CN109680144A - 一种铁氧化物球团及其制备方法和应用 - Google Patents

一种铁氧化物球团及其制备方法和应用 Download PDF

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CN109680144A CN201811550049.9A CN201811550049A CN109680144A CN 109680144 A CN109680144 A CN 109680144A CN 201811550049 A CN201811550049 A CN 201811550049A CN 109680144 A CN109680144 A CN 109680144A
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刘功国
齐建玲
秦洁
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Abstract

本发明属于含铁二次资源综合利用技术领域，尤其是涉及一种铁氧化物球团及其制备方法和应用。本发明中的铁氧化物球团的制备方法，包括以下步骤：(a)将氧化铁皮渣进行干燥处理，再与氧化铁粉进行混合；(b)将步骤(a)中混合后的混合料与水溶性有机粘结剂进行干混，得到干混混合料；(c)向步骤(b)中得到的干混混合料中加水进行湿混，得到湿混混合料；(d)将步骤(c)中得到的湿混混合料挤压成型，干燥后得到铁氧化物球团。通过该方法得到的铁氧化物球团具有一定的落下强度，可作为炼钢冷却剂和/或提钒冷却剂，减少了粉尘产生量，降低了环境污染。

Description

一种铁氧化物球团及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及含铁二次资源综合利用技术领域，尤其是涉及一种铁氧化物球团及其制备方法和应用。
背景技术
我国冶金行业生产过程中，每年伴生的含铁二次资源达到千万吨以上，这些含铁二次资源全铁含量一般在30％-70％之间，常规的利用途径是返回钢铁生产工艺。根据返回的生产工序不同，含铁二次资源的利用主要包括烧结法、球团法、直接还原法和冷固球团法四种方法，其中冷固球团法(含铁二次资源加工为冷固球团作为炼钢冷却剂、造渣剂等)应用最为普遍。
冷固球团法是将粉料制成能满足冶炼要求的块状物料的一个加工过程，即在一定压力下，使粉末物料在模型中受压成为具有一定形状、尺寸、密度和强度的块状物料。成型后一般还需要经过相应的固结，使之成为具有较高强度的冷固球团。与通常的球团矿相比较，冷固球团的硬化过程所需温度要求不高，硬化过程物理变化占主导。
冷轧酸再生氧化铁粉受制于各方面原因，未能作为磁性材料的原料加以利用，目前主要采用烧结法加以利用，由于品位波动大且为熟料，返回原料场配入烧结对烧结矿的产量和质量将产生一定的影响，经济性较差。
在热轧过程中，钢锭在加热炉中加热到1100-1250℃，钢坯表面氧化形成氧化铁皮，并随着轧辊的轧制过程中钢锭变形而剥落下来的氧化铁皮，在冷却水的冲洗下，随着冷却水、轧机润滑油等废油一同进人沉淀池，并由板框压滤机将含油氧化铁皮渣排出沉淀池外堆存。由于含油氧化铁皮渣表面裹有许多废油而不利于使用，目前主要作为烧结原料加以利用。受制于含油氧化铁皮渣表面含有少量的废油，烧结混料过程中不易于其它物料成团，进而在烧结过程中影响其烧结透气性指数，造成烧结矿的产量和质量受到一定的影响，导致经济性较差。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种铁氧化物球团的制备方法，针对目前冷轧氧化铁粉和热轧氧化铁皮渣作为烧结原料在烧结过程因成团性差导致透气性差而降低烧结过程透气性指数、并降低了烧结矿质量致使经济性差的问题，本发明以冷轧氧化铁粉、热轧氧化铁皮渣以及水溶性有机粘结剂为主要原料，压球机为主要设备，通过晾晒、配料预混、添加粘结剂、湿混、挤压成型、干燥工序，制成具有固定尺寸且有一定落下强度的铁氧化物球团。该方法操作简单，可行性较高，成本较低。
本发明的另一个目的是提供如上所述的铁氧化物球团的制备方法得到的铁氧化物球团。该铁氧化物球团具有一定的落下强度。
本发明的另一个目的是提供如上所述的铁氧化物球团的制备方法得到的铁氧化物球团作为炼钢冷却剂和/或提钒冷却剂的用途。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种铁氧化物球团的制备方法，包括以下步骤：
(a)将氧化铁皮渣进行干燥处理，再与氧化铁粉进行混合；
优选地，所述氧化铁皮渣干燥至水分小于13％，更优选为小于10％；
优选地，所述氧化铁皮渣与所述氧化铁粉进行混合的时间为2-10min，更优选为4-8min；
(b)将步骤(a)中混合后的混合料与水溶性有机粘结剂进行干混，得到干混混合料；
(c)向步骤(b)中得到的干混混合料中加水进行湿混，得到湿混混合料；
(d)将步骤(c)中得到的湿混混合料挤压成型，干燥后得到铁氧化物球团。
优选地，在步骤(a)中，所述氧化铁皮渣与所述氧化铁粉的质量比为3：7-8：2。
优选地，所述混合后的混合料与所述水溶性有机粘结剂的质量比为100：0.75-3，优选为100：1.2-2.5。
优选地，所述水溶性有机粘结剂包括α淀粉、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、黄原胶和羧甲基纤维素钠中的至少一种。
优选地，在步骤(b)中，所述干混的时间为2-12min，优选为5-8min。
优选地，在步骤(c)中，所述干混混合料与所述水的质量比为100：8-15，优选为100：10-12。
优选地，在步骤(c)中，所述湿混的时间为3-9min，优选为4-7min。
优选地，在步骤(d)中，所述挤压成型过程中的压力为10-80MPa，优选为15-40MPa；
优选地，所述干燥包括晾干或高温烟气干燥，所述高温烟气干燥温度为120-300℃，优选为150-260℃；
优选地，所述干燥后的铁氧化物球团的含水量小于2％，更优选为小于1.5％。
如上所述的铁氧化物球团的制备方法得到的铁氧化物球团。
如上所述的铁氧化物球团的制备方法得到的铁氧化物球团作为炼钢冷却剂和/或提钒冷却剂的用途。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明中的一种铁氧化物球团的制备方法，包括以下步骤：将氧化铁皮渣进行干燥处理，再与氧化铁粉进行混合；再将混合料与水溶性有机粘结剂进行干混，得到干混混合料；再加水进行湿混，得到湿混混合料；将湿混混合料挤压成型，干燥后得到铁氧化物球团。该方法操作简单，成本较低。通过该方法得到的铁氧化物球团具有较好的落下强度。
(2)本发明中如上所述的铁氧化物球团的制备方法得到的铁氧化物球团具有一定的落下强度，可作为炼钢冷却剂和/或提钒冷却剂，减少了粉尘产生量，降低了环境污染，对高效应用冷轧氧化铁粉、热轧氧化铁皮渣提供了重要途径。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
一种铁氧化物球团的制备方法，包括以下步骤：
(a)将氧化铁皮渣进行干燥处理，再与氧化铁粉进行混合；
优选地，所述氧化铁皮渣干燥至水分小于13％，更优选为小于10％；
氧化铁皮渣干燥至水分典型但非限制性的例如为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％或12％。
由于初始氧化铁皮渣含水率较高(9～25％)，为保证后续工序配料干混正常开展，需要将水分通过晾晒或其它干燥方式降低至配料干混后粘结剂能够均匀分布为止。本发明将氧化铁皮渣干燥至水分小于13％，有利于与粘结剂混合均匀，更优选氧化铁皮渣干燥至水分小于10％。
优选地，所述氧化铁皮渣与所述氧化铁粉进行混合的时间为2-10min，更优选为4-8min；
所述氧化铁皮渣与所述氧化铁粉进行混合的时间典型但非限制性的例如为2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min或10min。
由于氧化铁粉与氧化铁皮渣比重相差较大，需要预先将氧化铁粉和氧化铁皮渣混合均匀。工业条件下优先选用行星式轮混碾机。
(b)将步骤(a)中混合后的混合料与水溶性有机粘结剂进行干混，得到干混混合料；
(c)向步骤(b)中得到的干混混合料中加水进行湿混，得到湿混混合料；
(d)将步骤(c)中得到的湿混混合料挤压成型，干燥后得到铁氧化物球团。
优选地，在步骤(a)中，所述氧化铁皮渣与所述氧化铁粉的质量比为3：7-8：2。
所述氧化铁皮渣与所述氧化铁粉的质量比典型但非限制性的例如为3：7、4:6、5:5、6:4、7:3或8:2。
优选地，在步骤(b)中，所述混合后的混合料与所述水溶性有机粘结剂的质量比为100：0.75-3，优选为100：1.2-2.5。
所述氧化铁粉与所述水溶性有机粘结剂的质量比典型但非限制性的例如为100：0.75、100：1.2、100：1.5、100：2、100：2.5、100：2.8或100：3
优选地，所述水溶性有机粘结剂包括α淀粉、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、黄原胶和羧甲基纤维素钠中的至少一种。
本发明采用黄原胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、α淀粉和羧甲基纤维素钠中的至少一种物质作为铁氧化物的粘结剂，并且铁氧化物与水溶性有机粘结剂的质量比为100：0.75-3时，粘结效果较好，制得的氧化铁皮渣球团具有较好的强度，有利于作为炼钢冷却剂和/或提钒冷却剂使用，充分发挥其性能。
优选地，在步骤(b)中，所述干混的时间为2-12min，优选为5-8min。
干混的时间典型但非限制性的例如为2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min、10min、11min或12min。
优选地，在步骤(c)中，所述干混混合料与所述水的质量比为100：8-15，优选为100：10-12。
所述干混混合料与所述水的质量比典型但非限制性的例如为100：8、100：9、100：10、100：11、100：12、100：13、100：14或100：15。
优选地，在步骤(c)中，所述湿混的时间为3-9min，优选为4-7min。
所述湿混的时间典型但非限制性的例如为3min、4min、5min、6min、7min、8min或9min。
优选地，在步骤(d)中，所述挤压成型过程中的压力为10-80MPa，优选为15-40MPa；
所述挤压成型过程中的压力典型但非限制性的例如为10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa、60MPa、70MPa或80MPa。
湿混完成后的湿混混合料通过压球机挤压成型为球团，然后经过球团筛分系统将成球通过耐热皮带输送至干燥部，筛下物通过返料皮带返回混料机。
受炼钢、提钒工序对冷却剂水分要求的限制，经过高压成型的铁氧化物球团必须将其水分降低至到一定含量以下，因此需要对高压成型后的氧化铁粉球团进行干燥。干燥方式由工况决定，可选用晾干或高温烟气干燥，最终目标是将高压成型后的氧化铁粉球团中的水分降至炼钢、提钒对冷却剂水分限制值以下，一般为小于2％。
优选地，所述干燥包括晾干或高温烟气干燥，所述高温烟气干燥温度为120-300℃，优选为150-260℃；
所述高温烟气干燥温度典型但非限制性的例如为120℃、150℃、200℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃或300℃。
优选地，所述干燥后的铁氧化物球团的含水量小于2％，更优选为小于1.5％。
在一种优选的实施方案中，铁氧化物球团的制备方法，包括以下步骤：
(a)干燥及配料混合：将氧化铁皮渣进行干燥处理，干燥至水分小于13％，再与氧化铁粉进行混合，混合的时间为2-10min,氧化铁皮渣与氧化铁粉的质量比为3：7-8：2；
(b)配料干混：将步骤(a)中混合后的氧化铁粉及氧化铁皮渣与水溶性有机粘结剂按100：0.75-3的质量比在混料机内混合均匀，混合时间为2-12min，得到干混混合料；
(c)湿混：向步骤(b)中得到的干混混合料中加水进行湿混，干混混合料与水的质量比为100：8-15，湿混的时间为3-9min，得到湿混混合料；
(d)将步骤(c)中得到的湿混混合料通过压球机挤压成型为球团，挤压成型过程中的压力为10-80MPa，然后经过球团筛分系统将成球通过耐热皮带输送至干燥工序，可选用晾干或者高温烟气干燥，高温烟气干燥温度为120-300℃，干燥后的氧化铁粉球团的含水量为小于2％，筛下物通过返料皮带返回混料机，干燥后得到氧化铁粉球团。
如上所述的铁氧化物球团的制备方法得到的铁氧化物球团。该铁氧化物球团具有一定的落下强度。
如上所述的铁氧化物球团的制备方法得到的铁氧化物球团作为炼钢冷却剂和/或提钒冷却剂的用途。可回收其中铁元素，减少粉尘的产生量，还可以促进钢铁企业降本增效，并改善生产环境。
下面结合具体的实施例和对比例，对本发明做进一步说明。
实施例1
一种铁氧化物球团的制备方法，包括以下步骤：
(a)将氧化铁皮渣进行干燥处理，干燥至水分为10％，再与氧化铁粉进行混合，混合的时间为4min，氧化铁皮渣与氧化铁粉的质量比为1:1；
(b)将步骤(a)中混合后的混合料与羧甲基纤维素钠按100：1.5的质量比在混料机内混合均匀，混合时间为5min，得到干混混合料；
(c)向步骤(b)中得到的干混混合料中加水进行湿混，干混混合料与水的质量比为100：10，湿混的时间为5min，得到湿混混合料；
(d)将步骤(c)中得到的湿混混合料通过采用万能试验机压制圆柱状球团压力为30MPa，然后经过球团筛分系统将成球通过耐热皮带输送至干燥工序进行高温烟气干燥，干燥温度为260℃，干燥后得到含水量为1.6％的氧化铁粉球团。
实施例2
一种铁氧化物球团的制备方法，包括以下步骤：
(a)将氧化铁皮渣进行干燥处理，干燥至水分小于13％，再与氧化铁粉进行混合，混合的时间为5min，氧化铁皮渣与氧化铁粉的质量比为4:1；
(b)将步骤(a)中混合后的混合料与聚丙烯酰胺按100：0.8的质量比在混碾机(容积2m3，搅拌能力1.2×103kg/次)内混合均匀，混合时间为8min，得到干混混合料；
(c)向步骤(b)中得到的干混混合料中加水进行湿混，干混混合料与水的质量比为100：12.5，湿混的时间为8min，得到湿混混合料；
(d)将步骤(c)中得到的湿混混合料通过采用高压压球机(油缸压力：18Mpa，生产能力：15×103kg/h)压制圆饼状球团(球窝直径30mm，球窝单边深度8mm)，挤压成型过程中的压力为18MPa，然后经过球团筛分系统将成球通过耐热皮带输送至干燥工序，可选用晾干或者高温烟气干燥，高温烟气干燥温度为250℃，干燥后的氧化铁粉球团的含水量为小于2％，筛下物通过返料皮带返回混料机，干燥后得到氧化铁粉球团。
实施例3
一种铁氧化物球团的制备方法，包括以下步骤：
(a)将氧化铁皮渣进行干燥处理，干燥至水分为8％，再与氧化铁粉进行混合，混合的时间为2min，氧化铁皮渣与氧化铁粉的质量比为3：7；
(b)将步骤(a)中混合后的混合料与黄原胶按100：1的质量比在混料机内混合均匀，混合时间为2min，得到干混混合料；
(c)向步骤(b)中得到的干混混合料中加水进行湿混，干混混合料与水的质量比为100：8，湿混的时间为3min，得到湿混混合料；
(d)将步骤(c)中得到的湿混混合料通过采用万能试验机压制圆柱状球团压力为10MPa，然后经过球团筛分系统将成球通过耐热皮带输送至干燥工序进行高温烟气干燥，干燥温度为260℃，干燥后得到含水量为1.6％的氧化铁粉球团。
实施例4
一种铁氧化物球团的制备方法，包括以下步骤：
(a)将氧化铁皮渣进行干燥处理，干燥至水分为10％，再与氧化铁粉进行混合，混合的时间为5min，氧化铁皮渣与氧化铁粉的质量比为1：1；
(b)将步骤(a)中混合后的混合料与α淀粉按100：2.5的质量比在混碾机(容积2m3，搅拌能力1.2×103kg/次)内混合均匀，混合时间为12min，得到干混混合料；
(c)向步骤(b)中得到的干混混合料中加水进行湿混，干混混合料与水的质量比为100：15，湿混的时间为9min，得到湿混混合料；
(d)将步骤(c)中得到的湿混混合料通过采用高压压球机(油缸压力：18Mpa，生产能力：15×103kg/h)压制圆饼状球团(球窝直径30mm，球窝单边深度8mm)，挤压成型过程中的压力为18MPa，然后经过球团筛分系统将成球通过耐热皮带输送至干燥工序，可选用晾干或者高温烟气干燥，高温烟气干燥温度为300℃，干燥后的氧化铁粉球团的含水量为1.7％，筛下物通过返料皮带返回混料机，干燥后得到氧化铁粉球团。
对比例1
一种铁氧化物球团的制备方法，除氧化铁粉及氧化铁皮渣的混合料与α淀粉的质量比为100：0.5以外，其他操作步骤与实施例4相同。
试验例
本发明采用攀钢西昌钢钒公司的冷轧氧化铁粉和热轧氧化铁皮渣制备铁氧化物球团，冷轧氧化铁粉和热轧氧化铁皮渣的化学组成如表一所示，冷轧氧化铁粉的粒度组成如表二所示，热轧氧化铁皮渣的粒度组成如表三所示，实施例1-4中的铁氧化物球团的生球落下强度和干球落下强度如表四所示。
表一氧化铁粉、氧化铁皮渣化学组成(％)
表二原始氧化铁粉粒度组成(％)
表三含油氧化铁皮渣粒度组成(％)
表四氧化铁粉球团的生球落下强度和干球落下强度
实施例和对比例 生球落下强度(次/米) 干球落下强度(次/2米)
实施例1 4.0 10.3
实施例2 4.3 6.2
实施例3 3.8 4.5
实施例4 6.6 27.2
对比例1 1.8 3.5
由表四可知，实施例1-4以冷轧酸再生氧化铁粉、热轧氧化铁皮渣和水溶性有机粘结剂为主要原料，干混、湿混、高压成型、干燥工序，制得的铁氧化物球团具有较好的生球落下强度和干球落下强度。并且通过进一步优化铁氧化物与水溶性有机粘结剂的质量比、干混时间、湿混时间、干燥时间和挤压压力，得到的铁氧化物球团的生球落下强度和干球落下强度进一步提高。该氧化铁粉球团可作为炼钢冷却剂和/或提钒冷却剂使用，减少粉尘产生量，并可回收其中铁元素，可以促进钢铁企业降本增效，并改善生产环境。
对比例1中的铁氧化物球团的制备方法，除氧化铁粉及氧化铁皮渣的混合料与α淀粉的质量比为100：0.5以外，其他操作步骤与实施例4相同。对比例1中的铁氧化物含量与水溶性有机粘结剂的质量比不在本发明要保护的范围之内，得到的铁氧化物球团的生球落下强度和干球落下强度较差。由此可知，铁氧化物含量与水溶性有机粘结剂的质量比在本发明要保护的范围之内才可获得生球落下强度和干球落下强度较好的铁氧化物球团。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种铁氧化物球团的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)将氧化铁皮渣进行干燥处理，再与氧化铁粉进行混合；
优选地，所述氧化铁皮渣干燥至水分小于13％，更优选为小于10％；
优选地，所述氧化铁皮渣与所述氧化铁粉进行混合的时间为2-10min，更优选为4-8min；
(b)将步骤(a)中混合后的混合料与水溶性有机粘结剂进行干混，得到干混混合料；
(c)向步骤(b)中得到的干混混合料中加水进行湿混，得到湿混混合料；
(d)将步骤(c)中得到的湿混混合料挤压成型，干燥后得到铁氧化物球团。
2.根据权利要求1所述的铁氧化物球团的制备方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述氧化铁皮渣与所述氧化铁粉的质量比为3：7-8：2。
3.根据权利要求1所述的铁氧化物球团的制备方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述混合后的混合料与所述水溶性有机粘结剂的质量比为100：0.75-3，优选为100：1.2-2.5。
4.根据权利要求1所述的铁氧化物球团的制备方法，其特征在于，所述水溶性有机粘结剂包括α淀粉、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、黄原胶和羧甲基纤维素钠中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的铁氧化物球团的制备方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述干混的时间为2-12min，优选为5-8min。
6.根据权利要求1所述的铁氧化物球团的制备方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述干混混合料与所述水的质量比为100：8-15，优选为100：10-12。
7.根据权利要求1所述的铁氧化物球团的制备方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述湿混的时间为3-9min，优选为4-7min。
8.根据权利要求1所述的铁氧化物球团的制备方法，其特征在于，在步骤(d)中，所述挤压成型过程中的压力为10-80MPa，优选为15-40MPa；
优选地，所述干燥包括晾干或高温烟气干燥，所述高温烟气干燥温度为120-300℃，优选为150-260℃；
优选地，所述干燥后的铁氧化物球团的含水量小于2％，更优选为小于1.5％。
9.如权利要求1-8任一项所述的铁氧化物球团的制备方法得到的铁氧化物球团。
10.权利要求1-8任一项所述的铁氧化物球团的制备方法得到的铁氧化物球团作为炼钢冷却剂和/或提钒冷却剂的用途。
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