CN110079665B - 一种用于电炉的高碳金属化球团的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于电弧炉冶炼的高碳金属化球团制备方法。铁精矿配加含碳粉料按照碳铁质量比1.5‑2:1进行配料，之后在1000‑1300℃的还原温度下进行预还原，还原时间为40‑60min。将还原产物研磨至0.4‑0.5mm粒度，再配入4‑6％的粘结剂和9‑12％的水分配入混匀后压球并烘干，烘干温度为120‑140℃，烘干时间为60‑90min，制取得到高碳金属化球团，球团可达到3‑4的落下强度，并且密度达到2.6‑3.3g/cm³。本发明球团可在渣钢界面以下对钢水进行稳定高效的增碳，克服了以往增碳剂密度不够，在加入后迅速上浮炉渣表面、增碳效果不好的难题。同时球团能够在渣钢界面以下进行良好的碳氧反应，进行夹杂和气体的脱除，还能促进泡沫渣的大量形成，稳定电弧，缩短冶炼时间，并且有效降低铁损，使钢铁料消耗显著降低，提高了金属收得率，减少了冶炼成本。

Description

一种用于电炉的高碳金属化球团的制备方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金电弧炉领域，具体涉及一种预还原铁精矿的高碳金属化球团制备方法。

技术背景

电弧炉炼钢在我国的发展持续加快，其冶炼以废钢为主要原料，其相较于高炉-转炉长流程冶炼具有流程短、能耗低、污染小的优点，是目前钢铁企业发展的重点方向。目前我国炼钢企业中，转炉炼钢仍然占据主要地位，但随着我国废钢产量的增加以及电力成本的降低，我国电弧炉炼钢产量有很大的成长空间，并且电弧炉冶炼符合冶金行业向节能环保方向发展的趋势。

当前电弧炉炼钢以废钢为基本原料，全废钢冶炼过程中熔清后熔池内碳含量较低，碳氧反应较弱，无法产生一氧化碳气体对熔池进行搅拌；在通过氧枪进行强制吹氧搅拌的过程中，会造成金属大量氧化，增加钢液的过氧化程度，并且会造成炉渣中TFe及FeO含量过高，降低金属收得率；在通电冶炼时，由于一氧化碳气泡较少，泡沫渣形成条件较差，无法进行埋弧操作，造成电能浪费。在冶炼过程中，因碳含量低，熔池渗碳效果很差，导致废钢难熔。所以熔池增碳极为关键。

因此电弧炉冶炼的关键一环就是配碳，配碳量与金属收得率、熔池温度稳定程度、出渣情况、泡沫渣形成情况以及去气去夹杂等都有密切关系，并且起一定的决定性作用，最重要的就是加入电弧炉冶炼中的碳素可以促进熔池渗碳，降低废钢熔点，起到助熔的关键作用。而含碳球团技术的应用是解决电弧炉配碳问题的合理方法，含碳球团制造成本低，工序简洁，冶炼时操作方便，可以选择冶炼时连续加入也可在炉底铺设。避免了其他大型设备的添加。含碳球团的含碳量可以一定程度的影响着冶炼周期和能源消耗，良好的配碳量可以达到更好的冶金生产指标。

随着电弧炉炼钢技术的迅速发展，冶炼对于增碳剂的要求也越来越高，现有的球团在使用过程中均存在着不同程度的缺陷，主要存在两方面问题，一是部分增碳球团密度不够，在加入熔池中后，会很快上浮到渣层上面，不利于熔池增碳。一部分是部分增碳球团含碳量不够，增碳效果不好。因此，开发一种兼具密度，含碳量和金属化率等优势的增碳剂成为冶炼过程中需要解决的问题。

本发明高碳金属化球团技术的应用正是解决这一问题的一种电弧炉炼钢的新技术，该工艺技术的核心是将金属矿石与含有一定碳素的原材料相混合制成球团加入电弧炉中进行冶炼，高碳金属化球团可作为电弧炉冶炼的增碳剂和发泡剂，达到一定密度的金属化球团可以在渣钢界面以下进行反应，具有良好的脱碳效果，并且还能一定程度上稳定电弧，降低电耗。并且有效降低铁损，使钢铁料消耗显著降低，在降低冶炼成本，缩短冶炼周期方面有显著成效。

而预还原球团技术作为一种直接还原工艺，是炼铁和炼钢生产中的一项重要技术革新。已有的一种球团矿技术就是将制成的生球或经氧化焙烧后的球团矿，在还原装置中用还原剂(气体或者固体)进行预还原，除去铁氧化物中的含氧量，从而可得到有一部分或绝大部分氧化铁变为金属铁的球团矿。这种金属化球团矿，若作为高炉或电弧炉炼钢的原料，可以大大降低焦比和提高生产能力。冶炼的效果表明，当炉料中的金属铁每增加10％时，焦比可以降低5％～6％，生产率可提高5％～9％。一般用于炼铁的原料，球团矿的金属化程度较低(20％～50％)，酸性脉石含量较高。若作为电弧炉炼钢的原料，金属化程度一般较高(70％～90％)，且含酸性脉石要求愈少愈好，与使用废钢作为电弧炉原料相比，金属化球团含杂质较少，成分稳定，易操作管理，能生产各种成分合适的优质钢。国外曾用电弧炉对金属化球团炼钢效果进行研究，认为采用这种原料时，冶炼周期缩短一半左右，产量可提高45％，而耐火材料、电极和氧气的消耗均能相应降低。

经检索，关于含碳球团工艺已有相关公开，如：专利申请号200510134295.2公开了一种复合含碳球团的制备方法，该方法将含碳材料，氧化铁皮，粘结剂等放入混料机中进行搅拌混合，之后压制成球，待球团干燥即为成品，但该方法在略微增加碳量的情况下，没有充分考虑冶炼过程中球团中的金属氧化物与碳素进行还原反应产生会产生球团爆裂的现象，会使得球团碎片化，上浮至渣表面，使得增碳效果不稳定。

专利申请号201110078282.3公开了一种用于电弧炉冶炼不锈钢过程造泡沫渣的发泡球及制造方法，该方法以氧化铁皮(粉)、焦碳粉、废钢屑、铁粉、废弃塑料破碎料为原料，直接压球，并在球团外部包裹一层以水泥熟料或水泥为原料的硬质层以加强球团强度，但其碳量不高，不能起到良好增碳效果，而且没有预还原工序，金属氧化物与碳素进行反应会产生大量气体使得球团爆裂，上浮至渣表面，并且水泥等配料的加入还会增大渣量。

专利申请号201510952237.4公开了一种增碳剂及其制备方法，该方法制备的增碳剂由石墨粉和粘结剂组合造粒而成，但其密度不够，不能良好的存在于渣钢界面之下进行良好的碳氧反应，只能在渣表面上浮，增碳效果差。

综上所述，现有的电弧炉球团技术存在着配碳量不够，密度不够，金属化率不高，冶炼周期较长等问题。因此，如何在保证电弧炉冶炼周期较短的同时，能够制备出同时具有金属化率高、配碳量大、密度及强度大等优势的球团，将成为解决电弧炉发展重大难题的关键一步。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种用于电弧炉冶炼的高碳金属化球团，克服以往电弧炉增碳剂或发泡剂密度不够，使用过程中易破碎，含碳量不足的问题。

本发明的目的在于提供一种用于电弧炉的高碳金属化球团，用于电弧炉炼钢过程。该高碳金属化球团可以作为电弧炉冶炼的增碳剂，因其配碳量达到50％，所以可以在熔池中良好增碳，极大地促进了碳氧反应的进行，产生大量气体对熔池搅拌起到关键作用，同时也很好的进行了去气去夹杂的工序，并且产生良好的渗碳效果，使得冶炼周期变短。并且该球团具有强度大，密度高，金属化率高的特点，可以保证球团在渣钢界面以下进行增碳，同时也能起到降低电耗、降低铁损，改善工艺指标的目的。

为达到以上所述问题，本发明提供的技术方案为：

一种用于电弧炉的高碳金属化球团的制备方法，其特征在于，采用铁精矿粉和碳粉原料混合均匀作为预还原焙烧原料，经回转窑焙烧后，与粘结剂和水进行混合进行压球，制得金属化率大于90％，含碳量大于50％，密度范围在2.6-3.3g/cm³之间的用于电弧炉冶炼的高碳金属化球团。

如上所述用于电弧炉的高碳金属化球团的制备方法，具体制备步骤如下：

步骤1：按照石墨粉与铁精矿粉质量比1.0-1.2的比例进行充分混合，确保C/Fe质量比1.5-2.1，其均匀度大于98％；

步骤2：将步骤1混合后物料经回转窑焙烧，焙烧温度为1000-1300℃，焙烧时间为40-60min，以确保产物成分中全铁含量70-80％，碳含量50-60％，金属化率大于80％；

步骤3：将步骤2所得预还原产物研磨至粒度0.5mm以下；

步骤4：在步骤3研磨后将物料与粘结剂混合，粘结剂比例为4-6％，水分比例为9-12％；选取粘结剂为膨润土或有机粘结剂或膨润土-有机粘结剂组成的复合粘结剂；有机粘结剂包括水玻璃、硼酸等。

步骤:5：采用高压压球机将步骤4中所得混合物料压制成高压球团；所述压球机压力为700-1000t，球团直径为30-50mm；

步骤6：将步骤5中压制的球团烘干脱水；脱水后水分含量控制在0-2％，烘干球团温度为120-140℃，烘干时间为60-90分钟，以确保球团指标满足落下强度大于3，密度范围在2.6-3.3g/cm³。

进一步地，所述铁精矿粉中全铁含量为60-65％，硫含量小于0.05％，磷含量小于0.02％；碳粉原料为石墨粉或固定碳含量大于85％、全硫含量小于0.5％的含碳原料粉末。

本发明选择石墨粉(碳粉)的优势为石墨粉较为滑腻，高压成球后易脱模。石墨粉中较煤粉等材料比N、P、S杂质更少。

本发明选择铁精矿粉的优势为铁精矿品味高，即铁含量高，可以大大增加球团密度。铁精矿进行预还原后可以使金属化率提高，进一步提高冶炼过程中的金属收得率。

本发明选择1.5-2.1的碳铁质量比的原因为：相对高的碳铁质量比首先会使得还原过后的残余碳量过剩，已达到球团增碳的目的，其次会强化反应的动力学和热力学条件，会加大碳素与空气的接触面，会加剧碳素烧损，增强炉内的还原性气氛，会在一定程度上提高金属氧化物的还原率，以获得更高的金属化率。

本发明在步骤2选择1000-1300℃的焙烧温度的原因为：相对较高的碳铁质量比，需要高温来促进金属氧化物还原反应的进行，并且高温会抑制碳素的烧损。为取得较高的碳残余量和较高的金属化率，因此采用1000-1300℃的焙烧温度。

本发明高碳金属化球团配料后需在回转窑内先进行预还原焙烧之后造球。

此工艺要求为本发明主要特点，预还原的目的首先是在碳铁质量比相对较高的情况下使得原料铁精矿粉中的金属氧化物被大部分还原，获得较高的金属化率，以获得较高的密度，并且高金属化率还可以使得金属收得率提高，有效降低铁损。其更重要的一点为预还原工序可避免以往球团中氧化物与碳素在冶炼过程中反应产生大量的一氧化碳和二氧化碳气体，使得球团破碎，碎片上浮，造成增碳失败的结果。

本发明高碳金属化球团密度要求为2.6-3.3g/cm³

此密度要求为此金属化球团主要特点，如果球团密度小于泡沫渣密度，则无法在冶炼过程中下沉，就不能在渣钢界面下进行良好的增碳，只有当金属化球团密度大于泡沫渣密度时，球团才可以进入钢液中进行增碳，良好地产生一系列碳氧反应，进一步进行脱碳、去气去夹杂的工作。同时还可产生大量气体，有助于造泡沫渣。

本发明要求组分当中粘结剂含量为5％左右，粘结剂配比过低会使得球团落下强度不能超过3,不能满足生产要求，过高会影响金属与碳含量，因此5％左右的粘结剂最为合理

本发明要求造球时水分在9-12％之间。在此水分配比区间中，球团的落下强度均能满足生产要求。

可根据具体的生产要求在范围内微调整粘结剂与水分的配比。

有益效果

成品高碳金属化球团具有如下特性：

本金属化球团成品碳含量可以达到50％以上，因此可以产生良好的增碳效果，大量的碳在炉内发生还原反应可以有效控温，产生大量气体，起到良好的去气去夹杂效果，同时使得泡沫渣厚度有明显提升，并且使得泡沫化程度增高。良好的埋弧操作还可以使得电极的热损失降低。大量的碳还会促进熔池的渗碳，起到助熔作用，因此还可缩短冶炼周期，降低电耗。

本金属化球团成品金属化率可以达到90％以上，使得球团在密度和强度上均有提升，高温高碳是球团金属化率高达90％以上的关键，高碳使得温度不再还原反应的限制性环节，并且限制了金属铁的二次氧化。从而使得渣中氧化铁含量降低，有效降低了铁损。

本发明选择铁精矿粉为原料的优势为铁精矿品味高，即铁含量高，可以大大增加球团密度。铁精矿进行预还原后可以使金属化率提高，进一步提高冶炼过程中的金属收得率，并且使球团密度增大，有利于球团深入渣层以下进行反应。

本发明在工艺选择方面，通过炉外预还原制备球团的冶炼过程能耗较直接将原料压球加入炉内冶炼更低，说明了预还原过程的可行性与必要性。通过在平衡计算中调整铁碳合金球团总量，得出随着配加的球团量增加，吨钢冶炼电耗显著减少的结果。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合实施实例对本发明作进一步说明。

实施实例1

预还原铁精矿高碳金属化球团，第一次应用生产实施在某厂展开，进行造球实验，高碳金属化球团制作过程如下：

1)采用固定碳96.28、灰分6.24％、挥发分5.56的碳粉，采用全铁65.5％、二氧化硅6.44％、磷0.018％、硫0.041％的铁精矿成分。按照C/Fe为1.8:1进行配料，并混合均匀。

2)混合均匀后，在1200℃条件下在回转窑中还原40min，所得金属化率为92.73％，残余碳率为58.00％。

3)将还原产物研磨

4)采用膨润土为粘结剂和水混合。粘结剂配入量为6％，水分配入量为12％，

5)混合均匀后采用压球机进行造球，压球机压力为1000t。

6)最后烘干，在120℃条件下烘干时间为70min。生产球团1m落下强度平均值为4.8。

高碳金属化球团生产密度为2.80-3.15g/cm3之间。碳含量为52.78％，全铁36.54％，水分1.25％。

Claims (2)

1.一种用于电弧炉的高碳金属化球团的制备方法，其特征在于，采用铁精矿粉和碳粉原料混合均匀作为预还原焙烧原料，经回转窑焙烧后，与粘结剂和水进行混合进行压球，制得金属化率大于90％，含碳量大于50％，密度范围在2.6-3.3g/cm³之间的用于电弧炉冶炼的高碳金属化球团；

C/Fe质量比1.5-2.1；

所述铁精矿粉中全铁含量为60-65％，硫含量小于0.05％，磷含量小于0.02％；碳粉原料为石墨粉或固定碳含量大于85％、全硫含量小于0.5％的含碳原料粉末。

2.根据权利要求1所述的一种用于电弧炉的高碳金属化球团的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：

步骤1：按照石墨粉与铁精矿粉质量比1.0-1.2的比例进行充分混合，其均匀度大于98％；

步骤2：将步骤1混合后物料经回转窑焙烧，焙烧温度为1000-1300℃，焙烧时间为40-60min，以确保产物成分中全铁含量70-80％，碳含量50-60％，金属化率大于80％；

步骤3：将步骤2所得预还原产物研磨至粒度0.5mm以下；

步骤4：在步骤3研磨后将物料与粘结剂混合，粘结剂比例为4-6％，水分比例为9-12％；选取粘结剂为膨润土或有机粘结剂或膨润土-有机粘结剂组成的复合粘结剂；

步骤:5：采用高压压球机将步骤4中所得混合物料压制成高压球团；所述压球机压力为700-1000t，球团直径为30-50mm；

步骤6：将步骤5中压制的球团烘干脱水；脱水后水分含量控制在0-2％，烘干球团温度为120-140℃，烘干时间为60-90分钟，以确保球团指标满足落下强度大于3，密度范围在2.6-3.3g/cm³。

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