blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2025-4-383-394blackmet-2938Research ArticleИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХINNOVATIONS IN METALLURGICAL INDUSTRIAL AND LABORATORY EQUIPMENT, TECHNOLOGIES AND MATERIALSМеталлизация рудно-угольных брикетов в кольцевой печи, отапливаемой генераторным газомMetallization of ore-coal briquettes in an annular furnace heated by generator gasКуликовБ. П.KulikovB. P.

Борис Петрович Куликов, д.х.н., ведущий научный сотрудник кафедры «Общая металлургия»

Россия, 660041, Красноярск, Свободный пр., 79

Boris P. Kulikov, Dr. Sci. (Chem.), Leading Researcher of the Chair “Gene­ral Metallurgy”

79 Svobodnyi Ave., Krasnoyarsk 660041, Russian Federation

Kulikov-Boris@Yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0004-6083-8777СторожевЮ. И.StorozhevYu. I.

Юрий Иванович Сторожев, к.т.н., доцент

Россия, 660041, Красноярск, Свободный пр., 79

Yurii I. Storozhev, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof.

79 Svobodnyi Ave., Krasnoyarsk 660041, Russian Federation

albin1941@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0004-5881-8515ПотапенкоА. С.PotapenkoA. S.

Александр Сергеевич Потапенко, к.т.н., доцент кафедры техносферной и экологической безопасности

Россия, 660041, Красноярск, Свободный пр., 79

Aleksandr S. Potapenko, Cand. Sci. (Eng.), Assist. Prof. of the Chair of Technosphere and Environmental Safety

79 Svobodnyi Ave., Krasnoyarsk 660041, Russian Federation

komvzvodt-81@mail.ruСибирский федеральный университетРоссияSiberian Federal UniversityRussian Federation202522082025684383394Copyright © Куликов Б.П., Сторожев Ю.И., Потапенко А.С., 20252025Куликов Б.П., Сторожев Ю.И., Потапенко А.С.Kulikov B.P., Storozhev Y.I., Potapenko A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2938

Рассмотрены особенности процесса получения гранулированного чугуна с применением кольцевой печи с вращающимся подом при реализации технологии ITmk3 (Ironmaking Technology Mark Three). Авторы показывают конструкцию угольного газификатора с системой очистки синтезируемого газа и поперечное сечение кольцевой печи. Статья кратко описывает процесс промышленного получения гранулированного высококачественного чугуна. Проведена оценка перспективы использования рассматриваемой технологии на территории Российс­кой Федерации. На первом этапе исследований металлизации железорудного концентрата (ЖРК) углем применен термограви­метрический метод полного факторного эксперимента по определению оптимальных условий металлизации. В экспериментах варьировали соотношение ЖРК: уголь, крупность угля, добавки извести в процентах от суммы (ЖРК + уголь). В результате термогравиметрического анализа авторы получили кривые изменения массы образцов, состава и количества выделившегося газа при изменении температуры нагрева в процессе спекания ЖРК с углем и известью. На втором этапе для отработки технологии ITmk3 разработана лабораторная камерная печь с выдвижным подом, отапливаемая генераторным газом из каменного угля. Рудно-угольные брикеты были изготовлены с соотношением ЖРК, уголь, бентонит 80:20:5 и термообработаны в камерной печи с отоплением генераторным газом из угольного газификатора. В качестве опытного сырья были использованы железорудный концентрат Коршуновского горно-обогатительного комбината и Касьяновский каменный уголь Черемховского месторождения. На основе лабораторных исследований был определен температурно-временной режим обжига рудно-угольных брикетов, обеспечивающий высокую степень металлизации железорудных материалов (80 – 87 %) при обжиге брикетов в диапазоне температур 1080 – 1424 °С в течение 40 мин. Выход брикетов после сушки и обжига составил 66,45 %. Авторы изучили механизмы твердофазного восстановления железорудных материалов в кольцевых печах с вращающимся подом и жидкофазного разделения продуктов восстановления, а также определили состав выделившихся газов при прокаливании рудно-угольных брикетов.

The paper considers the features of producing granular pig iron using an annular furnace with a rotating hearth during implementation of ITmk3 technology (Ironmaking Technology Mark Three). The design of a coal gasifier with a synthesized gas purification system and the cross-section of an annular furnace are shown. The article briefly describes the process of industrial production of granular high-quality pig iron. The prospects of using the technology in question on the territory of the Russian Federation were assessed. At the first stage of research on the metallization of iron-ore concentrate (IOC) with coal, the thermogravimetric method of a complete factor experiment was used to determine the optimal metallization conditions. In the experiments, the ratio of IOC was varied: coal, size of coal, lime additives as a percentage of the amount (IOC + coal). As a result of thermogravimetric analysis, the authors obtained the curves of changes in mass of the samples, composition and amount of released gas when the heating temperature changed during sintering of IOC with coal and lime. At the second stage, a laboratory chamber furnace with a portable hearth, heated by generator gas from coal, was developed to test the ITmk3 technology. Ore-coal briquettes were made with a ratio of IOC, coal, bentonite 80:20:5 and heat-treated in a chamber furnace with heating by generator gas from a coal gasifier. Iron-ore concentrate from the Korshunovsky MPP and Kasyanovsky coal from the Cheremkhovsky deposit were used as experimental raw materials. Based on laboratory studies, the authors determined the temperature-time firing mode of ore-coal briquettes, which ensures a high degree of metallization of iron-ore materials of 80 – 87 % when firing briquettes in the temperature range of 1080 – 1424 °C for 40 min. The yield of briquettes after drying and firing was determined to be 66.45 %. The mechanism of solid-phase reduction of iron-ore materials in annular furnaces with a rotating hearth and liquid-phase separation of reduction products is considered. The composition of the gases released during calcination of ore and coal briquettes was determined.

металлизациябрикетыкольцевая печьгранулированный чугунгенераторный газвращающийся подтеплообменугольный газификаторmetallizationbriquettesannular furnacegranular pig irongenerator gasrotating hearthheat exchangegasifierReferencesАникин А.Е., Галевский Г.В., Руднева В.В. Исследование технологических режимов эффективной металлизации оксиджелезосодержащих отходов металлургического производства. Известия вузов. Черная металлургия. 2020;63(5):335–343. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-5-335-343Anikin A.E., Galevskii G.V., Rudneva V.V. Technological modes of efficient metallization of iron-oxide-containing waste from metallurgical production. Izvestiya. Ferrous Metal­lurgy. 2020;63(5):335–343. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-5-335-343Ярошенко Ю.Г., Гордон Я.М., Ходоровская И.Ю. Эффективные и ресурсосберегающие технологии черной металлургии: Учебное пособие. Екатеринбург: ООО «УИПЦ»; 2012:670.Yaroshenko Yu.G., Gordon Ya.M., Khodorovskaya I.Yu. Efficient and Resource-Saving Technologies of Modern Metal­lurgy: Manual. Yekaterinburg: LLC UIPC; 2012:670. (In Russ.).Пат. 2490332 RU. Способ металлизации железорудного сырья с получением гранулированного чугуна / Рашников В.Ф., Дубровский Б.А., Галкин В.В. и др.; заявл. 12.05.2011; опубл. 20.08.2013. Бюллетень № 23.Rashnikov V.F., Dubrovskii B.A., Galkin V.V. Method of metallization of iron-ore raw materials to produce granulated cast iron. Patent RF no. 2490332. MPK C21B 11/06, C21B 13/08. Bulleten’ izobretenii. 2013;(23). (In Russ.).Пат. 92522 RU. Печь для получения восстановленного металла / Григорьев В.Г., Паткин П.Г., Тепикин С.В.; заявл. 12.01.2009; опубл. 20.03.2010. Бюллетень № 8.Grigor’ev V.G., Patkin P.G., Tepikin S.V. Furnace for obtaining reduced metal. Patent RF no. 92522. MPK F27B 3/06, C21B 13/10. Bulleten’ izobretenii. 2010;(8). (In Russ.).Пат. 94680 RU. Печь для получения восстановленного металла / Григорьев В.Г., Паткин П.Г., Тепикин С.В.; заявл. 02.02.2010; опубл. 27.05.2010. Бюллетень № 15.Grigor’ev V.G., Patkin P.G., Tepikin S.V. Furnace for obtaining reduced metal. Patent RF no. 94680. MPK F27B 3/06, C21B 13/10. Bulleten’ izobretenii. 2010;(15). (In Russ.).Пат. 134532 RU. Кольцевая печь с вращающимся подом / Гринберг И.С., Гринберг А.И.; заявл. 27.06.2013; опубл. 20.11.2013. Бюллетень № 32.Grinberg I.S., Grinberg A.I. Annular furnace with rotary hearth. Patent RF no. 134532. MPK С21В 13/10, F27B 3/06. Bulleten’ izobretenii. 2013;(32). (In Russ.).Пат. 87166 RU. Технологическая линия для произ­водства металлизированного продукта / Черных В.Е., Григорь­ев В.Г., Тепикин С.В. и др.; заявл. 21.05.2009; опубл. 27.09.2009. Бюллетень № 27.Chernykh V.E., Grigor’ev V.G., Tepikin S.V., etc. Technolo­gical line for production of metallized product. Patent RF no. 87166. MPK C22B 13/08, C21B 13/14. Bulleten’ izobretenii. 2009;(27). (In Russ.).Пат. 93802 RU. Технологическая линия для произ­водства металлизированного продукта / Григорьев В.Г., Паткин П.Г., Тепикин С.В. и др.; заявл. 11.01.2010; опубл. 05.10.2010. Бюллетень № 13.Grigor’ev V.G., Patkin P.G., Tepikin S.V., etc. Technological line for production of metallized product. Patent RF no. 93802. MPK C21B 13/14. Bulleten’ izobretenii. 2010;(13). (In Russ.).Сторожев Ю.И., Подборский Л.Н., Худяков И.А. Металлизация формованных рудно-угольных материалов в кольцевой печи. Известия вузов. Черная металлургия. 2015;58(4):235–240. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2015-4-235-240Storozhev Yu.I., Podborskii L.N., Khudyakov I.A. Metalli­za­tion of molded ore-coal materials in circular furna­­ce. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2015;58(4):235–240. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2015-4-235-240Сторожев Ю.И., Подборский Л.Н., Худяков И.А. Охлаж­дение продуктов металлизации в кольцевой печи. Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2015;1382(2):33–36.Storozhev Yu.I., Podborskii L.N., Khudyakov I.A. Cooling of metallization products in annular furnace. Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economic Information. 2015;1382(2):33–36. (In Russ.).Горбачев В.А., Евстюгин С.Н., Копоть Н.Н., Рыбкин В.С., Шаврин С.В. Принципы выбора технологии прямого получения железа. Сталь. 2006;12(6):42–46.Gorbachev V.A., Evstyugin S.N., Kopot’ N.N., Rybkin V.S., Shavrin S.V. Selecting technology for direct iron production. Stal’. 2006;12(6):42–46. (In Russ.).Юнес Р., Опрышко И.А., Лобода П.И. Анализ технологий прямого восстановления оксидов металлов с применением печей с вращающимся подом. Вестник Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт». 2011;61:184–192.Yunes R., Opryshko I.A., Loboda P.I. Analysis of technologies of direct metal oxides reduction in circular furnaces. Vestnik NTUU “KPI”. 2011;61:184–192. (In Russ.).Дубровский Б.А., Шиляев П.В., Редин Е.В. и др. Металлизация шпатовых железняков Бакальского месторождения с получением гранулированного чугуна. В кн.: Сборник трудов VI Международной конференции «Энергосберегающие технологии в промышленности, печные агрегаты, экология». Москва: НИТУ «МИСиС»; 2012: 178–182.Dubrovskii B.A., Shilyaev P.V., Redin E.V., etc. Metallization ofKikuchi S., Ito S., Kobayashi I., Tsuge O., Tokuda K. ITmk3 process. KOBELCO Technology Review. 2010;29:77–84.spatic iron ores of the Bakalsky deposit and production of granulated iron. In: Proceedings of the VI Int. Conf. “Energy Saving Technologies in Industry, Combustion Equipment, Environment Protection”. Moscow: NUST “MISIS”; 2012:178–182. (In Russ.).Tanaka N., Miyagawa K., Harada T. FASTMET, FASTMELT, and ITmk3. Development of new coal-based ironmaking processes. Direct from Midrex, RHF Technologies. 2007/2008:8–13.Kikuchi S., Ito S., Kobayashi I., Tsuge O., Tokuda K. ITmk3 process. KOBELCO Technology Review. 2010;29:77–84.Kobayashi I., Tanigaki Y., Liagami A. A new process to produce iron directly from fine ore and coal. Iron and Steelmaker. 2001;28(9):19–22.Tanaka N., Miyagawa K., Harada T. FASTMET, FASTMELT, and ITmk3. Development of new coal-based ironmaking processes. Direct from Midrex, RHF Technologies. 2007/2008:8–13.Sohn I., Fruehan R.J. The reduction of iron oxides by volatiles in a rotary hearth furnace process: Part I. The role and kinetics of volatile reduction. Metallurgical and Materials Transactions B. 2005;36:605–612. https://doi.org/10.1007/s11663-005-0051-yKobayashi I., Tanigaki Y., Liagami A. A new process to produce iron directly from fine ore and coal. Iron and Steelmaker. 2001;28(9):19–22.Gordon Y., Els J. ITmk3 technology and its application for mining and steel industry in Ukraine and Russia. In: Int. Conf. on Ironmaking Technology (Kyiv, 21 March 2007). Kyiv; 2007:128–131.Sohn I., Fruehan R.J. The reduction of iron oxides by volatiles in a rotary hearth furnace process: Part I. The role and kinetics of volatile reduction. Metallurgical and Materials Transactions B. 2005;36:605–612. https://doi.org/10.1007/s11663-005-0051-yIshikawa H., Kopfle J., Mcclelland J., Ripke J. Rotary hearth furnace technologies for iron ore and recycling applications. Archives of Metallurgy and Materials. 2008;53(2):541–545.Gordon Y., Els J. ITmk3 technology and its application for mining and steel industry in Ukraine and Russia. In: Int. Conf. on Ironmaking Technology (Kyiv, 21 March 2007). Kyiv; 2007:128–131.Rutherford S.D., Kopfle J.T. Mesabi Nugget: World’s first commercial ITmk3 Plant. Iron and steel Technology. 2010;7:38–43.Ishikawa H., Kopfle J., Mcclelland J., Ripke J. Rotary hearth furnace technologies for iron ore and recycling applications. Archives of Metallurgy and Materials. 2008;53(2):541–545.Асанов А.В., Рощин А.В., Рощин В.Е. Жидкофазное разделение продуктов твердофазного восстановления железо-ванадиевых концентратов. Вестник ЮУрГУ. Металлургия. 2010;(13(189)):37–40.Rutherford S.D., Kopfle J.T. Mesabi Nugget: World’s first commercial ITmk3 Plant. Iron and steel Technology. 2010;7:38–43.Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н. и др. Металлургия чугуна. Учебник для вузов. Москва: Академ­книга; 2004:774.Asanov A.V., Roshchin A.V., Roshchin V.E. Liquid-phase separation of products of solid-phase reduction of ferro-vanadium concentrates. Vestnik YuUrGU. Metallurgiya. 2010;(13(189)):37–40. (In Russ.).Патрушов А.Е. Разработка пирометаллургической технологии извлечения железа и цинка из пылей электросталеплавильного производства: Автореферат диссертации ... кандидата технических наук. Иркутск; 2021:19.Wegman E.F., Zherebin B.N., Pokhvisnev A.N., etc. Metallurgy of Cast Iron. Textbook for Universities. Moscow: Akademkniga; 2004:774. (In Russ.).Гущин С.Н., Казяев М.Д., Крюченков Ю.В. и др. Теория и практика теплогенерации. Учебник. Изд. 2-е. Екатеринбург: УГТУ-УПИ; 2005:379.Patrushov A.E. Development of pyrometallurgical technology for extracting iron and zinc from electric steelmaking dust: Extended Abstract of Cand. Sci. Diss. Irkutsk; 2021:19. (In Russ.).Gushchin S.N., Kazyaev M.D., Kryuchenkov Yu.V., etc. Theory and Practice of Heat Generation: Textbook. 2nd ed. Ekaterinburg. UGTU-UPI; 2005:379. (In Russ.).Gushchin S.N., Kazyaev M.D., Kryuchenkov Yu.V., etc. Theory and Practice of Heat Generation: Textbook. 2nd ed. Ekaterinburg. UGTU-UPI; 2005:379. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.