CN1962897A - 改善高炉炉渣粘度的烧结矿及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善高炉炉渣粘度的烧结矿及其制备方法，主要解决现有铁矿石中高Al2O3富集而导致高炉炉渣流动性变差的问题。该烧结矿的各原料按重量配比为：含铁原料70～85％、生石灰2～5％、白云石0～8％、石灰石5～12％、轻烧氧化镁粉0.2～5％、煤粉或焦粉3～8％；同时该烧结矿的碱度CaO/SiO2＝1.5～3.0，TFe的含量为50～60％，MgO的含量为1.5～4.0％。其制备方法包括原料配备、一次混合、二次混合、布料、点火、烧结、冷却、筛分等步骤。本发明的烧结矿以轻烧氧化镁粉作为烧结熔剂部分或全部取代白云石或轻烧白云石，不仅其生产工艺较为简单，而且所获得的烧结矿品位较高、成本较低、烧结矿中MgO含量可在1.5～4.0％的范围内随意调整，能够有效降低高炉炉渣的粘度，改善高炉炉渣的流动性。

Description

改善高炉炉渣粘度的烧结矿及其制备方法
技术领域
本发明涉及冶金行业中作为高炉炼铁原料之一的烧结矿，具体地指一种能改善高炉炉渣粘度的烧结矿及其制备方法。
背景技术
在高炉炼铁领域，高炉炉渣的粘度是高炉冶炼的重要指标，主要体现在高炉炉渣的流动性上。高炉炉渣的流动性不仅可以影响生铁的质量，还可以影响高炉生产率、排渣操作效率等。高炉炉渣的流动性好坏主要是由渣中所含Al2O3和MgO的量决定的。当Al2O3含量过高时，炉渣粘度增大、炉渣变稠、流动性变差：当MgO含量过高时，炉渣粘度减小、炉渣变稀、流动性过好；故在高炉冶炼时，炉渣中Al2O3和MgO含量及其比值就成为炉渣流动性好坏的指示剂。
由于国内钢铁产能的迅猛扩大，使得国内铁矿石的用量激增，导致铁矿石资源越来越紧张。而我国铁矿石资源不仅贫乏，而且品位较低，所以不得不依靠大量的进口铁矿石。在铁矿石输出国中，澳大利亚是出口大国，但由于澳大利亚铁矿石中Al2O3含量较高，对于使用澳大利亚铁矿石较多的钢铁企业来说，必然会导致高炉炉渣粘性增大、流动性变差。例如武汉钢铁股份公司使用澳大利亚铁矿石在国内来说是最多的，不仅用量大，而且所占铁矿石的比例也大。在2003年以前使用澳大利亚铁矿石所产生的高炉炉渣中Al2O3含量大多在16％左右，近年来则增至18％左右，甚至更高，使高炉炉渣的粘度增加，导致高炉冶炼困难，甚至直接威胁高炉生产。
对于高炉冶炼企业而言，高炉炉渣中的Al2O3含量一般都是需要严格控制的。但由于资源问题，许多企业对铁矿石的质量要求放松了，致使高炉炉渣中Al2O3含量高已成为一个普遍的问题。为此，改善高炉炉渣粘度或流动性也成为冶炼科研人员共同关注的核心问题之一。当钢铁企业的铁矿石资源一旦确定以后，其中的Al2O3含量是无法降低的，所以提高入炉原料中的MgO含量是调整高炉炉渣中MgO、Al2O3含量及其比值的有效方法。
目前，在国内高炉冶炼企业中，入炉原料的组成大都以烧结矿为主，其占有比例在70～80％左右，配以少量的球团矿(人造富矿)和块矿(生矿)，其占有比例各自在10～15％左右。可见，提高主要原料烧结矿中MgO的含量是提高入炉原料中MgO含量的捷径。烧结矿的组成包括铁矿石原料、熔剂(石灰石、白云石、生石灰、消石灰等)和燃料(无烟煤、焦粉)，其中燃料的配比基本上是固定的，MgO主要包含在熔剂中，因此增加熔剂的配比，必然导致铁矿石原料配比降低，使得烧结矿含铁量降低。通常，提高烧结矿中MgO含量是采用增加白云石、轻烧白云石配比来实现的，但由于这类熔剂中MgO的含量有限，配比量增加后，烧结矿的品位将下降，特别是当烧结矿中MgO含量超过一定范围时，烧结矿的产量、质量以及煤耗指标都会变差，烧结矿的品位也会大幅降低，因此必须选用高品位的铁矿石原料来弥补其品位的降低，而这又导致了烧结原料成本的增加。
发明内容
本发明的目的就是要解决现有铁矿石中高Al2O3富集而导致高炉炉渣流动性变差的问题，提供一种品位较高、成本较低、生产工艺较简捷、且能够有效地改善高炉炉渣粘度的烧结矿及其制备方法。
为实现上述目的，本发明研制出了一种改善高炉炉渣粘度的烧结矿，该烧结矿的各原料按重量配比为：含铁原料70～85％、生石灰2～5％、白云石0～8％、石灰石5～12％、轻烧氧化镁粉0.2～5％、煤粉或焦粉3～8％：同时该烧结矿的碱度CaO/SiO2＝1.5～3.0，TFe的含量为50～60％，MgO的含量为1.5～4.0％。
上述烧结矿的各原料的较佳重量配比为：含铁原料75～80％、生石灰3～4％、白云石0～5％、石灰石8～10％、轻烧氧化镁粉0.5～2.5％、煤粉或焦粉5～7％；同时该烧结矿的碱度CaO/SiO2＝1.5～3.0，TFe的含量为53～57％，MgO的含量为2.0～2.8％。
上述烧结矿的原料轻烧氧化镁粉是一种熟料，可以通过市售渠道得到。它是以优质菱镁矿石为原料，经反射窑、沸腾炉焙烧后，再细磨而制成的产品，其MgO含量一般在70～80％以上，最高可达99％。由于其质量稳定，纯度高，活性度好、粒度细，可广泛用于耐火材料、化工、建材、造纸、畜牧等行业。本发明优选的轻烧氧化镁粉，MgO的含量为：80～95％、SiO2的含量为：2.0～6.0％、其余为不可避免的杂质，其烧损率为1.5～4.5％，一般情况下其烧损率在2.0％左右。
上述烧结矿的含铁原料包括各种铁矿石、铁精矿、铁粉矿、混匀矿、杂矿(冶金杂料)、以及它们的任意组合。
上述改善高炉炉渣粘度的烧结矿的制备方法是这样实现的：首先根据高炉对烧结矿碱度CaO/SiO2和MgO含量的要求，确定好烧结矿的化学成份，并按含铁原料(铁矿粉、铁精矿、杂矿等)、熔剂(生石灰、石灰石、白云石或轻烧白云石、轻烧氧化镁粉)、燃料(煤粉或焦粉)的化学含量计算出符合要求的配比，然后按照配比准备原料，经过混合、湿润、制粒后，再在烧结机上布料、点火、烧结，最后经过冷却、筛分获得烧结矿成品。其详细的工艺步骤如下：
1)原料配备：按烧结矿成品满足碱度CaO/SiO2＝1.5～3.0、TFe的含量为50～60％、MgO的含量为1.5～4.0％的要求，在重量配比为含铁原料70～85％、生石灰2～5％、白云石0～8％、石灰石5～12％、轻烧氧化镁粉0.2～5％、煤粉或焦粉3～8％的范围内选取一种具体数值的原料组份备用；
2)一次混合：将所选取的原料组份输送到一次圆筒混合机内，加入适量的水份湿润物料，使原料的物理含水量控制在3～8％之间，并使原料混合均匀；
3)二次混合：将混合均匀的原料输送到二次圆筒混合机中制粒，使粒径在3mm以上的原料颗粒的含量大于60％；
4)布料：将制粒后的原料颗粒均匀布撒在烧结机台车上，使烧结料层的厚度控制在350～800mm的范围内；
5)点火：控制烧结机的点火温度为950～1250℃、点火时间1～3min、点火负压为4000～6000Pa；
6)烧结：烧结机点火完毕后，原料中的煤粉或焦粉开始燃烧，控制烧结负压为6000～12000Pa；
7)冷却：采用任一种机上冷却或机外冷却方式，使烧结矿的温度降低至150℃以下；
8)筛分：采用筛孔为4.5～6mm的振动筛对冷却处理后的颗粒进行筛分，筛下物为烧结返矿，筛上物则为成品烧结矿。
本发明的优点在于：所设计的烧结矿中采用了少量的轻烧氧化镁粉作为烧结熔剂原料，由于轻烧氧化镁粉是一种锻烧后的熟料，其中的MgO含量大约是白云石的5倍、轻烧白云石的2.5倍，故它可以部分或全部取代白云石或轻烧白云石。这样：
其一可以有效提高烧结矿中的MgO含量，增大高炉冶炼入炉原料中的MgO含量，降低高炉炉渣的粘度，改善高炉炉渣的流动性，进而提高生铁质量和生产效率。
其二可以降低烧结矿中的熔剂配比，增加铁矿石原料的配比，提高烧结矿的品位，或在保持烧结矿品位不变的条件下，使用一部分低品位的铁矿石，特别是利用国内低品位铁矿石资源及冶炼废弃物来降低烧结矿的成本。
其三可以有效地降低烧结矿的燃耗，提高烧结矿的生产率，并且当烧结矿中的MgO含量超过一定范围时，确保烧结矿的产量、质量和煤耗指标不恶化。
同时，本发明烧结矿的制备方法简单易行，仅采用轻烧氧化镁粉作为熔剂部分或全部取代白云石或轻烧白云石，不需要对现有烧结生产设备进行改造。依照该方法所制备的烧结矿不仅能应对高炉炉渣中Al2O3含量高所带来的困难危急局面，有效改善高炉炉渣的流动性，而且还开辟了烧结熔剂原料的新品种，具有较大的使用价值和推广价值，能为企业创造巨大的经济效益。
附图说明
附图为本发明所提出的改善高炉炉渣粘度的烧结矿的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图所示，本发明的烧结矿的制备工艺流程大致分为：原料配备→一次混合→二次混合→布料→点火→烧结→冷却→筛分等阶段。其具体操作步骤如下：
1)原料配备：根据高炉对烧结矿碱度CaO/SiO2和MgO含量的具体要求，按烧结矿成品满足碱度CaO/SiO2＝1.5～3.0、TFe的含量为50～60％、MgO的含量为1.5～4.0％的指标，在重量配比为含铁原料70～85％、生石灰2～5％、白云石0～8％、石灰石5～12％、轻烧氧化镁粉0.2～5％、煤粉或焦粉3～8％的范围内，采用常规的计算方法，计算出符合高炉要求配比的各原料组份备用。其中：含铁原料可以选择各种铁矿石、铁精矿、铁粉矿、混匀矿、杂矿、返矿、以及它们的任意组合；轻烧氧化镁粉选择MgO含量为90％、SiO2含量为4.00％、烧损率为2.0％左右的成品。所选各原料中，轻烧氧化镁粉、生石灰粒度在0～3mm范围内的大于90％，石灰石、白云石、煤粉或焦粉粒度在0～3mm范围内的大于75％，含水率小于15％；含铁原料的粒度小于8mm，含水率小于20％。
2)一次混合：将所选取的原料组份输送到一次圆筒混合机内，加入适量的水份湿润物料，使原料的物理含水量控制在4～8％之间，混合时间1.5～3.5min，使各种原料充分混合均匀。
3)二次混合：将混合均匀的原料输送到二次圆筒混合机中制粒，混合时间大于3.5min，使粒径在3mm以上的原料颗粒的含量大于60％。
4)布料：将制粒后的原料颗粒经布料器均匀撒布在带式抽风烧结机台车上，使烧结层厚度为350～800mm。
5)点火：采用煤气点火，控制烧结机的点火温度为950～1250℃、点火时间1～3min、点火负压为4000～6000Pa。
6)烧结：烧结机点火完毕后，原料中的煤粉或焦粉开始燃烧，控制烧结负压为6000～12000Pa。
7)冷却：采用任一种机上冷却或机外冷却方式，使烧结矿的温度降低至150℃以下。
8)筛分：采用筛孔为4.5～6mm的振动筛对冷却处理后的颗粒进行筛分，筛下物为烧结返矿，筛上物则为成品烧结矿。
按照上述工艺流程，本发明完成了多批烧结矿的实验室制备和工业制备，并已将工业制备的烧结矿应用到了工业高炉冶炼中。其中一部分烧结矿的各项具体指标以及它们在高炉冶炼中的试验结果参见下列表1至表8：
表1、表2和表3分别列出了实验室中各批次烧结矿的原料配比、化学成份和烧结工艺技术指标，共设有编号为验1至验6批次烧结矿的实验例，其中编号为验1批次的烧结矿是没有采用轻烧氧化镁粉的比较实验例。
表4、表5和表6分别列出了工业试验中各批次烧结矿的原料配比，化学成份和烧结工艺技术指标，共设有编号为0至2批次烧结矿的实施例，其中编号为0批次的烧结矿是没有采用轻烧氧化镁粉的比较实施例，编号为1～2批次的烧结矿是本发明的实施例，编号为0至2批次的烧结矿中含铁原料是由铁精矿、混匀矿、南非铁粉矿和杂矿混合而成的。表7列出了编号为0至2批次的烧结矿用于高炉冶炼时所生产的高炉炉渣的化学成份。表8列出了编号为0至2批次的烧结矿用于高炉冶炼时所生产的高炉炉渣的粘度。
上述编号为0至2批次的烧结矿是在360m2烧结机和3200m3高炉上进行的，试验过程中考查了烧结生产和高炉冶炼指标，并取烧结矿和高炉炉渣进行了检测，试验结果表明：采用轻烧氧化镁粉作为烧结熔剂取代部分和全部白云石后，一方面烧结矿中MgO含量明显提高，烧结矿成品率提高1.12％。另一方面烧结矿的冶金性能得到了改善，其中低温还原粉化率RDI降低4.86％，中温还原度RI也有提高。同时高炉炉渣粘度在1380℃时降低了23.78％，在1430℃时降低了22.45％，在1480℃时降低了22.6％，保证了高炉冶炼在Al2O3含量较高的条件下炉况顺行，冶炼指标改善，为企业创造了较大的经济效益。
表1：实验室中的烧结矿原料配比(重量％)
   编号   含铁原料   白云石  石灰石  生石灰  轻烧氧化镁粉    煤粉
    验1     78     10.7   2.5   2.8     0     6.0
    验2验3验4验5验6     7878787878     10.05.73.200   3.06.58.59.05.5   2.82.82.84.05.5     0.211.53.05.0     6.06.06.06.060
表2：实验室中的烧结矿化学成分(％)
   编号     TFe     SiO2     CaO     RO     MgO
   验1     58.25     4.90     8.99     1.84     2.24
   验2     58.33     4.91     8.99     1.84     2.28
   验3     58.33     4.97     8.99     1.84     2.30
   验4     58.91     5.01     9.26     1.85     2.33
   验5     59.25     5.09     9.49     1.86     2.97
验6 59.50 5.16 9.62 1.87 4.33
表3：实验室中的烧结工艺技术指标
  编号   混合料水份  轻烧氧化镁粉配比％  烧结速度mm/min   成品率％ 生产率t/m2.h 转鼓强度％ 煤耗kg/t
  验1    5.7      0   24.34   73.67      1.670     66.67    65.89
  验2验3验4验5验6    5.85.96.06.26.5      0.211.53.05.0   24.4725.2725.6426.0226.13   73.5872.5374.4574.6374.35      1.6851.7331.7961.8021.832     66.8767.6067.7667.6367.72    65.7665.6364.9764.6764.12
表4：工业试验中的烧结矿原料配比(重量％)
 编号   铁精矿  混匀矿  南非铁粉矿   杂矿   石灰石  白云石  轻烧氧化镁粉   生石灰    煤粉
  012    8.289.010.09   43.6243.6243.62     18.118.118.1   6.906.906.90    6.038.2410.51   7.424.310     00.691.72     3.453.453.45     6.25.695.61
表5：工业试验中的烧结矿化学成份(％)
 编号     TFe     FeO     CaO    SiO2    MgO     Ro碱度
  012     57.5157.6257.73     6.937.027.05     9.09.319.16    4.825.004.94    2.422.542.65     1.871.861.86
表6：工业试验中的烧结工艺技术指标
编号  混合料水分％  配煤比％   台时产量(t/台·h)    返矿量(t/d)   作业率％   转鼓指数％  耐磨指数％
  012      5.255.495.50     6.205.695.61     525.11552.18562.27     214520602045   93.8293.7594.29     76.8377.2577.32     5.675.605.47
表7：工业试验中的高炉炉渣化学成份(％)
 编号    FeO     SiO2     CaO     MgO     Al2O3       S   Ro碱度
  012     0.900.630.54     33.5533.4532.51    36.2336.1335.44      7.908.7710.03     16.4017.0518.04     0.8280.9720.975     1.081.081.09
表8：工业试验中的高炉炉渣粘度(Pa)
 编号  温度(℃)   1480   1460   1440   1420   1400   1380   1360   1340   1320
  012    粘度粘度粘度   4.473.763.04   5.154.153.45   5.864.793.96   6.845.474.49   8.026.315.25   8.977.366.12   10.618.727.30   12.8910.368.54   20.0819.5811.38

Claims (7)

1.一种改善高炉炉渣粘度的烧结矿，该烧结矿的各原料按重量配比为：含铁原料70～85％、生石灰2～5％、白云石0～8％、石灰石5～12％、轻烧氧化镁粉0.2～5％、煤粉或焦粉3～8％；同时该烧结矿的碱度CaO/SiO2＝1.5～3.0，TFe的含量为50～60％，MgO的含量为1.5～4.0％。
2.根据权利要求1所述的改善高炉炉渣粘度的烧结矿，其特征在于：该烧结矿的各原料按重量配比为：含铁原料75～80％、生石灰3～4％、白云石0～5％、石灰石8～10％、轻烧氧化镁粉0.5～2.5％、煤粉或焦粉5～7％；同时该烧结矿的碱度CaO/SiO2＝1.5～3.0，TFe的含量为53～57％，MgO的含量为2.0～2.8％。
3.根据权利要求1或2所述的改善高炉炉渣粘度的烧结矿，其特征在于：该烧结矿的原料轻烧氧化镁粉的各组份中，MgO的含量为：80～95％、SiO2的含量为：2.0～6.0％、其余为不可避免的杂质，其烧损率为1.5～4.5％。
4.根据权利要求1或2所述的改善高炉炉渣粘度的烧结矿，其特征在于：该烧结矿的各原料中，轻烧氧化镁粉、生石灰粒度在0～3mm范围内的大于90％；石灰石、白云石、煤粉或焦粉粒度在0～3mm范围内的大于75％；含铁原料的粒度小于8mm。
5.根据权利要求1或2所述的改善高炉炉渣粘度的烧结矿，其特征在于：该烧结矿的含铁原料包括各种铁矿石、铁精矿、铁粉矿、混匀矿、杂矿、以及它们的任意组合。
6.一种权利要求1所述的改善高炉炉渣粘度的烧结矿的制备方法，包括如下工艺步骤：
1)原料配备：按烧结矿成品满足碱度CaO/SiO2＝1.5～3.0、TFe的含量为50～60％、MgO的含量为1.5～4.0％的要求，在重量配比为含铁原料70～85％、生石灰2～5％、白云石0～8％、石灰石5～12％、轻烧氧化镁粉0.2～5％、煤粉或焦粉3～8％的范围内选取一种具体数值的原料组份备用；
2)一次混合：将所选取的原料组份输送到一次圆筒混合机内，加入适量的水份湿润物料，使原料的物理含水量控制在3～8％之间，并使原料混合均匀；
3)二次混合：将混合均匀的原料输送到二次圆筒混合机中制粒，使粒径在3mm以上的原料颗粒的含量大于60％；
4)布料：将制粒后的原料颗粒均匀布撒在烧结机台车上，并将烧结料层厚度控制在350～800mm的范围内。
5)点火：控制烧结机的点火温度为950～1250℃、点火时间1～3min、点火负压为4000～6000Pa；
6)烧结：烧结机点火完毕后，原料中的煤粉或焦粉开始燃烧，控制烧结负压为6000～12000Pa；
7)冷却：采用任一种机上冷却或机外冷却方式，使烧结矿的温度降低至150℃以下；
8)筛分：采用筛孔为4.5～6mm的振动筛对冷却处理后的颗粒进行筛分，筛下物为烧结返矿，筛上物则为成品烧结矿。
7.根据权利要求6所述的改善高炉炉渣粘度的烧结矿的制备方法，其特征在于：所说的原料配备步骤中，轻烧氧化镁粉、生石灰粒度在0～3mm范围内的大于90％；石灰石、白云石、煤粉或焦粉粒度在0～3mm范围内的大于75％，含水率小于15％；含铁原料的粒度小于8mm，含水率小于20％。
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