CN1662665A - 在高炉中提高铁产率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在通过含铁团矿进料的高炉中改善铁产率的方法。该方法包括使可进料的含铁材料与炉渣改性有效量的颗粒状材料分散体接触，其中所说接触在团矿进料到高炉工序前发生。

Description

在高炉中提高铁产率的方法
根据权利要求1的前文，本发明涉及一种在高炉中提高铁产率的方法。
发明背景
本发明通常涉及在高炉气体和存在于高炉炉身中的矿物质之间影响反应，以及涉及有关熔渣形成的矿物质分布。还有有关铁烧结矿处理和输送中的抑尘的因素。
氧化铁团粒通常单独或与天然的块矿一起使用或在高炉中以铁单元烧结。在炉的高温区域中，约1000℃以上，氧化铁迅速加快还原成金属铁。已经发现：在这个快速还原步骤中，铁烧结矿可能由于铁-铁烧结或低熔点表面炉渣的形成而丛聚。随着温度更进一步增加，在该丛聚中形成炉渣的材料开始熔化并且最终从该丛聚中流出。初渣本质上倾向于酸性。这些所谓的初渣含有残留FeO，这FeO然后通过与还原性气体或碳接触而被还原。与碳接触的铁渗碳并且熔化。在初始阶段形成的炉渣与炉料中的其它块状造渣剂反应以形成第二炉渣，然后最终与残留焦炭灰分反应形成最终炉渣，它从炉中排出(tapped)。已经发现这个熔化过程-包括炉渣和铁的熔化以及渗碳-大大地影响在熔化区域和炉床的稳定性，并且可能影响气流。在整个过程中保持液体炉渣对于稳定运行是关键。当在矿石层中的第二炉渣的碱度更高，并在初始炉渣和第二炉渣之间具有熔化温度的极端差异的更大风险时，该炉在非常低的炉渣量下运转是特别重要的。在有些情况下，由于FeO的吸热还原和铁的熔化，炉渣可能重新冻结阻塞通过该矿石层的气流并且更进一步延缓还原和熔化。改善造渣剂的分布以降低炉渣熔化温度差异的极端状态。
在风口和炉床处的很高的温度中，一些随进料原料一起进入的碱金属(钾和钠)被还原并且蒸发，在炉身中与气体一起上升。当碱金属上升时，它们首先与炉料中酸性组分反应这已知为俘获碱金属。在酸性组分中没有被俘获的碱金属继续上升，并且作为碳酸盐和氰化物沉积。众所周知这些沉积物导致结瘤、悬料(hanging)并且与炉的耐火衬料反应。同样，已经显示，在还原性气体中碱金属的存在导致焦炭和铁烧结矿的降解，这导致填料床的渗透性问题。在有碱金属存在下，碱金属循环的程度以及焦炭和铁炉料的性能在高炉运转中是恒定的关注对象(constant sources of concern)。
矿石的丛聚现象、不良的炉渣形成和熔化性能以及碱金属循环导致更少的有效气固接触、不稳定炉料下降和不稳定的熔融金属质量，需要更高的高炉燃料消耗率，这导致更低的生产力。
认为存在一些矿物学因素影响这些性能。改善任何下列性能能改善高炉工艺并且能增加高炉生产力和有效性。
首先，酸性材料-即含有相当量二氧化硅或氧化铝的材料，与碱金属强烈反应使它们以比碳酸盐或氰化物更加稳定的形式结合。以碳酸盐或氰化物形式循环的碱金属沉积在炉身中阻塞气流、导致在壁上形成结瘤、矿石层的丛聚，并且与焦炭或导致降解的团矿反应。例如以砂砾的形式添加二氧化硅，对调节最终排出的炉渣组成是有效的，然而这种砂砾的颗粒尺寸，通常以+6mm进料，对于气-固反应有相当低的表面积。由于主体添加剂的低表面，与碱金属的反应没有最大化。
其次，当团矿开始熔化时，酸性炉渣最先从铁矿石团矿中流出。该炉渣需要通过网络-破坏(network-breaking)的氧化物诸如CaO和MgO而助熔，这些可以作为块状固体诸如块状的石灰石、转炉炉渣、白云石或橄榄石添加，一般地颗粒尺寸远大于6mm。然而，由于该助熔颗粒的不均匀分布，可能存在极端的炉渣组成，导致高粘度炉渣阻塞气流并且潜在地导致团粒状产品的丛聚、或在最坏情况下，炉渣重新冻结导致极端的气体沟流和悬料。
第三，铁矿石团矿的丛聚，由于铁的固态烧结或低熔点表面，可以通过在团矿之间接触点处应用高熔点的矿物层而减轻炉渣。在DR过程中，通过对DR粒状产品表面施加高熔点矿物质而减少丛聚。
与炉的化学性能没有关系的最终问题是一般在输送中用于使粉尘达到最小化的喷水。粒料中应避免水汽，因为水汽降低高炉炉顶气体的温度，这在有时需要更多的燃料，并且因此降低高炉生产力。在高炉法中抑尘同样重要，因为与高炉气体一起流出的粉尘必须回收并且处理。这种粉尘，通常称为烟道尘，既是铁单元的损失而且处理或循环又很昂贵。而且，在输送中减少起尘降低铁单元损失并且改善高炉炼铁的环境状况。
美国专利US 4 350 523公开一种铁矿石团粒，当它用于高炉时，减少焦炭和燃料消耗以及高炉法中的滑移和波动的频率。根据该文件，在高温区域中团粒的还原性(所谓的还原延缓)通过增加单个团粒的孔隙率和孔隙直径而改善。该团粒通过在烧结该团粒前在制团粒过程中向该团粒添加易燃材料而制备。
RU 173 721公开了在还原单元的上部中团粒松散和破损的问题以及在炉体的中间和下部在密集形成金属铁过程中团粒的粘着问题。根据该文件的教导，通过在刚好烧结之前向该湿团粒使用含CaO和/或MgO材料的涂层而减少这些问题。通过改变表层的碱度，改善团粒的还原性能。
尽管高炉有效性和生产力已经通过许多方法稳定地改善，该工艺仍然能进行改进。因此本发明的目的是提供一种改善燃料有效性和稳定性并由此的产率的方法，在这种方法中不改变烧结团粒还原性或减少降解性能。提供这种改善的方法是通过改善炉渣形成和熔融性能，减少铁烧结矿石的丛聚程度，和在高炉中减少或改变碱金属的循环来减少气体沟流量、滑移以及粉尘形成。
因此，在本文中提出的进展和建议令人惊讶地显示它改善高炉的有效性和产率。
发明概述
本发明是在含铁烧结矿进料的高炉中提高铁产率的方法，包括使可进料的含铁材料与炉渣改性有效量的粒状材料分散体接触，所说接触是在高炉过程之前进行。与向湿团粒应用涂层相比较，立即可进料到高炉中的涂覆含铁材料如团粒具有许多优点。涂覆烧结团粒的一个优点是：团粒的基本性能没有因涂覆程序而改变，因此，可以使用任何不改变团粒强度或还原性的涂料。涂覆烧结团粒的第二个优点是：涂料在矿物学上未改变地进入高炉并且对于反应具有高得多的表面积，从而促进所需要气-固反应。
炉渣改性有效的粒状材料可以是选自以下材料：含石灰的材料包括煅烧石灰、石灰石、白云石；含镁的材料包括菱镁矿、橄榄石、蛇纹石和方镁石；含铝的材料包括铝矾土、铝质粘土、和高岭石、高岭石粘土、富铝红柱石、刚玉、膨润土、硅线石、耐火粘土；或含二氧化硅的材料包括石英岩或任何硅酸盐矿物；或含氧的材料包括氧化钡；或其它使用的典型原料诸如钛铁岩、金红石。
烧结高炉团粒的涂覆优选在导致对环境敏感的起尘，如在装载处装载的第一个处理以前进行。涂覆也可以是在刚好(烧结后或刚好)向高炉进料之前进行。
一部分涂覆混合物可以是粘合剂材料，如粘土、或水泥型材料，它们在持有该涂覆混合物的颗粒的表面上适当位置硬化。
为了减少高炉法中的碱金属循环或改善铁矿石团粒的炉渣熔融性能，本发明人广泛地研究了使反应性的矿物质表面积最大化并且改善造渣剂分布的可能性。这一最大化通过在烧结团粒表面上分散各种矿物质的涂层来实现。与反应表面积最大化研究相结合，研究了在输送中对粉尘产生的控制、烟道尘产生的处理和控制，以便从一个发明获得多种好处。
一系列研究之后，证明通过应用含有某些已知粒状固体的分散体可改进高炉法，或被认为在高炉法中将特定的性能赋予铁矿石团粒。而且，用该分散体涂覆可优化最大的抑尘，从而使输送和处理涂覆团粒所需要的水分最小化。
浆液的有效表面积比作为松散固体进料的涂覆矿物质高几个数量级，因此具有更多反应活性。这样，与碱金属反应的矿物质，下文称为碱金属-反应性材料，可以以比碳酸盐或氰化物更稳定的形式捕获最大量的碱金属，众所周知该碳酸盐或氰化物是在高炉炉身中碱金属循环高的原因。利用分散在团粒表面上的矿物质从气体中除去碱金属限制了碱金属与焦炭的反应，该反应导致焦炭降解、或在耐火材料上沉积导致炉瘤以及耐火材料损坏。
当通常酸性的初始炉渣开始流出时，通过在团粒表面上应用矿物质涂料，从团粒中流出的初始炉渣能更均匀地在关键反应表面上产生。应该注意到，对于与碱金属起反应的酸性材料，将改善炉渣的形成，因为钾和钠氧化物非常强烈地降低酸性炉渣的粘度。
与铁氧化物相比，通过应用一种含有具有控制粒径和不同表面极化的细粒固体的分散体，将另外作为结束(end up)释放的粉尘的单个颗粒更有效地粘附到团粒表面。这种强烈粘附减少输送中的起尘和通过高炉炉顶气体的粉尘排放。
附图简述
本发明根据下列附图所示的实施例进行更加详细的说明。
图1用橄榄石、石英岩和白云石涂层试验的MPBO团粒在实验性高炉试验过程中的气流阻力(炉料阻力系数、BRI)和炉料下降速率。
图2表示在用橄榄石和石英岩的涂层试验的MPB1团粒在实验性高炉试验过程中的炉渣的氧化钾含量与光学碱度的关系。
图3表示在用橄榄石和石英岩的涂层试验的MPB1团粒在实验性高炉试验过程中的熔融金属温度和硅之间关系。
图4从实验性高炉下部炉身取出的高岭石涂覆的MPBO颗粒的表面上的富K2O炉渣的形成。
发明详述
本发明涉及一种在以含铁团矿进料的高炉中提高铁产率的方法，包括使可进料的含铁材料与炉渣改性有效量的颗粒状材料分散体接触。所说接触是在铁矿石烧结之后并且在向高炉炉身进料之前发生。
本发明的可进料的团矿材料可以以任何通常在高炉中用于处理的形式存在。对于非限制性实施例，该可进料的原料可以是烧结成团粒、压块、粒状等等的矿石。或一般地称为块矿或粗石矿的天然烧结的氧化铁矿。
如本文中使用的，“分散体”是指在液态介质中的任何精细、精细粉碎的和/或粉状固体材料的分布体或混合物。类似的术语“浆液”、“悬浮液”等等，同样包括在术语“分散体”内。
如在本文中使用的“炉渣改性材料”应理解为在炉渣形成过程中活化的任何材料。该材料的主要作用可以在高炉气体中捕获碱金属。如在本文中使用的，“碱金属-反应性材料”应理解为通过改善分布或所添加的造渣剂的组成而能有助于炉渣形成过程的任何材料。另外如在本文中使用的，“助熔-有效的材料”是指其主要作用是还原后通过防止低熔点表面炉渣形成固态烧结而降低可进料的含铁材料的丛聚的任何原料。这些材料也被称为“丛聚缓和有效的(cluster abating effective)”材料。
在一个实施方案中，该含铁团矿是以包括粘合剂或在铁矿石团粒形成中应用的其它添加剂的团粒的形式存在。典型的粘合剂和添加剂以及粘合剂和添加剂的使用方法是众所周知的。这种粘合剂和添加剂的非限制性实施例可以是粘土诸如膨润土、羧甲基纤维素(CMC)的碱金属盐、氯化钠和甘醇酸钠、及其它多糖或合成的水溶性聚合物。
本发明的分散体可以任选使用一种有助于维持稳定分散体并且增强粒状材料粘合到可还原的含铁团矿和/或可以使分散体具有更高固体含量的稳定系统。这方面只要它们有助于稳定分散体，可以应用任何常规已知的稳定系统。这种稳定剂的实施例是有机的分散剂诸如聚丙烯酸酯、聚丙烯酸酯衍生物等等和无机的分散剂包括苛性钠、灰分、磷酸盐等等。优选的稳定剂包括有机的和无机的稳定剂，包括黄原胶或其衍生物、纤维素衍生物诸如羟乙基纤维素羧甲基纤维素和合成的粘度调节剂诸如聚丙烯酰胺等等。
如在本文中使用的，“粒状材料”是能够在液态介质如水中形成分散体的精细粉碎的粉状原料。
通常在铁和炼钢中使用的任何助熔剂或添加剂也可以用于本发明的分散体中。优选的是含石灰或含镁的材料，并且许多非限制实施例是煅烧石灰、菱镁矿、白云石、橄榄石、蛇纹石、石灰石、钛铁矿。
在本发明的分散体中可使用任何碱金属反应性的矿物质。典型的非限制性实施例是石英岩、铝矾土矿或铝质粘土、高岭石或高岭石粘土、富铝红柱石。
在分散体中颗粒的尺寸由粒状材料的种类和它在介质如水中形成分散体的能力决定。通常，粒状材料的中等尺寸在0.05μm到约500μm。
在实施发明方法中，可以用各种技术以使可进料含铁团矿与粒状材料接触。优选应用的方法包括形成与团矿材料接触的分散体。
在一系列实验室和半工业规模试验中测试本发明在高炉法中的作用。用各种涂层测试两种铁矿石团粒：MPBO团粒(标准LKAB橄榄石团粒)和MPB1(LKAB实验团粒)。在输送和处理过程中，在用涂覆MPBO团粒进行真实尺寸的试验也证实了改善的抑尘。
在第一系列测试中，评价了标准MPBO团粒。团粒的化学分析示于表1。MPBO-2和MPBO-3是类似种类的团粒型，两种团粒都是添加橄榄石和少量石灰石的橄榄石团粒，并且在MPBO-3团粒中还添加了少量石英岩。
用MPBO-3团粒作为涂覆实验的基本团粒，而在实验性高炉中两种未涂覆的MPBO-2和MPBO-3用作参照材料。团粒被包上不同类型的涂料，在这些研究中使用了三种涂料：橄榄石、石英岩和白云石。它们均与9％的膨润土混合而作为粘合相。涂料的化学分析也示于表1，同时涂料的尺寸分布如表2所示，部分在不同的尺寸范围内。在尺寸方面，所有使用材料非常类似，大部分＜45μm(65-70％)，仅少量＞0.125mm(1-6％)。
在涂覆过程中，团粒从团粒仓中移到输送带上。在到第二运输送带的转移点处，预混合涂覆浆液通过两个喷嘴喷射到团粒流上。涂覆浆液由如上所述的混有膨润土的涂覆剂构成，并且加水使固体含量为25％。涂覆浆液流和团粒调节到每吨团粒产品用4Kg固体涂料。
基本团粒和涂覆团粒的化学分析列于表3，在高炉现场(site)取样的团粒的化学分析也列于表3。储存、输送处理和过筛(在进料到高炉以前筛掉尺寸不足＜6mm的团粒)之后，发现在团粒表面上仍保留着涂料。
以实验室规模研究涂覆团粒的性能，应用通常用于高炉团粒的负荷下的还原试验，ISO 7992试验。用附有落下试验的ISO 7992试验进行还原后的粘着测定。
在ISO 7992试验中，在2％H2、40％CO和58％N2的气氛下的还原过程中，在样品床上，具有500g/cm2的负载，1200克团粒在1050℃等温还原到80％的还原程度。从在高炉炉身的模拟条件的观点看，具有另外落下过程的ISO 7992试验是适于高炉团粒粘着测试。1050℃的测试温度是合适的，因为该温度近似储存区域低端的温度，这里团粒开始暴露于更强的还原性气体并开始加速还原成金属铁。也可形成少量熔渣。然后在氮气中冷却样品，并且在1.0米的落下试验中处理样品的丛聚部分，直到落下20下。测试结果：描述粘着趋势的粘着指标值，SI从0(在开始落下试验前没有丛聚的颗粒)到100(甚至在落下20下后所有的颗粒都丛聚)。测试的结果示于表4。清楚地，白云石和橄榄石影响粘着测量。然而，在实验室粘着试验中石英岩没有可测量的影响。应该注意到：该涂料的矿物学性可以由于高炉内的反应而明显改变，并且粘着指数主要表明对表面有影响并且材料保留在表面上。实验室还原和粘着测试的结果未必是与高炉操作的影响有关联的或解释高炉操作的影响。
机械和冶金试验结果示于表5。与团粒质量有关的大部分参数是或多或少地或根本不受使用涂层的影响。获得的冷抗压强度(CCS)降低为13到29daN/团粒或6到12％，并且在＞6.3mm部分的低温粉化值(LTD)下降高达18％单元。这些变化实际上由众所周知的向铁矿石团粒中加水的作用所引起，而不是由涂料所引起。
在第一系列的半工业规模试验中，如上所述的涂覆的MPBO团粒向炉膛直径为1.2的LKAB实验性高炉中进料。
试验被分成五个不同的时期：
MPBO-2    利用无涂覆的团粒的参照期
MPBO-O    橄榄石涂覆的MPBO-3团粒
MPBO-D    白云石涂覆的MPBO-3团粒
MPBO-Q    石英岩涂覆的MPBO-3团粒
MPBO-3    利用无涂覆的团粒的参照期
MPBO-2和MPBO-3团粒种类都在瑞典的SSAB Tunnplt(Lule)和SSABOxelsund和芬兰的Fundia Koverhar操作，在高炉操作中没有出现任何明显差异。
表6表示每个实验时期中团粒的水分含量和块状造渣剂进料到高炉中的量。MPBO-2团粒是干燥的(小于0.1％水分)，而MPBO-3团粒具有2.2％的水分含量。在涂覆步骤过程中加到团粒上的水分量相当于约1.5％，并经受沉积(exposure to precipitation)导致团粒水分进一步增加0.6到0.8％。
在所有时期中，在炉料中石灰石的进料量几乎维持在恒定水平。为了维持目标炉渣碱度和体积，调节碱性BOF-炉渣添加量和块状石英岩添加量以弥补所使用不同涂料的不同化学性能。
这些实验的主要的目的是维持稳定操作和确立对产生烟道尘的影响，而不是将燃料消耗率减到最少和将高炉产量最大化。鼓风条件如表7所示。工艺稳定性的主要指标是在炉料下降中的稳定性和炉料阻力系数(BRI)的稳定性，根据方程1计算。
方程1.BRI＝([鼓风压力]2-[顶部压力]2)/([炉腹气体体积]1.7×常数)
在第一系列试验中，下降速率显示仅仅在橄榄石涂层的MPBO团粒情况下具有明显改善，而当利用石英岩涂覆团粒时气流阻力明显稳定，图1。用橄榄石涂覆的下降速率的改善可归于减少的丛聚作用。气流阻力主要与团粒的熔化性能有关。由于喷煤系统中的波动，其在比较的用途是不明确的。然而，以石英岩-涂覆团粒的情况下稳定性极好，并且甚至在白云石-涂覆的MPBO时期内从炉膛冷却恢复过程中气流阻力保持稳定。一般的结论是用涂覆的团粒的操作比参照用未涂覆的团粒更稳定。
涂覆团粒与未涂覆团粒相比，通过炉顶气体和作为烟道尘收集的粉尘量明显地降低。表8显示烟道尘收集的量和它的组成。所收集的烟道尘的平均尺寸分布示于表2。能够看出：在这试验中烟道尘比用于涂覆的材料明显更粗。该烟道尘较细的部分经过旋风集尘器并且由随后的湿式静电除尘器以泥浆状的形式收集。表9表示来自不同时期的高炉泥浆的组成。
在用涂覆团粒的试验过程中，观察到在干式旋风集尘器中收集的烟道尘显著减少，如表7所示。与无涂覆的团粒相比，具有涂覆团粒的三个时期的炉尘量都明显下降。根据表7中烟道尘的化学分析，所得到的质量平衡显示：作为离开高炉的烟道尘的团粒材料减少约三分之二。当利用涂覆团粒时，在烟道尘的湿式部分，也就是泥浆中，铁含量也同样降低这一事实更进一步证实所观察的，如表8所示。
也应注意到，与具有干燥MPBO-2团粒的时期相比，具有涂覆团粒和具有湿式MPBO-3团粒的时期中由焦炭粉末形成的微粒以及所进料的块状造渣剂的量全部下降。认为，其原因是粉尘粘附到湿的或涂覆的湿团粒表面上的作用。
可以预期的是，在高炉操作过程中酸性涂料(或者石英岩或者较少量的橄榄石)的使用能更好地通过炉渣除去碱金属。这一点是所期望的由于该涂料具有很高的表面积以用于反应。然而，在用MPBO团粒的第一系列试验过程中所期望的作用并没有被证实。从实验性高炉的实验样品中已知，MPBO团粒具有相当良好的捕获碱金属能力，并且输出量可能仅受最终高炉炉渣组成的影响。然而，可以预料，碱金属的内部循环是通过石英岩涂覆改变，在团粒表面上形成高碱含量的硅酸盐炉渣，并且这反映在改善的气流阻力的稳定性上。
在第二实验系列中，评价用涂覆实验团粒，称为MPB1团粒，其组成列于表10的实验性高炉的性能。详细地研究碱金属输出量。认为，由于在烧结过程中团粒中形成的炉渣的矿物学性能，这种团粒的碱金属吸收比MPBO-型团粒差。MPBO团粒含有一些未反应的橄榄石和与碱金属起反应的辉石岩相。在MPB1团粒中，团粒中的造渣剂主要是无定形炉渣，它似乎与碱金属不起反应。
MPB1团粒利用水基分散体涂覆分别得到每吨团粒3.6Kg石英岩和0.4Kg膨润土；和3.6Kg橄榄石加0.4Kg膨润土。用水而没有任何微粒涂覆的MPB1团粒作为参照。该涂覆过程基本上与以前所述的MPBO实验相同。作为该操作的目的，再一次是稳定性，而不是燃料消耗率和生产力的最优化。
图2显示通过炉渣的碱金属输出量证明，与参照MPB1团粒相比，具有橄榄石或石英岩涂覆的MPB1团粒通过炉渣明显改进碱金属的去除。在具有石英岩涂覆的MPB1团粒期间，炉是较温热的导致不同的炉渣的碱度分布。尽管如此，对于给定的炉渣光学碱度，两种涂覆都显示能提高的碱金属输出量。如表11所示，利用涂覆团粒，炉料下降也比较平稳。炉料阻力系数保持不变，对于石英岩-涂覆团粒而言，偏差轻微增加，但这必须解释为与由于炉燃料供应过量导致相当高的熔融金属含硅量有关。与参照期相比较，在橄榄石涂覆团粒期间，具有稍微调整的燃料消耗率，其气流阻力更低并且更加稳定。
此外，涂覆-MPB1团粒的使用提高了与熔融金属含硅量有关的熔融金属温度。图3显示石英岩和橄榄石涂覆MPB1团粒的结果。在允许低焦炭比的高炉法中，在维持熔融金属温度下在较低熔融金属硅含量的操作具有优点，并因此有高产率以及使铁损失以转化为炉渣达到最小，从而提高炼钢法中铁的总回收率。丛聚和碱金属循环两者的减少都是影响温度和熔融金属硅关系的因素。对于涂覆MPB1团粒而言，较低的硅分散和温度说明在炉的底部具有更稳定的熔化区域和气固接触。严重的丛聚可能导致不熔化的丛聚的原料降落进炉膛中，从而降低熔融铁的温度。其次，碱金属循环通过在高温区域还原并且在炉身的低温区域中氧化和固化而起到热泵作用，从而可移走在较高温度区中的对金属可用的热量。在炉身中碱金属的沉积也产生粉尘，例如碳酸盐，该碳酸盐容易再循环并且可能在炉身高处的沉积，导致众所周知的悬料和结瘤。
在第三实验系列中，MPBO团粒利用类似分散物系统涂覆以得到每吨团粒3.6Kg高岭石和0.4Kg膨润土。表12是与涂覆团粒相同量的用水喷射的参照MPBO团粒的组成和涂覆团粒的组成。在炉料中包括20％的另一种团粒与80％MBPO团粒一起在工业高炉中使用。炉料结构以80％MPBO团粒(涂覆或未涂覆的)和20％的另一种团粒而保持恒定。
具有高岭石-涂覆MPBO团粒和参照MPBO团粒的测试时期中，测试时期中的燃料消耗率积极调整以使燃料消耗率最优化。与喷煤相比，以喷油操作高炉使其具有更稳定和可靠的操作数据。在这些试验中，喷煤速率和燃烧性能在所使用的速率方面没有喷油系统或燃油的稳定。
实验性高炉操作的主要结果示于表13。高岭石-涂覆的团粒导致更平稳的炉料下降，表示：在下降率中较低的标准偏差并且完全没有滑移；4Kg/thm的较低的燃料消耗率；产率增加；以及炉尘量极明显下降。这些结果支持上述试验结果的解释并且显示燃料消耗率的减少，产率的增加和炉稳定性的提高。
通过在炉料内探针从较低的炉身区域中移取样品的检测，显示了如所预料的在高岭石涂覆和钾之间明显的反应。图4显示从高岭石涂覆形成铝硅酸钾的实施例。通过X-射线衍射确定六方钾霞石为高岭石涂层与高炉气体的主要反应产物。
在铁矿石团粒的输送和处理中，粉尘是环境方面关心的。真实尺寸的输送试验是在通过用含约25％固体而没有膨润土或其它粘合剂的水的分散体喷射涂覆每吨团粒有4Kg高岭石的高岭石-涂覆的MPBO团粒上进行。在装载、卸载和通过输送器输送的处理和输送期间，发现：抑尘比单独使用水明显更好。
所选择的涂料的有效性必须与被涂覆团粒的矿物学结合考虑。在一种团粒上的有效涂覆可能在另一种团粒上无效。炉中的条件，特别是有关对碱金属循环操作的灵敏度在涂覆的选择中是重要的。对于具体的团粒类型来说，选择最佳的涂覆需要了解在气体和矿物质之间的化学反应，和在炉渣形成过程中的关键因素。
表1.氧化物团粒和涂料的化学分析(重量％)。
 材料   MPBO-2     MPBO-3   橄榄石    石英岩   白云石    膨润土
 Fe(％)   66.6     66.6   5.0     0.3   1.0     3.8
 SiO2(％)   1.78     2.00   42.20     98.00   2.00     56.30
 CaO(％)   0.32     0.22   0.80     0.02   29.50     2.83
 MgO(％)   1.48     1.42   49.50     0.09   21.00     3.73
 Al2O3(％)   0.29     0.29   0.44     1.00   0.37     18.60
 TiO2(％)   0.39     0.37   0.03     0.03   0.00     0.83
 MnO(％)   0.06     0.05   0.00     0.01   0.10     0.06
 K2O(％)   0.02     0.02   0.02     0.29   0.09     0.57
 V2O5(％)   0.26     0.25   0.02     0.01   0.00     0.05
 P2O5(％)   0.017     0.017   0.030     0.011   0.050     0.160
 表2.用作涂料的材料以及实验性高炉烟道尘的尺寸分布
尺寸范围(mm) ＜0.045   0.045-0.063   0.063-0.075   0.075-0.125   0.125-0.250   0.250-0.500   0.500-1     ＞1
橄榄石(％)     68     11     5     13     2     1     0     0
白云石(％)     67     13     7     11     1     1     0     0
石英岩(％)     70     9     4     10     6     1     0     0
膨润土(％)     65     21     10     3     1     0     0     0
烟道尘(％)     9     11     8     24     35     12     1     0
表3涂覆前后团粒的组成(重量％)。所示结果是：a)涂覆前的化学分析，b)涂覆后期望的分析(计算值)，c)涂覆后团粒的化学分析，和d)取自高炉现场的样品的化学分析，也就是存储(露天存储4到6周)后、输送、处理以及粒径筛选(on-size screening)(+6mm)
  材料    样品   涂层    SiO2(％)   MgO(％)   CaO(％)    Fe(％)
 MPBO-3  a)基本材料   无     2.00     1.42     0.22     66.60
 MPBO-O  b)理论的   橄榄石     2.16     1.60     0.22     66.33
 MPBO-O  c)在团粒车间   橄榄石     2.16     1.65     0.26     66.39
 MPBO-O  d)在BF现场   橄榄石     2.15     1.64     0.20     66.44
 MPBO-Q  b)理论的   石英岩     2.37     1.42     0.22     66.33
 MPBO-Q  c)在团粒车间   石英岩     2.42     1.40     0.20     66.24
 MPBO-Q  d)在BF现场   石英岩     2.50     1.44     0.19     66.24
 MPBO-D  b)理论的   白云石     2.01     1.50     0.31     66.33
 MPBO-D  c)在团粒车间   白云石     2.01     1.50     0.38     66.49
 MPBO-D  d)在BF现场   白云石     1.98     1.50     0.29     66.55
表4.ISO7992在负载下还原(reduction-under-load)测试和落下过程(两次试验的平均)之后的未涂覆和涂覆团粒的粘着指数。
   测试性能   MPBO-3   MPBO-O   MPBO-D   MPBO-Q
粘着指数，SI     95     47     35     95
还原时间(min)     73     75     75     83
表5.氧化物团粒和涂覆团粒的机械和冶金学测试结果
ISO标准   MPBO-3   MPBO-O   MPBO-D    MPBO-Q
冷压强度(daN/团粒) ISO 4700     232     203     215     219
转动(Tumble)强度(％+6.3mm) 修改的ISO32711)     95.0     95.2     95.0     94.6
磨损(％-0.5mm)     4.5     4.4     4.4     4.8
低温粉化率(％+6.3mm) ISO 13930     67.7     49.6     67.3     56.6
(％-0.5mm)     9.5     12.2     11.5     11.0
还原能力，R40(％O/min) ISO 4695     0.52     0.53     0.56     0.54
ITH(％+6.3mm)2)     71.8     74.8     68.4     74.1
压力降，DP(mmH2O) ISO 7992     12.9     9.7     12.2     11.2
料层收缩(％)     6.0     3.6     6.2     6.3
1)3kg样品(少于ISO 3271，ISO 3271中测试15kg样品)。
2)还原后的强度(来自于ISO 4695还原材料进行机械处理并且过筛)。
表6.团粒的水分含量和实验性高炉试验中进料的造渣剂的量
      时期   MPBO-2   MPBO-O   MPBO-D   MPBO-Q    MPBO-3
团粒水分(％)     0.1     2.1     2.2     2.3     2.2
石灰石(kg/tHM)     48     48     49     49     49
BOF-炉渣(kg/tHM)     45     41     42     48     48
石英岩(kg/tHM)     17     15     17     11     17
焦炭速率(kg/tHM)     408     410     414     421     430
表7.试验过程中高炉的操作参数。
       时期    MPBO-2    MPBO-O    MPBO-D   MPBO-Q    MPBO-3
  持续时间(h)     85     83     48     68     27
  鼓风温度(℃)     1198     1197     1198     1197     1197
  鼓风体积(Nm3/h)     1590     1589     1591     1590     1570
  喷煤，PCI(kg/tHM)     133     131     123     127     122
  富氧(％)     3.3     3.4     3.5     3.4     3.4
  鼓风水分(g/Nm3)     26     26     27     27     27
  火焰温度(计算值℃)     2188     2195     2201     2201     2204
  顶部压力(巴，表压)     1.0     1.0     1.0     1.0     1.0
表8.烟道尘的量、组成(重量％)和估计的源。
          时期   MPBO-2   MPBO-O   MPBO-D   MPBO-Q    MPBO-3
  烟道尘，干燥的(kg/tHM)     5.4     2.9     2.7     3.0     4.4
  Fe(％)     21.6     13.8     未测     13.3     21.8
  SiO2(％)     11.1     15.9     未测     20.8     17.7
  CaO(％)     16.2     14.1     未测     12.1     14.2
  MgO(％)     4.3     9.2     未测     6.3     6.8
  Al2O3(％)     3.0     4.2     未测     4.0     4.0
  MnO(％)     0.3     0.4     未测     0.4     0.3
  K2O(％)     0.3     0.5     未测     0.4     0.6
  C(％)     20.4     26.0     未测     31.2     16.5
  来自团粒(kg/tHM)     1.5     0.5     未测     0.5     1.3
  来自焦炭(kg/tHM)     1.4     0.9     未测     1.1     0.9
  来自石灰石(kg/tHM)     1.0     0.5     未测     0.4     0.8
  来自BOF-炉渣(kg/tHM)     1.0     0.5     未测     0.5     0.7
  来自石英岩(kg/tHM)     0.5     0.3     未测     0.3     0.7
  来自橄榄石涂层(kg/tHM)     -     0.2     -     -     -
  来自石英岩涂层(kg/tHM)     -     -     -     0.2     -
表9.在实验性高炉试验中，泥渣的化学分析(重量％)，通过湿式静电除尘器收集
    时期    MPBO-2    MPBO-O    MPBO-D   MPBO-Q    MPBO-3
    Fe(％)     6.2     2.4     1.6     1.1     未测
    SiO2(％)     19.2     20.2     22.6     18.2     未测
    CaO(％)     8.8     7.3     8.0     7.4     未测
    MgO(％)     8.7     10.3     14.7     10.7     未测
    Al2O3(％)     6.1     6.6     8.4     8.3     未测
    MnO(％)     0.6     0.5     0.7     0.5     未测
    K2O(％)     1.2     1.1     1.0     0.7     未测
    Na2O(％)     10.4     9.2     6.5     7.7     未测
    V2O5(％)     0.2     0.2     0.2     0.1     未测
    P2O5(％)     0.1     0.2     0.2     0.1     未测
    C(％)     16.0     17.0     11.8     12.3     未测
    S(％)     0.3     0.2     0.1     0.2     未测
表10.在实验性高炉中测试的MPB1和涂覆MPBl团粒的组成和冶金学性能
 MPB1团粒   MPB1-石英岩涂覆的团粒   MPB1-橄榄石涂覆的团粒
  Fe(％)     66.8     66.6     66.3
  CaO(％)     1.45     1.53     1.53
  MgO(％)     0.31     0.35     0.49
  SiO2     1.44     2.02     1.70
  Al2O3(％)     0.35     0.37     0.38
  水分(％)     0.7     1.0     1.2
  冷压强度ISO 4700(daN/团粒)     291     277     279
  低温粉化率SO13930(％+6.3mm)     78     82     75
  LTD ISO 13930(％-0.5mm)     12     10     15
  还原性，R40 ISO 4695(％O/min)     1.2     1.2     1.2
  ITH1)(％+6.3mm)     78     83     83
1)还原后的强度(来自于ISO 4695的还原材料进行机械处理并且过筛)。
表11.MPB1与涂覆MPB1团粒相比较的在实验性高炉中操作结果的概述
    MPB1   MPB1-石英岩涂覆的   MPB1-橄榄石涂覆的
  测试时间(h)     42     67     76
  Eta CO(％)     47.4     46.9     47.5
  STD BDR(cm/min)     0.52     0.35     0.48
  产率(t/h)     1.56     1.54     1.57
  焦炭速率(kg/thm)     400     400     396
  煤速率(kg/thm)     123     127     124
  平均熔融金属温度(℃)     1433     1445     1450
  平均熔融金属Si(％)     1.62     1.71     1.53
表12.在实验性高炉中测试的MPBO团粒和高岭石-涂覆的MPBO团粒的组成
    重量％     MPBO团粒   MPBO-涂覆高岭石的团粒
    Fe(％)     66.6     66.4
    CaO(％)     0.38     0.40
    MgO(％)     1.52     1.49
    SiO2     1.74     1.98
    Al2O3(％)     0.33     0.52
    水分(％)     1.8     16
表13.未涂覆的MPBO团粒与高岭石涂覆的MPBO团粒相比较的实验性高炉操作结果的概述。
    MPBO-参照   MBPO-高岭石涂覆的
    时间(h)     50     62
    鼓风量(nm3/h)     1516     1516
    富氧(nm3/h)     101     101
    产量(t/day)     34.1     34.6
    STD BDR(cm/min)     1.53     1.15
    BRI(-)     6.74     6.38
    STD BRI(-)     0.33     0.21
    焦炭速率(kg/thm)     404     403
    油速率(kg/thm)     121     118
    HM Si(％)     1.24     1.23
    HM T(℃)     1422     1425
    HM C(％)     4.49     4.56
    烟道尘(kg/thm)     5.6     3.6
    滑移数/天     3.8     0.0

Claims (19)

1.一种在由含铁团矿进料的高炉中提高铁产率的方法，该方法包括使可进料的含铁材料与炉渣改性有效量的粒状材料分散体接触，其中所述接触是在高炉法进料之前发生。
2.根据权利要求的1方法，其中炉渣改性有效量的分散体包括任何碱金属-反应性物质。
3.根据权利要求2的方法，其中碱金属-反应性物质包括任何含氧化铝或任何含二氧化硅氧化物。
4.根据权利要求1的方法，其中炉渣改性有效的粒状材料是选自：包括煅烧石灰、石灰石、白云石的含石灰材料；包括菱镁矿、橄榄石、蛇纹石和方镁石的含镁材料；包括铝矾土、铝质粘土、和高岭石、高岭石粘土、富铝红柱石、刚玉、膨润土、硅线石、耐火粘土的含铝材料；或包括石英岩或任何硅酸盐矿物的含二氧化硅材料；或包括氧化钡的含氧材料；或其它使用的典型原料诸如钛铁矿、金红石。
5.根据权利要求1的方法，其中炉渣改性有效量分散体包括在液体中的固体颗粒。
6.根据权利要求1的方法，其中炉渣改性有效量分散体是由典型的丛聚缓和有效的材料组成。
7.根据权利要求6的方法，其中典型的丛聚缓和有效的材料是选自以下材料：包括煅烧石灰、石灰石、白云石的含石灰材料；包括菱镁矿、橄榄石、蛇纹石和方镁石的含镁材料；包括铝矾土、和高岭石、富铝红柱石、刚玉、膨润土、硅线石、耐火粘土的含铝材料；或包括石英岩的含二氧化硅材料；或包括氧化钡的含氧的材料；或其它使用的典型材料诸如钛铁矿、金红石。
8.根据权利要求6的方法，其中丛聚缓和有效量的分散体包括在液体中的固体颗粒。
9.根据权利要求1的方法，其中有效量的分散体由固体颗粒组成，作为一种任何典型的炉渣改性颗粒材料和任何典型丛聚缓和有效的材料的混合物。
10.根据在前的任何权利要求的方法，其中该固体颗粒是一种对温度大于1000℃时的固体材料，或当加热时形成对温度大于1000℃的固体相。
11.根据在前的任何权利要求的方法，其中丛聚缓和有效量的分散体包括粘合剂。
12.根据权利要求11的方法，其中该粘合剂包括膨润土、粘土、或它们能在持有涂覆混合物的颗粒上的适当位置硬化的水泥型材料或有机材料。
13.根据任何权利要求1-12的方法，其中，该接触包括至少在含铁团矿的外周的部分形成表面涂层。
14.根据任何权利要求1-13的方法，其中该粒状材料应在0.05μm到约500μm。
15根据任何权利要求1-14的方法，其中大于50％的粒状材料具有小于约45μm的粒径。
16.根据任何权利要求1-15的方法，其中该分散体由在液态介质中的精细粉碎材料的混合物如浆液组成。
17.根据权利要求16的方法，其中该分散体涂覆浆液具有固体含量在该混合物的1％和90％之间。
18.根据权利要求17的方法，其中该分散体涂覆浆液具有固体含量是该混合物的约30％。
19.根据任何权利要求1-18的方法，其中该含铁团矿以团粒、团块或粒状形式存在。
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