CN104004905A

CN104004905A - 一种高炉炼铁金属化炉料生产工艺

Info

Publication number: CN104004905A
Application number: CN201310062343.6A
Authority: CN
Inventors: 张友平; 徐万仁; 顾德仁; 范建峰
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: CN104004905B

Abstract

本发明公开了一种高炉炼铁金属化炉料生产工艺，包括：1）将铁矿粉、还原剂和粘结剂按100：4-25：2-5的质量比例混合，所述还原剂选自焦粉或无烟煤粉中的一种或两种，所述粘结剂为调节碱度的粘结剂；2）将上述原料充分混合后，加水润湿，将混匀的原料在对辊压球机上进行压球，制成球团；3）将球团与燃料混合，在带式烧结机上进行球团的高温还原，所述燃料添加量为球团质量的7~20%；4）将烧结产物筛分，将符合金属化炉料要求的部分用于高炉炼铁。本工艺获得的金属化炉料，使用时可降低高炉焦比10~30%，显著降低高炉下部直接还原的负担，提高高炉利用系数，从而使高炉的生产率大幅度提高，提高了高炉炼铁工艺的竞争力。

Description

一种高炉炼铁金属化炉料生产工艺

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，具体涉及一种用于高炉炼铁的金属化炉料的生产方法。

背景技术

高炉炼铁主要以焦炭和人造块铁矿为主要原料，是一种成熟效率的炼铁工艺。现代大型高炉生产技术装备不断完善，高炉实现了高产、低耗和优质的炼铁生产指标。但高炉的高效率和大型化对矿石和焦炭质量（尤其是焦炭的强度）提出了更严格的要求，全世界大多数高炉的入炉焦比仍然高于400kg/thm。

鉴于传统高炉炼铁工艺流程长和污染严重以及对冶金焦的依赖，以无焦炼铁和直接使用铁矿为目标，世界上开展了大量炼铁新工艺的研究，并取得了一定的进展。在熔融还原技术方面，COREX工艺已实现产业化，该工艺不但大大减少了焦炭的用量，在资源和环保等方面具有竞争优势，但仍不完善；另一种熔融还原工艺HISMELT也已达到中试规模，其它一些熔融还原工艺也在开发之中。在直接还原方面，气基竖炉法（Midrex，HYL）法占据绝对优势，但是它们均需采用重整的天然气作为还原气原料，因此只能在天然气资源丰富并廉价地区发展。目前世界上占优势的煤基直接还原方法是转底炉法和回转窑法，这些方法的主要优点是可以直接用煤作燃料和还原剂，其缺点是单位投资高，生产率低，生产成本高，因此发展缓慢，到目前全世界煤基直接还原铁年产量仅300万吨，而直接还原铁的年产量约为6000万吨。

基于上述原因，在可预见的将来，以焦炭为主要燃料的高炉仍是炼铁的主要流程，优化和提升高炉炼铁工艺的竞争力，仍当前炼铁工业面临的主要挑战之一。

钢铁行业以节能减排为核心的低碳制铁工艺的发展已经是大势所趋，而目前占主导地位的高炉制铁工艺高耗能、高排放、产能强度低以及资源劣化适应性差的现实特点不仅不能适应低排放的要求，而且制约了其本身竞争力的发展。欧洲最好的钢厂目前已在技术所能达到的极限下运行。但为了突破技术障碍，在提高经济竞争力的前提下，引领当前低碳制铁技术的发展，欧洲已经开展了UlCOS大型研发项目,其目标可简述为：要对高炉路线进行大幅的技术改进和突破，新的制铁技术路线相比目前最好的高炉长流程CO2排放指标要减少至少50%。

优化高炉炼铁工艺的另一个重要方向就是金属化炉料在高炉的应用。长期以来，高炉使用烧结矿或球团矿作为主要原料，金属化炉料的制备技术曾在俄罗斯和日本等国进行了大量的研究，但都没有实现工业生产。高炉使用金属化炉料有利于提高高炉利用系数和降低燃料比，尤其在焦煤资源日益枯竭的情况下，高炉节约焦炭的目标对高炉炼铁技术的发展更具有吸引力。因此金属化炉料的生产和在高炉中的使用可望成为炼铁技术从现阶段提高到新高度的技术之一。

通过联机检索，查找到一些生产金属化炉料的专利，但这些的工艺流程和配套设备系统与本专利技术相比，均有本质的不同。申请号为01810700.1的专利“金属化团块的生产方法”公开的技术是将铁矿颗粒与还原剂材料及纤维粘结剂等混合压块，然后在还原竖路内将团块中的铁还原，形成金属化团块。该工艺生产率低，能耗高，难以满足高炉大规模生产的需要。申请号为200710157457.3的专利“一种预还原复合烧结矿的生产方法”公开的技术是将高碱度烧结矿和酸性球团两种炉料进行混合，并在酸性球团中配加煤粉，然后将混合均匀的高碱度烧结矿和酸性球团一起在烧结机上进行烧结，生产预还原高炉用炉料。由于采用部分球团内配碳，炉料平均金属化率低，同时需要制备两种不同碱度的球团，流程也复杂。申请号为200880112441.3的专利“对制粒矿物材料连续烧结和预还原的方法和代式烧结设备”公开的技术是一种新型带式烧结设备，将制粒后的炉料烧结后，立即用还原气进行还原，达到炉料烧结和预还原的目的。由于烧结后炉料降温较快，用还原气进行还原时，难以达到较高的金属化率。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种适应于高炉炼铁的优良的金属炉料的生产工艺。

本发明的技术方案是，一种高炉炼铁金属化炉料生产工艺，包括原料的准备和球团的还原，该生产工艺包括：

（1）原料的准备：将铁矿粉、还原剂和粘结剂按100：4-25：2-5的质量比例混合，所述还原剂选自焦粉或无烟煤粉中的一种或两种，所述粘结剂为调节碱度的粘结剂；

（2）原料的混合和压球：将上述原料充分混合后，加水润湿，将混匀的原料在对辊压球机上进行压球，制成球团；

（3）球团的高温还原：将球团与燃料混合，在带式烧结机上进行球团的高温还原，所述燃料添加量为球团质量的7~20%；

（4）冷却和筛分：将步骤（3）得到的烧结产物进行筛分，将符合金属化炉料要求的部分用于高炉炼铁。

其中还原剂的配比与产品金属化率有关，而粘结剂的配比与原料条件和压球工艺有关。

在本工艺条件下，含铁原料也可以使用钢铁企业的含铁粉尘，其还原剂的配比可根据粉尘的具体成分做适当的调整。烧结产物冷却后，可以采用5mm的筛子进行筛分，大于5mm的部分作为金属化炉料，用于高炉炼铁；筛下部分主要是粉煤灰，可用于生产水泥的配料。

本工艺获得的金属化炉料，金属化率可达10％～70%，转鼓强度大于80%。金属化炉料的使用，可降低高炉焦比10~30%，显著降低高炉下部直接还原的负担，提高高炉利用系数，从而使高炉的生产率大幅度提高，提高了高炉炼铁工艺的竞争力。

根据本发明的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，优选的是，所述铁矿粉的粒径小于3mm；所述还原剂的粒径小于0.5mm；所述粘结剂的粒径小于0.1mm。将粒径控制在上述范围，可以使反应更充分。

根据本发明的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，优选的是，所述焦粉或无烟煤粉的固定碳含量大于80%，挥发分小于5%，灰分小于10%。

根据本发明的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，优选的是，所述粘结剂为生石灰；所述生石灰要求CaO含量大于85%，活性度大于300ml/4N-HCl。所用的粘结剂为消石灰，以生石灰形式进行配料，要求粒度小于0.1mm，在配料后经过消化过程，形成消石灰，起到粘结剂的作用，同时起到调节球团碱度的作用。生石灰由于成本低，是优选的粘结剂。

石灰活性度主要是指石灰加水后生成消石灰的难易成度，消石灰能起到粘结剂的作用，一般市场上销售的大部分石灰活性度大于300ml/4N-HCl；氧化钙含量越高越好，主要用来调节碱度，市场大部分石灰都满足要求。

根据本发明的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，优选的是，步骤（3）所述燃料为焦粉或无烟煤中的一种或两种；所述焦粉或无烟煤中固定碳含量大于80%，粒度小于3mm。

根据本发明的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，优选的是，步骤（3）所述带式烧结机上铺有20-30mm厚的含铁铺底料。

进一步地，所述含铁铺底料为褐铁矿或金属化炉料中的一种或两种；所述含铁铺底料的粒径为5-20mm。烧结机布料时，为避免烧坏箅条，以粒度为5~20mm的褐铁矿为铺底料，铺底料厚度优选为20~30mm，或者可以更厚，如20-50mm，将球团和燃料的混合料进行均匀布料，料层厚度可根据烧结机产能灵活调整。铺底料还可以用上一轮生产中剩下的成品金属化炉料。每次生产都会剩余一些成品金属化炉料，可以就地用作铺底料。

以褐铁矿为例，在烧结过程中，球团内部发生铁氧化物与碳的直接还原反应，得到金属化炉料。同时褐铁矿在高温作用下，失去结晶水，形成多微孔的高品位铁矿。烧结过程中发生的主要化学反应如下：

燃料的完全燃烧：C+O₂=CO₂

燃料的不完全燃烧：2C+O₂=2CO

上述燃烧反应为烧结过程提供热量，两个反应的比例与空气过剩系数有关。在高温作用下，含碳球团内部发生如下反应：

3Fe₂O₃+C=2Fe₃O₄+CO

Fe₂O₃+CO=2Fe+CO₂

Fe₃O₄+C=3FeO+CO

FeO+CO=Fe+CO₂

作为铺底料的褐铁矿，在高温下发生如下分解反应：

Fe₂O₃·nH₂O=Fe₂O₃+nH₂O

或进一步转化为Fe₃O₄。

上述反应主要在烧结机的台车上进行，图2为烧结过程示意图。

根据本发明的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，优选的是，步骤（2）所述球团尺寸控制在7~25mm，所述球团进行干燥处理；球团造球压力为15-25MPa。将球团尺寸控制在该范围较利于还原反应的进行。压球的原理是在压力作用下，作为粘结剂的消石灰与矿粉煤粉充分紧密接触，压力太小，不密实，压力太大，压球能耗高。

根据本发明的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，优选的是，步骤（3）所述的带式烧结机的点火器以焦炉煤气或焦炉煤气和高炉煤气的混合物为燃料，点火温度为1050~1250℃，点火时间为50~150s，点火时抽风负压为4~10kPa；正常烧结时，风箱负压保持在8~25kPa。

根据本发明的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，优选的是，步骤（2）所述水的加入量为原料的3-9wt％。该加入量为优选的加入量，一般水的加入量控制以其能充分将石灰消化，起到粘结剂的作用，便于压球并提高球团强度。

原则上说，生产海绵铁（或直接还原铁）的工艺都可以用来生产金属化炉料，包括竖炉、回转窑或转底炉等，但要为高炉提供金属化炉料，上述设备的产能低，难以满足高炉产能的需求。同时，高炉对炉料金属化率的要求不高，因此在现有铁矿石烧结工艺产量大的前提下，通过原料的预处理和烧结工艺参数的调整，实现金属化炉料的生产。主要工艺流程见图1。

本发明金属化炉料生产流程包括原料的准备、混合、压球、烧结、冷却和筛分等环节。将铁矿石、还原剂和粘结剂充分混合后，加入适量的水进行润湿，然后在压球机上进行压球，球团干燥后与燃料进行混合，然后在带式烧结机上进行高温还原。在烧结机上，为避免烧坏箅条，以含铁铺底料如褐铁矿作为铺底料。烧结产物经冷却和筛分后，得到金属化炉料。筛下粉主要是燃料燃烧后剩余的粉煤灰，可用来作为水泥厂的原料。

金属化炉料的使用，将显著降低高炉下部直接还原的负担，不但大幅度降低了焦比，也使高炉的生产率大幅度提高，提高了高炉炼铁工艺的竞争力。本发明利用传统的带式烧结机，通过对原料的处理和烧结工艺的调整，生产出满足高炉炼铁的金属化炉料。对于提高高炉炼铁工艺的竞争力具有重要意义。

本发明的有益效果是：

（1）采用传统烧结机，在保持高产能基础上，实现金属化炉料的生产，可满足高炉对炉料的要求。

（2）在配料压球过程中，可部分或全部使用钢铁企业产生的含铁粉尘，有利于资源的综合利用和环保水平的提高。

（3）作为燃料的焦粉或煤粉，燃烧后的粉煤灰可以从烧结产物中筛分出来，不但可以回收利用，而且避免了进入烧结矿而降低了其品位，同时减少了P等有害元素进入烧结矿，对控制铁水磷含量具有重要作用。

（4）以块状褐铁矿作为铺底料，由于褐铁矿价格低廉，可以进一步降低生产成本，同时，以褐铁矿作为铺底料，提高了产品产量。

（5）本发明吸收了含碳球团快速直接还原的优势，同时利用了传统烧结机热效率高和产量大的优点，对高炉炼铁工艺的节能减排具有重要意义。

(6)由于金属化炉料的使用，可降低高炉焦比，提高铁水质量，可使高炉炼铁生产成本显著降低。

附图说明

图1是金属化炉料的生产流程图。

图2是烧结过程示意图。

具体实施方式

本实施例中所使用的铁矿粉等原燃料的成分见表1～表4。

表1铁矿粉化学成分(％)

种类	TFe	FeO	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	P	S	粒度，mm
										赤铁矿	66.95	0.45	0.43	3.47	0.36	1.21	0.01	0.05	＜3
磁铁矿	60.79	27.00	0.68	7.61	0.62	1.37	0.01	0.06	＜3
										褐铁矿	55.35	0.58	0.67	8.42	0.89	1.65	0.01	0.08	5～20

褐铁矿烧损率为8.5％

表2还原剂用煤工业分析(％)

还原剂	TC	VM	Ash	H₂O	P	S	粒度，mm
								焦粉	85.4	1.8	12.51	1.5	0.01	0.47	＜0.5
无烟煤	83.21	3.42	8.13	1.12	0.01	0.51	＜0.5

表3燃料用煤工业分析(％)

还原剂	TC	VM	Ash	H₂O	P	S	粒度，mm
								焦粉	82.4	1.5	13.13	1.8	0.01	0.36	＜3
无烟煤	80.36	3.42	12.32	1.24	0.01	0.60	＜3

表4生石灰化学成分(％)

项目

CaO

SiO₂

MgO

Al₂O₃

P

S

烧损

粒度，mm

生石灰

82.4

1.5

13.13

1.8

0.002

0.01

0.36

＜0.1

实施例一

将表1中的赤铁矿、表2中的焦粉和表4中的生石灰按照重量比100∶4∶2的比例进行配料，将三种原料混合均匀并加入3％的水充分润湿，使其中的生石灰完全消化，以起到粘结剂的作用。

将上述混合料在对辊压球机上进行压球，成球压力约20MPa，球团尺寸为7mm。将球团干燥后外配7％的焦粉作燃料，其成分和粒度见表3。

烧结机以粒度为5～20mm的褐铁矿为铺底料，铺底料厚度约为20mm。在铺底料上面，对干燥球团和焦粉燃料的混合物进行均匀布料，料层厚度可根据烧结产能确定。

布料完成后进行烧结过程。点火温度为1050℃，点火时间为62s，点火负压为4KPa。点火之后进入烧结过程，烧结负压为8KPa，直到烧结过程结束。

待烧结产物冷却后进行筛分，大于5mm的炉料主要是金属化球团和高温煅烧的褐铁矿，其各自成分见表5。小于5mm的主要是粉煤灰，可作为生产水泥的原料。

表5烧结产物的成分，％

种类	TFe	MFe	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	P	S	粒度，mm
										金属化球团	68.35	7.45	3.53	3.51	0.46	1.32	0.01	0.05	＞5
煅烧褐铁矿	65.43	0.18	0.78	9.32	0.91	1.76	0.01	0.08	＞5

在本工艺条件下，金属化球团的金属化率为10.90％，作为铺底料的褐铁矿，经过煅烧后，其品位有原来的55.35％提高到65.43％。经测定上述炉料的转鼓强度为82.5％，满足高炉炼铁对炉料的要求。

实施例二

将表1中的磁铁矿、表2中的无烟煤粉和表4中的生石灰按照重量比100∶10∶4的比例进行配料，将三种原料混合均匀并加入5％的水充分润湿，使其中的生石灰完全消化，以起到粘结剂的作用。

将上述混合料在对辊压球机上进行压球，成球压力约20MPa，球团尺寸为12mm。将球团干燥后外配13％的焦粉作燃料，其成分和粒度见表3。

烧结机以粒度为5～20mm的褐铁矿为铺底料，铺底料厚度约为25mm。在铺底料上面，对干燥球团和焦粉燃料的混合物进行均匀布料，料层厚度可根据烧结产能确定。

布料完成后进行烧结过程。点火温度为1150℃，点火时间为55s，点火负压为6KPa。点火之后进入烧结过程，烧结负压为12KPa，直到烧结过程结束。

待烧结产物冷却后进行筛分，大于5mm的炉料主要是金属化球团和高温煅烧的褐铁矿，其各自成分见表6。小于5mm的主要是粉煤灰，可作为生产水泥的原料。

表6烧结产物的成分，％

种类	TFe	MFe	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	P	S	粒度，mm
										金属化球团	67.45	15.43	4.03	3.42	0.51	1.37	0.01	0.05	＞5
煅烧褐铁矿	66.24	0.18	0.81	9.13	0.78	1.59	0.01	0.07	＞5

在本工艺条件下，金属化球团的金属化率为22.91％，作为铺底料的褐铁矿，经过煅烧后，其品位有原来的55.35％提高到66.24％。经测定上述炉料的转鼓强度为81.42％，满足高炉炼铁对炉料的要求。

实施例三

将表1中的赤铁矿、表2中的焦粉和表4中的生石灰按照重量比100∶25∶5的比例进行配料，将三种原料混合均匀并加入9％的水充分润湿，使其中的生石灰完全消化，以起到粘结剂的作用。

将上述混合料在对辊压球机上进行压球，成球压力约20MPa，球团尺寸为25mm。将球团干燥后外配20％的无烟煤粉作燃料，其成分和粒度见表3。

烧结机以粒度为5～20mm的褐铁矿为铺底料，铺底料厚度约为30mm。在铺底料上面，对干燥球团和无烟煤粉燃料的混合物进行均匀布料，料层厚度可根据烧结产能确定。

布料完成后进行烧结过程。点火温度为1250℃，点火时间为50s，点火负压为10KPa。点火之后进入烧结过程，烧结负压为25KPa，直到烧结过程结束。

待烧结产物冷却后进行筛分，大于5mm的炉料主要是金属化球团和高温煅烧的褐铁矿，其各自成分见表7。小于5mm的主要是粉煤灰，可作为生产水泥的原料。

表7烧结产物的成分，％

种类	TFe	MFe	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	P	S	粒度，mm
										金属化球团	68.35	47.85	4.64	3.62	0.53	1.59	0.01	0.05	＞5
煅烧褐铁矿	67.43	0.18	0.78	9.32	0.91	1.76	0.01	0.05	＞5

在本工艺条件下，金属化球团的金属化率为70.0％，作为铺底料的褐铁矿，经过煅烧后，其品位有原来的55.35％提高到67.35％。经测定上述炉料的转鼓强度为80.15％，满足高炉炼铁对炉料的要求。

实施例四

将表1中的磁铁矿、表2中的无烟煤粉和表4中的生石灰按照重量比100∶9∶4的比例进行配料，将三种原料混合均匀并加入8％的水充分润湿，使其中的生石灰完全消化，以起到粘结剂的作用。

将上述混合料在对辊压球机上进行压球，成球压力约20MPa，球团尺寸为7mm。将球团干燥后外配7％的无烟煤粉作燃料，其成分和粒度见表3。

烧结机以粒度为5～20mm的褐铁矿为铺底料，铺底料厚度约为20mm。在铺底料上面，对干燥球团和无烟煤粉燃料的混合物进行均匀布料，料层厚度可根据烧结产能确定。

布料完成后进行烧结过程。点火温度为1150℃，点火时间为150s，点火负压为7KPa。点火之后进入烧结过程，烧结负压为15KPa，直到烧结过程结束。

表5烧结产物的成分，％

种类	TFe	MFe	CaO	SiO₂	MgO	Al₂O₃	P	S	粒度，mm
										金属化球团	68.42	31.37	3.53	3.51	0.46	1.32	0.01	0.05	＞5
煅烧褐铁矿	66.15	0.18	0.78	9.32	0.91	1.76	0.01	0.07	＞5

在本工艺条件下，金属化球团的金属化率为45.90％，作为铺底料的褐铁矿，经过煅烧后，其品位有原来的55.35％提高到66.41％。经测定上述炉料的转鼓强度为82.05％，满足高炉炼铁对炉料的要求。

本工艺获得的金属化炉料，金属化率可达10％～70％，转鼓强度大于80％。金属化炉料的使用，可降低高炉焦比10～30％，显著降低高炉下部直接还原的负担，提高高炉利用系数，从而使高炉的生产率大幅度提高，提高了高炉炼铁工艺的竞争力。

Claims

1.一种高炉炼铁金属化炉料生产工艺，包括原料的准备和球团的还原，其特征在于：该生产工艺包括：

2.根据权利要求1所述的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，其特征在于：所述铁矿粉的粒径小于3mm；所述还原剂的粒径小于05mm；所述粘结剂的粒径小于0.1mm。

3.根据权利要求1所述的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，其特征在于：所述焦粉或无烟煤粉的固定碳含量大于80%，挥发分小于5%，灰分小于10%。

4.根据权利要求1所述的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，其特征在于：所述粘结剂为生石灰；所述生石灰要求CaO含量大于85%，活性度大于300ml/4N-HCl。

5.根据权利要求1所述的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，其特征在于：步骤（3）所述燃料为焦粉或无烟煤中的一种或两种；所述焦粉或无烟煤中固定碳含量大于80%，粒度小于3mm。

6.根据权利要求1所述的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，其特征在于：步骤（3）所述带式烧结机上铺有20-30mm厚的含铁铺底料。

7.根据权利要求6所述的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，其特征在于：所述含铁铺底料为褐铁矿或金属化炉料中的一种或两种；所述含铁铺底料的粒径为5-20mm。

8.根据权利要求1所述的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，其特征在于：步骤（2）所述球团尺寸控制在7~25mm，所述球团进行干燥处理；球团造球压力为15-25MPa。

9.根据权利要求1所述的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，其特征在于：步骤（3）所述的带式烧结机的点火器以焦炉煤气或焦炉煤气和高炉煤气的混合物为燃料，点火温度为1050~1250℃，点火时间为50～150s，点火时抽风负压为4~10kPa；正常烧结时，风箱负压保持在8~25kPa。

10.根据权利要求1所述的高炉炼铁金属化炉料生产工艺，其特征在于：步骤（2）所述水的加入量为原料的3-9wt％。