CN100529121C - 铁精矿煤粉热压团块的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种铁精矿煤粉热压团块的制备方法，属于钢铁冶炼技术领域，以铁精矿粉、煤粉和生石灰粉为原料，将煤粉、铁精矿粉、分别预热后搅拌混合，将混合物采用双辊热压机热压成型，将初步成型的热压块置于封闭容器内在550～600℃下保持20～30min进行后处理即可。所制备的热压团块可作为高炉和还原熔融炼铁的原料。产品具有优良的高温强度高还原性，优良的熔融滴落性能，低能耗，本发明方法可增加普通煤和低品位铁矿的使用量，增强了炼铁对原燃料的适应性，具备广阔的应用前景。

Description

铁精矿煤粉热压团块的制备方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，涉及高炉和熔融还原炼铁技术，具体涉及铁精矿煤粉热压团块的制备方法。

背景技术

我国钢产量已连续9年排名世界第一，2005年钢产量达到3.48亿吨，成为名副其实的钢铁生产大国乃至钢铁强国。钢铁工业的迅速发展已成为我国国民经济持续、稳定发展的重要支撑条件，并促进了相关产业的发展和技术进步。但是，国内现有钢铁生产流程的资源、能源消耗大，生产效率偏低；钢铁产业集中度低，自主创新能力不强；新工艺开发滞后，熔融还原技术长期处于半工业试验水平；我国焦煤资源非理性过度使用，不仅造成了严重的资源浪费和环境污染，而且将成为阻碍钢铁工业健康发展的潜在危机。上述问题都将制约我国钢铁工业的可持续发展。为此，根据国家钢铁工业大力发展循环经济、降低钢铁能耗和物耗、提高资源和能源综合利用水平的产业政策，以企业技术改造和技术引进的重大工程为契机，着力开发以资源与能源的高效利用技术为前提、具有自主知识产权和辐射作用的新一代熔融还原技术，不仅使我国将引领国际钢铁生产技术潮流，占领未来技术制高点，而且也是解决钢铁二正业可持续发展的重要途径之一。

从全球看，资源的合理利用和清洁生产已成为钢铁行业的发展主旋律。我国虽为钢铁大国，但在原燃料资源、能源消耗和清洁生产方面仍面临着严峻的挑战，解决这些问题已成为我国钢铁工业发展战略的重大需求。新一代熔融还原工艺是当代冶金重大前沿技术之一，也是解决钢铁工业可持续发展的重要途径之一。其主要技术特点是：1)以煤代焦直接生产铁水，有效利用能源，可减轻钢铁工业对焦煤资源的依赖；2)可实现钢铁生产和能源转换的双重职能；3)减少污染，有利于环境保护；4)将焦化、烧结和高炉冶炼三个工序缩短为熔融还原工序，简化生产流程，提高生产效率。在我国，随着焦煤供应的日趋紧张和对环保要求的日益严格，熔融还原技术的优势变得更加突出。因此开发适合于我国资源条件、有利于环境保护的新一代熔融还原炼铁技术越发迫切。这将实现钢铁流程以钢铁产品为中心向以资源和能源高效利用为中心的转移，实现钢铁生产观念和技术上的创新。开发对原料适应性强、不依赖冶金焦炭的环保型的熔融还原炼铁新工艺是世界钢铁冶金发展的趋势，也是我国钢铁工业实现可持续发展的重要前提。

资源、能源和环境问题是当今人类社会发展共同面临的巨大挑战性问题。与国际先进水平相比，我国钢铁工业的差距主要表现在产品的能源和资源过度消耗、高效化生产水平低、产品档次较低、熔融还原等新工艺开发滞后等方面。缩短这些差距，提升我国钢铁行业的整体水平，无疑是我国经济建设和社会发展的重大需求。国内钢铁企业经过几年的市场磨练，不论装备水平、对新技术的把握程度以及经济实力等方面，都取得前所未有的提高，在钢铁工业结构调整的过程中，各钢铁企业更加关注自身的可持续发展问题，对开发环境友好的新技术有极大的兴趣和抵抗投资风险的经济实力。迫切希望用新技术改造传统产业，进一步拓宽未来的发展空间。随着钢铁工业结构的调整和技术的不断进步，国内企业对熔融还原技术引进与研发已进入实质阶段。据统计，国内已有十余家钢铁企业与国外公司签订了各类引进与合作开发的意向书。上海宝钢集团已经从奥钢联引进熔融还原炼铁COREX C-3000技术，应用在浦东钢铁公司新罗泾厂，年产能为150万吨，预计2006年投产。另外，2003年8月，莱钢集团与澳大利亚力拓集团也签署了协议，拟引进Hlsmelt公司的熔融还原炼铁技术。首钢集团在Hlsmelt合营公司中占有5％的股份，获得了直接熔融还原技术的使用和推广权。为避免在大量重复引进和忽略自主开发方面重蹈覆辙，开发我国具有自主知识产权的熔融还原炼铁技术已是迫在眉睫。

获得最多研究成果并实际应用于直接还原和熔融还原的是冷固结球团。它是由含铁粉料配以固体还原剂(煤粉和焦粉)与适当的粘结剂充分混合后经造球机造球或压球机压制而成的冷压块。常见的冷压块方法包括水玻璃固结法、高压蒸养法、碳酸法固结法以及水泥固结法等。冷固结球团实际是含铁料、粘结剂与含碳原料的机械混合物。所使用的粘结剂包括有机粘结剂和无机粘结剂。使用有机粘结剂以各种方法制成的冷固结团矿目前尚无一例成功。含碳球团能扩大铁氧化物与碳的反应界面，减少气体在固相中的扩散行程，为还原反应创造良好的动力学条件，使每个球团成为一个独立的自还原体系，不需要外界的强烈还原气氛，只要加热到适当温度，就能自行快速还原。尽管这种团矿在常温下获得了良好的机械强度，但在高温下几乎所有的粘结剂在冷固结团矿还原过程中出现金属铁连晶粘结之前就完全丧失粘结能力，存在着制造或冶炼等使用性能方面的诸多问题。这些球团添加到高炉或竖炉后，一方面引起渣量增加，对冶炼产生不利影响；另一方面，由于这些球团中加入的粘结剂在600℃以上就失去粘性使球团的抗压强度降低，从而限制了冷固结球团的大量使用。这也是国内诸多冷固结含碳球团直接还原和熔融还原工艺未获得成功和发展的主要原因。

热压工艺可增加普通煤和低品位铁矿的使用量，增强了炼铁对原燃料的适应性。考虑到我国这个钢铁大国低品位铁矿和非焦煤储量偏大的现实，热压含碳球团技术应用前景较为广阔。针对我国炼铁原燃料条件，开发合理可行的热压含碳团块生产技术，促进含碳团块向高炉或熔融还原竖炉内的应用，具有较强的实际意义。

发明内容

针对目前钢铁生产现状和实际原燃料条件，本发明提供一种铁精矿煤粉热压团块的制备方法。

在冷固结基础上，本发明开发了一种含碳球团--铁精矿煤粉热压团块生产技术，经预热的铁精矿粉加入预热的煤粉内，搅拌器高速转动，充分混匀煤粉和矿粉。在混匀过程中，煤粉受热后软化熔融，侵入含铁原料颗粒的空隙中或覆盖在颗粒的表面上。因此，含铁原料与煤充分接触。在煤粉和矿粉粘结物达到设定温度后，由混匀装置释放至对辊热压机(双辊同时转动)内热压成型。将初步成型的热压块置于热压机下部的封闭容器内，保持在适当温度下进行热处理，其间挥发分充分挥发，煤继续形成半焦，从而保证了最终的热压块具有足够的强度。整个过程未添加粘结剂，而充分利用煤的热塑性来保证热压产品的强度。

本发明的铁精矿煤粉热压团块由铁精矿粉、煤粉、熔剂混合热压而成。所采用的煤粉粒度为：100％处于120目～200目，其中-200目为30～35％，铁精矿粉的粒度为选矿后粒度，-200目的大于60％，熔剂为生石灰(CaO)粉，粒度-200目＞50％。按照重量百分比铁精矿粉60～75％、煤粉20～35％、生石灰粉5～10％的比例配料，将煤粉预热至100～200℃，将铁精矿粉预热至600～750℃，将生石灰粉预热至100～200℃，将预热后的铁精矿粉、煤粉、熔剂搅拌混合15～20min，将充分混合好的铁精矿粉、煤粉和熔剂混合物热压成型(可采用对辊热压机)，热压温度为350～500℃，压力25～45MPa。热压过程的破碎物返回至铁精矿粉原料部分，与铁精矿粉一起进入预热步骤，循环使用。对热压团块进行后处理，方法是将初步成型的热压块置于热压机下部的封闭容器内在550～600℃下保持20～30min。

所制备的热压含碳团块可作为高炉或熔融还原竖炉的优质炼铁原料。总体而言，本发明的热压含碳团块具有如下优点：

1)优良的高温强度。

热压含碳团块与冷固结球团相比高温机械强度明显改善。实验证明，由热塑性良好的煤在压力25～45MPa下得到的热压含碳团块经热处理后冷态抗压强度可高于1200N/个。另外，热压含碳团块在高温还原过程中的抗压强度也明显高于普通烧结矿及氧化球团。因此，热压含碳团块满足高炉或熔融还原竖炉对原料高温强度的要求。

2)高还原性。

由于热压产物内部细小颗粒的铁氧化物和碳紧密接触，与普通的烧结矿相比还原反应可在较低的温度下就开始发生。而且热压含碳团块内存在耦合效应，也即碳的气化和铁氧化物还原反应同时进行并相互促进，最终加速含铁炉料的还原。试验表明，热压含碳团块的还原性能要明显优于普通的烧结矿和普通的氧化球团。在1100℃时整个热压含碳团块的还原反应仅需下15-20分钟左右即可完成。故使用热压含碳团块后，高炉或熔融还原竖炉的反应效率将明显增强。

3)优良的熔融滴落性能。

热压含碳团块内新还原出来的铁颗粒与细小碳颗粒充分接触，渗碳速度加速进行，故软熔滴温度区间与烧结矿相比将大幅降低。由熔滴试验结果可知，与普通熔剂型烧结矿相比，热压含碳团块的熔滴温度降低约150℃。

4)低能耗。

热压含碳团块生产的最高工艺温度仅在700℃左右，与烧结过程(1200℃)相比能耗将大幅降低。

5)广阔的应用前景。

热压工艺可增加普通煤和低品位铁矿的使用量，增强炼铁对原燃料的适应性。考虑到我国这个钢铁大国低品位铁矿和非焦煤储量偏大的现实，热压含碳球团技术应用前景较为广阔。

附图说明

图1为本发明方法的工艺流程图；

图2为热压团块的外形尺寸示意图。

具体实施方式

实施使用的铁精矿粉为大石桥铁精矿，粒度为选矿后粒度。主要成份见表1。产地为辽宁大石桥。

表1  大石桥铁矿粉精选结果(wt％)

项目	T<sub>Fe</sub>	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	CaO	MgO	S	P	其它
									大石桥铁精矿	70.09	1.75	0.085	0.15	0.10	0.31	0.01	＜0.021

使用的煤粉是恒山非焦煤，主要性能见表2。粒度处于120目～200目的占100％，其中-200目约为30％)，产地为黑龙江鹤岗恒山矿区。

表2  恒山非焦煤的主要性能

熔剂为生石灰(CaO)粉，产地沈阳，纯度为98.0％，粒度-200目＞50％

对辊热压机上装有最大压力为20t的液压机。使用的热压压力为35MPa时，获得的热压含碳团块的冷态抗压强度高于1200N/个。

实施例1

铁精矿煤粉热压团块由铁精矿粉、煤粉、熔剂混合热压而成。煤粉粒度处于120目至200目的为100％，其中-200目为33％；铁精矿粉的粒度为选矿后粒度，-200目的大于60％；熔剂为生石灰(CaO)粉，粒度-200目＞50％。按照重量百分比，铁精矿粉65.2％、煤粉27.9％、生石灰粉6.9％的比例配料，将煤粉预热至150℃，将铁精矿粉预热至700℃，将生石灰粉预热至150℃。然后，将上述分别预热后的铁精矿粉、煤粉、熔剂混合并搅拌18min，将充分混匀的铁精矿粉、煤粉和熔剂的混合物采用对辊热压机热压成型，热压温度为450℃，压力35MPa。热压团块的破碎物返回至铁精矿粉原料部分，与铁精矿粉一起进入预热步骤，循环使用。对热压团块进行后处理，将初步成型的热压块置于热压机下部的封闭容器内，在600℃下保持20min即可。

团块的理化性能指标数据：

热压团块外形见图1，尺寸为21×19×13mm，体积约4.1cm³，重量7g/个。

对于原料条件(大石桥铁精矿65.2wt％；恒山非焦煤27.9wt％；生石灰粉6.9wt％)时，未热处理热压产品的抗压强度在1140～1280N/个，平均为1210N/个左右。

对上述热压块600℃进行热处理后，抗压强度明显上升，为1400～1600N/个，平均1480N/个；1100℃下还原20min空冷后测得的抗压强度为1410～1550N/个，平均1440N/个。

上述热压块的熔融滴落温度为1345℃，明显低于目前的熔剂型烧结矿和普通氧化球团。

实施例2

铁精矿煤粉热压团块由铁精矿粉、煤粉、熔剂混合热压而成。煤粉粒度处于120目至200目的为100％，其中-200目为35％；铁精矿粉的粒度为选矿后粒度，-200目的大于60％；熔剂为生石灰(CaO)粉，粒度-200目＞50％。按照重量百分比铁精矿粉75％、煤粉20％、生石灰粉5％的比例配料，将煤粉预热至200℃，将铁精矿粉预热至750℃，将生石灰粉预热至200℃。然后，将上述分别预热后的铁精矿粉、煤粉、熔剂混合并搅拌20min，将充分混匀的铁精矿粉、煤粉和熔剂的混合物采用对辊热压机热压成型，热压温度为500℃，压力25MPa。热压团块的破碎物返回至铁精矿粉原料部分，与铁精矿粉一起进入预热步骤，循环使用。对热压团块进行后处理，将初步成型的热压块置于热压机下部的封闭容器内，在550℃下保持30min即可。

实施例3

铁精矿煤粉热压团块由铁精矿粉、煤粉、熔剂混合热压而成。煤粉粒度处于120目至200目的为100％，其中-200目为30％；铁精矿粉的粒度为选矿后粒度，-200目的大于60％；熔剂为生石灰(CaO)粉，粒度-200目＞50％。按照重量百分比铁精矿粉60％、煤粉32％、生石灰粉8％的比例配料，将煤粉预热至100℃，将铁精矿粉预热至600℃，将生石灰粉预热至100℃。然后，将上述分别预热后的铁精矿粉、煤粉、熔剂混合并搅拌15min，将充分混匀的铁精矿粉、煤粉和熔剂的混合物采用对辊热压机热压成型，热压温度为400℃，压力45MPa。热压团块的破碎物返回至铁精矿粉原料部分，与铁精矿粉一起进入预热步骤，循环使用。对热压团块进行后处理，将初步成型的热压块置于热压机下部的封闭容器内，在580℃下保持25min即可。

Claims (1)

1、一种铁精矿煤粉热压团块的制备方法，以铁精矿粉、煤粉和生石灰粉为原料，其特征在于按照重量百分比铁精矿粉60～75％、煤粉20～35％、生石灰粉5～10％的比例配料，将煤粉预热至100～200℃，将铁精矿粉预热至600～750℃，将生石灰粉预热至100～200℃，将预热后的铁精矿粉、煤粉和生石灰粉搅拌混合15～20min，将混合好的铁精矿粉、煤粉和生石灰粉混合物热压成型，热压温度为350～500℃，压力25～45MPa，将初步成型的热压块置于热压机下部的封闭容器内在550～600℃下保持20～30min。

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