content is also controlled (carbon concentration, then the same expression as above will be used) in the resulting metallic iron.

Однако когда жидкая фракция шлака в твердо-жидком смешанном состоянии регулируется этим способом, операция становится усложненной, как описано выше. То есть необходимо, чтобы взаимосвязь жидкой фракции с температурой и/или составом шлакообразующего компонента, содержащегося в смеси сырьевых материалов, была выявлена заблаговременно, было скорректировано количество сырьевого железооксидного компонента и количество зольного компонента в углеродсодержащем восстановителе, который примешивается в расплавленный шлак, и, в дополнение, также было скорректировано дополнительное количество шлакообразующего компонента, который дополнительно добавляется по мере необходимости. Таким образом, путем дальнейшего усовершенствования этого способа стало желательным разработать способ эффективного получения металлического железа, имеющего заданную концентрацию углерода, с помощью более легкой технологической операции.However, when the liquid slag fraction in the solid-liquid mixed state is controlled by this method, the operation becomes complicated as described above. That is, it is necessary that the relationship of the liquid fraction with the temperature and / or composition of the slag-forming component contained in the mixture of raw materials be detected in advance, the amount of the raw iron oxide component and the amount of ash component in the carbon-containing reducing agent, which is mixed into the molten slag, and, in addition, an additional amount of slag-forming component has also been adjusted, which is additionally added as needed. Thus, by further improving this method, it has become desirable to develop a method for efficiently producing metallic iron having a predetermined carbon concentration using a lighter process step.

В дополнение, чтобы понять явление науглероживания железа в доменной печи, один из авторов настоящего изобретения провел интенсивное фундаментальное исследование восстановления оксида железа в присутствии расплавленного шлака и динамического поведения передельного чугуна (Fe-C), который производится восстановлением и который растворяет углерод путем науглероживания, и в результате следующее явление было подтверждено и представлено в Непатентном Документе 1.In addition, in order to understand the phenomenon of carbonization of iron in a blast furnace, one of the authors of the present invention conducted an intensive fundamental study of the reduction of iron oxide in the presence of molten slag and the dynamic behavior of pig iron (Fe-C), which is produced by reduction and which dissolves carbon by carburizing, and as a result, the following phenomenon has been confirmed and presented in Non-Patent Document 1.

Этот Непатентный Документ 1 касается восстановления оксида железа в доменной печи и характеристик науглероживания восстановленного железа (металлического железа), получаемого восстановлением. В этом документе, как в схематическом виде показано в Фиг.1, было представлено протекание процесса, в котором оксид железа (FeO) восстанавливается в расплавленном шлаке (S) действием углеродсодержащего материала (G: графит) и в котором полученное металлическое железо (Fe) науглероживается. В частности, оксид железа (FeO) в расплавленном шлаке (S) восстанавливается и науглероживается углеродом (С), поступающим из углеродсодержащего восстановителя (то есть углеродсодержащего материала, G), с образованием науглероженного расплавленного железа (Fe-С). Соответственно этому концентрация FeO в шлаке, который находится в контакте с углеродсодержащим материалом, снижается и становится отличной от концентрации FeO в шлаке, который находится в контакте с восстановленным железом. Таким образом, науглероженное расплавленное железо (Fe-С) имеет тенденцию к перемещению в направлении удаления от углеродсодержащего материала; таким образом, оно быстро перемещается по направлению в сторону твердого восстановленного железа (S-Fe) и осаждается на нем с образованием сплошного тела, тем самым производя науглероживание твердого восстановленного железа.This Non-Patent Document 1 relates to the reduction of iron oxide in a blast furnace and the carburization characteristics of reduced iron (metallic iron) obtained by reduction. In this document, as shown schematically in FIG. 1, a process was presented in which iron oxide (FeO) is reduced in molten slag (S) by the action of a carbon-containing material (G: graphite) and in which the resulting metallic iron (Fe) carburized. In particular, iron oxide (FeO) in molten slag (S) is reduced and carbonized by carbon (C) coming from a carbon-containing reducing agent (i.e., carbon-containing material, G) to form carbonized molten iron (Fe-C). Accordingly, the concentration of FeO in the slag, which is in contact with the carbon-containing material, decreases and becomes different from the concentration of FeO in the slag, which is in contact with the reduced iron. Thus, carburized molten iron (Fe — C) tends to move away from the carbonaceous material; thus, it quickly moves toward solid reduced iron (S-Fe) and is deposited on it to form a solid, thereby carburizing solid reduced iron.

Однако не было понятным, как явление, характерное для доменной печи, описанное выше, может быть использовано для усовершенствования вышеназванной технологии прямого получения железа, разработанной авторами настоящего изобретения.However, it was not clear how the phenomenon characteristic of the blast furnace described above can be used to improve the above technology for direct production of iron, developed by the authors of the present invention.

Патентный Документ 1: Японская Нерассмотренная Патентная Заявка №9-256017.Patent Document 1: Japanese Unexamined Patent Application No. 9-256017.

Патентный Документ 2: Японская Нерассмотренная Патентная Заявка №10-147806.Patent Document 2: Japanese Unexamined Patent Application No. 10-147806.

Патентный Документ 3: Японская Нерассмотренная Патентная Заявка №2000-45008.Patent Document 3: Japanese Unexamined Patent Application No. 2000-45008.

Патентный Документ 4: Японская Нерассмотренная Патентная Заявка №2005-48197.Patent Document 4: Japanese Unexamined Patent Application No. 2005-48197.

Непатентный Документ 1: ISIJ International, том 44 (2004), №12, стр.2033-2039.Non-Patent Document 1: ISIJ International, Volume 44 (2004), No. 12, pp. 2033-2039.

Настоящее изобретение было создано при обсуждении вышеназванных обстоятельств, и целью настоящего изобретения является представление способа получения железа, имеющего более высокую производительность и эффективность производства, чем таковые для способа прямого получения железа, раскрытого в вышеприведенном Патентном Документе 4, который был разработан авторами настоящего изобретения.The present invention was created in the discussion of the above circumstances, and the purpose of the present invention is to provide a method for producing iron having higher productivity and production efficiency than those for the direct method for producing iron disclosed in the above Patent Document 4, which was developed by the authors of the present invention.

Таким образом, настоящее изобретение представляет способ получения металлического железа из смеси сырьевых материалов, содержащей углеродсодержащий восстановитель и материал, содержащий оксид железа, и вышеназванный способ включает стадию определения целевой температуры формирования первичного расплавленного шлака, соответствующей заранее заданной целевой концентрации углерода в металлическом железе, при которой первичный расплавленный шлак, содержащий компонент пустой породы, невосстановленный оксид железа и зольный компонент углеродсодержащего восстановителя, первоначально образуется в смеси сырьевых материалов при ее нагревании; стадию приготовления смеси сырьевых материалов с формированием состава первичного расплавленного шлака соответственно целевой температуре; и стадию нагревания смеси сырьевых материалов для восстановления и расплавления смеси сырьевых материалов и для образования первичного расплавленного шлака.Thus, the present invention provides a method for producing metallic iron from a mixture of raw materials containing a carbon-containing reducing agent and a material containing iron oxide, and the above method includes the step of determining a target temperature for the formation of primary molten slag corresponding to a predetermined target concentration of carbon in metallic iron, in which primary molten slag containing gangue component, unreduced iron oxide and ash component carbon-containing reducing agent, initially formed in a mixture of raw materials when it is heated; the stage of preparation of the mixture of raw materials with the formation of the composition of the primary molten slag according to the target temperature; and a step of heating the raw material mixture to recover and melt the raw material mixture and to form primary molten slag.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 представляет собой схематический вид, концептуально показывающий перемещение расплавленного оксида железа и действие переносчика углерода, выполняемое расплавленным железом в расплавленном шлаке, содержащем углерод, открытое одним из авторов настоящего изобретения.Figure 1 is a schematic view conceptually showing the movement of molten iron oxide and the action of a carbon carrier performed by molten iron in molten slag containing carbon, discovered by one of the authors of the present invention.

Фиг.2 представляет собой многокомпонентную фазовую диаграмму для СаО, SiO2, Al2O3 и FeO, которые являются главными компонентами расплавленного шлака.Figure 2 is a multi-component phase diagram for CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 and FeO, which are the main components of the molten slag.

Фиг.3 представляет собой график, показывающий пример взаимосвязи между степенью металлизации и остаточным количеством невосстановленного FeO при нагревании и восстановлении.Figure 3 is a graph showing an example of the relationship between the degree of metallization and the residual amount of unreduced FeO during heating and reduction.

Фиг.4 представляет собой график, показывающий изменение степени восстановления (несколько раз называемой в этом описании как «степень металлизации») со временем для нагревания и восстановления.Figure 4 is a graph showing the change in the degree of reduction (several times referred to in this description as the "degree of metallization") over time for heating and recovery.

Фиг.5 представляет собой график, показывающий влияние содержания оксида железа (FeO) в шлаке на температуру формирования первичного расплавленного шлака и температуру начала образования газообразного монооксида углерода СО.5 is a graph showing the effect of the content of iron oxide (FeO) in the slag on the temperature of formation of the primary molten slag and the temperature at which the formation of gaseous carbon monoxide CO is started.

Фиг.6 представляет собой график, показывающий влияние содержания оксида железа (FeO) в шлаке на температуру формирования первичного расплавленного шлака и температуру начала образования газообразного монооксида углерода СО.6 is a graph showing the effect of the content of iron oxide (FeO) in the slag on the temperature of formation of the primary molten slag and the temperature at which the formation of gaseous carbon monoxide CO is started.

Фиг.7 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между температурой формирования первичного расплавленного шлака и концентрацией углерода в расплавленном металлическом железе (металлическое железо как продукт), полученном при вышеуказанных температурных условиях.7 is a graph showing the relationship between the temperature of formation of the primary molten slag and the concentration of carbon in the molten metallic iron (metallic iron as a product) obtained under the above temperature conditions.

Вариант осуществления изобретенияAn embodiment of the invention

Далее настоящее изобретение будет описано подробно. Как описано выше, наиболее существенным признаком настоящего изобретения является то, что когда смесь сырьевых материалов, содержащая материал, содержащий оксид железа, такой как железная руда, оксид железа или частично восстановленный материал, и углеродсодержащий восстановитель, такой как кокс или уголь, нагревается для получения металлического железа путем восстановления и расплавления, определяется «целевая температура формирования первичного расплавленного шлака» соответственно заранее заданной целевой концентрации углерода в металлическом железе, и готовится смесь сырьевых материалов, обеспечивающая первичный расплавленный шлак соответственно при указанной температуре, и затем смесь нагревается с образованием первичного расплавленного шлака; то есть, другими словами, путем контролирования температуры формирования первичного расплавленного шлака регулируется концентрация углерода в полученном металлическом железе. В настоящем изобретении первичный расплавленный шлак представляет собой шлак, который сначала образуется в смеси сырьевых материалов и который содержит компоненты пустой породы, невосстановленный оксид железа и зольный компонент в углеродсодержащем восстановителе.The present invention will now be described in detail. As described above, the most significant feature of the present invention is that when a raw material mixture containing a material containing iron oxide, such as iron ore, iron oxide or partially reduced material, and a carbon-containing reducing agent, such as coke or coal, is heated to obtain metal iron by reduction and melting, the "target temperature for the formation of primary molten slag" is determined according to a predetermined target carbon concentration in metallic iron, and a mixture of raw materials is prepared, providing primary molten slag, respectively, at the indicated temperature, and then the mixture is heated to form primary molten slag; that is, in other words, by controlling the temperature of formation of the primary molten slag, the carbon concentration in the resulting metallic iron is controlled. In the present invention, the primary molten slag is slag, which is first formed in a mixture of raw materials and which contains gangue components, unreduced iron oxide and an ash component in a carbon-containing reducing agent.

Когда авторы настоящего изобретения проводили исследование по дальнейшему усовершенствованию технологии, представленной в вышеназванном Патентном Документе 4, представлялось, что если эффективно использовать явление, представленное в вышеуказанном Непатентном Документе 1, то есть восстановление оксида железа и характеристики науглероживания в расплавленном шлаке в доменной печи, может быть далее улучшен способ получения железа, раскрытый в Патентном Документе 4. В способе получения железа, примененном в Патентном Документе 4, для эффективного отделения и извлечения высокочистого металлического железа при более низкой температуре важно расплавлять твердое восстановленное железо при более низкой температуре и, в дополнение, также важно, каким образом эффективно отделять расплавленный шлак (далее в ряде случаев называемый как «побочный шлаковый продукт»), который образуется как побочный продукт в процессе нагревания и восстановления. Для этой цели является важным, насколько быстро производится науглероживание твердого восстановленного железа для его расплавления (в этом описании явление, при котором твердое восстановленное железо расплавляется с помощью науглероживания, в некоторых случаях называется «расплавление восстановленного железа»).When the authors of the present invention conducted a study to further improve the technology presented in the aforementioned Patent Document 4, it seemed that if the phenomenon presented in the aforementioned Non-Patent Document 1 is effectively used, that is, the reduction of iron oxide and the carbonization characteristics of molten slag in a blast furnace may be the method for producing iron disclosed in Patent Document 4 is further improved. In the method for producing iron used in Patent Document 4, for For the effective separation and extraction of high-purity metallic iron at a lower temperature, it is important to melt the solid reduced iron at a lower temperature and, in addition, it is also important how to effectively separate the molten slag (hereinafter referred to as a “by-product of slag” in some cases), which is formed as a by-product in the process of heating and recovery. For this purpose, it is important how quickly carburization of solid reduced iron is carried out to melt it (in this description, the phenomenon in which solid reduced iron is melted by carburization is in some cases referred to as “melting of reduced iron”).

Соответственно этому авторы настоящего изобретения рассматривали возможность, что если представленную в вышеназванном Непатентном Документе 1 технологию использовать для прямого получения железа, когда полученное науглероживанием расплавленное восстановленное железо, при продолжающемся восстановлении с использованием углеродсодержащего материала в расплавленном шлаке, перемещается по направлению в сторону твердого металлического железа в соответствии с вышеназванным явлением и затем объединяется с ним, то расплавленное восстановленное железо может быть использовано в качестве носителя, переносящего углерод к твердому металлическому железу, и, основываясь на этом допущении, далее было проведено исследование.Accordingly, the authors of the present invention considered the possibility that if the technology presented in the aforementioned Non-Patent Document 1 is used for direct production of iron, when the molten reduced iron obtained by carburizing, while continuing reduction using carbon-containing material in the molten slag, moves towards solid metal iron in according to the above phenomenon and then combined with it, then the molten rebound copulating iron can be used as a carrier for transporting the carbon to solid metallic iron, and based on this assumption, study was conducted further.

Таким образом, как было описано, способ (представленный в Патентном Документе 4), разработанный одним из авторов настоящего изобретения, основывается на вновь обнаруженном в это время факте, который выявляет тесную взаимосвязь между жидкой фракцией побочного шлакового продукта и расплавлением металлического железа, и этот способ состоит в осуществлении контроля с использованием новой концепции, то есть в жидкой фракции в твердо-жидкой смешанной фазе побочного шлакового продукта, без расплавления всего количества побочного шлакового продукта. Согласно этому способу при надлежащем контроле жидкой фракции науглероживание твердого металлического железа, полученного нагреванием и восстановлением, может быть выполнено при более низкой рабочей температуре, и в результате этого температура плавления может быть быстро снижена. В дополнение, поскольку этим способом расплавление металлического железа может быть выполнено при более низкой температуре, отделение от побочного шлакового продукта может быть эффективно выполнено при низкой температуре, и, кроме того, также может контролироваться концентрация углерода в металлическом железе, которая оказывает сильное влияние на качество полученного металлического железа.Thus, as described, the method (presented in Patent Document 4), developed by one of the authors of the present invention, is based on the fact discovered at this time, which reveals a close relationship between the liquid fraction of the by-product slag and the melting of metallic iron, and this method consists in monitoring using a new concept, that is, in the liquid fraction in the solid-liquid mixed phase of the by-product slag product, without melting the entire amount of the by-product slag product product. According to this method, with proper control of the liquid fraction, the carburization of solid metallic iron obtained by heating and reduction can be performed at a lower operating temperature, and as a result, the melting temperature can be quickly reduced. In addition, since metal iron can be melted at a lower temperature by this method, separation from the by-product slag product can be efficiently performed at a low temperature, and in addition, the carbon concentration in the metal iron can be controlled, which has a strong effect on quality obtained metallic iron.

Существенным техническим признаком вышеуказанного изобретения является то, что при получении металлического железа путем нагревания, восстановления и расплавления вышеназванной смеси сырьевых материалов эффективно используется обстоятельство, подтвержденное состоянием побочного шлакового продукта, состоянием науглероживания полученного металлического железа и расплавленным состоянием его в системе, содержащей углеродсодержащий восстановитель. Таким образом, используется эффект, в котором, когда вместе со шлаком в расплавленном состоянии присутствует углеродсодержащий восстановитель, образованное из находящегося в жидком состоянии расплавленного шлака расплавленное металлическое железо функционирует как носитель, переносящий углерод, и затем быстро приходит в контакт с поверхностью твердого металлического железа, и тем самым эффективно производится науглероживание твердого металлического железа. Более того, эффект, в котором благодаря сосуществованию углеродсодержащего восстановителя и расплавленного шлака, как описано выше, имеет место действенное стимулирование науглероживания, не ограничивается только той ситуацией, в которой все количество шлака находится в расплавленном состоянии, и при надлежащем контроле жидкой фракции шлака в смешанном твердо-жидком состоянии стимулируется науглероживание твердого металлического железа, и температура расплавления может быть снижена.An essential technical feature of the above invention is that when obtaining metallic iron by heating, reducing and melting the above mixture of raw materials, the circumstance confirmed by the state of the by-product slag product, the state of carburization of the metallic iron obtained and its molten state in a system containing a carbon-containing reducing agent is effectively used. Thus, an effect is used in which, when a carbon-containing reducing agent is present together with the slag in the molten state, the molten metallic iron formed from the molten molten slag in the liquid state functions as a carbon carrier and then quickly comes into contact with the surface of the solid metallic iron, and thereby, carbonization of solid metallic iron is efficiently performed. Moreover, the effect in which due to the coexistence of a carbon-containing reducing agent and molten slag, as described above, there is an effective stimulation of carburization, is not limited to the situation in which the entire amount of slag is in the molten state, and with proper control of the liquid slag fraction in the mixed the solid-liquid state is stimulated by carburization of solid metallic iron, and the melting temperature can be reduced.

В этом варианте осуществления жидкая фракция означает массовую долю жидкости, которая располагается между линией солидуса и линией ликвидуса при некоторых температурных условиях, в твердом состоянии и в жидкости (то есть в двух фазах, твердой фазе и жидкой фазе), и определяется термодинамическим равновесным состоянием многокомпонентной системы, содержащей SiO2, Al2O3, CaO и MgO, которые главным образом наличествуют в компонентах пустой породы, содержащихся в сырьевых материалах, и FeO в качестве главного компонента, поступающего из источника железа.In this embodiment, the liquid fraction means the mass fraction of the liquid, which is located between the solidus line and the liquidus line under certain temperature conditions, in the solid state and in the liquid (i.e. in two phases, the solid phase and the liquid phase), and is determined by the thermodynamic equilibrium state of the multicomponent a system containing SiO 2, Al 2 O 3, CaO and MgO, which are present mainly in the gangue components contained in the raw materials, and FeO as its main component supplied from the source Elez.

Эта жидкая фракция может быть количественно определена при наблюдении за поведением смеси сырьевых материалов в ходе ее нагревания, восстановления и расплавления, с использованием высокотемпературного лазерного микроскопа, с последующим проведением анализа изображений. Однако неожиданно оказалось затруднительным достоверно контролировать жидкую фракцию, и тем самым было желательным дальнейшее усовершенствование в плане эффективности производства.This liquid fraction can be quantified by observing the behavior of a mixture of raw materials during its heating, reduction, and melting using a high-temperature laser microscope, followed by image analysis. However, it was unexpectedly difficult to reliably control the liquid fraction, and thus further improvement in terms of production efficiency was desirable.

В процессе интенсивного исследования, проведенного авторами настоящего изобретения, было установлено, что и без выполнения относительно сложного контроля, такого как контроль жидкой фракции шлака, когда должным образом контролируется температура образования первичного расплавленного шлака, который формируется в процессе восстановления и расплавления смеси сырьевых материалов и который может быть получен из компонентов пустой породы, невосстановленного оксида железа (FeO) и зольного компонента углеродсодержащего восстановителя, не только эффективно получается металлическое железо, но также может контролироваться и концентрация углерода в металлическом железе; в результате этого было реализовано настоящее изобретение.In the process of intensive research conducted by the authors of the present invention, it was found that without performing a relatively complex control, such as control of the liquid slag fraction, when the formation temperature of the primary molten slag, which is formed during the reduction and melting of the raw material mixture, is properly controlled and which can be obtained from components of gangue, unreduced iron oxide (FeO) and ash component of a carbon-containing reducing agent, not t only metal iron is efficiently produced, but the carbon concentration in the metal iron can also be controlled; as a result of this, the present invention has been realized.

После того как невосстановленный расплавленный оксид железа (FeO), поступающий из сырьевого оксида железа, содержащегося в расплавленном шлаке, который образуется в процессе нагревания и восстановления смеси сырьевых материалов, приходит в контакт с углеродом (или монооксидом углерода), действующим как восстановитель для проведения реакции восстановления в расплаве, полученное расплавленное железо далее науглероживается с нарастанием концентрации углерода, и в результате его температура плавления еще более снижается. Благодаря этой реакции, поскольку концентрация FeO в шлаке, который находится в контакте с углеродсодержащим материалом, снижается и отличается от концентрации FeO в шлаке, который находится в контакте с восстановленным железом, расплавленное железо проявляет тенденцию перемещаться в направлении удаления от углеродсодержащего материала. Более того, как в ситуации с вышеназванным Непатентным Документом 1, а также в способе прямого получения железа, расплавленное железо, которое является науглероженным, может быстро перемещаться в фазе расплавленного шлака по направлению в сторону твердого восстановленного железа и затем может объединяться с ним. Соответственно этому после объединения с твердым восстановленным железом углеродный компонент с высокой концентрацией, который внедряется в расплавленное железо в ходе науглероживания, быстро диффундирует в твердое восстановленное железо, и в результате концентрация углерода во всем твердом восстановленном железе повышается. Таким образом, как и в способе прямого получения железа, когда расплавленный шлак образуется на ранней стадии, металлическое железо, полученное в расплавленном шлаке путем восстановления расплавленного оксида железа, действует как носитель, который переносит углеродный компонент в расплавленный шлак по направлению в сторону твердого восстановленного железа, и в результате ускоряется науглероживание твердого восстановленного железа.After the unreduced molten iron oxide (FeO) coming from the raw iron oxide contained in the molten slag, which is formed during heating and reduction of the raw material mixture, comes into contact with carbon (or carbon monoxide) acting as a reducing agent for the reaction reduction in the melt, the molten iron obtained is then carbonized with increasing carbon concentration, and as a result, its melting point is further reduced. Due to this reaction, since the concentration of FeO in the slag, which is in contact with the carbon-containing material, decreases and differs from the concentration of FeO in the slag, which is in contact with the reduced iron, the molten iron tends to move away from the carbon-containing material. Moreover, as in the situation with the aforementioned Non-Patent Document 1, as well as in the direct iron production method, molten iron that is carbonized can quickly move in the molten slag phase towards solid reduced iron and then combine with it. Accordingly, after combining with the solid reduced iron, a high concentration carbon component that is introduced into the molten iron during carburization quickly diffuses into the solid reduced iron, and as a result, the carbon concentration in the whole solid reduced iron increases. Thus, as in the direct iron production method, when molten slag is formed at an early stage, the metallic iron produced in molten slag by reducing molten iron oxide acts as a carrier that transfers the carbon component to the molten slag in the direction toward solid reduced iron , and as a result, the carburization of solid reduced iron is accelerated.

Как очевидно из термодинамической фазовой диаграммы Fe-С-системы, концентрация углерода в расплавленном железе может быть повышена при температуре 1147°С до таковой, какая представляет собой точку эвтектики в состоянии равновесия, то есть может быть повышена до 4,3 массового процента, и также из вышеназванной фазовой диаграммы очевидно, что вплоть до эвтектической температуры концентрация углерода возрастает по мере снижения температуры системы.As is obvious from the thermodynamic phase diagram of the Fe-C system, the carbon concentration in the molten iron can be increased at a temperature of 1147 ° C to that which is the eutectic point in equilibrium, that is, it can be increased to 4.3 mass percent, and it is also clear from the above phase diagram that, up to the eutectic temperature, the carbon concentration increases as the temperature of the system decreases.

Таким образом, когда металлическое железо в расплавленном состоянии получается нагреванием и восстановлением смеси сырьевых материалов, для повышения концентрации углерода в получаемом расплавленном железе является предпочтительным, чтобы расплав шлакообразующего компонента, содержащего невосстановленный оксид железа, производный из источника железа, был сформирован при как можно более низкой температуре, чтобы стимулировать восстановление оксида железа (образование восстановленного железа) и способствовать его перемещению по направлению в сторону твердого металлического железа, и чтобы еще более ускорить формирование расплавленного железа путем науглероживания. Таким образом, является предпочтительным, чтобы была снижена температура формирования расплава (то есть первичного расплавленного шлака), образованного из содержащего оксид железа шлакообразующего компонента, который сначала образуется в смеси сырьевых материалов в стадии нагревания и восстановления. Другими словами, эта температура формирования шлака предпочтительно снижается при нагревании смеси сырьевых материалов по мере того, как восстановление развивается с наружной части этой смеси сырьевых материалов с момента формирования в этом месте шлака. В этом процессе восстановления, даже когда наружная часть частично восстановлена, в некоторых случаях может быть образован вышеназванный первичный расплавленный шлак.Thus, when metallic iron in the molten state is obtained by heating and reducing a mixture of raw materials, in order to increase the carbon concentration in the resulting molten iron, it is preferable that the molten slag-forming component containing unreduced iron oxide derived from an iron source be formed at the lowest possible temperature to stimulate the reduction of iron oxide (the formation of reduced iron) and to facilitate its movement along n board in the direction of solid metallic iron, and to further accelerate the formation of molten iron by carburization. Thus, it is preferable that the temperature of the formation of the melt (i.e., primary molten slag) formed from the iron oxide-containing slag-forming component, which is first formed in the mixture of raw materials in the heating and reduction step, be reduced. In other words, this temperature of the formation of slag is preferably reduced by heating the mixture of raw materials as recovery develops from the outside of this mixture of raw materials from the moment of formation of slag at this location. In this reduction process, even when the outer portion is partially reduced, in some cases, the aforementioned primary molten slag may be formed.

В дополнение, по мере понижения температуры формирования первичного расплавленного шлака, образуемого в процессе нагревания и восстановления в смеси сырьевых материалов, скорость науглероживания твердого восстановленного железа увеличивается, и тем самым может быть получено расплавленное железо, имеющее высокую концентрацию углерода. Таким образом, при эффективном использовании этого явления, путем регулирования температуры формирования первичного расплавленного шлака может контролироваться концентрация углерода в получаемом металлическом железе. Кроме того, когда науглероживание твердого восстановленного железа стимулируется, как описано выше, температура плавления (температура расплавления) такового также снижается, и в результате рабочая температура получения металлического железа может быть снижена.In addition, as the temperature of formation of the primary molten slag formed during heating and reduction in the raw material mixture decreases, the carburization rate of the solid reduced iron increases, and thereby molten iron having a high carbon concentration can be obtained. Thus, with the effective use of this phenomenon, by controlling the temperature of formation of the primary molten slag, the carbon concentration in the resulting metallic iron can be controlled. In addition, when the carburization of solid reduced iron is stimulated, as described above, the melting temperature (melting temperature) of that one also decreases, and as a result, the working temperature for producing metallic iron can be reduced.

В этой связи для определения температуры формирования первичного расплавленного шлака, которая инициирует науглероживание и плавление (расплавление) твердого восстановленного железа на конечной стадии восстановления смеси сырьевых материалов, является весьма существенным регулирование количества невосстановленного оксида железа, поступающего из источника железа, компонентов пустой породы и зольного компонента в углеродсодержащем материале, которые являются компонентами расплавленного шлака (то есть компонентами шлака). Температура формирования многокомпонентного первичного расплавленного шлака может быть определена из многокомпонентной термодинамической фазовой диаграммы, включающей SiO2, Al2O3, CaO, MgO, FeO и тому подобные. С недавних пор стало возможным определять это с помощью компьютерной программы для фазовой диаграммы многокомпонентного шлака.In this regard, to determine the temperature of the formation of primary molten slag, which initiates the carburization and melting (melting) of solid reduced iron at the final stage of reduction of a raw material mixture, it is very important to control the amount of unreduced iron oxide coming from an iron source, gangue and ash components in carbon-containing material, which are components of molten slag (i.e., components of slag). The temperature of formation of the multicomponent primary molten slag can be determined from the multicomponent thermodynamic phase diagram, including SiO 2 , Al 2 O 3 , CaO, MgO, FeO and the like. Recently, it has become possible to determine this using a computer program for the phase diagram of multicomponent slag.

Например, Фиг.2 представляет собой фазовую диаграмму, полученную комбинированием системы SiO2-Al2O3-CaO и системы SiO2-Al2O3-FeO. Согласно этой фигуре температура плавления вышеуказанной четырехкомпонентной шлаковой системы достигает наименьшего значения в случае, в котором состав расплавленного шлака соответствует системе SiO2-Al2O3-CaO, когда состав отвечает показанному пунктиром кружку А, в котором количество Al2O3 приблизительно составляет 20%, а соотношение СаО/SiO2 составляет приблизительно 5/5, или когда состав соответствует показанному пунктиром кружку В, в котором количество Al2O3 приблизительно составляет 15%, а соотношение СаО/SiO2 составляет приблизительно 30/70. Кроме того, температура плавления вышеназванной четырехкомпонентной шлаковой системы имеет наиболее низкое значение в случае, в котором состав расплавленного шлака представляет собой систему SiO2-Al2O3-FeO, когда состав такой, как показанный жирной линией С, где содержание FeO варьирует в диапазоне приблизительно от 35% до 50% (более предпочтительно приблизительно 40%), и соотношение SiO2/Al2O3 составляет приблизительно 45/55 или 40/60.For example, Figure 2 is a phase diagram obtained by combining the system SiO 2 -Al 2 O 3 -CaO and system SiO 2 -Al 2 O 3 -FeO. According to this figure, the melting temperature of the above four-component slag system reaches its lowest value in the case in which the composition of the molten slag corresponds to the SiO 2 -Al 2 O 3 -CaO system, when the composition corresponds to circle A shown in dashed lines, in which the amount of Al 2 O 3 is approximately 20 %, and the ratio of CaO / SiO 2 is approximately 5/5, or when the composition corresponds to circle B shown by the dashed line, in which the amount of Al 2 O 3 is approximately 15% and the ratio of CaO / SiO 2 is approximately 30/7 0. In addition, the melting point of the aforementioned four-component slag system is the lowest in the case in which the composition of the molten slag is a SiO 2 -Al 2 O 3 -FeO system, when the composition is such as shown by the bold line C, where the content of FeO varies in the range from about 35% to 50% (more preferably about 40%), and the ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 is approximately 45/55 or 40/60.

Соответственно этому температура формирования первичного расплавленного шлака может быть снижена до наиболее низкой температуры, опираясь на эти фазовые диаграммы, когда конкретные композиционные составы шлакообразующих компонентов регулируются в заданных диапазонах так, чтобы состав шлака, образуемого в процессе нагревания и восстановления, имел наиболее низкую температуру, как описано выше.Accordingly, the temperature of the formation of primary molten slag can be reduced to the lowest temperature based on these phase diagrams, when the specific composition of the slag-forming components are controlled in predetermined ranges so that the composition of the slag formed during heating and recovery has the lowest temperature, as described above.

В качестве конкретного способа корректировки шлакообразующих компонентов может быть использован способ, в котором сообразно шлакообразующим компонентам в компонентах сырьевых материалов (включающих компоненты пустой породы в источнике железа, зольный компонент углеродсодержащего восстановителя, компонент неорганического связующего средства и тому подобные) могут быть добавлены дополнительные материалы, такие как СаО, SiO2 или Al2O3. В этом случае добавление чаще всего производится в ходе приготовления смеси сырьевых материалов; однако корректировка также может быть выполнена путем дополнительного введения компонентов на ранней стадии нагревания и восстановления. Кроме того, что касается оксида железа (FeO) как компонента шлака, количество остающегося в невосстановленном состоянии оксида железа, которое может прослеживаться по степени металлизации, может быть использовано для корректирования, притом что вышеназванный оксид железа является одним из источников оксида железа, содержащихся в смеси сырьевых материалов.As a specific method for adjusting slag-forming components, a method can be used in which additional materials such as slag-forming components in raw material components (including gangue components in an iron source, ash component of a carbon-containing reducing agent, component of an inorganic binder, and the like) can be added, such like CaO, SiO 2 or Al 2 O 3 . In this case, the addition is most often made during the preparation of a mixture of raw materials; however, adjustments can also be made by adding components at an early stage of heating and reduction. In addition, with regard to iron oxide (FeO) as a component of the slag, the amount of iron oxide remaining in the unreduced state, which can be traced by the degree of metallization, can be used for correction, while the above iron oxide is one of the sources of iron oxide contained in the mixture raw materials.

Когда способ прямого получения железа реализуется так, как в настоящем изобретении, количество металлического железа, полученного из оксида железа в сырьевом материале, представляется степенью металлизации, и по ней делается вывод, что чем выше степень металлизации, тем лучше производительность. Так, в прошлом много сил тратилось на поиски путей повышения степени металлизации. Однако очень трудно повысить степень металлизации до 100% путем восстановления всего источника оксида железа, и степень металлизации, достигнутая при общеупотребительных условиях, приблизительно составляет от 90 до 95%, и невосстановленный оксид железа остается в количестве нескольких процентов.When the direct method for producing iron is implemented as in the present invention, the amount of metallic iron obtained from iron oxide in the raw material is represented by the degree of metallization, and it is concluded that the higher the degree of metallization, the better the performance. So, in the past a lot of effort was spent on finding ways to increase the degree of metallization. However, it is very difficult to increase the degree of metallization to 100% by restoring the entire source of iron oxide, and the degree of metallization achieved under common conditions is approximately 90 to 95%, and unreduced iron oxide remains in the amount of several percent.

Однако, с другой стороны, настоящее изобретение непосредственно использует невосстановленный оксид железа, который остается в процессе нагревания и восстановления. То есть в дополнение к снижению температуры формирования первичного расплавленного шлака путем примешивания невосстановленного оксида железа в шлаке невосстановленный оксид железа в расплавленном состоянии, смешанный со шлаком, восстанавливается и науглероживается, чтобы обеспечить возможность полученному таким образом науглероженному железу действовать как носитель, переносящий углерод по направлению в сторону твердого восстановленного железа. В результате эффективность получения металлического железа в целом может быть улучшена.However, on the other hand, the present invention directly uses unreduced iron oxide, which remains during heating and reduction. That is, in addition to lowering the temperature of formation of the primary molten slag by admixing unreduced iron oxide in the slag, unreduced iron oxide in the molten state mixed with the slag is reduced and carbonized to enable the thus obtained carbonized iron to act as a carrier transporting carbon in the direction side of the solid reduced iron. As a result, the overall production efficiency of metallic iron can be improved.

Соответственно этому в настоящем изобретении, сообразно типам и/или количествам шлакообразующих компонентов в смеси сырьевых материалов и добавок для корректирования шлакового компонента, степень металлизации (степень восстановления материала, содержащего оксид железа) источника оксида железа может регулироваться, чтобы оставшееся количество невосстановленного оксида железа получалось соответствующим оптимальному содержанию FeO. В частности, пока достигается заданная степень металлизации, регулируется профиль температуры нагревания или восстановительный потенциал, и вместе с тем может нагреваться смесь сырьевых материалов. В качестве средства регулирования профиля температуры нагревания может быть упомянут, например, контроль температуры, времени или скорости повышения температуры при нагревании и восстановлении. В дополнение, в качестве средства регулирования восстановительного потенциала, например, может быть упомянут контроль количества углеродсодержащего восстановителя, количества восстановителя, используемого в качестве защитного материала пода, или газа, составляющего внутреннюю атмосферу печи.Accordingly, in the present invention, according to the types and / or amounts of slag-forming components in the mixture of raw materials and additives for adjusting the slag component, the degree of metallization (degree of reduction of the material containing iron oxide) of the iron oxide source can be controlled so that the remaining amount of unreduced iron oxide is obtained corresponding optimal FeO content. In particular, while a predetermined metallization degree is achieved, the heating temperature profile or reduction potential is regulated, and at the same time, the mixture of raw materials can be heated. As a means of controlling the temperature profile of the heating, for example, control of the temperature, time or rate of temperature increase during heating and recovery can be mentioned. In addition, as a means of controlling the reduction potential, for example, control of the amount of a carbon-containing reducing agent, the amount of reducing agent used as a hearth protective material, or the gas constituting the internal atmosphere of the furnace may be mentioned.

Фиг.3 представляет собой график, показывающий результат исследования взаимосвязи между степенью металлизации и остаточным количеством FeO в источнике оксида железа, который был получен, когда материал, произведенный в Южной Америке и поставленный бразильской фирмой MBR, был использован в качестве источника оксида железа (железная руда), уголь фирмы Oak Grove, добытый в Северной Америке, был использован в качестве углеродсодержащего материала, и нагревание и восстановление проводились при температуре от 1250 до 1350°С (в каковых композиционное соотношение шлакообразующих компонентов по массе было установлено, чтобы удовлетворялось соотношение CaO/SiO2/Al2O3=4/68/28, и количество углеродсодержащего материала было установлено на уровне 0,95 раза от теоретического количества углерода, которое необходимо для восстановления всего оксида железа самим углеродсодержащим материалом), и понятно, что существует некоторая взаимосвязь между степенью металлизации и остаточным FeO. Вышеописанная взаимосвязь может до некоторой степени варьировать в зависимости от типов источника оксида железа и/или углеродсодержащего материала, отношения компонентов в их смесях, условий нагревания и восстановления и тому подобного; однако, когда взаимосвязь между ними выявляется заблаговременно с помощью предварительного эксперимента, остаточное количество FeO может быть отрегулировано путем контроля степени металлизации смеси сырьевых материалов, и в результате может быть обеспечено надлежащее содержание FeO в формируемом шлаке.Figure 3 is a graph showing the result of a study of the relationship between the degree of metallization and the residual amount of FeO in an iron oxide source, which was obtained when the material produced in South America and supplied by the Brazilian company MBR was used as a source of iron oxide (iron ore ), Oak Grove coal mined in North America was used as a carbon-containing material, and heating and reduction were carried out at temperatures from 1250 to 1350 ° C (in which the compositional the wearing of slag-forming components by weight was found to satisfy the CaO / SiO 2 / Al 2 O 3 ratio = 4/68/28, and the amount of carbon-containing material was set at 0.95 times the theoretical amount of carbon that is needed to reduce all oxide iron by the carbon-containing material itself), and it is clear that there is some relationship between the degree of metallization and residual FeO. The above relationship may vary to some extent depending on the types of source of iron oxide and / or carbon-containing material, the ratio of components in their mixtures, the conditions of heating and reduction, and the like; however, when the relationship between them is detected in advance using a preliminary experiment, the residual amount of FeO can be adjusted by controlling the metallization degree of the raw material mixture, and as a result, the proper FeO content in the formed slag can be ensured.

Кроме того, Фиг.4 представляет собой график, показывающий изменения температуры и степени металлизации (то есть степени восстановления) со временем, который был получен в случае, когда температура печи для нагревания и восстановления была установлена при 1400°С, в печь была введена смесь сырьевых материалов, подобная вышеописанной, и затем были произведены нагревание и восстановление. Как можно видеть из этого графика, несмотря на небольшие изменения, обусловленные характеристическими свойствами печи для нагревания и восстановления, степень металлизации повышается по мере протекания времени нагревания и быстро повышается через 4-5 мин после начала нагревания при использованной в этом случае температуре нагревания, и степень нарастания степени металлизации быстро снижается приблизительно через 9 мин после начала. Однако, тем не менее, степень металлизации достигает приблизительно 90 массовых процентов примерно через 8 мин после начала нагревания, и на этой стадии количество остаточного оксида железа в невосстановленном состоянии составляет приблизительно 10 массовых процентов.In addition, FIG. 4 is a graph showing changes in temperature and degree of metallization (i.e., degree of reduction) with time that was obtained when the temperature of the heating and reduction furnace was set at 1400 ° C., a mixture was introduced into the furnace raw materials similar to those described above, and then heating and reduction were performed. As can be seen from this graph, despite small changes due to the characteristic properties of the furnace for heating and recovery, the metallization degree increases as the heating time elapses and rapidly increases 4-5 minutes after the start of heating at the heating temperature used in this case, and the degree the increase in the degree of metallization decreases rapidly approximately 9 minutes after the start. However, however, the metallization degree reaches about 90 weight percent about 8 minutes after the start of heating, and at this stage, the amount of residual iron oxide in the unreduced state is about 10 weight percent.

Тем самым температура формирования первичного расплавленного шлака может регулироваться до наиболее низкой температуры в соответствии с композиционными составами и содержанием шлакообразующих компонентов в сырьевых материалах, использованных в этом технологическом процессе, когда ход восстановления контролируется в плане обеспечения степени металлизации источника оксида железа, то есть количества остаточного оксида железа, так, чтобы вышеупомянутое остаточное количество оксида железа соответствовало вышеназванному заданному композиционному отношению (то есть уровню содержания, при котором получается состав шлака, соответствующий заданной концентрации углерода).Thus, the temperature of the formation of primary molten slag can be controlled to the lowest temperature in accordance with the composition and the content of slag-forming components in the raw materials used in this process, when the recovery process is controlled in terms of ensuring the degree of metallization of the source of iron oxide, i.e. the amount of residual oxide iron, so that the aforementioned residual amount of iron oxide corresponds to the above given to mpozitsionnomu ratio (i.e., the content level at which the slag composition is obtained corresponding to a predetermined carbon concentration).

Фиг.5 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между концентрацией оксида железа (FeO) в шлаке и температурой формирования первичного расплавленного шлака (и температурой начала выделения газообразного монооксида углерода СО), который был получен, когда массовое отношение CaO/SiO2 в шлаке поддерживалось постоянным при значении 0,38. Как показано на фигуре, по мере повышения содержания FeO в шлаке температура формирования первичного расплавленного шлака (температура расплавления шлака) снижается, и в дополнение, температура начала выделения газообразного СО также снижается, причем выделение газообразного СО вызывается восстановлением расплавленного оксида железа (FeO).Figure 5 is a graph showing the relationship between the concentration of iron oxide (FeO) in the slag and the temperature of formation of the primary molten slag (and the temperature at which the release of gaseous carbon monoxide CO) began, which was obtained when the mass ratio of CaO / SiO 2 in the slag was kept constant with a value of 0.38. As shown in the figure, as the FeO content in the slag increases, the temperature of primary molten slag formation (slag melting temperature) decreases, and in addition, the start temperature of the release of gaseous CO also decreases, and the release of gaseous CO is caused by the reduction of molten iron oxide (FeO).

Фиг.6 представляет собой график, показывающий результат эксперимента, подобного описанному выше, за исключением того, что массовое соотношение CaO/SiO2 в шлаке было изменено на значение 0,92, и хотя состав шлака изменился, тенденция к снижению температуры формирования первичного расплавленного шлака и температуры начала выделения газообразного СО по мере повышения содержания FeO является такой же, как показанная на Фиг.5.6 is a graph showing the result of an experiment similar to that described above, except that the mass ratio of CaO / SiO 2 in the slag was changed to a value of 0.92, and although the composition of the slag changed, the tendency to lower the temperature of formation of the primary molten slag and the temperature of the beginning of the evolution of gaseous CO as the FeO content is increased is the same as that shown in FIG. 5.

Фиг.7 представляет собой график, показывающий результат, полученный при исследовании влияния температуры формирования первичного расплавленного шлака (температура расплавления шлака) на концентрацию углерода (концентрация С) в полученном расплавленном металлическом железе (расплавленное металлическое железо), и этим графиком может быть подтверждена тенденция к повышению содержания углерода в металлическом железе, которое представляет собой восстановленный продукт, по мере снижения температуры формирования первичного расплавленного шлака (температура расплавления шлака).Fig. 7 is a graph showing a result obtained by examining the influence of the primary molten slag formation temperature (slag melting temperature) on the carbon concentration (concentration C) in the obtained molten metallic iron (molten metallic iron), and a trend towards increasing the carbon content in metallic iron, which is a reduced product, as the primary molten formation temperature decreases of the slag (slag melting temperature).

Из вышеописанных результатов было понятно, что температура формирования первичного расплавленного шлака, состоящего из смеси, содержащей шлакообразующие компоненты (СаО, SiO2) и невосстановленный оксид железа (FeO), который получается в процессе восстановления и расплавления смеси сырьевых материалов, имеет некоторую взаимосвязь с содержанием углерода в получаемом расплавленном металлическом железе и что содержание углерода в полученном металлическом железе может контролироваться, когда регулируется температура формирования первичного расплавленного шлака. В дополнение, тенденция к увеличению содержания углерода в расплавленном металлическом железе по мере снижения температуры формирования первичного расплавленного шлака показывает, что металлическое железо, имеющее высокое содержание углерода, может быть эффективно получено путем непосредственного снижения рабочей температуры в производстве металлического железа, и эта тенденция также существенно эффективна с точки зрения снижения расходов тепловой энергии.From the above results it was understood that the temperature of the formation of primary molten slag, consisting of a mixture containing slag-forming components (CaO, SiO 2 ) and unreduced iron oxide (FeO), which is obtained in the process of reduction and melting of a mixture of raw materials, has some relationship with the content carbon in the resulting molten metal iron and that the carbon content in the obtained metal iron can be controlled when the primary formation temperature is controlled of molten slag. In addition, the tendency to increase the carbon content in molten metallic iron as the primary molten slag formation temperature decreases indicates that metallic iron having a high carbon content can be efficiently obtained by directly lowering the operating temperature in the production of metallic iron, and this trend is also significant effective in terms of reducing thermal energy consumption.

Далее, что касается температуры формирования первичного расплавленного шлака, как описано выше, основанной на многокомпонентной фазовой диаграмме (такой как показанная на Фиг.2), которая включает остающийся при восстановлении невосстановленный оксид железа, кроме шлакообразующих компонентов в сырьевых материалах (компоненты пустой породы в источнике железа и/или зольный компонент, содержащийся в углеродсодержащем материале), которые сначала используются для образования смеси сырьевых материалов, может быть добавлено подходящее количество шлакообразующего компонента, иного, чем компоненты пустой породы в вышеназванном источнике железа (далее в некоторых случаях называемое как «добавление третьего шлакообразующего компонента»), на стадии приготовления смеси сырьевых материалов, ее загрузки или нагревания, чтобы еще более снизить температуру плавления шлака, имеющего вышеуказанный состав смеси. В дополнение, что касается содержания оксида железа в шлаке, как описано выше, степень металлизации источника железа в смеси сырьевых материалов и профиль температуры нагревания могут быть должным образом проконтролированы в процессе получения металлического железа так, что необходимое содержание оксида железа в шлаке обеспечивается остаточным оксидом железа в невосстановленном состоянии.Further, with regard to the primary molten slag formation temperature, as described above, based on a multicomponent phase diagram (such as shown in FIG. 2), which includes unreduced iron oxide remaining during reduction, in addition to slag-forming components in the raw materials (gangue components in the source iron and / or ash component contained in the carbon-containing material), which are first used to form a mixture of raw materials, a suitable coli can be added the presence of a slag-forming component, other than the waste rock components in the above iron source (hereinafter in some cases referred to as “adding a third slag-forming component”), at the stage of preparing the raw material mixture, loading or heating it, to further reduce the melting temperature of the slag having the above composition of the mixture. In addition, with regard to the content of iron oxide in the slag, as described above, the metallization degree of the iron source in the raw material mixture and the temperature profile of the heating can be properly monitored during the production of metallic iron so that the necessary content of iron oxide in the slag is provided by residual iron oxide in an unrestored state.

В дополнение, когда заданная концентрация углерода в полученном металлическом железе определяется заблаговременно, оптимальная температура формирования первичного расплавленного шлака, соответствующая заданной концентрации углерода, получается из зависимости, показанной на Фиг.7, и основывается на многокомпонентной фазовой диаграмме, как показано на Фиг.2, то составы шлакообразующих компонентов и количество невосстановленного оксида железа могут быть отрегулированы так, чтобы обеспечить вышеупомянутую оптимальную температуру формирования первичного расплавленного шлака. Регулирование состава первичного расплавленного шлака в этом случае также может быть выполнено добавлением третьего шлакообразующего компонента или степенью металлизации источника железа в сырьевом материале и профилем температуры нагревания.In addition, when a predetermined carbon concentration in the obtained metallic iron is determined in advance, the optimum primary molten slag formation temperature corresponding to the predetermined carbon concentration is obtained from the dependence shown in FIG. 7 and is based on a multicomponent phase diagram, as shown in FIG. 2, the compositions of the slag-forming components and the amount of unreduced iron oxide can be adjusted so as to provide the above-mentioned optimum temperature for ation primary molten slag. In this case, the composition of the primary molten slag can also be controlled by adding a third slag-forming component or by the degree of metallization of the iron source in the raw material and the heating temperature profile.

Добавление третьего шлакообразующего компонента на стадии приготовления смеси сырьевых материалов будет описано подробно. В ходе исполнения настоящего изобретения корректирование температуры формирования первичного расплавленного шлака может производиться путем примешивания с использованием еще одной железной руды в соответствии с составом компонентов пустой породы, содержащихся в железной руде и тому подобном, используемой в качестве источника оксида железа, чтобы получить должный состав шлакообразующего компонента; однако, сообразно составу компонента пустой породы, содержащегося в рудном сырьевом материале, предпочтительно добавляется дополнительный сырьевой материал, который может изменить температуру формирования первичного расплавленного шлака. В качестве дополнительных сырьевых материалов могут быть упомянуты, например, кальцинированная известь (СаО), известняк (СаСО3), оксид кремния (SiO2), серпентин (MgO+SiO2), марганцевая руда (MnO+FeO) и боксит (Al2O3), и эти материалы могут быть добавлены по отдельности или в комбинации. В частности, когда смесь сырьевых материалов готовится смешением источника оксида железа и углеродсодержащего восстановителя, плюс связующий компонент, насколько необходимо, после того как на основе многокомпонентной фазовой диаграммы по составу компонентов пустой породы в сырьевых материалах определяется температура плавления, подходящее количество оксида, как упомянуто выше, может быть смешано в качестве дополнительного сырьевого материала со смесью сырьевых материалов, чтобы получить целевую температуру формирования первичного расплавленного шлака.The addition of a third slag-forming component at the stage of preparation of the mixture of raw materials will be described in detail. During the execution of the present invention, the temperature of the formation of the primary molten slag can be adjusted by mixing with another iron ore in accordance with the composition of the gangue components contained in iron ore and the like used as a source of iron oxide to obtain the proper composition of the slag-forming component ; however, in accordance with the composition of the gangue component contained in the ore raw material, additional raw material is preferably added, which can change the temperature of formation of the primary molten slag. As additional raw materials can be mentioned, for example, calcined lime (CaO), limestone (CaCO 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), serpentine (MgO + SiO 2 ), manganese ore (MnO + FeO) and bauxite (Al 2 O 3 ), and these materials may be added individually or in combination. In particular, when a mixture of raw materials is prepared by mixing a source of iron oxide and a carbon-containing reducing agent, plus a binder component, as necessary, after determining the melting temperature, a suitable amount of oxide, as mentioned above, on the basis of the multicomponent phase diagram according to the composition of the waste rock components in the raw materials can be mixed as an additional raw material with a mixture of raw materials to obtain the target temperature of the formation of primary molten slag.

Чтобы эффективно и практично добиться восстановления и науглероживания расплавленного оксида железа, как описано выше, быстрого перемещения расплавленного оксида железа по направлению в сторону твердого восстановленного железа и сопутствующего стимулирования его науглероживания с помощью эффекта переноса углерода и снижения температуры расплавления, необходимо обеспечить достаточное снижение температуры плавления путем науглероживания твердого восстановленного железа. Тем самым является предпочтительным, чтобы концентрация углерода в металлическом железе после науглероживания регулировалась в диапазоне от 0,5 до 4,3 массовых процентов и чтобы, кроме того, температура формирования первичного расплавленного шлака регулировалась в диапазоне от 1147 до 1500°С. В дополнение, более предпочтительно, чтобы концентрация углерода в металлическом железе после науглероживания регулировалась в диапазоне от 1,5 до 3,5 массовых процентов и чтобы, кроме того, температура формирования первичного расплавленного шлака регулировалась в диапазоне от 1200 до 1450°С. Концентрация углерода в металлическом железе после науглероживания может быть скорректирована количеством углеродсодержащего восстановителя, примешиваемого к сырьевому материалу на стадии приготовления, и, в частности, количество углеродсодержащего восстановителя может быть определено как сумма необходимого теоретического количества, требуемого для восстановления источника оксида железа, и вышеназванного количества, требуемого для науглероживания. Однако при общих технологических условиях, когда определяется реальное количество углеродсодержащего материала, величина должна быть скорректирована в плане вышеописанного расходования загрузки, поскольку углеродсодержащий восстановитель частично потребляется окисляющим газом, образуемым, например, нагревающей горелкой при восстановлении.In order to efficiently and practically achieve the reduction and carburization of molten iron oxide, as described above, the rapid movement of molten iron oxide in the direction of the solid reduced iron and the concomitant stimulation of its carburization using the effect of carbon transfer and lowering the melting temperature, it is necessary to ensure a sufficient decrease in the melting temperature carburization of solid reduced iron. Thus, it is preferable that the carbon concentration in the metal iron after carburization is controlled in the range from 0.5 to 4.3 weight percent and that, in addition, the temperature of the formation of the primary molten slag is controlled in the range from 1147 to 1500 ° C. In addition, it is more preferable that the carbon concentration in the metallic iron after carburization is controlled in the range from 1.5 to 3.5 weight percent and that, in addition, the temperature of the formation of the primary molten slag is controlled in the range from 1200 to 1450 ° C. The carbon concentration in metallic iron after carburization can be adjusted by the amount of carbon-containing reducing agent admixed with the raw material at the preparation stage, and, in particular, the amount of carbon-containing reducing agent can be determined as the sum of the theoretical amount needed to recover the iron oxide source and the above amount. required for carburization. However, under general technological conditions, when the actual amount of carbon-containing material is determined, the value should be adjusted in terms of the load consumption described above, since the carbon-containing reducing agent is partially consumed by the oxidizing gas generated, for example, by a heating burner during reduction.

В дополнение, когда количество углеродсодержащего восстановителя регулируется в ходе смешения сырьевых материалов, как описано выше, может быть скорректирована степень науглероживания металлического железа при науглероживании и расплавлении, и тем самым может быть необязательно скорректировано конечное содержание углерода в металлическом железе.In addition, when the amount of the carbonaceous reductant is controlled during the mixing of the raw materials as described above, the degree of carburization of metallic iron during carbonization and melting can be adjusted, and thus the final carbon content of the metallic iron can optionally be adjusted.

В качестве смеси сырьевых материалов, используемых в настоящем изобретении, для обеспечения эффективного нагревания и восстановления оксида железа газом, производным от углеродсодержащего восстановителя, как источник оксида железа, так и углеродсодержащий восстановитель предпочтительно используются в форме порошков и предпочтительно приведенными в смешанное состояние для применения. Эта смесь сырьевых материалов может быть слегка отверждена на поду под давлением и затем загружена в зону восстановления; однако, как показано в вышеназванном Патентном Документе 1, когда смесь формуется в агломерированный материал, имеющий произвольную форму, такую как приблизительно сферы, брикеты или таблетки, и затем загружается, металлическая корка твердого восстановленного железа формируется по наружной поверхности агломерированного материала в процессе восстановления в твердом состоянии при нагревании, и внутри может быть поддержан высокий восстановительный потенциал; тем самым может быть далее эффективно улучшена степень металлизации, что является предпочтительным.As a mixture of the raw materials used in the present invention, to provide efficient heating and reduction of iron oxide with a gas derived from a carbon-containing reducing agent, both the source of the iron oxide and the carbon-containing reducing agent are preferably used in the form of powders and are preferably mixed to use. This mixture of raw materials can be slightly cured on the hearth under pressure and then loaded into the recovery zone; however, as shown in the aforementioned Patent Document 1, when the mixture is molded into an agglomerated material having an arbitrary shape, such as approximately spheres, briquettes or tablets, and then loaded, a metal crust of the solid reduced iron is formed on the outer surface of the agglomerated material during the reduction process in the solid state when heated, and a high reduction potential can be maintained inside; thereby, the degree of metallization can be further effectively improved, which is preferred.

Конкретное оборудование, базовые технологические условия и тому подобные для исполнения настоящего изобретения являются в своей основе эквивалентными оборудованию, технологическим условиям и тому подобному, представленным в вышеназванном Патентном Документе 1 или тому подобном. В частности, может быть использовано оборудование, в котором предусматривается круглый или тороидальный вращающийся под; применяется печь для нагревания и восстановления, которая имеет зону загрузки смеси сырьевых материалов, зону предварительного нагрева, зону нагревания и восстановления, зону расплавления металлического железа, зону охлаждения (зону отверждения металлического железа) и зону выгрузки, расположенные в таком порядке в направлении вращения; и серия операций, включающих загрузку сырьевых материалов, нагревание и восстановление, охлаждение и отверждение полученного металлического железа и извлечение, может выполняться в непрерывном режиме. Когда операция выполняется в непрерывном режиме с помощью оборудования, как описано выше, состав шлакообразующих компонентов в сырьевых материалах и содержание углерода в них определяются соответственно заданной концентрации углерода с помощью предварительного эксперимента, и, в дополнение, степень металлизации также регулируется для получения оптимальной температуры формирования первичного расплавленного шлака при нагревании и восстановлении, так что может быть обеспечено содержание невосстановленного оксида железа в первичном расплавленном шлаке.The specific equipment, basic technological conditions and the like for the implementation of the present invention are basically equivalent to the equipment, technological conditions and the like presented in the aforementioned Patent Document 1 or the like. In particular, equipment may be used in which a round or toroidal rotating underneath is provided; a furnace for heating and reduction is used, which has a loading zone for a mixture of raw materials, a preheating zone, a heating and reduction zone, a metal iron melting zone, a cooling zone (metal iron curing zone) and an unloading zone arranged in this order in the direction of rotation; and a series of operations, including the loading of raw materials, heating and recovery, cooling and curing of the obtained metallic iron and recovery, can be performed continuously. When the operation is carried out continuously using equipment as described above, the composition of the slag-forming components in the raw materials and the carbon content in them are determined according to a predetermined carbon concentration using a preliminary experiment, and, in addition, the degree of metallization is also adjusted to obtain the optimum primary formation temperature molten slag during heating and reduction, so that the content of unreduced iron oxide in the primary can be ensured molten slag.

Когда металлическое железо, которое подвергается коалесценции при нагревании и восстановлении с последующим науглероживанием и расплавлением, охлаждается, может быть получено отвержденное металлическое железо, сплавленное в частицы. Затем металлическое железо может быть легко отделено с помощью просеивания или магнитной сепарации от образовавшегося шлака, который одновременно охлаждается и затвердевает.When the metallic iron that undergoes coalescence upon heating and reduction, followed by carburization and melting, cools, a solidified metallic iron fused to particles can be obtained. Then, metallic iron can be easily separated by sieving or magnetic separation from the resulting slag, which is simultaneously cooled and solidified.

Как описано выше, согласно настоящему изобретению, когда металлическое железо получается путем нагревания смеси сырьевых материалов с последующим восстановлением и расплавлением, концентрация углерода в получаемом металлическом железе может необязательно контролироваться на основе многокомпонентной фазовой диаграммы с помощью надлежащего регулирования температуры формирования первичного расплавленного шлака, состоящего из невосстановленного оксида железа и компонентов пустой породы, который образуется в процессе восстановления и расплавления смеси сырьевых материалов. Кроме того, как дополнительные, могут быть также получены следующие вторичные эффекты.As described above, according to the present invention, when metallic iron is obtained by heating a mixture of raw materials, followed by reduction and melting, the carbon concentration in the resulting metallic iron can optionally be controlled based on a multi-component phase diagram by appropriately controlling the temperature of formation of the primary molten slag consisting of unreduced iron oxide and components of waste rock that is formed in the process of reduced I melt the mixture of raw materials. In addition, as additional, the following secondary effects may also be obtained.

То есть, поскольку содержание углерода в металлическом железе, полученном по способу согласно настоящему изобретению, увеличивается по мере снижения температуры формирования первичного расплавленного шлака, то есть, другими словами, поскольку при снижении рабочей температуры может быть получено металлическое железо, имеющее высокое содержание углерода, может быть сокращен расход тепловой энергии для нагревания и восстановления. В дополнение, расплавленный оксид железа, содержащийся в первичном расплавленном шлаке, действует как носитель углерода для твердого восстановленного железа, полученного при восстановлении газом, быстро выполняет науглероживание твердого восстановленного железа (твердого металлического железа) и стимулирует его расплавление; тем самым плавление твердого восстановленного железа существенно ускоряется, и в результате производительность в целом может быть значительно улучшена.That is, since the carbon content in the metallic iron obtained by the method according to the present invention increases with decreasing the temperature of formation of the primary molten slag, that is, in other words, since lowering the operating temperature, metallic iron having a high carbon content can be obtained Heat consumption for heating and recovery should be reduced. In addition, the molten iron oxide contained in the primary molten slag acts as a carbon carrier for solid reduced iron obtained by gas reduction, quickly carburizes solid reduced iron (solid metallic iron) and stimulates its melting; thereby, the melting of the solid reduced iron is substantially accelerated, and as a result, overall productivity can be significantly improved.

В первичном расплавленном шлаке содержится невосстановленный оксид железа, как описано выше. В настоящем изобретении этот оксид железа восстанавливается до металлического железа, и металлическое железо, действующее как переносчик углерода, перемещается в расплавленном шлаке в сторону твердого восстановленного железа. В этом процессе, поскольку количество оксида железа в расплавленном шлаке снижается, состав расплавленного шлака со временем изменяется. Тем самым, чтобы эффективно получать металлическое железо, даже когда количество оксида железа в расплавленном шлаке снижается, металлическое железо должно быстро перемещаться. С этой точки зрения, вместо температуры формирования первичного расплавленного шлака, предпочтительнее регулировать температуру плавления шлака даже после того, как образовалось металлическое железо. Основание для этого состоит в том, что перемещение металлического железа не подавляется, поскольку шлак находится в жидком состоянии даже после образования металлического железа. В качестве одного примера, исходя из среднего состава шлака, который получается в конечном итоге, температура плавления (то есть температура расплавления шлака) конечного шлака, которая должна регулироваться, может быть определена из фазовой диаграммы. Соответственно этому металлическое железо может быть эффективно получено, даже когда реакция восстановления близка к завершению, поскольку конечный шлак в расплавленном состоянии образуется при низкой температуре.Primary molten slag contains unreduced iron oxide, as described above. In the present invention, this iron oxide is reduced to metallic iron, and metallic iron acting as a carbon carrier moves in molten slag towards solid reduced iron. In this process, since the amount of iron oxide in the molten slag decreases, the composition of the molten slag changes over time. Thus, in order to efficiently produce metallic iron, even when the amount of iron oxide in the molten slag is reduced, the metallic iron must move rapidly. From this point of view, instead of the temperature of formation of the primary molten slag, it is preferable to control the melting temperature of the slag even after the formation of metallic iron. The reason for this is that the movement of metallic iron is not suppressed, since the slag is in a liquid state even after the formation of metallic iron. As one example, based on the average slag composition that ultimately results, the melting temperature (i.e., slag melt temperature) of the final slag to be controlled can be determined from the phase diagram. Accordingly, metallic iron can be efficiently obtained even when the reduction reaction is close to completion, since the final slag in the molten state forms at a low temperature.

ПримерыExamples

Далее настоящее изобретение будет описано подробно со ссылкой на примеры; однако, разумеется, настоящее изобретение не ограничивается нижеприведенными примерами и может быть реализовано после необязательно произведенных модификаций в пределах области, которая была описана выше и которая будет описана ниже, и любые модификации, упомянутые выше, также являются включенными в техническую область настоящего изобретения. В нижеследующих примерах обозначения «%» и «часть(-ти)» означают «процент по массе» и «часть(-ти) по массе», соответственно.The present invention will now be described in detail with reference to examples; however, of course, the present invention is not limited to the examples below, and can be implemented after optional modifications within the scope that has been described above and which will be described below, and any modifications mentioned above are also included in the technical field of the present invention. In the following examples, the designations “%” and “part (s)” mean “percent by weight” and “part (s) by weight”, respectively.

Пример 1Example 1

Были использованы добытая в Южной Америке железная руда (67,74% содержания железного компонента, 0,05% СаО, 0,99% SiO2, 0,56% Al2O3 и 1,55% прочих компонентов) как источник железа и материалы, показанные в Таблице 1, - как углеродсодержащий материал, и с использованием сырьевых материалов были изготовлены гранулы металлического железа путем нагревания и восстановления вышеназванных материалов, которые были смешаны вместе, чтобы иметь содержание углерода приблизительно 1%, 2%, 3% или 4%, эксперименты по нагреванию и восстановлению были проведены при следующих условиях.Iron ore mined in South America (67.74% iron component, 0.05% CaO, 0.99% SiO 2 , 0.56% Al 2 O 3 and 1.55% of other components) was used as a source of iron and the materials shown in Table 1 are carbon-containing materials, and using raw materials, metallic iron granules were made by heating and reducing the above materials, which were mixed together to have a carbon content of approximately 1%, 2%, 3% or 4% , heating and reduction experiments were carried out at the following x conditions.

Таблица 1Table 1 Углеродсодержащий материалCarbon material   Территория производстваProduction area Наименование фирмыCompany name Зольный компонент (массовых процентов)Ash component (mass percent) Летучий компонент (массовых процентов)Volatile component (mass percent) Связанный углерод (массовых процентов)Bound carbon (mass percent) Содержание серы (массовых процентов)Sulfur content (mass percent) Углеродсодержащий материал №1Carbon-containing material No. 1 Продукция КанадыCanada Products Gregg RiverGregg river 9,369.36 21,2521.25 69,3969.39 0,3340.334 Углеродсодержащий материал №2Carbon-containing material No. 2 Продукция СШАUS Products Oak GroveOak grove 8,88.8 19,619.6 71,671.6 0,530.53 Углеродсодержащий материал №3Carbon-containing material No. 3 Продукция Южной АфрикиSouth African Products OptimumOptimum 9,959.95 36,4136.41 53,6353.63 0,320.32 Углеродсодержащий материал №4Carbon-containing material No. 4 ГрафитGraphite REAGENTREAGENT -- -- 100one hundred -- Углеродсодержащий материал №5Carbon-containing material No. 5 Продукция КитаяChina Products SHANXIShanxi 14,414,4 6,86.8 77,877.8 0,220.22

Для экспериментов была использована установка, состоящая из печи с инфракрасным нагревателем, в сочетании с лазерным микроскопом, отдельные гранулы сырьевого материала непрерывно нагревались до 1450°С при скорости повышения температуры 200°С/мин, в процессе повышения температуры непосредственно наблюдались поведение от восстановления до расплавления и характер образования пузырьков, и наблюдались температура образования газа и температура формирования первичного расплавленного шлака.For experiments, we used a setup consisting of a furnace with an infrared heater, in combination with a laser microscope, individual granules of the raw material were continuously heated to 1450 ° C at a rate of temperature increase of 200 ° C / min, behavior from reduction to melting was directly observed during the temperature increase and the nature of the formation of bubbles, and observed the temperature of gas formation and the temperature of formation of the primary molten slag.

В этом случае, чтобы в конечном итоге получить металлическое железо, имеющее вышеназванное содержание углерода, принимая во внимание температуру формирования первичного расплавленного шлака, который образовывался при нагревании и восстановлении, степень металлизации при нагревании и восстановлении корректировалась так, чтобы должные отдельные температуры формирования первичного расплавленного шлака (или температуры расплавления шлака, при которых шлак был переведен в одно фазовое состояние, которое состояло только из жидкости) были получены основываясь на многокомпонентной фазовой диаграмме.In this case, in order to ultimately obtain metallic iron having the aforementioned carbon content, taking into account the temperature of formation of the primary molten slag, which was formed during heating and reduction, the degree of metallization during heating and reduction was adjusted so that the proper individual temperature of formation of the primary molten slag (or the melting temperature of the slag, at which the slag was transferred into a single phase state, which consisted only of a liquid) was and obtained based on a multicomponent phase diagram.

Результаты показаны в Таблице 2. Хотя температуры формирования первичного расплавленного шлака, отвечающие соответствующим значениям содержания углерода, до некоторой степени варьируют в зависимости от углеродсодержащих материалов, которые были использованы, металлическое железо, имеющее приблизительно заданное содержание углерода, может быть получено, когда отдельные температуры формирования первичного расплавленного шлака регулируются в пределах соответствующих приближенных температур.The results are shown in Table 2. Although the primary molten slag formation temperatures corresponding to the corresponding carbon contents vary to some extent depending on the carbon-containing materials that were used, metallic iron having an approximately specified carbon content can be obtained when individual formation temperatures primary molten slag are regulated within the corresponding approximate temperatures.

Таблица 2table 2 Взаимосвязь между содержанием углерода в восстановленном железе и температурой формирования первичного расплавленного шлакаThe relationship between the carbon content in the reduced iron and the temperature of the formation of primary molten slag Содержание углерода в полученном восстановленном железе (массовых процентов)The carbon content in the resulting reduced iron (mass percent) 1,11,1 2,042.04 2,982.98 4,264.26 Температура формирования первичного расплавленного шлака (°С)The temperature of the formation of primary molten slag (° C) Уголь из КанадыCoal from Canada 15271527 14231423 13331333 12591259 Уголь из СШАCoal from the USA 15381538 14521452 13421342 13001300 Уголь из Южной АфрикиCoal from South Africa 15441544 14131413 13081308 12941294 Уголь из КитаяCoal from China -- 14651465 13601360 12781278 ГрафитGraphite 15161516 14071407 12581258 12051205 В среднемAverage 15311531 14321432 13201320 12661266

Пример 2Example 2

Температура формирования первичного расплавленного шлака определяется шлакообразующими компонентами, содержащимися в сырьевых материалах, и количеством остаточного оксида железа, невосстановленного при нагревании и восстановлении; однако, когда шлакообразующие компоненты являются неподходящими, температура формирования первичного расплавленного шлака может быть снижена путем дополнительного добавления материала, содержащего шлакообразующий компонент.The temperature of formation of the primary molten slag is determined by the slag-forming components contained in the raw materials, and the amount of residual iron oxide, unreduced during heating and recovery; however, when the slag-forming components are unsuitable, the formation temperature of the primary molten slag can be reduced by additionally adding material containing the slag-forming component.

Например, Фиг.3 представляет собой график, показывающий результат исследования влияния количества добавленного СаО на температуру формирования первичного расплавленного шлака. В вышеназванном исследовании когда заданная концентрация углерода в получаемом металлическом железе была установлена приблизительно на 3% в Примере 1, чтобы обеспечить соответствие температуры формирования первичного расплавленного шлака этой концентрации, в ходе приготовления смеси сырьевых материалов был дополнительно добавлен известняк как источник СаО в качестве материала, содержащего шлакообразующий компонент. Хотя два из материалов, использованных в Примере 1, были применены в качестве углеродсодержащего материала, в обоих случаях было понятно, что температура формирования первичного расплавленного шлака могла быть понижена, когда добавлялось должное количество СаО. В отдельных случаях значения содержания углерода в полученном металлическом железе составляли 1,8%, 1,7%, 2,9% и 3,5%, когда количества добавленного СаО в Таблице 3 составляли 0,3%, 0,4%, 2,0% и 4,0%, соответственно.For example, FIG. 3 is a graph showing the result of a study of the effect of the amount of CaO added on the temperature of formation of primary molten slag. In the aforementioned study, when the specified carbon concentration in the resulting metallic iron was set to approximately 3% in Example 1, in order to ensure that the temperature of the formation of primary molten slag at this concentration corresponded, during the preparation of the mixture of raw materials, limestone was additionally added as a CaO source as a material containing slag-forming component. Although two of the materials used in Example 1 were used as carbon-containing material, in both cases it was understood that the temperature of the formation of the primary molten slag could be lowered when the proper amount of CaO was added. In some cases, the carbon content in the obtained metallic iron was 1.8%, 1.7%, 2.9% and 3.5%, when the amounts of CaO added in Table 3 were 0.3%, 0.4%, 2 , 0% and 4.0%, respectively.

То есть с точки зрения обеспечения производительности процесса в операциях нагревания и восстановления, например, когда определяются профиль рабочих температур и/или времена пребывания в соответствующих зонах для нагревания, восстановления и тому подобного и когда желательно дальнейшее снижение температуры формирования первичного расплавленного шлака, температура формирования первичного расплавленного шлака может эффективно регулироваться путем дополнительного добавления шлакообразующего компонента, такого как СаО, в качестве добавки на стадии, когда смесь сырьевых материалов загружается, или в качестве шлакообразующего средства на стадии, когда смесь сырьевых материалов нагревается.That is, from the point of view of ensuring the performance of the process in heating and recovery operations, for example, when the operating temperature profile and / or residence times in the respective zones for heating, recovery, and the like are determined, and when a further decrease in the temperature of formation of primary molten slag is desirable, the temperature of formation of primary molten slag can be effectively controlled by additionally adding a slag-forming component, such as CaO, as casing at the stage when the mixture of raw materials is loaded, or as a slag forming agent at the stage when the mixture of raw materials is heated.

Таблица 3Table 3 Температура формирования первичного расплавленного шлака в случае добавления СаОPrimary molten slag formation temperature in case of CaO addition Количество добавленного СаО (массовых процентов)The amount of added Cao (mass percent) 0,30.3 0,40.4 2,02.0 4,04.0 Температура формирования первичного расплавленного шлака (°С)The temperature of the formation of primary molten slag (° C) Уголь из Канады №1Coal from Canada No. 1 13181318 -- 12241224 12621262 Уголь из Канады №2Coal from Canada No. 2 -- -- 12061206 12261226 Уголь из Канады №3Coal from Canada No. 3 -- -- -- 12061206 В среднемAverage 13181318 -- 12151215 12311231 Уголь из Южной Африки №1Coal from South Africa No. 1 -- -- 12821282 11941194 Уголь из Южной Африки №2Coal from South Africa No. 2 -- 13501350 12441244 11881188 Уголь из Южной Африки №3Coal from South Africa No. 3 -- 13201320 12321232 11781178 В среднемAverage -- 13351335 12531253 11871187

Пример 3Example 3

Согласно настоящему изобретению путем изменения свойств углеродсодержащего восстановителя (углеродсодержащего материала, используемого в качестве восстановителя) также могут регулироваться температура формирования первичного расплавленного шлака и/или количество остаточного невосстановленного оксида железа при нагревании и восстановлении. В этом примере показан случай, когда содержание СаО намеренно увеличено добавлением СаО к углеродсодержащему материалу, чтобы изменить температуру формирования первичного расплавленного шлака.According to the present invention, by changing the properties of the carbon-containing reducing agent (the carbon-containing material used as the reducing agent), the formation temperature of the primary molten slag and / or the amount of residual unreduced iron oxide upon heating and reduction can also be controlled. This example shows the case where the CaO content is intentionally increased by adding CaO to the carbon-containing material in order to change the temperature of formation of the primary molten slag.

То есть нижеприведенная Таблица 4 показывает результаты исследования на предмет изменения температуры формирования первичного расплавленного шлака, каковые были получены при добавлении СаО в количествах, показанных в Таблице 4, к вышеупомянутым трем типам углеродсодержащих материалов для изменения содержания золы. Как очевидно из этой таблицы, температура формирования первичного расплавленного шлака явно снижается, когда должное количество СаО добавлено к углеродсодержащему материалу. В дополнение, поскольку известно, что ионы Са в СаО оказывают каталитическое действие как щелочь, повышая восстанавливающую способность углеродсодержащего материала, а также способствуют усилению его реакционной способности, представляется, что СаО также может быть использован для регулирования количества остаточного невосстановленного оксида железа при нагревании и восстановлении.That is, Table 4 below shows the results of a study on the temperature of formation of the primary molten slag, which were obtained by adding CaO in the amounts shown in Table 4 to the above three types of carbon-containing materials to change the ash content. As is apparent from this table, the primary molten slag formation temperature is clearly reduced when the proper amount of CaO is added to the carbon-containing material. In addition, since it is known that Ca ions in CaO have a catalytic effect as an alkali, increasing the reducing ability of a carbon-containing material, and also enhancing its reactivity, it seems that CaO can also be used to control the amount of residual unreduced iron oxide during heating and reduction .

Таблица 4Table 4 Количество СаО в известняке и температура формирования первичного расплавленного шлакаThe amount of CaO in limestone and the temperature of the formation of primary molten slag Количество СаО в золе угля (массовых процентов)The amount of CaO in coal ash (mass percent) 33 55 1010 20twenty 30thirty 4040 6060 Температура формирования первичного расплавленного шлака (°С)The temperature of the formation of primary molten slag (° C) Уголь из Южной АфрикиCoal from South Africa -- 12941294 -- 12691269 12631263 12371237 12381238   Уголь из КанадыCoal from Canada 12591259 -- -- 12691269 12521252 12341234 12121212 Уголь из СШАCoal from the USA 12991299 -- -- 13011301 12531253 12401240 12271227

Таким образом, как было описано, настоящее изобретение касается способа получения металлического железа из смеси сырьевых материалов, содержащей углеродсодержащий восстановитель и материал, содержащий оксид железа, и этот способ имеет стадию определения целевой температуры формирования первичного расплавленного шлака, соответствующей заранее заданной целевой концентрации углерода в металлическом железе, при которой первичный расплавленный шлак, содержащий компонент пустой породы, невосстановленный оксид железа и зольный компонент углеродсодержащего восстановителя, первоначально образуется в смеси сырьевых материалов при его нагревании; стадию приготовления смеси сырьевых материалов с формированием состава первичного расплавленного шлака, соответствующего целевой температуре; и стадию нагревания смеси сырьевых материалов для восстановления и расплавления смеси сырьевых материалов и для получения первичного расплавленного шлака. Целевая температура формирования первичного расплавленного шлака может представлять собой конкретную температуру или температурный диапазон, имеющий конкретный верхний и нижний пределы. Кроме того, в соответствии с технологическим ограничением, обусловленным особенностями оборудования и/или стадий, вышеназванный термин «конкретная температура» может означать «температуру выше, чем наиболее низкая температура» в переменном диапазоне каждого композиционного состава шлакообразующего компонента. То же самое может быть справедливо для терминов «верхний предел» и «нижний предел» в вышеназванном температурном диапазоне. Соответственно этому может быть эффективно получено металлическое железо, имеющее заранее заданную концентрацию углерода.Thus, as described, the present invention relates to a method for producing metallic iron from a mixture of raw materials containing a carbon-containing reducing agent and a material containing iron oxide, and this method has the step of determining a target temperature for the formation of primary molten slag corresponding to a predetermined target carbon concentration in the metallic iron, in which primary molten slag containing gangue component, unreduced iron oxide and ash component t of carbon-containing reducing agent, initially formed in a mixture of raw materials when it is heated; the stage of preparation of the mixture of raw materials with the formation of the composition of the primary molten slag corresponding to the target temperature; and a step of heating the raw material mixture to recover and melt the raw material mixture and to produce primary molten slag. The target temperature of the formation of the primary molten slag may be a specific temperature or a temperature range having specific upper and lower limits. In addition, in accordance with the technological limitation due to the features of the equipment and / or stages, the above-mentioned term “specific temperature” may mean “temperature higher than the lowest temperature” in the variable range of each composition of the slag-forming component. The same may be true for the terms “upper limit” and “lower limit” in the above temperature range. Accordingly, metallic iron having a predetermined carbon concentration can be efficiently obtained.

При реализации вышеописанного способа на стадии приготовления шлакообразующий компонент может быть смешан с материалом, содержащим оксид железа. На стадии приготовления шлакообразующий компонент может быть смешан с углеродсодержащим восстановителем. Смесь сырьевых материалов далее может содержать дополнительный сырьевой материал, и на стадии приготовления шлакообразующий компонент может быть смешан с дополнительным сырьевым материалом. Перед стадией нагревания может быть выполнена стадия загрузки добавки, содержащей шлакообразующий компонент. В дополнение, на стадии нагревания может быть добавлено шлакообразующее средство, содержащее шлакообразующий компонент. В дополнение, вместо шлакообразующего средства может быть добавлен флюс, содержащий шлакообразующее средство, или может быть добавлено шлакообразующее средство, содержащее шлакообразующий компонент и флюс, содержащий шлакообразующий компонент. Другими словами, на любой из вышеназванных стадий целевую температуру можно регулировать путем добавления третьего шлакообразующего компонента.When implementing the above method at the preparation stage, the slag-forming component can be mixed with a material containing iron oxide. At the preparation stage, the slag-forming component can be mixed with a carbon-containing reducing agent. The raw material mixture may further comprise additional raw material, and in the preparation step, the slag-forming component may be mixed with the additional raw material. Before the heating step, the step of loading the additive containing the slag-forming component can be performed. In addition, a slag forming agent containing a slag forming component may be added in the heating step. In addition, instead of a slag forming agent, a flux containing a slag forming agent may be added, or a slag forming agent containing a slag forming component and a flux containing a slag forming component may be added. In other words, at any of the above steps, the target temperature can be adjusted by adding a third slag-forming component.

При выполнении по меньшей мере одной из вышеописанных операций необходимый шлакообразующий компонент необязательно может быть добавлен в первичный расплавленный шлак на стадии, когда смесь сырьевых материалов готовится, загружается или нагревается, и в результате первичный расплавленный шлак может быть образован при целевой температуре.When performing at least one of the above operations, the necessary slag-forming component can optionally be added to the primary molten slag at the stage when the raw material mixture is prepared, loaded or heated, and as a result, the primary molten slag can be formed at the target temperature.

Целевая температура может быть определена из многокомпонентной фазовой диаграммы, включающей компоненты пустой породы, невосстановленный оксид железа, остающийся при восстановлении, и зольный компонент углеродсодержащего восстановителя. Соответственно этому, когда индивидуальные композиционные составы шлакообразующих компонентов подбираются в пределах своих переменных диапазонов, может быть без труда определена целевая температура, которая соответствует наиболее низкой температуре формирования первичного расплавленного шлака в заданном композиционном диапазоне. Альтернативно, когда взаимосвязь между температурой формирования первичного расплавленного шлака и концентрацией углерода в металлическом железе исследуется заблаговременно, целевая температура также может быть определена по заданной концентрации углерода в соответствии с вышеназванной взаимосвязью. Соответственно этому может быть стабильно получено металлическое железо, имеющее заданную концентрацию углерода.The target temperature can be determined from a multicomponent phase diagram including gangue components, unreduced iron oxide remaining during reduction, and an ash component of a carbon-containing reducing agent. Accordingly, when individual compositional compositions of slag-forming components are selected within their variable ranges, the target temperature can be easily determined, which corresponds to the lowest temperature of formation of primary molten slag in a given compositional range. Alternatively, when the relationship between the primary molten slag formation temperature and the carbon concentration in the metallic iron is investigated in advance, the target temperature can also be determined from a predetermined carbon concentration in accordance with the above relationship. Accordingly, metallic iron having a predetermined carbon concentration can be stably obtained.

В дополнение, перед стадией нагревания далее может быть предусмотрена стадия регулирования заданного содержания невосстановленного оксида железа в первичном расплавленном шлаке и расчета заданной степени восстановления материала, содержащего оксид железа, соответственно заданному содержанию, и в стадии нагревания, пока степень восстановления материала, содержащего оксид железа, не достигнет заданной степени восстановления, может регулироваться профиль температуры нагревания или восстановительный потенциал, и одновременно может проводиться нагревание. Соответственно этому невосстановленный оксид железа, науглероженное железо, которое остается при нагревании и восстановлении, может быть непосредственно использовано в качестве носителя, переносящего углерод по направлению в сторону твердого восстановленного железа, и в результате эффективность получения металлического железа может быть улучшена в целом.In addition, before the heating step, a step may further be provided for regulating a predetermined unreduced iron oxide content in the primary molten slag and calculating a predetermined reduction degree of the iron oxide-containing material according to the predetermined content, and in the heating step, until the reduction degree of the iron oxide-containing material does not reach a given degree of recovery, the heating temperature profile or reduction potential can be adjusted, and at the same time heating is carried out. Accordingly, unreduced iron oxide, carbonized iron that remains during heating and reduction, can be directly used as a carrier that carries carbon in the direction toward solid reduced iron, and as a result, the efficiency of producing metallic iron can be improved as a whole.

В дополнение, в стадии нагревания нагревание может быть выполнено основываясь на температуре плавления шлака, содержащего невосстановленный в стадии восстановления оксид железа. Соответственно этому может быть эффективно получено металлическое железо, даже когда количество невосстановленного оксида железа в расплавленном шлаке снижается, поскольку может быть обеспечено быстрое перемещение металлического железа в расплавленном шлаке даже на стадии, в которой протекает реакция восстановления.In addition, in the heating step, heating can be performed based on the melting point of the slag containing unreduced iron oxide in the reduction step. Accordingly, metallic iron can be efficiently obtained even when the amount of unreduced iron oxide in the molten slag is reduced, since the metallic iron in the molten slag can be quickly moved even at the stage in which the reduction reaction proceeds.

Согласно настоящему изобретению, по сравнению с разработанным изобретателем способом, раскрытым в Патентном Документе 4, температура формирования первичного расплавленного шлака может регулироваться путем корректирования количеств компонентов пустой породы в смеси сырьевых материалов, зольного компонента в углеродсодержащем восстановителе и восстановленного оксида железа, остающегося при нагревании и восстановлении, каковое находится в немалом количестве. Соответственно этому может корректироваться концентрация углерода в полученном металлическом железе, и может быть эффективно получено металлическое железо, содержащее желаемую концентрацию углерода. В дополнение, согласно настоящему изобретению, как это было подробно описано, путем применения расплавленного железа, образованного из железооксидного материала (материала, содержащего оксид железа), которое переходит в расплавленный шлак из сырьевой минеральной руды, в качестве носителя углерода, применяемого для науглероживания твердого восстановленного железа, его науглероживание быстро развивается, расплавление может быть проведено при низкой температуре, и в результате может быть улучшена производительность, со снижением в то же время расхода тепловой энергии для получения металлического железа.According to the present invention, compared to the method developed by the inventor disclosed in Patent Document 4, the temperature of the formation of primary molten slag can be controlled by adjusting the amounts of gangue components in the mixture of raw materials, the ash component in the carbon-containing reducing agent and the reduced iron oxide remaining during heating and reduction which is in considerable quantity. Accordingly, the carbon concentration in the obtained metallic iron can be adjusted, and metallic iron containing the desired carbon concentration can be efficiently obtained. In addition, according to the present invention, as has been described in detail, by using molten iron formed from iron oxide material (material containing iron oxide), which is converted into molten slag from raw mineral ore, as a carbon carrier used for carburizing solid reduced iron, its carburization is rapidly developing, melting can be carried out at low temperature, and as a result, productivity can be improved, with a decrease in the heat energy consumption for the production of metallic iron.

Настоящее изобретение содержит основной пункт формулы изобретения, касающийся Японской Патентной Заявки №2006-008743, поданной 17 января 2006 года, упомянутой здесь для сведения.The present invention contains the main claim relating to Japanese Patent Application No. 2006-008743, filed January 17, 2006, mentioned here for information.

Claims (10)

1. Способ получения металлического железа из смеси сырьевых материалов, содержащей углеродсодержащий восстановитель и материал, содержащий оксид железа, включающий стадию определения целевой температуры формирования первичного расплавленного шлака, соответствующей заранее заданной целевой концентрации углерода в металлическом железе, с тем, что первичный расплавленный шлак, содержащий компонент пустой породы, невосстановленный оксид железа и зольный компонент углеродсодержащего восстановителя, первоначально образовывался в смеси сырьевых материалов при ее нагревании, стадию приготовления смеси сырьевых материалов с формированием состава первичного расплавленного шлака соответственно целевой температуре и стадию нагревания смеси сырьевых материалов для расплавления смеси сырьевых материалов, формирования первичного расплавленного шлака и для восстановления.1. A method of producing metallic iron from a mixture of raw materials containing a carbon-containing reducing agent and a material containing iron oxide, comprising the step of determining a target temperature for the formation of primary molten slag corresponding to a predetermined target concentration of carbon in metallic iron, so that the primary molten slag containing a gangue component, unreduced iron oxide and an ash component of a carbon-containing reducing agent, initially formed in the mixture raw material while heating, a step of preparing the raw material mixture to form a composition of the primary molten slag, respectively, a target temperature and the step of heating a mixture of raw materials to melt the mixture of raw materials, primary forming molten slag for recovery. 2. Способ по п.1, в котором на стадии приготовления шлакообразующий компонент смешивают с материалом, содержащим оксид железа.2. The method according to claim 1, in which at the stage of preparation, the slag-forming component is mixed with a material containing iron oxide. 3. Способ по п.1, в котором на стадии приготовления шлакообразующий компонент смешивают с углеродсодержащим восстановителем.3. The method according to claim 1, in which at the stage of preparation, the slag-forming component is mixed with a carbon-containing reducing agent. 4. Способ по п.1, в котором смесь сырьевых материалов содержит дополнительный сырьевой материал, и на стадии приготовления шлакообразующий компонент смешивают с дополнительным сырьевым материалом.4. The method according to claim 1, in which the mixture of raw materials contains additional raw material, and at the stage of preparation, the slag-forming component is mixed with additional raw material. 5. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию введения добавки, содержащей шлакообразующий компонент, перед стадией нагревания.5. The method according to claim 1, further comprising the step of introducing an additive containing a slag-forming component before the heating step. 6. Способ по п.1, в котором на стадии нагревания добавляют шлакообразующее средство, содержащее шлакообразующий компонент.6. The method according to claim 1, in which at the stage of heating add a slag-forming agent containing a slag-forming component. 7. Способ по любому из пп.1-6, в котором целевую температуру определяют из многокомпонентной фазовой диаграммы, включающей компонент пустой породы, невосстановленный оксид железа, остающийся при восстановлении, и зольный компонент углеродсодержащего восстановителя.7. The method according to any one of claims 1 to 6, in which the target temperature is determined from a multicomponent phase diagram, including a component of waste rock, unreduced iron oxide remaining during reduction, and an ash component of a carbon-containing reducing agent. 8. Способ по любому из пп.1-6, в котором взаимосвязь между температурой формирования первичного расплавленного шлака и концентрацией углерода в металлическом железе оценивают заблаговременно, и целевую температуру устанавливают в зависимости от заданной концентрации углерода в соответствии с указанной взаимосвязью.8. The method according to any one of claims 1 to 6, in which the relationship between the temperature of formation of the primary molten slag and the concentration of carbon in metallic iron is estimated in advance, and the target temperature is set depending on the given carbon concentration in accordance with the specified relationship. 9. Способ по любому из пп.1-6, дополнительно включающий перед стадией нагревания стадию регулирования заданного содержания невосстановленного оксида железа в первичном расплавленном шлаке и расчета заданной степени восстановления материала, содержащего оксид железа, соответственно заданному содержанию, в котором в стадии нагревания, пока степень восстановления материала, содержащего оксид железа, достигает заданной степени восстановления, регулируют профиль температуры нагревания или восстановительный потенциал и одновременно выполняют нагревание.9. The method according to any one of claims 1 to 6, further comprising, before the heating step, the step of adjusting a predetermined unreduced iron oxide content in the primary molten slag and calculating a predetermined reduction degree of the iron oxide-containing material according to a predetermined content in which the heating step is still the degree of reduction of the material containing iron oxide reaches a predetermined degree of reduction, the profile of the heating temperature or the reduction potential is regulated, and at the same time nyayut heating. 10. Способ по любому из пп.1-6, в котором в стадии нагревания нагревание выполняют основываясь на температуре плавления шлака, содержащего невосстановленный при восстановлении оксид железа. 10. The method according to any one of claims 1 to 6, in which, in the heating step, heating is performed based on the melting temperature of the slag containing unreduced iron oxide during reduction.
RU2008133606/02A 2006-01-17 2006-11-30 Procedure for production of metallic iron RU2388830C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006-008743 2006-01-17
JP2006008743A JP4981320B2 (en) 2006-01-17 2006-01-17 Metal iron manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008133606A RU2008133606A (en) 2010-02-27
RU2388830C1 true RU2388830C1 (en) 2010-05-10

Family

ID=38287408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008133606/02A RU2388830C1 (en) 2006-01-17 2006-11-30 Procedure for production of metallic iron

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20090282950A1 (en)
JP (1) JP4981320B2 (en)
CN (1) CN101331239B (en)
AU (1) AU2006335814B2 (en)
CA (1) CA2630236C (en)
RU (1) RU2388830C1 (en)
TW (1) TWI307365B (en)
WO (1) WO2007083450A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010261101A (en) 2009-04-07 2010-11-18 Mitsutaka Hino Method for producing metallic iron
US20130047787A1 (en) * 2010-03-25 2013-02-28 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Carbon-material-containing iron oxide briquette composition, method for producing the same, and method for producing direct reduced iron using the same
CA2803815A1 (en) * 2010-08-30 2012-03-08 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Method for producing granular metallic iron
KR101293625B1 (en) 2011-08-26 2013-08-13 우진 일렉트로나이트(주) Determination System for FeO Sensing in Molten Slag
WO2024072742A2 (en) * 2022-09-26 2024-04-04 Electrasteel, Inc. Iron feedstock conversion system with improved efficiency

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6506231B2 (en) * 1996-03-15 2003-01-14 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Method and apparatus for making metallic iron
CA2694865A1 (en) * 1996-03-15 1997-09-18 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Method for making metallic iron
JPH10195513A (en) * 1996-12-27 1998-07-28 Kobe Steel Ltd Production of metallic iron
JPH10251724A (en) * 1997-03-13 1998-09-22 Kobe Steel Ltd Production of metallic iron and producing equipment therefor
US6149709A (en) * 1997-09-01 2000-11-21 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Method of making iron and steel
JP4159634B2 (en) * 1997-10-23 2008-10-01 株式会社神戸製鋼所 Metallic iron manufacturing method and equipment
JP3848453B2 (en) * 1998-01-09 2006-11-22 株式会社神戸製鋼所 Manufacturing method of metallic iron
US6413295B2 (en) * 1998-11-12 2002-07-02 Midrex International B.V. Rotterdam, Zurich Branch Iron production method of operation in a rotary hearth furnace and improved furnace apparatus
US6063744A (en) * 1999-07-22 2000-05-16 Mcquillen; Edwin F. Cleaning and lubricant formulation for spindles
JP2001279313A (en) * 2000-03-30 2001-10-10 Midrex Internatl Bv Method for producing molten metallic iron
JP2001342509A (en) * 2000-06-02 2001-12-14 Kobe Steel Ltd Method and apparatus for producing metallic iron
JP4330257B2 (en) * 2000-08-09 2009-09-16 株式会社神戸製鋼所 Metal iron manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP4981320B2 (en) 2012-07-18
JP2007191736A (en) 2007-08-02
AU2006335814A1 (en) 2007-07-26
CA2630236C (en) 2012-07-31
US20090282950A1 (en) 2009-11-19
TW200730630A (en) 2007-08-16
CN101331239A (en) 2008-12-24
TWI307365B (en) 2009-03-11
CA2630236A1 (en) 2007-07-26
WO2007083450A1 (en) 2007-07-26
AU2006335814B2 (en) 2011-04-14
RU2008133606A (en) 2010-02-27
CN101331239B (en) 2012-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2244015C2 (en) Method of production of metallic iron
RU2301834C2 (en) Method of production of granulated metallic iron
JP5297077B2 (en) Method for producing ferromolybdenum
US20110024681A1 (en) Titanium oxide-containing agglomerate for producing granular metallic iron
RU2388830C1 (en) Procedure for production of metallic iron
JP2010229525A (en) Method for producing ferronickel and ferrovanadium
RU2484145C2 (en) Method of producing pelletised iron
Holtzer et al. The recycling of materials containing iron and zinc in the OxyCup process
JP4280292B2 (en) Method for producing ferromolybdenum
US8317895B2 (en) Method for recovering valuable metals from wastes
KR102251924B1 (en) Method for processing steel slag and hydraulic mineral binder
JP2011246760A (en) Method of manufacturing ferromolybdenum, and ferromolybdenum
JP5609578B2 (en) Blast furnace operation method using unfired carbon-containing agglomerated ore
JPS61194125A (en) Simultaneous treatment of sludge and steel making slag
WO2024062922A1 (en) Method for producing iron source
JP6947024B2 (en) Hot metal desulfurization method
US1518626A (en) Treatment of copper-lead matte
RU2468109C2 (en) Method for aluminothermal production of ferromolybdenum
US441166A (en) Process of reducing ore
JP5971482B2 (en) Agglomerate production method
CA1061567A (en) Pyrometallurgical process for lead refining
JP2007246970A (en) Method for operating movable hearth furnace
JPH11241111A (en) Production of metallic iron
PL229797B1 (en) Method for introducing metallurgical reactants to slags, to ashes or to ores

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141201