PL222401B1 - Sposób wytwarzania żelaza w stanie stałym - Google Patents

Description

(21) Numer zgłoszenia: 404427 (51) Int.Cl.

C21B 13/00 (2006.01) C22B 5/10 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 24.06.2013 (54)

Sposób wytwarzania żelaza w stanie stałym (73) Uprawniony z patentu:

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA, Częstochowa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

05.01.2015 BUP 01/15 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

29.07.2016 WUP 07/16 (72) Twórca(y) wynalazku:

JAN MRÓZ, Częstochowa, PL JAN JOWSA, Częstochowa, PL STANISŁAW GARNCAREK, Częstochowa, PL (74) Pełnomocnik:

rzecz. pat. Cezary Radecki

PL 222 401 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania żelaza w stanie stałym przeznaczony do wykorzystywania w metalurgii żelaza.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 194677 sposób wytwarzania produktu stałego zawierającego żelazo i węgiel. W sposobie tym do bezpośredniego redukowania tlenku żelaza wykorz ystuje się piec z obrotowym trzonem, by wytworzyć guzik z metalicznego żelaza o wysokiej czystości, zawierający węgiel. Warstwa trzonowa pieca może być ogniotrwałą lub szklistą warstwą trzonową z tlenku żelaza, węgla i krzemionki. Dodatkowo, na tę ogniotrwałą lub szklistą warstwę trzonową przed dodaniem materiałów zawierających tlenkową rudę żelaza i węgiel wprowadza się materiały powlekające, które chronią warstwę trzonową przed działaniem roztopionego żelaza. Materiały powlekające mogą zawierać mieszanki węgla, tlenku żelaza, tlenku krzemu, tlenku magnezu i/lub tlenku glinu. Materiały powlekające umieszczane są jako ciało stałe lub zawiesina na warstwie trzonowej i grzane, co zapewnia powstanie warstwy ochronnej, na której umieszcza się tlenkowe rudy żelaza i materiały węglowe. Tlenek żelaza redukuje się i powstają roztopione kulki zawierające żelazo o wysokiej cz ystości i resztkowy węgiel, które pozostają oddzielone od warstwy trzonowej i żużla. Piec w tym sposobie wyposażony jest w płytę chłodzącą, która jest umieszczona bardzo blisko ogniotrwałej lub szklistej warstwy trzonowej i chłodzi roztopione kulki, aby utworzyć stałe guziki metalicznego żelaza i węgla, które są usuwane z pieca. Sposób ten zapewnia wytwarzanie stałych guzików z żelaza o wysokiej czystości i węgla, które są oddzielone od cząstek żużla i wyprowadzane bez znacznej straty żelazn ego produktu.

Znany jest również z opisu zgłoszeniowego polskiego wynalazku nr 340798 sposób redukcji tlenków żelaza i wytapiania żelaza. Sposób ten obejmuje co najmniej dwa kolejne etapy: pierwszy etap, konwencjonalny, redukcji do uzyskania stopnia przeprowadzenia w metal rzędu 80 do 94%, korzystnie 85 do 90%, i ogrzewania do temperatury wyższej niż 1000°C, a co najwyżej do temperatury bliskiej temperatury topnienia, i drugi etap zasilania pieca do topienia mieszaniną metalicznego żelaza, skały płonnej, topników i węgla w nadmiarze, przy czym piec do wytapiania zawiera stopioną fazę surówki, a metal i żużel są usuwane, korzystnie w sposób ciągły, przez przelewanie.

Znany jest także z polskiego opisu patentowego nr 205240 sposób wytwarzania metalicznego żelaza i żużla poprzez wytop materiału wyjściowego zawierającego żelazo, w którym wytapia się żelazo z materiału wyjściowego zawierającego żelazo jako tlenek, częściowo w stanie metalicznym, w reaktorze zawierającym stopioną kąpiel posiadającą fazę żużlu, przy czym reduktor podaje się w ytwarzając ciepło i warunki redukujące w co najmniej jednym obszarze redukcji w kąpieli, a materiał wyjściowy ładuje się do reaktora razem z dodatkowym reduktorem i z topnikiem.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu umożliwiającego wytwarzanie żelaza w stanie stałym z rud żelaza redukowanych w stanie ciekłym, z wykorzystaniem stałych reduktorów węglowych.

Sposób według wynalazku polega na tym, że przygotowany wsad o ziarnistości poniżej 0,2 mm redukuje się w temperaturze od 1350°C do 1400°C w czasie nie dłuższym niż 5 minut, po czym uzyskane żelazo w stanie stałym znajdujące się w ciekłym żużlu schładza się we wlewkach, przy czym wsad stanowi mieszanina zawierająca tlenek żelaza III, tlenek żelaza II, tlenek wapnia II, tlenek krzemu IV, tlenek magnezu II, tlenek glinu III, tlenek fosforu V, mangan, siarkę, a stosunek tlenku wapnia II do tlenku krzemu IV we wsadzie wynosi od 1,0 do 2,0, natomiast odgazowany węgiel stanowi węglowy środek redukujący.

Sposób według wynalazku umożliwia uzyskanie produktu w postaci kompozytu stałego żelaza i zestalonej fazy żużlowej. Wysoki stopień czystości otrzymanego żelaza według wynalazku pozwala na jego wykorzystanie w technologiach recyklingu złomu żelaza, dla obniżenia poziomu zanieczys zczeń stali szkodliwymi domieszkami znajdującymi się w złomowanym żelazie.

Dodatkowo duża gęstość uzyskiwanego według wynalazku produktu, oraz obecność pewnej ilości tlenu w produkcie, umożliwia jego stosowanie w procesach stalowniczych jako utleniacza d omieszek.

Dzięki sposobowi możliwe jest dziewiętnastokrotne zwiększenie wydajności redukcji rud żelaza w stanie ciekłym w porównaniu z redukcją w stanie stałym dla otrzymania żelaza metalicznego w stanie stałym.

P r z y k ł a d 1

W przykładzie wykonania sposobu według wynalazku skład chemiczny rudy żelaza o ziarnistości poniżej 0,2 mm został określony w tabeli poniżej, przy czym w mieszance rudy i topnika o masie

PL 222 401 B1

1000 kg ilość dodanego tlenku wapnia II, jako topnika, wynosi 48,9 kg. Do tak przygotowanej mieszanki dodano 222 kg węgla w postaci drobno zmielonego koksiku o ziarnistości 0,19 mm, stanowiącego źródło reduktora i energii cieplnej. Ilość koksiku obliczona została tak, aby węgiel zawarty w koksiku zapewnił całkowite usunięcie tlenu zawartego w tlenkach żelaza, oraz aby zapewniony został dostateczny potencjał redukcyjny fazy gazowej.

W sposobie według wynalazku do agregatu metalurgicznego zapewniającego temperaturę w zakresie 1350-1400°C wdmuchuje się ujednorodniony wsad składający się z rudy, tlenku wapnia i koksiku w podanych powyżej ilościach. Po upływie 4, 5 minut od zakończenia wdmuchiwania wsadu, zredukowane żelazo w stanie stałym znajdujące się w ciekłym żużlu zostaje spuszczone z pieca i schłodzone we wlewkach.

Wynikiem zastosowania sposobu według wynalazku jest otrzymanie stałego żelaza metalicznego w konglomeracie z fazą żużlową. Stopień redukcji tlenków żelaza wynosił 96%, co kwalifikuje otrzymany produkt jako nośnik nie zanieczyszczonego żelaza w procesach otrzymywania stali.

Tabela przedstawiająca skład chemiczny rudy żelaza wykorzystywanej w sposobie wytwarzania żelaza w stanie stałym.

Składniki	Zawartość [% mas.]
żelazo całkowite	67,72
tlenek żelaza III	65,64
tlenek żelaza II	28,05
tlenek wapnia II	0,19
tlenek krzemu IV	5,08
tlenek magnezu II	0,32
tlenek glinu III	0,16
mangan	0,03
tlenek fosforu V	0,02
siarka	0,058

P r z y k ł a d 2

W drugim przykładzie wykonania sposobu według wynalazku skład chemiczny rudy żelaza o ziarnistości poniżej 0,2 mm został określony w tabeli powyżej, przy czym w mieszance rudy i topnika o masie 1000 kg ilość dodanego tlenku wapnia II, jako topnika, wynosiła 99,7 kg. Do tak przygotowanej mieszanki dodano 210 kg węgla w postaci drobno zmielonego koksiku o ziarnistości 0,2 mm, st anowiącego źródło reduktora i energii cieplnej. Ilość koksiku obliczona została tak, aby węgiel zawarty w koksiku zapewnił całkowite usunięcie tlenu zawartego w tlenkach żelaza, oraz aby zapewniony został dostateczny potencjał redukcyjny fazy gazowej.

W sposobie według wynalazku do pieca podgrzanego do temperatury w zakresie 1350-1400°C wdmuchuje się ujednorodniony wsad składający się z rudy, tlenku wapnia i koksiku w podanych powyżej ilościach.

Po upływie 4 minut od zakończenia wdmuchiwania wsadu, zredukowane żelazo w stanie stałym znajdujące się w ciekłym żużlu zostaje spuszczone z pieca i schłodzone we wlewkach.

Wynikiem zastosowania sposobu według wynalazku jest otrzymanie stałego żelaza metalicznego w konglomeracie z fazą żużlową. Stopień redukcji tlenków żelaza wynosi 95%, co kwalifikuje otrzymany produkt jako nośnik nie zanieczyszczonego żelaza w procesach otrzymywania stali.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób wytwarzania żelaza w stanie stałym, w którym do podgrzanego pieca wprowadza się wsad zawierający materiał tlenku żelaza, topnik w postaci tlenku wapnia oraz węglowy środek redukujący, następnie redukuje się materiał tlenku żelaza środkiem redukującym, po czym uzyskany produkt chłodzi się, znamienny tym, że przygotowany wsad o ziarnistości poniżej 0,2 mm redukuje się w zakresie temperatur od 1350°C do 1400°C w czasie nie dłuższym niż 5 minut, po czym uzyskane żelazo

   PL 222 401 B1 w stanie stałym znajdujące się w ciekłym żużlu schładza się we wlewkach, przy czym wsad stanowi mieszanina zawierająca tlenek żelaza III, tlenek żelaza II, tlenek wapnia II, tlenek krzemu IV, tlenek magnezu II, tlenek glinu III, tlenek fosforu V, mangan, siarkę, a stosunek tlenku wapnia II do tlenku krzemu IV we wsadzie wynosi od 1,0 do 2,0, natomiast odgazowany węgiel stanowi węglowy środek redukujący.