CN104087698A - 煤基直接还原生铁增碳工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金领域，具体涉及一种煤基直接还原生铁增碳工艺。本发明所要解决的技术问题是提供一种增碳效果更稳定的煤基直接还原生铁增碳工艺。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案包括以下步骤：a、物料混合：将铁原料、碳质还原剂、粘结剂、水混合均匀；b、造球：将a步骤混合后的物料造球得生球团；c、初还原：将b步骤得到的生球团在1150℃～1350℃还原20min～40min，还原气氛中CO与CO2体积比最低为1︰5，得金属化球团；d、深还原：将c步骤得到的金属化球团进行深还原；e、铁水冷却：所得铁水在铁水包中冷却。本发明方法工艺步骤简单，所需设备少，无需再在铁水包中加增碳剂，减少了工作量；所得生铁中碳含量＞3.5％，含碳量也更稳定。

Description

煤基直接还原生铁增碳工艺
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及一种煤基直接还原生铁增碳工艺。
背景技术
铁原料在煤基直接还原-电炉深还原过程中，碳的损耗较大，所得海绵铁碳含量低，含碳量为0.04％-0.3％，波动范围大，应用在冶金和铸造领域必须经过添加增碳剂进行增碳。
我国是一个钢铁生产和使用大国，但是近年来，由于产能过剩我国钢铁行业普遍亏损。提高钢铁质量，降低铁水碳含量偏差，获得优质生铁，精准定碳和调碳是降低成本提高效益的一种好方法。国内外文献对铁水增碳和增碳工艺的报导与研究相对略少，在实际的生产过程中铁水增碳是在铁水包中加入增碳剂，但增碳效果不理想，不稳定。
对于钢企来说，增碳效果更稳定的冶炼方法无疑是降低成本提高效益的一个好方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种增碳效果稳定的煤基直接还原生铁增碳工艺。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案包括以下步骤：
a、物料混合：将铁原料、碳质还原剂、粘结剂、水混合均匀；
b、造球：将a步骤混合后的物料造球得生球团；
c、初还原：将b步骤得到的生球团在1150℃～1350℃还原20min～40min，还原气氛中CO与CO2体积比最低为1︰5，得金属化球团；
d、深还原：将c步骤得到的金属化球团进行深还原得铁水；
e、铁水冷却；
其中，上述步骤a的铁原料是铁精粉、钒钛铁精粉、磁铁精粉中的一种。
其中，步骤a物料铁原料、碳质还原剂、粘结剂、水的质量比如下：铁原料的质量以铁原料中的氧计算，碳质还原剂的质量以碳质还原剂中的碳计算，铁原料中的氧︰碳质还原剂中的碳︰粘结剂︰水＝100︰65～85︰1.85～7︰22～30。
为提升造球所得的生球团性能，优选铁原料≥45％过200目筛；当铁原料过200筛不足45％时，造球困难；铁原料过200目筛＞85％会增加磨矿成本，且所得球团性能无明显增长，故优选铁原料45％～85％过200目筛。
其中，上述步骤a中的碳质还原剂的作用仅是提供还原所需的碳源，其可选用常规含碳量高的原料；基于成本原因，具体可选用煤粉、兰炭粉、石墨粉、焦炭粉中的至少一种。为提升造球所得的生球团性能，碳质还原剂≥85％过100目筛。
其中，上述步骤a中的粘结剂是聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠。
其中，步骤b造球所得生球团抗压强度＞35N/球，0.5m落下强度＞15次，爆裂温度＞500℃。
具体的，生球团的粒径为15mm～40mm。所述粒径是指生球团的最大径向尺寸。
其中，步骤c初还原中优选CO与CO2体积比为1︰5～1。
其中，经步骤c初还原后所得金属化球团金属化率为75％～90％，金属化球团的残碳量＞3％。
其中，上述步骤d还原温度为1450℃～1600℃，还原时间为15min～30min，碱度为0.6～1.2。
本发明方法制备的生铁碳含量＞3.5％，可以作为炼钢及铸造生产的原料。
本发明所述的铁精粉、磁铁精粉中TFe≥60％，钒钛铁精粉中TFe≥50％。
有益效果
本发明方法工艺简单，无需再在铁水包中加增碳剂，减少了工作量。在物料混合时加入了足够的碳质还原剂，控制初还原中还原气氛中CO与CO2体积比和金属化球团的残碳量，使最终获得的生铁中碳含量＞3.5％，可以作为炼钢及铸造生产的原料。无需再在铁水包中加增碳剂，而且铁水中碳含量更稳定。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明所采用的技术方案包括以下步骤：
a、物料混合：将铁原料、碳质还原剂、粘结剂、水混合均匀；
b、造球：将a步骤混合后的物料造球得生球团；
c、初还原：将b步骤得到的生球团在1150℃～1350℃还原20min～40min，还原气氛中CO与CO2体积比最低为1︰5，得金属化球团；
d、深还原：将c步骤得到的金属化球团进行深还原得铁水；
e、铁水冷却；
其中，上述步骤a的铁原料是铁精粉、钒钛铁精粉、磁铁精粉中的一种。
其中，步骤a物料铁原料、碳质还原剂、粘结剂、水的质量比如下：铁原料的质量以铁原料中的氧计算，碳质还原剂的质量以碳质还原剂中的碳计算，铁原料中的氧︰碳质还原剂中的碳︰粘结剂︰水＝100︰65～85︰1.85～7︰22～30。
为提升造球所得的生球团性能，优选铁原料≥45％过200目筛；当铁原料过200筛不足45％时，造球困难；铁原料过200目筛＞85％会增加磨矿成本，且所得球团性能无明显增长，故优选铁原料45％～85％过200目筛。
其中，上述步骤a中的碳质还原剂的作用仅是提供还原所需的碳源，其可选用常规含碳量高的原料；基于成本原因，具体可选用煤粉、兰炭粉、石墨粉、焦炭粉中的至少一种。为提升造球所得的生球团性能，碳质还原剂≥85％过100目筛。
其中，上述步骤a中的粘结剂是聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠。
其中，步骤b造球所得生球团抗压强度＞35N/球，0.5m落下强度＞15次，爆裂温度＞500℃。具体的，造球设备可选用压力成型机，成型压力为8Mpa～30MPa。
具体的，生球团的粒径为15mm～40mm。所述粒径是指生球团的最大径向尺寸。
其中，步骤c初还原中优选CO与CO2体积比为1︰5～1。
其中，经步骤c初还原后所得金属化球团金属化率为75％～90％，金属化球团的残碳量＞3％。
其中，上述步骤d还原温度为1450℃～1600℃，还原时间为15min～30min，碱度为0.6～1.2。
本发明方法制备的生铁碳含量＞3.5％，可以作为炼钢及铸造生产的原料。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1～2所用的钒钛铁精矿的化学成分及主要粒度组成如表1、2所示。
表1 钒钛铁精矿的化学组成(wt％)
成分 TFe FeO Fe2O3 TiO2 V2O5 MnO SiO2 Al2O3 CaO MgO
含量(％) 51.18 27.85 42.22 16.43 0.797 0.605 5.56 2.02 0.752 2.00
成分 K2O Na2O P2O5 Cr2O3 S Cu Co Ni As
含量(％) 0.088 0.091 0.041 0.304 0.021 <0.01 0.023 0.017 <0.01
表2 钒钛铁精矿的粒度组成(wt％)
粒度/目 +80 -80～+100 -100～+120 -120～+200 -200
粒度/mm +0.180 -0.180～+0.150 -0.150～+0.120 -0.120～+0.074 -0.074
含量/％ 3.60 2.21 4.72 23.94 65.5
实施例1
将钒钛铁精粉、煤粉、粘结剂、水混合均匀，铁原料的质量以铁原料中的氧计算，煤粉的质量以煤粉中的碳含量计算，按质量比：铁原料中的氧︰煤粉中的碳︰粘结剂︰水＝100︰75︰3.5︰26混合；钒钛铁精矿粒度为小于200目占65％，粘结剂为聚乙烯醇。将混合后的混合料在压力成型机上压制成扁球形，压力为15MPa，球团最大径向尺寸为20mm。在隧道窑中初还原，还原温度为1200℃，还原时间为35min，还原气氛CO/CO2为1︰1，得到金属化率为81％，残碳为6.2％的球团，氮气保护冷却。金属化球团在电弧炉中深还原，碱度为0.6～1.2，深还原温度为1530℃，还原时间为20min，铁水出炉在铁水包中冷却，所得生铁碳含量为4.75％。
实施例2
将钒钛铁精粉、兰炭粉、粘结剂、水混合均匀，铁原料的质量以铁原料中的氧计算，兰炭粉以兰炭粉中的碳含量计算，按质量比：铁原料中的氧︰兰炭粉中的碳︰粘结剂︰水＝100︰85︰7︰33混合；钒钛铁精矿粒度为小于200目占65％，粘结剂为羧甲基纤维素钠。将混合后的混合料在压力成型机上压制成扁球形，压力为20MPa，球团最大径向尺寸为20mm。在隧道窑中初还原，还原温度为1300℃，还原时间为25min，还原气氛CO/CO2为1︰3，得到金属化率为89％，残碳为4.2％的球团，氮气保护冷却。金属化球团在电弧炉中深还原，碱度为0.6～1.2，深还原温度为1600℃，还原时间为18min，铁水出炉在铁水包中冷却，所得生铁碳含量为3.75％。

Claims (9)

1.煤基直接还原生铁增碳工艺，其特征在于包括以下步骤：
a、物料混合：将铁原料、碳质还原剂、粘结剂、水混合均匀；
b、造球：将a步骤混合后的物料造球得生球团；
c、初还原：将b步骤得到的生球团在1150℃～1350℃的还原气氛中还原20min～40min，控制还原气氛中CO与CO2体积比最低为1︰5，得金属化球团；优选CO与CO2体积比为1︰5～1；
d、深还原：将c步骤得到的金属化球团进行深还原得铁水；
e、铁水冷却；
其中，所述的铁原料是铁精粉、钒钛铁精粉、磁铁精粉中的一种。
2.根据权利要求1所述的煤基直接还原生铁增碳工艺，其特征在于：步骤a物料铁原料、碳质还原剂、粘结剂、水的质量比如下：铁原料的质量以铁原料中的氧计算，碳质还原剂的质量以碳质还原剂中的碳计算，铁原料中的氧︰碳质还原剂中的碳︰粘结剂︰水＝100︰65～85︰1.85～7︰22～30。
3.根据权利要求1所述的煤基直接还原生铁增碳工艺，其特征在于：所述铁原料≥45％过200目筛；优选的，所述铁原料45％～85％过200目筛。
4.根据权利要求1所述的煤基直接还原生铁增碳工艺，其特征在于：步骤a中的碳质还原剂是煤粉、兰炭粉、石墨粉、焦炭粉中的至少一种；优选的，所述碳质还原剂≥85％过100目筛。
5.根据权利要求1所述的煤基直接还原生铁增碳工艺，其特征在于：步骤a中的粘结剂为聚乙烯醇或羧甲基纤维素钠。
6.根据权利要求1所述的煤基直接还原生铁增碳工艺，其特征在于：步骤b造球所得生球团抗压强度＞35N/球，0.5m落下强度＞15次，爆裂温度＞500℃。
7.根据权利要求1所述的煤基直接还原生铁增碳工艺，其特征在于：步骤b造球所得的生球团的粒径为15mm～40mm。
8.根据权利要求1所述的煤基直接还原生铁增碳工艺，其特征在于：步骤c初还原所得金属化球团残碳量＞3％。
9.根据权利要求1所述的煤基直接还原生铁增碳工艺，其特征在于：步骤d还原温度为1450℃～1600℃，还原时间为15min～30min，碱度为0.6～1.2。
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