CN105714109B - 一种高强度高钛球团的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度高钛球团的制备方法，该方法是将TiO2含量为12wt％～45wt％的混合物料进行高压辊磨及润磨处理后，制成球团；所述球团经过干燥后，置于氧化气氛中，进行低温氧化焙烧，焙烧球团置于高温下进行烧结后，冷却，得到强度大于2500N/P，TiO2含量为12％～45％的高钛球团，这种高钛球团满足2500m3以上大型高炉对球团强度的要求，起保护高炉炉衬的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度高钛护炉球团矿的制备方法，特别涉及一种满足大型高炉应用要求的高钛球团的制备方法，属于钢铁冶金领域。
背景技术
如何有效延长高炉炉缸的寿命，在保证高炉炉缸安全的情况下，既稳定高效生产，又能创造良好的技术经济指标，一直是各大钢铁企业所关注且不断探索的课题。
由于采用含钛物料护炉具有工艺简单、操作方便、使用灵活、见效快等优点，使得其成为高炉冶炼长期护炉的常规方法，对于延长高炉一代炉龄，提高高炉综合效益具有重要作用。含钛物料护炉的机理：在一定温度下，TiO2部分同C和N进行还原反应，生成低价态的TiC和TiN，并且溶于铁水中，使得铁水粘度增加，流动性降低；在炉缸侵蚀处，溶于铁水中的TiC和TiN以固溶体的形式结晶析出，形成保护层，从而达到护炉的目的。
相比较于含钛块矿及含钛烧结矿等护炉技术，含钛护炉球团由于其具有冶金性能好、品种多、含钛率可变化等优点，而逐渐得到广泛应用。并且，采用含钛球团护炉，可避免生料入炉对高炉的稳定生产带来的不利影响，同时也可避免将含钛物料加入到烧结矿中影响烧结矿的生产质量指标。
目前，使用的含钛护炉球团的TiO2含量一般在1～10％左右，铁品位53％～54％，虽然其成品球团强度能达到2500N/P以上，满足大型高炉的生产要求，然而对于一些炉体严重受损的高炉来说，由于其护炉任务重，需要配入较多的护炉球团，但这种护炉方式会降低入炉炉料的铁品位，对高炉冶炼不利，不满足高炉个性化的护炉要求。随着含钛球团护炉技术及球团生产技术的发展，高钛护炉球团(TiO2含量大于12％)，由于其不仅具有普通含钛球团在护炉中的优点，而且能承担炉体严重受损的护炉任务，同时由于其含钛高可以减少运输的成本，因而越来越受到重视。
目前，高钛护炉球团的生产面临着诸多技术难题。随着球团中TiO2含量提高，球团的强度迅速降低，当球团中TiO2含量达到12％时，采用常规的球团制备方法，球团强度只能达到2000N/P左右，特别是当TiO2含量超过20％后，球团强度降低到1000N/P以下，这种低强度的球团加入到大型高炉(大于2500m3)，在冶炼过程易破碎、粉化而影响高炉操作。因此，生产高强度高钛护炉球团(大于2500N/P)，满足大型高炉对球团强度的要求，对高炉顺行和高炉长寿具有重要意义。
发明内容
针对现有的高钛护炉球团存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种TiO2质量百分比含量高达12％～45％、且强度大于2500N/P，适用于大型高炉使用的护炉球团矿的制备方法。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种高强度高钛球团的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将TiO2含量为12wt％～45wt％的混合物料进行高压辊磨及润磨处理，直至所述混合物料比表面积达到1600cm2～1900cm2/g后，制成球团；
(2)所述球团经过干燥后，置于氧化气氛中，按照如下焙烧制度进行氧化焙烧：
T＝1380.5×(100×C)-0.16；
t＝34.3×ln(100×C)-69.8；
其中，
T为焙烧温度，单位为℃；
t为焙烧时间，单位为min；
C为TiO2质量百分比含量，％；
(3)焙烧球团置于1225℃～1250℃温度下进行烧结后，冷却。
优选的方案，氧化气氛中氧气体积百分比含量在12％以上。
优选的方案，干燥温度为200℃～450℃。
优选的方案，烧结时间为40～70min。
优选的方案，冷却过程为：从烧结温度冷却到1000℃时，冷却速度为40～70℃/min；从1000℃冷却到200℃时，冷却速率为25～60℃/min。
较优选的方案，冷却球团强度大于2500N/P，FeO的质量百分比含量低于1.8％。
优选的方案，混合物料包含钒钛磁铁精矿、钛中矿、钛精矿、普通磁铁精矿中的至少一种矿物。
较优选的方案，混合物料包含1wt％～2wt％的膨润土粘结剂。
较优选的方案，钛精矿及钛中矿的粒度要求-0.074mm质量百分比含量在85％以上；钒钛磁铁精矿及普通磁铁精矿的粒度要求-0.074mm质量百分比含量在80％以上。
本发明的高强度高钛护炉球团矿的制备方法包括以下具体步骤：
a、配矿：采用钒钛磁铁精矿、钛中矿、钛精矿、普通磁铁精矿等进行配料，要求TiO2的质量百分比含量为12％～45％，并加入配料质量1％～2％的球团粘结剂膨润土；
b、混匀：将步骤a所述配料进行充分混匀；
c、预处理：使用高压辊磨及润磨等方式对步骤b所得混匀配料进行预处理，使配料的比表面积达到1600～1900cm2/g；
d、造球：利用圆盘造球机将步骤c混匀配料进行造球；
e、烘干：将步骤d所得生球在200℃～450℃的温度下充分干燥；
f、氧化焙烧：将步骤e得到的干燥球按以下焙烧制度进行氧化焙烧：
首先在低温下进行焙烧，焙烧的温度和时间分别按公式(1)和公式(2)控制：
T＝1380.5(100×C)-0.16 公式(1)
t＝34.3ln(100×C)-69.8 公式(2)
其中：T为焙烧温度(℃)，t为焙烧时间(min)，C为TiO2质量百分比含量(％)；
焙烧气氛中的氧气体积百分比含量控制在12％以上；
g、然后在高温下进行烧结，烧结最高温度严格控制在1225～1250℃，烧结时间为40～70min；
h、冷却：将步骤g所述高温烧结后的球团进行冷却；严格控制冷却速度，从最高温冷却到1000℃时，保持冷却速度为40～70℃/min，从1000℃冷却到200℃时，以25～60℃/min的速度进行冷却，使最终球团中FeO的质量百分比含量低于1.8％；冷却后，即获得强度大于2500N/P的高钛护炉球团。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益效果：
大量研究表明：随着球团中TiO2含量提高，球团的强度迅速降低，当球团中TiO2质量百分比含量达到12％时，采用常规的球团制备方法获得的球团强度只能达到2000N/P左右，特别是当TiO2质量百分比含量超过20％后，球团强度降低到1000N/P以下，这种低强度的球团加入到大型高炉，在冶炼过程易破碎、粉化而影响高炉操作。而本发明的技术方案，可使球团中的TiO2质量百分比含量提高到12％～45％，同时强度达到2500N/P以上，满足大型高炉冶炼对球团强度的要求。
本发明的技术方案优势主要体现在以下几点：
(1)本发明的技术方案，将球团物料粉碎至适当粒度及比表面积，有利于物料的氧化及固结，获得较高强度的球团。针对不同精矿的氧化难易程度，及各种精矿的氧化和固结特征，提出了与氧化固结相匹配的粒度及比表面积要求，不但有利于物料的充分氧化，而且有利于固结，保证球团获得较高的强度。
(2)本发明的技术方案通过低温焙烧和高温烧结进一步提高球团强度。先在低温下氧化，通过适宜的温度和氧化时间，调控氧化过程物相的变化，使其生成最大量的Fe2O3，而避免铁板钛矿的形成；然后在高温下固结，通过严格控制烧结温度，使得发展Fe2O3再结晶。本发明控制高钛球团的氧化过程和固结过程，促进有利于球团强度的矿物和显微结构的形成，从而进一步提高球团的强度，使之达到大型高炉的强度要求。
本发明的技术方案是发明人通过大量的针对钒钛磁铁精矿、钛精矿、钛中矿、普通磁铁精矿等的氧化行为、物相演变规律，焙烧过程固结特征、球团矿矿物组成和显微结构等试验研究，以及寻找高钛球团氧化、固结的影响因素和适宜条件，在上述基础上开发而得到的高强度高钛球团生产方法，所生产的球团强度均达到了2500N/P以上，解决了高钛球团强度低而不能应用于大型高炉的难题。
具体实施方式
下面实施例旨在进一步对本发明内容的说明，而不是限制发明权利要求的保护范围。
实例采用的钒钛磁铁精矿、钛中矿、钛精矿、普通磁铁精矿、膨润土化学成分见表1
表1 原料化学成分/％
实施例1：
当高钛球团中TiO2含量12％时，采用钒钛磁铁精矿、钛中矿进行配料，配料方案见表2。其中，钒钛磁铁精矿粒度-0.074mm含量达到80％，钛中矿粒度-0.074mm含量达到85％，通过润磨预处理混合料比表面积达到1650cm2/g。将制备好的生球经450℃干燥后，在T＝1380.5(100×12％)-0.16＝925℃的条件下进行焙烧，焙烧时间为t＝34.3ln(100×12％)-69.8＝16min，然后在1225℃的条件下进行烧结，烧结时间为70min。烧结结束后，严格控制冷却速度，从最高温冷却到1000℃时，保持冷却速度为70℃/min，从1000℃冷却到200℃时，以60℃/min的速度进行冷却。得到的成品球团矿化学成分及强度指标见表2所示，可知，球团矿中残余FeO含量为0.56％，强度达到3148N/P，满足大型高炉生产要求。
实施例2：
当高钛球团中TiO2含量25％时，采用钒钛磁铁精矿、钛精矿、普通磁铁精矿进行配料，配料方案见表2。其中，钒钛磁铁精矿粒度-0.074mm含量达到80％，普通磁铁精矿粒度-0.074mm含量为80％，钛精矿粒度-0.074mm含量达到85％，通过润磨预处理混合料比表面积达到1800cm2/g。将制备好的生球经300℃干燥后，在T＝1380.5(100×25％)-0.16＝825℃的条件下进行焙烧，焙烧时间为t＝34.3ln(100×25％)-69.8＝40min，然后在1250℃的条件下进行烧结，烧结时间为50min。烧结结束后，严格控制冷却速度，从最高温冷却到1000℃时，保持冷却速度为50℃/min，从1000℃冷却到200℃时，以40℃/min的速度进行冷却。得到的成品球团矿化学成分及强度指标见表2所示，可知，球团矿中残余FeO含量为0.78％，强度达到2876N/P，满足大型高炉生产要求。
实施例3：
当高钛球团中TiO2含量45％时，采用钛精矿进行配料，配料方案见表2。钛精矿粒度-0.074mm含量达到85％，通过润磨预处理混合料比表面积达到1900cm2/g。将制备好的生球经200℃干燥后，在T＝1380.5(100×45％)-0.16＝750℃的条件下进行焙烧，焙烧时间为t＝34.3ln(100×45％)-69.8＝60min，然后在1250℃的条件下进行烧结，烧结时间为40min。烧结结束后，严格控制冷却速度，从最高温冷却到1000℃时，保持冷却速度为40℃/min，从1000℃冷却到200℃时，以25℃/min的速度进行冷却。得到的成品球团矿化学成分及强度指标见表2所示，可知，球团矿中残余FeO含量为0.81％，强度达到2596N/P，满足大型高炉生产要求。
表2 高钛球团各配料方案下化学成分及抗压强度
Claims (7)
1.一种高强度高钛球团的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将TiO2含量为12wt％～45wt％的混合物料进行高压辊磨及润磨处理，直至所述混合物料比表面积达到1600cm2～1900cm2/g后，制成球团；
(2)所述球团经过干燥后，置于氧化气氛中，按照如下焙烧制度进行氧化焙烧：
T＝1380.5×(100×C)-0.16；
t＝34.3×ln(100×C)-69.8；
其中，
T为焙烧温度，单位为℃；
t为焙烧时间，单位为min；
C为TiO2质量百分比含量，％；
(3)焙烧球团置于1225℃～1250℃温度下进行烧结40～70min后，冷却；冷却过程严格控制冷却速度，从最高温冷却到1000℃时，保持冷却速度为40～70℃/min，从1000℃冷却到200℃时，以25～60℃/min的速度进行冷却，使最终球团中FeO的质量百分比含量低于1.8％。
2.根据权利要求1高强度高钛球团的制备方法，其特征在于：所述的氧化气氛中氧气体积百分比含量在12％以上。
3.根据权利要求1高强度高钛球团的制备方法，其特征在于：所述的干燥温度为200℃～450℃。
4.根据权利要求1高强度高钛球团的制备方法，其特征在于：冷却球团强度大于2500N/P，FeO的质量百分比含量低于1.8％。
5.根据权利要求1～4任一项高强度高钛球团的制备方法，其特征在于：所述的混合物料包含钒钛磁铁精矿、钛中矿、钛精矿、普通磁铁精矿中的至少一种原料。
6.根据权利要求5高强度高钛球团的制备方法，其特征在于：所述的混合物料包含1wt％～2wt％的膨润土粘结剂。
7.根据权利要求5高强度高钛球团的制备方法，其特征在于：所述的钛精矿及钛中矿的粒度要求-0.074mm质量百分比含量在85％以上；钒钛磁铁精矿及普通磁铁精矿的粒度要求-0.074mm质量百分比含量在80％以上。
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