CN103468289B - 一种高炉用铁焦及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高炉用铁焦及其制备方法，其原料由5wt%-20wt%铁矿粉和80wt%-95wt%配合煤组成；所述的配合煤由25wt%～29wt%1/3焦煤、40wt%～44wt%焦煤、7wt%～11wt%瘦煤、6wt%～10wt%气肥煤和12wt%～16wt%肥煤混合而成；进入焦炉前加水混合均匀，捣固；在800℃时放入焦炉，按2℃/min-3℃/min速率升温，950～1050℃时出焦；并采用湿法熄焦而得到。本发明通过对铁矿石与配合煤的性能、配比、粒度以及组成等进行优化，在不外加粘结剂的情况下保证铁焦产品的强度和反应性均能满足高炉冶炼的要求。

Description

一种高炉用铁焦及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种高炉用铁焦及其制备方法。

背景技术

在煤中加入含铁材料炼成含铁焦炭的想法最早在1865年由H.Wending提出。那时炼制铁焦的目的，主要是将含铁材料在炼焦时烧结，以便省去团矿或烧结的过程而将含铁材料加入高炉中，主要是用结焦性好的煤如肥煤等炼铁焦。前苏联在利用含铁高炉灰炼制铁焦方面有很大的贡献。1955年，朝鲜曾在73m³的小高炉上对用5%矿粉炼成的铁焦进行试验。受当时炼焦技术水平的限制，铁焦的机械强度差，特别是抗磨强度很低，不适于直接应用于高炉炼铁，因此有人建议将铁焦中的铁与煤分离后装入电炉或高炉。从那时以后的数十年间，铁焦技术的发展一直处于停顿状态。

现代高炉技术的进步，为铁焦技术的发展注入了新的活力。现代高炉的容积最大已接近6000m³，普遍采用高风温、高炉顶压力、鼓风富氧和大量喷吹煤粉等技术，同时对入炉铁矿石和焦炭的质量也提出十分严格的要求。焦炭是高炉冶炼的重要原料，在高炉内同时发挥铁水渗碳剂、发热剂、还原剂和料柱骨架四方面的作用，对焦炭质量的要求也因此是多方面的。既要保证高炉炉况顺行，又要保证较低的燃料比，而这两方面的要求往往是相互矛盾的。从高炉顺行的角度，要求焦炭有较高的强度，特别有较高的热强度，而且高炉喷煤比越高，要求的焦炭热强度也越高。从能量利用的角度，则希望焦炭有较高的反应性。焦炭反应性越高，高温区热损失越少，可提高降低燃料比的潜力，有利于高炉增产。因此，高炉对焦炭质量的要求是热强度高同时反应性也高。

采用高反应性焦炭的前提条件是保证铁矿石的充分还原。随着还原性优良的赤铁矿、褐铁矿资源的开发利用和造块技术的进步，入炉铁矿石的还原性普遍改善，因此，人们日益理解和认识到提高焦炭反应性的必要性和现实可能性。日本通过长期的研究，开发和采用了两种工艺生产双高焦炭，一种是集选择性破碎、调湿、预制粒、中温炭化、焖炉、干法熄焦等技术于一体的复杂的SCOPE21工艺，另一种是在炼焦配煤中添加一定比例的富CaO煤同时适当减少弱粘结性煤配比的工艺。但SCOPE21工艺十分复杂且投资巨大，富CaO煤又是一种稀缺资源，均缺乏推广应用的价值。

目前，关于铁焦制备方法的研究已有很多。如专利CN101910364中所述，使含有铁氧化物和含碳物质混合并进行成型，然后使所述成型物的表面温度在550-600℃的温度范围內以<20℃/min的加热速度进行干馏来制造铁焦。

如专利CN102498190所述，将煤与最大粒径为1-2mm的铁矿石混合制造成型，然后对该成型物进行干馏制得铁焦。

如专利CN102827624所述，其原料以赤泥10%-40%、煤粉60%-90%的比例混合，在300-800g/cm²的压力下采用对辊压球机冷压成型，得到强度不低于20N/球的铁焦生球，然后采用混装方式将生球及散状物料装于焦炉中，在保护气氛下加热至焦饼中心温度达900-1100℃，并保温1-2小时，最终得到高强度铁焦。

如专利CN102827624所述，使用立式干馏炉，向用于将含碳物质与含铁物质的成型物干馏来制造铁焦的立式干馏炉中吹入干馏气体以防止铁焦内的成分的氧化反应进行，进而防止铁焦的强度降低。

如专利CN102782095所述，将由炭材料和铁矿石构成的混合物成型形成成型物，然后将成型物干馏从而得到铁焦。并且干馏是在竖式炉中进行，使用了竖式炉的炉顶气体作为加热成型物所需气体。

如专利CN102899484所述，这种高反应性高强度铁焦复合球团是由内外两层具有不同成分和不同反应性的焦炭组成的，内层是弱粘结性煤或中性粘结煤的煤粉和焦炭钝化剂按照一定比例焦化而成的，外层是由强粘结性煤和含铁物料按一定比例焦化而成含有一定金属铁和铁氧化物的焦炭复合体。它是按比例将内层物料放在混合机混合后放在加热炉内加热到350-500℃；将外层物料按比例用混合机混匀制成混合物，采用内外双层料斗将内外物料分别按照在5-10t/cm2的压力下采用对辊压球机制成直径10-60mm的椭圆型煤球团及铁焦生球球团，将压好的铁焦生球球团装入焦炉中，在铁焦生球球团之间采用焦粉填充，当焦饼中心温度加热到900-1100℃后保持1-2小时，得到具有高反应性及高反应后强度的铁焦复合球团。

如专利CN101724746所述，通过添加一种CaO的粘结剂来制备铁焦，其将焦末与精铁粉按一定比例混合，再摻入2-5%粘结剂和1%粘性土或5%氧化钙和白云石，经充分碾合和冷压成型后制成铁焦生球，再进行干馏得到铁焦。

上述的铁焦生产方法主要存在以下几个问题：1）需要将原料煤和铁矿石混合物冷压成型块后干馏制得铁焦，劳动条件差，产量低，难以满足大型高炉的需要；2）用立式干馏炉进行干馏，不适用于国内普通焦炉生产；3）有些方法需使用粘结剂以提高铁焦强度，但粘结剂的使用会提高炼焦成本，同时操作条件恶劣，污染环境。

发明内容

本发明目的在于提供一种免添加粘接剂，同时适用于国内普通焦炉生产的高反应性高强度铁焦的制备方法，其中选用合适种类、成分及粒度的配合煤，加入适量的铁矿粉捣固成型，无需加入粘接剂成分即得到高强度的铁焦。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种高炉用铁焦，采用如下方法制备而来：

以铁矿粉与配合煤为原料加水混合均匀，捣固至堆积密度为0.9t/m3-1.1t/m3；在800℃时放入焦炉，按2℃/min-3℃/min速率升温，950～1050℃时出焦；采用湿法熄焦，得到CRI为26%～40%，CSR为45%～56%的铁焦；

所述的原料中铁矿粉占5wt%-20wt%，配合煤占80wt%-95wt%；

所述的配合煤由25wt%～29wt%1/3焦煤、40wt%～44wt%焦煤、7wt%～11wt%瘦煤、6wt%～10wt%气肥煤和12wt%～16wt%肥煤混合而成。

按上述方案，所述的1/3焦煤、焦煤、瘦煤、气肥煤、肥煤粒度均小于3mm。

按上述方案，所述的高炉用铁焦，其特征在于所述的铁矿粉为加拿大铁矿粉或鄂西铁矿粉；铁矿粉粒度小于1mm。

按上述方案，所述铁焦的制备方法，包括以下步骤：

1）配料：按质量百分比为：铁矿粉5%-20%，配合煤80%-95%，将两者混合均匀；其中配合煤的配煤比为：25wt%～29wt%1/3焦煤、40wt%～44wt%焦煤、7wt%～11wt%瘦煤、6wt%～10wt%气肥煤和12wt%～16wt%肥煤；

2）捣固：加水将两者混合物水分调至10%，装入铁箱，捣固至堆积密度为0.9t/m3-1.1t/m3；

3）炼焦：当炉膛温度为800℃时，煤连同铁箱一起装入焦炉，按2℃/min-3℃/min速率升温；

4）出料：当焦饼中心温度为950～1050℃时出焦，采用湿法熄焦，得到CRI为26%～40%，CSR为45%～56%的铁焦。

按上述方案，所述配合煤中1/3焦煤、焦煤、瘦煤、气肥煤、肥煤均小于3mm。

按上述方案，所述的铁焦的制备方法，其特征在于所述铁矿粉为加拿大铁矿粉或鄂西铁矿粉；铁矿粉粒度小于1mm。

本发明通过对铁矿石与配合煤的性能、配比、粒度以及组成等进行优化，采用先进的捣固炼焦技术，确定适宜的装炉煤密度范围，以及相应的最佳加热速度、焖炉时间等工艺条件，在不外加粘结剂的情况下确保铁焦产品的强度指标满足高炉冶炼的要求，取得了意想不到的效果。

本发明的有益效果在于：

在不添加粘结剂、不压块成型、不使用竖炉的情况下，采用配合煤与铁矿粉均匀混合后捣固炼焦的方式于焦炉内生产出高反应性高强度铁焦，同时可以通过改变铁矿石粉与配合煤的种类、配比、捣固密度、升温速度、焖炉时间等改变铁焦的反应性和强度。该铁焦具有高反应性高强度的特征，既能减少CO₂排放量又能保证高炉生产，且该铁焦制备方法能够有效利用低品质铁矿石和低品质年轻炼焦煤，满足高炉炼铁要求，有利于自然资源的合理利用，降低焦比和生铁成本，减少燃料消耗和提高高炉产量，达到节能减排的目的。

具体实施方式

下面结合具体实施例进行说明，而不是对本发明范围的限制。

在大量喷吹煤粉的高炉中，焦炭的气化率一般实际只有25%左右，因此本发明着重采用反应率25%时的热强度对铁焦的热性能进行评价。

实施例1

配合煤按如下质量百分比配料：1/3焦煤27%、焦煤42%、瘦煤9%、气肥煤8%、肥煤14%；粒度为2mm（采用标准GB/T19077.1-2008）。

铁矿粉选用加拿大铁矿粉Fe₂O₃77.27%、FeO0.82%、SiO₂3.97%、Al₂O₃0.27%、CaO0.08%、MgO0.01%、S0.022%、P0.020%、T.Fe66.50%；粒度为0.8mm（采用标准GB/T10322.7-2004）。

按质量百分含量铁矿粉5%、配合煤95%配料并混合均匀，然后将混合物水分调至10%后混匀，装入铁箱，捣固至堆积密度为1.1t/m³。当炉膛温度为800℃时，煤连同铁箱一起放入焦炉，按2℃/min程序升温，焖炉90min，焦饼中心温度为980℃时出焦，结焦时间为5.5h，采用湿法熄焦，冷却后得到铁焦。

性能测试：M₂₅为83.88%，M₁₀为7.50%，CRI为36.54%，CSR为45.45%；其中M₂₅、M₁₀按GB/T2006-1994测定，CRI、CSR按GB/T4000-2008测定。

实施例2

配合煤按如下质量百分比配料：1/3焦煤25%、焦煤40%、瘦煤7%、气肥煤6%、肥煤12%；粒度为2mm。

铁矿粉选用加鄂西铁矿粉Fe₂O₃77.90%、FeO0.82%、SiO₂11.59%、Al₂O₃4.55%、CaO0.19%、MgO0.34%、S0.022%、P0.134%、T.Fe55.15%；粒度为0.8mm。

按质量百分含量铁矿粉10%、配合煤90%配料并混合均匀，然后将混合物水分调至10%后混匀，装入铁箱，捣固至堆积密度为1.0t/m³。当炉膛温度为800℃时，煤连同铁箱一起放入焦炉，按2℃/min程序升温，焖炉120min，焦饼中心温度为950℃时出焦，结焦时间为6.0h，采用湿法熄焦，冷却后得到铁焦。

性能测试：M₂₅为85.67%，M₁₀为8.30%，CRI为26.94%，CSR为55.58%。

实施例3

配合煤按照实施例1配料。

铁矿粉选用加拿大铁矿粉，Fe₂O₃77.27%、FeO0.82%、SiO₂3.97%、Al₂O₃0.27%、CaO0.08%、MgO0.01%、S0.022%、P0.020%、T.Fe66.50%；粒度为0.8mm。

按质量百分含量铁矿粉15%、配合煤85%配料并混合均匀，然后将混合物水分调至10%后混匀，装入铁箱，捣固至堆积密度为0.9t/m³。当炉膛温度为800℃时，煤连同铁箱一起放入焦炉，按2.5℃/min程序升温，焖炉100min，焦饼中心温度为1000℃时出焦，结焦时间为6.0h，采用湿法熄焦，冷却后得到铁焦。

性能测试：M₂₅为83.27%，M₁₀为8.30%，CRI为38.39%，CSR为46.14%。

实施例4

配合煤按照实施例1配料。

铁矿粉选用鄂西铁矿粉Fe₂O₃77.90%、FeO0.82%、SiO₂11.59%、Al₂O₃4.55%、CaO0.19%、MgO0.34%、S0.022%、P0.134%、T.Fe55.15%；粒度为0.8mm。

按质量百分含量铁矿粉5%、配合煤95%配料并混合均匀，然后将混合物水分调至10%后混匀，装入铁箱，捣固至堆积密度为1.1t/m³。当炉膛温度为800℃时，煤连同铁箱一起放入焦炉，按3℃/min程序升温，焦饼中心温度为950℃时出焦，结焦时间为5.5h，采用湿法熄焦，冷却后得到铁焦。

性能测试：M₂₅为84.03%，M₁₀为8.37%，CRI为39.64%，CSR为50.14%。

实施例5

配合煤按如下质量百分比配料：1/3焦煤29%、焦煤44%、瘦煤11%、气肥煤10%、肥煤16%；粒度为2mm。

铁矿粉选用鄂西铁矿粉Fe₂O₃77.90%、FeO0.82%、SiO₂11.59%、Al₂O₃4.55%、CaO0.19%、MgO0.34%、S0.022%、P0.134%、T.Fe55.15%；粒度为0.8mm。

按质量百分含量铁矿粉20%、配合煤80%配料并混合均匀，然后将混合物水分调至10%后混匀，装入铁箱，捣固至堆积密度为1.1t/m³。当炉膛温度为800℃时，煤连同铁箱一起放入焦炉，按2.5℃/min程序升温，焖炉100min，焦饼中心温度为1000℃时出焦，结焦时间为6.0h，采用湿法熄焦，冷却后得到铁焦。

性能测试：M₂₅为85.44%，M₁₀为8.57%，CRI为38.25%，CSR为49.54%。

Claims (2)

1.一种高炉用铁焦的制备方法，其特征在于包括以下步骤： 

1)配料：按质量百分比为：铁矿粉5％-20％，配合煤80％-95％，将两者混合均匀；其中配合煤的配煤比为：1/3焦煤27wt％、焦煤42wt％、瘦煤9wt％、气肥煤8wt％、肥煤14wt％；所述配合煤中1/3焦煤、焦煤、瘦煤、气肥煤、肥煤粒度均小于3mm； 

2)捣固：加水将两者混合物水分调至10％，装入铁箱，捣固至堆积密度为0.9t/m³-1.1t/m³； 

3)炼焦：当炉膛温度为800℃时，煤连同铁箱一起装入焦炉，按2℃/min-3℃/min速率升温； 

4)出料：当焦饼中心温度为950～1050℃时出焦，采用湿法熄焦，得到CRI为26％～40％，CSR为45％～56％的铁焦。 

2.如权利要求1所述的铁焦的制备方法，其特征在于所述铁矿粉为加拿大铁矿粉或鄂西铁矿粉；铁矿粉粒度小于1mm。