CN104119939B

CN104119939B - 一种炼铁用热压铁焦及其制备方法

Info

Publication number: CN104119939B
Application number: CN201410380322.3A
Authority: CN
Inventors: 储满生; 柳政根; 王宏涛; 赵伟; 唐珏; 冯聪
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2034-08-04
Also published as: CN104119939A

Abstract

本发明属于炼铁技术领域，具体涉及一种炼铁用热压铁焦及其制备方法。其原料由质量分数为10％～30％铁矿粉、60％～80％烟煤煤粉、10％～20％的无烟煤煤粉组成；原料充分混匀后得到混合物，将混合物在加热炉中加热至200～350℃，迅速将其热压成型制得热压铁焦生球，将铁焦生球置于隧道窑内以一定的速率升温到一定温度下进行高温干馏碳化，取出焖料冷却，制得热压铁焦。所制备的热压铁焦具有优良的抗压强度、耐磨强度、反应性和反应后强度，代替部分焦炭进行高炉炼铁，提高了高炉炼铁对燃料的适应性。原料来源广泛、生产成本低，工艺流程简单，无需使用粘结剂，具有广阔的工业应用前景。

Description

一种炼铁用热压铁焦及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体涉及一种炼铁用热压铁焦及其制备方法。

背景技术

我国煤炭资源的煤类齐全，包括从褐煤到无烟煤各种不同煤化阶段的煤，但是数量和分布极不均衡，尤其是炼焦用煤，数量较少，由于灰分含量、硫含量、可选性等项原因，优质炼焦用煤更显缺乏。高炉冶炼需要大量的优质冶金焦炭。随着我国钢铁行业的快速发展，焦炭需求量逐渐增大，由于我国焦煤资源分布很不均衡，以及焦炭产量因炼焦工序能耗高、环境污染严重被严格限制，加上钢铁工业高速发展，造成不少厂家焦炭资源紧缺，生产成本居高不下。

在高炉冶炼中，焦炭起到发热剂、还原剂、料柱骨架和铁水渗碳的综合作用。因此，高炉冶炼对焦炭的质量要求是多方面的。高炉炉况的稳定顺行要求焦炭具有较高的强度。另外，全球变暖是当前全球亟待解决的问题之一。钢铁工业是CO₂排放大户，其中炼铁系统(含烧结、球团、焦化和高炉工序)CO₂排放量达到整个钢铁生产流程的80％以上，是钢铁产业能源消耗和碳排放最多的工序，这就要求钢铁工业少用甚至不用焦炭进行生产。高炉使用铁焦可以减少CO₂的排放。使用高反应性的铁焦可使碳的气化反应在较低温度下提前进行，进而降低热储备区的温度水平，改善高炉内铁矿石还原反应效率，提高了煤气利用率，因此，铁焦被认为是一种新型的高炉炼铁原料。

铁焦是煤和铁矿石事先粉碎、混合、成型后，用连续式干馏炉加热，将其中的铁矿石还原成金属铁、煤结焦的复合球块料，以此可以大幅度提高弱粘结煤和低品位铁矿石的使用比率。

目前，关于铁焦制备的方法有很多种，如专利CN101910364中所述，将含有铁氧化物的物质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℃的温度范围内以＜20℃/分钟的加热速度进行干馏来制造铁焦。

如专利CN102471692所述，使用立式干馏炉，向用于将含碳物质欲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CN102471693所述，将由含碳物质和含铁物质构成的成型物装入立式干馏炉，在干馏区域内对所述成型物进行干馏，从设置于冷却区域的冷却气体吹入风口冷却气体，冷却所述铁焦，从所述炉顶部的排出口排出炉内气体，从所述冷却区域下部排出所述铁焦。

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装物料装于焦炉中，在保护气氛下加热至焦饼中心温度达到900-1100℃，并保温1-2小时，最终得到高强度铁焦。

如CN101619386所述，将8～10％的粘结剂加入到含铁原料和焦粉中，经混匀后在300～800kg/cm²的压力下冷压成型得到Φ(30～40)mm×(20～25)mm的椭球形湿块，在300～600℃温度下干燥即可制得铁焦。焦粉配比可在10-70％的范围内变化。

如CN103468289所述，将5wt％-20wt％铁矿粉和80wt％-95wt％配合煤加水混合均匀，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铁焦，其所述的配合煤由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。

但这些方法主要存在以下问题：

(1)制备铁焦用立式干馏炉进行干馏，这需重新修建立式干馏炉，投资大，不适用于国内生产，且制备过程所用的气体需要进行多次处理，全过程较为复杂，产量较低；

(2)有些方法需使用昂贵的粘结剂来保证铁焦强度而使成本急剧增加，同时无机粘结剂含有Na、K、Cl等杂质元素，有机粘结剂不具有高温强度，而且复合粘结剂含Si元素高，灰分增加；

(3)有些方法采用金属废液浸泡的方式提高铁焦的反应性，因为废液含有较多的镍、锌等金属，若高炉长期使用这种铁焦，高炉寿命会降低；

(4)有些方法使用焦炉生产，国内多数焦炉寿命即将到期、且焦炉新建或改造投资大，不适宜推广使用；

(5)有些方法配加了将近一半或者更多的焦煤，节焦效果有限，同时限制了无焦煤地区的推广使用。另外，有些方法对原料性能要求较高，从而限制了原料的范围。为降低能耗，简化工艺流程，降低环境负荷，实现钢铁工业的可持续发展，有必要积极探索研究铁焦的制备新方法。

发明内容

针对我国国情和现有技术存在的问题，本发明提出了一种炼铁用热压铁焦及其制备方法，该方法选用合适的铁矿粉和煤粉种类、粒度，通过合适的配比热压成型，再经过隧道窑高温干馏碳化，冷却后即可得到符合高炉使用的热压铁焦。该工艺不使用焦煤，不添加粘结剂，仅使用国内广泛分布烟煤中的1/3焦煤、肥煤和瘦煤等，再添加部分无烟煤，原燃料来源广泛；同时使用隧道窑高温干馏碳化处理，可以利用国内大量闲置的隧道窑，能耗低，生产率高，能够满足钢铁生产低能耗、低成本的要求。

根据本发明的一方面，提出了如下所列的炼铁用热压铁焦的制备方法，本发明方法具体包括以下内容：

1.将铁矿、烟煤、无烟煤进行破碎筛分，其中，铁矿粉全铁TFe含量不低于50％；烟煤煤粉固定碳含量不低于50％，灰分不高于10％，挥发分不超过35％，胶质层指数不低于10；无烟煤煤粉中灰分含量不高于10％；要求破碎筛分后铁矿粉、烟煤煤粉以及无烟煤煤粉粒度均不大于0.15mm。

2.将破碎筛分后的铁矿粉、烟煤煤粉、无烟煤煤粉分别按质量分数10％～30％、60％～80％、10％～20％的比例进行配料计算，然后再用混料机将三种物料充分混匀。

3.将混匀后物料进行加热升温，当加热至200～350℃，使用对辊热压机将其热压成型制得热压铁焦生球，其中要求对辊热压机的线压力不小于3.0t/cm，制备的铁焦生球抗压强度不小于600N，平均落下强度不小于4次/个；混料及其以后过程均未添加粘结剂。

4.将铁焦生球通过布料装置装入隧道窑，经过升温、高温干馏碳化、冷却几个阶段制得产品-热压铁焦，其中要求升温速率不大于3℃/分，高温干馏碳化温度为800～1100℃，高温干馏碳化时间为3～5h，碳化完成后装入密闭的容器中，进行焖料冷却至室温，制得热压铁焦。

5.利用上述方法所制备的热压铁焦产品，其形状尺寸为30～40mm×25～35mm×20～25mm的椭球形颗粒，热压铁焦的成分按质量百分数其挥发分V_daf含量不超过1.8％、全硫含量不超过0.4％，高温干馏碳化后所获热压铁焦的冷态抗压强度不低于3000N/个，落下强度不低于10次/个，反应性CRI为30％～50％；反应后强度CSR不低于45％，抗碎强度M₄₀不低于75％，耐磨强度M₁₀不超过8％，热转鼓指数不低于60％，铁的还原率不低于80％。

下面，对本发明的技术方案的主要内容所带来的良好技术效果进行详细叙述：

(1)具有一定胶质层指数的烟煤在200～350℃之间开始软化熔融，形成少量具有较强热稳定性的胶质体液态产物；在该温度下迅速进行热压成型冷却，使该部分液态产物固化，形成具有一定抗压强度和落下强度的热压铁焦生球，满足后续工序使用要求。

(2)在热压铁焦配料中配加部分无烟煤，可降低整个热压铁焦生球的挥发分含量，同时通过控制隧道窑升温速率，可以明显降低升温过程挥发分的分解析出速率，保证热压铁焦生球在升温过程中不出现裂纹，从而确保热压铁焦产品的强度合格。

(3)具有一定胶质层指数的烟煤在800～1100℃完全软化、熔融、结焦，此时该烟煤中的芳香晶核增大，排列规则化，结构致密，坚硬并有银灰色金属光泽，半焦碳化呈焦炭；同时有部分铁氧化物被还原成金属铁，形成金属键，进一步增强了热压铁焦的抗压强度。

本发明提出的热压铁焦可作为优良原料在高炉冶炼中加以利用，并具有以下优点：

(1)优良的反应性：热压铁焦在高温碳化过程中，其中的铁矿粉被煤粉还原成超微细金属铁粉末，这些金属铁粉末在焦炭的气化反应过程中能起到催化作用，从而提高了焦炭的反应性。

(2)优良的还原性能：由于热压铁焦中含有大量煤粉，且具有良好的微观结构，因此为还原反应提供了良好的动力学条件。而且其内部存在耦合反应，即碳的气化反应和铁氧化物还原反应同时进行并相互促进，最终加速矿物的还原。

(3)热压铁焦用于高炉后，碳的气化反应可提前在较低温度下进行，热储备区温度降低，煤气利用率提高，显著地降低焦炭消耗。另外，高炉使用热压铁焦后，对原有的块状焦炭可以起到一定的保护作用。

(4)热压铁焦生产工艺能大量使用非焦煤，特别是配加了部分廉价的无烟煤，在煤资源应对措施上和炼铁厂的环保措施强化方面等具有良好的效果。

(5)热压铁焦与冷压成型铁焦相比，显著特点是不使用任何粘结剂，因此热压铁焦可以降低炼焦成本，优化操作条件，减少对环境的污染。同时，本发明生产工艺流程简单，热压温度低。因此具有广阔的工业应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步的描述本发明，本发明的优点和特点会在描述中更为清楚，但这些实施例仅仅是示例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。

实施例1

本项发明在其实施过程中，以某公司所使用的铁矿粉、烟煤煤粉和无烟煤煤粉为原料，其使用的铁矿粉主要成分见表1，使用的烟煤化学成分见表2，无烟煤的化学成分见表3。铁矿粉中，粒度为小于0.15mm的占100％，小于0.075mm的占60％；烟煤煤粉中，粒度为小于0.15mm的占100％，小于0.075mm的占80％，其中该烟煤的胶质层指数为11；无烟煤煤粉中，粒度为小于0.15mm的占100％，小于0.075mm的占70％。

表1某铁矿粉主要成分

表2某烟煤煤粉的工业分析

表3某无烟煤煤粉的工业分析

热压铁焦按照质量百分数铁矿粉30％、烟煤煤粉65％、无烟煤煤粉5％的比例配料。将三种物料充分混合均匀并加热至200℃后，迅速将其热压成型，制成铁焦生球，测得铁焦生球的抗压强度为650N，平均落下强度为4.3次/个。

将铁焦生球块置于隧道窑内，在非氧化性气氛下，以干馏的方式经过升温、高温碳化、焖料冷却三个阶段，其中升温速率为3℃/min，高温碳化温度为800℃，高温碳化时间为3.5小时，取出后焖料冷却制得热压铁焦。

所获得的热压铁焦产品，其外观尺寸为35mm×31mm×22mm，冷态抗压强度为2250N/个，落下强度为9.4次/个，反应性CRI为40％，反应后强度CSR为55％，抗碎强度M₄₀为85.1％，耐磨强度M₁₀为7.2％，热转鼓指数不低于67％，铁的还原率达到81.6％。

实施例2

采用实施例1中的铁矿粉、烟煤煤粉、无烟煤煤粉为原料。

热压铁焦按照质量百分数分别为铁矿粉20％、烟煤煤粉70％、无烟煤煤粉10％的比例配料。三种物料混合均匀后，将混合物加热至250℃，再迅速将其热压成型，制得热压铁焦生球，生球的抗压强度为784N，落下强度平均为5.2次/个。

将铁焦生球块置于隧道窑内，在非氧化性气氛下，以干馏的方式经过升温、高温碳化、焖料冷却三个阶段，其中升温速率为3℃/min，高温碳化温度为900℃，高温碳化时间为4小时，取出后焖料冷却制得热压铁焦。

热压铁焦尺寸为34mm×30mm×21mm，冷态抗压强度为3460N/个，落下强度平均为12.8次/个，反应性为48％，反应后强度CSR为47％，抗碎强度M₄₀为80.4％，耐磨强度M₁₀为7.4％，铁的还原率为84.3％。

实施例3

采用实施例1中的铁矿粉、烟煤煤粉、无烟煤煤粉为原料。

热压铁焦按照质量分数分别为铁矿粉15％、烟煤煤粉75％、无烟煤煤粉10％的比例配料。三种物料混合均匀后，将混合物加热至300℃，再迅速将其热压成型，制得热压铁焦生球，生球的抗压强度为980N，落下强度平均为6.5次/个。

将铁焦生球块置于隧道窑内，在非氧化性气氛下，以干馏的方式经过升温、高温碳化、焖料冷却三个阶段，其中升温速率为3℃/min，高温碳化温度为1000℃，高温碳化时间为3小时，取出后焖料冷却制得热压铁焦。

热压铁焦尺寸为32mm×28mm×20mm，冷态抗压强度为4240N/个，落下强度平均为14.3次/个，反应性为50％，反应后强度CSR为49％，抗碎强度M₄₀为78.3％，耐磨强度M₁₀为7.5％，还原率为86.8％。

从以上实施例可以看出，由铁矿粉、烟煤煤粉、无烟煤煤粉以合适的比例混合后，经混料、加热、热压、高温碳化、焖料冷却后得到的热压铁焦其抗压强度、落下强度均满足高炉使用要求，反应性明显高于冶金焦炭，反应后强度与焦炭相当，还原率相当于金属化球团，是一种优质的炼铁原料。

Claims

1.一种炼铁用热压铁焦的制备方法，该方法以铁矿粉和煤粉为原料，经过配料、混匀、加热、热压成型、升温、隧道窑高温干馏碳化和焖料冷却步骤，其特征在于具体包括以下内容：

(1)将铁矿、烟煤、无烟煤进行破碎筛分，其中，铁矿粉全铁TFe含量不低于50％；烟煤煤粉固定碳含量不低于50％，灰分不高于10％，挥发分不超过35％，胶质层指数不低于10；无烟煤煤粉中灰分含量不高于10％；要求破碎筛分后铁矿粉、烟煤煤粉以及无烟煤煤粉粒度均不大于0.15mm；

(2)将破碎筛分后的铁矿粉、烟煤煤粉、无烟煤煤粉分别按质量分数10％～30％、60％～80％、10％～20％的比例进行配料计算，然后再用混料机将三种物料充分混匀；

(3)将混匀后物料进行加热升温，当加热至200～350℃，使用对辊热压机将其热压成型制得热压铁焦生球，其中要求对辊热压机的线压力不小于3.0t/cm，制备的铁焦生球抗压强度不小于600N，平均落下强度不小于4次/个；混料及其以后过程均未添加粘结剂；

(4)将铁焦生球通过布料装置装入隧道窑，经过升温、高温干馏碳化、冷却制得产品-热压铁焦，其中要求升温速率不大于3℃/分，高温干馏碳化温度为800～1100℃，高温干馏碳化时间为3～5h，碳化完成后装入密闭的容器中，进行焖料冷却至室温，制得热压铁焦。

2.根据权利要求1所述方法制得的炼铁用热压铁焦，其特征在于所述热压铁焦的形状尺寸为30～40mm×25～35mm×20～25mm的椭球形颗粒，热压铁焦的成分按质量百分数其挥发分V_daf含量不超过1.8％、全硫含量不超过0.4％，高温干馏碳化后所获热压铁焦的冷态抗压强度不低于3000N/个，落下强度不低于10次/个，反应性CRI为30％～50％；反应后强度CSR不低于45％，抗碎强度M₄₀不低于75％，耐磨强度M₁₀不超过8％，热转鼓指数不低于60％，铁的还原率不低于80％。