CN101619386B - 一种高炉用铁焦及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高炉用铁焦及其制备和应用,为低廉焦粉的高效利用开辟了新的途径。冷压成型低温固结法制备铁焦的方法是加入8~10%的粘结剂到含铁原料和焦粉中,经混匀后在300~800kg/cm2的压力下冷压成型得到Φ(30~40)mm×(20~25)mm的椭球形湿块,在300~600℃温度下干燥即可制得铁焦。焦粉配比可在10-70%的范围内变化;上述方法能大比例的利用焦粉,无需高温处理,不会造成二次耗能、二次污染;而对于在冷压成型、低温固结的条件下,制备出既能承受皮带输送过程中的机械碰撞、跌落,又能承受炉内的热冲击、机械挤压、摩擦及热荷重的铁焦。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域,涉及一种高炉用铁焦及其制备和应用。
背景技术
高炉冶炼需要大量的优质冶金焦炭,其生产依赖于结焦性能良好的焦煤,由于我国焦煤资源分布很不均衡,以及焦碳产量因炼焦工序能耗高、环境污染严重被严格限制,加上钢铁工业高速发展,造成不少厂家焦碳资源紧缺。而化学成份、发热量等物化性能与焦炭差异不大的焦粉,因粒度太小影响高炉料柱的透气性而得不到很好的利用。在大块焦炭破碎过程中可产生20-25%的焦粉,而且焦炭入炉前由于整粒还将筛分出部分焦粉,目前我国焦碳产量超过3亿吨,即使按照焦粉产生比例20%计算,我国每年的焦粉数量在7500万吨以上,焦粉主要作为燃料用于烧结,按照年产5亿吨烧结矿、烧结中焦粉配比5%计算,每年消耗量为2500万吨左右,因此还剩余5000万吨左右的焦粉由于没有较好的成型技术,只能堆积甚至废弃,不但资源得不到利用,还污染环境,若能对这些资源加以开发利用作高炉燃料,可高效利用焦粉资源,而且焦粉的价格仅为焦碳的1/10-1/3,如果用焦粉替代部分焦碳用于高炉冶炼,将有利于大幅降低生铁成本。所以对焦粉深加工,开发技术含量高、附加值大的产品是焦粉高效利用的重要课题。其中利用焦粉生产铁焦就是潜在的应用途径之一。
国外有利用焦粉生产铁焦的试验研究,其方法是在炼焦配煤中加入部份焦粉和含铁原料,在900-1000℃的炼焦炉内干馏后得到的一种含铁的块状焦炭。上述方法主要是利用配煤中的结焦煤在高温下干馏固结的原理,因此对配煤提出了要求,不能大比例的利用焦粉,而且铁焦需要高温处理才能达到冶炼的强度要求,焦粉再次回炉造成二次耗能、二次污染。而对于在冷压成型、低温固结的条件下,制备出既能承受皮带输送过程中的机械碰撞、跌落,又能承受炉内的热冲击、机械挤压、摩擦及热荷重的铁焦还未有报道。
发明内容
本发明的技术任务之一提供一种性能优良的高炉用铁焦,其既能承受皮带输送过程中的机械碰撞、跌落,又能承受炉内的热冲击、机械挤压、摩擦及热荷重。
本发明的技术任务之二就是开发冷压成型、低温固结条件下生产铁焦的方法,使得能较大比例范围地利用焦粉,并使铁焦具有运转、冶炼所需要的冷态和热态强度。
本发明的技术任务之三是提供本发明铁焦的应用。
本发明高炉用铁焦由以下质量百分比的成分组成,焦粉10~70wt%、含铁原料20~82wt%、粘结剂8~10wt%。
所述的粘结剂是将有机高分子聚合物、硅溶胶或硅胶、水按质量比例0.5~1.5∶5~7∶11~13添加得混合溶液,再加入占混合溶液0.05~0.6wt%的稳定剂;搅拌均匀,反应釜温度170~190℃,1.2~1.4Mpa压力下,反应1.5~3小时,冷却分离沉降不溶物得到。
所述粘结剂中的有机高分子聚合物为SHN或羧甲基纤维素钠;所述的硅溶胶或硅胶中SiO2的质量百分数为30~60%。所述的稳定剂为NaOH、KOH或NH4OH。
所述铁焦中的含铁原料为铁矿粉、铁精矿、除尘灰、氧化铁皮、转炉污泥的一种或多种,粒度小于10mm。
所述的铁焦的制备方法是将粘结剂添加到含铁原料和焦粉中,通过冷压成型-低温固结制备得到铁焦,具体过程如下:按照焦粉10~70wt%、含铁原料20~82wt%混合,同时配入8~10wt%的粘结剂,并加水至混合料重量的15-20%,在300~800kg/cm2的压力下冷压成型得到湿块;将湿块在300~600℃温度下干燥制得铁焦。
焦粉比例为10-50wt%的铁焦用于中型高炉与烧结矿混装,替代部分含铁炉料和燃料。焦粉比例为50-70wt%的铁焦用于小型高炉,布料在矿层与焦碳层之间作燃料。
本发明的技术解决方案如下:
1)铁焦制备:将焦粉和含铁原料按一定比例配料,并配入8~10wt%的粘结剂,视原料水分情况适当加水使压块原料达到适宜的水分,一般为15~20wt%。压块原料经混匀后在300~800kg/cm2的压力下冷压成型得到Φ(30~40)mm×(20~25)mm的椭球形湿块,然后将湿块送入干燥筒,在300~600℃温度下干燥至水分完全脱除,即可制得铁焦。其工艺流程图见图1。
2)铁焦使用方法:焦粉比例为50-70wt%的铁焦用于小型高炉,布料在矿层与焦碳层之间作焦碳代用燃料,铁焦布料在焦碳层之上、矿层之下;焦粉比例范围为10-50wt%的铁焦用于中型高炉与烧结矿混装,替代部分含铁炉料并减少高炉焦碳消耗量。
所述步骤1)中的焦粉配比为10~70wt%,当焦粉配比为10-50wt%时,焦粉粒度小于6.3mm;而焦粉配比为50-70wt%时,焦粉粒度小于10mm。
所述步骤1)中的含铁原料,可以为铁矿粉、铁精矿或除尘灰、氧化铁皮、转炉污泥等含铁杂料,可选择其中的一种或多种,要求粒度小于10mm。
所述步骤2)中焦粉比例为10-50wt%的铁焦在高炉中的用量为20~80Kg/tFe,焦粉比例为50-70wt%的铁焦用量为20~100Kg/tFe。
本发明的特征及带来的有益效果:
1)冷压成型-低温固结法的优点
与现有技术相比,冷压成型、低温固结制备铁焦能耗低,投资小,解决了传统铁焦生产效率低,影响焦炉炉衬使用寿命的弊病,且不需要结焦煤和弱粘结性煤为粘结剂,可单独使用焦粉成型,无需高温焙烧,无环境污染。
2)粘结剂制备铁焦产品的性能
①焦粉比例为10-50wt%的铁焦指标为:湿块落下强度大于3次/(0.5m·个);干块转鼓强度TI(测量方法同烧结矿转鼓强度)为79.5%~87.1%,抗压强度大于2000N/个;热强度1300℃不溃散,两米高落下不碎;其质量能满足高炉冶炼的要求;
②焦粉比例为50-70wt%的铁焦指标为:湿块落下强度大于3次/(0.5m·个);干块抗碎强度(测量方法同焦碳抗碎强度)M25为87.2%~90.0%,耐磨强度M10为6.5~9.0%,抗压强度大于2000N/个;热强度1300℃不溃散,两米高落下不碎;其质量能满足替代部分冶金焦碳的要求。
3)用该粘结剂制备的铁焦应用到高炉的效果
①焦粉比例为50-70wt%的铁焦应用到高炉的效果
A.能替代冶金焦碳作炼铁燃料,以当量的固定碳为基准,铁焦的置换比在1.0附近;
B.能改善还原反应的条件,有利于提高煤气的利用率。
②焦粉比例为10-50wt%的铁焦应用到高炉的效果
A.铁焦粒度均匀,能改善高炉中块状带的透气性,对软熔带的透气性影响不大;
B.铁焦中焦粉表面积大,含铁矿物与焦粉接触良好,改善了还原反应的条件,有利于含铁矿物的还原;
C.由于还原产生的CO2首先与铁焦中反应性能较好的焦粉进行碳的气化反应,因此混装铁焦对层状大块焦具有保护作用,使进入中心焦层的大块焦具有较大的粒度和强度,改善了炉缸及其附近区域的透气、透液性。
D.铁焦的应用提高了煤气利用率,提高高炉产量,降低冶金焦碳的用量。
附图说明
图1为本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面实例是对本发明的进一步说明,而不是限制发明的范围。
具体操作方法:
实施例1:生产粘结剂的原料配比SHN∶硅溶胶∶水为1∶5∶12,硅溶胶质量百分数为40.0%,加入0.2wt%NaOH为稳定剂,搅拌均匀。反应条件为:反应釜反应温度180℃,蒸汽压1.3Mpa,反应时间为2.5小时,冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。
铁焦原料配比焦粉∶铁矿粉∶粘结剂为60∶30∶10,并加水至混合料重量的17.0%,焦粉、铁矿粉粒度均小于10mm,压块大小为Φ35mm×20mm,压力为300Kg/cm2,在350℃温度下干燥。得到的铁焦质量指标为:湿块落下强度3.4次/(0.5m·个);干块抗碎强度M25为88.6%,耐磨强度M10为7.8%,抗压强度2533N/个;热强度1300℃不溃散,两米高落下不碎。
实施例2:生产粘结剂的原料配比SHN∶硅溶胶∶水为1∶6∶11,硅胶质量百分数为50.5%,加入0.2wt%KOH为稳定剂,搅拌均匀。反应条件为:反应釜反应温度185℃,蒸汽压1.2Mpa,反应时间为3小时,冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。
铁焦原料配比焦粉∶铁矿粉∶粘结剂为65∶27∶8,并加水至混合料重量的17.5%,焦粉、铁矿粉粒度均小于10mm,压块大小为Φ35mm×20mm,压力为500Kg/cm2,在300℃温度下干燥。得到的铁焦质量指标为:湿块落下强度3.6次/(0.5m·个);干块抗碎强度M25为87.4%,耐磨强度M10为8.0%,抗压强度2362N/个;热强度1300℃不溃散,两米高落下不碎。
实施例3:生产粘结剂的原料配比羧甲基纤维素钠∶硅溶胶∶水为1∶6∶12,硅溶胶质量百分数为40%,加入0.2wt%NaOH为稳定剂,搅拌均匀。反应条件为:反应釜反应温度190℃,蒸汽压1.2Mpa,反应时间为2.5小时,冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。
铁焦原料配比焦粉∶铁矿粉∶粘结剂为32∶60∶8,并加水至混合料重量的15.5%,铁矿粉粒度小于10mm,焦粉粒度小于6.3mm,压块大小为Φ35mm×20mm,压力为300Kg/cm2,在400℃温度下干燥。得到的铁焦质量指标为:湿块落下强度3.6次/(0.5m·个);干块转鼓强度TI为82.3%,抗压强度2609N/个;热强度1300℃不溃散,两米高落下不碎。
实施例4:生产粘结剂的原料配比羧甲基纤维素钠∶硅胶∶水为1∶7∶12,硅胶质量百分数为50.5%,加入0.3wt%KOH为稳定剂,搅拌均匀。反应条件为:反应釜反应温度190℃,蒸汽压1.3Mpa,反应时间为3小时,冷却分离沉降不溶物得到粘结剂。
铁焦原料配比焦粉∶铁矿粉∶粘结剂为25∶65∶10,并加水至混合料重量的15.0%,铁矿粉粒度小于10mm,焦粉粒度小于6.3mm,压块大小为Φ35mm×20mm,压力为600Kg/cm2,在450℃温度下干燥。得到的铁焦质量指标为:湿块落下强度4.2次/(0.5m·个);干块转鼓强度TI为84.1%,抗压强度2822N/个;热强度1300℃不溃散,两米高落下不碎。
采用上述实例1、2制备得到的焦粉比例为50-70wt%的铁焦应用在小型高炉中,比例逐步增加到100Kg/tFe,高炉工艺顺行,冶金焦炭消耗量下降,高炉利用系数略有增加;而采用上述实例3、4制备得到的焦粉比例为10-50wt%的铁焦应用在中型高炉中,比例逐步增加到80Kg/tFe,高炉操作无异常情况,且焦比下降。
Claims (6)
1.一种高炉用铁焦,其特征在于,所述的铁焦由以下质量百分比的成分组成,焦粉10~70wt%、含铁原料20~82wt%、粘结剂8~10wt%;所述的粘结剂是将有机高分子聚合物、硅溶胶或硅胶、水按质量比例0.5~1.5∶5~7∶11~13添加得混合溶液,再加入占混合溶液0.05~0.6wt%的稳定剂;搅拌均匀,反应釜温度170~190℃,1.2~1.4Mpa压力下,反应1.5~3小时,冷却分离沉降不溶物得到;所述的有机高分子聚合物为SHN或羧甲基纤维素钠;所述的硅溶胶或硅胶中SiO2的质量百分数为30~60%;所述的稳定剂为NaOH、KOH或NH4OH。
2.根据权利要求1所述的铁焦,其特征在于,所述的含铁原料为铁矿粉、铁精矿、除尘灰、氧化铁皮、转炉污泥的一种或多种,粒度小于10mm。
3.权利要求1所述的铁焦的制备方法,其特征在于,将粘结剂添加到含铁原料和焦粉中,通过冷压成型-低温固结制备得到铁焦;具体是按照焦粉10~70wt%、含铁原料20~82wt%混合,同时配入8~10wt%的粘结剂,并加水至混合料重量的15~20%,在300~800kg/cm2的压力下冷压成型得到湿块;将湿块在300~600℃温度下干燥制得铁焦。
4.根据权利要求3所述的铁焦的制备方法,其特征在于,所述的含铁原料为铁矿粉、铁精矿、除尘灰、氧化铁皮、转炉污泥的一种或多种,粒度小于10mm。
5.权利要求1所述的铁焦的应用,其特征在于,焦粉比例为10~50wt%的铁焦用于中型高炉与烧结矿混装,替代部分含铁炉料和燃料。
6.权利要求1所述的铁焦的应用,其特征在于,焦粉比例为50~70wt%铁焦用于小型高炉,布料在矿层与焦碳层之间作燃料。
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