CN104313308B

CN104313308B - 铁矿石低炭烧结方法

Info

Publication number: CN104313308B
Application number: CN201410674368.6A
Authority: CN
Inventors: 蒋大均; 宋剑; 何木光; 杜斯宏; 何斌
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2034-11-21
Also published as: CN104313308A

Abstract

本发明属于钢铁冶炼领域，具体涉及一种铁矿石低炭烧结方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种烧结能耗低的铁矿石低炭烧结方法。本发明所采用的技术方案为：铁矿石低炭烧结方法，包括将铁矿石、燃料、熔剂先经过配料、混合得混合料后再进行烧结，以质量分数计，所述铁矿石中磁铁矿含量≥50％，非磁铁矿含量m₁：0＜m₁≤40％；冶金废料含量m₂：0≤m₂≤10％；所述非磁铁矿为赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿中至少一种；所述冶金废料为主要组成为Fe与FeO的含铁废料。本发明方法通过调整混合料中的原料组成与工艺参数，增加了非碳热量收入，降低了配碳量，使烧结能耗得以降低。

Description

铁矿石低炭烧结方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼领域，具体涉及一种铁矿石低炭烧结方法。

背景技术

烧结是铁矿粉造块最重要的工艺方法。烧结的结果是粉末颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加，把粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得所需的物理、机械、冶金性能的造块产品，供高炉炼铁使用。

钢铁企业作为煤炭消耗大户，烧结工序能耗约占总能耗的10％～15％，仅次于炼铁，位居第二。其中烧结固体燃料消耗约占工序能耗的75％～80％，降低烧结工序能耗首先要从降低固体燃料消耗上着手。

烧结过程的热量收入有：煤气的化学热及物理热，点火助燃风的物理热，固体燃料燃烧的化学热，返回料的化学热，混合料、铺底料及烧结空气的物理热和烧结过程的化学反应热。烧结过程的热支出：混合料物理水蒸发耗热，化合水、石灰石及矿石分解耗热，烧结矿物理热及其它热损失。

根据热平衡的计算与测试可知，典型的烧结机热平衡中，热收入项固体燃料热量占烧结过程总热量的70～85％，点火热耗与其它热收入仅占15～30％；热支出项中，烧结矿物理热占50％左右，烟气带走热量占25％左右，碳酸盐、水分等分解热占20％左右。由此可见，固体燃耗燃烧化学热占热量收入的绝对比重与地位，在满足烧结工艺要求热量的条件下，固体燃料燃烧热量降低1％其节约的燃料与成本的也是可观的。

低炭烧结就是要降低烧结混合料的配炭量，减少矿物炭燃烧CO₂排放量，但还不能影响烧结成矿的热量所需。实现低炭烧结的两条路线：一是增加非炭热量收入，二是减少热支出项比重。

国外烧结早在80年代就开始注重节能减排，日本由于资源短缺，在低炭烧结方面走在了世界前列，固体燃耗一般为25～40千克标准煤/吨，即kgce/t，比我国一般低10～20kgce/t，我国烧结固体燃耗先进水平也达到35kgce/t左右。

攀钢烧结固体燃耗在国内处于落后水平，达到50kgce/t，从内部纵向比较，也处于上升态势。近几年虽然经过是烧结技术升级改造，但固体燃耗不但未降，反而升高，作为降低能源成本提高经济效益的重要途径，降低固体燃耗实现低炭烧结具有重要的现实意义。

发明内容

针对我国铁矿石烧结固体燃耗高，烧结机有效热利用率低的技术问题，本发明提供一种烧结能耗低的铁矿石低炭烧结方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

铁矿石低炭烧结方法，包括将铁矿石、燃料、熔剂先经过配料、混合得混合料后再进行烧结，其中：所述铁矿石以质量比计，包括磁铁矿≥50％、非磁铁矿≤40％、冶金废料≤10％；

其中，所述非磁铁矿为赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿中至少一种；

所述冶金废料的主要化学成分为Fe、FeO中的至少一种。

本发明烧结方法中由于磁铁矿、返矿、冶金废料中均含有FeO、Fe中的至少一种，磁铁矿中FeO含量达20％～30％，而FeO、Fe氧化反应属于放热反应。理论计算1kg FeO氧化放热相当于0.068kg焦粉或0.09kg无烟煤；1kg Fe氧化放热相当于0.264kg焦粉或0.335kg无烟煤。因此，加入磁铁矿、返矿、冶金废料可以增加非碳热量收入，降低了配碳量，使烧结能耗得以降低。

冶金废料具体可选用铁基粉、轧钢皮、铁渣、炼钢粉尘、炼钢污泥、钢渣、脱硫渣、渣铁、轧钢碎屑、沉淀污泥、瓦斯灰、瓦斯泥、均渣、尾渣、高炉灰、动力瓦斯、除尘灰中的至少一种。

上述技术方案中，配料、混合步骤中，按重量百分比计，燃料1％～7％、熔剂1％～15％，其余为铁矿石。

为回收返矿余热，改善物料结构，提高资源利用率，可在混合铁矿石、燃料、熔剂后，加入返矿得混合料，返矿的加入量为混合料质量的0～50％；返矿加入量为混合料质量30％时，效果最佳。

上述技术方案中，为降低烧结能耗，宜控制混合料固定炭含量≤2.6％。

上述技术方案中，为降低烧结熔点，节约能耗，宜控制混合料Al₂O₃/SiO₂质量比为0.3～0.5。

上述技术方案中，所述熔剂选择熟料熔剂可节约分解热。优选生石灰、活性石灰或高镁灰中的至少一种。所述高镁灰为含MgO 20％～50％的生石灰。

瓦斯灰、瓦斯泥中固定碳含量为15％～20％。上述技术方案中以质量比计，冶金废料中20％～50％为瓦斯灰、瓦斯泥中的至少一种，可节约矿物燃料。瓦斯灰为在高炉炼铁过程中，夹杂于高炉煤气中的微细粉尘，经干式除尘所得干式细粒粉尘，经湿式除尘所得的产物经沉淀即为瓦斯泥。

上述技术方案中，宜控制混合料水分为6.0％～7.5％，可减少水分蒸发物理热。

上述技术方案中，为提高燃料的燃烧效率与热利用率，宜控制燃料中10％以下粒度>3mm，燃料中15％以下粒度<0.5mm。

为利用料层自动蓄热作用，提高热量利用率，本发明烧结宜采用厚料层烧结，料层厚度≥600mm，为确保烧结效率，料层厚度优选800mm～1000mm。

上述技术方案中，烧结前将混合料温度升至60℃以上，可增加混合料的物理热，同时消除烧结过湿层危害，出于节约能耗目的，优选将混合料升温至80℃。

上述技术方案中，为提高烧结矿强度与冶金性能，宜控制烧结温度为1250℃～1280℃。

上述技术方案中，为减少热损失，宜控制烟气温度为90℃～150℃。

上述技术方案中，为减少配炭，降低烧结燃耗成本，宜控制烧结所得烧结矿FeO为5％～8％。

烧结后将粒度＜5mm的烧结矿作为返料参与下一批烧结配料，可以回收返矿余热，改善物料结构，并提高资源利用率。

本发明所述动力瓦斯为动力厂清洗煤气得到的瓦斯灰。

本发明所述除尘灰为烧结环境除尘器收集的粉尘，化学成分与烧结矿相近。

除另有说明的以外，本发明中比例、含量、成分等均为质量百分比。

本发明的有益效果如下：

1、本发明方法通过调整混合料中的原料组成，增加了非碳热量收入，降低了配碳量，使烧结能耗得以降低。

2、通过调整控制混合料Al₂O₃/SiO₂质量比，使混合料熔点得以降低，实现了低温烧结。

3、本发明方法可采用冶金含铁废料、瓦斯灰等工业废物，达到了废物回收利用的目的，节约了成本、减轻了环境压力。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步说明。

1、采用合理的矿石品种与搭配结构。目前自然界有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿四大类，除磁铁矿含有较高的FeO，烧结反应为放热反应外，其它矿石中FeO很低或不含FeO，烧结反应为吸热反应。但，视矿石形成条件而定，自然界也有上述矿石的混合矿。

磁铁矿含有FeO 20％～30％，经过烧结后氧化度极高，磁铁矿中FeO在烧结过程在氧化反应中放出大量的热量，可减少烧结配炭量。磁铁矿FeO氧化放热如下：

FeO+1/4O₂＝1/2Fe₂O₃+284.57829/2(KJ/mol)

理论计算可知，1kg FeO氧化放热相当于0.068kg焦粉或0.09kg无烟煤。发明人实验发现，将磁铁矿配比为≥50％，非磁铁矿配比为≤40％，冶金废料≤10％，可提高氧化反应放热效果。

2、加入含铁冶金废料。任何钢铁企业不可避免会产生铁皮、铁渣、炼钢污泥、钢渣、脱硫渣、渣铁、轧钢碎屑、沉淀污泥等冶金废料，这些含铁冶金废料主要特点一是含有金属铁或FeO，部分冶金废料的主要组成详见表1，在烧结过程中氧化反应，放出大量热量；二是含有熟性CaO，烧结时可节约石灰石分解耗热，减少配炭量。

金属铁氧化放热：

Fe+3/4O₂＝1/2Fe₂O₃+823.45792/2(KJ/mol)

理论计算1kg Fe氧化放热相当于0.264kg焦粉或0.335kg无烟煤，每200kg金属铁氧化放热可满足1吨烧结矿烧结所需热量，不需配加燃料。

表1主要冶金废料化学成分(％)

名称	FeO	SiO₂	CaO	MgO	Al₂O₃	V₂O₅	TiO₂	S	Ig	P	Fe₂O₃
												瓦斯灰	9.79	7.23	6.77	4.38	2.95	0.356	4.6	0.314	18.34	0.101	42.69
高炉灰	8.64	7.27	7.84	6.14	2.45	0.322	4.33	0.31	17.96	0.042	42.22
												铁皮	56.9	3.52	0.4	0.88	1.16	0.181	0.24	0.075	0	0.022	34.30
铁基粉	48.83	5.43	9.01	3.88	1.46	0.15	0.95	0.084	6.94	0.084	21.98
												均渣	39.18	20.65	3.37	3.38	4.94	0	0	0	1.63	0.076	25.14
铁基粉	43.47	5.32	8.52	3.54	1.65	0.3	2.24	0.128	7.85	0.042	26.00
												钢渣	4.86	11.1	34.94	3.88	3.88	1.96	2.65	0.22	11.6	0.223	21.46
尾渣	62.061	5.1058	16.105	2.81	1.9792	0.2593	1.9067	0.411	0	0.0424	13.02
												炼钢污泥	90.81	2.76	2.78	0	0	2.61	0.52	0.515	0	0	0

注：瓦斯灰含固定炭18.21％，高炉灰含固定炭17.05％。

3、降低烧结矿FeO，减少配炭。

烧结矿中的FeO主要来源于原料与烧结反应生成。原料中的FeO在烧结反应中发生氧化反应，如原料中FeO高于烧结矿FeO，则烧结过程总体控制在氧化性气氛中，则C燃烧生成CO的趋势受到抑制，配炭量必然减少；如原料中FeO含量低于烧结矿FeO，则烧结气氛受CO还原性控制，而C燃烧是生产CO的必要条件，因此配炭量必然增加。实践证明，烧结矿中FeO含量与固体燃料消耗量呈近似直线上升关系，控制烧结矿FeO含量就可以减少配炭量。将烧结矿FeO控制在5％～8％可在保证烧结矿产质量指标的同时，降低烧结燃耗成本，改善冶金性能，提高中温(900℃)还原度。

4、采用厚料层烧结，增加料层自动蓄热作用，提高热量利用率。

烧结机上部的烧结层受冷空气急剧冷却，结晶程度低，玻璃质含量高，强度差，粉末多。如增加料层厚度，上层强度差的比例则相对减少。为此厚料层烧结成为增产节能的主要手段。料层厚度增加时，高温带厚度相应增加，烧结速度减慢，矿物结晶条件变好，高温保持时间延长，强度与成品率提高。发明人实验发现，料层厚度为180mm～220mm时，蓄热量占燃烧带热收入的35％～45％，当料层达到400mm时，蓄热量达到55％～60％，因此提高料层厚度可以降低燃料用量，在确保燃料完全燃烧时，可提高燃料利用率。实验表明，料层每提高10mm，降低固体燃耗0.5kg～1.0kg/t。因此，料层厚度应不低于600mm，料层厚度尤其以800m～1000mm最佳。

5、燃料粒度控制。烧结中燃料粒度<0.5mm的部分富集于料层上部，粒度>3mm的燃料富集于料层下部，而料层上部热量需求多，下部热量需求少。这与烧结热制度要求完全相反。同时，燃烧时燃料粒度大小不同，燃烧速度不同，传热速度也不同。因此，燃料选择应尽量减少粒度＞3mm和粒度＜0.5mm的燃料。

6、采用熟料熔剂，减少碳酸盐分解热。烧结采用生石灰、活性石灰、高镁灰，可减少石灰石、白云石的分解热，减少配炭量。石灰石分解：

CaCO₃＝CaO+CO₂-177.7(KJ/mol)

理论计算1kg CaCO₃分解吸热相当于0.064kg焦粉或0.081kg无烟煤，采用生石灰或活性石灰替代石灰石，可节约一部分分解热。

此外，生石灰消化反应放热：

CaO+H₂O＝Ca(OH)₂+64.90(KJ/mol)

理论计算1kg CaO消化放热相当于0.042kg焦粉或0.053kg无烟煤。用85％CaO生石灰用于烧结替代54％的石灰石，按有效CaO计算，用1kg生石灰可替代1.64kg石灰石，分解热与消化反应放热相当于0.140kg焦粉或0.178kg无烟煤。例如，生产中使用生石灰65kg，理论计算可节约焦粉9.1kg，或节约无烟煤11.54kg，但实际生产中存在消化不彻底，分解不完全以及热损失等因素，实际节能效果低于计算值。

此外，钢渣中CaO含量约35％，用于烧结也可以节约石灰石分解热。

活性石灰是生石灰的一种，具有晶体小、分散度高、活性度大、加水消化速度快、熟化程度高等特点。生石灰CaO含量一般为75％～85％，活性度一般为180mL～230mL，而活性石灰一般CaO可达90％～96％，活性度一般可达300mL～350mL。由于活性石灰活性度高，强化作用比生石灰更强，制粒性能改善，可为厚料层烧结创造条件；活性石灰对燃料燃烧的活化性能更强，可提高燃烧速度，并减少石灰石分解热；同时可促进液相生成，提高强度与成品率。

生石灰消化反应放热，在制备烧结原料中配加5％生石灰理论上可提高混合料温度10℃以上，实际效果可达到3℃～5℃，生石灰替代石灰石后还可减少碳酸盐分解热，因此生石灰具有强化制粒与烧结，节约固体燃耗的多重功效。

7、烧结工艺参数控制。

(1)提高混合料温至60℃以上，可减少过湿层影响。具体可采用蒸汽预热、返矿预热、热水预热、消化预热、热风预热等常规预热方法。

(2)控制混合料水分为6.0％～7.5％，可减少水分蒸发物理热。厚料层烧结低水，可以减少过湿层危害和热支出。

(3)控制返矿比例。返矿维持平衡时，返矿占混合料的比例以0～50％为宜，以30％最佳，可同时达到生产率与混合料粒度的最佳平衡。混合料粒度越粗，生产率越高。生产率为烧结机利用系数，单位t/m²·h，表示每平方米面积在单位时间内生产的烧结矿的产量。

(4)控制烟气温度。在烧结热平衡中，废气带走热为总热支出约25％，降低废气温度就能减少热指出，直接效果是能够减少配炭的热需求。将烟气温度控制在90℃～150℃可减少热支出，同时保护抽烟机免受高温与低温烟气的影响，烟气温度过高产生热应力损坏抽烟机转子，烟气温度过低则产生水蒸气，粉尘湿泥挂在抽烟机转子上而损坏设备。

8、固定碳控制。

在1～7条件具备的条件下，将混合料固体炭控制在2.6％以下，可降低固体燃耗10％～20％，同时保证烧结所需热量，其中大部分热量来源于非炭燃烧。相应的，控制烧结矿中FeO在5％～8％，控制烧结温度1250℃～1280℃，可改善达到烧结矿矿物组成，提高强度与冶金性能的效果。控制Al₂O₃/SiO₂质量比为0.3～0.5，可以降低烧结熔点。Al₂O₃/SiO₂质量比过高，不利于节能与改善烧结矿产质量，例如Al₂O₃/SiO₂质量比为0.8时烧结温度超过1300℃，为达到烧结温度需额外提供更多热能。

采用本发明方法可以降低烧结混合料中的配炭而不影响烧结矿的主要性能指标，保证烧结热量所需，达到了节约燃料与减少CO₂排放的目的，实现了低炭低成本烧结。

下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

实验室试验：

依照表2中完成混合物料，平行实验10组。按照现有烧结工艺进行布料、点火、抽风烧结、热破碎、冷却、筛分整粒等环节进行烧结。烧结条件及烧结结果见表3。

表2实验室低炭烧结主要物料配比(％)

表3实验室低炭烧结条件及烧结结果

试验评价方法：采用综合指数法，对于一个***的多个指标，有的指标越高越好，称为高优指标，例如本试验的转鼓指数、利用系数等；有的指标越低越好，称为低优指标，例如固体燃耗、低温还原粉化率等。高优指标的个体指数p，用实测值X与标准值M的商计算，即p＝X/M；低优指标的个体指数p，可用标准值M与实测值X的商计算，即p＝M/X。标准值就是最优值，综合指数，即个体指数乘以权值后再相加，权值由专家经验决定。对于本试验，现考察的指标有成品率、利用系数、转鼓指数、固体燃耗，找出它们的标准值，再计算个体指数p，计算综合指数I，权重分配为10:30:30:30，综合指数越高效果越好。根据综合评价方法，权重不影响试验综合效果的排序。

实施例1中共制造了10批烧结矿，由表3可见，烧结矿单项指标或综合评价指数并不随固定炭含量升高而提高。固定炭含量升高，烧结热量过剩，反而影响了产质量与综合效果。烧结原料含炭2.16％时，综合指数最高，达到95.83，而含炭为2.31％时，综合效果指数为93-94.06，比含炭2.16％有所变差；当含炭达到2.46％时，综合指数为91.57-93.21，当含炭为2.61％时，综合指数92.15-92.50，可见在烧结热量足够的条件下，随着配炭量的提高，烧结矿综合指数反而逐步下降，即效果逐步变差，说明在条件具备情况下，低炭烧结是可行的，且效果更佳。

实施例2

260m²烧结机工业试验：

依照表4中配比完成配料与混合，平行实验7组。按照现有烧结工艺进行布料、点火、抽风烧结、热破碎、冷却、筛分整粒等步骤进行烧结。实验结果见表5。

表4260m²烧结机低炭烧结物料结构与配比(％)

表4中活性石灰1含CaO90％，活性石灰2含CaO85％。

表5260m²烧结机低炭烧结工业试验结果

在某烧结厂260m²烧结机上进行了低炭烧结工业试验，依照表4中原料配比进行7组实验。利用系数35、固体燃耗35、转鼓指数的权重分配为35：35：30。由表5可以看出，随着混合料固定碳含量增加，出现FeO上升、固体燃耗上升、综合指数逐步变差的趋势。配炭2.40％时，综合指数最高达99.45；配炭达到2.60％左右时，综合指数反而降至96左右；而当配炭2.8％～2.9％时，综合指数降至93-95，综合效果变差。由此可见采用本发明低炭烧结综合效果更佳。

Claims

1.铁矿石低炭烧结方法，包括将铁矿石、燃料、熔剂先经过配料、混合得混合料后再进行烧结，其特征在于：以质量分数计，所述铁矿石中磁铁矿含量≥50％，非磁铁矿含量m₁：0＜m₁≤40％；冶金废料含量m₂：0≤m₂≤10％；

所述冶金废料为铁基粉、轧钢皮、铁渣、炼钢粉尘、炼钢污泥、钢渣、脱硫渣、渣铁、轧钢碎屑、沉淀污泥、瓦斯灰、瓦斯泥、均渣、尾渣、高炉灰、动力瓦斯、除尘灰中的至少一种；

所述烧结过程中：控制混合料固定炭含量≤2.6％；

控制混合料Al₂O₃/SiO₂质量比为0.3～0.5；

控制烧结温度1250℃～1280℃；

控制烧结所得烧结矿FeO含量为5％～8％；

控制烟气温度为90℃～150℃。

2.根据权利要求1所述的铁矿石低炭烧结方法，其特征在于：所述烧结步骤中烧结为厚料层烧结，料层厚度≥600mm。

3.根据权利要求2所述的铁矿石低炭烧结方法，其特征在于：料层厚度为800mm～1000mm。

4.根据权利要求1所述的铁矿石低炭烧结方法，其特征在于：所述配料、混合步骤中，按重量百分比计，燃料1％～7％、熔剂1％～15％，其余为铁矿石。

5.根据权利要求1所述的铁矿石低炭烧结方法，其特征在于：以质量比计，冶金废料中20％～50％为瓦斯灰、瓦斯泥中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的铁矿石低炭烧结方法，其特征在于：所述熔剂为熟料熔剂。

7.根据权利要求6所述的铁矿石低炭烧结方法，其特征在于：所述熔剂为生石灰、高镁灰、活性石灰中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的铁矿石低炭烧结方法，其特征在于：所述燃料中10％以下粒度>3mm，所述燃料中15％以下粒度<0.5mm。

9.根据权利要求1所述的铁矿石低炭烧结方法，其特征在于：控制混合料水含量为6.0％～7.5％。

10.根据权利要求1所述的铁矿石低炭烧结方法，其特征在于：烧结前将混合料温度升至60℃以上。

11.根据权利要求10所述的铁矿石低炭烧结方法，其特征在于：烧结前将混合料升温至80℃。

12.根据权利要求1～11任一项所述的铁矿石低炭烧结方法，其特征在于：烧结完成后将粒度＜5mm的烧结矿作为返矿使用；返矿的加入量为混合料质量的0～50％。

13.根据权利要求12任一项所述的铁矿石低炭烧结方法，其特征在于：返矿的加入量为混合料质量的30％。