CN102666886A - 用于烧结工艺中的矿粉团块和制备矿粉团块的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种用于烧结工艺中的矿粉团块,其中所述矿粉团块由矿粉颗粒和粘结剂的混合物形成,并且其中所述颗粒具有0.01毫米~8.0毫米的直径。本申请公开一种制备矿粉团块的方法,其包括以下步骤:使用粒度小于0.150毫米的矿粉颗粒;将所述矿粉颗粒与约0.5~约5.0质量%的硅酸钠的比率形式的粘结剂混合;添加水形成直径为0.01毫米~8.0毫米的湿颗粒;将所述湿颗粒在100℃~150℃的温度下干燥,形成耐受机械作用和有害元素的干燥颗粒。
Description
本申请要求2009年11月17日提交的名称为“Production Process ofOre Fine Agglomerate and Curing at Low Temperature for Use withSintering Industrial Process(制备矿粉团块的方法和用于工业烧结工艺的低温固结)”的美国专利申请61/262,005的优先权,其全部内容以引用方式并入本申请。
发明背景
技术领域
本发明的方面涉及用于烧结工艺中的矿粉团块,该团块包括0.01毫米~8.0毫米的直径,由天然矿粉和作为主要粘结剂(agglomerant)的硅酸钠和在低温下固结制备。本发明的方面也涉及制备用于烧结工艺中的矿粉团块的方法。
背景技术
现有技术中已知有数种冷矿石固结技术。这些技术基于基本上使用水泥、砂浆、有机粘结剂和碳酸盐化的残余物作为粘结剂的矿粉固结法。在这些已知的固结法中,所使用的细粉需要经历研磨阶段使其可具有用于固结足够的粒度,这一粉料操作需要适当的设备和能源。
此外,添加数种与这些粘结剂相关的添加剂,以加速团块的固结并提高其机械性能。数种粘结剂和添加剂的使用,不但使加料体系更加复杂,也阻碍了操作成本的降低和团块的质量控制。
现有技术中已知的钢铁厂和冶金行业中使用的用于残余物固结的其他技术在添加剂中,使用硅酸钠以加速团块的固结过程,但是在这种情况下,所获得的团块呈现出12毫米以上的直径,并被用作还原反应器的金属料。
此外,这些方法大多使用压块作为粉料转化操作,也就是说,这些方法中所使用的细粉也需要经历一致化(conformation)阶段使其可显示出用于固结足够的粒度。
因此,一般情况下,由现有技术中已知的这些方法获得的团块需要高用量的粘结剂(10%以上)和长的产品固结时间(固结时间超过10天)。此外,传统上使用的粘结剂价格昂贵,占据超过70%的转化团块中细粉的操作成本,导致生产成本高。
此外,这些方法产生的团块呈现出低的对水接触的耐受性、运输和装卸期间高的细粉产生性(低机械耐受性)和由还原反应器内的热冲击引起的高的细粉产生性。大多时候,除了高转化成本,固结产品还呈现出被对冶金反应器的运行有害的元素污染。低的对水接触的耐受性是指这些粘结剂并非完全不溶这一事实,而其对于热冲击的脆性可能与粘结剂的化学和物理稳定性有关。
现有技术没有述及制备如下的用于烧结工艺中的矿粉团块的方法:该团块的直径为0.01毫米~8.0毫米,由天然矿粉和作为主要粘结剂的硅酸钠在低温下固结制备。
发明内容
本发明的一个目的是提供矿粉团块,该团块包括约0.01毫米~约8.0毫米的直径,由天然矿粉和基于硅酸钠的粘结剂形成,不需要研磨阶段或任何其他类型的粉碎。
本发明的另一个目的是提供矿粉团块,该团块不需要高温用于固结阶段。
本发明的另一个目的是提供矿粉团块,该团块包含低水平的由Na2O造成的污染、高的机械耐受性和高的对水接触的耐受性。
提供不需要研磨阶段或任何其他类型的粉碎的制备矿粉团块的方法也是本发明的一个目的。
提供在混合阶段仅使用一种类型的粘结剂、在干燥阶段固结时间短、并且降低能耗和生产成本的制备矿粉团块的方法也是本发明的另一个目的。
因此,本发明包括一种用于烧结工艺中的矿粉团块,其包括与粘结剂相混合的天然矿粉,并且包括约0.01毫米~约8.0毫米的直径。
本发明还包括制备矿粉团块的方法,包括以下步骤:
(i)使用粒度小于约0.150毫米的天然矿粉;
(ii)将天然矿粉与粘结剂以粘结剂质量占约0.5至约5.0%的比率混合;
(iii)在控制水的添加下将混合物造粒,形成直径为约0.01毫米~约8.0毫米的团块;
(iv)将湿团块在约100℃~约150℃的温度下干燥,形成干燥团块。
附图说明
下面将基于附图中所表示的实施例进一步对本发明进行更详细描述。
附图显示:
图1-作为本发明的目的的制备矿粉团块的方法的流程图。
具体实施方式
本发明的主题是用于烧结工艺中的矿粉团块。该团块包括约0.01毫米~约8.0毫米的直径,其简称为团块,并由与粘结剂相结合的天然矿粉的混合物在造粒工序中制备,所述天然矿粉呈现出小于0.150毫米的粒度,所述造粒工序可以为粒化或其他相当的工序。
如前所述,在该团块的形成中所使用的矿粉为天然矿粉,即低粒度的颗粒,该天然矿粉不需要研磨或其他粉碎工序即可以理想的粒度范围获得。
本发明所涉及的矿粉优选为铁天然矿粉,然而,也可以使用其他矿物,如锰、镍和其他。
与铁天然矿粉相混合的粘结剂是硅酸钠,以固态(粉末)以0.5~2.5质量%添加或以液态以1.5~5.0质量%添加。换言之,该硅酸钠可以以固体或液体形式添加。
除粘结剂之外,还向混合物中添加添加剂。这些添加剂由添加量为0.5~1.0质量%的木薯淀粉和添加量为0.3~1.0质量%的硅灰(microsilica)组成。
添加到硅酸钠的添加剂的功能是提高团块的质量。从这个意义上说,淀粉提高了对由团块磨损(例如,通过在装卸和运输期间产生的释放细粉颗粒的摩擦)引起的细粉产生的耐受性,并且硅灰可替代硅酸钠的一部分而不降低该团块的机械耐受性。
通过混合天然矿粉、粘结剂和添加剂形成的团块的固结或干燥在低温(在100℃至150℃的范围内)下进行3至20分钟。该干燥可在旋转炉、移动炉篦炉或干燥/造粒卧式流化床炉中进行。这样,作为本发明的主题的团块呈现出固结或快速干燥而无需高温,因此,表现出较低的能源成本。
制备矿粉团块的方法也是本发明的目的,其包括以下步骤:
(i)使用粒度小于约0.150毫米的天然矿粉;
(ii)将天然矿粉与粘结剂以粘结剂质量占约0.5至约5.0%的比率混合;
(iii)在控制水的添加下将混合物造粒,形成直径约0.01毫米~约8.0毫米的团块;
(iv)将湿团块在约100℃~约150℃的温度下干燥,形成干燥团块。
观察到,由于这些天然的细粉具有适于固结和获得直径在理想范围内的团块的足够的粒度,所以本方法不包括粉碎步骤(研磨、压块、磨碎等)。
混合阶段通过混合器进行,或可直接在干燥/造粒卧式流化床炉中进行。
在通过混合器进行的方法中,添加液态或固态的粘结剂硅酸钠,也添加添加剂,添加剂为0.5~1.0质量%的木薯淀粉和0.3~1.0质量%的硅灰。当以固态(粉)添加硅酸钠时,添加量在0.5至2.5质量%之间变化。此外,当以液态添加该硅酸钠时,添加量在1.5至5.0质量%之间变化。
将这些组分混合5~10分钟的时间。
在细粉与硅酸钠和添加剂的混合完成后,混合物经历造粒工序,可将其在控制水的添加下在盘式设备或造粒鼓或其他相当的工序中粒化,形成直径为0.01毫米~8.0毫米的团块。
在通过干燥/造粒卧式流化床炉进行的方法中,以与上述相同的比率进行混合,然而,在反应器内,同时进行造粒和团块的干燥。
干燥阶段后,可以考虑筛分阶段以除去未固结的细粉,并可以将细粉返回到造粒步骤的工序中,其目的在于提高烧结工序中的产品的性能。
筛分后,选择尺寸在理想的范围的团块并指定其商品化。
团块的干燥或固结可用旋转炉、移动炉篦炉或干燥/造粒卧式流化床炉进行,根据所使用的反应器的类型和大小,温度范围为100℃至150℃,时间为3至20分钟。
观察到,如果与现有技术的方法所采用的温度相比,在这个阶段中干燥或固结团块所需的温度被认为是低的。
干燥阶段后进行的是筛分干燥团块的阶段。这种筛分对成品的控制是必要的。
由这个方法获得的团块呈现出高的机械耐受性,无论是在干燥还是在高湿的条件下。这种高耐受性允许长距离运输和装卸直到最终应用。此外,该团块即使接触雨水也不遭受任何劣化。
在铁矿石的情况下,使用精矿粉产生铁含量高、SiO2、Al2O3和P含量低的团块。
进行测试,试验性的烧结证实,产品达到优异的性能,并在方法和烧结体质量粉末方面具有重大收益,例如,生产率的提高、具体燃料消耗的减少、高的机械耐受性等。
在五种条件下对团块进行评估,具体如下:
1.在典型的烧结混合料中,以20%的本发明的团块取代该混合料的20%的细粉,然后测量生产率结果、燃料的消耗和烧结成品的机械耐受性。所获得的增益为:生产率提高12%、燃料消耗减少30%,以及成品的机械耐受性提高15%。
2.在典型的烧结混合料中,以13%的本发明的团块取代13%的粗澳大利亚矿石,然后测量生产率结果、燃料的消耗和烧结成品的机械耐受性。所获得的增益为:生产率提高9%、燃料消耗减少5%,以及成品的机械耐受性提高12%。
3.在典型的烧结混合料中,以13%的本发明的团块取代30%的粗澳大利亚矿石,然后测量生产率结果、燃料的消耗和烧结成品的机械耐受性。所获得的增益为:生产率提高12%、燃料消耗减少7.5%,以及成品的机械耐受性提高4%。
4.在典型的烧结混合料中,以30%的本发明的团块取代30%的粗矿石,然后测量生产率结果、燃料的消耗和烧结成品的机械耐受性。所获得的增益为:生产率提高20%、燃料消耗减少4%,以及成品的机械耐受性维持不变。
这样,本发明主题的团块和这些团块的生产方法最大限度地减少冷固结加工中通常发现的一些问题,如:需要高用量的粘结剂;长的产品固结时间;低的对水接触的耐受性、运输和装卸期间高的细粉产生性、由还原反应器内的热冲击引起的高的细粉产生性和被对产品的应用有害的元素污染。
除此之外,如之前观察到的,本发明的方法最大限度地减少对几种类型粘结剂的用量的需要,特别是对研磨以使矿石粒度适合的需求。因此,使得粘结剂加料体系和粒化步骤用矿粉的取得简单得多。
Claims (12)
1.一种用于烧结工艺中的矿粉团块,其中所述矿粉团块由矿粉颗粒和粘结剂的混合物形成,并且其中所述颗粒具有0.01毫米~8.0毫米的直径。
2.根据权利要求1所述的团块,其中所述粘结剂包括约0.5~约5.0质量%的比率的硅酸钠。
3.根据要求2所述的团块,其中所述硅酸钠以约0.5~约2.5质量%的比率以固态添加。
4.根据要求2所述的团块,其中所述硅酸钠以约1.5~约5.0质量%的比率以液态添加。
5.根据权利要求1所述的团块,包括由约0.5~约1.0质量%的木薯淀粉和约0.3~约1.0质量%的硅灰形成的添加剂。
6.根据权利要求1所述的团块,其中所述团块经历在约100℃~约150℃的温度下的固结步骤。
7.一种制备矿粉团块的方法,包括以下步骤:
使用粒度小于0.150毫米的矿粉颗粒;
将所述矿粉颗粒与约0.5~约5.0质量%的硅酸钠的比率形式的粘结剂混合;
添加水形成直径为约0.01毫米~约8.0毫米的湿颗粒;以及
将所述湿颗粒在约100℃~约150℃的温度下干燥,以形成干燥颗粒。
8.根据要求7所述的方法,其中所述粘结剂是量为约0.5~约2.5质量%的固态的硅酸钠。
9.根据要求7所述的方法,其中所述粘结剂是量为约1.5~约5.0质量%的液态的硅酸钠。
10.根据要求7所述的方法,其中在所述混合期间,添加由约0.5~约1.0质量%的木薯淀粉和约0.3~约1.0质量%的硅灰组成的添加剂。
11.根据要求7所述的方法,其中所述湿颗粒的形成是使用盘或造粒鼓或在干燥/造粒卧式流化床炉内进行的。
12.根据要求7所述的方法,还包括筛分所述干燥的团块。
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