CN103937971A - 铁矿热压含碳球团的制备方法及炼铁原料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁矿热压含碳球团的制备方法及炼铁原料，该制备方法包括以下步骤：首先，将铁矿粉、煤粉、溶剂混合均匀，以得到第一物料，其中，第一物料中的铁矿粉的含量为60wt％～80wt％，煤粉的含量为20wt％～40wt％，熔剂的含量为0wt％～10wt％；然后，将第一物料加热到100℃～300℃后将其热压成型为球团，以得到第二物料；最后，将第二物料置于隧道窑或煤基竖炉中以干馏的方式进行热处理，以制得铁矿热压含碳球团，其中，热处理的温度为800℃～1100℃，热处理的时间为4h～6h，控制热处理的气氛为中性或还原性气氛。根据本发明的制备方法可以降低能耗、简化工艺流程并提高生产效率，能够满足钢铁生产对能耗、成本以及环保的要求，具有广阔的工业应用前景。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体地讲，本发明涉及一种铁矿热压含碳球团的制备方法。
背景技术
钢铁工业发展的主题是高效、低碳和绿色。高炉作为钢铁生产的最重要单元之一，生产了全世界95wt％以上的生铁，其能量消耗和CO2排放量均占整个钢铁工业的70％左右。炼铁***(包括烧结、球团、焦化、高炉)能耗最高，且对环境造成很大的影响(主要是CO2、粉尘等的排放)。另外，随着钢铁产量的逐年增加，对原燃料的需求也愈来愈大。然而，优质矿产资源量有限，高品位的优质原燃料消耗殆尽。因此，对质量较差的原燃料的使用量的增加，使得烧结矿和球团矿生产面临巨大困难，同时也加重了高炉冶炼的负担，导致其冶炼指标下降。另外，世界范围内优质炼焦用煤资源日趋匮乏，而且焦炭价格极其昂贵。因此，为了钢铁产业的持续良性发展，各国都致力于开发革新新型的钢铁冶金技术。从冶金生产的节能、资源再利用以及环境保护角度出发，含碳球团作为一种新的优质炼铁炉料，一直备受青睐。
含碳球团多为通过将配以固体还原剂(如煤粉)的铁矿粉与适当的粘结剂充分混合后，经造球机或压球机压制成型的一种含碳的铁矿粉球团或团块。含碳球团因具有还原速率大、原料来源广泛、省去焦化和烧结工艺等优点，无论在高炉高效炼铁，还是在以煤代焦中都备受关注。
现有技术的生产含碳球团采用冷固结生产方法。由于含碳球团高温强度差以及在其生产过程中使用大量的粘结剂，这样会导致诸如如下问题的产生：生产成本提高、冶炼过程中渣量增大以及能耗提高等。上述问题的产生限制了现有的含碳球团的生产方法的进一步发展。
公告号为CN100529121C的中国专利文献公开了一种铁精矿煤粉热压团块的制备方法，在该制备方法中，铁精矿粉、煤粉和生石灰粉三者分别加热至600℃～750℃、100℃～200℃以及100℃～200℃，然后将其混合加热至350℃～500℃后热压成型。该方法制备出了冶金性能优良的热压块，但这种方法的物料的预热温度高、热压温度高、能耗大、工艺较为复杂以及对热压设备的耐热保温性能具有较高的要求。
发明内容
本发明旨在解决现有技术存在的不足，提供一种具有低能耗、工艺简单、生产效率高的铁矿热压含碳球团的制备方法，该方法满足钢铁生产对低能耗、低成本以及环保的要求。
根据本发明公开的一种铁矿热压含碳球团的制备方法，包括以下步骤：首先，将铁矿粉、煤粉、溶剂混合均匀，以得到第一物料，其中，第一物料中的铁矿粉的含量为60wt％～80wt％，煤粉的含量为20wt％～40wt％，熔剂的含量为0wt％～10wt％；然后，将第一物料加热到100℃～300℃后将其热压成型为球团，以得到第二物料；最后，将第二物料置于隧道窑或煤基竖炉中以干馏的方式进行热处理，以制得铁矿热压含碳球团，其中，热处理的温度为800℃～1100℃，热处理的时间为4h～6h，控制热处理的气氛为中性或还原性气氛。
根据本发明的制备方法，铁矿粉中的铁的含量不低于45wt％；煤粉为1/3焦煤、1/3焦煤和肥煤、1/3焦煤和无烟煤或者1/3焦煤和弱粘结性煤，其中，肥煤的含量不超过煤粉总量的40wt％，无烟煤的含量不超过煤粉总量的10wt％，弱粘结性煤的含量不超过煤粉总量的20wt％，且煤粉中的固定碳的含量不低于50wt％，灰分的含量不高于15wt％，挥发分的含量不高于35wt％；熔剂为冶金石灰或轻烧菱镁石，有效熔剂性不低于70wt％；铁矿粉、煤粉以及熔剂的粒度均不大于0.15mm。
根据本发明的制备方法，热压成型的压力可以不小于35MPa。
根据本发明的制备方法，热压成型的设备可以为对辊热压机，对辊热压机的线压力可以不小于3.0t/cm。
根据本发明的制备方法，球团可以为20mm～30mm×15～25mm×10～15mm的尺寸的椭球形颗粒。
根据本发明的一种炼铁原料，所述炼铁原料可以包括上述任一种制备方法制备出的热压含碳球团。
总体而言，根据本发明的铁矿热压含碳球团的制备方法，具有以下优点：
(1)流程简化，能耗显著降低。本发明将铁矿粉、煤粉和熔剂先称量并充分混匀，然后再加热的制备方法显著简化了工艺流程；同时，大幅度降低的加热温度显著降低了生产能耗以及降低了环境负荷。
(2)优良的抗压强度。与现有技术生产的含碳球团相比，根据本发明的制备方法制备的铁矿热压含碳球团的冷态抗压强度增大。实验证明，根据本发明的制备方法制备的铁矿热压含碳球团的冷态抗压强度高于2000N/个，落下强度大于4次/个，完全满足高炉炼铁炉料的使用要求。另外，铁矿热压含碳球团的高温抗压强度明显高于现有技术生产出的球团。因此，可以在高炉综合炉料中加入适量的热压含碳球团，以有效改善高炉料柱的透气性，从而实现高效冶炼。
(3)优良的还原性能。铁矿热压含碳球团自身带有还原剂，且具有良好的微观结构，为还原反应提供了良好的动力学条件。而且其内部存在耦合反应，即碳的气化反应和铁氧化物还原反应同时进行并相互促进，最终可以加速含铁炉料的还原。并且，根据本发明的制备方法制备的铁矿热压含碳球团具有不低于60％的还原率，其还原率相当于金属化球团。因此，铁矿热压含碳球团的还原性优于普通烧结矿和氧化球团等其他炉料，高炉使用将更为显著地降低焦炭消耗。
(4)优良的软熔滴落性能。根据本发明的制备方法制备的铁矿热压含碳球团内新还原出来的铁颗粒与细小碳颗粒可以充分接触，加速渗碳反应的进行，故与烧结矿相比，根据本发明的制备方法制备的铁矿热压含碳球团的软熔滴落温度区间将大幅降低。由熔滴试验结果可知，与普通高碱度烧结矿相比，根据本发明的制备方法制备的热压含碳球团的熔滴温度降低了100℃～200℃。
(5)广阔的工业应用前景。根据本发明的制备方法制备的铁矿热压含碳球团可增加普通煤、弱粘结性煤、低品位铁矿、含结晶水铁矿以及含铁粉尘的使用量，从而可以提高炼铁工艺对原料的适应性。另外，根据本发明的制备方法制备的热压含碳球团与冷固结球团及其他炼铁原料相比，具有高温强度高、还原性能强以及低温快速还原等特点。同时，根据本发明的制备方法的生产工艺流程简单，热压温度低。因此，根据本发明的制备方法制备的热压含碳球团具有广阔的工业应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点会在描述中更为清楚，但这些实施例近似范例性质，并不对本发明的范围构成任何限制。
实施例1
首先，将粒度均小于0.15mm铁矿粉、1/3焦煤以及冶金石灰混合均匀，从而得到第一物料。其中，第一物料中的铁矿粉的含量为63.3wt％，粒度小于0.075mm的铁矿粉按体积百分比计占铁矿粉总加入量的60％，铁矿粉的主要成分如表1所示；1/3焦煤的含量为32.6wt％，粒度小于0.075mm的1/3焦煤按体积百分比计占1/3焦煤的总加入量的90％，1/3焦煤的化学成分如表2所示；冶金石灰的含量为4.1wt％，粒度小于0.075mm的冶金石灰按体积百分比计占冶金石灰的总加入量的100％，冶金石灰的有效溶剂性为85wt％。
其次，将第一物料加热至200℃后，迅速将其在压力为40Mpa的条件下热压成22mm×18mm×12mm的椭球形球团的第二物料。
最后，将第二物料置于隧道窑内，并在中性气氛下，以干馏的方式对第二物料进行预热、热处理以及冷却，从而得到铁矿热压含碳球团。其中，热处理的时间为5h，热处理的温度为850℃。
根据本实施例的制备方法制得的铁矿热压含碳球团的理化性能指标数据如下：
未进行热处理的铁矿热压含碳球团的冷态抗压强度为858N/个，落下强度为5.8次/个。
进行热处理后的得到的冷态的铁矿热压含碳球团的抗压强度为3250N/个，落下强度为9.4次/个，还原粉化指数RDI+3.15为86.7％，还原膨胀性指数RSI为7.5％，还原率达75％，滴落温度为1346℃。上述理化性能指标明显低于现有技术制备的高碱度烧结矿和酸性球团矿的理化性能指标。
实施例2
首先，将粒度均小于0.15mm铁矿粉、1/3焦煤、无烟煤煤粉以及冶金石灰混合均匀，从而得到第一物料。其中，第一物料中的铁矿粉的含量为72.7wt％，粒度小于0.075mm的铁矿粉按体积百分比计占铁矿粉总加入量的70％，铁矿粉的主要成分如表1所示；1/3焦煤的含量为24.0wt％，粒度小于0.075mm的1/3焦煤按体积百分比计占1/3焦煤的总加入量的90％，1/3焦煤的化学成分如表2所示；无烟煤煤粉的含量为2.3wt％，粒度小于0.075mm的无烟煤煤粉按体积百分比计占无烟煤煤粉的总加入量的90％，无烟煤煤粉的化学成分如表3所示；冶金石灰的含量为1.0wt％，粒度小于0.075mm的冶金石灰按体积百分比计占冶金石灰的总加入量的100％，冶金石灰的有效溶剂性为87wt％。
其次，将第一物料加热至120℃后，迅速将其在压力为40Mpa的条件下热压成25mm×20mm×13mm的椭球形球团的第二物料。
最后，将第二物料置于隧道窑内，并在非氧化性气氛下，以干馏的方式对第二物料进行预热、热处理以及冷却，从而得到铁矿热压含碳球团。其中，热处理的时间为4.3h，热处理的温度为1000℃。
根据本实施例的制备方法制得的铁矿热压含碳球团的理化性能指标数据如下：
未进行热处理的铁矿热压含碳球团的冷态抗压强度为746N/个，落下强度为5.2次/个。
进行热处理后的得到的冷态的铁矿热压含碳球团的抗压强度为2948N/个，落下强度为8.2次/个，还原粉化指数RDI+3.15为85.1％，还原膨胀性指数RSI为8.3％，还原率达72％，滴落温度为1384℃。上述理化性能指标明显低于现有技术制备的高碱度烧结矿和酸性球团矿的理化性能指标。
实施例3
首先，将粒度均小于0.15mm铁矿粉、1/3焦煤、弱粘结性煤煤粉以及冶金石灰混合均匀，从而得到第一物料。其中，第一物料中的铁矿粉的含量为78.6wt％，粒度小于0.075mm的铁矿粉按体积百分比计占铁矿粉的总加入量的60％，铁矿粉的主要成分如表1所示；1/3焦煤的含量为18.3wt％，粒度小于0.075mm的1/3焦煤按体积百分比计占1/3焦煤的总加入量的90％，1/3焦煤的化学成分如表2所示；弱粘结性煤煤粉的含量为2.0wt％，粒度小于0.075mm的无烟煤煤粉按体积百分比计占无烟煤煤粉的总加入量的90％，弱粘结性煤煤粉的化学成分如表4所示；冶金石灰的含量为1.1wt％，粒度小于0.075mm的冶金石灰按体积百分比计占冶金石灰的总加入量的100％，冶金石灰的有效溶剂性为87wt％
其次，将第一物料加热至280℃后，迅速将其在压力为40Mpa的条件下热压成28mm×24mm×14mm的椭球形球团的第二物料。
最后，将第二物料置于隧道窑内，并在非氧化性气氛下，以干馏的方式对第二物料进行预热、热处理以及冷却，从而得到铁矿热压含碳球团。其中热处理的时间为5.8h，热处理的温度为1100℃。
根据本实施例的制备方法制得的铁矿热压含碳球团的理化性能指标数据如下：
未进行热处理的铁矿热压含碳球团的冷态抗压强度为760N/个，落下强度为4.2次/个。
进行热处理后的得到的冷态的铁矿热压含碳球团的抗压强度为2546N/个，落下强度为7.8次/个，还原粉化指数RDI+3.15为84.5％，还原膨胀性指数RSI为7.8％，还原率达76％，滴落温度为1360℃。上述理化性能指标明显低于现有技术制备的高碱度烧结矿和酸性球团矿的理化性能指标。
从以上三个实施例可以看出，根据本发明的制备方法以“1/3焦煤”为主，同时可以添加多种煤种。在矿粉、煤粉、熔剂粉三者比例相差不多的情况下，热压成型工艺中完全使用1/3焦煤时，所需热压温度低、热处理温度低、产品指标更为优良。但由于地区差异，各地1/3焦煤的价格不尽相同，在考虑生产成本的条件下，在无烟煤价格低廉地区，可以在配料中加入少量无烟煤，代替部分1/3焦煤，同时微量提高压块温度和热处理温度，所生产的产品指标与完全使用1/3焦煤时略有下降，但仍较传统烧结矿和球团矿性能优良；在弱粘性煤价格低廉地区，可以添加相对较多量的弱粘性煤以代替部分1/3焦煤，同时可以提高压块温度和热处理温度，所制备的产品的冶金性能也远优于传统高炉炼铁的优质原料的冶金性能。
表1铁矿粉的主要成分(wt％)
表2 1/3焦煤煤粉的主要成分(wt％)
表3无烟煤煤粉的主要成分(wt％)
表4弱粘结性煤煤粉的主要成分(wt％)
Claims (6)
1.一种铁矿热压含碳球团的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
首先，将铁矿粉、煤粉、溶剂混合均匀，以得到第一物料，其中，第一物料中的铁矿粉的含量为60wt％～80wt％，煤粉的含量为20wt％～40wt％，熔剂的含量为0wt％～10wt％；
然后，将第一物料加热到100℃～300℃后将其热压成型为球团，以得到第二物料；
最后，将第二物料置于隧道窑或煤基竖炉中以干馏的方式进行热处理，以制得铁矿热压含碳球团，其中，热处理的温度为800℃～1100℃，热处理的时间为4～6h，控制热处理的气氛为中性或还原性气氛。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，铁矿粉中的铁含量不低于45wt％；煤粉为1/3焦煤、1/3焦煤和肥煤、1/3焦煤和无烟煤或者1/3焦煤和弱粘结性煤，其中，肥煤的含量不超过煤粉总量的40wt％，无烟煤的含量不超过煤粉总量的10wt％，弱粘结性煤的含量不超过煤粉总量的20wt％，且煤粉中的固定碳的含量不低于50wt％，灰分的含量不高于15wt％，挥发分的含量不高于35wt％；熔剂为冶金石灰或轻烧菱镁石，有效熔剂性不低于70wt％；铁矿粉、煤粉以及熔剂的粒度均不大于0.15mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，热压成型的压力不小于35MPa。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，热压成型的设备为对辊热压机，对辊热压机的线压力不小于3.0t/cm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，球团为20～30mm×15～25mm×10～15mm的尺寸的椭球形颗粒。
6.一种炼铁原料，其特征在于，所述炼铁原料包括权利要求1～5中所述的任一种制备方法制备出的热压含碳球团。
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