CN105219465A - 用于炼钢或炼铁炉进料的复合型煤 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于炼钢或炼铁炉进料的复合型煤。特别地，本发明涉及用于添加到炼钢或炼铁炉进料中的型煤，所述型煤包含一些碳细料，粉末状的材料，所述材料选自铁粉和氧化铁，所述材料致密化所述型煤并抑制所述碳细料的滑爽性质，一些碳酸镁，和粘结剂。

Description

用于炼钢或炼铁炉进料的复合型煤
技术领域
本发明总体上涉及黑色金属冶金，特别是涉及用于炼钢或炼铁炉进料的复合型煤。
背景技术
在炼钢领域，电炉进料通常由最小尺寸都为0.5英寸的碎块的废金属、碳和助熔剂例如石灰和/或煅烧白云石构成。
已知向炉进料中添加型煤形式的特定材料。然而，作为材料混合物的基本部分，碳处于粉末或粉碎形式时相当滑爽。因此，通常以非粉碎状态使用碳，例如以焦炭形式采用。如果能够利用碳“细料”，例如从集尘器回收的那些碳细料，并且以其粉末或粉尘状态回收这些细料，将是有利的。另一问题涉及碳密度，其与金属相比通常是相当低的。例如，当将碳通过进料桶添加至炉中时，碳将倾向于浮在液体金属上面，因此降低了在钢溶液中的碳产率。
此外，通过添加型煤以提高渣料的品质也是有利的。
通常期望改进。因此，一个目的至少为提供用于炼钢或炼铁炉进料的新型复合型煤。
发明内容
一方面，提供用于添加到炼钢或炼铁炉进料中的复合型煤，所述型煤包含：一些碳细料；粉末状的材料，所述材料选自铁粉和氧化铁，所述材料致密化所述型煤并抑制所述碳细料的滑爽性质；一些碳酸镁；和粘结剂。
所述型煤可以包含1至10重量％的粘结剂。该型煤还可以包含选自石灰岩、石灰、白云石和煅烧白云石的一种或多种。所述粘结剂可以包含磨拉石和石灰。所述型煤总重量的50％可为碳细料，该型煤总重量的25％可为铁粉，并且该型煤总重量的其余部分除粘结剂以外可为碳酸镁和选自石灰岩、石灰、白云石和煅烧白云石的一种或多种。所述炉可为电弧炉、碱性氧气转炉或鼓风炉。
另一方面，提供改进炼钢或炼铁炉中渣料覆盖的进料的方法，所述方法包括：制备以下物质的混合物：一些碳细料，粉末状的材料，所述材料选自铁粉和氧化铁，所述材料致密化所述型煤并抑制所述碳细料的滑爽性质，一些碳酸镁，和粘结剂；在合适的模具中压制所述混合物的一部分以制造型煤；和将所述型煤引入所述炼钢或炼铁炉中所述渣料下方的所述进料中，以使得所述型煤中包含的所述粉末状材料将使该型煤沉入所述进料中。
所述混合物可以包含1至10重量％的粘结剂。该混合物还可以包含选自石灰岩、石灰、白云石和煅烧白云石的一种或多种。所述粘结剂可以包含磨拉石和石灰。所述型煤总重量的50％可为碳细料，该型煤总重量的25％可为铁粉，并且该型煤总重量的其余部分除粘结剂以外可为碳酸镁和选自石灰岩、石灰、白云石和煅烧白云石的一种或多种。所述材料可为铁粉，从而在将型煤引入所述进料中时，产生CO2，以使所述CO2使所述渣料从下面发泡。所述材料可为氧化铁，从而在将型煤引入所述进料中时，向所述进料增加了热量，同时产生铁和CO2，以使CO2使渣料从下面发泡。所述炉可为电弧炉、碱性氧气转炉或鼓风炉。
另一方面，提供用于添加至炼钢或炼铁炉进料中的复合型煤，所述型煤包含：至少70％的碳酸镁；和粘结剂。
所述型煤可以包含1至20重量％的粘结剂。该粘结剂可以包含磨拉石和石灰。该型煤在煅烧之后还可以包含一种或多种选自以下的物质：CaO、Al2O3、SiO2和Fe2O3。所述型煤可以包含约90重量％的碳酸镁和约10重量％的粘结剂。所述炉可为电弧炉、碱性氧气转炉或鼓风炉。
另一方面，提供改进炼钢或炼铁炉中渣料覆盖的进料的方法，所述方法包括：将一些碳酸镁引入炼钢或炼铁炉中渣料下的进料中，从而在将所述一些碳酸镁引入所述进料中时，产生CO2，以使所述CO2使渣料从下面发泡。
所述一些碳酸镁可为粉末状混合物。该粉末状混合物在煅烧之后还可以包含一种或多种选自以下的物质：CaO、Al2O3、SiO2和Fe2O3。
可以将所述一些碳酸镁与粘结剂组合，并且所述方法还可以包括：在所述引入之前，在合适的模具中压制所述一些碳酸镁和所述粘结剂以制造型煤，其中所述引入包括将所述型煤引入炼钢或炼铁炉中渣料下的进料中。所述型煤可以包含约90重量％的碳酸镁和约10重量％的粘结剂。该型煤在煅烧之后还可以包含一种或多种选自以下的物质：CaO、Al2O3、SiO2和Fe2O3。所述粘结剂可以包含磨拉石和石灰。
所述炉可为电弧炉、碱性氧气转炉或鼓风炉。
发明详述
下文涉及用于添加至炼钢或炼铁炉进料中并且包含碳酸镁(MgCO3)的复合型煤。
已知碳酸镁比白云石(CaMg(CO3)2)和石灰岩(CaCO3)在更低的温度下热分解。特别地，MgCO3在约402℃下热分解成氧化镁(MgO)和二氧化碳(CO2)，而CaMg(CO3)2和CaCO3分别在约730℃和约825℃下各自热分解成其成分氧化物。因此，当添加至炼钢或炼铁炉中的进料中时，碳酸镁比石灰岩或白云石热分解得更快且更容易。
表1示出可由其成型合适型煤的混合物的一个非限制性实例：
表1：
碳 C50％
铁粉 Fe25％
碳酸镁 MgCO325％
总计 100％
在上表中，可发生对指定百分比的偏离，在指定水平的任一侧偏离最多约5％。可以将所述成分与合适的粘结剂例如工业磨拉石和石灰粉组合，并且该粘结剂可以构成型煤总重量的1％至20％或更多。
表1中示例的实例指定了铁粉。然而，这种教导并不旨在限制，因为还可以使用铁、氧化铁、铬、氧化铬、镍和氧化镍中的一种或多种以达到相同的效果。如果使用氧化铁，那么反应产物将为铁和CO2气体，以及从氧化铁燃烧中产生的热量。铁将返回熔池中，因此会提高其产率。
可将碳酸镁与石灰岩和/或白云石组合，其各自将产生CO2气体，效果同上。还可以包括煅烧白云石、石灰和/或氧化镁。
所述炼铁炉可例如为鼓风炉。所述炼钢炉可例如为电弧炉、碱性氧气转炉等。
在使用中，以将型煤浸没在进料内的方式将型煤添加至炼钢或炼铁炉中的进料中。型煤溶解并与所述进料的内容物反应。铁粉返回熔池中，因此会提高其产率。碳酸镁会热分解成氧化镁(MgO)和二氧化碳(CO2)。渣料会吸收所产生的氧化镁(MgO)。所产生的CO2具有使渣料从下面发泡的效果，因为产生CO2的位置埋在所述进料内。
正如所将理解的，碳酸镁的低分解温度有利地使渣料厚度比其它物质例如石灰岩、白云石等增大地更快并且能耗更小。正如所理解的，厚渣的快速形成会减小熔池中铁的氧化量，这会提高反应产率。另外，如果炼钢炉是电弧炉，那么增大的渣料厚度有利地使电弧更加局限在熔池内和渣料下，这会提高电弧炉的效率并从而使熔化时间缩短。这些性能特性有助于减小炼钢和炼铁操作对环境的影响，并且保护资源。
正如所将理解的，在碳酸镁分解时伴随产生的CO2气体会在熔池表面下引起鼓泡，这会有利地引起混合并且提高渣料的品质，即，渣料的发泡性、稠度和稳定性。
正如所将理解的，将MgO添加至渣料中会有利地引起在炉壁上形成MgO保护层。正如所将理解的，因为正在从炉中抽吸熔体，所以渣料会接触炉壁表面并且于其上沉积一层MgO。因此，每次使用时都将新的保护性耐热涂层自动沉积在炉壁上，这消除了对单独施加防护壁涂层的需要，否则所述单独施加将形成常规炉维护的一部分。
所述型煤不限于上述组成，并且在其它实施方式中，所述型煤可选地具有其它组成。例如，在另一实施方式中，可以将碳酸镁添加至炼钢或炼铁炉的进料中以提高渣料质量。
例如，可以将粉末碳酸镁矿石与合适的粘结剂例如工业磨拉石和石灰粉组合，并且在合适模具中压制以制造型煤。粘结剂可以构成型煤总重量的1％至20％或更高。
可将碳酸镁与一种或多种其它物质组合。这样的物质可以例如包括在分解时各自将产生CO2气体的石灰岩和/或白云石，和/或煅烧白云石、石灰和氧化镁中的任一者。还可以将其它物质与碳酸镁组合。
所述炼铁炉可例如为鼓风炉。所述炼钢炉可例如为电弧炉、碱性氧气转炉等。
在使用中，以将型煤浸没在进料内的方式将型煤添加至炼钢或炼铁炉中的进料中。型煤溶解并与所述进料的内容物反应。碳酸镁热分解成氧化镁(MgO)和二氧化碳(CO2)。渣料会吸收所产生的氧化镁(MgO)。所产生的CO2具有使渣料从下面发泡的效果，因为产生CO2的位置埋在所述进料内。
在另一实施方式中，可以将碳酸镁矿石在无粘结剂存在下以粉末或颗粒形式添加至炼钢或炼铁炉的进料中以提高渣料品质。
具体实施方式
以下实施例示例上述实施方式的多种应用。
实施例1
在本实施例中，制造具有表2中所示的组成的型煤：
表2：
碳 43.7％
Fe 22.5％
CaO 12.2％
MgO 6.6％
S 2.9％
L.O.I. 12.1％
可用碳酸镁代替煅烧白云石，碳酸镁将产生CO2气体，具有上述发泡效果。
L.O.I.主要归因于所用白云石和粘结剂的分解。所产生的CO和CO2层将保护熔池以免氧化并且提高碳产率。
形成型煤的制造工艺在以下典型值情况下具有致密化效果：在压制之前，松散碳的密度为约0.63至0.65g/cm3。如果仅从松散碳制造型煤，那么密度可升高到范围1.6至1.75g/cc内。然而，利用在本实施例开始时给出的制剂并压制所述制剂，将得到在范围2.4至2.6g/cc内的密度。
压制所致的致密化具有提高碳添加效率的效果，因为允许碳渗入熔池中，而非简单地浮在所述熔池上面。
实施例2
在本实施例中，制造具有表3中所示的煅烧后组成的型煤：
表3：
MgO 92.19％
CaO 2.46％
Al2O3 0.85％
SiO2 2.58％
TiO2 0.14％
Fe2O3 0.71％
Cr2O3 0.02％
MnO 0.05％
S <0.001％
水分 1.0％
总计 100％
通过如下方式形成型煤：提供粉末碳酸镁矿石和粘结剂以重量比90:10组合的混合物，并在合适的模具中压制该混合物。该粘结剂是以重量比3:2组合的工业磨拉石和石灰粉的混合物。
该型煤具有通常为正方形的形状并且每一侧的尺寸为40mm，密度为2.18g/cm3并且为白色。该型煤的L.O.I.值为35.0％，这主要归因于碳酸镁和粘结剂的分解。值得注意地，该型煤的L.O.I.值低于实施例3的粉末状混合物的L.O.I.值。
在125吨电弧炉中进行反应期间使用该型煤。表4中示出在反应期间该型煤(“型煤A”)的性能概述。为了进行比较，还示出在反应期间标准的常规添加剂即碎砖(“标准实践”)的性能概述：
表4：
标准实践 型煤A 差值
装炉量 44 11
添加量(lbs) 3500 3500
添加的实际MgO(lbs) 3220 2100 -34.78％
溶液中的平均MgO(％) 8.79±1.75 9.20±1.88 +4.66％
第1进料的型煤A(％) 10.69±1.80
第2进料的型煤A(％) 7.95±0.62
可以看出，使用型煤A使添加的实际MgO减少约35％，同时有利地使渣料中的平均MgO增加约4.5％。相较于在第二进料情况下添加型煤A时，当向在第一进料情况下添加型煤A时(即，当先前存在极少渣料层或无渣料层时)，渣料中MgO的量高约34％。
型煤A内碳酸镁的分解产生细料、活性MgO颗粒，其为渣料所吸收。观察到当添加型煤A并且型煤渗入渣料以埋入所述进料中时，见到形成小CO2泡。
表5中示出在反应之后渣料的呈重量百分比形式的平均组成：
表5：
标准实践 型煤A 差值
CaO 36.07±3.72 36.41±3.04 +0.93％
Al2O3 6.99±1.98 7.68±0.99 +9.87％
SiO2 11.83±3.75 13.23±1.44 +11.83％
Fe2O3 27.71±7.32 24.59±5.53 -11.26％
Mn2O3 5.46±1.03 5.31±0.37 -2.82％
可以看出，与标准实践相比，使用型煤A导致渣料的铁含量减小超过11％。这可归因于碳酸镁快速分解并且促使形成渣料的能力，其允许在熔池表面上更快速地形成防护屏。因此，在反应期间，熔池中较少的铁被氧化，这有利地提高反应产率。
在测试期间，使用碎砖进行22次装炉，接着使用型煤A进行11次装炉，接着使用碎砖进行22次装炉。表6中示出在添加型煤A之前、期间和之后，125吨电弧炉的操作性能：
表6：
可以看出，当使用型煤A时反应所需功率的量低于标准实践。
实施例3
可选地，可将碳酸镁以粉末状形式添加至所述进料中。使用具有表7中所示煅烧后组成的粉末状混合物：
表7：
MgO 97.0％
CaO 2.0％
Al2O3 0.2％
SiO2 0.3％
Fe2O3 0.5％
总计 100％
该粉末状混合物的密度为2.28g/cm3并且为白色。
在125吨电弧炉中进行反应期间使用该粉末状混合物。
该粉末状混合物的L.O.I.值为51.1％。值得注意地，该粉末状混合物的L.O.I.值大于实施例2的型煤的L.O.I.值。
虽然上文已经描述了实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，在没有背离由所附权利要求书所限定的其范围的情况下，可以作出变体和改进。

Claims (30)

1.一种用于添加至炼钢或炼铁炉进料中的复合型煤，所述型煤包含：
一些碳细料；
粉末状的材料，所述材料选自铁粉和氧化铁，所述材料致密化所述型煤并抑制所述碳细料的滑爽性质；
一些碳酸镁；和
粘结剂。
2.根据权利要求1所述的型煤，其中所述型煤包含1至10重量％的所述粘结剂。
3.根据权利要求1所述的型煤，还包含选自石灰岩、石灰、白云石和煅烧白云石的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的型煤，其中所述粘结剂包含磨拉石和石灰。
5.根据权利要求1所述的型煤，其中所述型煤总重量的50％是碳细料、所述型煤总重量的25％是铁粉，并且所述型煤总重量的其余部分除所述粘结剂以外是碳酸镁和选自石灰岩、石灰、白云石和煅烧白云石的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的型煤，其中所述炉是电弧炉、碱性氧气转炉或鼓风炉。
7.根据权利要求1所述的型煤作为炼钢或炼铁炉进料的添加物的用途，所述炉是电弧炉、碱性氧气转炉或鼓风炉。
8.一种改进炼钢或炼铁炉中渣料覆盖的进料的方法，所述方法包括：
制备以下物质的混合物：一些碳细料，粉末状的材料，所述材料选自铁粉和氧化铁，所述材料致密化所述型煤并抑制所述碳细料的滑爽性质，一些碳酸镁，和粘结剂；
在合适的模具中压制所述混合物的一部分以制造型煤；和
将所述型煤引入所述炼钢或炼铁炉中所述渣料下方的所述进料中，以使得所述型煤中包含的所述粉末状材料将使该型煤沉入所述进料中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述混合物包含1至10重量％的所述粘结剂。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述混合物还包含选自石灰岩、石灰、白云石和煅烧白云石的一种或多种。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述粘结剂包含磨拉石和石灰。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述型煤总重量的50％是碳细料，所述型煤总重量的25％是铁粉，并且所述型煤总重量的其余部分除所述粘结剂以外是碳酸镁和选自石灰岩、石灰、白云石和煅烧白云石的一种或多种。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述材料是铁粉，从而在将所述型煤引入所述进料中时，产生CO2，以使所述CO2使所述渣料从下面发泡。
14.根据权利要求8所述的方法，其中所述材料是氧化铁，从而在将所述型煤引入所述进料中时，向所述进料增加了热量，同时产生铁和CO2，以使所述CO2使所述渣料从下面发泡。
15.根据权利要求8所述的方法，其中所述炉子是电弧炉、碱性氧气转炉或鼓风炉。
16.一种用于添加至炼钢或炼铁炉进料中的复合型煤，所述型煤包含：
至少70％的碳酸镁；和
粘结剂。
17.根据权利要求16所述的型煤，其中所述型煤包含1至20重量％的所述粘结剂。
18.根据权利要求16所述的型煤，其中所述粘结剂包含磨拉石和石灰。
19.根据权利要求16所述的型煤，其中所述型煤在煅烧之后还包含一种或多种选自以下的物质：CaO、Al2O3、SiO2和Fe2O3。
20.根据权利要求16所述的型煤，其中所述型煤包含约90重量％的碳酸镁和约10重量％的所述粘结剂。
21.根据权利要求16所述的型煤，其中所述炉是电弧炉、碱性氧气转炉或鼓风炉。
22.根据权利要求16所述的型煤作为炼钢或炼铁炉进料的添加物的用途，所述炉是电弧炉、碱性氧气转炉或鼓风炉。
23.一种改进炼钢或炼铁炉中渣料覆盖的进料的方法，所述方法包括：
将一些碳酸镁引入所述炼钢或炼铁炉中所述渣料下的所述进料中，
从而在将所述一些碳酸镁引入所述进料中时，产生CO2，以使所述CO2使所述渣料从下面发泡。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述一些碳酸镁是粉末状混合物。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述粉末状混合物在煅烧之后还包含一种或多种选自以下的物质：CaO、Al2O3、SiO2和Fe2O3。
26.根据权利要求23所述的方法，其中所述一些碳酸镁与粘结剂组合，并且还包括：
在所述引入之前，在合适的模具中压制所述一些碳酸镁和所述粘结剂以制造型煤，
其中所述引入包括将所述型煤引入所述炼钢或炼铁炉中所述渣料下的所述进料中。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述型煤包含约90重量％的碳酸镁和约10重量％的所述粘结剂。
28.根据权利要求26所述的方法，其中所述型煤在煅烧之后还包含一种或多种选自以下的物质：CaO、Al2O3、SiO2和Fe2O3。
29.根据权利要求26所述的方法，其中所述粘结剂包含磨拉石和石灰。
30.根据权利要求23所述的方法，其中所述炉是电弧炉、碱性氧气转炉或鼓风炉。
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