CN101818245A - 高钛型烧结矿的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高钛型烧结矿的制备方法。根据本发明的高钛型烧结矿制备方法包括：将活性石灰、生石灰与硼酸加水消化，配加到含有钒钛磁铁精矿的烧结混合料中，然后进行造粒、布料、点火烧结，得到高钛型烧结矿。根据本发明的烧结矿制备方法可以改善混合料的粒度组成、降低混合料的熔点并提高烧结矿的强度。

Description

高钛型烧结矿的制备方法

技术领域

本发明涉及一种钢铁冶金领域中的烧结矿制备方法，尤其涉及一种高钛型烧结矿的制备方法。

背景技术

攀枝花钢铁公司是目前国内外唯一生产高钛型钒钛烧结矿(烧结矿TiO₂含量高达7.5％左右)的钢铁企业。其烧结所用含铁原料主要为攀枝花高钛型钒钛磁铁精矿(占含铁料60％以上)，该矿具有TiO₂含量高(12％-13％)、Al₂O₃含量高、SiO₂含量低、粒度粗(-0.074mm粒级含量仅占50％左右，而普通铁精矿-0.074mm粒级含量一般均在70％以上)、粒度组成不合理(不利于制粒的0.25mm～0.074mm中间粒级含量多)、亲水性差等特点，这使得该矿混合料成球性差、透气性不好、熔点高，属于特别难烧结的矿种。并且，该矿在烧结过程中生成了较多普通烧结矿中没有的脆性的钙钛矿(CaO·TiO₂)、钛榴石等含钛矿物，因而烧结矿强度差、成品率低、返矿率高。同时，由于料层透气性差，产量也低。钒钛磁铁矿的配比越高，烧结的难度越大，尤其是高钛型烧结矿(TiO₂含量＞6％)的产量、质量显著恶化。虽然攀钢投产以来采用了许多强化烧结的技术措施，但由于攀枝花高钛型钒钛磁铁矿固有的特殊性，取得的效果较为有限，这是长期以来攀钢钒钛烧结矿产量、质量一直落后于普通烧结矿的主要原因，是攀钢生产的“瓶颈”。因此，攻克高钛型钒钛磁铁矿烧结技术难关是提高攀钢生产水平的关键环节之一，研发创新性的高钛型钒钛磁铁矿烧结强化技术对攀钢的进一步发展具有举足轻重的作用。

目前国内外普通矿烧结生产中也面临着如何采用有效强化技术措施，以便进一步提高烧结矿产量、质量的问题。有些钢铁企业使用了少量活性石灰强化烧结的技术(烧结使用活性石灰的研究及实践[J]，杨旭辉等，烧结球团，1985，10(6)：22；临钢烧结配加生石灰的效果及改进[J]，王远利等，烧结球团，1998，23(1)：51)，还有些钢铁企业研发了在烧结混合料中添加少量含硼物料(硼泥、硼铁矿等)的技术(硼矿泥对烧结矿质量影响的研究[J]，赵玉寰等，河北冶金，1985(4)：47；烧结配硼灰泥粉试验研究[J]，万佑生等，烧结球团，1991，10(6)：9；配加硼泥烧结矿生产及其冶炼效果的试验研究[J]，冯本和等，河北冶金，1993(5)：18)，在提高烧结矿产质量方面取得了一定的效果。但这些技术仅使用于普通磁铁精矿或赤铁矿粉烧结，并且仅仅是单独配加，故强化效果并不理想。此外，在现有技术中，使用硼泥对烧结矿铁品位还有不利的影响。因此，需要研发一种能够提高高钛型烧结矿的产量和质量的烧结方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效提高高钛型烧结矿的强度的制备方法。

本发明的目的还在于提供一种提高高钛型烧结矿的产量和质量的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高钛型烧结矿的制备方法，该方法包括：将活性石灰、生石灰与硼酸加水消化，配加到含有钒钛磁铁精矿的烧结混合料中，然后进行造粒、布料、点火烧结，得到高钛型烧结矿。

在本发明的实施例中，活性石灰的添加量可占总重量的2％～5％，硼酸的添加量可占总重量的0.03％～0.1％。随着活性石灰添加量的增大，烧结混合料中的生石灰含量降低。生石灰的含量可占总重量的5％～2％。

在本发明的另一实施例中，将活性石灰与生石灰预先打水消化10～15分钟，用50℃～80℃的水将硼酸消化制成溶液，然后将它们混合造粒。

在本发明的又一实施例中，把活性石灰预先破碎为＜3mm，并把破碎后的活性石灰与生石灰一起加水消化成粉末状，硼酸加水消化成水溶液，再配加到烧结混合料中。

具体实施方式

以下，将详细说明本发明的实施例。

为了提高高钛型烧结矿的产量和质量，本发明利用活性石灰有效CaO含量多、活性度高、粘结性强，硼酸能降低混合料熔点的特性，通过采用在烧结混合料中配加活性石灰和硼酸的方法来达到改善混合料的成球性能，提高料层透气性，降低混合料熔点，强化烧结过程，提高烧结矿产量、质量的目的。根据本发明的方法，烧结矿的产量、质量有较大提高，且固体燃料消耗下降。

普通生石灰有效CaO含量在82％左右，活性度为180-220mL，而活性石灰有效CaO含量在95％左右，活性度为300mL以上。活性石灰加水消化后呈高度分散状，比表面积大，对烧结混合料的粘结成球性及烧结过程中的物化反应性比普通生石灰强得多，能生成更多的低熔点铁酸钙(CaO·Fe₂O₃)粘结相，抑制钙钛矿(CaO·TiO₂)、钛榴石等强度低的矿物生成。此外，硼酸活化能力很强，烧结料中添加少量的B₂O₃能降低烧结液相的粘度。因而，一方面可使料层透气性变好，氧化性气氛增强，另一方面有利于液相中的Ca²⁺向Fe₂O₃表面扩散，使得铁酸钙易于生成。低熔点铁酸钙和含硼硅酸盐相含量增多，会直接导致烧结混合料熔点的下降。因此，采用在烧结混合料中配加活性石灰和硼酸的方法，既可以改善混合料的成球性能，提高料层透气性，又能降低混合料熔点，促使混合料早期熔化，生成更多的低熔点液相，从而达到提高烧结矿产量、质量，降低燃料消耗的目的。

更具体地讲，采用活性石灰和硼酸制备高钛型烧结矿的反应原理如下：

钒钛磁铁精矿含有较高的TiO₂与Al₂O₃，初始熔点在1300℃以上，比普通铁矿石的初始熔点(1000～1100℃)高得多，而且软化区间窄，不到100℃。在1300℃左右时，烧结块仅类似软化状态，固相反应生成的铁酸盐又固溶了相当数量的TiO₂，使熔点进一步提高。因此，液相难于生成且生成量少。同时由于SiO₂含量少，生成的硅酸盐液相量亦少，因此在烧结温度1280℃以下，钒钛磁铁精矿烧结生成的液相量(25～35％)要比普通矿的烧结矿少10～15％。且烧结过程中生成的脆性钙钛矿较多，而强度好的铁酸钙较少。

钙钛矿是在高温(＞1300℃)和还原性气氛下生成的，TiO₂通过液相扩散与CaO生成钙钛矿(CaO·TiO₂)。钙钛矿与铁酸钙呈相互消长关系。固相反应生成的铁酸钙在1200℃发展迅速。但在1280℃又很快离解成Fe₂O₃和CaO，Fe₂O₃又被还原成Fe₃O₄，其反应式如下：

CaO+TiO₂＝CaO·TiO₂   ΔG＝-19100-0.8T

CaO+Fe₂O₃＝CaO·Fe₃O₄ ΔG＝-1700-1.15T

由以上可以看出，高温有利于以上两个反应的进行，但在烧结温度范围内，钙钛矿比铁酸钙的生成趋势大得多，在高温(＞1270℃)下，铁酸钙难以稳定存在。配加硼酸后由于烧结温度降低，有利于抑制钙钛矿(CaO·TiO₂)生成，促进铁酸钙(CaO·Fe₃O₄)的形成。而在低温条件下，配加活性石灰后，由于CaO浓度增大也有利于提高铁酸钙(CaO·Fe₃O₄)的生成量。

下面给出了根据本发明所采用的方法的四个具体实施例。

实施例1

在攀钢烧结原料的条件下，采用在烧结混合料中配加占总重量2％的活性石灰、0.03％的硼酸、生石灰配比从占总重量的7％降低为5％的方法。烧结时将2％活性石灰、5％生石灰预先打水消化10-15min，硼酸用50-80℃热水消化制成溶液，然后在一次混合机内与铁矿粉、返矿、燃料、石灰石等烧结料一起加水混合制粒，经过二次混合机混合造起球后，布到烧结机上进行烧结。烧结主要工艺参数：混合料配碳量4.6％、水分7.2％、碱度2.35倍，返矿配比35％，混合制粒时间4.0min；点火温度1050℃，点火时间2.5min；点火负压6.0KPa，烧结负压12.0KPa；铺底料高度20mm，料层高度650mm。结果表明，与基准期(即不采用本发明的方法)相比，烧结混合料＞3mm粗粒级含量从52.30％提高到56.58％，提高4.28个百分点；＜0.5mm细粒级含量从18.24％下降到15.89％，下降2.35个百分点；熔点从1347℃下降到1342℃，下降5℃；烧结速度从21.13mm/min提高到21.59mm/min，提高0.46mm/min；烧结矿转鼓强度从71.24％提高到72.56％，提高1.32个百分点；成品率从74.21％提高到76.09％，提高1.88个百分点；产量从1.321t/m²·h提高到1.335t/m²·h，增产1.06％；固体燃料消耗从48.25kg/t_矿下降到46.62kg/t_矿，下降1.63kg/t_矿；烧结矿低温还原粉化率从63.34％下降到62.07％，下降1.27个百分点；还原度从81.45％上升到82.27％，上升0.82个百分点。

实施例2

在攀钢烧结原料的条件下，采用在烧结混合料中配加占总重量3％的活性石灰、0.06％的硼酸、生石灰配比从占总重量7％降低为4％的方法。烧结时将3％活性石灰、4％生石灰预先打水消化10-15min，硼酸用50-80℃热水消化制成溶液，然后在一次混合机内与铁矿粉、返矿、燃料、石灰石等烧结料一起加水混合制粒，经过二次混合机混合造起球后，布到烧结机上进行烧结。烧结主要工艺参数：混合料配碳量4.6％、水分7.2％、碱度2.35倍，返矿配比35％，混合制粒时间4.0min；点火温度1050℃，点火时间2.5min；点火负压6.0KPa，烧结负压12.0KPa；铺底料高度20mm，料层高度650mm。结果表明，与基准期(即不采用本发明的方法)相比，烧结混合料＞3mm粗粒级含量从52.30％提高到59.45％，提高7.15个百分点；＜0.5mm细粒级含量从18.24％下降到13.76％，下降4.48个百分点；熔点从1347℃下降到1336℃，下降11℃；烧结速度从21.13mm/min提高到22.26mm/min，提高1.13mm/min；烧结矿转鼓强度从71.24％提高到72.98％，提高1.74个百分点；成品率从74.21％提高到76.59％，提高2.38个百分点；产量从1.321t/m²·h提高到1.354t/m²·h，增产2.45％；固体燃料消耗从48.25kg/t_矿下降到46.19kg/t_矿，下降2.06kg/t_矿，烧结矿低温还原粉化率从63.34％下降到61.17％，下降2.17个百分点；还原度从81.45％上升到82.69％，上升1.24个百分点。

实施例3

在攀钢烧结原料条件下，采用在烧结混合料中配加占总重量4％的活性石灰、0.08％的硼酸、生石灰配比从占总重量7％降低为3％的方法。烧结时将4％活性石灰、3％生石灰预先打水消化10-15min，硼酸用50-80℃热水消化制成溶液，然后在一次混合机内与铁矿粉、返矿、燃料、石灰石等烧结料一起加水混合制粒，经过二次混合机混合造起球后，布到烧结机上进行烧结。烧结主要工艺参数：混合料配碳量4.6％、水分7.2％、碱度2.35倍，返矿配比35％，混合制粒时间4.0min；点火温度1050℃，点火时间2.5min；点火负压6.0KPa，烧结负压12.0KPa；铺底料高度20mm，料层高度650mm。结果表明，与基准期(即不采用本发明的方法)相比，烧结混合料＞3mm粗粒级含量从52.30％提高到61.47％，提高9.17个百分点；＜0.5mm细粒级含量从18.24％下降到11.53％，下降6.71个百分点；熔点从1347℃下降到1327℃，下降20℃；烧结速度从21.13mm/min提高到22.94mm/min，提高1.81mm/min；烧结矿转鼓强度从71.24％提高到73.55％，提高2.31个百分点；成品率从74.21％提高到77.15％，提高2.94个百分点；产量从1.321t/m²·h提高到1.369t/m²·h，增产3.66％；固体燃料消耗从48.25kg/t_矿下降到45.07kg/t_矿，下降3.18kg/t_矿；烧结矿低温还原粉化率从63.34％下降到59.82％，下降3.52个百分点；还原度从81.45％上升到83.42％，上升1.97个百分点。

实施例4

在攀钢烧结原料的条件下，采用在烧结混合料中配加占总重量5％的活性石灰、0.1％的硼酸、生石灰配比从占总重量7％降低为2％的技术方法。烧结时将5％活性石灰、2％生石灰预先打水消化10-15min，硼酸用50-80℃热水消化制成溶液，然后在一次混合机内与铁矿粉、返矿、燃料、石灰石等烧结料一起加水混合制粒，经过二次混合机混合造起球后，布到烧结机上进行烧结。烧结主要工艺参数：混合料配碳量4.6％、水分7.2％、碱度2.35倍，返矿配比35％，混合制粒时间4.0min；点火温度1050℃，点火时间2.5min；点火负压6.0KPa，烧结负压12.0KPa；铺底料高度20mm，料层高度650mm。结果表明，与基准期(即不采用本发明的方法)相比，烧结混合料＞3mm粗粒级含量从52.30％提高到62.48％，提高10.18个百分点；＜0.5mm细粒级含量从18.24％下降到10.06％，下降8.18个百分点；熔点从1347℃下降到1319℃，下降28℃；烧结速度从21.13mm/min提高到23.25mm/min，提高2.12mm/min；烧结矿转鼓强度从71.24％提高到74.09％，提高2.85个百分点；成品率从74.21％提高到77.63％，提高3.42个百分点；产量从1.321t/m^2.h提高到1.384t/m^2.h，增产4.79％；固体燃料消耗从48.25kg/t_矿下降到44.35kg/t_矿，下降3.90kg/t_矿；烧结矿低温还原粉化率从63.34％下降到58.73％，下降4.61个百分点；还原度从81.45％上升到83.83％，上升2.38个百分点。

通过上述四个实施例可以看出，在本发明中，将活性石灰预先破碎为＜3mm，与生石灰一起装入底部安装有配消器的烧结配料矿槽中，硼酸预先加水配制成溶液盛入溶液池内，生产时按一定比例(活性石灰配比为占总重量的2～5％、硼酸配比为占总重量的0.03％～0.1％、生石灰配比为占总重量的5％～2％)配加到烧结混合料中，然后在烧结混合机中混合造球，最后装入烧结机中点火烧结。在本发明的方法中，随着活性石灰添加量的增大，烧结混合料中的生石灰含量降低。生石灰的减少量对应于活性石灰的添加量。生产出的成品烧结矿经运输进入高炉进行冶炼。根据本发明实施例的方法，既可以改善混合料的成球性能，提高料层透气性，又能降低混合料熔点，促使混合料早期熔化，生成更多的低熔点液相，从而达到提高烧结矿产、质量、降低燃料消耗的目的。

上述四个实施例的原料组成具体见表1。

表1实施例各种原料的组成和比例(重量百分比)％

编号	攀精矿	澳矿粉	国高粉	筛加粉	瓦斯灰	生石灰	活性石灰	硼酸	石灰石	焦粉	返矿(外配)
												基准(不采用本发明)	49.0	11.0	14.0	5.50	2.0	7.0	0	0	7.10	4.60	35
实施例1	49.0	11.0	14.0	5.50	2.0	5	2	0.03	7.10	4.60	35
												实施例2	49.0	11.0	1.40	5.50	2.0	4	3	0.06	7.10	4.60	35
实施例3	49.0	11.0	14.0	5.50	2.0	3	4	0.08	7.10	4.60	35
												实施例4	49.0	11.0	14.0	5.50	2.0	2	5	0.10	7.10	4.60	35
对比例1	49.0	11.0	14.0	5.50	2.0	4	3	0	7.10	4.60	35
												对比例2	49.0	11.0	14.0	5.50	2.0	7.0	0	0.06	7.10	4.60	35

其中，对比例1为除了单独使用活性石灰且没有配加硼酸之外其它原料组成与实施例2相同的对比例；对比例2为除了单独配加硼酸且没有使用活性石灰之外其它原料组成与实施例2相同的对比例。此外，实施例中的铁矿粉指的是奥矿粉(澳大利亚矿粉)、国高粉(国产高品位矿粉)、筛加粉(中品位矿粉)；高钛型钒钛磁铁矿指的是攀精矿(攀枝花钒钛磁铁精矿)。

表2示出了上述各实施例及对比例的试验结果。

表2

编号	混合料＞3mm，％	混合料＜0.5mm，％	混合料熔点	烧结速度mm/min	转鼓强度％	成品率％	产量t/m2.h	固体燃耗kg/t	低温还原粉化率/％	还原度/％
											基准(不采用本发明)	52.30	18.24	1347	21.13	71.24	74.21	1.321	48.25	63.34	81.45
实施例1	56.58	15.89	1342	21.59	72.56	76.09	1.335	46.62	62.07	82.27
											实施例2	59.45	13.76	1336	22.26	72.98	76.59	1.354	46.19	61.17	82.69
实施例3	61.47	11.53	1327	22.94	73.55	77.15	1.369	45.07	59.82	83.42
											实施例4	62.48	10.06	1319	23.25	74.09	77.63	1.384	44.35	58.73	83.83
对比例1	57.63	15.17	1343	21.82	72.64	76.38	1.346	46.53	61.84	82.30
											对比例2	56.21	16.48	1339	21.40	72.45	76.21	1.337	46.67	62.11	82.16

从表2可见，单独使用活性石灰(对比例1)和单独配加硼酸(对比例2)的技术效果没有当活性石灰与硼酸一起使用时(实施例2)的效果好。

目前烧结使用的含硼物料主要为硼泥、硼灰泥、硼铁矿等，这些物料其它成分含量高，有效B含量低。例如，硼泥含MgO 36％-41％，SiO₂ 20％-24％，B₂O₃含量仅为0.5％-1.28％；硼铁精矿TFe 51％-54％，SiO₂ 20-24％，B₂O₃含量仅为3.8％-4.2％；而硼酸为化工副产品或化学纯，B₂O₃含量达到70％-90％以上。例如，在烧结矿含B达到0.008％时，需要配加3％-4％的硼泥，而硼酸只需配加0.02％-0.06％，仅是硼泥用量的几十分之一。因此，使用硼泥、硼灰泥、硼铁矿等对烧结矿的TFe品位的影响较大，而硼酸的影响微乎其微，故硼酸对强化烧结更为有利，使用效果更好。

本发明中硼酸的使用原理与现有技术使用硼化物(硼泥、硼铁矿等)的原理一样，均是利用其中的硼氧化物(B₂O₃)来降低混合料的熔点。不同的是，硼酸B₂O₃含量高，活化能力很强，烧结料中添加少量的硼酸就能显著降低混合料的熔点和烧结液相的粘度，一方面可使料层透气性变好，氧化性气氛增强，另一方面又有利于液相中的Ca²⁺向Fe₂O₃表面扩散，使得铁酸钙等强度好的矿物相易于生成。强度好、熔点低的铁酸钙和含硼硅酸盐相含量增多，直接导致了高钛烧结混合料熔点的下降，对提高烧结矿产量、质量、降低燃料消耗更为有利。

此外，本发明的原料使用了高钛型钒钛磁铁精矿，高钛型钒钛磁铁精矿具有TiO₂含量高(12％-13％)、粒度粗、粒度组成不合理、亲水性差，混合料成球性差、透气性不好、熔点高的缺点，与普通矿石的差别较大，属于特别难烧结的矿种。对此，本发明采用比生石灰和其它含硼物料强化能力更强的活性石灰和硼酸来改善高钛型钒钛烧结矿的产质量。

因此，根据本发明实施例提供的方法具有以下的优点：

第一，可显著改善烧结混合料的粒度组成，提高烧结料层的原始透气性和烧结速度，从而提高烧结矿产量；

第二，可强化烧结混合料的制粒性能，提高了制粒小球的强度，有利于烧结矿强度的提高；

第三，可降低烧结混合料的熔点，生成更多的铁酸钙和硅酸盐优质粘结相，有利于提高烧结矿的强度和成品率，降低固体燃料消耗；

第四，可改善烧结矿的矿物组成和结构，从而改善烧结矿的冶金性能，有利于提高高炉冶炼的技术经济指标。

本领域技术人员应该清楚，可以对本发明做出不同的修改和变形。因此，本发明意图覆盖在权利要求及其等同物范围内的本发明的修改和变形。

Claims (7)

1.一种高钛型烧结矿的制备方法，其特征在于，将活性石灰、生石灰与硼酸加水消化，配加到含有钒钛磁铁精矿的烧结混合料中，然后进行造粒、布料、点火烧结，得到高钛型烧结矿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，活性石灰的添加量占总重量的2％～5％，硼酸的添加量占总重量的0.03％～0.1％。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，随着活性石灰添加量的增大，烧结混合料中的生石灰含量降低。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，生石灰的减少量对应于活性石灰的添加量。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，生石灰的含量占总重量的5％～2％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将活性石灰与生石灰预先打水消化10～15分钟，用50℃～80℃的水将硼酸消化制成溶液，然后将它们混合造粒。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，把活性石灰预先破碎为＜3mm，并把破碎后的活性石灰与生石灰一起加水消化成粉末状，硼酸加水消化成水溶液，再配加到烧结混合料中。