CN104805280A - 一种煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺，属于铁精矿直接还原工艺领域。该工艺包括以下步骤，(1)配料：首先将赤铁精矿里的水份干燥再进行机械活化；将无烟煤粉磨细；将赤铁精矿、无烟煤粉、消石灰和粘结剂进行配料、混合；(2)造球或压球：将步骤(1)中混合好的原料进行造球或压球，得到球团或团块；(3)外裹混合物：将步骤(2)中产生的球团或团块外裹一层由无烟煤粉、消石灰和聚丙烯酰胺粉末组成的混合物；(4)干燥及还原：将步骤(3)中外裹混合物的球团或团块进行干燥，然后放入转底炉中焙烧；该工艺生产的金属化炉料可以直接满足电炉生产的要求，用于部分替代电炉用废钢。

Description

一种煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺

技术领域

本发明涉及铁精矿直接还原工艺领域，更具体地说，涉及一种煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺。

背景技术

我国电炉炉料主要以铁水和废钢为主。铁水含碳较高，电炉如果全部采用铁水冶炼会存在脱碳时间长、效率低的缺点，故铁水使用比例受到限制，一般不超过50％。我国是一个废钢比较缺乏的国家，且废钢的品质也不稳定，如有些废钢含有Cu、Sn等有害元素，在电炉冶炼过程中很难脱除，对炼钢品质有影响。又因废钢的短缺，我国废钢的价格也偏高，对电炉炼钢成本的降低带来了不利影响。因此，生产能替代电炉用废钢的金属炉料在我国有较大的需求。

目前替代电炉废钢应用最广泛的金属炉料是直接还原铁(DRI)，DRI是一种优质的电炉炉料，有害元素低、品位高。但长期以来，我国的直接还原铁产业发展缓慢，主要是受我国天然气供应短缺的影响，而世界上90％以上的直接还原铁是以天然气作为还原剂原料的气基法生产的。我国天然气供应短缺，发展气基法生产直接还原铁不具备条件，但我国煤炭资源却相对丰富，因此开发煤基法生产金属炉料是更符合我国国情的发展方向。

现有煤基法生产金属炉料的过程中，“将制造好的生球团矿在混合机中再外滚燃料(煤粉或焦粉)和熔剂”(见中国专利CN 99108042.4的权利要求书第一段第七行)，专利CN99108042.4中公布的外滚熔剂仅为生石灰和消石灰。申请人经过大量实验总结发现，专利CN99108042.4提供的“将制造好的生球团矿在混合机中再外滚燃料(煤粉或焦粉)和熔剂”的方法，其外滚燃料的亲水性、粘结性往往不足，且外滚燃料和熔剂后的生球团矿往往容易粘结在炉底或相互粘结。因此，现有的在生球团矿外裹混合物的方法严重限制了煤基法生产金属炉料的生产效率。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷和不足，提供一种煤基法生产高品质金属炉料的工艺，生产的金属化炉料可以直接满足电炉生产的要求，用于部分替代电炉用废钢。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺，包括以下步骤：

(1)配料：首先将赤铁精矿里的水份干燥至5％～8％后再进行机械活化；然后将无烟煤粉磨细，无烟煤粉的粒度控制在-200目～-400目之间；最后将赤铁精矿、无烟煤粉、消石灰和粘结剂进行配料、混合；

(2)造球或压球：将步骤(1)中混合好的原料进行造球或压球，得到直径为8～25mm球团或团块；

(3)外裹混合物：将步骤(2)中产生的球团或团块外裹一层由无烟煤粉、消石灰和聚丙烯酰胺粉末组成的混合物；

(4)干燥及还原：将步骤(3)中外裹混合物的球团或团块进行干燥，干燥温度在100～350℃，然后放入转底炉中焙烧；

其中：步骤(1)中的粘结剂为聚丙烯酰胺粉末及玉米淀粉的混合物；

步骤(1)和步骤(3)中的无烟煤粉均采用表面活性剂润湿。

作为本发明的进一步改进，所述表面活性剂为聚醚改性硅油溶液，该溶液中聚醚改性硅油的浓度为0.1～1.0g/L。

作为本发明的进一步改进，步骤(3)的外裹混合物中消石灰占混合物的质量百分含量不超过15％，聚丙烯酰胺粉末占混合物的质量百分含量不超过5％。

作为本发明的进一步改进，步骤(1)中赤铁精矿要求TFe≥66％，SiO₂≤2.5％，有害元素S、P含量小于0.01％，粒度-200目占85％以上。

作为本发明的进一步改进，步骤(1)和步骤(3)中的无烟煤粉均要求C_固≥82.5％，S≤0.35％，灰分≤10％。

作为本发明的进一步改进，步骤(1)中混合好的原料其C/O比为0.7～1.2。

作为本发明的进一步改进，步骤(4)中转底炉的焙烧温度为1200～1350℃，焙烧时间为10～40min。

作为本发明的进一步改进，步骤(1)中添加0～20％比例的磁铁精矿替代相应比例的赤铁精矿。

作为本发明的进一步改进，步骤(4)中还原得到的金属化炉料的冷态抗压强度在1500N/P以上，TFe≥80％，金属化率≥80％，S≤0.10％，SiO₂≤4.0％，C≤0.5％。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺，在含碳球团或团块外裹一层“细粒级无烟煤粉、消石灰及聚丙烯酰胺粉末的混合物”，作用之一在于保护金属炉料在炉内还原过程中不被二次氧化，提高炉料金属化率；作用之二在于防止金属炉料粘结炉底或相互粘结；外裹混合物过程中，添加消石灰和聚丙烯酰胺粉末，有利于提高无烟煤粉的粘结性，同时起到紧固无烟煤粉在球团或团块外表面的作用。

(2)本发明的煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺，配料和外裹混合物步骤中均使用浓度为0.1～1.0g/L的聚醚改性硅油溶液作为表面活性剂对无烟煤粉进行润湿，极大的提高了无烟煤粉的亲水性和成球性。

(3)本发明的煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺，采用高品位的赤铁精矿作为生产金属炉料的含铁原料，并采用“高压辊磨机机械活化+添加消石灰化学活化”的方法，改善了赤铁精矿的成球性能。(国内现有技术中生产金属炉料的含铁原料主要是磁铁精矿，一是由于磁铁精矿成球性好，赤铁精矿成球性差；二是由于磁铁精矿在国内产量大，易得，高品位赤铁精矿主要在国外。但磁铁精矿存在含硅、硫等有害元素高的缺点，有些磁铁精矿还含有Cu、Ti等重金属元素，得到的产品虽然对在高炉使用影响不大，但对在电炉使用影响非常大。本发明采用高品位的赤铁精矿为原料，主要优点在于赤铁精矿品位高，含硅、硫等有害元素低，且基本不含重金属元素，同时赤铁精矿还原性还优于磁铁精矿。对于赤铁精矿成球性差的缺点，本发明采用“高压辊磨机机械活化+添加消石灰化学活化”的方法极大地改善了赤铁精矿的成球性能。)

(4)采用本发明的煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺生产的金属化炉料，产品冷态抗压强度≥1500N/P(N/P的中文名称为牛顿/球，即Newton/Pellet的英文缩写；“产品冷态抗压强度≥1500N/P”的含义为平均每个球团或团块的抗压强度超过1500牛顿)，产品TFe≥80％，金属化率≥80％，S≤0.10％，SiO₂≤4.0％，C≤0.5％，满足电炉炉料的使用要求，可以用来部分替代废钢，具有价格相对便宜，产品纯洁度高的特点。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例的煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺，包括以下步骤。

(1)配料：巴西某赤铁精矿按照重量百分比配比81％，安徽某无烟精煤按照重量百分比配比17％，消石灰及粘结剂用量按照重量百分比配比2％。上述巴西某赤铁精矿满足TFe≥66％，SiO₂≤2.5％，有害元素S、P含量小于0.01％，粒度-200目占85％以上的要求。上述安徽某无烟精煤满足C_固≥82.5％，S≤0.35％，灰分≤10％的要求。首先将高品位低硅赤铁精矿里的水份采用圆筒干燥机干燥至5％，然后通过高压辊磨机进行机械活化处理，高压辊磨机对赤铁精矿进行静压碾磨，使赤铁精矿颗粒表面产生大量裂纹，从而增加矿石的比表面积，提高矿石的成球及成块性能，从而减少粘结剂的用量，提高球团或团块的机械强度。然后将低硫高碳无烟精煤进行细磨处理，采用磨煤机把无烟精煤磨成-200目的无烟煤粉(将无烟精煤磨成较细的煤粉颗粒有利于提高其粘结性，从而减少粘结剂的用量，并有利于提高球团或团块还原反应的速度)，再将无烟煤粉采用浓度为0.2g/L的聚醚改性硅油溶液润湿，润湿后无烟煤粉的亲水性和成球性均得到显著提高。最后将赤铁精矿、无烟煤粉、消石灰和粘结剂按比例进行配料、混合，其中粘结剂为聚丙烯酰胺粉末及玉米淀粉的混合物，主要用于粘结原料，保证球团或团块的生球强度和干球强度；配料中配加消石灰主要起到化学活化的作用，消石灰在配加后，一方面起到粘结剂的作用，另一方面用来调整球团或团块的碱度，起到降低反应温度，提高金属化炉料强度的作用。

(2)造球：将步骤(1)中混合好的原料经润磨机润磨处理后采用圆盘造球机造球，得到直径为8～25mm的含碳球团(直径8～25mm为合格球团，直径＜8mm和﹥25mm的球团作为返料重新进入润磨机)；

(3)外裹混合物：将步骤(2)中产生的球团置于另一台圆盘造球机内，在球团外裹一层由无烟煤粉(该无烟煤粉采用浓度为0.2g/L的聚醚改性硅油溶液润湿，润湿后无烟煤粉的亲水性和成球性均得到显著提高)、消石灰和聚丙烯酰胺粉末组成的混合物。其中消石灰占混合物的质量百分含量为5％，聚丙烯酰胺粉末占混合物的质量百分含量为1.5％；(外裹混合物的作用之一是保护球团在炉内还原过程中不被二次氧化，提高球团金属化率；作用之二是防止球团粘结炉底或相互粘结。消石灰及聚丙烯酰胺在外裹混合物中的作用在于提高无烟煤粉的粘结性，同时起到紧固无烟煤粉在球团外表面的作用。)

(4)干燥及还原：将步骤(3)中外裹混合物的球团送入链箅机内进行干燥，球团干燥温度为100℃；球团干燥后由布料器布入转底炉焙烧，转底炉的焙烧温度为1250℃，焙烧时间为20min，球团在转底炉中直接还原，还原得到的金属化球团不经冷却可以直接热装进电炉冶炼，也可以在氮气保护的冷却筒内冷却后装进料仓或通过汽车运输至电炉。还原得到的金属化球团的抗压强度平均为1939.79N/P，金属化率为85.05％，品位为83.23％，S含量为0.095％，SiO₂含量为3.82％，C含量为0.37％。

本实施例中，步骤(1)中添加10％比例的磁铁精矿替代相应比例的赤铁精矿，用于进一步提高混合料的成球性能，减少粘结剂的使用量。

实施例2

本实施例的煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺，包括以下步骤。

(1)配料：巴西某赤铁精矿按照重量百分比配比81％，安徽某无烟精煤按照重量百分比配比17％，消石灰及粘结剂用量按照重量百分比配比2％。上述巴西某赤铁精矿满足TFe≥66％，SiO₂≤2.5％，其它有害元素S、P含量小于0.01％，粒度-200目占85％以上的要求。上述安徽某无烟精煤满足C_固≥82.5％，S≤0.35％，灰分≤10％的要求。首先将高品位低硅赤铁精矿里的水份采用圆筒干燥机干燥至8％，然后通过高压辊磨机进行机械活化处理，高压辊磨机对赤铁精矿进行静压碾磨，使赤铁精矿颗粒表面产生大量裂纹，从而增加矿石的比表面积，提高矿石的成球及成块性能，从而减少粘结剂的用量，提高球团或团块的机械强度。然后将低硫高碳无烟精煤进行细磨处理，采用磨煤机把无烟精煤磨成-400目的无烟煤粉(将无烟精煤磨成较细的煤粉颗粒有利于提高其粘结性，从而减少粘结剂的用量，并有利于提高球团或团块还原反应的速度)。再将无烟煤粉采用浓度为0.9g/L的聚醚改性硅油溶液润湿，润湿后无烟煤粉的亲水性和成球性均得到显著提高。最后将赤铁精矿、无烟煤粉、消石灰和粘结剂按比例进行配料、混合，其中粘结剂为聚丙烯酰胺粉末及玉米淀粉的混合物，主要用于粘结原料，保证球团或团块的生球强度和干球强度；配料中配加消石灰主要起到化学活化的作用，消石灰在配加后，一方面起到粘结剂的作用，另一方面用来调整球团或团块的碱度，起到降低反应温度，提高金属化炉料强度的作用。

(2)造球：将步骤(1)中混合好的原料经润磨机润磨处理后采用对辊压球机压球，得到直径为8～25mm的含碳团块(直径8～25mm为合格团块，直径＜8mm和﹥25mm的团块作为返料重新进入润磨机)；

(3)外裹混合物：将步骤(2)中产生的团块置于一台圆盘造球机内，在团块外裹一层由无烟煤粉(该无烟煤粉采用浓度为0.9g/L的聚醚改性硅油溶液润湿，润湿后无烟煤粉的亲水性和成球性均得到显著提高)、消石灰和聚丙烯酰胺粉末组成的混合物。其中消石灰占混合物的质量百分含量为15％，聚丙烯酰胺粉末占混合物的质量百分含量为5％；(外裹混合物的作用之一是保护团块在炉内还原过程中不被二次氧化，提高团块金属化率；作用之二是防止团块粘结炉底或相互粘结。消石灰及聚丙烯酰胺在外裹混合物中的作用在于提高无烟煤粉的粘结性，同时起到紧固无烟煤粉在团块外表面的作用。)

(4)干燥及还原：将步骤(3)中外裹混合物的团块送入湿块干燥机内进行干燥，团块干燥温度为350℃；团块干燥后由布料器布入转底炉焙烧，转底炉的焙烧温度为1300℃，焙烧时间为40min，团块在转底炉中直接还原，还原得到的金属化团块不经冷却可以直接热装进电炉冶炼，也可以在氮气保护的冷却筒内冷却后装进料仓或通过汽车运输至电炉。还原得到的金属化团块的抗压强度平均为1980.60N/P，金属化率为81.33％，品位为81.79％，S含量为0.092％，SiO₂含量为3.67％，C含量为0.43％。

本实施例中，步骤(1)中添加20％比例的磁铁精矿替代相应比例的赤铁精矿，用于进一步提高混合料的成球性能，减少粘结剂的使用量。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)配料：首先将赤铁精矿里的水份干燥至5％～8％后再进行机械活化；然后将无烟煤粉磨细，无烟煤粉的粒度控制在-200目～-400目之间；最后将赤铁精矿、无烟煤粉、消石灰和粘结剂进行配料、混合；

(2)造球或压球：将步骤(1)中混合好的原料进行造球或压球，得到直径为8～25mm球团或团块；

(3)外裹混合物：将步骤(2)中产生的球团或团块外裹一层由无烟煤粉、消石灰和聚丙烯酰胺粉末组成的混合物；

(4)干燥及还原：将步骤(3)中外裹混合物的球团或团块进行干燥，干燥温度在100～350℃，然后放入转底炉中焙烧；

其中：步骤(1)中的粘结剂为聚丙烯酰胺粉末及玉米淀粉的混合物；

步骤(1)和步骤(3)中的无烟煤粉均采用表面活性剂润湿。

2.根据权利要求1所述的一种煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺，其特征在于，所述表面活性剂为聚醚改性硅油溶液，该溶液中聚醚改性硅油的浓度为0.1～1.0g/L。

3.根据权利要求1所述的一种煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺，其特征在于，步骤(3)的外裹混合物中消石灰占混合物的质量百分含量不超过15％，聚丙烯酰胺粉末占混合物的质量百分含量不超过5％。

4.根据权利要求1所述的一种煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺，其特征在于，步骤(1)中赤铁精矿要求TFe≥66％，SiO₂≤2.5％，有害元素S、P含量小于0.01％，粒度-200目占85％以上。

5.根据权利要求1所述的一种煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺，其特征在于，步骤(1)和步骤(3)中的无烟煤粉均要求C_固≥82.5％，S≤0.35％，灰分≤10％。

6.根据权利要求1所述的一种煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺，其特征在于，步骤(1)中混合好的原料其C/O比为0.7～1.2。

7.根据权利要求1所述的一种煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺，其特征在于，步骤(4)中转底炉的焙烧温度为1200～1350℃，焙烧时间为10～40min。

8.根据权利要求1所述的一种煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺，其特征在于，步骤(1)中添加0～20％比例的磁铁精矿替代相应比例的赤铁精矿。

9.根据权利要求1所述的一种煤基法生产高品质电炉用金属炉料的工艺，其特征在于，步骤(4)中还原得到的金属化炉料的冷态抗压强度在1500N/P以上，TFe≥80％，金属化率≥80％，S≤0.10％，SiO₂≤4.0％，C≤0.5％。