PL199092B1 - Sposób wytwarzania bryłek metalu - Google Patents

Abstract

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania bry lek metalu, polegaj acego na ogrzewaniu materia lu sk ladaj acego si e ze zród la tlenku metalu i w eglowego czynnika redukuj acego, by zredukowa c tlenek metalu, a nast epnie ogrzewaniu otrzymanego materia lu tak, aby roztopi c metal i umo zliwi c oddzielenie metalu od zu zla, b ed acego produktem ubocznym, pozwalaj ac by zu zel uleg l kohezji, w którym to spo- sobie do powy zej okre slonego materia lu dodaje si e co najmniej jedn a substancj e spo sród fluorku wapnia oraz tlenku boru, zwi ekszaj ac a kohezj e i przyspieszaj ac a kohezj e zu zla, przy czym zawarto sc substancji zwi ekszaj acej kohezj e w materiale wynosi w zakresie 0,2-2,5% wagowych. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania bryłek metalu, polegający na ogrzewaniu materiału składającego się ze źródła tlenku metalu i węglowego czynnika redukującego, by zredukować tlenek metalu, a następnie ogrzewaniu otrzymanego materiału tak, aby roztopić metal i umożliwić oddzielenie metalu od żużla, będącego produktem ubocznym, pozwalając by żużel uległ kohezji. W szczególności, przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania z dużą wydajnością wysokiej czystości bryłek metalu, zwłaszcza żelaza, które mają dużą średnicę i są bardziej dogodne do transportowania i przeł adunku.

Niniejszy opis przedstawia głównie sposób wytwarzania bryłek żelaza, jednakże wynalazek nadaje się również do wytwarzania żelazochromu lub żelazoniklu przez grzanie i redukcję, odpowiednio, rudy zawierającej chrom lub rudy zawierającej nikiel. Określenie „bryłki” niekoniecznie oznacza tu bryłki o kształcie kulistym i obejmuje też bryłki o kształcie eliptycznym, owalnym i nieco odkształconym.

Stan techniki

Przykładem znanego sposobu wytwarzania metalicznego żelaza przez grzanie i redukcję źródła tlenku żelaza jest proces bezpośredniego wytwarzania żelaza w celu otrzymania zredukowanego żelaza, przez bezpośrednie redukowanie rudy żelaza lub tabletek tlenku żelaza za pomocą materiału węglowego lub gazu redukującego. W szczególności, znany jest proces w piecu szybowym, taki jak proces Midrex. W procesie bezpośredniego wytwarzania żelaza gaz redukujący otrzymany z gazu ziemnego itp. Jest wdmuchiwany z dyszy w dolnej części pieca szybowego tak, aby otrzymać zredukowanego żelazo przez redukowanie tlenku żelaza przy użyciu redukującego gazu.

Ostatnio przyciąga zainteresowanie proces wytwarzania zredukowanego żelaza przy użyciu materiału węglowego, takiego jak węgiel kamienny, w charakterze środka redukującego zamiast gazu ziemnego. Przykładowo, tak zwany proces SL/RN grzania i redukcji spieczonych tabletek rudy żelaza itp. z miałem węglowym w obrotowym piecu został już wprowadzony do praktycznego wykorzystywania.

Publikacja opisu patentowego USA nr 3,443,931 ujawnia jeszcze inny proces wytwarzania zredukowanego żelaza, obejmujący tworzenia bloków z mieszaniny materiału węglowego i sproszkowanego tlenku żelaza oraz grzanie i redukowanie tych bloków na obrotowym trzonie. W procesie tym redukcję przeprowadza się przez grzanie bloków mieszaniny węglowego materiału i sproszkowanej rudy żelaza w atmosferze przy wysokiej temperaturze.

Zredukowane żelazo wytworzone w procesach opisanych powyżej może być używane bezpośrednio jako źródło żelaza do pieca elektrycznego, lub może być poddawane brykietowaniu itp. przed użyciem w charakterze źródła żelaza. Przy ostatnich dążeniach do wtórnego wykorzystywania złomu żelaznego zredukowane żelazo wytworzone przez powyższe procesy przyciąga wiele uwagi jako czynnik zmniejszający ilość zanieczyszczeń w złomie, ponieważ wynikowe zredukowane żelazo ma niewielką zawartość metali innych niż żelazo.

Znany jest również proces wytapiania redukującego, taki jak proces bezpośredniego redukowania wytapianej rudy żelaza (DIOS), w celu wytwarzania zredukowanego żelaza przez bezpośrednie grzanie i redukowanie rudy żelaza. W procesie tym rudę żelaza redukuje się wstępnie do co najwyżej około 50% mas. (dalej oznaczanych jako „%”) metalicznego żelaza, a wstępnie zredukowane żelazo ma następnie możliwość bezpośredniego reagowania z węglem w kąpieli żelaza, by wytworzyć zredukowane metaliczne żelazo. Jednakże, ponieważ proces ten jest dwustopniowy, to znaczy trzeba przeprowadzać redukcję wstępną i redukcję końcową w kąpieli żelaza, jest on skomplikowany. Ponadto, ponieważ roztopiony tlenek żelaza (FeO) istniejący w kąpieli żelaza styka się bezpośrednio z materiałami ogniotrwałymi, materiały te ulegają znacznemu zużyciu, co stanowi problem, gdyż tlenek żelaza w stanie roztopionym powoduje znaczną korozję materiał u ogniotrwał ego, takiego jak tlenek glinu lub tlenek magnezu.

W publikacji opisu patentowego USA nr 6,036,744 oraz w publikacjach nie badanych japońskich zgłoszeń patentowych o nr 09-256017, 2000-144224 i 11-131119 ujawniono procesy wytwarzania bryłek lub bloków metalicznego żelaza o dużej czystości, przy czym procesy te obejmują grzanie i redukowanie mieszaniny proszków węglowego czynnika redukującego i tlenku żelaza na obrotowym trzonie w celu przygotowania zredukowanego żelaza, i następnie grzania otrzymanego zredukowanego żelaza w celu oddzielenia zredukowanego żelaza od żużla, będącego produktem ubocznym, przy wykorzystaniu różnicy ciężaru właściwego. Mieszanina taka może być uprzednio kształtowana w bloki przed jej grzaniem na obrotowym trzonie, jeśli jest to potrzebne.

PL 199 092 B1

Zgodnie z tym procesem zredukowane żelazo, otrzymane głównie przez redukcję w fazie stałej, ogrzewa się, a temperaturę topnienia zredukowanego żelaza zmniejsza się przez nawęglanie zredukowanego żelaza aby wspomagać roztapianie. W ten sposób wydajność pozyskiwania metalicznego żelaza można poprawić, unikając problemu znacznego zużycia materiałów ogniotrwałych na skutek działania roztopionego tlenku żelaza (FeO).

Jednakże, kiedy bryłki metalicznego żelaza o wysokiej czystości wytwarzane są tym sposobem z substancji takiej jak ruda ż elaza, mają cej dużą zawartość skał y pł onnej, wówczas ilość ż u ż la, bę d ą cego produktem ubocznym, rośnie, co szkodzi kohezji i zmniejsza czystość otrzymywanego metalicznego żelaza oraz wydajność. Kiedy substancje zawierającą CaO (np. CaCO3) doda się do materiału, by ustawić zasadowość materiału, mającego dużą zawartość SiO2 lub odsiarczyć materiał zawierający węglowy czynnik redukujący o dużej zawartości siarki, wówczas nadal zwiększa się zawartość żużla, będącego produktem ubocznym, co jeszcze bardziej pogarsza właściwości kohezyjne żużla.

Kiedy właściwości kohezyjne żużla, będącego produktem ubocznym, są pogorszone, wówczas utrudnione jest oddzielanie metalicznego żelaza wytworzonego przez redukcję od żużla, będącego produktem ubocznym, niemożliwe staje się wytwarzanie bryłek lub bloków z metalicznego żelaza, a wytwarzane jest metaliczne ż elazo otaczające ż u ż el. Ponadto, wytwarzane są duż e iloś ci niewielkich bryłek metalicznego żelaza, co przeszkadza w oddzielaniu ich od żużla. Wydajność wytwarzania produktów o wielkości w odpowiednim zakresie jest zatem zmniejszona.

Ponadto, pogorszenie właściwości kohezyjnych żużla, będącego produktem ubocznym, często następuje nawet wtedy gdy zawartość skały płonnej w źródle tlenku żelaza jest mała, zależnie od rodzaju źródła tlenku żelaza, rodzaju składników żużla i składu żużla.

Stosunkowo duże bryłki metalu, np. żelaza, można wytwarzać z dużą wydajnością przy kontrolowaniu stałej zawartości węgla w węglowym czynniku redukującym tak, aby jego zawartość wynosiła co najmniej 73%, kontrolowaniu zawartości substancji lotnych w materiale tak, aby ich zawartość wynosiła co najwyżej 3,9%, oraz kontrolowaniu ilości węglowego czynnika redukującego w materiale tak, aby jego zawartość wynosiła co najwyżej 45% ilości tlenku żelaza w materiale, jak również przez regulowanie temperatury wytapiania metalicznego żelaza przygotowanego przez redukcję w stanie stałym w piecu tak, aby temperatura wynosił a co najmniej 1400°C.

Opisany powyżej proces wskazuje na wpływ węglowego czynnika redukującego na właściwość kohezji metalicznego żelaza, jako czynnik służący do wytwarzania stosunkowo dużych bryłek metalicznego żelaza z dużą wydajnością. Jednakże nakłada on duże ograniczenia, jeśli chodzi o rodzaje węglowego czynnika redukującego nadające się do stosowania.

Ponadto, do materiału takiego można dodawać CaCO3 w celu ustawiania zasadowości składnika żużlowego, kiedy zawartość skały płonnej w materiale, a zwłaszcza w źródle tlenku żelaza, jest duża, gdy zawartość SiO2 w materiale jest duża, lub kiedy potrzebne jest odsiarczanie gdy węglowy czynnik redukujący ma dużą zawartość siarki. W takich przypadkach wzrasta zawartość żużla, będącego produktem ubocznym, w związku z czym pogorszenie właściwości kohezyjnych żużla jest nieuchronne, co stanowi problem.

Celem wynalazku jest opracowanie procesu pozwalającego na przezwyciężenie powyższej wskazanych problemów i wytworzenie bryłek metalu o stosunkowo dużych wymiarach i o dużej czystości, w procesie obejmującym grzanie i redukowanie materiału zawierającego tlenek metalu, taki jak tlenek żelaza, oraz węglowy czynnik redukujący, taki jak koks, a ponadto grzanie aby roztopić metal i umożliwić żużlowi, będącemu produktem ubocznym, kohezję z oddzieleniem się ż uż la od metalu.

Według wynalazku, sposób wytwarzania bryłek metalu, polegający na ogrzewaniu materiału składającego się ze źródła tlenku metalu i węglowego czynnika redukującego, by zredukować tlenek metalu, a następnie ogrzewaniu otrzymanego materiału tak, aby roztopić metal oraz umożliwić oddzielenie metalu od żużla, będącego produktem ubocznym, pozwalając by żużel uległ kohezji, charakteryzuje się tym, że do powyżej określonego materiału dodaje się co najmniej jedną substancję spośród fluorku wapnia oraz tlenku boru, zwiększającą kohezję i przyspieszającą kohezję żużla, przy czym zawartość substancji zwiększającej kohezję w materiale wynosi w zakresie 0,2-2,5% wagowych.

Korzystnie, materiał jest mieszaniną proszków substancji zawierającej tlenek metalu, węglowego czynnika redukującego i substancji zwiększającej kohezję.

Korzystnie, mieszaninę kształtuje się w tabletki lub brykiety, albo formuje się na prasie w zagęszczony materiał, przeznaczony do wykorzystania.

Korzystnie, jako substancję zwiększającą kohezję stosuje się fluoryt.

Korzystnie, do grzania i redukowania materiału wykorzystuje się piec z ruchomym łożem.

PL 199 092 B1

Korzystnie, do grzania oraz redukowania materiału wykorzystuje się piec z obrotowym trzonem.

Korzystnie, najpierw na trzonie układa się warstwę materiału węglowego, a następnie doprowadza się materiał, który ma być grzany i redukuje się go na trzonie.

Korzystnie, jako tlenek metalu stosuje się tlenek żelaza.

Korzystnie, substancję zawierającą tlenek metalu stanowi co najmniej jeden materiał spośród rudy żelaza, pyłu z wytwarzania stali, odpadów stalowniczych i złomu.

Korzystnie, jako pył z wytwarzania stali stosuje się pył wytworzony podczas wytwarzania wlewków stali nierdzewnej, aby odzyskiwać wartościowe metale zawarte w tym pyle.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że jest możliwe wytworzenie bryłek metalu o stosunkowo dużych wymiarach nawet wtedy, gdy stosuje się węglowy czynnik redukujący o dużej stałej zawartości węgla.

Sposób według wynalazku umożliwia polepszenie właściwości kohezyjnych żużla, będącego produktem ubocznym, zwiększenie czystości otrzymywanego metalu w bryłkach, wytwarzanego przez grzanie i redukcję, jak też umożliwia wytwarzanie dużych bryłek metalu o jednakowej wielkości oraz zwiększenie wydajność końcowego produktu jakim są bryłki metalu, niezależnie od rodzaju i ilości skały płonnej, które są różne w zależności od rodzaju źródła tlenku metalu.

Przy stosowaniu sposobu według przedmiotowego wynalazku zawartość substancji zwiększającej kohezję (zwanej też „akceleratorem kohezji”) w materiale wynosi korzystnie 0,4-2,0% wagowych.

Stosowana mieszanina proszków substancji zawierającej tlenek metalu, węglowego czynnika redukującego i akceleratora kohezji jest korzystnie jednorodna. Korzystnie, z mieszaniny takiej kształtowane są tabletki, brykiety, itp., albo też korzystnie zagęszcza się ją w kształtki przez prasowanie.

Jako akcelerator kohezji stosuje się fluorek wapnia (CaF2) oraz tlenek boru (B2O5). Mogą być one stosowane oddzielnie lub w połączeniu, w zależności od potrzeb. Wśród tych składników jako akcelerator kohezji szczególnie korzystny jest fluoryt, który zawiera jako główny składnik CaF2, a to ze względu na koszt i działanie zwiększające kohezję.

Przy realizowaniu sposobu według przedmiotowego wynalazku materiał korzystnie ogrzewa się i redukuje w sposób ciąg ły za pomocą pieca z ruchomym łożem lub pieca z obrotowym trzonem. Podczas tego procesu warstwę materiału węglowego można z wyprzedzeniem ułożyć na trzonie, a następnie można doprowadzać materiał, który ma być grzany i redukowany na tym trzonie. W ten sposób zawsze można utrzymywać wysoki potencjał redukcyjny atmosfery przy materiałach na trzonie, a więc można niezawodnie unikać powtórnego utlenienia zredukowanego żelaza przez utleniające spaliny (takie jak gazowy kwas węglowy i para wodna) z palnika używanego do grzania pieca.

Według tego sposobu bryłki metalu można wytwarzać stosując tlenek żelaza jako tlenek metalu oraz skutecznie wykorzystując co najmniej jedną rudę żelaza, pył z produkcji stali, odpady z produkcji stali oraz złom jako substancje zawierające tlenek żelaza. Pył wytwarzany podczas produkcji wlewków ze stali nierdzewnej, zwany dalej pyłem ze stali nierdzewnej, jest korzystnie stosowany jako pył z produkcji stali wraz ze źródłem tlenku żelaza, takim jak ruda żelaza i zgorzelina. W ten sposób wartościowe metale, takie jak Ni, Cr i Mo, zawarte z pyłem mogą być przechwytywane przez bryłki żelaza i przez to skutecznie odzyskiwane.

Jak opisano poniżej, według przedmiotowego wynalazku substancję wspomagającą kohezję żużla, będącego produktem ubocznym wytwarzanym podczas etapu grzania i redukowania źródła tlenku metalu, dodaje się do materiału, a uzyskaną mieszaninę ogrzewa się dalej po redukcji by wspomagać oddzielanie żużla, będącego produktem ubocznym, od roztopionego metalu tak, aby wytwarzać stosunkowo duże bryłki metalu o równomiernej wielkości i wysokiej czystości przy dużej wydajności produkcyjnej i wysokim stopniu pozyskiwania. Przedmiotowy wynalazek opisano poniżej w zastosowaniu do procesu wytwarzania bryłek metalicznego żelaza z tlenku żelaza, który jest reprezentatywnym przykładem tlenku metalu.

W procesie wedł ug wynalazku wykorzystuje takie same procesy wytwarzania brył ek lub bloków metalicznego żelaza o dużej czystości, jakie ujawniono w opisie patentowym US 6,036,744 oraz w publikacjach nie badanych japońskich zgłoszeń patentowych o numerach 09-256017, 2000-144224 i 11-131119, procesy obejmują ce przygotowanie mieszaniny proszków wę glowej substancji redukują cej i substancji zawierającej tlenek żelaza, kształtowanie tej mieszaniny w bloki, jeśli jest to potrzebne, grzanie i redukowanie mieszaniny na obrotowym trzonie, a ponadto grzanie mieszaniny tak, aby oddzielić roztopione metaliczne żelazo od żużla, będącego produktem ubocznym, przez wykorzystanie różnicy ich ciężarów właściwych.

W szczególności, w znanych procesach opisanych powyżej dodaje się w razie potrzeby CaCO3 itp. do materiału, który zasadniczo zawiera sproszkowaną substancję zawierającą tlenek żelaza i węglową

PL 199 092 B1 substancję redukującą, aby ustawić zasadowość lub przeprowadzić odsiarczenie. Kiedy materiał ten musi tworzyć zwartą masę dodaje się do niego ponadto odpowiednią ilość spoiwa. Zgodnie z wynalazkiem, do materiału w celu wspomagania kohezji roztopionego żużla dodaje się substancję zwiększającą kohezję (akcelerator kohezji), zawierającą fluorek wapnia (CaF2) i/lub tlenek boru (B2O5). Powyższa sproszkowana mieszanina materiałów, zawierająca akcelerator kohezji, może być bezpośrednio doprowadzana do pieca, takiego jak piec z obrotowym trzonem. Korzystnie, ten materiał proszkowy ma postać tabletek, nadaną mu za pomocą miskowego, bębnowego, itp. urządzenia tabletkującego, jest prasowany w brykiety lub przez lekkie prasowanie jest kształtowana z niego zbita masa przed doprowadzeniem tego materiału do pieca tak, aby skutecznie zwiększać przewodzenie ciepła i przyspieszać reakcję redukcji wewnątrz mieszaniny materiałowej.

Aby skutecznie przeprowadzać redukcję w stanie stałym, utrzymując mieszaninę materiałów zawierającą akcelerator kohezji, w stanie stałym w piecu bez powodowania częściowego roztopienia składnika tego materiału, zawierającego tlenek żelaza, korzystnie przeprowadza się dwustopniowe grzanie. To dwustopniowe grzanie obejmuje redukowanie materiału głównie za pomocą redukcji w stanie stałym z utrzymywaniem temperatury pieca w zakresie 1200-1500°C, korzystniej 1200-1400°C, a następnie redukowanie pozostałego tlenku żelaza przy podwyższonej temperaturze pieca w zakresie 1400-1500°C, umożliwiając roztopienie się wytworzonego metalicznego żelaza (zredukowanego) i utworzenie granulowanego żelaza. W takich warunkach można niezawodnie wytwarzać z dużą wydajnością bryłki żelaza. Czas normalnie potrzebny dla tego procesu wynosi w przybliżeniu 8-13 minut. W takim krótkim czasie można zakończyć redukcję w stanie stałym, roztapianie i kohezję tlenku żelaza.

W trakcie tego procesu roztopione metaliczne żelazo tworzy zwiększające się bryłki (granulki) żelaza. Ponieważ takie bryłki żelaza rosną z wykluczeniem roztopionego żużla, będącego produktem ubocznym, wynikowe bryłki roztopionego żelaza zasadniczo nie zawierają żużla i charakteryzują się wysoką czystością żelaza. Kiedy takie roztopione bryłki żelaza zostaną ochłodzone, zakrzepną i będą oddzielone od żużla przez sortowanie sitowe lub magnetyczne, można otrzymać bryłki metalicznego żelaza o wysokiej czystości żelaza.

Kohezję żużla, będącego produktem ubocznym, można zwiększyć i można uniknąć problemu powstrzymywania kohezji roztopionego metalicznego żelaza, wytworzonego podczas etapu roztapiania po redukcji, przez dodanie akceleratora kohezji do substancji zawierającej źródło tlenku metalu i wę glowy czynnik redukuj ą cy, nawet w przypadkach podanych poniż ej:

- kiedy jako ź ródł o tlenku metalu wykorzystywany jest tlenek ż elaza o sł abych wł a ś ciwoś ciach kohezji,

- kiedy stosuje się słaby gatunek materiału zawierającego żelazo o dużej zawartości skały płonnej,

- kiedy uż ywane są duż e iloś ci materiał ów pomocniczych do ustawienia zasadowoś ci materiał u mającego dużą zawartość SiO2, oraz

- kiedy do materiału zawierającego węglowy czynnik redukujący o dużej zawartości siarki (np. niskogatunkowy miał węglowy) dodaje się w celu odsiarczenia CaCO3, itp.

Nie ma zatem szkodliwego wpływu na jakość bryłek żelaza i koszt wytwarzania ich, nawet jeśli w materiale stosuje się tlenek ż elaza o sł abych wł a ś ciwoś ciach kohezyjnych lub kiedy ilo ść ż u ż la, będącego produktem ubocznym, zwiększa się na skutek dodania CaCO3. Zwiększenie kohezji roztopionego żużla powoduje również polepszenie kohezji i oddzielenia roztopionego metalicznego żelaza. Bryłki metalicznego żelaza można zatem otrzymywać z dużą wydajnością i można zmniejszyć koszty jego wytwarzania.

Kiedy do materiału dodaje się akceleratora kohezji, wówczas maleje temperatura topnienia żużla, wytwarzanego jako produkt uboczny podczas etapu roztapiania, a płynność żużla znacznie zwiększa się. Na skutek tego, kiedy roztopione metaliczne żelazo tworzy bryłki żelaza, wówczas roztopiony żużel nie powstrzymuje ani nie przeszkadza kohezji rozproszonego roztopionego metalicznego żelaza. Roztopione metaliczne żelazo może skutecznie podlegać kohezji bez żużla, będącego produktem ubocznym, a zatem tworzy stosunkowo duże bryłki. Wpływ ten przeciwdziała czynnikom, które powstrzymują kohezję roztopionego metalicznego żelaza niezależnie od ilości żużla, będącego produktem ubocznym, ponieważ dodanie akceleratora kohezji zmniejsza temperaturę topnienia żużla i zwiększa płynność oraz właściwości kohezyjne ż użla. Można zatem polepszyć właściwoś ci kohezji roztopionego metalicznego żelaza i mogą być wydajnie wytwarzane bryłki żelaza o wysokiej czystości żelaza, dużej średnicy i lepszych właściwościach transportu i przeładunku, z osiąganiem dużej wydajności nawet wtedy, gdy stosowane jest źródło tlenku żelaza o słabych właściwościach kohezyjnych

PL 199 092 B1 lub kiedy wykorzystywany jest słaby gatunkowo materiał zawierający tlenek żelaza i słaby gatunkowo węglowy czynnik redukujący.

Ponieważ właściwości kohezyjne roztopionego metalicznego żelaza są polepszone, jak opisano powyżej, zwiększa się zawartość dużych bryłek metalicznego żelaza w uzyskiwanych bryłkach metalicznego żelaza. W miarę możliwości można uniknąć powstawania mikrocząstek metalicznego żelaza, które trudno jest oddzielić, jak również wytwarzania niemożliwych do oddzielenia bryłek metalicznego żelaza, zawierających żużel, na skutek kohezji roztopionego metalicznego żelaza, kiedy nie jest ono odpowiednio oddzielone od żużla. Kiedy bryłki metalicznego żelaza oraz żużel, będący produktem ubocznym, są wyprowadzane z pieca do wytapiania redukcyjnego, takiego jak piec z obrotowym trzonem, mikro-cząstki metalicznego żelaza, żużel i mieszaniny bryłek metalicznego żelaza i żużla, które przechodzą przez szczelinę urządzenia wyprowadzającego, takiego jak ślimak lub zgarniak, przy powierzchni trzonu, nie powracają znów do strefy grzania w piecu. Ponadto, można uniknąć wtłaczania mikrocząstek metalicznego żelaza, żużla i mieszanin bryłek metalicznego żelaza i żużla w warstwę ochronną trzonu, materiały ogniotrwałe trzonu lub warstwę wyłożenia trzonu. Dzięki temu unika się uszkodzeń, takich jak infiltracja lub erozja materiałów ogniotrwałych trzonu, powodowana przez mikrocząstki metalicznego żelaza, żużel i mieszaniny cząstek metalicznego żelaza i żużla oraz zniszczenie i powię kszenie wyk ładzin ogniotrwał ych trzonu na skutek surowych cykli grzania. Moż na zatem przedłużyć żywotność materiałów ogniotrwałych trzonu, można rozwiązać problem blokowania sekcji wyprowadzania produktu i można niezawodnie przeprowadzać długotrwałe ciągłe działanie.

Kiedy, dzięki stosowaniu akceleratora kohezji, jest polepszona płynność żużla, będącego produktem ubocznym, wspomagana jest reakcja nawęglania metalicznego żelaza podczas etapu grzania i redukcji, przez co przyspiesza się również roztapianie żużla będącego produktem ubocznym i skraca się czas potrzebny na redukcję i roztopienie materiału. Ponieważ zwiększa się płynność żużla, będącego produktem ubocznym, zwiększa się również prędkość wzrostu roztopionego metalicznego żelaza i roztopionego żużla w bryłki żelaza. W rezultacie, można skrócić czas od rozpoczęcia roztapiania metalicznego żelaza, przygotowanego przez redukcję w stanie stałym, do zakończenia tworzenia bryłek roztopionego metalicznego żelaza oprócz opisanej powyżej redukcji w czasie potrzebnym do wytapiania redukcyjnego. Wydajność produkcyjną można i zatem znacznie zwiększyć, utrzymując wysoką wydajność pozyskiwania dużych bryłek metalicznego żelaza o wysokiej czystości.

Według wynalazku można stosować dowolny akcelerator kohezji wybrany spośród fluorku wapnia (CaF2) i tlenku boru (B2O5), jeśli tylko można uzyskać opisane powyżej wyniki i zalety. Należy jednak unikać akceleratora kohezji, który wnika w zredukowany metal i zwiększa czystość np. zredukowanego żelaza. Korzystnie wybiera się akcelerator kohezji, który łączy się ze składnikami żużla i łatwo oddziela się od metalicznego żelaza. Fluorek wapnia i tlenek boru można stosować oddzielnie lub razem, jeśli jest to potrzebne. Spośród tych składników szczególnie korzystny ze względu na koszt i wyniki w przyspieszaniu kohezji jest CaF2, a dokładniej fluoryt zawierający CaF2 jako główny składnik.

Akcelerator kohezji nie daje wystarczających wyników kiedy jego ilość jest zbyt mała. Wyniki wspomagania kohezji przestają się polepszać przy nadmiernej ilości akceleratora kohezji. Nadmierna ilość akceleratora kohezji jest nieekonomiczna i zwiększa koszt przetwarzania zwiększonej ilości żużla, będącego produktem ubocznym. Ze względu na powyższe zawartość akceleratora kohezji wynosi 0,2-2,5%, a zwłaszcza 0,4-2,0% wagowych materiału. Zawartość akceleratora kohezji w stosunku do ilości składnika żużlowego w materiale wynosi korzystnie 1-11%, korzystniej 3-8%.

Nie ma żadnych ograniczeń nałożonych na urządzenia, do których można stosować przedmiotowy wynalazek. Inaczej mówiąc, nie ma żadnych ograniczeń nałożonych na konstrukcję redukcyjnego pieca wytopowego. Przykładowo, przedmiotowy wynalazek można stosować do różnych rodzajów sprzętu do wytapiania redukcyjnego ujawnionych w publikacjach takich jak opis patentowy USA nr 6,036,744 oraz publikacje nie badanych japońskich zgłoszeń patentowych nr 09-256017, 2000-144224 oraz 11-131119. Stosowanie pieca z ruchomym złożem lub pieca z obrotowym trzonem jest szczególnie korzystne, ponieważ proces grzania i redukowania materiału, roztapiania zredukowanego metalu, tworzenia bryłek żelaza i oddzielania żużla, będącego produktem ubocznym, od metalicznego żelaza można prowadzić w sposób ciągły i sprawnie za pomocą takich pieców.

Według wynalazku nie ma nałożonych żadnych ograniczeń, jeśli chodzi o rodzaj tlenku metalu używanego jako źródło metalu. Przykładowo, można stosować rudę zawierającą nikiel, rudę zawierającą chrom, złom zawierający nikiel lub chrom itp. Najpospolitszym źródłem tlenku żelaza przy wytwarzaniu bryłek żelaza jest ruda żelaza, ale jako źródło żelaza można również wykorzystywać złom i odpady z produkcji stali, takie jak pył otrzymywany przy produkcji stali, materiały takie wytwarzane

PL 199 092 B1 w procesach metalurgii żelaza oraz złom. Materiały te można stosować albo oddzielnie, albo łącznie, zależnie od potrzeb. Przykładowo, pył ze stali nierdzewnej, otrzymany przy wytwarzaniu wlewków ze stali nierdzewnej w piecu elektrycznym itp., zawiera duże ilości wartościowych metali nieżelaznych, takich jak Ni, Cr i Mo. Przez stosowanie takiego pyłu ze stali nierdzewnej oddzielnie lub w połączeniu ze źródłem żelaza, takim jak ruda żelaza lub zgorzelina w charakterze źródła tlenku metalu, nikiel, chrom, molibden itp., można zatrzymywać w bryłkach żelaza i sprawnie odzyskiwać.

Kiedy stosuje się źródło metalu takie jak żużel z produkcji stali, które zawiera duże ilości składników żużla, wówczas w stosunku do bryłek metalu wytwarzana jest nadmierna ilość żużla, będącego produktem ubocznym, który hamuje kohezję metalu, zmniejszając przez to wydajność pozyskiwania dużych bryłek metalu. Aby uniknąć zwiększenia ilości wytwarzanego żużla i polepszyć wydajność pozyskiwania dużych bryłek metalu, zawartość składników żużlowych w mieszaninie materiałowej powinna być możliwie mała. W szczególności, zawartość składników żużlowych w mieszaninie materiałowej jest korzystnie regulowana tak, aby ograniczyć ilość żużla do około 500 kg na tonę bryłek metalu.

Przy realizacji przedmiotowego wynalazku, aby redukować tlenek metalu w miarę możliwości w stanie stał ym i unikać wytwarzania roztopionego tlenku metalu, który w znacznym stopniu eroduje materiały ogniotrwałe trzonu, można dodawać do materiału CaO lub CaCO3, które regulują zasadowość żużla, jak pokazano w przykładach poniżej, w zależności od rodzaju substancji zawierającej tlenek metalu i od składu składnika żużlowego zawartego w węglowym czynniku redukującym. Przedmiotowy wynalazek obejmuje stosowanie CaO lub CaCO3 podczas tej operacji.

P r z y k ł a d y

Konfiguracja, wyniki i zalety przedmiotowego wynalazku opisano poniżej na przykładach. Przykłady te nie ograniczają zakresu przedmiotowego wynalazku. Duchem opisanego tu wynalazku objęte są różne możliwe modyfikacje. Techniczny zakres przedmiotowego wynalazku obejmuje takie modyfikacje.

P r z y k ł a d 1

W przykł adzie tym jako ź ródł o tlenku ż elaza zastosowano magnetytową rudę ż elaza o duż ej zawartości skały płonnej, a zwłaszcza o dużej zawartości SiO2, wynoszącej 5,0% lub więcej. Skład chemiczny tej rudy przedstawiono w tabeli 1.

T a b e l a 1

Skład chemiczny rudy żelaza o dużej zawartości SiO2 (% mas.)

Razem Fe	Fe2O3	Fe3O4	SiO2	AI2O3	CaO	MgO	Inne	Razem
67,21	1,15	91,77	5,4	0,28	0,81	0,45	0,14	100

Przewidywany skład rudy żelaza o dużej zawartości SiO2, węglowego czynnika redukującego, spoiwa (mąka pszenna), CaCO3 (regulator zasadowości) i CaF2 (akcelerator kohezji) w tabletkach materiałowych ustawiono zgodnie z tabelą 2.

T a b e l a 2

Przewidywany skład tabletek materiałowych (% mas.)

Skład	Przypadek A (przykład porównawczy)	Przypadek B (przykład porównawczy)	Przypadek C (przykład)	Przypadek D (przykład)
Ruda żelaza o dużej zawartości SO2	78,88	72,33	73,42	71,23
Węgiel kamienny (węglowy czynnik redukujący)	19,62	18,17	17,08	17,77
Spoiwo	1,5	1,5	1,5	1,5
CaCO3	0	8	7	8,5
CaF2	0	0	1	1
Razem	100	100	100	100

W przypadku A zasadowość nie była regulowana. W przypadkach B i C zastosowano odpowiednią ilość CaCO3 by wyregulować zasadowość żużla (CaO/SiO2) na około 1,15. W przypadku D

PL 199 092 B1 zastosowano odpowiednią ilość CaCO3 by wyregulować zasadowość żużla (CaO/SiO2) na co najmniej 1,3. Przypadki C i D były przykładami realizacji przedmiotowego wynalazku i zawierały niewielką ilość fluorytu (CaF2) w celu zwiększenia płynności żużla, będącego produktem ubocznym. Przewidywane ilości żużla wynosiły 127,8 kg/t (bryłki żelaza) w przypadku A, 215,7 kg/t (bryłki żelaza) w przypadku B, 212,7 kg/t (bryłki żelaza) w przypadku C oraz 233,8 kg/t (bryłki żelaza) w przypadku D.

W przypadkach A i B skład regulowano tak, by zbadać wpływ żużla jako produktu ubocznego na właściwości kohezji bryłek żelaza. W przypadkach B, C i D skład regulowano tak, by badać wpływ dodawania niewielkiej ilości akceleratora kohezji (CaF2) na polepszenie właściwości kohezyjnych bryłek żelaza. Ponadto, niewielka ilość akceleratora kohezji jest cechą przedmiotowego wynalazku. Tabletki materiałowe były zasadniczo kuliste i miały średnicę w przybliżeniu 16-20 mm.

W każdym z tych przypadków na węglowym materiale łoż a (proszek koksowy) umieszczano 250-265 g opisanych powyżej tabletek materiałowych na całej powierzchni płyty ze spienionego tlenku glinu i wprowadzano do pieca skrzyniowego, gdzie ogrzewano je przez 12-14 minut w atmosferze 100% azotu przy temperaturze 1430-1450°C. Wydajność pozyskiwania bryłek metalicznego żelaza w powyż szych przypadkach przedstawiono w tabeli 3.

Wydajność pozyskiwania bryłek metalicznego żelaza jest to stosunek masy otrzymanych bryłek metalicznego żelaza, rzeczywiście wytworzonych, do teoretycznej masy metalicznych bryłek żelaza, obliczonej na podstawie analitycznej wartości całkowitej zawartości Fe w tabletkach materiałowych. W opisie poniż ej wydajność pozyskiwania bryłek metalicznego żelaza w stosunku do masy żelaza zawartej w tabletkach materiałowych oceniano według dwóch aspektów: (1) stosunek masy bryłek metalicznego żelaza, które mają masę pojedynczej bryłki co najmniej w przybliżeniu 0,2 g, oraz (2) stosunek masy bryłek metalicznego żelaza, które w pojedynczej bryłce mają masę 1,0 g lub większą.

T a b e l a 3

Wydajność pozyskiwania bryłek metalicznego żelaza (% mas.)

Skład	Przypadek A (przykład porównawczy)	Przypadek B (przykład porównawczy)	Przypadek C (przykład)	Przypadek D (przykład)
Zawartość CaCO3 (%)	0,0	8,0	7,0	8,5
Zawartość CaF2 (%)	0,0	0,0	1,0	1,0
(1) Wydajność pozyskiwania bryłek metalicznego żelaza o masie co najmniej w przybliżeniu 0,2 g (%)	96,8	84,6	101,7	99,7
(2) Wydajność pozyskiwania bryłek metalicznego żelaza o masie co najmniej w przybliżeniu 1,0 g (%)	92,86	80,02	100,1	96,2

Przypadek A porównano z przypadkiem B. Przypadek B, w którym ilość żużla, będącego produktem ubocznym, była zwiększona na skutek dodania 8% CaCO3, wyraźnie demonstruje tendencję zwiększania się wydajności wytwarzania bryłek metalicznego żelaza o małej średnicy. Wydajności pozyskiwania bryłek metalicznego żelaza (1) co najmniej 0,2 g i (2) co najmniej 1,0 g były wyraźnie małe. W szczególności, wydajność pozyskiwania bryłek metalicznego żelaza o masie co najmniej 1,0 g była zmniejszona o co najmniej 12%. Należy zauważyć, że w przypadku B duże ilości mikrocząstek metalicznego żelaza przywierały do powierzchni żużla, będącego produktem ubocznym, a te bryłki metalicznego żelaza, które występowały oddzielnie od żużla, zawierały cząstki żużla. Oddzielenie bryłek metalicznego żelaza od żużla było zatem trudne.

Z drugiej strony, kiedy przypadek B porównano z przypadkiem C, chociaż ilość żu ż la, bę d ą cego produktem ubocznym, zwiększyła się zarówno w przypadku C jak i w przypadku B, przypadek C demonstrował, że kohezja roztopionego metalicznego żelaza mogłaby się znacznie polepszyć na skutek dodania CaF2. W szczególności, wydajności pozyskiwania bryłek metalicznego żelaza zarówno o masie co najmniej 0,2 g jak i o masie co najmniej 1,0 g były znacznie lepsze. W przypadku C wydajność pozyskiwania była polepszona o 20-26% w porównaniu z przypadkiem B, z uzyskiwaniem wydajności pozyskiwania przewyższającej 100%. Wydajność pozyskiwania przekraczała 100%, ponieważ jako mianownik zastosowano całkowitą zawartość żelaza w materiale wyjściowym a jako licznik, przy obliczaniu

PL 199 092 B1 wydajności pozyskiwania, zastosowano ilość surowego żelaza, która częściowo zawiera odzyskany węgiel, krzem itp.

W przypadku D zawartość CaCO3 była zwiększona do 8,5%, a zwiększenie ilości żużla spowodowało wystąpienie tendencji do spadku wydajności pozyskiwania. Jednakże wydajność pozyskiwania bryłek metalicznego żelaza o masie co najmniej 0,2 g wynosiła w przybliżeniu 100%, nadal zapewniając wysoką wydajność. Ulepszenie jest oczywiste, kiedy porówna się z przypadkiem A, w którym ilość żużla jest mała. Nawet różnica 1,0% w wydajności pozyskiwania bryłek metalu ma znacząco duży wpływ na koszt w rzeczywistych operacjach, co stanowi wyróżniającą właściwość przedmiotowego wynalazku.

Fotografie przedstawiające wygląd bryłek metalicznego żelaza i żużla w przypadkach B i C pokazano na fig. 1. Fotografie przedstawiające rozkład wielkości bryłek metalicznego żelaza w przypadkach B i C pokazano na fig. 2. Należy zauważyć, że fotografie przedstawiające wygląd bryłek metalicznego żelaza i żużla pokazują stan wytworzonych bryłek metalicznego żelaza i żużla w tacy po wytapianiu redukcyjnym.

Jak wynika z fig. 1, przypadek B, w którym zastosowano 8% CaCO3, wyraźnie demonstrował tendencję wzrostu wydajności wytwarzania bryłek metalicznego żelaza o małej średnicy. W szczególności, jak to wynika z rysunku, wiele mikrocząstek metalicznego żelaza przywierało do powierzchni otrzymywanego żużla, a te bryłki metalicznego żelaza, które istniały oddzielnie od żużla, zawierały cząstki żużla i były trwale spojone z takimi cząstkami żużla. Oddzielenie bryłek metalicznego żelaza od żużla było zatem trudne.

W odróżnieniu od przypadku B w przypadku C, gdzie dodano CaF2 w charakterze akceleratora kohezji, wydajność wytwarzania niewielkich bryłek metalicznego żelaza nie zmniejszyła się i prawie wszystkie były dużymi bryłkami metalicznego żelaza. Zasadniczo nie było małych bryłek metalicznego żelaza, które przywierają do powierzchni bryłek żużla i trwale łączą się z nimi. W przypadku B wytworzony żużel był szklisty i czarnozielony. Wymiary wytwarzanego żużla zwiększyły się, ponieważ zwiększyła się podstawowa jednostka żużla. Jednakże ilość niewielkich cząstek metalicznego żelaza przywierających do powierzchni żużla również wzrosła za wyjątkiem przypadków C i D, w których dodano CaF2.

Tabele 4 i 5 poniżej przedstawiają wyniki analizy chemicznej wytworzonych bryłek metalicznego żelaza i żużla. Ponieważ bryłki metalicznego żelaza zasadniczo nie zawierały metali ciężkich, poza głównymi składnikami skały płonnej, takimi jak SiO2 w rudzie, w tabelach tych podano tylko pięć głównych pierwiastków.

T a b e l a 4

Wyniki analizy chemicznej bryłek metalicznego żelaza (% mas.)

	C	Si	Mn	P	S
Przypadek A (przykład porównawczy)	3,23	0,32	0,09	0,040	0,127
Przypadek B (przykład porównawczy)	3,41	0,20	0,13	0,036	0,078
Przypadek C (przykład)	3,74	0,21	0,18	0,037	0,059
Przypadek D (przykład)	4,01	0,17	0,23	0,034	0,033

T a b e l a 5

Wyniki analizy chemicznej żużla (% mas.)

	Razem Fe	FeO	SiO2	CaO	AI2O3	MgO	S	Zasadowość
Przypadek A (przykład porównawczy)	4,76	1,64	64,33	10,21	9,82	6,50	0,072	0,159
Przypadek B (przykład porównawczy)	3,97	0,39	40,54	45,04	6,41	4,04	0,442	1,111
Przypadek C (przykład)	1,58	0,28	40,42	46,73	6,46	4,09	0,408	1,156
Przypadek D (przykład)	4,22	0,25	35,09	47,72	5,70	3,71	0,558	1,360

PL 199 092 B1

Jak wynika z tabeli 4 i 5, przypadki C i D, w których w charakterze akceleratora kohezji zastosowano 7,0-8,5% CaCO3 i 1,0% CaF2, zachowywały dużą wydajność pozyskiwania bryłek metalicznego żelaza przy osiąganiu małej zawartości siarki w bryłkach metalicznego żelaza. W szczególności, w przypadku D otrzymano wysokiej jakoś ci brył ki metalicznego ż elaza o wyraźnie ma ł ej zawartoś ci siarki wynoszącej 0,033%.

P r z y k ł a d 2

W przykł adzie tym w materiale zastosowano rudę ż elaza o sł abych wła ściwościach kohezyjnych, to znaczy rudę hematytową, by potwierdzić wpływ dodania około 1,0% CaF2 w charakterze akceleratora kohezji. Doświadczenia z wytapianiem redukcyjnym przeprowadzano jak w przykładzie 1 powyżej.

Tabela 6 przedstawia podstawowy skład chemiczny rudy hematytowej użytej w doświadczeniu. Fig. 3 i 4 przedstawiają fotografie pokazujące wygląd produktów bezpośrednio po wytapianiu redukcyjnym (fig. 3) na tacy aluminiowej i otrzymanych bryłek metalicznego żelaza (fig. 4) z przykładu F, który stanowi realizację przedmiotowego wynalazku i wykorzystuje CaF2 w charakterze akceleratora kohezji. Fig. 3 i 4 zawierają również fotografie przedstawiające wygląd produktów bezpośrednio po wytopie redukcyjnym (fig. 3) na tacy aluminiowej oraz otrzymanych bryłek metalicznego żelaza (fig. 4) z przypadku E, który jest porównawczym przykł adem bez stosowania CaF2.

T a b e l a 6

Skład chemiczny rudy hematytowej (% mas.)

Razem Fe	FeO	Fe2O3	SiO2	AI2O3	CaO	MgO	Inne	Razem
68,01	0,1	97,13	1,08	0,47	0,08	0,06	1,13	100

Jak w przykładzie 1, nie zaobserwowano żadnego zwiększenia ilości wytworzonych niewielkich bryłek metalicznego żelaza, gdy użyto CaF2. Prawie wszystkie bryłki metalicznego żelaza były duże. Polepszenie w wyniku dodania akceleratora kohezji było wyraźne.

P r z y k ł a d 3

W przykładzie tym jako akcelerator kohezji zamiast CaF2 stosowano Na2CO3. Warunki doświadczenia były zasadniczo takie same jak w przykładzie 1 powyżej, a skład materiału podano w tabeli 7 poniż ej. Tabela 7 opisuje również skł ad materiał u przykł adu porównawczego.

T a b e l a 7

Przewidywany skład tabletek materiałowych (% mas.)

	Ruda hematytowa	Węgiel	Spoiwo	CaCO3	Na2CO3
Przykład 3	74,41	20,09	1,50	4,0	-
Przykład porównawczy	71,88	21,02	1,50	4,0	1,6

Figura 5 przedstawia rozkład skumulowanej masy bryłek metalicznego żelaza, otrzymanych w przykładzie 3 powyżej i w przykładzie porównawczym. Przy określaniu rozkładu skumulowanej masy otrzymane bryłki metalicznego żelaza były sortowane za pomocą sit i dodawano liczbę bryłek o najwię kszym wymiarze do liczby brył ek o najmniejszym wymiarze. Rysunek ten przedstawia również procent skumulowanej masy bryłek metalicznego żelaza, które mają masę co najmniej 0,2 g i co najmniej 1,0 g.

Jak wynika z tego rysunku, kiedy porównuje się skumulowaną masę stosunkowo dużych bryłek metalicznego żelaza o masie co najmniej 1,0 g, wówczas masa ta z przykładu porównawczego wynosi 54,34% mas., natomiast z przykładu 3 wynosi 95,74% mas., czyli znacznie więcej. Jeśli chodzi o skumulowaną masę bryłek metalicznego żelaza o masie co najmniej 0,2 g, wówczas dla przykładu porównawczego wynosi ona 58,34% mas. Pokazuje to, że chociaż wartość ta jest znacznie większa niż 54,34% mas. bryłek metalicznego żelaza o masie co najmniej 1,0 g, ulepszenie jest zasadniczo żadne, co wyraźnie pokazuje jak duża jest wydajność wytwarzania mikrocząstek metalicznego żelaza w przykładzie porównawczym. W przykładzie 3 skumulowana masa bryłek metalicznego żelaza co najmniej 0,2 g wynosiła 95,9% mas., czyli dość dużo. Demonstruje to, że duże bryłki metalicznego żelaza o doskonałych właściwościach przeładunku można otrzymywać z dużą wydajnością w przykładzie 3.

PL 199 092 B1

P r z y k ł a d 4

Jako źródło tlenku metalu zastosowano pył z produkcji stali nierdzewnej oraz zgorzelinę o składzie opisanym poniżej. Do tego źródła tlenku żelaza dodano sproszkowaną mieszaninę węglowego czynnika redukującego (miał węglowy) i spoiwa (mąka pszenna) oraz sproszkowaną mieszaninę węglowego czynnika redukującego, spoiwa i CaF2, to znaczy akceleratora kohezji, których składy podano w tabeli 8, tak aby otrzymać tabletki o ś rednicy w przybliż eniu 16-20 mm.

Główne składniki (% mas.) pyłu z produkcji stali nierdzewnej były następujące:

razem Fe 25,7%, metaliczne żelazo 1,54%, SiO2 6,0%, AI2O3 0,54%, CaO 3,66%, MgO 1,3%, metaliczny nikiel 0,27%, NiO 7,91%, metaliczny Cr 0,15%, Cr2O3 16,07%, metaliczny mangan 0,23%, MnO 6,44%, MoO 6,44%, ZnO 5,53% i C 0,56%.

Główne składniki (% mas.) zgorzeliny walcowniczej były następujące:

razem Fe 72,2%, metaliczne żelazo 12,6%, SiO2 1,95%, AI2O3 0,42%, CaO 1,5%, MgO 0,1%,

MnO 0,9%.

T a b e l a 8

Skład tabletek materiałowych

	Pył stali nierdzewnej	Zgorzelina	Węgiel	Spoiwo	CaF2
Przykład według wynalazku	40,20	40,20	16,63	1,48	1,50
Przykład porównawczy	40,84	40,84	16,82	1,50	0

Doświadczenie z wytapianiem redukcyjnym przy użyciu pieca skrzyniowego przeprowadzono jak w przykładzie 1 powyżej stosując 350 g (w przybliżeniu 40 sztuk) każdego rodzaju tabletek materiałowych. Następnie porównano wydajność pozyskiwania bryłek metalicznego żelaza o masie co najmniej 0,6 g.

Wyniki wykazały, że w przykładzie porównawczym, gdzie nie stosowano CaF2, wytworzona została większa liczba małych bryłek żelaza o masie mniejszej niż 0,6 g, a wydajność pozyskiwania dużych bryłek żelaza o masie co najmniej 0,6 g wynosiła w przybliżeniu 62%. Natomiast w przykładzie według wynalazku, z zastosowaniem CaF2 w charakterze akceleratora kohezji, ilość wytworzonych małych bryłek metalicznego żelaza była wyraźnie niewielka, a wydajność pozyskiwania dużych bryłek żelaza o masie co najmniej 0,6 g była wyraźnie duża, to znaczy 98,3%.

Przy stosowaniu materiału o powyższym składzie powstaje 300-400 kg żużla na tonę bryłek metalicznego żelaza ze znacznym wpływem na wytapianie i kohezję zredukowanego żelaza. W przykładzie porównawczym powyżej płynność żużla była słaba, a zatem żużel utrudniał kohezję mikrocząstek zredukowanego żelaza, wytworzonych przez redukcję cieplną. W rezultacie, wytwarzana była duża ilość mikrocząstek metalicznego żelaza. Natomiast w przykładzie według wynalazku, gdzie stosowano 1,5% CaF2 w charakterze akceleratora kohezji, płynność żużla będącego produktem ubocznym była zwiększona, co wspomagało kohezję mikrocząstek zredukowanego żelaza i prawie wszystkie cząstki wytworzonego zredukowanego żelaza łączyły się w duże bryłki żelaza przez kohezję.

P r z y k ł a d 5

Zarówno pył z produkcji stali nierdzewnej jak i zgorzelina wytwarzana przy produkcji wlewków ze stali nierdzewnej za pomocą pieca elektrycznego były wykorzystywane jako źródło tlenku żelaza w ilościach podanych w tabeli 9 poniżej. Węglowy czynnik redukujący (miał węglowy), spoiwo (mąka pszenna) i 1,5% mas. CaF2 w charakterze akceleratora kohezji dodano do tego źródła tlenku żelaza, by wytworzyć sproszkowaną mieszaninę. Z tej sproszkowanej mieszaniny formowano tabletki o średnicy w przybliżeniu 16-20 mm. Doświadczalne wytapianie redukcyjne przeprowadzano w piecu skrzyniowym, jak w przykładzie 4 powyżej, stosując 350 g (w przybliżeniu 40 sztuk) każdego rodzaju tabletek materiałowych. Badano ilość żużla wytwarzanego jako produkt uboczny i stan bryłek żelaza oraz żużla jako produktu ubocznego. Należy zauważyć, że w doświadczeniu tym we wszystkich przypadkach jako akcelerator kohezji stosowano 1,5% mas. CaF2.

Celem tego doświadczenia było zbadanie wpływu zawartości pyłu z pieca elektrycznego jako źródła żelaza na ilość żużla wytwarzanego jako produkt uboczny. Inaczej mówiąc, przy redukcyjnym wytapianiu przeprowadzanym z zastosowaniem tabletek zawierających węgiel i z użyciem pyłu z pieca elektrycznego (pył stali nierdzewnej) jako źródła żelaza ilość żużla ma duży wpływ na stabilny przebieg procesu. Dokładniej mówiąc, ilość żużla jako produktu ubocznego rośnie, gdy zwiększa się zawartość pyłu z pieca elektrycznego w materiale. W rezultacie, żużel może całkowicie pokrywać bryłki

PL 199 092 B1 żelaza i uniemożliwiać kohezję mikrocząstek żelaza. Ponadto, rozpuszczanie materiałów ogniotrwałych trzonu może być dodatkowo przyspieszane przez zwiększoną ilość roztopionego żużla. W doświadczeniu tym zawartość pyłu z pieca elektrycznego zmieniano do około 25% mas., 30% mas., 40% mas. i 50% mas. w przypadkach odpowiednio 1, 2, 3 i 4, aby zbada ć stan brył ek ż elaza wytwarzanych przez wytapianie redukcyjne i żużla, będącego produktem ubocznym. Ilość żużla w każdym z tych przypadków również podano w tabeli 9.

Główne składniki (% mas.) pyłu stali nierdzewnej były następujące:

razem Fe 23,5%, metaliczne żelazo 15,7%, SiO2 8,2%, AI2O3 2,7%, CaO 14,2%, MgO 3,6%, metaliczny nikiel 0,8%, NiO 3,9%, metaliczny chrom 0,3%, Cr2O3 10,8%, metaliczny mangan 0,6%, MnO 3,2%, MoO 1,1%, ZnO 9,6% i C 0,9%.

Główne składniki (% mas.) zgorzeliny były następujące:

razem Fe 75,1%, metaliczne żelazo 0,07%, SiO2 0,01%, AI2O3 0,07%, CaO 0,02%, MgO 0,01%, MnO 0,29%.

T a b e l a 9

Skład tabletek materiałowych (% mas.)

	Pył stali nierdzewnej	Zgorzelina	Węgiel	Spoiwo	CaF2	Ilość żużla (kg/t bryłek żelaza)
Przypadek 1	23,59	55,05	18,38	1,48	1,5	217,2
Przypadek 2	31,53	47,3	18,19	1,48	1,5	315,4
Przypadek 3	40,18	40,18	16,66	1,48	1,5	487,8
Przypadek 4	48,14	32,09	16,79	1,48	1,5	613,7

Jak wynika z tabeli 9, ilość żużla, jako produktu ubocznego, wyraźnie zwiększyła się, gdy wzrosła ilość pyłu ze stali nierdzewnej. W przypadkach 1 i 2 ilość żużla, będącego produktem ubocznym, nie była znacząco duża w porównaniu z ilością bryłek żelaza, a bryłki żelaza po redukcji cieplnej były wystarczająco odróżnialne od żużla, będącego produktem ubocznym, na tacy z tlenku glinu. Oddzielanie bryłek żelaza od żużla, będącego produktem ubocznym, było również łatwe. Jednakże w przypadku 4 ilość żużla, będącego produktem ubocznym, była znacząco duża w porównaniu z wytworzonymi bryłkami żelaza i zasadniczo wszystkie bryłki żelaza były pokryte żużlem, będącym produktem ubocznym. Ponadto, potwierdziło się, że bryłki żelaza skupiały się na dolnej stronie tacy z tlenku glinu. W takim stanie istnieje ryzyko, że materiały ogniotrwałe trzonu wejdą w bezpośredni kontakt z roztopionym metalicznym żelazem, co przyspieszy rozpuszczenie materiału trzonu.

W przypadku 3 pył stali nierdzewnej i zgorzelina został y uż yte w stosunku 50:50 jako ź ródł o tlenku żelaza. Stosunek ten jest zasadniczo traktowany jako graniczny stosunek, który umożliwia skuteczne oddzielenie bryłek żelaza od żużla, będącego produktem ubocznym, przy równoczesnym zapobieganiu uszkodzeniu materiałów ogniotrwałych trzonu. W takim przypadku ilość żużla, będącego produktem ubocznym, na tonę wytworzonych bryłek żelaza wynosiła w przybliżeniu 500 kg. Wyniki te wykazują, że kiedy jako źródło żelaza stosuje się pył ze stali nierdzewnej o dużej zawartości żużla, wówczas skład korzystnie ustawia się tak, by ilość żużla, będącego produktem ubocznym, nie przewyższała w przybliżeniu 500 kg na tonę wytworzonych bryłek żelaza.

W przypadkach 1-4 tego przykładu badano wydajności odzyskiwania Cr, Ni i Mo zawartych w pyle stali nierdzewnej. Wyniki przedstawiono w tabeli 10. Wyniki te demonstrują również , ż e wydajność odzyskiwania wartościowych metali, innych niż żelazo, można zwiększyć przez ograniczenie ilości żużla, będącego produktem ubocznym, do możliwie małej wartości w trakcie przygotowywania materiału.

T a b e l a 10

Stopień odzyskania wartościowych metali z pyłu stali nierdzewnej (% mas.)

	Cr	Ni	Mo
Przypadek 1	88,10	84,3	90,99
Przypadek 2	71,83	78,0	86,50
Przypadek 3	51,31	70,2	89,62
Przypadek 4	50,70	63,4	81,31

PL 199 092 B1

Zastosowanie przemysłowe

Zgodnie z przedmiotowym wynalazkiem, posiadającym opisane powyżej właściwości, oddzielanie roztopionego metalu wytworzonego przez wytapianie redukcyjne od żużla, będącego produktem ubocznym, można przyspieszyć przez dodanie akceleratora kohezji, takiego jak fluoryt (CaF2), do materiału, przy czym ten akcelerator kohezji polepsza płynność produktu ubocznego stopionego metalu. W rezultacie, można wytwarzać z dużą wydajnością pozyskiwania duże bryłki metalu o wysokiej jakości, takiego jak żelazo, mające dużą czystość metalu oraz lepsze właściwości transportu i przeładunku.

Krótki opis rysunków

Figura 1 zawiera fotografie produktów przedstawiających stan bezpośrednio przed wytapianiem redukcyjnym według przykładu i według przykładu porównawczego. Fig. 2 zawiera fotografie pokazujące wygląd bryłek metalicznego żelaza wytworzonych w przykładzie i przykładzie porównawczym. Fig. 3 zawiera fotografie produktów pokazujące stan bezpośrednio przed wytapianiem redukcyjnym według innego przykładu i innego przykładu porównawczego. Fig. 4 zawiera fotografie, które pokazują wygląd bryłek metalicznego żelaza wytworzonych przez jeszcze inny przykład i jeszcze inny przykład porównawczy. Fig. 5 jest wykresem pokazującym wykresy łącznej masy bryłek metalu wytworzonych w przykładzie porównawczym oraz w przykładzie, zależ ności od wielkości.

Claims (10)

1. Sposób wytwarzania bryłek metalu, polegający na ogrzewaniu materiału składającego się ze źródła tlenku metalu i węglowego czynnika redukującego, by zredukować tlenek metalu, a następnie ogrzewaniu otrzymanego materiału tak, aby roztopić metal i umożliwić oddzielenie metalu od żużla, będącego produktem ubocznym, pozwalając by żużel uległ kohezji, znamienny tym, że do powyżej określonego materiału dodaje się co najmniej jedną substancję spośród fluorku wapnia oraz tlenku boru, zwiększającą kohezję i przyspieszającą kohezję żużla, przy czym zawartość substancji zwiększającej kohezję w materiale wynosi w zakresie 0,2-2,5% wagowych.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał jest mieszaniną proszków substancji zawierającej tlenek metalu, węglowego czynnika redukującego i substancji zwiększającej kohezję.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że mieszaninę kształtuje się w tabletki lub brykiety, albo formuje się na prasie w zagęszczony materiał, przeznaczony do wykorzystania.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako substancję zwiększającą kohezję stosuje się fluoryt.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e do grzania i redukowania materiału wykorzystuje się piec z ruchomym łożem.

6. Sposób wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e do grzania oraz redukowania materiał u wykorzystuje się piec z obrotowym trzonem.

7. Sposób wedł ug zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, ż e najpierw na trzonie ukł ada się warstwę materiału węglowego, a następnie doprowadza się materiał, który ma być grzany i redukuje się go na trzonie.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ż e jako tlenek metalu stosuje się tlenek żelaza.

9. Sposób według zastrz. 1 albo 8, znamienny tym, że substancję zawierającą tlenek metalu stanowi co najmniej jeden materiał spośród rudy żelaza, pyłu z wytwarzania stali, odpadów stalowniczych i złomu.

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że jako pył z wytwarzania stali stosuje się pył wytworzony podczas wytwarzania wlewków stali nierdzewnej, aby odzyskiwać wartościowe metale