CN107429310A

CN107429310A - 磁铁矿基烧结矿及其生产方法

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Publication number: CN107429310A
Application number: CN201680016512.4A
Authority: CN
Inventors: 李俊昊; 吴俊锡
Original assignee: Industry Academy Collaboration Foundation of Korea University
Current assignee: Industry Academy Collaboration Foundation of Korea University
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2017-12-01
Anticipated expiration: 2036-03-16
Also published as: JP2020041222A; KR20160111873A; KR101804662B1; WO2016148509A1; JP2018510970A; JP6764875B2; CN107429310B; US10724115B2; US20180002779A1

Abstract

本发明涉及一种磁铁矿基烧结铁矿及其制造方法，其中，在炼钢工艺中用作主要原料的铁矿当中，具有低还原性因而目前未使用的磁铁矿细粉得到改善以具有优异的还原性。

Description

磁铁矿基烧结矿及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种具有高还原性指数的磁铁矿基烧结铁矿及其制造方法。

背景技术

在炼钢工艺中，将主要由赤铁矿制造的烧结铁矿装入高炉中以生产金属铁。为了制造烧结铁矿，将作为主要材料的赤铁矿与碳质材料、添加剂(例如氧化钙(CaO)等)和含铁副产物(粉尘、污泥、磨屑等)混合，然后加热至1300至1480℃的范围内的温度。为了防止烧结物在运输和装入高炉时的破裂，需要高的冷强度。此外，应当使将赤铁矿还原成磁铁矿时起因于约20％的体积膨胀以及由此产生的烧结体中的内部应力的细粉产生最小化，同时保持高还原性指数。

同时，磁铁矿主要以超细粉末(约0.2mm以下)的形式获得并且具有低的还原性指数，因此其可用性在炼钢工艺中受到限制。更特别地，当将磁铁矿直接用作烧结铁矿时，在将赤铁矿还原成磁铁矿时不能预期开裂。因此，内部气体扩散变得缓慢，难以实现高的还原性。因此，为了制造烧结铁矿已开发的大多数技术使用赤铁矿作为主要材料。因此，在制造烧结铁矿时，磁铁矿以其一部分与赤铁矿组合的方式使用。然而，与赤铁矿不同，当使用磁铁矿作为主要材料时，预期在还原期间不存在细粉产生的问题。磁铁矿是用作烧结铁矿的候选材料，只要它满足冷强度和高还原性指数即可。由于磁铁矿以超细粉末的形式获得，所以必须进行烧结工艺以便用于高炉中的炼钢操作。

此外，迄今已知的利用磁铁矿的技术包括：通过用微波照射磁铁矿(或赤铁矿)和CaO的混合物来形成具有低熔点的化合物；以及从磁铁矿-水-助熔剂-粘合剂混合物的生料颗粒制造赤铁矿颗粒。然而，在炼钢工艺中直接利用烧结磁铁矿的技术尚未引入。

韩国专利申请公开号10-2004-0034995公开了具有高还原性指数和低还原劣化的烧结铁矿及其制造方法，其中大量使用助熔添加剂，因此，在高炉加工期间使炉渣体积增加。因此，使焦炭比不期望地增加。

发明内容

技术问题

因此，本发明考虑到现有技术中遇到的问题，本发明旨在提供将从磁铁矿制造的磁铁矿基烧结铁矿作为主要原料，且其中在制造烧结铁矿时，即使与常规的烧结铁矿生产相比不添加或少量添加碳质材料和各种添加剂，也可以获得具有良好的冷强度、高还原性指数和低还原劣化的磁铁矿基烧结铁矿。

技术方案

因此，本发明提供一种磁铁矿基烧结铁矿，其通过用微波照射磁铁矿或磁铁矿混合物来制造并且具有约1.281kN以上的最大压缩强度或16.31MPa以上的最大压缩应力。

此外，本发明提供一种制造磁铁矿基烧结铁矿的方法，包括：a)用压力将磁铁矿粉或磁铁矿粉混合物压实成磁铁矿块，和b)通过微波照射在1100℃以上的温度下加热和烧结a)中制备的磁铁矿块。

有益效果

根据本发明，磁铁矿基烧结铁矿不含或含有少量用于通常烧结铁矿生产的碳(约2％焦炭和约2％无烟煤等)，因此本发明具有减少二氧化碳排放和对环境有害的粉尘产生的优点。此外，不添加或少量(约15％)添加用于确保强度和在烧结铁矿期间抑制细粉产生的添加剂(助熔剂)，例如石灰石、生石灰、蛇纹石或石英岩，因此在高炉操作时减少炉渣体积，从而有助于实现低焦炭比。

此外，磁铁矿粉是由于其低还原性指数而不使用的铁源，本发明的磁铁矿基烧结铁矿可以增加磁铁矿的使用性，从而能够自由选择炼钢行业中的原材料。

此外，当使用根据本发明的磁铁矿基烧结铁矿时，可以快速还原，并且可以提高表明高炉效率的铁生产率，从而提高能量效率。在制造本发明的磁铁矿基烧结铁矿时，不添加或少量添加碳和添加剂，从而减少炉渣体积并用作快速还原剂，从而在能量、环境影响和成本方面相比于常规的烧结铁矿显示出显著改善的效果。

附图说明

图1是表示磁铁矿基烧结铁矿的冷强度根据在压实根据本发明的磁铁矿基烧结铁矿时施加的压力和通过微波照射的加热温度范围的曲线图；

图2是表示基于本发明的微波烧结铁矿的还原率随时间的还原性指数的评价结果的图；

图3表示本发明的实施例中生产的微波烧结铁矿的形状；以及

图4表示本发明的试验例中用于测定压缩强度的测定方向。

具体实施方式

在下文中，将给出对本发明的详细描述。

本发明涉及通过用微波照射磁铁矿或磁铁矿混合物而获得的磁铁矿基烧结铁矿及其制造方法。

在本发明中，已经实验上证实通过将作为由于其低还原性指数而通常不被利用的铁源的磁铁矿作为主要材料，在预定条件下用微波照射，从而生产冷强度高和还原性指数高的磁铁矿基烧结铁矿。

特别地，本发明涉及通过用微波照射磁铁矿或磁铁矿混合物而获得的磁铁矿基烧结铁矿，其在40％CO-60％N₂气体气氛中在1000℃下具有还原率为0.7％/min以上的还原性指数。根据本发明，磁铁矿基烧结铁矿可以提供为直径为5至50mm的颗粒形式或直径为5至50mm且高度为5至50mm的团块形式，可以满足KS E 3714标准，并且可以在底部方向上具有约1.281kN以上的最大压缩强度和16.31MPa以上的最大压缩应力。此外，横向方向上的最大压缩强度优选为0.4011kN以上。

在通常的烧结工艺中，从外部施加热能，并且首先烧结样品的外部。在本发明中，可以使用微波同时加热整个样品，由此可以将整个样品均匀地烧结，从而可以制造有助于气体扩散并且具有高还原性指数的烧结体。

在本发明中，通过微波照射实现的加热温度可以为1100至2000℃。当通过微波照射的加热温度为1200℃以上时，可以确保磁铁矿基烧结铁矿的冷强度，无论用于压实磁铁矿的压力如何。当施加62MPa以上的压力时，最佳加热温度可以降低到1150℃以上，当施加250MPa以上的压力时，最佳加热温度可以降低到1100℃以上。为了在烧结时保护耐火材料，最大加热温度优选为2000℃以下。

在本发明中，可以使用单个微波发生器将微波在0.5至300kW的范围内施加，使得加热温度为1100℃以上。

当通过并联组合使用微波发生器时，可以通过将每个微波发生器的功率乘以发生器的数量(每个发生器的功率*发生器的数量)来计算输出功率的量，通过同时使用多个微波发生器可以增加总能量。在这种情况下，微波功率可能超过300kW。

本发明的磁铁矿可以是磁铁矿粉，但本发明不限于此，磁铁矿可以以具有低还原性指数的超细粉末形式(约0.2mm以下)包括在内。

除了磁铁矿以外，磁铁矿混合物还可以包括选自赤铁矿、碳质材料和添加剂中的至少一种。

碳质材料包括焦炭和无烟煤中的至少一种。基于混合物的总重量，碳质材料的含量优选为4重量％以下。

添加剂可以是助熔剂，并且可以特别地包括选自石灰石、生石灰、蛇纹石和石英岩中的至少一种。基于混合物的总重量，添加剂的含量可以为15重量％以下。

当加入上述量范围内的碳质材料或添加剂时，与常规的烧结铁矿生产方法相比，其含量可以更少，从而减少二氧化碳的排放和对环境有害的粉尘的产生。此外，高炉操作时减少炉渣体积，因此有助于减少焦炭比，产生优异的能量效率。

当磁铁矿混合物包括赤铁矿时，磁铁矿和赤铁矿的重量比可以在6：4至10：0的范围内，即磁铁矿的量可以超过其总量的60％。当磁铁矿的量为60％以下时，样品的加热速度变慢，因此效率显著降低。

对根据本发明的磁铁矿基烧结铁矿的尺寸没有特别限制，其可以以直径为5至50mm的颗粒形式或直径为5至50mm且高度为5至50mm的团块形式提供。在一些情况下，在连续操作时，可以使用诸如挤出等的方法制造为柱状。这里，制造直径为5至50mm的柱状烧结铁矿，然后在使用前切割。

此外，本发明涉及一种制造磁铁矿基烧结铁矿的方法，包括：a)使用压力将磁铁矿或磁铁矿混合物压实成磁铁矿块；以及b)通过微波照射在1100℃以上的温度下加热和烧结a)中制备的磁铁矿块。

在a)中，压力可以在30MPa至10GPa的范围内，且优选为30至500MPa，但本发明不限于此。当压力小于30MPa时，压实成块是不可能的，10GPa是在通常制造工艺中可以预期的最大压力。

可以使用液压机、机械压机、注塑机或挤出机来施加压力，但本发明不限于此。

除此之外，对于根据本发明的磁铁矿基烧结铁矿的制造方法的描述，参照上述磁铁矿基烧结铁矿的描述。

实施例

通过以下实施例可以获得对本发明的更好理解，阐述这些实施例以用于说明，但不应解释为限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求给出，并且还包含与权利要求等同的含义和范围内的所有修改。

实施例1、使用微波照射制造磁铁矿基烧结铁矿

在250MPa的压力下将3g超细粉末形式(约0.2mm以下)并具有低还原性指数的磁铁矿压实(直径：10mm，高度：10mm)并通过在2.45GHz下照射1.8kW微波以加热至1200℃，从而制造烧结铁矿。

样品处理条件如下。

样品重量：～3g

样品颗粒尺寸：<0.2mm

压实压力：250MPa(保持5分钟)

最高温度：1200℃

加热速率：125至160℃/分钟

比较例1、使用通常的电阻炉制造磁铁矿基烧结铁矿

将实施例1中使用的磁铁矿以一般方式在通常的电阻炉中烧结，从而制造磁铁矿基烧结铁矿。

样品重量：～3g

样品颗粒尺寸：<0.2mm

压制压力：250MPa(保持5分钟)

最高温度：1200℃

加热速率：10℃/分钟

试验例1、磁铁矿基烧结铁矿的性能评价

使用气体比重法和DryFlo比重法测量实施例1和比较例1的磁铁矿基烧结铁矿的密度和孔隙率。绝对密度可以通过气体比重法测量。将具有相同体积的两个反应器中的一个填充有分析样品，另一个保持为空的，并将相同体积的氦气注入每个反应器中。基于两个反应器之间的压力差来确定样品的体积。这里，由于即使样品的细孔完全填充有氦气，也可以仅测定除去孔隙等的样品的体积，由此可以确定样品的绝对密度。表观密度可以使用Dryflo比重法测量。作为分析介质，DryFlo是干燥的细粉状自由流体，不会渗入直径约25μm以下的孔隙。以如下方式进行测量方法，其中可以通过在仅添加DryFlo并施加预定压力时和当样品用DryFlo包封然后充入相同压力时测量体积差异来确定表观密度。可以使用两种方法使用绝对密度和表观密度之差来确定孔隙率。结果示于下表1中。

[表1]

从表1可以清楚看出，实施例1和比较例1的磁铁矿基烧结铁矿在上述处理时密度没有大的变化，微波烧结时孔隙率进一步降低。

试验例2、根据压实时施加的压力和通过微波照射的加热温度的磁铁矿基烧结铁矿的冷强度

以与实施例1中相同的方式通过微波照射制造磁铁矿基烧结铁矿，除了用于压实磁铁矿的压力为30至500MPa，通过微波照射的加热温度各自设定为1050℃、1100℃、1200℃、1300℃和1400℃。

为了测量通过实施例的方法制造的磁铁矿基烧结铁矿的冷强度，根据KS E3714进行跌落试验，并且满足2％以下的重量损失。

详细的试验方法如下。具体地，将样品升高至离钢架2.0m的高度，然后落在钢架上。重复上述步骤4次，与试验(按照KS E 3714)前的重量相比，总重量减少为2.0％以上的情况表示为不合格(X)，总重量减少小于2.0％的情况表示为合格(O)。结果示于图1中。

如图1的试验结果所示，当通过微波照射的加热温度为1200℃以上时，可以确保磁铁矿基烧结铁矿的冷强度，无论压实磁铁矿的压力如何。当压力为62MPa以上时，最佳加热温度降至1150℃以上，当压力为250MPa以上时，最佳加热温度可以降至1100℃以上。为了在烧结时保护耐火材料，最高加热温度优选为2000℃以下。

试验例3、根据压实时施加的压力和通过微波照射的加热温度的磁铁矿基烧结铁矿的最大压缩强度

以与实施例1相同的方式通过微波照射制造磁铁矿基烧结铁矿，除了用于压实磁铁矿的压力为30至500MPa，通过微波照射的加热温度各自设定为1050℃、1100℃、1200℃、1300℃和1400℃。

根据本发明的通过微波照射制造的磁铁矿基烧结铁矿的最大压缩强度如下使用万能试验机测量。

样品形状：圆柱形烧结铁矿(直径：10mm/高度：10mm)

测量装置：万能试验机

测量条件：以0.5mm/min的速率进行压缩

测量方向：在底部方向和横向方向上进行压缩(图4)

结果示于下表2中。

[表2]

从上述试验结果可以清楚看出，只有满足最大压缩强度为1.281kN/最大压缩应力为16.31MPa以上的磁铁矿基烧结铁矿才通过冷强度试验(KS E 3714)。

试验例4、磁铁矿基烧结铁矿的还原性指数评价

以与实施例1中相同的方式通过微波辐射制造磁铁矿基烧结铁矿，除了用于压实磁铁矿的压力为30至500MPa，并且通过微波照射的加热温度各自设定为1100℃、1200℃和1300℃。

将通过微波照射获得的磁铁矿基烧结铁矿和比较例1的使用通常电阻炉制造的具有相同形状的磁铁矿烧结铁矿进行还原试验。

特别地，将烧结铁矿装入1000℃的立式炉中的石英反应管(内径为30mm)中。然后，使氮气和一氧化碳(氮气(N₂)为4.8L/min STP，一氧化碳(CO)为3.2L/min STP)的气体混合物流动，测定还原性指数。

使用下式1计算还原率。

[式1]

[还原率](％)＝[铁矿中的氧还原量]/[反应前铁矿中与铁结合的氧量]×100

用微波照射的烧结铁矿的还原性指数的评价结果示于图2。

参考图2的试验结果，使用微波烧结的根据本发明的磁铁矿烧结铁矿比在通常电阻炉中烧结的磁铁矿烧结铁矿(比较例1：常规加热的磁铁矿)的还原率高大约4倍。

当使用通常电炉制造的磁铁矿基烧结铁矿被还原50％时，还原率为0.17％/min，当通过根据本发明的微波照射制造的磁铁矿基烧结铁矿被还原50％时，还原率为0.58至0.82％/min，通过微波照射，反应速度提高约4倍。还原率根据压实条件下的微波加热温度的结果示于下表3中。

[表3]

试验例5、赤铁矿-磁铁矿混合烧结铁矿的冷强度测量

以与实施例1相同的方式制造赤铁矿-磁铁矿混合烧结铁矿，不同之处在于将赤铁矿和磁铁矿(粉末)混合，并且通过微波照射的加热温度为1000℃和1100℃。

以与试验例2中相同的方式测量其冷强度。结果示于下表4中。

[表4]

烧结温度(℃)	1000	1100
			磁铁矿：赤铁矿＝7：3	不合格	合格
磁铁矿：赤铁矿＝9：1	不合格	合格

从表3的结果可以清楚看出，当将混合矿石在1100℃以上烧结时，如在磁铁矿中那样，无论混合比例如何，满足所要求的冷强度。这里，烧结时间随着磁铁矿量的减少而增加，这意味着赤铁矿的添加量可以由用户调整以适合于地方条件。因此，本发明提供主要由磁铁矿组成的烧结铁矿，也可以应用于主要由磁铁矿组成并还包括用于通常烧结铁矿的赤铁矿和各种添加剂的烧结铁矿。

工业实用性

根据本发明，磁铁矿基烧结铁矿不含或含有少量用于通常烧结铁矿生产的碳(约2％焦炭和约2％无烟煤)，从而减少二氧化碳排放和对环境有害的粉尘产生。此外，不添加或少量(约15％)添加用于在烧结铁矿期间确保强度和抑制细粉产生的添加剂(助熔剂)，例如石灰石、生石灰、蛇纹石或石英岩，因此减少高炉操作时的炉渣体积，从而有助于实现低焦炭比。

Claims

1.一种磁铁矿基烧结铁矿，其通过用微波照射磁铁矿或磁铁矿混合物而制造，在1000℃40％CO-60％N₂气体气氛中具有还原率为0.7％/min以上的还原性指数。

2.根据权利要求1所述的磁铁矿基烧结铁矿，其中，所述磁铁矿基烧结铁矿以直径为5至50mm的颗粒形式或直径为5至50mm且高度为5至50mm的团块形式提供。

3.根据权利要求1所述的磁铁矿基烧结铁矿，其中，所述磁铁矿基烧结铁矿满足KS E3714标准。

4.根据权利要求1所述的磁铁矿基烧结铁矿，其中，所述磁铁矿基烧结铁矿在底部方向上具有约1.281kN以上的最大压缩强度和16.31MPa以上的最大压缩应力。

5.根据权利要求4所述的磁铁矿基烧结铁矿，其中，横向方向上的最大压缩强度为0.4011kN以上。

6.根据权利要求1所述的磁铁矿基烧结铁矿，其中，施加所述微波以获得1100℃以上的温度。

7.根据权利要求1所述的磁铁矿基烧结铁矿，其中，除了磁铁矿以外，所述磁铁矿混合物还包括赤铁矿、碳质材料和添加剂中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的磁铁矿基烧结铁矿，其中，基于所述混合物的总重量，所述碳质材料的含量为4重量％以下，基于所述混合物的总重量，所述添加剂的含量为15重量％以下。

9.根据权利要求7所述的磁铁矿基烧结铁矿，其中，包含所述赤铁矿使得基于所述磁铁矿粉和所述赤铁矿的总重量，所述磁铁矿粉的量为60重量％以上。

10.一种制造磁铁矿基烧结铁矿的方法，包括：

a)使用30至500MPa的压力将磁铁矿粉或磁铁矿粉混合物压实成磁铁矿块；以及

b)通过微波照射在1100℃以上的温度下烧结在a)中制备的磁铁矿块。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述磁铁矿基烧结铁矿在底部方向上具有约1.281kN以上的最大压缩强度和16.31MPa以上的最大压缩应力。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述磁铁矿基烧结铁矿在横向方向上具有0.4011kN以上的最大压缩强度。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，除了磁铁矿粉以外，所述磁铁矿粉混合物还包括赤铁矿、碳质材料和添加剂中的至少一种。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，包含所述赤铁矿使得基于所述磁铁矿粉和所述赤铁矿的总重量，所述磁铁矿粉的量为60重量％以上。