CN108642272A - 一种褐铁矿粉高配比烧结方法 - Google Patents

一种褐铁矿粉高配比烧结方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种选取褐铁矿粉高配比的烧结方法，其是根据高炉炉料结构预设定烧结矿碱度，并根据烧结矿碱度拟定多组烧结用铁矿粉、熔剂、固体燃料、循环物料的组成及配比，得到对应的各组烧结配料方案，然后经混匀和制粒、布料、点火、烧结，建立“褐铁矿配比‑烧结料层收缩率‑烧结矿质量”对应关系，从测定烧结料层收缩率≤25‑30％的原料结构中，筛选出褐铁矿高配比的配料方案；按筛选出的烧结配比进行配料后，进行混匀、制粒得到混合料；然后再进行布料、点火、烧结、冷却、筛分得到烧结矿。本发明达到既最大限度使用褐铁矿降低原料成本，又保证烧结矿质量满足高炉要求的双重效果。

Description

一种褐铁矿粉高配比烧结方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，涉及一种褐铁矿粉高配比烧结方法。
背景技术
烧结生产使用的铁矿粉种类主要有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿，因三种铁矿粉的理化性能、烧结基础特性、吨矿价格不同，其配比不同所生产的烧结矿产质量技术经济指标和原料成本也不同。
磁铁矿组织结构致密坚硬，形状较规则，堆比重大，烧结料颗粒之间有较大的接触面积，烧结时不需要太多的液相即可成型，同时磁铁矿的软化和熔化温度较低，能在较低温度下与脉石成分作用形成低熔点化合物，得到熔化度适当、FeO含量较低、还原性和冷态转鼓强度较好的烧结矿。
赤铁矿组织结构多种多样，由非常致密的结晶体到疏松分散的粉体，铁呈高价(3+价)氧化物，氧化度最高100％，高碱度下易与CaO发生固相反应促进铁酸钙液相的形成，有利于提高烧结矿的还原性和转鼓强度。
与磁铁矿和赤铁矿比较，褐铁矿的物理特性是组织结构疏松，堆比重小，孔隙率大，表面粗糙，亲水性强，毛细力和分子结合力大，成球性好；化学特性是挥发物多，理论结晶水含量高5.33-25.23％，烧损大；烧结基础特性是同化温度低，且因结晶水分解产生的气孔加快同化反应速度，同化性强，液相流动性良好，粘结相强度低，生成铁酸钙能力较大，软化温度较低，自身固结强度差，与初生液相很容易发生反应，高温吸液性指数大，吸液性强，减少起黏结作用的有效液相，降低烧结固结强度。
基于以上特性，褐铁矿在烧结过程中表现出复杂矛盾多重的烧结特性：因同化性和液相流动性好，易与CaO反应生成液相，液相有较大发展，有助于提高烧结矿质量；因自身固结强度和生成的粘结相强度差，且因吸液性强易形成低流动性的二次液相“抢夺”粘结相的特征，减少有效液相量，降低烧结矿固结强度；因结晶水剧烈分解时产生爆裂，恶化烧结料层透气性，降低烧结生产率；因微观结构疏松，孔隙率大，结晶水含量高，烧结过程收缩率大，易形成多孔薄壁结构的烧结矿，冷态转鼓强度差。随着褐铁矿配比的增加，其烧结劣势和弊端越突出，褐铁矿配比过高时，则严重影响烧结矿产质量。
因褐铁矿烧结性能中等，价格相对低，对降低烧结配矿成本非常有利，近年来烧结行业将褐铁矿列为重要铁矿粉之一，所以研究褐铁矿粉高配比低成本烧结很有必要，具有现实意义。
目前烧结行业确定配矿结构的方法是：研究常用铁矿粉的烧结基础特性，进行大量烧结杯试验，确定几种适宜的原料结构，达到提高烧结矿产质量同时降低原料成本的目的。但往往因原料资源和采购计划的变更，不能按照既定原料结构组织生产。不同产地矿粉、不同熔剂、不同碱度、不同SiO2含量的原料结构，烧结过程物化反应、热力学、动力学条件的变化错综复杂，通过铁矿粉烧结基础特性研究和烧结杯试验找到适宜原料结构存在很大滞后性，且生产中实际工艺设备工况在烧结杯试验中无法模拟，试验结果与生产实际存在很大不一致不吻合和差异性。
发明内容
为了解决现有褐铁矿粉烧结技术中存在的问题，本发明公开了一种褐铁矿粉高配比烧结方法，以烧结料层收缩率确定褐铁矿配比的方法，具有直观性、综合性(即：综合反映了当期烧结机工况下和一定碱度、一定原料结构下烧结矿质量情况)、生产实践性，可操作性强，能快速确定较高褐铁矿配比，达到既最大限度使用褐铁矿降低原料成本，又保证烧结矿质量满足高炉要求的双重效果。
无论烧结原料、工艺设备工况、烧结过程千变万化，最终都会体现在烧结机参数和烧结矿表观上。综合褐铁矿理化特性和烧结基础特性，当褐铁矿配比过大时，在烧结过程中最明显的特征是收缩率大，本发明通过研究褐铁矿烧结性能取长弊短，建立“褐铁矿配比-烧结料层收缩率-烧结矿质量”对应关系，测定烧结料从烧结机头到机尾的料层收缩率不大于25-30％，可快捷直观地评价当期原料结构下烧结矿质量好坏，确定较高褐铁矿粉配比，同时兼顾原料成本和烧结矿质量。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一方面，本发明公开了一种选取褐铁矿粉高配比的方法，其是根据高炉炉料结构预设定烧结矿碱度，并根据烧结矿碱度拟定多组烧结用铁矿粉、熔剂、固体燃料、循环物料的组成及配比，得到对应的各组烧结配料方案，然后经混料和制粒、布料、点火烧结，建立“褐铁矿配比-烧结料层收缩率-烧结矿质量”对应关系，从测定烧结料层收缩率≤25-30％的原料结构中，筛选出褐铁矿高配比的配料方案，以达到降本增效双重效果。
作为一种优选实施方式，所述铁矿粉包括褐铁矿粉，还包括赤铁矿粉和/或磁铁精矿粉，所述褐铁矿粉为超特粉和/或PB粉，所述赤铁矿粉为南非、巴粗、纽曼粉中的一种或多种；所述熔剂包括生石灰、石灰石、白云石，所述固体燃料为焦粉，所述循环物料为高炉返矿、烧结和高炉环境除尘灰、炼铁污泥中的一种或多种。
为了避免因熔剂粒度过粗在烧结矿中残留“白点”产生粉化，控制熔剂小于3mm粒级≥90％；为了使烧结过程传热速度和碳燃烧速度同步，物理热和化学热叠加，节省能耗且烧结温度达到最高水平，控制焦粉小于3mm粒级≥75％；为了避免因粒度过粗难以熔融溶入液相，冷凝固结时不能被液相牢固粘结而影响转鼓强度变差，控制铁矿粉大于8mm粒级＜10％；为了发挥褐铁矿粉亲水性强的优势，在参与配料之前充分润湿褐铁矿，使褐铁矿水分在7-9％，改善烧结料制粒效果和烧结过程水分润滑作用，降低烧结过程阻力，有效传热导热。
为了改善烧结料层透气性，将粒度为1-3mm、还原性好的赤铁矿、褐铁矿、高碱度返矿作为制粒小球的核粒子，并配加足够生石灰，增强粘附层的强度，铁矿粉和循环物料占原料总配比的70-85％。
先进行混匀，在一次混合机内加入总加水量的90％以上，使物料充分润湿，得到水分、粒度、化学成分均匀的混合料。
另一方面，本发明还公开了一种高配比褐铁矿粉的烧结方法，包括以下步骤：
(1)混料：按选定烧结配比选定原料，通过连续自动质量配料法精确配料后，在一次混合机内加入总加水量的90％以上，使物料充分润湿，得到水分、粒度、化学成分均匀的混合料；在二次混合机(即：制粒机)内加入不足10％的补充水强化混合料制粒；
(2)布料：用梭式布料机(即可逆小车皮带机)将混合料布到矿槽内，以克服定点布料造成物料堆尖、粒度偏析和化学成分偏析；通过圆辊给料机和多辊布料器将矿槽内混合料布到烧结机上，通过圆辊给料机的均匀给料，形成烧结机宽度方向物料密度一致的效果；通过多辊(一般选6-9辊)布料器的偏析作用，形成烧结机高度方向上部物料粒度较细、下部物料粒度较粗的偏析效果，达到烧结过程烧结风量、烧结温度、烧结气氛的均衡稳定；将布在烧结机上的混合料压下8-10mm，控制料层厚度为650-800mm，以提高上层烧结料的装料密度，抑制上层烧结料过快烧结速度，从而克服褐铁矿在烧结过程中料层收缩率大的弊端；
(3)点火烧结：采用控制烧结点火温度1000-1200℃，废气温度110-135℃，控制终点位置在倒数第二个风箱处，200m2以上烧结机的终点温度在350-400℃，300m2以上烧结机的终点温度在380-430℃；
(4)冷却筛分：将步骤(3)得到的热烧结矿进行梯度缓慢冷却后，分三段分级筛，分别筛分出小于5mm的返矿，返回配料室参与配料；筛分出10-20mm的铺底料，输送到烧结机机头进行铺底，保护炉条不被烧损；筛分出大于5mm的成品烧结矿，输送到高炉用于高炉冶炼原料。
作为一种优选实施方式，步骤(3)中采用“双斜带式点火保温炉+连续抽风带式烧结机”进行烧结，实施“厚料层慢机速”烧结，烧结机料层厚度达650-800mm，充分利用厚料层的自动蓄热作用和节能降耗、提高烧结料层氧位、改善烧结矿还原度的效果；采用双斜交叉烧嘴直接线性点火技术，空气和煤气混合良好，火焰短，燃烧完全，烧结料面点火质量好；高温火焰带宽度适中，燃烧火焰温度均匀稳定，高温点火时间可与烧结机机速良好匹配；点火器后设置保温炉，保温炉内设置适量烧嘴或引入环冷机余热废气，保温炉内温度达600-900℃，一是延长出点火器后的高温保持时间，减小烧结矿外表面和中心温差过大而产生的热应力，使烧结能量缓慢释放出来而转变为晶体，二是降低表层烧结矿冷却速度，促进结晶完全，避免因冷却速度过快，液相冷凝过程不能将其内部的能量完全释放出来而产生裂缝和形成玻璃质，改善褐铁矿高配比烧结矿转鼓强度，降低返矿率，提高成品率。
实施零压或微负压点火，点火火焰既不外扑也不内收，改善烧结机边部点火效果。
烧结机“三点温度”点火温度、废气温度、终点温度控制要求：
虽然烧结料化学组成、烧结生成物种类和数量各异，但点火温度差别不大。适宜点火温度应接近烧结料的软化温度而低于烧结生成物的熔化温度。因褐铁矿软熔温度低，高配比褐铁矿粉烧结，适当降低点火温度，根据不同点火介质(通常有焦炉煤气、转炉煤气、混合煤气)，控制适宜的空燃比，点火温度稳定在1000-1200℃，点火温度过高或点火时间过长，烧结机表层过熔结硬壳，烧结负压升高，垂烧速度减慢，但点火温度过低或点火保温时间过短，料面呈黄褐色或花痕，有浮灰，表层烧结料热量不足，上层烧结料几乎未反应无液相形成，强度差，返矿率高。
为防止烧结烟气结露损坏抽风系统设备，以及提高机头电除尘器的除尘效率，控制废气温度在110-135℃为宜。
充分利用烧结机有效面积，并矿物结晶完全，控制终点位置在倒数第二个风箱处，200m2以上烧结机的终点温度在350-400℃，300m2以上烧结机的终点温度在380-430℃。
一般烧结条件下，褐铁矿中约80-90％的结晶水可在燃烧带下的烧结料层中脱除，约20-10％的结晶水在烧结最高温度下脱除。结晶水分解开始温度反映结晶水析出难易程度，分解开始温度越低，析出结晶水越容易。结晶水分解终了温度反映失去结晶水难易程度，分解终了温度越高，析出结晶水吸热越多。结晶水分解开始温度和分解终了温度的温度区间反映结晶水脱除所需能耗大小，温度区间大，则能耗大，不利于烧结。结晶水含量高低与结晶水分解开始温度、终了温度、以及二者的温差区间没有任何关系。从结晶水分解吸热对烧结过程能量的负影响角度考虑，褐铁矿粉烧结需适当增加固体燃耗，保持一定的烧结温度，但褐铁矿含结晶水对烧结过程的正影响是其同化性强，以及结晶水分解产生的气孔加快同化反应速度，且液相流动性良好，生产实践表明褐铁矿较高结晶水对烧结过程能量需求的正影响往往大于负影响，是否需增加燃耗要根据具体配矿和生产实践决定，不能盲目增加燃耗。
作为一种优选实施方式，所述铁矿粉包括褐铁矿粉，还包括赤铁矿粉和/或磁铁精矿粉，所述褐铁矿粉为超特粉和/或PB粉，所述赤铁矿粉为南非、巴粗、纽曼粉中的一种或多种；所述熔剂包括生石灰、石灰石、白云石，所述固体燃料为焦粉，所述循环物料为高炉返矿、烧结和高炉环境除尘灰、炼铁污泥中的一种或多种；控制熔剂小于3mm粒级≥90％，焦粉小于3mm粒级≥75％，铁矿粉大于8mm粒级＜10％，褐铁矿充分浸润，使褐铁矿水分在7-9％。
作为一种优选实施方式，选定烧结原料配比为：超特粉35.94％、PB粉15.02％、南非7.94％、巴粗4.98％、副产物13.92％、生石灰3.5％、石灰石7.3％、白云石7％、焦粉4.4％。
作为一种优选实施方式，选定烧结原料配比为：超特粉36.08％、PB粉15.07％、南非7.97％、精粉5％、副产物13.98％、生石灰3.4％、石灰石7.2％、白云石7％、焦粉4.3％。
本发明坚持“科学合理降低原料成本，不降低入炉烧结矿质量”的原则，低成本烧结但不使用低价劣质矿和垃圾矿，使用开采量和生产规模大、质量稳定的褐铁矿粉，选择两种烧结基础特性中等、高结晶水含量(高水化程度)、价格较低的褐铁矿粉作为主要铁料(占铁料配比的40-60％)，搭配高品位、低SiO2、低Al2O3的赤铁矿粉或国产磁铁矿粉，生产物化性能和冶金性能较优、生产率较高的烧结矿。
通过本发明技术改进，不同种类和来源的褐铁矿粉配比达55％的原料条件下，生产出碱度R在1.9-2.2，SiO2含量5.3-5.6％，FeO含量8.5±1％，转鼓强度76％左右，还原度RI约78％，低温还原粉化率RDI+3.15mm近74％，粒度组成满足高炉要求的烧结矿，获得烧结原料成本降低8764.8-12962.4万元/年的效益。
具体实施方式
以下描述用于揭示本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
根据高炉炉料结构预设定烧结矿碱度，并根据烧结矿碱度拟定多组烧结用铁矿粉、熔剂、固体燃料、循环物料的组成及配比，得到对应的各组烧结配料方案，然后经混匀、制粒、布料、点火烧结，建立“褐铁矿配比-烧结料层收缩率-烧结矿质量”对应关系，从测定烧结料层收缩率≤25-30％的原料结构中，筛选出如下表1所得的两个原料配比：
表1烧结原料配比表(单位％)
超特粉 PB 南非 巴粗 精粉 副产品 生石灰 石灰石 白云石 焦粉
实施例1 35.94 15.02 7.94 4.98 / 13.92 3.5 7.3 7 4.4
实施例2 36.08 15.07 7.97 / 5 13.98 3.4 7.2 7 4.3
一种高配比褐铁矿粉的烧结方法，是通过如下步骤实现的：
(1)采用连续自动质量配料法，按表1进行配料，控制配料称量误差≤±1％；在一次混合机内加入总加水量的90％以上，使物料充分润湿，得到水分、粒度、化学成分均匀的混合料；在二次混合机(即：制粒机)内加入不足10％的补充水强化混合料制粒；可以调整制粒机的转速在7-7.5r/min，使物料在制粒机内呈滚动运动状态，达到制粒和进一步密实小球、水分(随混合料亲水性、湿容量、物料结构致密程度、季节等不同而不同)满足烧结机要求的目的；
(2)布料：用梭式布料机(即可逆小车皮带机)将混合料布到矿槽内，以克服定点布料造成物料堆尖、粒度偏析和化学成分偏析；通过圆辊给料机和多辊布料器将矿槽内混合料布到烧结机上，通过圆辊给料机的均匀给料，形成烧结机宽度方向物料密度一致的效果；通过多辊(一般选6-9辊)布料器的偏析作用，形成烧结机高度方向上部物料粒度较细、下部物料粒度较粗的偏析效果，达到烧结过程烧结风量、烧结温度、烧结气氛的均衡稳定；将布在烧结机上的混合料压下8-10mm，控制料层厚度为650-800mm，以提高上层烧结料的装料密度，抑制上层烧结料过快的烧结速度，从而克服褐铁矿在烧结过程中料层收缩率大的弊端；
(3)点火烧结：采用控制烧结点火温度1000-1200℃，废气温度110-135℃，控制终点位置在倒数第二个风箱处，200m2以上烧结机的终点温度在350-400℃，300m2以上烧结机的终点温度在380-430℃；
(4)冷却筛分：采用鼓风环式冷却机冷却热烧结矿，一台环冷机一般配置5台鼓风机，从热烧结矿的入矿端起，逐台鼓风机的风门开度呈梯度逐渐开大(60°、80°、100°)，将步骤(3)得到的热烧结矿进行梯度缓慢冷却后，分三段分级筛，分别筛分出小于5mm的返矿，返回配料室参与配料；筛分出10-20mm的铺底料，输送到烧结机机头进行铺底，保护炉条不被烧损；筛分出大于5mm的成品烧结矿，具体质量指标见表2所示，输送到高炉用于高炉冶炼原料。
表2为按表1进行配料后所得成品烧结矿的质量指标
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种选取褐铁矿粉高配比的烧结方法，其特征在于：根据高炉炉料结构预设定烧结矿碱度，并根据烧结矿碱度拟定多组烧结用铁矿粉、熔剂、固体燃料、循环物料的组成及配比，得到对应的各组烧结配料方案，然后经混匀和制粒、布料、点火烧结，建立“褐铁矿配比-烧结料层收缩率-烧结矿质量”对应关系，从测定烧结料层收缩率≤25-30％的原料结构中，筛选出褐铁矿高配比的配料方案。
2.如权利要求1所述选取褐铁矿粉高配比的烧结方法，其特征在于：所述铁矿粉包括褐铁矿粉，还包括赤铁矿粉和/或磁铁精矿粉，所述褐铁矿粉为超特粉和/或PB粉，所述赤铁矿粉为南非、巴粗、纽曼粉中的一种或多种；所述熔剂包括生石灰、石灰石、白云石，所述固体燃料为焦粉，所述循环物料为高炉返矿、烧结和高炉环境除尘灰、炼铁污泥中的一种或多种。
3.如权利要求2所述选取褐铁矿粉高配比的烧结方法，其特征在于：控制熔剂小于3mm粒级≥90％，焦粉小于3mm粒级≥75％，铁矿粉大于8mm粒级＜10％，褐铁矿充分浸润，使褐铁矿水分在7-9％。
4.如权利要求1所述选取褐铁矿粉高配比的烧结方法，其特征在于：铁矿粉和循环物料占原料总配比的70-85％。
5.如权利要求1所述选取褐铁矿粉高配比的烧结方法，其特征在于：混合料混匀时，在一次混合机内加入总加水量的90％以上，使物料充分润湿，得到水分、粒度、化学成分均匀的混合料。
6.一种高配比褐铁矿粉的烧结方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)混料：按选定烧结配比选定原料，通过连续自动质量配料法精确配料后，在一次混合机内加入总加水量的90％以上，使物料充分润湿，得到水分、粒度、化学成分均匀的混合料；在二次混合机内加入不足10％的补充水强化混合料制粒；
(2)布料：用梭式布料机将混合料布到矿槽内，通过圆辊给料机和多辊布料器将矿槽内混合料布到烧结机上，将布在烧结机上的混合料压下8-10mm，控制料层厚度为650-800mm，以提高上层烧结料的装料密度；
(3)点火烧结：采用控制烧结点火温度1000-1200℃，废气温度110-135℃，控制终点位置在倒数第二个风箱处，200m2以上烧结机的终点温度在350-400℃，300m2以上烧结机的终点温度在380-430℃；
(4)冷却筛分：将步骤(3)得到的热烧结矿进行梯度缓慢冷却后，分三段分级筛，分别筛分出小于5mm的返矿，返回配料室参与配料；筛分出10-20mm的铺底料，输送到烧结机机头进行铺底，保护炉条不被烧损；筛分出大于5mm的成品烧结矿，输送到高炉用于高炉冶炼原料。
7.如权利要求6所述高配比褐铁矿粉的烧结方法，其特征在于：所述铁矿粉包括褐铁矿粉，还包括赤铁矿粉和/或磁铁精矿粉，所述褐铁矿粉为超特粉和/或PB粉，所述赤铁矿粉为南非、巴粗、纽曼粉中的一种或多种；所述熔剂包括生石灰、石灰石、白云石，所述固体燃料为焦粉，所述循环物料为高炉返矿、烧结和高炉环境除尘灰、炼铁污泥中的一种或多种；控制熔剂小于3mm粒级≥90％，焦粉小于3mm粒级≥75％，铁矿粉大于8mm粒级＜10％，褐铁矿充分浸润，使褐铁矿水分在7-9％。
8.如权利要求7所述高配比褐铁矿粉的烧结方法，其特征在于：选定烧结原料的配比为：超特粉35.94％、PB粉15.02％、南非7.94％、巴粗4.98％、副产物13.92％、生石灰3.5％、石灰石7.3％、白云石7％、焦粉4.4％。
9.如权利要求7所述高配比褐铁矿粉的烧结方法，其特征在于：选定烧结原料的配比为：超特粉36.08％、PB粉15.07％、南非7.97％、精粉5％、副产物13.98％、生石灰3.4％、石灰石7.2％、白云石7％、焦粉4.3％。
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