CN103667683B - 一种高MgO型烧结矿的复合熔剂及制备方法、及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高MgO型烧结矿的复合熔剂及制备方法、及其应用，属于铁矿粉烧结领域，所述复合熔剂由MgO源和水溶性添加剂组成，所述水溶性添加剂为氧化硼、氯化钙、草酸铁、硝酸铁、草酸铁铵中的一种或几种的组合物；其制备方法为，首先将水溶性添加剂溶于水中，然后倒入MgO源物质，使MgO源颗粒表面均匀附着添加剂，将其放于烘箱内95℃以下烘干，得到高MgO型烧结矿的复合熔剂。烧结时，这种复合熔剂与铁矿粉、石灰熔剂一起混合，作为MgO质熔剂，可以增加烧结矿中MgO含量到4%；同时，利用添加剂自身熔点低，提高了烧结矿化速率，以获得合理的矿物组成和矿相结构，从而提高烧结矿强度和高温冶金性能，并且成品率和转鼓指数明显提高。
Description
技术领域
本发明属于铁矿粉烧结领域，尤其涉及一种高MgO型烧结矿的复合熔剂及制备方法、及其应用。
技术背景
随着钢铁产量逐年增加，优质铁矿资源趋于匮乏，高铝铁矿资源的开发受到人们的关注。同时，高炉上增加高铝铁矿的用量，获得了较好的经济效益，促进了高铝铁矿资源的开发与利用。但是，烧结矿中铝含量增高，高炉炉渣内Al2O3增多，炉渣黏度增加，脱硫能力下降，导致高炉操作困难，制约了高铝铁矿的使用。目前，解决这个问题办法，是增加MgO的入炉量，改善高炉炉渣的高温物理化学性能。
从强化高炉冶炼和降低炼铁成本上，把MgO加入烧结矿和球团矿，可以说是一个不错的选择。但是，球团矿内增加MgO，阻止了固结过程中铁矿物的结晶、长大，导致球团矿的高温强度降低；烧结矿内增加MgO，它与Fe2O3、Al2O3、SiO2等容易形成高熔点的镁盐，导致液相量减少，抑制了铁酸钙生成，转鼓指数明显下降。因此，在烧结或球团生产中提出配加MgO熔剂技术，是增加高铝铁矿石在高炉上使用的关键因素之一。
铁矿粉烧结中，前人提出一些与配加高MgO有关的添加剂，如硼镁复合添加剂及其制取方法（CN98113815.2）、富镁粉强化烧结添加剂（CN200710157778.3）、烧结球团添加剂及其制备方法和应用（CN200810177559.6）和高效节能烧结添加剂（CN200810031969.x）等，主要以固体形态加入，用来促进混合料制粒、燃料燃烧和改善炉渣粘度，对提高烧结矿质量起到一定作用。但是，由于添加剂加入量较少，固相难以混匀，降低了它的作用；另外，对解决MgO导致液相量减少的问题针对性不强，其效用也受到限制；并且高含量氧化镁导致烧结矿强度变差的问题一直没有得到很好的解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，现有技术中高MgO烧结矿强度差的问题，本发明公开了一种复合熔剂，通过促进铁酸钙液相生成和MgO在其中的溶解，从而提高烧结矿化速率，获得合理的矿物组成和矿相结构，从而提高强度。
为实现上述目的本发明采用的技术方案如下。
一种高MgO型烧结矿的复合熔剂,所述复合熔剂由MgO源和水溶性添加剂组成，所述水溶性添加剂为氧化硼、氯化钙、草酸铁、硝酸铁、草酸铁铵中的一种或几种的组合物。
本发明所述复合熔剂的优选方案为，所述MgO源为氧化镁、菱镁矿中的一种或两者按照100~60:50~40的质量比混合。
本发明所述复合熔剂的优选方案为，所述MgO源与水溶性添加剂的质量比为100~10:2~1。
本发明所述复合熔剂的优选方案为，所述水溶性添加剂为组合物其中各组分的质量百分数分别为，氧化硼为0-40%、氯化钙为30-100%、草酸铁或硝酸铁或草酸铁铵为0-50%。
本发明所述复合熔剂的优选方案为，所述水溶性熔剂组合物的质量比为，氧化硼: 氯化钙: 硝酸铁为1:1:1的混合物。
本发明还涉及一种复合熔剂的制备方法，按照水溶性添加剂与MgO源的质量比为100~10:2~1的比例称取原料，首先将水溶性添加剂溶于水中，然后倒入MgO源物质，使MgO源颗粒表面均匀附着添加剂，将其放于烘箱内95℃以下烘干，得到高MgO型烧结矿的复合熔剂。
所述制备方法的优选方案为，所述水溶性添加剂为质量比，氧化硼: 氯化钙: 硝酸铁为1:1:1的混合物。
本发明还涉及此复合熔剂的应用，所述复合熔剂可用作MgO质熔剂。
所述复合熔剂应用的优选方案为，熔炼时添加此复合熔剂，得到的烧结矿中MgO的质量份数为2.5~4%。
上述制备方法，使MgO源颗粒表面均匀附着水溶性添加剂，烧结时，这种复合熔剂与铁矿粉、石灰熔剂一起混合，作为MgO质熔剂，可以增加烧结矿中MgO含量到4%；同时，利用添加剂自身熔点低，促进烧结过程中MgO周围铁酸钙液相生成和MgO在其内溶解，提高烧结矿化速率，以获得合理的矿物组成和矿相结构，来提高烧结矿强度和高温冶金性能，并且成品率和转鼓指数明显提高。
附图说明
图1 为基础例、实施例1和实施例2烧结试样的X射线衍射曲线；
图2为基础例、实施例3和实施例4烧结试样的X射线衍射曲线；
图3为基础例、实施例5和实施例6烧结试样的X射线衍射曲线；
图4为实施例7、实施例8和实施例9烧结矿的X射线衍射曲线。
具体实施方式
强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂制备方法，选择相应的水溶性添加剂及相应的比例将其混合，将其溶解于水中并混合制成水溶液；选择相应的MgO源，按照水溶性添加剂与MgO源的质量比为100~10:2~1混合，使其附着在MgO源物质表面，将其放于烘箱内95℃烘干，得到强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂。
把复合熔剂与铁矿粉、生石灰混合，混合比例按烧结矿成分中碱度2.0和4%MgO计算。其中，空气气氛下压块烧结实验中混合料仅为复合熔剂、铁矿粉和生石灰，而烧结杯试验混合料中额外加入20%返矿和3.15%焦粉。
压块烧结实验，是把混合料混匀后取2g装入φ15mm的压模内，以5MPa的压力压制成圆饼，放入电阻炉内以20℃/min的升温速率，从500℃升至1250℃进行烧结。达到温度后，取出试样在空气中冷却。测试其烧结试样的X-射线衍射曲线。
烧结杯烧结试验，采用φ300mm×600mm烧结杯,铺底料取3kg，装入混合料约40kg，经混匀、制粒、布料后，抽风、点火进行烧结，试验相关工艺参数如表2所示。烧结后，经破碎和落下试验，考察烧结矿成品率、垂直烧结速率、利用系数和转鼓指数，以及烧结矿的X-射线衍射曲线。
基础例的工艺条件与实施例1相同，只是烧结中没有加入复合熔剂，以MgO作为MgO源加入铁矿粉、生石灰中进行烧结。
实施例1
强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂制备方法，水溶性添加剂为B2O3，将其溶解于水中制成水溶液；MgO源为氧化镁（MgO），MgO与B2O3的质量比为100:2混合，使B2O3附着在MgO源物质表面，将其放于烘箱内进行95℃烘干，得到强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂。
把复合熔剂与铁矿粉、生石灰混合，混合比例按烧结矿成分中碱度2.0和4%MgO计算。在空气气氛下压块烧结，把混合料混匀后取2g装入φ15mm的压模内，以5MPa的压力压制成圆饼，500℃时入炉，以20℃/min的速度升温至1250℃进行烧结，达到温度后，取出试样在空气中冷却。测试其烧结试样的X-射线衍射曲线，如图1所示。
实施例2
强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂制备方法，水溶性添加剂为B2O3，将其溶解于水中制成水溶液；MgO源为氧化镁（MgO），MgO与B2O3的质量比为10:1混合，使B2O3附着在MgO源物质表面，将其放于烘箱内进行95℃烘干，得到强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂。
把复合熔剂与铁矿粉、生石灰混合，混合比例按烧结矿成分中碱度2.0和4%MgO计算。在空气气氛下压块烧结，把混合料混匀后取2g装入φ15mm的压模内，以5MPa的压力压制成圆饼，500℃时入炉，以20℃/min的速度升温至1250℃进行烧结，达到温度后，取出试样在空气中冷却。测试其烧结试样的X-射线衍射曲线，如图1所示。
实施例3
强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂制备方法，水溶性添加剂为CaCl2，将其溶解于水中制成水溶液；MgO源为菱镁矿（MgCO3），MgCO3与CaCl2的质量比为50:2混合，使CaCl2附着在MgCO3物质表面，将其放于烘箱内进行90℃烘干，得到强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂。
把复合熔剂与铁矿粉、生石灰混合，混合比例按烧结矿成分中碱度2.0和3%MgO计算。在空气气氛下压块烧结，把混合料混匀后取2g装入φ15mm的压模内，以5MPa的压力压制成圆饼，500℃时入炉，以20℃/min的速度升温至1250℃进行烧结，达到温度后，取出试样在空气中冷却。测试其烧结试样的X-射线衍射曲线，如图2所示。
实施例4
强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂制备方法，水溶性添加剂为CaCl2，将其溶解于水中制成水溶液；MgO源为菱镁矿（MgCO3），MgCO3与CaCl2的质量比为10:1混合，使CaCl2附着在MgCO3物质表面，将其放于烘箱内进行90℃烘干，得到强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂。
把复合熔剂与铁矿粉、生石灰混合，混合比例按烧结矿成分中碱度2.0和3%MgO计算。在空气气氛下压块烧结，把混合料混匀后取2g装入φ15mm的压模内，以5MPa的压力压制成圆饼，500℃时入炉，以20℃/min的速度升温至1250℃进行烧结，达到温度后，取出试样在空气中冷却。测试其烧结试样的X-射线衍射曲线，如图2所示。
实施例5
强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂制备方法，水溶性添加剂为质量分数分别为1/3CaCl2+1/3B2O3+1/3Fe(NO3)3，将其溶解于水中制成水溶液；MgO源为氧化镁（MgO）与菱镁矿（MgCO3）质量比为60:40的混合物，MgO源与水溶性添加剂的质量比为100:2混合，使水溶性添加剂附着在MgO源物质表面，将其放于烘箱内进行85℃烘干，得到强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂。
把复合熔剂与铁矿粉、生石灰混合，混合比例按烧结矿成分中碱度2.0和3%MgO计算。在空气气氛下压块烧结，把混合料混匀后取2g装入φ15mm的压模内，以5MPa的压力压制成圆饼，500℃时入炉，以20℃/min的速度升温至1250℃进行烧结，达到温度后，取出试样在空气中冷却。测试其烧结试样的X-射线衍射曲线，如图3所示。
实施例6
强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂制备方法，水溶性添加剂为质量分数分别为1/2CaCl2+1/4B2O3+1/4草酸铁，将其溶解于水中制成水溶液；MgO源为氧化镁（MgO）与菱镁矿（MgCO3）质量比为2:1的混合物，MgO源与水溶性添加剂的质量比为10:1混合，使水溶性添加剂附着在MgO源物质表面，将其放于烘箱内进行85℃烘干，得到强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂。
把复合熔剂与铁矿粉、生石灰混合，混合比例按烧结矿成分中碱度2.0和3%MgO计算。在空气气氛下压块烧结，把混合料混匀后取2g装入φ15mm的压模内，以5MPa的压力压制成圆饼，500℃时入炉，以20℃/min的速度升温至1250℃进行烧结，达到温度后，取出试样在空气中冷却。测试其烧结试样的X-射线衍射曲线，如图3所示。
实施例7
不添加加强化高MgO型烧结矿生产复合熔剂，选择“85粉”作为MgO源，
混合比例按烧结矿成分中碱度2.0和4%MgO计算与铁矿粉、生石灰混合，并加入上述混合料总质量的20%返矿和3.15%焦粉。
烧结杯烧结试验，采用φ300mm×600mm烧结杯,铺底料取3kg，装入混合料约40kg，经混匀、制粒、布料后，抽风、点火进行烧结，烧结相关工艺参数如下表所示。烧结后，经破碎和落下试验，考察烧结矿成品率、垂直烧结速率、利用系数和转鼓指数，以及烧结矿的X-射线衍射曲线，曲线见图4。
烧结试验相关工艺参数
| 试验工艺 | 相关参数 | 试验工艺 | 相关参数 |
| 点火负压 | 6kPa | 点火时间 | 2min |
| 最大抽风负压 | 12kPa | 冷却方式 | 机上冷却 |
实施例8
强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂制备方法，水溶性添加剂为CaCl2，将其溶解于水中制成水溶液；MgO源为氧化镁（MgO），MgO与CaCl2的质量比为100:2混合，使CaCl2附着在MgO源物质表面，将其放于烘箱内进行95℃烘干，得到强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂。
将上述复合熔剂，与混合比例按烧结矿成分中碱度2.0和4%MgO计算与铁矿粉、生石灰混合，并加入上述混合料总质量的20%返矿和3.15%焦粉，混合后进行烧结。
烧结杯烧结试验，采用φ300mm×600mm烧结杯,铺底料取3kg，装入混合料约40kg，经混匀、制粒、布料后，抽风、点火进行烧结，烧结相关工艺参数同实施例7。烧结后，经破碎和落下试验，考察烧结矿成品率、垂直烧结速率、利用系数和转鼓指数，以及烧结矿的X-射线衍射曲线，曲线见图4。
实施例9
强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂制备方法，水溶性添加剂为质量比1/3CaCl2+1/3B2O3+1/3Fe(NO3)3，将其溶解于水中制成水溶液；MgO源为氧化镁（MgO），MgO与水溶性添加剂的质量比为100:2混合，使水溶性添加剂附着在MgO源物质表面，将其放于烘箱内进行95℃烘干，得到强化高MgO型烧结矿生产的复合熔剂。
将上述复合熔剂，与混合比例按烧结矿成分中碱度2.0和4%MgO计算与铁矿粉、生石灰混合，并加入上述混合料总质量的20%返矿和3.15%焦粉，混合后进行烧结。
烧结杯烧结试验，采用φ300mm×600mm烧结杯,铺底料取3kg，装入混合料约40kg，经混匀、制粒、布料后，抽风、点火进行烧结，烧结相关工艺参数同实施例7。烧结后，经破碎和落下试验，考察烧结矿成品率、垂直烧结速率、利用系数和转鼓指数，以及烧结矿的X-射线衍射曲线，曲线见图4。
表3 烧结技术指标
实施例分析
从空气气氛下压块烧结实验结果，图1至图3可以看出，配加强化高MgO型烧结矿生产复合熔剂后，实施例1至实施例6中试样，都比仅仅加入“MgO”粉的基础例中试样的X射线衍射峰强度变强，衍射峰的半高宽明显变窄，结晶程度变好；而且，铁酸钙衍射峰（cf）强度增加，表明液相量增加，改善了矿物的结晶环境。
从烧结杯试验结果，从图4可以看出，配加强化高MgO型烧结矿生产复合熔剂的实施例8和实施例9，与配加“MgO粉”作为MgO源的实施例7相比，可以看出烧结矿内铁酸钙衍射峰（cf）强度明显增加，与以上压块烧结实验的实施例结果是一致的，液相量增多带来成品率和转鼓指数都有提高，特别是转鼓指数明显增加。尽管烧结速率有所下降，可能是液相量增多所导致的，这完全可以通过进一步优化试验，来克服这方面的不足。
Claims (8)
1.一种高MgO型烧结矿的复合熔剂，其特征在于，所述复合熔剂由MgO源和水溶性添加剂组成，所述水溶性添加剂为氯化钙，或者是氧化硼、氯化钙与草酸铁或硝酸铁或草酸铁铵中任一种的组合物，其质量百分数分别为，氧化硼为20‐35％、氯化钙为30‐50％、草酸铁或硝酸铁或草酸铁铵为20‐35％；MgO源颗粒表面均匀附着水溶性添加剂。
2.根据权利要求1所述的一种复合熔剂，其特征在于，所述MgO源为氧化镁、菱镁矿中的一种或两者按照100～60:50～40的质量比混合。
3.根据权利要求1所述的一种复合熔剂，其特征在于，所述MgO源与水溶性添加剂的质量比为100～10:2～1。
4.根据权利要求1所述的一种复合熔剂，其特征在于，所述水溶性熔剂组合物的质量比为，氧化硼:氯化钙:硝酸铁为1:1:1的混合物。
5.如权利要求1所述复合熔剂的制备方法，其特征在于，按照MgO源与水溶性添加剂的质量比为100～10:2～1的比例称取原料，首先将水溶性添加剂溶于水中，然后倒入MgO源物质，使MgO源颗粒表面均匀附着添加剂，将其放于烘箱内95℃以下烘干，得到高MgO型烧结矿的复合熔剂。
6.根据权利要求5所述复合熔剂的制备方法，其特征在于，所述水溶性添加剂为质量比，氧化硼:氯化钙:硝酸铁为1:1:1的混合物。
7.如权利要求1～6其中一种所述复合熔剂的应用，其特征在于，所述复合熔剂可用作MgO质熔剂。
8.根据权利要求7所述的复合熔剂的应用，其特征在于，熔炼时添加此复合熔剂，得到的烧结矿中MgO的质量份数为2.5～4％。
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