CN1043246C - 用高结晶水的铁矿石作原料制造烧结矿的方法 - Google Patents

用高结晶水的铁矿石作原料制造烧结矿的方法 Download PDF

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Abstract

在用结晶水含量为3%以上的针铁矿矿石1(铁矿石A)作为原料的一部分，制造合格率好、强度高的烧结矿时，将针铁矿矿石1相对于主原料按60%配合、加入的返矿2的量为针铁矿矿石量的四分之一，用造粒机4混合和进行模拟造粒，将这些模拟粒子与低结晶水矿石、石灰石、硅石、焦炭等配合原料3用滚筒式混合机5混合作成烧结原料。

Description

用高结晶水的铁矿石作原料制造烧结矿的方法
技术领域
本发明是关于用结晶水含量在3％以上的高结晶水铁矿石作为原料的一部分制造高炉用烧结矿的方法。
背景技术
为了稳定而且高效率进行高炉作业、需要有高质量的烧结矿，对其破碎强度(冷强度)、可还原性、耐还原粉化性等质量进行严格管理。而且为了降低烧结矿的制造成本，烧结矿成品的合格率(yield)和收率(productivity)也都是重要的管理项目。
这样的烧结矿通常用如下方法制造。首先在约小于10mm的铁矿石粉中，混入含CaO的石灰石等辅助原料、含SiO2的硅石、蛇纹岩等辅助原料以及焦炭等固体燃料，再加入适当的水分进行造粒。然后在直线式烧结机的移动托板上装入适当厚度的该造粒物，点燃表层部的固体燃料。点燃后，一边使之向下方抽入空气一边使用固体燃料燃烧，利用其燃烧热使混合原料进行烧结、形成烧结块。将该烧结块经过破碎造粒，得到大于预定粒径的烧结矿。
小于预定粒径(通常为-5mm)的烧结矿被称为返矿(returnedore)，将其返送回烧结矿的原料中。以前，作为烧结矿的铁原料主要使用赤铁矿(Fe2O3:Hematite)和磁铁矿(Fe3O4:Magnetite)等。
但是，近年来随着这些优质铁矿石产量的减少，逐渐增大了对含有多量针铁矿(Fe2O3×nH2O:Goethite)的铁矿石的使用量。由于针铁矿的特点是含有多量结晶水、在常温及加热后的气孔率高，所以如果将其作为烧结原料大量使用则含有下述问题发生，即不仅导致成品强度下降而且也使得成品的合格率和产率降低。
一般认为发生上述问题的原因如下。亦即，在烧结过程中、在CaO与Fe2O3反应生成钙铁氧体系的熔融液时，由于含有大量针铁矿的铁矿石加热后的孔率与其他铁矿石相比要高得多，反应活性升高、熔融液中的Fe2O3浓度升高。由此液相温度变高、气孔重排必要的时间变短。结果妨碍了气孔的重排、造成1-5mm左右的粗大气孔的比例增加、导致烧结矿的强度降低、成品合格率下降。
如上所述含有高结晶水的铁矿石、例如含大量针铁矿的铁矿石作为烧结原料使用，会带来许多问题。因此、为了大量使用这些铁矿石的各种技术方案被提出了。
例如，在日本专利公开公报47927/1991中揭示了通过在这些铁矿石周围掺合含有规定比例的MgO-SiO2辅助原料，防止在钙铁氧体系熔融液中熔化大量Fe2O3的方法。该方法中，作为烧结原料在大量使用含多量针铁矿的铁矿石时，必须相当多地掺合含有MgO-SiO2的辅助原料，由此导致制造成本升高。另外，在该方法中为了对含有MgO-SiO2辅助原料进行完全覆盖，需要添加固体燃料、因而增大了热量的消耗，由此使制造成本进一步提高。而且，由于含有MgO-SiO2的辅助原料与含高结晶水的铁矿石间的比例被指定了，因此，如果含高结晶水的铁矿石的配合率(compounding ratio)超过30％，则需要掺入大量MgO-SiO2，由此导致高炉中炉渣的比例上升。
另外，在日本专利公开公报10027/1991中揭示了通过将含多量针铁矿的铁矿石在温度1200℃以上加热一定时间、使铁矿石致密化、使气孔率降低、防止多量Fe2O3在钙铁氧体系中多量熔融的方法。由于在该方法中，必须将原料预先在高温进行加热处理，所以增大了热量的消耗、使得制造成本提高。
本发明着眼于上述存在的问题，其目的是对于多量使用含高结晶水的铁矿石，例如针铁矿等作为烧结矿原料的情况，使之不产生上述所说的增大热量消耗、产率下降、辅助原料大幅度增加等问题，从而提供一种具有良好合格率的烧结矿生产方法。
本发明的公开
本发明是用高结晶水铁矿石作为原料制造烧结矿的方法，为了解决上述问题其特征是在用高结晶水的铁矿石作为原料的一部分制造烧结矿时，将高结晶水铁矿石与返矿混合、造粒之后、再与其它待烧结原料配合。
更具体地说，本发明是将高结晶水铁矿石作原料制造烧结矿的方法，其特征在于将结晶水含量为3％以上的高结晶水铁矿石和5mm以下的返矿，按照返矿与高结晶水铁矿石之比为1∶5或更高的比例混合、造粒后，再与其它待烧结原料混合。其中，作为上述返矿、最好使用CaO含量为8-15重量％的返矿，而且上述返矿的粒度最好要尽可能小、例如1mm以下是适宜的。
附图的简要说明
图1是烧结原料制造方法的示意说明图。
图2是表示以针铁矿做主要成分的铁矿石A的配合率与烧结矿合格率的关系图。
图3是表示改变铁矿石A的配合率时烧结块的气孔径分布图。
图4是表示铁矿石A的配合率与熔融液的移动距离的关系图。
图5是表示熔融液的移动距离与气孔径分布指数的关系图。
图6是CaO-Fe2O3系的相(转变)图。
图7是熔融深度的实验方法说明图。
图8是表示铁矿石的气孔率与熔融深度的关系图。
图9是熔融深度的实验方法说明图。
图10是表示压片中的CaO浓度与熔融深度的关系图。
图11是熔融深度的实验方法说明图。
图12是表示返矿的覆盖对铁矿石熔融深度的影响图。
图13是实施例2中的返矿覆盖的实验方法的流程图。
图14是表示实施例2的实验结果图。
实施发明的最佳方式
下面，追随着实验过程对本发明的构成和作用(效果)进行说明。
首先，发明人对于当针铁矿作主体的高结晶水铁矿石(以下简称为铁矿石A)的配合率逐渐增加时烧结矿合格率的变化进行了研究，结果如图2所示。图2表明当多量使用铁矿石A时，烧结矿的合格率会大幅度地下降。
图3表示对铁矿石A配合率为0％和40％时的烧结块的气孔径分布的研究结果。该图是在横轴上用气孔径D(mm)的对数表示，在纵轴上用测定的气孔径以上的频度比率R(％)的对数表示所作出的图。图3表明随着铁矿石A的配合率的增加，1mm-5mm的粗大气孔的比例增大。
烧结矿的合格率与烧结块的强度有相当大的关系，烧结矿的合格率可通过式(1)-式(4)从与烧结块的强度推定出来。
Y=K·σsn                     …(1)
σs=σo·exp(-c·P)         …(2)
σo=S·mT·exp(-U·Q)       …(3)
c=h1·β+h2                 …(4)式中：Y为烧结矿的合格率(％)
  σs为烧结块的抗拉强度(MPa)
  σo为烧结块的基质强度(Mpa)
  P为烧结块的气孔率(-)
  m为烧结块中的钙铁氧体含量
  Q为烧结块中的钙硅酸盐含量
  β为气孔径分布指数(图3中曲线图的斜率)
  K、n、S、T、U、h1、h2为常数
气孔径分布指数(β)是图3图形的斜率、是各烧结块的固有值。用它可根据上述式(4)求出上述式(2)中的C。
基于使铁矿石A的配合率从0％向40％增加时的矿物组成、气孔率、气孔径分布指数的测定值和用上述式(1)-(4)按照因子的不同计算出的合格率的变化的结果，可推定出合格率的下降中约80％是起因于气孔径分布指数的降低。由此，可以认为因铁矿石A使合格率的下降起因于由气孔径分布表示的气孔结构的变化。另外，认为伴随铁矿石A的增加所引起的气孔结构的变化与支配气孔结合的熔融液的流动性有密切关系。因此，测定了作为表示熔融液性质的指数的熔融液的移动距离，并研究了铁矿石A对熔融液流动性的影响。
图4是用SrO作为示踪物，投入热量在一定条件下，测定熔融液的移动距离所得到的结果。由图4表明伴随着铁矿石A的增加、熔融液的移动距离减少。
图5表示熔融液的移动距离与气孔径分布指数的关系。随着熔融液移动距离的减少，气孔径分布指数下降。这被认为是起因于熔融液的流动性降低而使气孔的结合受到妨碍。
另外，表1表示了当铁矿石A的配合率从0％向40％增加时的钙铁氧体系熔融液的组成。表1表明随着铁矿石A的配合率增加、钙铁氧体系熔融液中的Fe2O3浓度升高。
由此可认为，伴随铁矿石A配合率的增加，而熔融液的移动距离减少，从图6所示的CaO-Fe2O3系的相转变图中可知，是由于随着Fe2O3浓度的增加液相温度升高，熔融液的移动时间减少而造成的。
根据这些结果可认为，伴随铁矿石A的增加烧结矿合格率的下降，是起因于熔融液中Fe2O3浓度的上升。因此可认为，熔融液组成与铁矿石和生石灰的反应活性有密切关系，进行了图7所示的实验。
如图7(a)所示，将在16mm×16mm×高度10mm的铁矿石11上放置的8mmΦ×8mm高度8mm的石灰石12的样品、在1300℃温度分别保持2、4、6分钟之后、用水冷却。冷却后、切开样品的中心部分，如图7(b)所示，石灰石12侵入了铁矿石11中。切断面经过研磨、用10倍的投影机对断面摄影，求出如图7(b)所示的熔化深度14。
图8示出了铁矿石11的气孔率给予上述熔融深度14的影响。曲线21、22、23分别表示出铁矿石的气孔率为11.0％、22.8％、32.4％的情况。如图8所示，随着铁矿石的气孔率的升高、熔融深度增加，这表明铁矿石的气孔率对于铁矿石的反应速度的影响是很大的。
如图9所示，在前面图7放置在生石灰12的地方，放置如表2所示的CaO浓度分别为100.0％、62.0％、42.0％、22.0％的压片15，进行与图7同样的实验。
图10示出了压片15中的CaO浓度对于上述熔融深度14给予的影响。图10中铁矿石11的气孔率(11.0％)和保持时间(4分)都是恒定的。从图10可清楚地表明随着压片15中CaO浓度的下降、熔融深度减小。
而且，由于在铁矿石和生石灰的反应表面存在有CaO的浓度梯度，所以可认为铁矿石与生石灰的反应是受控扩散，如果根据Fick法则反算扩散系数，则从本实验算出的扩散系数与以前报导的数据相比较要大103-104。这可被认为是由于生成的熔融液向铁矿石中的气孔和龟裂纹的浸透，不是通常的体积扩散、而是受表面扩散支配的。
由此可认为随着铁矿石A的配合率增加，钙铁氧体熔融液中的Fe2O3浓度升高。
这可认为是由于在烧结层内CaO相对于Fe2O3是不足的，在烧结过程中CaO与Fe2O3反应生成钙铁氧体系的熔融液时、铁矿石A加热后的气孔率与其他铁矿石相比是非常高的(2-3倍)、表面扩散被助长、熔融深度增加、Fe2O3的反应量增大。因此，在多量地掺合铁矿石A时，抑制熔融过剩生成反应被认为是重要的。
另外，用前述图7所示的方法测定熔融深度，其不同之处如图11所示，在生石灰12与铁矿石11之间夹入表3所示组成的返矿13形成层状结构进行实验。在图12中曲线24表示图7(a)所示的实验结果，曲线25表示将返矿13作成层状结构的图11所示的实验结果。图12表明通过在生石灰12与铁矿石11之间放入返矿13作成层状结构能够抑制熔融深度。这可认为铁矿石与石灰石的熔融反应是起因于在反应层内的CaO的浓度梯度形成的驱动力。也就是暗示了：通过预先把比石灰石中CaO浓度更低的返矿覆盖在铁矿石上面，能够抑制铁矿石的熔融反应。
本发明是基于这些实验结果进一步研究而完成的。通过用CaO浓度低已经与Fe2O3反应过的返矿把铁矿石A的周围覆盖、抑制铁矿石A与生石灰的快速反应、使钙铁氧体系的熔融液中的Fe2O3浓度减少，使气孔重排所需要的时间增加、在不使固体燃料的配合量增大的情况下提高了烧结矿的合格率、成功地完成了本发明。
覆盖铁矿石A的返矿的粒度需要是细小的、应在5mm以下。这是因为细小的粒度容易附着在铁矿石A的周围，所希望的粒度是1mm的下。与铁矿石A混合的返矿的量，相对于铁矿石A的1重量份数来说，应是0.2重量份数以上、1重量份数以下。如果小于0.2重量份数、返矿就不能充分地将铁矿石A的表面覆盖，如超过1重量份数即使混合，效果也已饱和、而且从量的平衡考虑也是不适宜的。
还有，作为上述的返矿，最好使用CaO含量的8-15重量％的返矿，这是因为如果CaO含量小于8重量％，则CaO的量太少、不能令人满意的阻碍熔融反应，如果CaO含量大于15重量％，则抑制熔融反应的效果减小、也就失去了添加返矿的价值。
下面，用实施例具体说明本发明。以下将含铁成分作主体的原料称作主原料，将加入的石灰石、硅石称作新原料，将加入的返矿、焦炭称作配合原料。
实施例1
实验中使用的铁矿石A的化学组成在表4中给出。该铁矿石A是澳大利亚产的铁矿石、其算术平均粒径为3.1mm、其结晶水含量为8.9％。将该铁矿石A按照图1所示的流程进行配合。在图1中，1表示铁矿石A、2表示返矿、3表示其他剩余的烧结原料、4表示盘形回转造粒机、5表示滚筒式混合机。
相对于主原料、铁矿石A(铁矿石1)按60％配合(掺入)、返矿2按铁矿石A的1/4加入、用盘形回转造粒机4与铁矿石A进行混合，模拟造粒。在滚筒式混合机5中将这些模拟粒子与剩余的配合原料3(含低结晶水铁矿石、石灰石、硅石、焦炭)混合、以提供烧结的原料。
将其装入直径为300mm、高为400mm的烧结试验罐中，以1.2Nm3/min用量边吸取空气边进行焙烧，将得到的烧结块从2米的高度处落下一次、以这时的10mm以上的重量比例、计算出合格率。其结果在图2中示出。但是图2中，烧结原料中的CaO含量(9.5重量％)、SiO含量(5.0重量％)、焦炭配合量(3.5重量％)全都是恒定的。如图2所示铁矿石A按60％配合时、用过去的方法得到的合格率为66.3％，而在本实施例中的烧结矿合掺率69.5％。
如从图2所表明的那样，通过在铁矿石A的周围添加返矿，在不增加制造成本的情况下，可以制造出合格率好质量高的烧结矿。
实施例2
实验中使用的铁矿石A和返矿的化学组成在表5中给出。该铁矿石A是澳大利亚产的铁矿石、其算术平均径为3.0mm、其结晶水含量为8.4％。该铁矿石A按照图B的流程图进行掺合。在图13中，1表示铁矿石A、2表示返矿、3表示其他剩余的烧结原料、5表示滚筒式混合机、6表示铁矿石A和返矿的备用造粒品。
相对于主原料，铁矿石A(铁矿石1)按50％配入、返矿按铁矿石A的1/4加入，用滚筒式混合机5同铁矿石A混合、造粒。该铁矿石A和返矿的备用造粒品6-旦输送到原料工厂后就由烧结工厂接受、与剩余的烧结原料3混合、造粒以提供烧结的原料。
实验使用实机烧结机进行，将其产率、合格率、RI与以前的方法相比较，结果在图14中给出。通过将铁矿石用返矿进行预造粒可使产率提高0.06(t/h·m2)、合格率提高1.7％、JIS-RI提高2.2％。表1
    熔融液的组成
铁矿石A的配合率     CaO     Fe2O
    0％     16.1     83.9
    40％     14.9     85.1
表2
样品号                    熔融液的组成
    CaO     Fe2O3     SiO2     Al2O3
    1     100.0     0.0     0.0     0.0
    2     62.0     31.7     4.4     1.9
    3     42.0     48.3     6.7     3.0
    4     22.0     65.0     9.0     4.0
表3
    T.Fe     FeO     Al2O3     SiO2     CaO
    返矿     53.4     3.2     1.9     5.6     11.4
表4
    T.Fe     C.W.     Al2O3     SiO
铁矿石A     58.6     8.9     1.2     5.01
  返矿     55.4     0.0     1.2     5.54
表5
    T.Fe     C.W.     Al2O3     SiO
铁矿石A     57.4     8.4     2.51     5.03
  返矿     55.4     0.0     1.55     5.54
产业上的可利用性
本发明在用高结晶水的铁矿石作为原料的一部分制造烧结矿时，可防止烧结块强度下降又可防止合格率和产率的降低。因此可达到有助于铁矿石资源有效利用的效果。

Claims (4)

1．以高结晶水铁矿石作原料制造烧结矿的方法，其特征在于，当用高结晶水铁矿石作为原料中的一部分制造烧结矿时，将该高结晶水铁矿石与返矿混合、造粒之后，再同其他待烧结原料配合。
2．按照权利要求1所述的以高结晶水铁矿石作原料制造烧结矿的方法，其特征在于，将结晶水含量为3％以上的高结晶水铁矿石和5mm以下的返矿，按照返矿与高结晶水铁矿石之比为1∶5或以上的比例混合、造粒后，再与其他待烧结原料配合。
3．按照权利要求2所述的以高结晶水铁矿石作原料制造烧结矿的方法，其特征是其中的返矿的CaO含量为8-15重量％。
4．按照权利要求2所述的以高结晶水铁矿石作为原料制造结矿的方法，其特征是其中的返矿粒度为1mm以下。
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