CN104278146A - 一种用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法，既可以解决转炉渣的废物回收再利用问题，又可以制造出一种低成本的烧结助熔剂，并且减少转炉渣废弃对环境的破坏。本发明使转炉渣与空气中的氧气在800~1100℃的高温下进行充分的反应，所得烧结助熔剂产品中的主要成分SFCA（复合铁酸钙）可以降低助熔剂的熔点，有利于烧结过程中液相的生成，从而减少了能源的消耗，为高炉效率的提高提供了条件，尽可能的利用转炉渣的最大价值，实现了冶金废渣的回收再利用，有助于企业节能减排。本发明用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法，为降低炼铁、炼钢生产成本和节能减排提供产品和技术支持。

Description

一种用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法
技术领域
本发明涉及冶金工程技术领域，尤其涉及一种用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法。 
背景技术
目前，在炼钢和炼铁的生产中，通常要用大量的铁矿石进行烧结生产。铁矿石烧结中所用的烧结助熔剂用以降低物料烧结温度，达到节能的效果。通常企业生产所用的烧结助熔剂多为生石灰、白云石、轻烧粉等，虽然能够起到较好的助熔作用。但是长期的冶炼生产需要购买大量的助熔剂，而常用烧结助熔剂的市售价格并不便宜，例如，白云石的价格通常为200~400元/吨，生石灰、轻烧粉的价格通常为300~600元/吨，所以烧结助熔剂等辅料也称为冶金企业生产的一项重要的成本支出。另一方面，常用烧结助熔剂的加入，也使得烧结、炼钢的渣系相应增加，加重了企业的排渣负担。 
因此，如何进一步的降低炼钢、炼铁生产的综合成本，如何更好地推进节能减排，一直以来都是炼钢、炼铁企业的重要研究课题。 
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法，用以生产成本价格更加低廉、助熔效果更好的烧结助熔剂，从而为降低炼钢、炼铁生产成本和节能减排提供产品和技术支持。 
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案： 
一种用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法，采用炼钢生产的转炉渣作为原料，通过氧化焙烧制得烧结助熔剂；具体包括如下步骤：
A）将转炉渣在120℃下进行干燥后，粉碎处理为粉末，要求粉末中粒度在-100目的颗粒占粉末总重量的85%以上；
B）将前一步骤所得的转炉渣粉末在空气中于800~1100℃温度下进行氧化焙烧，并在焙烧温度下恒温1~2小时；
C）待焙烧后所得产物自然冷却至室温，即得到烧结助熔剂产品。
上述用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法中，作为优选方案，作为原料的转炉渣要求具有如下比例的组分：CaO的质量百分比占40~53%，SiO2的质量百分比占9~20%，TFe的质量百分比占10~20%，Al2O3的质量百分比占2~7%。 
上述用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法中，具体而言，所得助熔剂产品包含的物相包括：Ca2(Fe,Al,Mg,Si)O5、Ca3(Al,Fe)(SiO4)3、(Ca,Fe)(Al,Fe)(SiO4)3和Ca5Si2(Fe,Al)18O36。 
上述用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法中，作为优选方案，所述步骤2中，对转炉渣粉末进行氧化焙烧的过程中，还对转炉渣粉末加以搅拌，以增加转炉渣粉末与空气的接触。 
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果： 
1、本发明用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法，对转炉渣进行了有效利用，并且转炉渣高温焙烧后所得的烧结助熔剂产品中主要成分为复合铁酸钙，是烧结过程中的主要粘结相，可以大幅改善烧结矿的还原性及强度。
2、在烧结料中配入一定比例的本发明方法制备所得的烧结助熔剂，有利于烧结过程中液相的生成，改善烧结矿强度，提高烧结矿成品率，降低市购助熔剂产品（例如生石灰、白云石等）及固体燃料的消耗，并且改善高炉的流动性，增加铁的还原产量，有助于降低炼铁、炼钢生产成本。 
3、由于炼钢生产的转炉渣所含成分与铁矿石相近，因此以转炉渣焙烧生产的烧结助熔剂不会增加烧结、炼钢的渣系，避免了多种渣系的产生而增加企业的排渣负担。 
4、本发明的烧结助熔剂制备方法，为降低炼铁、炼钢生产成本和节能减排提供了很好的产品和技术支持。 
附图说明
图1为本发明用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法的流程图。 
图2为本发明实施例1中所用转炉渣的的物相XRD图谱。 
图3为本发明实施例1中所得烧结助熔剂产品的物相XRD图谱。 
图4为本发明实施例2中所得烧结助熔剂产品的物相XRD图谱。 
图5为本发明实施例3中所得烧结助熔剂产品的物相XRD图谱。 
图6为本发明实施例4中所得烧结助熔剂产品的物相XRD图谱。 
具体实施方式
针对于现有技术中铁矿石烧结助熔剂成本较高、容易增加渣系的问题，本发明提出了一种用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法，为铁矿石烧结助熔剂的生产和使用提供一种新的选择。本发明用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法中，采用了炼钢生产的转炉渣作为原料，通过氧化焙烧制得烧结助熔剂。 
本发明用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法的流程如图1所示，具体包括如下步骤： 
A）将转炉渣在120℃下进行干燥后，粉碎处理为粉末，要求粉末中粒度在-100目的颗粒占粉末总重量的85%以上。
要求粉末中粒度在-100目的颗粒占粉末总重量的85%以上，是为了确保在后续的氧化焙烧过程中，转炉渣粉末能够更加充分地与氧气发生反应。 
B）将前一步骤所得的转炉渣粉末在空气中于800~1100℃温度下进行氧化焙烧，并在焙烧温度下恒温1~2小时。 
在对转炉渣进行氧化焙烧的过程中，温度为200~420℃时发生反应（1），即Mg(OH)2的脱水反应，580~690℃发生反应（2）（3），即Ca(OH)2的脱水反应和CaCO3的分解反应，升温至800~1100℃的过程中发生反应（4）~（8），此部分为转炉渣焙烧过程中的铁及其氧化物的高温氧化过程。经过这些反应过程后，转炉渣的氧化焙烧产物中所含的主要物相为 、和，如下述反应式所示： 
                                         （1）
                                         （2）
                                           （3）
                                            （4）
                                        （5）
                                         （6）
                                        （7）
                                          （8）
此后，在焙烧温度下恒温1~2小时的过程中，上述反应生成的、和等物相再与氧化焙烧产物中的Mg2+、Al3+等粒子发生物相组合和离子替换，得到包含Ca2(Fe,Al,Mg,Si)O5、Ca3(Al,Fe)(SiO4)3、(Ca,Fe)(Al,Fe)(SiO4)3、Ca5Si2(Fe,Al)18O36等主要物相的复合铁酸钙，这些物相组成都可以视为是复合铁酸钙的不同形式。而复合铁酸钙（SFCA）则是最终所得烧结助熔剂产品的主要成分。
同时，该步骤在对转炉渣粉末进行氧化焙烧的过程中，最好还可以对转炉渣粉末加以搅拌，以增加转炉渣粉末与空气的接触，使得上述反应进行更加顺利和充分。 
C）待焙烧后所得产物自然冷却至室温，即得到烧结助熔剂产品。 
由此得到的烧结助熔剂产品，便可以直接配入到铁矿石烧结料中加以均匀混合，用以作为铁矿石烧结的助熔剂使用。 
可以看到，本发明用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法，对转炉渣进行了有效利用，并且转炉渣高温焙烧后所得的烧结助熔剂产品中主要成分为复合铁酸钙，是烧结过程中的主要粘结相，可以大幅改善烧结矿的还原性及强度。转炉渣是冶金过程中炼钢、炼铁环节产生的一种副产品，每生产1吨粗钢，大约产生100~150kg的转炉渣。在现有技术中，转炉渣常被用于作为路基材料或建筑材料使用。但转炉渣中含有游离氧化钙（f-CaO）遇水会发生水解引起体积膨胀，过多的使用会对路基或建筑带来负面影响，因此现有技术对转炉渣的利用方式并不是最佳的选择。而转炉渣中含有硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸钙等低熔点物质，本发明正是利用转炉渣的成分特点，通过对其氧化焙烧，制备出富含复合铁酸钙的烧结助熔剂。复合铁酸钙加入铁矿石烧结中，可以降低烧结温度、提高烧结矿强度改善烧结矿的还原性能，并且在加入高炉后可以实现低的焦比及高炉顺行，可以作为铁矿石烧结的烧结助熔剂，达到提高产量和节约能源的目的。由于复合铁酸钙中含有大量Fe2O3，在高碱度烧结矿中，复合铁酸钙不仅是良好的粘结相，同时也是与赤铁矿和磁铁矿同等重要的铁矿物，而且其还原性极好。高碱度烧结矿中的SiO2、Al2O3大量进入复合铁酸钙中，使含铁硅酸盐液相渣大为减少，这也是高碱度烧结矿强度和还原性好的原因。在烧结料中配入一定比例的本发明方法制备所得的烧结助熔剂，有利于烧结过程中液相的生成，改善烧结矿强度，提高烧结矿成品率，降低市购助熔剂产品（例如生石灰、白云石等）及固体燃料的消耗，并且改善高炉的流动性，增加铁的还原产量，有助于降低炼铁、炼钢生产成本。因此，本发明用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法，既将转炉渣进行了利用，减少了环境污染问题，又低成本产生了烧结助熔剂，能够帮助降低烧结生产成本，因此能够帮助提高钢铁冶炼企业的生产效益。不仅如此，由于炼钢生产的转炉渣所含成分与铁矿石相近，因此以转炉渣焙烧生产的烧结助熔剂不会增加烧结、炼钢的渣系，避免了多种渣系的产生而增加企业的排渣负担。可见，本发明的烧结助熔剂制备方法，为降低炼铁、炼钢生产成本和节能减排提供了很好的产品和技术支持。 
本发明的烧结助熔剂制备方法，如果要得到具有较好质量的烧结助熔剂产品，作为原料的转炉渣成分比例最好能够达到一定的要求。其中，CaO的质量百分比最好能够达到40~53%，SiO2的质量百分比最好能够达到9~20%，TFe的质量百分比最好能够达到10~20%，Al2O3的质量百分比最好能够达到2~7%。采用这样的转炉渣作为原料，既有助于减少渣料，也有利于降低生产能耗。 
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。 
实施例1：
本实施例所采用的炼钢生产的转炉渣，其主要成分构成如表1所示，其中CaO的质量百分比占40.21%，SiO2的质量百分比占14.69%，TFe的质量百分比占18.44%，Al2O3的质量百分比占2.40%。该转炉渣的XRD图谱（X射线衍射图谱）如图2所示，其中θ是指布拉格衍射角。
采用该转炉渣作为原料，通过本发明的制备方法，氧化焙烧制备烧结助熔剂，具体流程为： 
将转炉渣在120℃下进行干燥后碎处理为粉末，粉末中粒度在-100目的颗粒占粉末总重量的85%以上；然后，将转炉渣粉末在空气中于800℃温度下进行氧化焙烧，并在该焙烧温度下恒温1~2小时；待焙烧后所得产物自然冷却至室温，即得到烧结助熔剂产品。
由此得到的烧结助熔剂产品，其物相组成如图3所示，熔点为1320℃。 
实施例2：
本实施例采用表1所示的转炉渣，其主要成分构成中，CaO的质量百分比占40.21%，SiO2的质量百分比占14.69%，TFe的质量百分比占18.44%，Al2O3的质量百分比占2.40%。采用该转炉渣作为原料，通过本发明的制备方法，氧化焙烧制备烧结助熔剂，具体流程为：
将转炉渣在120℃下进行干燥后碎处理为粉末，粉末中粒度在-100目的颗粒占粉末总重量的85%以上；然后，将转炉渣粉末在空气中于900℃温度下进行氧化焙烧，并在该焙烧温度下恒温1~2小时；待焙烧后所得产物自然冷却至室温，即得到烧结助熔剂产品。
由此得到的烧结助熔剂产品，其物相组成如图4所示，熔点为1311℃。 
实施例3：
本实施例采用表1所示的转炉渣，其主要成分构成中，CaO的质量百分比占40.21%，SiO2的质量百分比占14.69%，TFe的质量百分比占18.44%，Al2O3的质量百分比占2.40%。采用该转炉渣作为原料，通过本发明的制备方法，氧化焙烧制备烧结助熔剂，具体流程为：
将转炉渣在120℃下进行干燥后碎处理为粉末，粉末中粒度在-100目的颗粒占粉末总重量的85%以上；然后，将转炉渣粉末在空气中于1000℃温度下进行氧化焙烧，并在该焙烧温度下恒温1~2小时；待焙烧后所得产物自然冷却至室温，即得到烧结助熔剂产品。
由此得到的烧结助熔剂产品，其物相组成如图5所示，熔点为1304℃。 
实施例4：
本实施例所采用的转炉渣，其主要成分构成中，CaO的质量百分比占46.43%，SiO2的质量百分比占9.72%，TFe的质量百分比占17.59%，Al2O3的质量百分比占2.9%。采用该转炉渣作为原料，通过本发明的制备方法，氧化焙烧制备烧结助熔剂，具体流程为：
将转炉渣在120℃下进行干燥后碎处理为粉末，粉末中粒度在-100目的颗粒占粉末总重量的85%以上；然后，将转炉渣粉末在空气中于1000℃温度下进行氧化焙烧，并在该焙烧温度下恒温1~2小时；待焙烧后所得产物自然冷却至室温，即得到烧结助熔剂产品。
由此得到的烧结助熔剂产品，其物相组成如图6所示，熔点为1313℃。 
下面将上述各个实施例所用的转炉渣原料及其各自焙烧制备所得的烧结助熔剂产品的熔点温度进行对比，其对比情况如表2所示；其中实施例1、2、3所使用的转炉渣原料相同。 
通过上述对比可以看到，相比于转炉渣原料而言，上述各个实施例焙烧后所得的烧结助熔剂产品都具有更低熔点温度，因此采用本发明方法焙烧后制得的产物作为铁矿石的烧结助熔剂将更容易产生液相，具有更好的助熔效果；同时，由于焙烧后所得的烧结助熔剂产品中主要成分为复合铁酸钙，是烧结过程中的主要粘结相，可以大幅改善烧结矿的还原性及强度，提高烧结矿成品率，降低市购助熔剂产品（例如生石灰、白云石等）及固体燃料的消耗，并且改善高炉的流动性，增加铁的还原产量，有助于降低炼铁、炼钢生产成本。 
综上所述，本发明提出了一种用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法，既可以解决转炉渣的废物回收再利用问题，又可以制造出一种低成本的烧结助熔剂，并且减少转炉渣废弃对环境的破坏。本发明使转炉渣与空气中的氧气在800~1100℃的高温下进行充分的反应，所得烧结助熔剂产品中的主要成分SFCA（复合铁酸钙）可以降低助熔剂的熔点，有利于烧结过程中液相的生成，从而减少了能源的消耗，为高炉效率的提高提供了条件，尽可能的利用转炉渣的最大价值，实现了冶金废渣的回收再利用，有助于企业节能减排。 
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (4)

1.一种用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法，其特征在于，采用炼钢生产的转炉渣作为原料，通过氧化焙烧制得烧结助熔剂；具体包括如下步骤：
A）将转炉渣在120℃下进行干燥后，粉碎处理为粉末，要求粉末中粒度在-100目的颗粒占粉末总重量的85%以上；
B）将前一步骤所得的转炉渣粉末在空气中于800~1100℃温度下进行氧化焙烧，并在焙烧温度下恒温1~2小时；
C）待焙烧后所得产物自然冷却至室温，即得到烧结助熔剂产品。
2.根据权利要求1所述用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法，其特征在于，作为原料的转炉渣要求具有如下比例的组分：CaO的质量百分比占40~53%，SiO2的质量百分比占9~20%，TFe的质量百分比占10~20%，Al2O3的质量百分比占2~7%。
3.根据权利要求1所述用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法，其特征在于，所得助熔剂产品包含的物相包括：Ca2(Fe,Al,Mg,Si)O5、Ca3(Al,Fe)(SiO4)3、(Ca,Fe)(Al,Fe)(SiO4)3和Ca5Si2(Fe,Al)18O36。
4.根据权利要求1所述用于铁矿石烧结的烧结助熔剂制备方法，其特征在于，所述步骤2中，对转炉渣粉末进行氧化焙烧的过程中，还对转炉渣粉末加以搅拌，以增加转炉渣粉末与空气的接触。
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