CN104942245A

CN104942245A - 一种利用石煤生产的喷雾造粒覆盖剂及其制备方法

Info

Publication number: CN104942245A
Application number: CN201510371155.0A
Authority: CN
Inventors: 李秀忠; 张国令
Original assignee: HENAN TONGYU METALLURGY MATERIALS GROUP CO Ltd
Current assignee: HENAN TONGYU METALLURGY MATERIALS GROUP CO Ltd
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: CN104942245B

Abstract

本发明公开了一种利用石煤生产的喷雾造粒覆盖剂及其制备方法，由按质量百分比计的以下原材料制备：石煤20～60%、萤石1～5%、方解石5～23%、铝钒土2～10%、纯碱1～3%、水泥熟料10～25%、白云石0～10%、土状石墨0～15%、结合剂1～3%。该发明利用石煤作为生产覆盖剂的原料，每吨覆盖剂的原材料成本降低20%～35%，而且还能够减少覆盖剂的耗量，本发明为石煤的合理使用提供了新的方法，能够有效利用周边资源，带动周边经济发展，有很好的环保效益和社会效益。

Description

一种利用石煤生产的喷雾造粒覆盖剂及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金辅料技术领域，具体涉及一种利用石煤生产的喷雾造粒覆盖剂及其制备方法。

背景技术

石煤在我国分布广泛，储量丰富，总储量达618.8×108t。广泛分布于我国南秦岭区的川北、陕南、鄂西北、豫西南和浙江、江西、湖北、湖南、广西、贵州等省，其中以南秦岭区储量最丰富，煤质较佳。西峡县位于秦岭山脉东段，周边有丰富的石煤资源，且处于地表，易于开采，价格低廉。石煤具有高灰、高硫、低发热量和硬度大等特点，其组成成分除含有有机碳外，还有氧化硅、氧化钙和少量的氧化铁、氧化铝和氧化镁等。我国石煤资源的主要利用途径是石煤作为燃料或者用于发电、用于建材工业或者用于石煤提钒。而石煤发热量较低，将其应用于燃料或者用于发电的价值不高，而用于建材行业直接导致石煤中的氧化硅、氧化钙等资源的极大的浪费。而将石煤用于提钒则可以提升石煤的价值，但是大多的提钒工艺都是利用化学物质进行萃取，会导致环境污染。因此，需要寻求石煤的新的出路，以增加石煤的利用率和价值。

另一方面，由于近年来钢铁产能过剩，钢铁企业大多处于微利甚至是亏损状态，原燃料价格高位运行，加上全球经济形势影响，钢铁行业效益被大大压缩。各个钢厂都纷纷通过节能降耗，大幅压缩原燃料的采购价格来增加利润空间，应对低迷的市场形势。而中包、钢包覆盖剂作为一种必需的冶辅料，采购价格持续降低，而使用的原料等价格却在节节攀升，为了提升利润空间，在中间生产环节来降低成本，因此各家冶金辅料生产企业都在努力寻求优质、廉价的原材料来替代现有价格较高的原材料，降低成本，提高市场竞争力，提高企业的抗风险能力。中国专利CN 102652991 A公开了一种利用硼泥制备钢包或中间包覆盖剂的方法，该方法是首先将硼泥在燃气炉内进行脱水干燥处理，硼泥中的Fe₂O₃转变成磁性的Fe₃O₄，MnO还原成Mn，然后经过磁选除去，配加CaO和Al₂O₃的预熔混合物后即获得可以作为钢包或中间包的刚水覆盖剂，也可以再添加商量控制熔化速度和熔化性能的炭质物料作为覆盖剂。该发明不仅使废弃的硼泥资源得到再利用，还降低了成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用石煤生产的覆盖剂，将石煤作为生产覆盖剂的一种原材料，来替代或部分替代现有价格较高的原材料。

本发明还提供了一种利用石煤生产的覆盖剂的制备方法。

本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种利用石煤生产的喷雾造粒覆盖剂，由按质量百分比计的以下原材料制备：石煤20～60%、萤石1～5%、方解石5～23%、铝钒土2～10%、纯碱1～3%、水泥熟料10～25%、白云石0～10%、土状石墨0～15%、结合剂1～3%。

优选的，该喷雾造粒覆盖剂，由按质量百分比计的以下原材料制备：石煤30～60%、萤石1～3%、方解石5～23%、铝钒土2～9%、纯碱1～3%、水泥熟料15～20%、白云石1～10%、土状石墨7～13%、结合剂1～3%。

优选的，所述结合剂为羧甲基纤维素钠。

优选的，所述石煤、萤石、方解石、铝钒土、水泥熟料、白云石以及土状石墨的粒度为100～150目。

本发明还提供了一种利用石煤生产的喷雾造粒覆盖剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）原材料预处理：将石煤搅拌均匀，控制其含水量小于1%，粉碎；

（2）配料和制浆：按配方取各原材料，置于制浆罐中，加水搅拌，制备混合料浆，其中为了保证料浆均匀，要求搅拌时间大于等于30min，控制原材料与水的质量比为1.5：1～1：10，制备混合料浆，以能够制备出均匀的浆料为标准，具体的加水量可以根据具体的情况作相应的调整；

（3）喷雾造粒：所述混合料浆加压后进入喷雾干燥塔中进行喷雾造粒；

（4）筛分除尘：筛分出粒度为20～80目的喷雾造粒颗粒，制备得到喷雾造粒覆盖剂；

（5）产品检测：取样检测喷雾造粒覆盖剂的化学成分；

（6）包装，入库。

优选的，所述步骤（1）还包括以下步骤：

原材料检测：取样检测石煤的化学成分；

配方设计：化学成分确定后，设计中间包覆盖剂的配方；

石煤作为原材料生产中间包覆盖剂时，首先需要检测石煤的化学成分，当石煤的化学成分确定后，就根据生产的需要来设计喷雾造粒覆盖剂的生产配方。通过调整原材料中石煤、萤石、方解石、铝钒土、水泥熟料、白云石以及土状石墨的含量制备喷雾造粒覆盖剂。

本发明的有益效果是：

本发明通过有效地将廉价的石煤原料作为制备覆盖剂的一种原材料，能够降低覆盖剂的生产成本，并且提高石煤的应用价值。

覆盖剂主要功能是：1、保温：防止钢水温降过大；2、隔绝空气：铺展在钢液表面，防止钢液二次氧化；3、吸附钢液中上浮的夹杂物。而覆盖剂的保温效果主要取决于碳含量的高低。以前覆盖剂产品中碳的主要来源是高碳土状石墨、磷片石墨等，原材料价格较高，大幅度提升了覆盖剂的生产成本。而把石煤用于制备覆盖剂中，主要有三大优势：1、石煤中有一定量的碳，能够替代部分高价的碳质材料，降低生产成本；2、石煤能够燃烧，在燃烧时有发热的特性，在冶炼生产时，能减少覆盖剂的用量，保温时间长，以较少的用量就能达到原覆盖剂的使用效果，降低用户的生产成本；3、石煤中又含有氧化硅、氧化钙和少量的氧化铁、氧化铝和氧化镁等，其所含的硅、钙、镁、铝、碳元素又是覆盖剂中必须的元素，通过向覆盖剂中添加的石煤，可以替代或部分替代覆盖剂配方中含有该化学元素原料的一种或几种，而且产品的质量性能达到并满足技术标准。本发明利用石煤作为生产覆盖剂的原料，每吨覆盖剂的原材料成本降低20%～35%，而且还能够减少覆盖剂的耗量。本发明为石煤的合理使用提供了新的方法，能够有效利用周边资源，带动周边经济发展，有很好的环保效益和社会效益。

具体实施方式

将定点采购的同一矿线的多个批次的石煤，烘干至含水量小于1%，并加工成150目的粉末，对其中的4个批次进行取样分析，其化学成分及其含量（按质量百分比计）如表1所示。

表1 石煤化学成分分析表

成分	SiO₂（%）	CaO（%）	MgO（%）	Fe₂O₃（%）	Al₂O₃（%）	固定碳（%）	挥发成分（%）	余量（%）
									1	58.12	3.23	0.85	3.89	7.35	11.98	12.81	1.77
2	58.44	3.55	1.34	3.32	6.8	11.38	13.69	1.48
									3	59.2	3.51	0.87	4.04	6.79	11.45	13.41	0.73
4	58.58	3.46	1.02	3.76	6.99	11.61	13.3	1.28

由表1可以看出，石煤中的化学成分主要由SiO₂、CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、固定碳以及一些气体成分组成，其中占比例最少的余量部分是指一些微量的TiO₂、 K₂O 、MnO₂以及FeO等成分。由4个批次中各个化学组分的含量可以看出，石煤中各项化学成分比较稳定，可以达到喷雾造粒覆盖剂中材料采购误差±1%的技术要求，因此本发明中使用的石煤的标准是SiO₂为58.58%±1%、CaO为3.44%±1%、Fe₂O₃为3.75%±1%、Al₂O₃为6.98%±1%、固定碳为11.6%±1%，其中SiO₂、CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃以及固定碳的含量不在此范围内的石煤不作为本发明的原材料。

本发明使用石煤复配萤石、方解石、铝钒土、水泥熟料、白云石、土状石墨以及纯碱等制备喷雾造粒覆盖剂，其中原材料中萤石的主要成分为CaF₂，而CaF₂是一种助溶剂，能和CaO、SiO₂、Al₂O₃形成低共熔物，可以有效降低覆盖剂的熔点、黏度和表面张力。CaF₂的加入量宜控制在20%以内，含量过高时容易在高温下产生有害气体和烟尘，污染环境。本发明中使用的萤石粉中CaF₂的含量在90%以上，土状石墨中固定碳的含量在80%以上，对比例中使用的中碳的固定碳的含量在90%以上。原材料中方解石、铝矾土、水泥熟料以及白云石是喷雾造粒覆盖剂中SiO₂、CaO以及Al₂O₃的主要来源，土状石墨是固定碳的主要来源，而石煤中含有大量的SiO₂、CaO、Al₂O₃以及固定碳，原材料中添加石煤后，可以减少配方中其他原材料的使用量。石煤、萤石粉、方解石、铝钒土、水泥熟料、白云石以及土状石墨等这些原材料中含有的一些杂质成分，如TiO₂、MnO₂、FeO以及K₂O等，这些杂质也是制备得到的喷雾造粒覆盖剂中杂质的来源。检测制备得到的喷雾造粒覆盖剂中化学成分按质量百分比计：H₂O：0.31%～0.38%，SiO₂：24.48～40.1%，MgO：1.01～3.23%，CaO：19.43～29.77%， Fe₂O₃：1.82～3.2%，Al₂O₃：3.55～7.57%，固定碳：7.12～14.2%，余量为杂质，碱度为0.5～1.3。

下面结合具体的实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

一种喷雾造粒覆盖剂由按质量百分比计的以下原材料制备：石煤56%，萤石3%，方解石11%，铝矾土4%，纯碱2%，水泥熟料15%，土状石墨7%，羧甲基纤维素钠2%。

上述喷雾造粒覆盖剂的制备方法，按照以下步骤进行：

（1）原材料预处理：将石煤用铲车批量翻搅搅拌均匀，烘烤至其含水量小于1%，粉碎至100目；

原材料检测：取样检测上述经过预处理的石煤的化学成分，经检测，该石煤中SiO₂的含量为58.1%、CaO的含量为2.92%、MgO的含量为0.90%， Fe₂O₃的含量为3.95%、Al₂O₃的含量为7.01%、固定碳的含量为11.35%；

配方设计：化学成分确定后，根据需要，利用石煤和其它各类原料设计喷雾造粒覆盖剂的配方；

（2）配料和制浆：将石煤与其他原材料按设计的配方加入制浆罐内，加水搅拌30min，控制原材料与水的质量比为1.5：1；

（3）喷雾造粒：将所述混合料浆由柱塞泵加压至2.0Mpa进入喷雾干燥塔，设置喷雾干燥塔内温度为800℃，出风温度为180℃，进行喷雾造粒；

（4）筛分除尘：筛分出粒度为20～80目的喷雾造粒的颗粒，制备得到喷雾造粒覆盖剂；

（5）产品检测：取样检测喷雾造粒覆盖剂的化学成分，经检验该喷雾造粒覆盖剂中包括以下化学成分按质量百分比计：H₂O：0.33%，SiO₂：38.14%，MgO：1.01%，CaO：19.43%，Fe₂O₃：2.89%，Al₂O₃：7.57%，固定碳：11.58%；碱度为1.23；（6）包装，入库。

该产品中石煤按200元/吨计算，该配方的原材料成本为428.3元。

将该产品批量生产后应用于国内某钢铁企业炼钢的连铸工艺中，工艺参数：钢包120吨，待钢时间为20～30分钟，要求过程温降小于8℃，出钢后，将本钢包覆盖剂均匀加入钢包内，均匀铺展于钢液面，保持液面黑面操作，不得裸露钢液面。在待钢过程中，该覆盖剂在钢包内铺展性良好，无结团现象，化渣均匀稳定；无结壳，测温过程方便；温降在15-25℃之间，覆盖剂耗量在0.42kg/吨钢左右。

实施例2

一种喷雾造粒覆盖剂由按质量百分比计的以下原材料制备：石煤30%，萤石3%，方解石20%，铝矾土4%，纯碱1%，水泥熟料20%，土状石墨10%，白云石10%，羧甲基纤维素钠 2%。

上述喷雾造粒包覆盖剂的制备方法，按照以下步骤进行：

（1）原材料预处理：将石煤用铲车批量翻搅搅拌均匀，烘烤至其含水量小于1%，粉碎至150目；

原材料检测：取样检测上述经过预处理的石煤的化学成分，经检测，该石煤中SiO₂的含量为59.2%，CaO的含量为3.04%，MgO的含量为1.41%，Fe₂O₃的含量为3.56%，Al₂O₃的含量为6.93%，固定碳的含量为10.92%；

（2）配料和制浆：将石煤与其他原材料按设计的配方加入制浆罐内，加水搅拌30min，控制原材料与水的质量比为1：1；

（5）产品检测：取样检测喷雾造粒覆盖剂的化学成分，经检验该喷雾造粒覆盖剂中包括以下化学成分按质量百分比计：H₂O：0.32%，SiO₂：24.48%，MgO：3.23%，CaO：29.77%，Fe₂O₃：2.07%，Al₂O₃：6.1%，固定碳：10.48%；碱度为1.21。

（）包装，入库。

该配方的原材料成本为417.3元。

该产品批量生产后应用于国内某钢铁企业炼钢连铸工艺中，工艺参数：钢包80吨，连铸节凑为35～45分钟，要求每包过程温降小于5℃，中包不结壳。开始浇钢后，将本中包覆盖剂均匀加入中包内，均匀覆盖铺展于钢液面上，保持液面黑面操作，不得裸露钢液面。在浇注过程中，该覆盖剂在中包内铺展性良好，无结团现象，化渣均匀稳定；基本无结壳现象，温降在要求范围之内。覆盖剂耗量在0.37kg/吨钢左右，与炼钢技术要求0.30～0.50kg/吨钢相符。

实施例3

一种喷雾造粒覆盖剂由按质量百分比计的以下原材料制备：石煤32%，萤石2%，方解石23%，铝矾土9%，纯碱2%，水泥熟料17%，土状石墨13%，白云石1%，羧甲基纤维素钠1%。

按照与实施例2相同的方法制备该喷雾造粒覆盖剂，不同的是经检测，该石煤中SiO₂的含量为58.65%，CaO的含量为3.64%，MgO的含量为1.32%，Fe₂O₃的含量为3.76%，Al₂O₃的含量为6.83%，固定碳的含量为11.53%；

制备得到的喷雾造粒覆盖剂，经检验其包括以下化学成分按质量百分比计：H₂O：0.38%，SiO₂：29.04%，MgO：1.39%，CaO：28.87%，Fe₂O₃：1.82%，Al₂O₃：3.55%，固定碳：14.2%；碱度为0.99。

该产品的生产成本为456.26元/吨。

该产品批量生产后应用于国内某钢铁企业炼钢连铸工艺中，工艺参数：钢包180吨，连铸周期55～60分钟/包，要求每包过程温降小于20℃，不结壳，铺展性好。在生产过程中，该覆盖剂在钢包内铺展性良好，无结团、结壳现象，化渣均匀稳定；平均温降在14℃左右；覆盖剂耗量在0.45kg/吨钢左右。

实施例4

一种喷雾造粒覆盖剂由按质量百分比计的以下原材料制备：石煤60%，萤石1%，方解石5%，铝矾土2%，纯碱3%，水泥熟料18%，白云石8%，羧甲基纤维素钠3%。

按照与实施例2相同的方法制备该喷雾造粒包覆盖剂，不同的是经检测，该石煤中SiO₂的含量为59.15%，CaO的含量为3.34%，MgO的含量为0.98%，Fe₂O₃的含量为4.03%，Al₂O₃的含量为7.21%，固定碳的含量为11.86%；

制备得到的喷雾造粒覆盖剂，经检验其包括以下化学成分按质量百分比计：H₂O：0.31%，SiO₂：40.1%，MgO：2.57%，CaO：20.3%，Fe₂O₃：3.16%，Al₂O₃：6.1%，固定碳：7.12%，碱度为0.51。

该产品的生产成本为375.18元/吨。

该产品批量生产后应用于国内某钢铁企业炼钢连铸工艺中，工艺参数：钢包150吨，连铸周期55～60分钟/包，要求每包过程温降小于20℃，不结壳，铺展性好。在生产过程中，该覆盖剂在钢包内铺展性良好，无结团、结壳现象，化渣均匀稳定，平均温降在14℃左右，覆盖剂耗量在0.5kg/吨钢左右。

对比例1

一种喷雾造粒覆盖剂由按质量百分比计的以下原材料制备：硅灰石38%，萤石3%，白云石10%，铝矾土6%，纯碱2%，土状石墨11%，中碳5%，膨润土23%，结合剂2%。

制备得到的喷雾造粒覆盖剂与实施例1符合相同的企业标准如表2所示（以质量百分比计），该喷雾造粒覆盖剂的配方中没有使用石煤，成本为532.6元/吨。将其用于与实施例1相同的连铸工艺中，覆盖剂的使用量为0.55kg/吨钢。

表2

项目

H₂O（%）

CaO（%）

MgO（%）

SiO₂（%）

Fe₂O₃（%）

Al₂O₃（%）

固定碳（%）

标准

≤1.0

20±5

≤5

38±5

≤5

8±2

12±2

对比例2

一种喷雾造粒覆盖剂由按质量百分比计的以下原材料制备：硅灰石43%，萤石3%，白云石12%，铝矾土9%，纯碱1%，土状石墨14%，方解石 16%，结合剂2%。

制备得到的喷雾造粒覆盖剂与实施例2符合相同的企业标准如表3所示（以质量百分比计），该喷雾造粒覆盖剂的配方中没有使用石煤，成本为598.8元/吨。将其用于与实施例2相同的连铸工艺中，覆盖剂的耗量为0.47 kg/吨钢。

表3

项目

碱度

H₂O（%）

CaO（%）

MgO（%）

SiO₂（%）

Fe₂O₃（%）

Al₂O₃（%）

固定碳（%）

标准

≥1.0

≤1.0

30±5

≤5

25±5

≤3

6±2

10±2

对比例3

一种喷雾造粒覆盖剂由按质量百分比计的以下原材料制备：硅灰石34%，水泥12%，萤石2%，黄土11%，白云石6%，铝矾土2%，纯碱2%，中碳石墨6%，土状石墨13%，方解石 10%，结合剂2%。

制备得到的喷雾造粒覆盖剂与实施例3符合相同的企业标准如表4所示（以质量百分比计），该喷雾造粒覆盖剂的配方中没有使用石煤，成本为699.76元/吨。将其用于与实施例3相同的连铸工艺中，覆盖剂的耗量为0.46kg/吨钢。

表4

项目

碱度

H₂O（%）

CaO（%）

MgO（%）

SiO₂（%）

Fe₂O₃（%）

Al₂O₃（%）

固定碳（%）

标准

1.0±0.1

≤0.6

29±4

≤5

29±4

≤3

4±2

15±2

实施例与对比例的配方、成本以及耗量示于表5中，由表5可以看出，本发明利用石煤作为制备喷雾造粒覆盖剂的原材料，可以减少配方中其他原材料的使用量，每吨喷雾造粒覆盖剂的生产成本可降低20%～35%，而且每吨钢所使用的喷雾造粒覆盖剂也降低0.01～0.13kg。

表5 实施例与对比例

Claims

1.一种利用石煤生产的喷雾造粒覆盖剂，其特征在于，由按质量百分比计的以下原材料制备：石煤20～60%、萤石1～5%、方解石5～23%、铝钒土2～10%、纯碱1～3%、水泥熟料10～25%、白云石0～10%、土状石墨0～15%、结合剂1～3%。

2.根据权利要求1所述的一种利用石煤生产的喷雾造粒覆盖剂，其特征在于，由按质量百分比计的以下原材料制备：石煤30～60%、萤石1～3%、方解石5～23%、铝钒土2～9%、纯碱1～3%、水泥熟料15～20%、白云石1～10%、土状石墨7～13%、结合剂1～3%。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用石煤生产的喷雾造粒覆盖剂，其特征在于，所述结合剂为羧甲基纤维素钠。

4.根据权利要求1或2所述的一种利用石煤生产的喷雾造粒覆盖剂，其特征在于，所述石煤、萤石、方解石、铝钒土、水泥熟料、白云石以及土状石墨的粒度为100～150目。

5.一种利用石煤生产的喷雾造粒覆盖剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（2）配料和制浆：按配方取各原材料，置于制浆罐中，加水搅拌，制备混合料浆；

（5）产品检测：取样检测喷雾造粒覆盖剂的化学成分；

（6）包装，入库。

6.根据权利要求5所述的一种利用石煤生产的喷雾造粒覆盖剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）还包括以下步骤：

原材料检测：取样检测石煤的化学成分；

配方设计：化学成分确定后，设计喷雾造粒覆盖剂的配方。