RU2720788C2

RU2720788C2 - Improved melting method of ilmenite

Info

Publication number: RU2720788C2
Application number: RU2018118796A
Authority: RU
Inventors: Кабика Бисака; Холиса ГОСО; Итумеленг ТОБАДИ
Original assignee: Минтек
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2020-05-13
Also published as: CA3005810A1; RU2018118796A; EP3377659A1; CN108699624A; BR112018010072A2; RU2018118796A3; ZA201803241B; SA518391616B1; AU2016355732B2; EP3377659B1; AU2016355732A1; CA3005810C; BR112018010072B1; WO2017087997A1; CN108699624B

Abstract

FIELD: metallurgy; manufacturing technology.

SUBSTANCE: invention relates to a method of producing pre-reduced ilmenite ore for melting. Method comprises selective reduction of metal oxides contained in ore, in solid-phase reactions relative to titanium oxide and a step for preliminary reduction of carbon-containing ore granules. At that ore granules have size less than 6 mm and are produced from mixture of ore, coal fines and organic binder.

EFFECT: improved method of melting ilmenite.

17 cl, 3 dwg, 6 tbl

Description

[0001] Настоящее изобретение относится к комплексному способу получения углеродсодержащих ильменитовых гранул, твердофазного восстановления гранул и последующей плавки в электрической печи.[0001] The present invention relates to an integrated method for producing carbon-containing ilmenite granules, solid-phase reduction of granules and subsequent melting in an electric furnace.

[0002] При плавке ильменита расходуется значительное количество электроэнергии. Кроме того, работу печи затрудняет эффект вспенивания.[0002] When smelting ilmenite, a significant amount of electricity is consumed. In addition, the operation of the furnace is complicated by the foaming effect.

[0003] Обычно в плавильную печь подают сырую ильменитовую руду и твердый углеродистый восстановитель. Сырой ильменит в одном из способов заменяют предварительно восстановленными гранулами ильменита. Указанный способ включает стадии подготовки ильменитовых гранул с использованием бентонита, а также предварительного восстановления гранул во вращающейся печи в присутствии избыточного количества твердого углеродистого восстановителя. Плавку предварительно восстановленных ильменитовых гранул осуществляют в печи переменного тока. Однако полученный таким образом шлак ТiO₂ загрязнен бентонитом, который представляет собой неорганическое связующее.[0003] Typically, raw ilmenite ore and a solid carbonaceous reducing agent are fed to the smelter. Raw ilmenite in one of the methods is replaced with previously restored ilmenite granules. The specified method includes the stage of preparation of ilmenite granules using bentonite, as well as preliminary reduction of the granules in a rotary kiln in the presence of an excessive amount of solid carbonaceous reducing agent. Melting previously restored ilmenite granules is carried out in an alternating current furnace. However, the TiO ₂ slag thus obtained is contaminated with bentonite, which is an inorganic binder.

[0004] Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении альтернативного способа предварительного восстановления руды, по существу направленного на металлизацию оксидов железа, содержащихся в руде.[0004] An object of the present invention is to provide an alternative method for preliminary reduction of ore, essentially directed to the metallization of iron oxides contained in the ore.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0005] В изобретении предложен способ получения предварительно восстановленной ильменитовой руды для плавки, согласно которому оксиды металлов, такие как оксиды железа, хрома и марганца, содержащиеся в руде, селективно восстанавливают в твердофазных реакциях относительно оксида титана, при этом способ включает стадию предварительного восстановления углеродсодержащих гранул руды.[0005] The invention provides a method for producing pre-reduced ilmenite ore for smelting, according to which metal oxides, such as iron, chromium and manganese oxides contained in the ore, are selectively reduced in solid-phase reactions with respect to titanium oxide, the method comprising the step of pre-reduction of carbon-containing granules of ore.

[0006] Оксиды металлов, отличные от оксидов титана, содержащиеся в гранулах, могут быть предварительно восстановлены до максимальной степени, то есть могут быть по существу полностью или частично предварительно восстановлены.[0006] Metal oxides other than titanium oxides contained in the granules can be pre-reduced to the maximum extent, that is, can be substantially fully or partially pre-reduced.

[0007] Размер гранул может составлять менее 6 мм, предпочтительно от 2 мм до 5 мм.[0007] The granule size may be less than 6 mm, preferably from 2 mm to 5 mm.

[0008] Гранулы могут быть получены из смеси требуемых пропорций руды, угольной мелочи крупностью менее 106 мкм и подходящего органического связующего.[0008] Granules can be obtained from a mixture of the required proportions of ore, coal fines with a particle size of less than 106 microns and a suitable organic binder.

[0009] Соотношение содержания угля и оксида металла может быть определено на практике. Например, можно использовать стехиометрическое соотношение для полного восстановления железа в руде.[0009] The ratio of coal to metal oxide can be determined in practice. For example, a stoichiometric ratio can be used to completely reduce iron in the ore.

[0010] Содержание органического связующего может составлять от 0 до 1%. Указанное содержание может определяться физическими свойствами полученных гранул, главным образом, прочностью сырых гранул, а также высушенных воздухом или затвердевших гранул. Гранулы могут затвердевать на воздухе в течение по меньшей мере 4 дней. Указанный период времени, как правило, является достаточным для обеспечения требуемой прочности гранул для их безопасного и эффективного перемещения к реакторам с целью последующего предварительного восстановления. Предпочтительно механическая прочность гранул составляет более 600 Н. Характеристики гранул также должны соответствовать условиям высокой температуры в реакторе, чтобы не допустить растрескивания вследствие чрезмерного набухания.[0010] The content of the organic binder may be from 0 to 1%. The indicated content can be determined by the physical properties of the obtained granules, mainly the strength of the raw granules, as well as air-dried or hardened granules. The granules can solidify in air for at least 4 days. The indicated period of time, as a rule, is sufficient to provide the required strength of the granules for their safe and effective movement to the reactors for the purpose of subsequent preliminary recovery. Preferably, the mechanical strength of the granules is more than 600 N. The characteristics of the granules must also meet the high temperature conditions in the reactor so as to prevent cracking due to excessive swelling.

[0011] Возможно использование одного связующего или смеси связующих. Изобретение не имеет ограничений в данном отношении.[0011] It is possible to use a single binder or a mixture of binders. The invention is not limited in this regard.

[0012] Предварительно восстановленные гранулы оценивают с точки зрения степени восстановления оксидов железа, содержащихся в руде. Предпочтительно содержание оксида железа составляет менее 10% от первоначального содержания. Однако основной задачей при нормальной и стабильной работе является устойчивое предварительное восстановление.[0012] The pre-reduced granules are evaluated in terms of the degree of reduction of the iron oxides contained in the ore. Preferably, the iron oxide content is less than 10% of the initial content. However, the main task during normal and stable operation is a sustainable preliminary recovery.

[0013] Гранулы могут быть подвергнуты процессу термического восстановления или смешанному процессу твердофазного восстановления.[0013] The granules can be subjected to a thermal reduction process or a mixed solid phase reduction process.

[0014] Высушенные воздухом и затвердевшие гранулы можно нагревать в реакторе с неподвижным слоем, при этом оптимальное время пребывания может составлять от 0,5 до 4 часов.[0014] Air-dried and hardened granules can be heated in a fixed bed reactor, with an optimum residence time of 0.5 to 4 hours.

[0015] При использовании стадии термического предварительного восстановления гранулы могут быть нагреты до температуры от 1100 до 1200°С.[0015] When using the thermal pre-reduction step, the granules can be heated to a temperature of from 1100 to 1200 ° C.

[0016] При использовании стадии смешанного твердофазного предварительного восстановления гранулы могут быть нагреты до температуры от 900 до 1000°С в контролируемой атмосфере восстановительного газа.[0016] When using the mixed solid phase prereduction step, the granules can be heated to a temperature of from 900 to 1000 ° C in a controlled atmosphere of a reducing gas.

[0017] Восстановительный газ может содержать одно или более из следующих веществ: СО, сингаз (СО+H₂), природный газ и водород.[0017] The reducing gas may contain one or more of the following substances: CO, syngas (CO + H ₂ ), natural gas, and hydrogen.

[0018] При использовании реактора с неподвижным слоем восстановительный газ может быть профильтрован через горячую шихту в реакторе. Расход восстановительного газа выбирают для обеспечения требуемой степени восстановления оксидов железа в руде, а также приемлемых эксплуатационных характеристик реактора.[0018] When using a fixed bed reactor, the reducing gas can be filtered through a hot charge in the reactor. The flow rate of the reducing gas is chosen to provide the required degree of reduction of iron oxides in the ore, as well as acceptable operating characteristics of the reactor.

[0019] Изобретение может быть применено для получения предварительно восстановленных углеродсодержащих ильменитовых микрогранул, предназначенных для плавки, например, в дуговой печи постоянного тока. Однако принципы изобретения могут быть использованы для предварительного восстановления гранул титансодержащего магнетита, феррохрома и ферромарганцевых руд с последующим получением титанового шлака, сплавов хрома и марганца, соответственно.[0019] The invention can be applied to obtain pre-reduced carbon-containing ilmenite microspheres intended for melting, for example, in a direct current arc furnace. However, the principles of the invention can be used for the preliminary reduction of granules of titanium-containing magnetite, ferrochrome and ferromanganese ores, followed by the production of titanium slag, chromium and manganese alloys, respectively.

[0020] В данном описании ссылка на нагревание высушенных воздухом гранул в реакторе с неподвижным слоем приведена исключительно для примера и не является ограничением. На стадии предварительного восстановления вместо реактора с неподвижным слоем можно использовать реактор с подвижным слоем и вращающуюся печь. Важно, чтобы истирание гранул было минимальным и предварительно восстановленную мелочь можно было отделить от другого материала, например, с помощью магнитных или эквивалентных методов.[0020] In this description, reference to the heating of air-dried granules in a fixed bed reactor is by way of example only and is not limiting. In the preliminary reduction step, instead of a fixed bed reactor, a moving bed reactor and a rotary kiln can be used. It is important that the abrasion of the granules is minimal and that the previously restored fines can be separated from another material, for example, using magnetic or equivalent methods.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0021] Изобретение далее описано с помощью примера со ссылкой на прилагаемые фигуры.[0021] The invention is further described by way of example with reference to the accompanying figures.

Фигура 1 представляет собой блок-схему способа получения предварительно восстановленных углеродсодержащих ильменитовых микрогранул и последующей их плавки.Figure 1 is a flowchart of a method for producing pre-reduced carbon-containing ilmenite microspheres and their subsequent melting.

Фигура 2 представляет собой диаграмму, на которой показано влияние времени пребывания на степени предварительного восстановления и металлизации при 1000°С и 0,5 л СО/мин.Figure 2 is a diagram showing the effect of residence time on the degree of preliminary reduction and metallization at 1000 ° C. and 0.5 L CO / min.

Фигура 3 представляет собой диаграмму, на которой показано влияние расхода СО на степени предварительного восстановления и металлизации при 1000°С и времени пребывания 1 ч.Figure 3 is a diagram showing the effect of CO consumption on the degree of preliminary reduction and metallization at 1000 ° C and a residence time of 1 h.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

[0022] Изобретение далее описано на примере предварительного восстановления углеродсодержащих ильменитовых микрогранул. Пример представляет собой предпочтительное воплощение принципов изобретения, однако описанные в настоящем документе принципы можно адаптировать для предварительного восстановления титаномагнетитовых, феррохромных и ферромарганцевых руд.[0022] The invention is further described by the example of preliminary reduction of carbon-containing ilmenite microspheres. An example is a preferred embodiment of the principles of the invention, however, the principles described herein can be adapted for the preliminary reduction of titanomagnetite, ferrochromic and ferromanganese ores.

[0023] Сырую ильменитовую руду 10 подходящего размера подают в блендер 12. В блендер также подают угольную мелочь 14 крупностью менее 106 мкм и органическое связующее 16, представляющее собой одно связующее или композицию из смеси связующих.[0023] Raw ilmenite ore 10 of a suitable size is fed into a blender 12. Coal fines 14 with a particle size of less than 106 microns and an organic binder 16, which is one binder or a composition from a mixture of binders, are also fed into the blender.

[0024] Соотношение подаваемого угля и ильменита определяют с учетом практических соображений. Например, можно использовать стехиометрическое соотношение, которое обеспечивает полное восстановление железа в ильменитовой руде. Кроме того, добавление органического связующего или смеси органических связующих в количестве до 1% обусловлено физическими свойствами полученных гранул, в частности, прочностью гранул во влажном и высушенном воздухом состоянии. Полученные гранулы также должны обладать требуемыми (в дальнейшем процессе) характеристиками в условиях горячего реактора, чтобы не допустить растрескивания в результате чрезмерного набухания.[0024] The ratio of coal to ilmenite supplied is determined taking into account practical considerations. For example, you can use the stoichiometric ratio, which provides a complete reduction of iron in ilmenite ore. In addition, the addition of an organic binder or a mixture of organic binders in an amount of up to 1% is due to the physical properties of the obtained granules, in particular, the strength of the granules in a wet and air-dried state. The obtained granules should also have the required (in the further process) characteristics in a hot reactor, in order to prevent cracking as a result of excessive swelling.

[0025] С помощью блендера 12 получают углеродсодержащие ильменитовые микрогранулы крупностью от 2 до 5 мм. Затем указанные гранулы сушат воздухом (стадия 20).[0025] Using a blender 12 receive carbon-containing ilmenite microspheres with a particle size of from 2 to 5 mm Then, these granules are air dried (step 20).

[0026] После этого высушенные воздухом затвердевшие гранулы подвергают стадии термического предварительного восстановления 22 или смешанной стадии твердофазного предварительного восстановления 24. В каждом случае высушенные воздухом затвердевшие гранулы нагревают в реакторе с неподвижным слоем 26 в течение оптимального времени пребывания, как правило, от 0,5 до 4 часов.[0026] Thereafter, the air-dried solidified granules are subjected to a thermal pre-reduction stage 22 or a mixed solid-phase preliminary reduction stage 24. In each case, the air-dried solidified granules are heated in a fixed bed reactor 26 for an optimal residence time, typically from 0.5 up to 4 hours.

[0027] При использовании термического процесса предварительного восстановления гранулы нагревают в реакторе 26 до температуры от 1100 до 1200°С. При использовании смешанного подхода гранулы нагревают в реакторе 26 до температуры от 900 до 1000°С в контролируемой атмосфере восстановительного газа 30, который содержит одно или более веществ из СО, синтез-газа, природного газа и водорода. Восстановительный газ фильтруют через горячую гранулированную шихту в реакторе 26. Расход восстановительного газа регулируют для обеспечения требуемой степени восстановления. Расход также необходимо регулировать для оптимизации работы реактора, главным образом, теплового КПД и производственных затрат.[0027] When using the thermal pre-reduction process, the granules are heated in the reactor 26 to a temperature of from 1100 to 1200 ° C. Using a mixed approach, the granules are heated in a reactor 26 to a temperature of from 900 to 1000 ° C in a controlled atmosphere of a reducing gas 30, which contains one or more substances from CO, synthesis gas, natural gas and hydrogen. The reducing gas is filtered through a hot granular charge in the reactor 26. The flow rate of the reducing gas is adjusted to provide the desired degree of reduction. The flow rate also needs to be adjusted to optimize the operation of the reactor, mainly thermal efficiency and production costs.

[0028] Важные параметры процесса применительно к используемому способу предварительного восстановления включают распределение размеров зерен ильменита, состав гранул, размеры гранул, рабочую температуру, время пребывания и расход восстановительного газа.[0028] Important process parameters in relation to the pre-reduction method used include ilmenite grain size distribution, granule composition, granule size, operating temperature, residence time and flow rate of reducing gas.

[0029] При использовании в стабильных рабочих условиях каждый способ обеспечивает стабильную степень предварительного восстановления. Смешанный способ осуществляют при более низкой температуре, чем способ термического восстановления, однако смешанный способ обеспечивает более высокую степень предварительного восстановления по сравнению с термическим способом.[0029] When used in stable operating conditions, each method provides a stable degree of pre-recovery. The mixed method is carried out at a lower temperature than the thermal reduction method, however, the mixed method provides a higher degree of preliminary reduction compared to the thermal method.

[0030] Полностью или частично предварительно восстановленные ильменитовые гранулы 32 из реактора 26 можно подавать холодными или горячими в обычный процесс плавки ильменита 34.[0030] Fully or partially pre-reduced ilmenite granules 32 from the reactor 26 can be fed cold or hot to a conventional ilmenite smelting process 34.

[0031] Не ограничиваясь следующим далее объяснением, полагают, что органическое связующее обеспечивает более тесный контакт между ильменитом и угольной мелочью. Небольшой размер гранул в высоковосстановительной атмосфере способствует передаче тепла и массы при диффузии газообразных восстановителей, таких как СО и H₂, к реакционным центрам. Органическое связующее 16 выгорает при рабочей температуре, что приводит к локализованному восстановлению и способствует образованию трещин и пор в ильменитовых рудных зернах, содержащихся в гранулах 32. Поэтому удельные площади поверхности ильменитовых гранул увеличиваются, и скорость диффузии газового восстановителя к реакционным центрам повышается. В свою очередь это влияет на предварительное восстановление. Процесс восстановления может проходить плавно и эффективно несмотря на незначительное спекание гранул, которое возможно при повышенных температурах.[0031] Not limited to the following explanation, it is believed that the organic binder provides a closer contact between ilmenite and charcoal fines. The small granule size in a highly reducing atmosphere facilitates the transfer of heat and mass during diffusion of gaseous reducing agents, such as CO and H ₂ , to the reaction centers. Organic binder 16 burns out at operating temperature, which leads to localized reduction and promotes the formation of cracks and pores in ilmenite ore grains contained in granules 32. Therefore, the specific surface areas of ilmenite granules increase and the diffusion rate of the gas reducing agent to the reaction centers increases. In turn, this affects the preliminary recovery. The recovery process can proceed smoothly and efficiently despite slight sintering of the granules, which is possible at elevated temperatures.

[0032] Полностью или частично предварительно восстановленные углеродсодержащие ильменитовые гранулы, которые подают горячими или холодными в дуговую печь постоянного тока 34, уменьшают потребление электроэнергии в печи, помогают решить проблему вспенивания шлака и обеспечивают более высокое качества шлака ТiO₂ 36, полученного из печи 34.[0032] Fully or partially pre-reduced carbon-containing ilmenite granules, which are fed hot or cold to the DC arc furnace 34, reduce the energy consumption in the furnace, help solve the problem of foaming slag, and provide higher quality TiO ₂ 36 slag obtained from furnace 34.

[0033] В результате испытаний установлено, что оксид железа в гранулах почти полностью восстанавливается за счет использования смешанного процесса предварительного восстановления, который проводят при температуре 1000°С и времени пребывания 2 часа. Степень предварительного восстановления возрастала при увеличении температуры, времени пребывания и расхода восстановительного газа.[0033] As a result of the tests, it was found that the iron oxide in the granules is almost completely reduced by using a mixed pre-reduction process, which is carried out at a temperature of 1000 ° C and a residence time of 2 hours. The degree of preliminary reduction increased with increasing temperature, residence time and flow rate of reducing gas.

[0034] При использовании процесса термического предварительного восстановления при температуре от 1100 до 1200°С степень предварительного восстановления составляла примерно 85%. Данный показатель ухудшается при увеличении размера рудных зерен ильменита и увеличении крупности угольной мелочи.[0034] When using the thermal pre-reduction process at a temperature of from 1100 to 1200 ° C, the degree of pre-reduction was approximately 85%. This indicator worsens with an increase in the size of ore grains of ilmenite and an increase in the fineness of coal fines.

[0035] Примерно 4 тонны холодных предварительно восстановленных ильменитовых гранул плавили в дуговой печи постоянного тока. Потребление энергии в печи составляло от 0,6 до 0,7 кВтч/кг предварительно восстановленных ильменитовых гранул, то есть экономия электроэнергии по сравнению с обычным процессом плавки ильменита составила 30-40%. Процесс плавки был стабильным без видимых признаков вспенивания. Продукт 36 содержал примерно 95% ТiO₂ и примерно 3% FeO.[0035] About 4 tons of cold pre-reduced ilmenite granules were melted in a DC arc furnace. The energy consumption in the furnace ranged from 0.6 to 0.7 kWh / kg of pre-restored ilmenite granules, that is, energy savings compared to the normal process of melting ilmenite amounted to 30-40%. The melting process was stable with no visible signs of foaming. Product 36 contained approximately 95% TiO ₂ and approximately 3% FeO.

[0036] Таким образом, можно получить шлак с более высоким содержанием ТiO₂ (выше 90%) при использовании обычного ильменитового сырья в плавильных операциях без вспенивания. В способе в соответствии с настоящим изобретением в качестве сырья можно использовать более низкокачественный ильменит для получения шлака ТiO₂ с содержанием ТiO₂ по меньшей мере 85%.[0036] Thus, it is possible to obtain slag with a higher TiO ₂ content (above 90%) by using conventional ilmenite raw materials in melting operations without foaming. In the method according to the present invention as a raw material can be used over low-grade ilmenite to produce slag containing TiO ₂ from TiO ₂ at least 85%.

[0037] Изобретение описано со ссылкой на использование газообразного восстановителя. Однако вместо восстановительного газа 30 можно использовать твердый восстановитель, такой как антрацит или уголь. Кроме того, реактор 26, который, как правило, представляет собой реактор с неподвижным слоем, может быть заменен реактором с подвижным слоем или конфигурацией вращающейся печи при условии, что эффекты истирания между гранулами сведены к минимуму. Однако необходимо обеспечить возможность отделения предварительно восстановленных гранул от другого материала, выходящего из реактора, например, с помощью магнитных методов.[0037] The invention has been described with reference to the use of a gaseous reducing agent. However, instead of reducing gas 30, a solid reducing agent such as anthracite or coal can be used. In addition, the reactor 26, which is typically a fixed-bed reactor, can be replaced by a moving-bed reactor or rotary kiln configuration, provided that the abrasion effects between the granules are minimized. However, it must be possible to separate the pre-reduced granules from another material leaving the reactor, for example, using magnetic methods.

[0038] Можно использовать дополнительный углеродистый твердый восстановитель в избыточном количестве для уменьшения содержания остаточного железа в шлаке до менее 6% без вспенивания шлака.[0038] An excess amount of carbonaceous solid reducing agent can be used to reduce the residual iron content in the slag to less than 6% without foaming the slag.

ОПИСАНИЕ ПИЛОТНОГО ИСПЫТАНИЯ СПОСОБА В СООТВЕТСТВИИ С ИЗОБРЕТЕНИЕМDESCRIPTION OF THE PILOT TEST METHOD IN ACCORDANCE WITH THE INVENTION

[0039] Для осуществления плавки предварительно восстановленных ильменитовых гранул использовали дуговую печь мощностью 200 кВт постоянного тока. Печь имела наружный диаметр 1 м, стальной кожух с водяным охлаждением, облицованный одним слоем расположенных в три ряда магнезито-хромовых кирпичей, и рабочее пространство, облицованное магнезиальным огнеупором. Внутренний диаметр (ID) тигля печи с огнеупорной футеровкой составлял 0,656 м. Печь была оборудована сводом, выложенным глиноземом, и кожухом, закрепленным на куполообразном основании. Для выпуска потока как расплавленного шлака, так и металла использовали одно выпускное отверстие. Расположенный в центре печи один графитовый электрод диаметром 40 мм выполнял функцию катода, а анод состоял из стальных штифтов, расположенных в рабочем пространстве. Система подачи включала отдельные бункеры для подачи антрацита и предварительно восстановленных гранул ильменита в загрузочную трубу. Печь была оборудована системой отвода газа для очистки полученного технологического газа перед выпуском в атмосферу.[0039] For the smelting of pre-reduced ilmenite granules, an arc furnace of 200 kW direct current was used. The furnace had an outer diameter of 1 m, a water-cooled steel casing, lined with one layer of magnesite-chrome bricks arranged in three rows, and a working space lined with magnesia refractory. The inner diameter (ID) of the crucible of the furnace with refractory lining was 0.656 m. The furnace was equipped with a vault lined with alumina and a casing mounted on a domed base. A single outlet was used to discharge a stream of both molten slag and metal. Located in the center of the furnace, a single graphite electrode with a diameter of 40 mm served as a cathode, and the anode consisted of steel pins located in the working space. The feed system included separate silos for feeding anthracite and pre-restored ilmenite granules into the feed pipe. The furnace was equipped with a gas exhaust system to purify the produced process gas before being released to the atmosphere.

[0040] Углеродсодержащие ильменитовые гранулы, содержащие полученный ильменит и стехиометрическое количество антрацита, получали с использованием проприетарного органического связующего вещества в требуемом количестве. Полученный ильменит имел распределение частиц по размерам D100 в диапазоне размеров от 38 мкм до 150 мкм. Антрацит был измельчен до D₈₅ класса 106 мкм для упрощения его введения в состав ильменитовых гранул. Гранулы готовили в пилотной установке для гранулирования, содержащей наклонный вращающийся лоток диаметром 985 мм и глубиной 170 мм. Измеряли механическую прочность гранул и обнаружили, что она варьировались в зависимости от типа и дозы используемого связующего в пределах от 0,01 до 0,03 МПа для сырых гранул и 0,81-1,50 МПа для затвердевших гранул в условиях окружающей среды.[0040] Carbon-containing ilmenite granules containing the obtained ilmenite and a stoichiometric amount of anthracite were prepared using a proprietary organic binder in the required amount. The resulting ilmenite had a particle size distribution of D100 in the size range from 38 μm to 150 μm. Anthracite was ground to D ₈₅ class 106 μm to simplify its introduction into the composition of ilmenite granules. Granules were prepared in a pilot granulation plant containing an inclined rotating tray with a diameter of 985 mm and a depth of 170 mm. The mechanical strength of the granules was measured and found that it varied depending on the type and dose of the binder used, ranging from 0.01 to 0.03 MPa for raw granules and 0.81-1.50 MPa for hardened granules under ambient conditions.

[0041] Партии затвердевших гранул, каждая по 250 кг, были восстановлены в муфельной печи с электрическим нагревом, работавшей при контролируемой температуре 1100°С. В ходе обжига в течение 3 ч в общей сложности 5 кг СО периодически подавали через шихту в реакторе с интервалом 10 минут. Гранулы загружали в один лоток размером 1700 мм × 900 мм с областью загрузки с ситом, действующим в качестве распределительной камеры для восстановительного газа.[0041] A set of hardened granules, each of 250 kg, was recovered in an electrically heated muffle furnace operating at a controlled temperature of 1100 ° C. During firing for 3 hours, a total of 5 kg of CO was periodically fed through the charge in the reactor at an interval of 10 minutes. The granules were loaded into a single tray measuring 1700 mm × 900 mm with a loading area with a sieve acting as a distribution chamber for reducing gas.

[0042] Проводили химический анализ как сырых, так и предварительно восстановленных ильменитовых материалов в различных условиях; в частности, анализ степеней окисления железа (Fe3⁺, Fe²⁺ и Fe⁰) использовали для расчета предварительного восстановления и металлизации гранул. Поэтому допускали незначительное восстановление оксидов титана в течение всего испытания и степень предварительного восстановления рассчитывали на основе массового баланса кислорода, связанного с каждым граммом железа до и после предварительного восстановления. Для расчета степеней предварительного восстановления и металлизации использовали уравнения [1] и [2] соответственно.[0042] Conducted a chemical analysis of both raw and pre-reduced ilmenite materials under various conditions; in particular, an analysis of the oxidation states of iron (Fe3 ⁺ , Fe ^2+, and Fe ⁰ ) was used to calculate the preliminary reduction and metallization of the granules. Therefore, a slight reduction of titanium oxides was allowed throughout the test and the degree of preliminary reduction was calculated based on the mass balance of oxygen associated with each gram of iron before and after the preliminary reduction. To calculate the degrees of preliminary reduction and metallization, equations [1] and [2] were used, respectively.

[0043] Результаты химических анализов руды и антрацита приведены в Таблице 1 и Таблице 2 соответственно.[0043] The results of chemical analyzes of ore and anthracite are shown in Table 1 and Table 2, respectively.

<0,05: концентрацию аналита невозможно точно определить количественно, так как она находится ниже предела обнаружения (LOD)<0.05: analyte concentration cannot be accurately quantified since it is below the detection limit (LOD)

Общее количество Fe в образце выражено как % FeO.The total amount of Fe in the sample is expressed as% FeO.

[0044] Всего получили примерно 3,6 т предварительно восстановленных гранул. Гранулы упаковали в мешки 1 м³, из которых отобрали пять составных образцов. Химический анализ пяти составных образцов приведен в Таблице 3.[0044] In total, approximately 3.6 tons of pre-reconstituted granules were obtained. The granules were packed in 1 m ³ bags, of which five composite samples were taken. Chemical analysis of the five composite samples is shown in Table 3.

[0045] Рассчитанные степени предварительного восстановления и металлизации для пяти составных образцов представлены в Таблице 4.[0045] The calculated degrees of preliminary reduction and metallization for the five composite samples are presented in Table 4.

[0046] В Таблицах 3 и 4 показано, что в результате однородных условий работы печи получены гранулы, предварительно восстановленные до постоянной степени.[0046] Tables 3 and 4 show that as a result of the homogeneous operating conditions of the furnace, granules are obtained that have been previously restored to a constant degree.

[0047] В результате лабораторных испытаний в трубчатом реакторе диаметром 80 мм установлена очень важная характеристика данного процесса, представленная на Фигурах 2 и 3. В испытаниях, проведенных при температуре 1000°С, было показано, что степени предварительного восстановления и металлизации связаны со временем пребывания и расходом СО. Увеличение расхода СО оказывает положительное влияние на результаты, что позволяет предположить, что диффузия СО играет значительную роль в данном процессе.[0047] As a result of laboratory tests in a tubular reactor with a diameter of 80 mm, a very important characteristic of this process was established, shown in Figures 2 and 3. In tests conducted at a temperature of 1000 ° C, it was shown that the degrees of preliminary reduction and metallization are related to the residence time and consumption of CO. An increase in CO consumption has a positive effect on the results, which suggests that CO diffusion plays a significant role in this process.

[0048] Непрерывную плавку частично восстановленных ильменитовых гранул (предварительное восстановление примерно 70%) проводили для демонстрации стабильной работы печи, а также получения шлака стабильного качества, в частности, шлака с содержанием ТiO₂ более 85%. Задачей испытаний также было подтверждение конкретной энергоемкости процесса. Результаты анализа шлака представлены в Таблице 5 ниже.[0048] Continuous melting of partially reduced ilmenite granules (preliminary recovery of about 70%) was performed to demonstrate the stable operation of the furnace, as well as to obtain slag of stable quality, in particular, slag with a TiO ₂ content _of more than 85%. The objective of the tests was also to confirm the specific energy intensity of the process. Slag analysis results are presented in Table 5 below.

* по различию* by difference

[0049] Содержание FeO в шлаке всего 1,3% было обеспечено без видимых признаков вспенивания шлака. Указанное состояние сохранялось на протяжении длительного периода, в течение которого наблюдали стабильную работу печи и получали шлаки с постоянным содержанием FeO. Результаты данного конкретного испытания свидетельствуют о технической возможности плавки частично восстановленного ильменита и эксплуатации печи с более низким содержанием FeO в шлаке.[0049] The content of FeO in the slag of only 1.3% was provided without visible signs of foaming of the slag. The indicated state was maintained for a long period during which stable operation of the furnace was observed and slags with a constant FeO content were obtained. The results of this specific test indicate the technical feasibility of melting partially reduced ilmenite and operating a furnace with a lower FeO content in slag.

[0050] Дуговую печь 200 кВт постоянного тока эксплуатировали при мощности 115-140 кВт и соответствующем напряжении 100-115 В. Измеряли стабильные тепловые потери печи в диапазоне 60-90 кВт. Средние температуры выпуска плавки, измеренные с использованием оптического пирометра, составляли от 1670 до 1780°С. Удельное потребление энергии (SER) для плавки предварительно восстановленных углеродсодержащих гранул составляло от 0,6 до 0,7 кВтч/кг предварительно восстановленного ильменита. Снижение электропотребления печи на 30-40% по сравнению с обычным процессом плавки может быть обеспечено при условии предварительного восстановления по меньшей мере 70%. Сопротивление дуги измеряли в различных условиях, исследованных для прогнозирования стабильности дуги печи. Было обнаружено, что сопротивление дуги составляет от 0,0168 до 0,0240 Ом⋅см, что близко к 0,0175 Ом⋅см, то есть типичному значению сопротивления дуги в процессах плавки в атмосферах, насыщенных СО (в отсутствие вспенивания).[0050] An arc furnace of 200 kW DC was operated at a power of 115-140 kW and a corresponding voltage of 100-115 V. The stable heat loss of the furnace was measured in the range of 60-90 kW. The average temperature of the release of the melt, measured using an optical pyrometer, ranged from 1670 to 1780 ° C. Specific energy consumption (SER) for smelting pre-reduced carbon-containing granules ranged from 0.6 to 0.7 kWh / kg of pre-reduced ilmenite. A reduction in furnace power consumption of 30–40% compared with a conventional smelting process can be achieved if at least 70% is preliminarily restored. Arc resistance was measured under various conditions investigated to predict the stability of the furnace arc. It was found that the arc resistance is from 0.0168 to 0.0240 Ohm⋅cm, which is close to 0.0175 Ohm⋅cm, that is, the typical value of the arc resistance in melting processes in atmospheres saturated with CO (in the absence of foaming).

Claims

1. A method of obtaining a pre-reduced ilmenite ore for smelting, in which the metal oxides contained in the ore are selectively reduced in solid-phase reactions relative to titanium oxide and which includes the step of pre-reduction of carbon-containing ore granules, the granules being less than 6 mm in size and obtained from an ore mixture , coal fines and an organic binder.

2. The method according to p. 1, characterized in that the metal oxides other than titanium oxides in the granules are preliminarily reduced to the maximum extent.

3. The method according to p. 1, characterized in that the granules have a size of from 2 to 5 mm

4. The method according to p. 1, characterized in that the coal fines has a size of 106 microns.

5. The method according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the ratio of the content of coal and metal oxide is determined using a stoichiometric ratio for the complete reduction of iron in the ore.

6. The method according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that the content of the organic binder is from 0 to 1%.

7. The method according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that they use one organic binder or a mixture of organic binders.

8. The method according to any one of paragraphs. 1-7, characterized in that the solidification of the granules in air occurs for at least 4 days.

9. The method according to p. 8, characterized in that the mechanical strength of the granules is approximately 600 N.

10. The method according to any one of paragraphs. 1-9, characterized in that the content of iron oxide in the ore is less than 10%.

11. The method according to any one of paragraphs. 1-10, characterized in that the granules are subjected to a thermal reduction process or a mixed solid phase reduction process.

12. The method according to p. 11, characterized in that the granules are heated in a fixed-bed reactor for a period of time from 0.5 to 4 hours.

13. The method according to p. 12, characterized in that they use the stage of thermal pre-reduction and the granules are heated to a temperature of from 1100 to 1200 ° C.

14. The method according to p. 11 or 12, characterized in that use the mixed stage of solid-phase pre-reduction and the granules are heated to a temperature of from 900 to 1000 ° C.

15. The method according to p. 14, characterized in that the reducing gas is filtered through a hot charge in a fixed-bed reactor.

16. The method according to p. 15, characterized in that the reducing gas contains at least one of the following substances, including carbon monoxide, synthesis gas (CO + H ₂ ), natural gas and hydrogen.

17. The method according to any one of paragraphs. 1-16, characterized in that the smelting is carried out in a direct current arc furnace at a temperature of from 1650 to 1750 ° C.