RU2317342C2 - Способ восстановления оксидов металлов - Google Patents
Способ восстановления оксидов металлов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2317342C2 RU2317342C2 RU2006100799/02A RU2006100799A RU2317342C2 RU 2317342 C2 RU2317342 C2 RU 2317342C2 RU 2006100799/02 A RU2006100799/02 A RU 2006100799/02A RU 2006100799 A RU2006100799 A RU 2006100799A RU 2317342 C2 RU2317342 C2 RU 2317342C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxides
- mixture
- charge
- reduction
- final product
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 6
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 title claims abstract description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000012467 final product Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 13
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 9
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 24
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 31
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 17
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 12
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 10
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 6
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 3
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 2
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010913 used oil Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 1
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 150000002013 dioxins Chemical class 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 150000002240 furans Chemical class 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии, в частности к восстановлению оксидов металлов углеродсодержащими веществами и получению конечного продукта в различном фазовом состоянии. Шихту в виде смеси подготовленных оксидов и восстановителя подают в нагреваемую печь, осуществляют перемещение шихты в направлении роста температуры, пропускают через шихту образующуюся газовую смесь в направлении роста температуры. Подготовленные оксиды имеют размер частиц не более 2-4 мм. В качестве восстановителя используют углеводороды, и/или кислородные производные углеводородов, и/или их полимеры. Завершают процесс восстановления в интервале температур образования конечного продукта в заданном фазовом состоянии. Изобретение позволит увеличить скорость восстановления оксидов. 3 ил., 6 табл.
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к восстановлению оксидов металлов углеродсодержащими веществами и получению конечного продукта в различном фазовом состоянии.
Известен способ прямого получения железа (Б.В.Некрасов. Основы общей химии. 3-е изд. М.: «Химия», 1973, Т.II, с.328, п.18), заключающийся в осуществлении процесса в наклоненной вращающийся печи. В печь непрерывно загружают измельченную смесь руды и топлива, которая затем постепенно продвигается к выходу, соприкасаясь по пути с идущим ей навстречу током воздуха (содержащего примесь газообразного и пылевидного топлива). За время своего пребывания в печи (6-8 часов) руда последовательно подвергается подогреву, восстановлению и спеканию. Так как конечный продукт до плавления не доводится, он представляет собой легко разделяемую смесь небольших кусков шлака и железного скрапа, содержащего около 95% железа.
Недостатки способа: низкая производительность и экономичность, насыщенность металла азотом и водородом, значительные габариты устройства (длина около 60 метров и более).
Известен способ получения стали и устройство для его осуществления (пат. РФ №2127321, С21С 5/52, С21В 13/12, опубл. 10.03.1999, БИ №7), в котором сталь получают в индукционной печи канального типа, осуществляя нагрев железосодержащей шихты и углеродсодержащего материала, прямое восстановление и плавление железосодержащей шихты. Температуру жидкого продукта поддерживают выше температуры его ликвидуса, предпочтительно на 50-100°С путем регулирования количества тепла, подаваемого в печь, и/или скорости загрузки шихты в печь в течение процесса восстановления и плавления. Жидкую сталь выпускают из печи предпочтительно при температуре от 1580 до 1620°С с содержанием в ней около 0,1% углерода.
Недостатки способа заключаются в значительных затратах по подготовке шихты, необходимости грануляции оксидов с восстановлением, восстановление оксидов протекает преимущественно в жидкой фазе, поскольку сжигание СО до СО2 предполагает наличие окислительной атмосферы. В этом процессе невозможно использовать в качестве компонентов шихты замасленной окалины.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ для выплавки очень чистого железа (Б.В.Некрасов. Основы общей химии, изд. 3-е. М.: «Химия», 1973, Т II, с.328, п.17), в котором используют электрические доменные печи, нагревание которых до необходимой температуры достигается за счет поступающего к электродам, погруженным в шихту, электрического тока. Воздух в подобные печи не вводят, а уголь загружают лишь в количестве, необходимом для восстановления руды. Часть образующихся газов возвращают обычно в домну (чтобы сохранить тепло).
Недостатками способа являются необходимость проведения технологических операций по приданию компонентам шихты определенной формы (агломерация, брикетирование, гранулирование) для обеспечения газопроницаемости «столба» шихты, находящейся в печи. Поэтому процесс восстановления протекает в диффузионном малопроизводительном режиме. А также невозможность использования в качестве восстановителя потенциально высокоактивных, чистых от примесей жидких и твердых (при нормальных условиях) углеводородов, их кислородных производных и их полимеров.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в увеличении скорости восстановления оксидов, осуществлении контроля за процессом восстановления и возможности завершения его с получением продукта в заданном фазовом состоянии.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе восстановления оксидов металлов, включающем подготовку оксидов, подачу шихты в виде смеси оксидов и восстановителя в нагреваемую печь, осуществление перемещения шихты в направлении роста температуры, пропускание через шихту образующейся газовой смеси и получение конечного продукта, согласно изобретению подготовленные оксиды имеют размер частиц не более 2-4 мм, в качестве восстановителя используют углеводороды, и/или кислородные производные углеводородов, и/или их полимеры, газовую смесь попускают через шихту в направлении роста температуры, а завершают процесс восстановления в интервале температур образования конечного продукта в заданном фазовом состоянии.
При осуществлении предлагаемого способа выполняют измельчение исходного материала до размера частиц не более 2-4 мм, которое необходимо для получения развитой поверхности восстанавливаемых оксидов. При большем размере частиц диффузия газов-восстановителей вглубь частицы начинает лимитировать скорость процесса восстановления. Кроме того, возможен процесс неравномерного распределения восстановителя между частицами оксидов. А более тонкое измельчение резко увеличивает затраты на подготовку. Развитая поверхность частиц способствует более равномерному распределению восстановителя в процессе приготовления шихты. Соответственно, требуется измельчение и твердого восстановителя (например, полиэтилена, парафина и т.п.). Затем смешивают измельченные оксиды с восстановителем. Количество вводимого измельченного восстановителя в шихту может быть рассчитано, если известны содержание углерода, водорода и кислорода в нем. Если состав восстановителя неизвестен, количество вводимого восстановителя в шихту определяется экспериментом. Количество введенного в шихту восстановителя определяет качество получаемого продукта по содержанию углерода в нем.
При необходимости, если оксиды и/или восстановитель содержат вредные для качества конечного продукта примеси, в шихту вводят ингредиенты, переводящие примеси в шлак, например известь или соду для удаления серы из металла в шлак.
Приготовленную шихту загружают в нагреваемую печь, через которую она непрерывно перемещается под собственным весом или принудительно в направлении роста температуры. В интервале температур от исходной до 600°С происходит плавление, кипение, частичное разложение восстановителя. Образующиеся пары и газы распространяются через поры измельченной до размеров не более 2-4 мм шихты в зону пониженных температур до того момента, пока не произойдет закупорка пор шихты. Если закупорка пор шихты не происходит, например при отсутствии в шихте пылевидной фракции или наличии компонента шихты с высокой летучестью паров при нормальных условиях, то распространение паров и газов в направлении, обратном градиенту температуры, устраняют, используя затворы, объемные дозаторы и др. В направлении роста температур препятствий для распространения газов нет, поскольку в этом направлении пористость шихты непрерывно возрастает из-за удаления восстановителя. В интервале температур 700°С и выше происходит разложение углеводородов, и/или кислородных производных углеводородов, и/или их полимеров на сажистый углерод и водород, которые при этих температурах активно восстанавливают оксиды с образованием СО2 и Н2О, а они, в свою очередь, взаимодействуют с сажей с образованием СО и Н2. Активному процессу восстановления оксидов способствует увеличение пористости шихты по мере ее продвижения в направлении градиента температуры. Так, в интервале температур от исходной до 800°С, пористость увеличивается за счет испарения и распада углеводородов, их кислородных производных и их полимеров.
В интервале температур от 500°С и выше протекают процессы восстановления оксидов с уменьшением объема твердой фазы и увеличением пористости. При температурах выше 1000°С макропористость может уменьшаться за счет пластической деформации твердой массы.
В качестве восстановителя можно использовать любые природные или искусственные углерод-, водород- и кислородсодержащие вещества, например нефтепродукты, сахариды и их полимеры, полиэтилены и т.д. Условия их применения ограничены содержанием вредных для конечного продукта примесей, которыми, как правило, являются сера, фосфор, азот и т.д.
Существенным свойством органических веществ является необратимая термическая диссоциация при температурах выше 800°С, в результате которой молекулы распадаются на более простые. Так, в интервале температур 800-1000°С и при нормальном давлении органические вещества распадаются на элементарные составляющие С, Н2, СО, Н2О. При этом углерод образуется в достаточно химически активной форме - сажистого углерода.
Если конечным продуктом восстановления оксидов является металлический порошок, например губчатое железо, образующееся в интервале температур 600-1000°С, то при дальнейшем продвижении в печи его охлаждают и удаляют.
Если конечным продуктом восстановления оксидов является чугун, то образовавшееся губчатое железо перемещают через зону печи с температурой 1300-1400°С, где происходит окончательное насыщение металла углеродом и расплавление. Содержание углерода в чугуне определяется содержанием углерода в шихте.
Если конечным продуктом восстановления оксидов является сталь, то образовавшееся губчатое железо перемещают через зоны печи с температурами 1300-1400°С и 1400-1600°С, где происходит плавление губчатого железа, а содержание углерода определяется количеством введенных углеродсодержащих веществ в шихту.
Важнейшим свойством при реализации способа является факт, что отходящие газы состоят практически из окиси углерода и водорода, если используемые в процессе углеводороды, и/или их кислородные производные, и/или их полимеры не загрязнены соединениями азота, серы, фосфора, хлора и другими элементами, влияющими на качество конечного продукта. Поэтому термическому разложению органической составляющей шихты на углерод и водород способствуют: высокая температура (выше 900°С), фильтрация паров через микропористую шихту, выполнение оксидами железа функции окислителя, а губчатым железом - функции катализатора.
Даже при использовании в качестве шихты или добавки к шихте промышленных отходов, например замасленной окалины, отходящие газы не будут содержать не разложившихся на элементы органических соединений или синтезировать их, например диоксинов, фуранов и других экологически вредных веществ. А вот использование замасленной окалины в составе агломерационной шихты, сжигание отработанных масел в печах (электросталеплавильных и доменных) лишены этого достоинства. Высокая температура, восстановительный потенциал, отсутствие азота в отходящих газах позволяет использовать их, например, для косвенного восстановления оксидов (без участия твердого углерода) в известных устройствах. Таким образом, как следует из описания механизма протекающих процессов при реализации способа, использование углеводородов, и/или их кислородных производных, и/или их полимеров позволяет обеспечить проток их паров и продуктов термической диссоциации в направлении градиента температуры в зону температур, при которых протекают фазовые превращения оксидов в металлы. При этом условие измельчения компонентов шихты практически ликвидирует диффузионные ограничения скорости восстановления оксидов. В итоге скорость процесса определяется температурным интервалом фазового превращения, а качество продукта или содержание углерода в металле определяется количеством введенного в шихту восстановителя. При этом завершить процесс восстановления оксидов можно как на стадии фазового превращения «оксид - твердый металл», так и на стадии фазового превращения «твердый металл - жидкий металл» в зависимости от требований, предъявляемых к фазовому состоянию конечного продукта.
Изобретение иллюстрируется следующими схемами.
На фиг.1 изображена схема устройства для реализации способа восстановления оксидов для получения металлического порошка.
На фиг.2 изображена схема устройства для реализации способа восстановления оксидов для получения чугуна.
На фиг.3 изображена схема устройства для реализации способа восстановления оксидов для получения стали.
На схемах устройства, представленного в разрезе, показаны приемный бункер 1 для шихты, печь 2 с внешним обогревом и теплоизоляцией, шихта 3, вращающаяся фреза 4 для дробления губчатого железа, емкость 5 для охлаждения и накопления губчатого железа, а также отвода избытка газов, сосуд 6 для приема жидкого металла и шлака.
Способ осуществляют следующим образом.
Для подготовки шихты смешивают, например, прокатную окалину дисперсностью не более 2-4 мм, состав которой приведен в таблице 1, с отработанными маслами из отстойников замасленной окалины до различной концентрации, в пределах, например, от 7 до 16 вес.%. Состав отработанных масел приведен в таблице 2. Кроме того, в качестве восстановителя в шихту вводили полимеры углеводородов - порошок полиэтилена и полиэтилентерефталат. В шихту также добавляли кальцинированную соду в пределах 1-2 вес.% для перевода серы, содержащейся в шихте, в шлак.
| Таблица 1 | |||||||
| Состав прокатной окалины для шихты | |||||||
| Прокатная окалина | Feобщ | SiO2 | СаО | MnO | MgO | S | Р |
| Вес.% | 68 | 1,5 | 0,4 | 2,0 | 0,1 | 0,1 | 0,08 |
| Таблица 2 | ||||||
| Состав отработанных масел | ||||||
| Масло из вторичного отстойника | CmHn | Cсвободный | CxHyOz | S | Битумоподобные | Минеральный остаток |
| Вес.% | 83 | 8 | 5 | 0,1 | 2 | 2 |
В приемный бункер 1 непрерывно нагреваемой печи 2 загружали приготовленную шихту 3 (фиг.1-3), которая перемещалась в направлении градиента температуры под собственным весом. Образующиеся пары и газы не способны проникнуть в направлении приемного бункера из-за газовой непроницаемости шихты и продвигались в направлении градиента температуры посредством фильтрации через микропоры шихты. Образующаяся сажа задерживалась в порах шихты и вступала в реакцию с оксидами. В результате на выходе из печи истекал газ, не содержащий аэрозолей и при горении окрашенный в желтоватый цвет (наличие ионов натрия в шихте).
Кроме того, способ может быть реализован и с помощью подвода тепла к шихте, например, дуговым разрядом. Для этого возможно использование с некоторыми усовершенствованиями устройства, в котором реализован способ по прототипу. В частности, образующиеся в печи газы отводят из нее на уровне поверхности расплава («болота»). В такой печи дуговым разрядом вводят тепло в расплав металла, часть тепла расходуется на плавление губчатого металла, поры которого заполнены сажей, а другая часть отводится через столб шихты в направлении, обратном ее перемещению, и расходуется на нагрев и протекание реакций восстановления оксидов.
В результате, в зависимости от количества тепла, вводимого дуговым разрядом, система приходит к стационарному состоянию, в котором скорость перемещения шихты по величине совпадает со скоростью распространения тепла в столбе шихты. При этом, поскольку шихта мелкодисперсна и газопроницаема вблизи расплава, а восстановитель высокоактивен, скорость реакции восстановления не лимитирует скорость процесса в целом. Образующийся расплав металла непрерывно отводится их печи. Энергетический и восстановительный потенциал отходящих газов используют, например, отводя их в электрическую доменную печь, уменьшая при этом расход восстановителя в шихте.
Для получения губчатого железа использовали устройство, изображенное на фиг.1. В зависимости от содержания масла в шихте были получены металлические порошки, состав которых приведен в таблице 3. Из таблицы следует, что содержание углерода в порошке, а также полноту восстановления оксидов можно контролировать, изменяя содержание восстановителя в шихте.
| Таблица 3 | |||||||
| Состав полученного губчатого железа | |||||||
| Содержание масла в шихте, вес.% | Содержание элементов в металлическом порошке, вес.% | ||||||
| Cраств | Si | Mn | S | Р | Cсажа | Шлак | |
| 7 | 0,1 | 0,05 | 0,05 | 0,015 | 0,01 | Нет | 20 |
| 8 | 0,5 | 0,1 | 0,3 | 0,03 | 0,03 | 0,5 | 10 |
| 10 | 0,8 | 0,3 | 0,3 | 0,03 | 0,04 | 1,2 | 6 |
| 13 | 1,2 | 0,5 | 0,4 | 0,05 | 0,05 | 5 | 4 |
Для получения чугуна использовали устройство, изображенное на фиг.2. В зависимости от содержания масла в шихте (13 и 15%) получили чугун с различным содержанием углерода (таблица 4), а при недостаточном количестве масла в шихте (10%) была получена сталь.
| Таблица 4 | ||||||
| Состав полученного чугуна и стали | ||||||
| Содержание масла в шихте, вес.% | Содержание элементов в чугуне, вес.% | |||||
| С | Si | Mn | S | Р | Шлак | |
| 10 | 1 | 0,5 | 0,4 | 0,02 | 0,03 | 6 |
| 13 | 3 | 0,8 | 0,6 | 0,02 | 0,03 | 6 |
| 15 | 4 | 1,2 | 0,8 | 0,02 | 0,03 | 6 |
Для получения стали использовали устройство, изображенное на фиг.3. В зависимости от содержания масла в шихте получали сталь с различным содержанием углерода (таблица 5).
| Таблица 5 | ||||||
| Состав полученной стали | ||||||
| Содержание масла в шихте, вес.% | Содержание элементов в стали, вес.% | |||||
| С | Si | Mn | S | Р | Шлак | |
| 7 | 0,15 | 0,03 | 0,03 | 0,01 | 0,01 | 10 |
| 8 | 0,8 | 0,01 | 0,04 | 0,01 | 0,01 | 8 |
| 10 | 1,2 | 0,1 | 0,8 | 0,05 | 0,03 | 4 |
С использованием устройства, изображенного на фиг.1, проводили также восстановление вольфрамового ангидрида, но с конечной температурой 1400°С и градиентом 500 град/м в интервале температур 900-1400°С. Порошок вольфрамового ангидрида с размером частиц до 20-30 мкм смешивали с глицерином. В зависимости от содержания глицерина в шихте получали порошок вольфрама различного качества (таблица 6). Скорость восстановления составляла 0,3 м/мин при градиенте температуры 500 град/м в интервале температур 900-1400°С.
| Таблица 6 | |||
| Состав полученного вольфрамового порошка | |||
| Содержание глицерина в шихте, вес.% | Содержание углерода в вольфрамовом порошке, вес.% | Кислород в форме оксида, вес.% | |
| 10 | 0,1 | 30 | |
| 15 | 0,3 | 1 | |
| 20 | 3,0 | 0,05 | |
Использование предлагаемого способа позволяет осуществлять непрерывный процесс восстановления оксидов металлов с получением восстановленного продукта в заданном фазовом состоянии (твердом или жидком) в форме металлического порошка, губки, сплавов восстановленного металла с углеродом и другими металлами, содержащимися в шихте в форме оксидов. А также обеспечивает повышение производительности на единицу объема печи и увеличивает скорость восстановления оксидов. Способ позволяет применять в качестве компонентов шихты использованную тару и другие отходы из полимерных материалов, а также утилизировать замасленную окалину, что особенно актуально для экологического обеспечения процесса.
Claims (1)
- Способ восстановления оксидов металлов, включающий подготовку оксидов, подачу шихты в виде смеси оксидов и восстановителя в нагреваемую печь, осуществление перемещения шихты в направлении роста температуры, пропускание через шихту образующейся газовой смеси и получение конечного продукта, отличающийся тем, что подготовленные оксиды имеют размер частиц не более 2-4 мм, в качестве восстановителя используют углеводороды, и/или кислородные производные углеводородов, и/или их полимеры, газовую смесь пропускают через шихту в направлении роста температуры, а завершают процесс восстановления в интервале температур образования конечного продукта в заданном фазовом состоянии.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006100799/02A RU2317342C2 (ru) | 2006-01-10 | 2006-01-10 | Способ восстановления оксидов металлов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006100799/02A RU2317342C2 (ru) | 2006-01-10 | 2006-01-10 | Способ восстановления оксидов металлов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006100799A RU2006100799A (ru) | 2007-07-27 |
| RU2317342C2 true RU2317342C2 (ru) | 2008-02-20 |
Family
ID=38431393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006100799/02A RU2317342C2 (ru) | 2006-01-10 | 2006-01-10 | Способ восстановления оксидов металлов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2317342C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2553170C2 (ru) * | 2010-11-30 | 2015-06-10 | Мидрекс Текнолоджиз, Инк. | Электрическая печь для получения расплавленного металла, выполненная с возможностью рециклинга материала |
| RU2634820C2 (ru) * | 2016-03-22 | 2017-11-03 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ВакЭТО" (ООО НПП ВакЭТО) | Способ получения металлического неодима из его оксида |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2158768C1 (ru) * | 2000-03-20 | 2000-11-10 | Книга Анатолий Алексеевич | Способ выплавки металла путем прямого восстановления в металлургическом реакторе непрерывного действия и металлургический реактор непрерывного действия вертикального типа |
| RU2158776C1 (ru) * | 2000-02-21 | 2000-11-10 | Открытое акционерное общество "Кольская горно-металлургическая компания" | Способ восстановления закиси никеля |
-
2006
- 2006-01-10 RU RU2006100799/02A patent/RU2317342C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2158776C1 (ru) * | 2000-02-21 | 2000-11-10 | Открытое акционерное общество "Кольская горно-металлургическая компания" | Способ восстановления закиси никеля |
| RU2158768C1 (ru) * | 2000-03-20 | 2000-11-10 | Книга Анатолий Алексеевич | Способ выплавки металла путем прямого восстановления в металлургическом реакторе непрерывного действия и металлургический реактор непрерывного действия вертикального типа |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2553170C2 (ru) * | 2010-11-30 | 2015-06-10 | Мидрекс Текнолоджиз, Инк. | Электрическая печь для получения расплавленного металла, выполненная с возможностью рециклинга материала |
| RU2634820C2 (ru) * | 2016-03-22 | 2017-11-03 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ВакЭТО" (ООО НПП ВакЭТО) | Способ получения металлического неодима из его оксида |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006100799A (ru) | 2007-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2321439B1 (de) | Verfahren zum aufarbeiten von festen oder schmelzflüssigen stoffen | |
| US8764875B2 (en) | Method and apparatus for coproduction of pig iron and high quality syngas | |
| DE69010901T2 (de) | Herstellung von ferrolegierung in einem schmelzbadreaktor. | |
| RU2220208C2 (ru) | Способ получения металлического железа и устройство для его осуществления | |
| WO1999016913A1 (en) | Rotary hearth furnace for reducing oxides, and method of operating the furnace | |
| AU747819B2 (en) | Method for heat-treating recyclings containing oil and iron oxide | |
| JPH11172312A (ja) | 移動型炉床炉の操業方法および移動型炉床炉 | |
| KR100252708B1 (ko) | 용융금속을 생산하기 위한 방법 및 장치 | |
| JP2002522642A (ja) | 重金属及び鉄酸化物を含有する残滓物質の熱処理方法 | |
| RU2518837C2 (ru) | Способ получения вспененного шлака на расплаве нержавеющего металла в конвертере | |
| JPS6050737B2 (ja) | 冶金スラグの価値を高めるための方法と設備 | |
| RU2317342C2 (ru) | Способ восстановления оксидов металлов | |
| JPH0429732B2 (ru) | ||
| GB2054657A (en) | Process and installation for the treatment of dust and sludge from blast furnaces, and electric furnaces and converters of steel works | |
| KR100840722B1 (ko) | 산화철과 산화아연이 함유된 물질로부터 선철 및조산화아연을 제조하는 방법 및 장치 | |
| CN101321881A (zh) | 含铅材料的处理方法 | |
| AU732984B2 (en) | Recycling process for brass foundry waste | |
| US4290800A (en) | Process for feeding iron sponge into an electric arc furnace | |
| TW424004B (en) | Process for thermal treatment of residual materials containing heavy metals | |
| KR20020014876A (ko) | 고결정수 철광석 배합시의 소결광 제조방법 | |
| JP2006328519A (ja) | 鋼の製造方法 | |
| JPH07331353A (ja) | 製鋼廃棄物の処理方法 | |
| MXPA01002241A (en) | Method for heat-treating recyclings containing oil and iron oxide |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110111 |