CN105695653A - 一种预还原含铁炉料的生成方法及系统 - Google Patents

一种预还原含铁炉料的生成方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种预还原含铁炉料的生成方法及系统，该方法包括：将煤粉和铁矿粉按第一质量配比混匀，形成第一混合物；使用粘结剂将所述第一混合物压制成型，以增加所述煤粉和所述铁矿粉的接触面积；在焦炉中对压制成型的所述第一混合物进行升温加热，以在所述煤粉的焦化过程中实现对所述铁矿粉的预还原，生成固结成块的预还原含铁炉料。本发明提供的方法及系统，用以解决现有技术的高炉炼铁工艺存在焦炭使用量大，且成本高的技术问题。实现了减少焦炭使用量，节约成本的技术效果。

Description

一种预还原含铁炉料的生成方法及系统
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种预还原含铁炉料的生成方法及系统。
背景技术
众所周知，高炉炼铁工艺的致命弱点是不能脱离焦炭。高炉炼铁的最终目标是将铁氧化物还原出铁，在炼铁的过程中，焦炭发挥着燃料、还原剂和料柱骨架三大作用。然而随着煤炭等资源的愈发劣化且供应紧张，严重影响到钢铁企业的正常生产和经济效益。同时，焦炭使用带来的严峻的环保压力、严苛的排放控制标准，同样对钢铁行业有着非常大的影响。在目前钢铁形势寒冬，降成本成为每个钢铁厂生存的命脉。
为了降成本和减少钢铁行业对焦炭资源的依赖，急需减少铁水制造过程中焦炭的使用量，当前减少焦炭用量的方法主要有两种：
一是，考虑到燃料成本约占到铁水制造成本的35％左右，降低燃料消耗对铁水成本降低作用明显，故燃料喷吹技术在上世纪发起，目的在于用喷吹的燃料替代焦炭的“燃料”功能，以减少对焦炭的依赖，并减少成本。然而，喷吹技术发展到今天日臻完善，喷吹燃料的替代作用达到饱和，进一步发展的空间不大。
二是，考虑到焦煤资源的限制，一些不用焦炭的非高炉炼铁工艺正在或已被开发，但由于成本等种种原因，到目前为止，仍很难与需要焦炭的高炉炼铁工艺相竞争，高炉仍是占统治地位的炼铁工艺。
也就是说，现有技术中的高炉炼铁工艺存在焦炭使用量大，且成本高的技术问题。
发明内容
本发明通过提供一种预还原含铁炉料的生成方法及系统，解决了现有技术中高炉炼铁工艺存在焦炭使用量大，且成本高的技术问题。
一方面，为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种预还原含铁炉料的生成方法，包括：
将煤粉和铁矿粉按第一质量配比混匀，形成第一混合物；
使用粘结剂将所述第一混合物压制成型，以增加所述煤粉和所述铁矿粉的接触面积；
在焦炉中对压制成型的所述第一混合物进行升温加热，以在所述煤粉的焦化过程中实现对所述铁矿粉的预还原，生成固结成块的预还原含铁炉料。
可选的，所述第一质量配比具体为：30％～70％的所述煤粉和70％～30％的所述铁矿粉。
可选的，所述煤粉的粒度范围为20um～3mm；所述铁矿粉的粒度范围为20um～3mm。
可选的，所述使用粘结剂将所述第一混合物压制成型，具体为：通过对辊冷压机或圆盘造球机，使用粘结剂将所述第一混合物压制成型。
可选的，所述粘结剂具体为：有机粘结剂或无机粘结剂。
可选的，所述煤粉具体包括：焦煤、半焦煤、无烟煤或褐煤中任意一种或多种的组合。
可选的，在焦炉中对压制成型的所述第一混合物进行升温加热，具体为：在焦炉中，采用第一升温方式对压制成型的所述第一混合物进行升温加热；所述第一升温方式的焖炉时间为2h～8h。
另一方面，提供一种预还原含铁炉料的生成系统，包括：
混合单元，用于将煤粉和铁矿粉按第一质量配比混匀，形成第一混合物；
压制单元，用于使用粘结剂将所述第一混合物压制成型，以增加所述煤粉和所述铁矿粉的接触面积；
焦炉，用于对压制成型的所述第一混合物进行升温加热，以在所述煤粉的焦化过程中实现对所述铁矿粉的预还原，生成固结成块的预还原含铁炉料。
可选的，所述压制单元具体为：对辊冷压机或圆盘造球机。
可选的，所述焦炉还包括：控时单元，用于在焦炉对压制成型的所述第一混合物进行升温加热时，控制焖炉时间为2h～8h。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例提供的方法及系统，一方面，采用煤粉和铁矿粉作为原料，由于铁矿粉与煤粉的粒度小，粒子间的接触更加充分，利于铁矿粉中铁氧化物还原速率的提高，再通过压制工序使煤粉和铁粉接触更紧密，从而保证炉料生产过程中各成分能充分反应；另一方面，该工艺不受煤种限制，采用煤粉替代优质焦炭，拓宽了高炉炼铁煤种资源，节省了宝贵的焦煤资源；再一方面，通过对压制成型的混合物进行加热，使煤粉焦化过程中产生的焦炉煤气中的H2和CO的化学能得到充分利用，且释放出的CH4等烷烃类碳氢化合物被分解，并参与铁氧化物的还原反应，以在煤粉焦化的过程中实现铁矿粉的预还原。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中预还原含铁炉料的生成方法的流程图；
图2为本申请实施例中第一混合物的焦化过程升温曲线示意图；
图3为本申请实施例中预还原含铁炉料的微观结构示意图；
图4为本申请实施例中预还原含铁炉料的生成系统结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种预还原含铁炉料的生成方法及系统，解决了现有技术中高炉炼铁工艺存在焦炭使用量大，且成本高的技术问题。实现了减少焦炭使用量，节约成本的技术效果。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供技术方案的总体思路如下：
本申请提供一种预还原含铁炉料的生成方法，包括：
将煤粉和铁矿粉按第一质量配比混匀，形成第一混合物；
使用粘结剂将所述第一混合物压制成型，以增加所述煤粉和所述铁矿粉的接触面积；
在焦炉中对压制成型的所述第一混合物进行升温加热，以在所述煤粉的焦化过程中实现对所述铁矿粉的预还原，生成固结成块的预还原含铁炉料。
本申请实施例提供的方法及系统，通过采用煤粉和铁矿粉作为原料，增加了煤和铁的接触面积，再通过压制工序使煤粉和铁粉接触更紧密，从而保证炉料生产过程中各成分能充分反应；且该工艺不受煤种限制，采用煤粉替代优质焦炭，拓宽了高炉炼铁煤种资源，节省了宝贵的焦煤资源；进一步，通过对压制成型的混合物进行加热，使煤粉焦化过程中产生的焦炉煤气中的H2和CO的化学能得到充分利用，且释放出的CH4等烷烃类碳氢化合物被分解，并参与铁氧化物的还原反应，以在煤粉焦化的过程中实现铁矿粉的预还原，提供了一种能替代焦炭的还原作用的炉料。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
实施例一
在本实施例中，提供了一种预还原含铁炉料的生成方法，请参考图1，图1为本申请实施例中预还原含铁炉料的生成方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：
步骤S101，将煤粉和铁矿粉按第一质量配比混匀，形成第一混合物；
步骤S102，使用粘结剂将所述第一混合物压制成型，以增加所述煤粉和所述铁矿粉的接触面积；
步骤S103，在焦炉中对压制成型的所述第一混合物进行升温加热，以在所述煤粉的焦化过程中实现对所述铁矿粉的预还原，生成固结成块的预还原含铁炉料。
下面对所述预还原含铁炉料的生成方法进行详细说明：
首先，执行步骤S101，将煤粉和铁矿粉按第一质量配比混匀，形成第一混合物。
在具体实施过程中，需要先对铁矿粉和煤粉的粒度进行筛选，粒度可以为粗粒度级别的，比如毫米级；也可以是细粒级级别的，比如微米级，主要以满足冶炼经济品位为准。
进一步，所述煤粉的粒度范围为20um～3mm；所述铁矿粉的粒度范围为20um～3mm，由于铁矿粉与煤粉的粒度小，粒子间的接触更加充分，利于铁矿粉中铁氧化物还原速率的提高。
在本申请实施例中，所述煤粉具体包括：
焦煤、半焦煤、无烟煤或褐煤中任意一种或多种的组合。
具体来讲，本发明对煤粉的种类不作具体限制，可以用劣质煤间接代替优质焦炭来还原铁矿石，这在一定程度上拓宽了高炉炼铁煤种资源，节省了宝贵的焦煤资源。
在具体实施过程中，所述第一质量配比可以依据铁矿和煤粉的品质，以及该工艺产品预还原含铁炉料的用途不同，比如是高炉炼铁还是电炉炼钢，而进行有目的的调节。
在本申请实施例中，所述第一质量配比具体为：30％～70％的所述煤粉和70％～30％的所述铁矿粉。
接下来，执行步骤S102，使用粘结剂将所述第一混合物压制成型，以增加所述煤粉和所述铁矿粉的接触面积。
在具体实施过程中，可以根据煤粉和铁矿粉成球性能的差异，来选用不同的所述粘结剂，可选择的所述粘结剂包括：有机粘结剂，如沥青、焦油、纸浆废液、腐植酸钠或聚丙烯酰胺等；无机粘结剂，如石灰、皂土、卤水以及水泥等。
在本申请实施例中，所述使用粘结剂将所述第一混合物压制成型，具体为：
通过对辊冷压机或圆盘造球机，使用粘结剂将所述第一混合物压制成型。
最后，执行步骤S103，在焦炉中对压制成型的所述第一混合物进行升温加热，以在所述煤粉的焦化过程中实现对所述铁矿粉的预还原，生成固结成块的预还原含铁炉料。
在本申请实施例中，在焦炉中对压制成型的所述第一混合物进行升温加热，具体为：
在焦炉中，采用第一升温方式对压制成型的所述第一混合物进行升温加热；所述第一升温方式的焖炉时间为2h～8h。
具体来讲，请参考图2，图2为本申请实施例中第一混合物的焦化过程升温曲线示意图，即将步骤S102压制的第一混合物放入焦炉内，再按图2所示的曲线进行升温，其升温曲线和传统焦化升温曲线类似，不同之处在于焖炉时间可以缩短至2-8小时。所述焖炉时间即为图2中温度保持不变的时间段，即较粗实线表示的时间段。
在具体实施过程中，对焖炉阶段的温度不作限制。
具体来讲，在所述煤粉的焦化过程中实现对所述铁矿粉的预还原的反应原理为：
在加热时，煤粉焦化所得的煤气中H2、CO和CO2的含量较高，CH4、C2H4和C2H6的含量较低。CH4等烷烃类碳氢化合物被分解，H2和CO的化学能得到充分利用，具体通过如下的过程反应实现对所述铁矿粉的预还原：
CH4＝2H2+C；H2+3Fe2O3＝2Fe3O4+H2O；H2O+C＝H2+CO；CO2+C＝2CO；CO+FeO＝Fe+CO2；H2+CO2＝H2O+CO。
随后即可得到预还原含铁炉料，其中，所述预还原含铁炉料的金属化率在85～99％之间，并具备一定的强度，适于加入高炉炼铁或电炉炼钢。
在具体实施过程中，所述预还原含铁炉料用于高炉炼铁，有利于降低焦比、高效冶炼；所述预还原含铁炉料用于电炉炼钢，有利于降低电耗，改善钢水质量。
在具体实施过程中，所述焦炉可以为现有焦炭生产使用的焦炉设备，不用配备新的焦炉设备，节约了设备配置成本。
为了帮助理解，下面提供一具体实例来对本发明进行说明：
采用原料为铁矿粉A和煤粉A，其化学成分如表1所示。根据表1所示的化学成分可知，铁矿粉A和煤粉A均属劣质资源。铁矿粉A的粒度低于100目，煤粉A的粒度小于45μm。煤粉与铁矿粉的质量配比为70：30，其升温曲线如图2所示。
在实验过程中检测得知：焖炉阶段恒温温度800℃时，所得产品预还原含铁炉料中铁氧化物的金属化率为68％，其微观结构如图3所示，其中黑色区域为孔洞，白色亮区为已还原出的金属铁，而当焖炉阶段恒温温度达到900℃时，所得产品预还原含铁炉料中铁氧化物的金属化率高于90％。
表1
基于同一发明构思，本申请还提供了实施例一中方法对应的系统，详见实施例二。
实施例二
在本实施例中，提供了一种预还原含铁炉料的生成系统，如图4所示，所述系统包括：
混合单元401，用于将煤粉和铁矿粉按第一质量配比混匀，形成第一混合物；
压制单元402，用于使用粘结剂将所述第一混合物压制成型，以增加所述煤粉和所述铁矿粉的接触面积；
焦炉403，用于对压制成型的所述第一混合物进行升温加热，以在所述煤粉的焦化过程中实现对所述铁矿粉的预还原，生成固结成块的预还原含铁炉料。
在本申请实施例中，所述压制单元402具体为：对辊冷压机或圆盘造球机。
在本申请实施例中，所述焦炉403还包括：
控时单元，用于在焦炉对压制成型的所述第一混合物进行升温加热时，控制焖炉时间为2h～8h。
本实施例中系统的工作原理，在实施例一中已经详细说明，为了说明书的简洁，在此就不再累述了。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本申请实施例提供的方法及系统，一方面，采用煤粉和铁矿粉作为原料，由于铁矿粉与煤粉的粒度小，粒子间的接触更加充分，利于铁矿粉中铁氧化物还原速率的提高，再通过压制工序使煤粉和铁粉接触更紧密，从而保证炉料生产过程中各成分能充分反应；另一方面，该工艺不受煤种限制，采用煤粉替代优质焦炭，拓宽了高炉炼铁煤种资源，节省了宝贵的焦煤资源；再一方面，通过对压制成型的混合物进行加热，使煤粉焦化过程中产生的焦炉煤气中的H2和CO的化学能得到充分利用，且释放出的CH4等烷烃类碳氢化合物被分解，并参与铁氧化物的还原反应，以在煤粉焦化的过程中实现铁矿粉的预还原。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种预还原含铁炉料的生成方法，其特征在于，所述方法包括：
将煤粉和铁矿粉按第一质量配比混匀，形成第一混合物；
使用粘结剂将所述第一混合物压制成型，以增加所述煤粉和所述铁矿粉的接触面积；
在焦炉中对压制成型的所述第一混合物进行升温加热，以在所述煤粉的焦化过程中实现对所述铁矿粉的预还原，生成固结成块的预还原含铁炉料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一质量配比具体为：30％～70％的所述煤粉和70％～30％的所述铁矿粉。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤粉的粒度范围为20um～3mm；所述铁矿粉的粒度范围为20um～3mm。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用粘结剂将所述第一混合物压制成型，具体为：
通过对辊冷压机或圆盘造球机，使用粘结剂将所述第一混合物压制成型。
5.如权利要求1或4任一所述的方法，其特征在于，所述粘结剂具体为：
有机粘结剂或无机粘结剂。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤粉具体包括：
焦煤、半焦煤、无烟煤或褐煤中任意一种或多种的组合。
7.如权利要求1、2、3、4或6所述的方法，其特征在于，在焦炉中对压制成型的所述第一混合物进行升温加热，具体为：
在焦炉中，采用第一升温方式对压制成型的所述第一混合物进行升温加热；所述第一升温方式的焖炉时间为2h～8h。
8.一种预还原含铁炉料的生成系统，其特征在于，所述系统包括：
混合单元，用于将煤粉和铁矿粉按第一质量配比混匀，形成第一混合物；
压制单元，用于使用粘结剂将所述第一混合物压制成型，以增加所述煤粉和所述铁矿粉的接触面积；
焦炉，用于对压制成型的所述第一混合物进行升温加热，以在所述煤粉的焦化过程中实现对所述铁矿粉的预还原，生成固结成块的预还原含铁炉料。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述压制单元具体为：
对辊冷压机或圆盘造球机。
10.如权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述焦炉还包括：
控时单元，用于在焦炉对压制成型的所述第一混合物进行升温加热时，控制焖炉时间为2h～8h。
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