Способ получения губчатого железа из руды путем прямого восстановления Советский патент 1935 года по МПК C21B15/02 

Известно получение губчатого железа из руды путем прямого восстановления тремя основными способами, а именно: газовым способом, при котором восстановителем является исключительно газ; способом восстановления твердым углеродом, при котором мелко раздробленная руда смешивается с твердым топливом и затем нагревается до такой температуры, при которой происходит восстановление железа, и, наконец, комбинированным способом, при котором восстановление достигается путем смешения руды с топливом и пропускания в рабочее пространство печи некоторого количества восстановительных газов.

Основными преимуш;ествами газового способа являются, во-первых, возможность получения продукта высокого качества свободного от вредных примесей угля, и, во-вторых, большая скорость восстановления в случае применения восстанавливаюш.его газа высокой чистоты. К недостаткам этого способа относится трудность получения восстановительного газа высокой степени чистоты, т. е. содержаш.его минимальное количество паров воды и углекислоты (желательно иметь газ и с минимальным содержанием азота), а также необходимость через данную массу руды пропускать очень большие объемы газа восстановителя. Поэтому для рационального использования газа необходимо его непрерывно регенерировать в газогенераторе и снова применять для восстановления, т. е. необходимо производить непрерывную циркуляцию газа из печи для восстановления в газогенератор и обратно. Последнее обстоятельство усложняет, удорожает аппаратуру и приводит к потерям тепла, вследствие чего получаются очень большие дополнительные расходы, удорожаюшие стоимость губчатого железа. Недостатком способа является и трудность в обеспечении условий хорошего однородного контакта восстановительных газов с массой пороп коватой ишхты,Y 45304- 2 Получение губчатого железа восстановлением твердым углеродо 1 имеет преимущество в значительной простоте конструктивного оформления, по сравнению с другими способами. Но при этом способе приходится сталкиваться с загрязнением металла серой, фосфором и др. вредными примесями. Поэтому качественный металл молсно получить только при чистых исходных материалах. Особенно нежелательны примеси в топливе, так как его приходится брать в значительном избытке 50-80% от веса руды против теоретического количества порядка 20% Кроме того, малая скорость восстановления вызывает необходимость применения высоких температур, примерно не ниже 1000°. Вследствие же плохой теплопередачи шихты последнюю трудно нагреть до требузмой высокой температуры.

При комбинированном способе сокращается объем газа восстановителя по сравнению с газовым способом, и сокращается количество угля или кокса, смешанного с рудой, по сравнению со вторым способом, но и здесь приходится иметь дело с большими объемами газон. Кроме того, губчатое железо загрязняется серой, фосфором, углеродистыми частицами от примешанного топлива. Скорость восстановления по этому способу меньше чем при чисто газовом восстановлении при одинаковых температурных условиях.

Предложенный способ получения губчатого железа ocyu ecтвляeтcя в две стадии: первая стадия - импрегнирование руды углеродом, выделяющимся по реакции Белла в температурном интервале 400 - 600°, з котором реакция Белла имеет наибольщее развитие, причем количество выделившегося углерода должно быть достаточным для последующей стадии - восстановления. Вторая стадия - восстановление прч 900-1000° за счет выделившегося углерода в первой стадии. Получивщийся в этой стадии газ с высоким содержанием окиси углерода может быть применен в первой стадии процесса. Вследствие того, что выделившийся в первой стадии углерод находится в высокодисперсном состоянии, он обладает больпюй реакционной способностью н бысчро реагирует с СО2, поэтому содержание окиси углерода в газовой фазе во все чремя процесса восстановления во второй стадии будет близко к равновесному относительно реакции СО2 + 2СО. Так как углерод в первой стадии выделяется не только на поверхности, но и внутри руды, последняя разрушается, раздробляется и делается сильно пористой.

Специальные опыты автора показали, что благодаря высоко реак-. ционной способности осажденного углерода, тесному перемешиванию последнего с окислом, раздроблению руды и созданной пористости руды, окислы железа очень быстро восстанавливаются во второй стадии процесса до металлического железа.

Предлагаемый способ получения губчатого железа по сравнению с чисто газовым способом позволяет нолучить продукт высокого качества, свободный от вредных примесей угля. Кроме того, предлагаемый способ, по сравнению с чисто газовым восстановлением, устраняет необходимость применения газа, высокой степени чистоты, заменяя его обычным генераторным газом, полученным из низкопробного топлива. При этом расход газа получается меньшим. При новом способе 1аз необходимо пропускать только в первой стадии процесса, при которой восстановление окиси железа происходит приблизительно до 15-20% относительно количества отнятого кислорода. Реакция до такого низкого процента восстановления протекает без затруднений даже при низких температурах, по главная задача первой стадии процесса заключается в выделении углерода по реакции Белла. Последняя реакция протекает очено быстро под влиянием ничтожного колртчества катализаторов, которые самопроизвольно получаются одновременно с восстановлением, причем

реакция Белла протекает с большим использованием газа. По расчетам автора при 60Т)° может разложиться около 86% окиси углерода, при более же низких температурах процент разложения значительно выше (например, при 500° выше 95%) Присутствие водорода в восстановительном газе не снижает интенсивности выпадения углерода по реакци Белла, а даже ее увеличивает, как это утверждает автор, на основании опытов по восстановлению окислов железа смесью СО с разным содержанием водорода. Поэтому присутствие водорода в газе желательно.

Избыток углерода, остаюш,ийся в губчатом железе, может быть легко удален путем продувания холодным воздухом или путем магнитной сепарации.

Из дальнейших преимуществ предлагаемого способа, по сравнению с газовым способом, необходимо отметить простоту в конструктивном оформлении, так как отпадает необходимость сложной регенерации циркулирующего газа, связанной с большими потерями тепла.

Предмет изобретения

Способ получения губчатого железа из руды путем прямого восстановления окислов железа окисью углерода, отличающийся тем, что сперва руду подвергают воздействию восстановительного газа в печи при температуре 400-600°, с целью импергнирования руды выд ляющимся по .реакции Белла сажистым углеродом, после чего обработанную руду в другой печи или в той же печи, но прекратив подачу восстановительного газа, нагревают до 900-1000°, с целью восстановлении окислов железа исключительно за счет выделившегося в первой стадии процесса твердого угля, и получающуюся окись углерода направляют для использования в первую печь.

- 3 -Л 45304