從常溫到高溫保持強度的含碳冷固結球團礦的製作方法

2023-05-14 21:55:51

專利名稱：從常溫到高溫保持強度的含碳冷固結球團礦的製作方法
技術領域：
本發明屬於冶金礦石的粘結、制團領域，涉及採用熔融還原法、直接還原法及礦熱電爐法、高爐冶煉法等鍊金屬使用的含碳冷固結球團礦。
背景技術：
熔融還原是冶金領域的一項重大新工藝，其主要特點是可以使用非焦煤作為一次能源和還原劑，在熔融狀態下進行還原，具有以煤代焦、流程短、汙染小、生產靈活性強、成本低的優點，是未來冶金工業發展的方向，也是目前各國競相研究開發的重要領域。
在熔融還原法中，含碳冷固結球團礦是近年來發展起來的一種新型還原法冶煉原料，它具有在高溫下快速自還原的特性，與普通冷固結球團礦相比，含碳冷固結球團礦的還原性好，返礦少，不需要預燒結等優點。
含碳冷固結球團礦是將原料礦粉、煤粉或焦粉與粘結劑混合在一起，經過粉碎、制團、烘乾等生產工序製成，在製造冷固結球團礦時，粘結劑的選擇是非常重要的，它的性能優劣，直接影響著冷固結球團的各項性能指標，特別是球團強度指標。一般用於冷固結球團礦的粘結劑基本上分為有機粘結劑和無機粘結劑兩大類。其中有機粘結劑有煤焦油、瀝青、澱粉、腐植酸、泥煤等，它們在常溫下有著較好的粘結強度，但是溫度升高至500℃時，隨著有機粘結劑的逐漸分解，冷固結球團礦的原有機械強度大幅度下降，在爐內壓力作用下破碎粉化，以至於影響到球團礦還原的正常進行，因此，一般的有機粘結劑基本上不適合於含碳冷固結球團礦的使用。現有的含碳冷固結球團礦大多數採用無機粘結劑例如水泥、膨潤土、水玻璃及粘土等等，比如CN1074714「煉鐵用冷固結高含碳鐵礦球團」就是採用水玻璃作為粘結劑使用的。無機粘結劑克服了有機粘結劑高溫分解喪失粘結力的缺陷，但是在使用無機粘結劑時，也會帶來一些問題，首先是使用無機粘結劑時會使球團的雜質含量增加，還原時造渣量提高；有些粘結劑如水玻璃等中鈉、鉀含量過多，會對爐壁產生腐蝕作用，不利於冶煉；而採用高壓蒸養法製造冷固結球團的工藝複雜，生產周期長，又增加了成本。

發明內容
本發明的目的是提供一種在常溫和高溫還原氣氛環境下都具有較高的抗壓強度，並且還原迅速的含碳冷固結球團礦。
為實現上述目的，本發明的含碳冷固結球團礦由51-96％的原料礦粉，0-33％的碳質還原劑，0-25％的熔劑和3-6％的粘結劑組成。
其中，用於高爐冶煉鐵、熔融還原煉鐵及海綿鐵的原料礦粉有鐵精礦粉、鐵原礦粉、氧化鐵粉、鐵屑、鋼屑、含鐵硫酸渣粉等原料；用於冶煉錳鐵的原料礦粉有錳原礦粉、錳精礦粉等；用於冶煉鉻鐵的原料礦粉有鉻礦粉、鉻精礦粉等；用於冶煉矽鐵的原料礦粉有石英石粉、玻璃碎渣和鐵礦粉、鋼屑等；用於冶煉矽鋁鐵合金的原料礦粉有高鋁釩土和石英石粉、煤矸石粉、矸石粉及鐵礦粉、鋼屑等；用於冶煉矽錳合金的礦粉有錳原礦粉、錳精礦粉和石英石粉、玻璃碎渣等。
碳質還原劑選用無煙煤、煙煤、焦煤、焦炭和半焦中的一種或幾種。
球團中添加的熔劑是石灰石、白雲石、蛇紋石中的一種或幾種的混合物。
本發明含碳冷固結球團礦中使用的粘結劑是由35-90％的風化煤、0-35％的矸石、0-40％的黑矸石、0-15％的煤泥和8-12％的純鹼混合組成的。其具體生產工藝是將各原料按照比例混合均勻，除去水分後粉碎加工成粉末狀產品。產品要求粉碎的細度應保證小於200目的部分達到全部產品的90％以上。
具體的含碳冷固結球團礦的製造方法如下首先，在粘結劑中加入.1-5倍量的水，攪拌均勻，邊攪拌邊升溫至100℃，保溫40-60分鐘後待用。
接著，將原料礦粉、碳質還原劑和熔劑分別粉碎成粉末狀，要求小於200目的組成應佔總組分的50％以上。
把粉碎好的原料礦粉、碳質還原劑和熔劑按比例與稀釋好的粘結劑進行充分的混合攪拌，混合時可以使用臥式攪拌機，也可以使用立式攪拌機，或者將二者串聯起來使用，只要能夠達到使物料充分混合攪拌均勻即可。
混合均勻的物料被送入制團工段進行造球，一般地，可以採用對輥壓力成型機或者衝壓機等機械進行壓力成型造球，也可以採用圓盤造球機進行滾動造球。當使用壓力成型造球工藝時，粘結劑中的加水量可以較小，一般添加1-2倍量的水，而採用圓盤造球機造球時，則需要物料相對較溼，故粘結劑中的添加水量應增大至2-5倍，但是應保證造成的球團中含水量不超過15％，否則，製造的含碳冷固結球團礦由於含水量較高，將很難成型。
製成的含碳冷固結球團礦必須經過乾燥除水後才能作為冶煉原料使用。乾燥可以採用連續隧道式烘乾窯進行，也可以採用連續或間歇式烘乾房對球團進行烘乾，要求烘乾時溫度保持在100-300℃。本發明的含碳冷固結球團礦還可以採用自然曬乾或晾乾的方式進行乾燥處理。經乾燥的含碳冷固結球團礦，含水量一般小於3％。
在制團過程中產生的未成型礦粉以及在還原過程中產生的礦粉，均可以做為返礦粉，加入到物料中，再次製造球團，進行循環再利用，以節省資源。
本發明可以針對不同的金屬冶煉要求和特點，對含碳冷固結球團礦的配料比例進行調整，以適應不同生產工藝的需求。例如加大或減小碳質還原劑的加入量，可以相應地提高或降低含碳冷固結球團礦的軟化點溫度。同樣，還可以通過提高或減少粘結劑中矸石或黑矸石的配入量，來實現球團礦軟化點溫度提高或降低的目的。
本發明可以針對不同的金屬冶煉要求和特點，對風化煤進行洗選或幹選，以適當提高粘結劑中的含碳量。選後的風化煤製造粘結劑方法與不經過選的風化煤製造粘結劑的方法相同。
與現有的含碳冷固結球團礦相比，本發明最主要的特點是保證含碳冷固結球團礦從常溫到高溫都保持一定的抗壓強度。一般採用壓力成型工藝製造的含碳冷固結球團礦，常溫抗壓強度＞780N/個，1050℃以下高溫熱強度保持780-1000N/個以上；既使是採用圓盤造球法製造的含碳冷固結球團礦，常溫抗壓強度也達到了400N/個，高溫熱強度同樣能夠達到780-1000N/個。經中國科學院山西煤炭化學研究所對本發明的含碳冷固結球團礦進行測試，常溫抗壓強度780N/個，600℃時的高溫熱強度達到1180N/個。在介休三盛焦化有限公司JK89型焦爐點火孔中還原氣氛下試驗，850℃進行4小時，球團仍然保持了原有的強度。
本發明含碳冷固結球團礦從常溫到高溫都能保持一定的強度，與所使用的粘結劑有著直接的關係。本發明中所採用的粘結劑是一種以風化煤為主的有機無機複合粘結劑，在常溫到500℃以下時，粘結劑中的有機物與礦粉有很好的親合作用，粘結劑中的有機物起到了保持球團抗壓強度的主要作用；在850℃-1100℃時，粘結劑中的有機物基本上被熱分解了，此時，粘結劑中的無機物尤其是SiO2和Al2O3卻與礦粉有著很好的親合性，又起到了保持球團具有高溫熱強度的主要作用；在500℃-850℃之間，由於風化煤的活性差，氧化速度比煤慢，從而延遲了粘結劑中有機物的氧化分解時間，使無機物能夠銜接上有機物起到粘結作用，保證了隨著溫度的升高，球團中的粘結劑交替起到粘結作用，實現了從常溫到高溫含碳冷固結球團礦都保持強度的連續過渡。
本發明含碳冷固結球團礦的另一個特點是球團的還原速度快。對於一般冷固結球團礦，影響球團還原速度的限制性環節是還原性氣氛向球團內部的擴散速度。而對於含碳冷固結球團礦，由於其在高溫下的自還原反應，與用CO氣還原塊礦或人造塊礦相比，增加了在高溫條件下固體碳粉與金屬氧化物粉在球團內部的熱擴散直接還原作用，和由此在球團內部產生CO，並與金屬氧化物直接還原，而且反應的比表現積與傳統方法相比成百上千倍的增加，因此加快了還原反應速度，其產生的CO和CO2由球團內部向外部擴散在球團內部產生壓力，加快了球團內部的還原反應速度，CO和CO2在從內向外噴出、或溢出時又在球團中產生氣體通道，從而還可以促進還原性氣體向球團內部的擴散，進一步加快了球團的還原速度。
球團還原速度的快慢與球團的軟化點有直接關係，如果球團礦軟化點溫度低，在未完全還原前球團就開始粘結，會堵塞球團上的氣體通道，影響還原性氣體的擴散速度，從而影響球團礦的還原速度。本發明的含碳冷固結球團礦的軟化點有了大幅度地提高，從一般冷固結球團礦的900℃提高到現有的1100℃，從而保證了球團礦在較高溫度下的高速還原而不必擔心球團的粘結。因此，本發明的含碳冷固結球團礦軟化點的提高，使得球團礦能夠在不粘結的前提下在較高的溫度下還原，進一步提高了含碳冷固結球團礦的還原速度。
經太原鋼鐵公司鋼鐵研究所對本發明含碳3.13％的冷固結鐵球團礦冶金性能進行檢驗，其荷重軟化性能為軟化開始溫度1050℃，軟化終了溫度1325℃，軟化區間275℃；熔滴性能好，壓差開始升溫度1360℃，開始滴落溫度1480℃，熔滴區間120℃。
本發明中所採用的粘結劑是能夠實現本發明目的的一個重要保證。經檢測，本發明採用的粘結劑中各種化學成分含量如表1所示表1 粘結劑化學成分組成表

從表1可以看出，本發明的粘結劑中含有30-50％的C，如此高的含碳量是無機粘結劑所無法比擬的。因此，本發明的粘結劑既起對球團礦的粘結作用，又十分有利於球團礦的還原，可以加快球團礦的還原速度，降低焦比，節約大量能源。
本發明中的粘結劑中，S、P、CaO、MgO、TiO2等有害雜質含量很少，對於冷固結球團礦產品質量的影響也很小，可以提高冷固結球礦的產品質量。
由於粘結劑中含碳量很高，灰份小，在冶煉生產過程中的造渣量很少，只增加了1.5％-3％的渣。
本發明在含碳冷固結球團礦中直接配入熔劑礦粉，熔劑礦粉的加入量比使用塊狀熔劑直接入爐使用量大大降低，例如煉鐵時可以降低石灰石配入量30-50％，既可以節約能源，提高生產能力，又可以提高產品質量。
具體實施例方式
實施例1-實施例18是利用鐵精礦粉生產含碳冷固結鐵球團礦的應用實例，各實施例中的原料配入量如表2所示。
表2 鐵精礦粉生產含碳冷固結鐵球團礦配入量表單位％

具體生產含碳冷固結鐵球團礦的方法是；將鐵精礦粉、無煙煤、焦炭、半焦、煙煤、焦煤和石灰石分別進行粉碎，對粉碎後物料進行細度檢測，當使用200目篩進行篩分時，篩餘物小於50％則粉碎合格；在粘結劑中加入1-2倍量的水，攪拌均勻，邊攪拌邊升溫至100℃，在此溫度下保溫40-60分鐘後，按表2中的配入量比例，將粉碎好的物料摻入粘結劑使用攪拌機進行混合攪拌，直至均勻；混合均勻的物料進入制團工段，使用對輥壓力成型機進行造球，造好的球團送入連續隧道式烘乾窯中，在100-300℃溫度下烘乾，製成含碳冷固結鐵球團礦。
實施例19-實施例28是分別利用鐵原礦粉、氧化鐵粉、鋼鐵屑粉和含鐵硫酸渣粉生產含碳冷固結鐵球團礦的應用實施例。各實施例中的原料配入量如表3所示。表3 鐵原礦粉、氧化鐵粉、鋼鐵屑粉、含鐵硫酸渣粉生產含碳冷固結鐵球團礦配入量表單位％

其生產含碳冷固結鐵球團礦的方法與鐵精礦粉生產含碳冷固結鐵球團礦的方法相同。
實施例29-實施例32是利用返礦粉生產含碳冷固結鐵球團礦的應用實例，各實施例中的原料配入量如表4所示表4 返礦粉生產含碳冷固結鐵球團礦配入量表單位％

具體生產含碳冷固結鐵球團礦的方法是將鐵精礦粉、返礦粉、半焦和石灰石粉分別進行粉碎，按照配入量比例加入到事先用2-5倍量水稀釋，升溫至100℃並保溫40-60分鐘的粘結劑中，攪拌混合均勻，用圓盤造球機進行造球，造好的球團放置於露天下自然曬乾至球團水量小於3％時使用。
實施例33-實施例37是生產含碳冷固結錳鐵球團礦的應用實例，各實施例中原料配入量如表5所示表5 含碳冷固結錳鐵球團礦配入量表單位％

生產含碳冷固結錳鐵球團礦的方法與生產含碳冷固結鐵球團礦的生產方法相同。
實施例38-實施例44是生產含碳冷固結矽鐵球團礦的應用實例，各實施例中原料的配入量如表6所示表6 含碳冷固結矽鐵球團礦配入量表單位％

含碳冷固結矽鐵球團礦的生產方法與含碳冷固結鐵球團礦的生產方法相同。
實施例45-實施例50是生產含碳冷固結鉻鐵球團礦的應用實例，各實施例中原料配入量如表7所示表7 含碳冷固結鉻鐵球團礦配入量表單位％

含碳冷固結鉻鐵球團礦的生產方法與含碳冷固結鐵球團礦的生產方法相同。
實施例51-實施例56是生產含碳冷固結矽鋁鐵合金球團礦的應用實例，各實施例中原料配入量為表8所示表8 含碳冷固結矽鋁鐵合金球團礦配入量表單位％

生產含碳冷固結矽鋁鐵合金球團礦的方法同生產含碳冷固結鐵球團礦方法一樣。
實施例57-實施例61是本發明所使用的粘結劑的具體應用實例，具體配比見表9。
表9 粘結劑配比表單位kg

其製法是將各原料混合均勻，除去水分後粉碎，製成200目的粉末狀產品。
權利要求
1.一種含碳冷固結球團礦，其特徵是由下述重量配比的組分混合製造球團原料礦粉55-96％ 碳質還原劑0-33％熔劑0-25％ 粘結劑3-6％
2.根據權利要求1所述的含碳冷固結球團礦，其特徵是所述的炭質還原劑是無煙煤、煙煤、焦煤、焦炭、半焦中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的含碳冷固結球團礦，其特徵是所述的熔劑為石灰石、白雲石、蛇紋石中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的含碳冷固結球團礦，其特徵是所述的粘結劑是由35-90％的風化煤、0-35％的矸石、0-40％的黑矸石、0-15％的煤泥和8-12％的純鹼混合粉碎製成。
5.根據權利要求4所述的含碳冷固結球團礦，其特徵是所述的粘結劑中各組分應粉碎至小於200目的組分至少佔總組分的90％。
6.權利要求1所述含碳冷固結球團礦的製法，其特徵是在所述粘結劑中加入1-5倍量的水，攪拌均勻，邊攪拌邊升溫至100℃，保溫40-60分鐘後，按比例與粉碎的原料礦粉、碳質還原劑和熔劑混合，並混合均勻製造球團，最後烘乾製成冷固結球團礦。
7.根據權利要求6所述的含碳冷固結球團礦的製法，其特徵是所述的原料礦粉，碳質還原劑和熔劑均應粉碎至小於200目的組分至少佔總組分的50％以上。
8.根據權利要求6所述的含碳冷固結球團礦的製法，其特徵是所述的製造球團是使用壓球機將物料壓製成球團。
9.根據權利要求6或8所述的含碳冷固結球團礦的製法，其特徵是採用壓球機壓制球團時，粘結劑中加入1-2倍量的水。
10.根據權利要求6所述的含碳冷固結球團礦的製法，其特徵是所述的製造球團是使用圓盤造球機將物料滾製成球團。
11.根據權利要求6或10所述的含碳冷固結球團礦的製法，其特徵是採用圓盤造球機滾制球團時，粘結劑中加入2-5倍量的水。
全文摘要
本發明涉及一種從常溫到高溫保持強度的含碳冷固結球團礦,屬於冶金礦石的粘結、制團領域。本發明的含碳冷固結球團礦由55－96%的原料礦粉,0－33%的碳質還原劑,0－25%的熔劑和3－6%的粘結劑混合制團而成,製成的球團礦在常溫和高溫還原氣氛環境下都保持有一定的強度,經測試,常溫抗壓強度780N/個,600℃時高溫熱強度達到1180N/個。本發明的含碳冷固結球團礦還具有較高的軟化點溫度,一般能夠達到1100℃,從而保證了球團礦在較高溫度下還原時不會粘結,使得球團礦的還原速度大為提高。
文檔編號C22B1/14GK1358870SQ0113564
公開日2002年7月17日 申請日期2001年10月10日 優先權日2001年10月10日
發明者林原生, 蘇亞傑 申請人:林原生, 蘇亞傑