CN110241273B

CN110241273B - 一种利用鄂西铁矿石与气煤制备的铁焦及其制备方法

Info

Publication number: CN110241273B
Application number: CN201910360120.5A
Authority: CN
Inventors: 徐润生; 邓书良; 郑恒; 王炜
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2021-02-23
Anticipated expiration: 2039-04-30
Also published as: CN110241273A

Abstract

本发明提供一种利用鄂西铁矿石与气煤制备的铁焦及其制备方法，其特征在于，所述铁焦按质量百分比包括鄂西铁矿石10％～30％、气煤70％～90％，为提高铁焦冷态强度，还添加有鄂西铁矿石和气煤总质量0％～15％的改质沥青，采用“冷压‑炭化”炼焦方式，通过在炼焦过程中，给配料施加压强，减少气煤中挥发分的产生，增加胶质体含量，进而提高铁焦强度，所得铁焦的强度传统铁焦相当，气化起始反应温度显著降低，适用于高炉，可降低焦比，提升冶炼效率，具有节能减排的作用，在钢铁冶金行业具有明显的应用前景和经济效益。

Description

一种利用鄂西铁矿石与气煤制备的铁焦及其制备方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种利用鄂西铁矿石与气煤制备的铁焦及其制备方法。

背景技术

铁焦是指用含铁物料与炼焦煤配合炼制的高反应性焦炭，高反应性的铁焦可以控制FeO-Fe还原反应平衡点，降低与CO₂的气化起始反应温度，有助于提高高炉冶炼效率。然而，随着我国炼焦行业的迅速发展，优质炼焦煤供应日趋紧张，储量丰富的气煤用于配煤炼焦在一定程度上成为缓解炼焦资源紧张问题的办法之一。此外，随着钢铁企业的发展，全球优质铁矿石资源日渐减少，铁矿石价格逐年上涨，来源丰富的鄂西铁矿石备受关注。然而，鄂西铁矿石含铁品位相对较低、磷含量相对较高，在传统高炉炼铁中很难以被广泛利用。如果能将鄂西铁矿石与气煤应用于铁焦的制备，不仅可极大缓解炼焦资源紧张问题，还可提高鄂西铁矿石利用率。

目前，关于铁焦的制备方法的研究有很多，如申请号为CN201811018091的专利，将粒度小于1mm的返矿与劣质煤混匀并在300℃～400℃热压成型得到型煤物料，然后与优质煤混合在2000℃～2400℃氮气保护条件下炭化20～24h制得铁焦。

申请号为CN201210408536的专利公开了一种高反应性高强度铁焦复合球团，该复合球团由内外两层不同成分和反应性的焦炭组成，内层是弱粘结性或中性粘结性煤和焦炭钝化剂，按照一定比例焦化而成，外层是由强粘结性煤和含铁物料按照一定比例焦化而成。

申请号为CN200780102093的专利，将铁矿石与原煤混合，以20℃/min升至550～600℃干馏制得成型物，随后利用电炉在900℃，氮气保护下对成型物进行炭化制备铁焦。

申请号为CN201180011516的专利，将煤粉与铁矿石的混合物冷压成型后，在竖炉内以最高温度为850℃进行干馏制备高反应性铁焦，高炉内铁焦与CO₂反应性显著提高，热储备区温度降低，从而达到降低焦比目的。

申请号为CN201611142370的专利，将生物质干燥后在350～800℃无氧条件下炭化得到生物质焦炭，随后将煤粉、生物质焦炭和含铁物料混合和捣固，在900～1100℃条件下炭化制得生物质铁焦。

然而上述现有技术提供的铁焦制备方法，所用的炼焦煤大多为配合煤，气煤用量较少，由于气煤变质程度低，挥发分高，作为炼焦煤，黏结性较弱，使用现有技术铁焦的制备方法，在加热时会产生较多煤气和焦油，胶质体热稳定性差，单独炼焦时可能结成强度较差的小块焦，形成的焦炭抗碎强度和耐磨强度较弱。此外，现有技术还存在在以下几个方面的不足：(1)炼焦温度过高、炼焦时间过长，生产效率降低、炼焦成本高；(2)实验原料需要预处理，热压或冷固成型后进行二次炭化，炼焦工艺流程较长；(3)所使用的含铁物料如转炉泥和高炉尘泥，Pb和Zn含量高，会降低高炉使用寿命。

因此，急需提供一种以气煤作为炼焦煤，以鄂西铁矿石作为含铁物料的铁焦的制备方法，缓解炼焦煤资源紧张问题，提高鄂西铁矿石利用率。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种利用鄂西铁矿石与气煤制备的铁焦及其制备方法，目的在于利用含铁品位相对较低、磷含量相对较高的鄂西铁矿石与弱黏结性气煤，制备低气化起始反应温度的铁焦，通过补加适量黏结剂，采用“冷压-炭化”炼焦方式，通过在炼焦过程中，给配料施加压强，以减少气煤中挥发分的产生，增加胶质体含量，进而提高制备的铁焦强度。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

1.一种利用鄂西铁矿石与气煤制备的铁焦，其特征在于，所述焦炭按质量百分比包括鄂西铁矿石10％～30％、气煤70％～90％。

优选地，鄂西铁矿石添加量为10％～20％，气煤添加量为90％～80％。

进一步，所述铁焦还包含一种黏结剂，黏结剂含量为鄂西铁矿石和气煤总质量的0％～15％。

进一步，当鄂西铁矿石含量高于20％时，按需添加黏结剂。

进一步，所述黏结剂为改质沥青，其软化点为110-115℃，灰分0.19～0.22％，结焦值54～58％。

优选地，所述焦炭按质量百分比包括鄂西铁矿石30％、气煤70％，改质沥青添加量为鄂西铁矿石和气煤总质量的10％。

进一步，所述鄂西铁矿石成分主要为鲕状赤铁矿，其中，TFe含量为50～55wt％，P和S含量分别为0.130～0.135wt％和0.020～0.023wt％。

进一步，所述气煤为弱黏结性炼焦煤，固定碳含量为55～57wt％，黏结指数为50～60。

本发明还提供一种如权利要求1至5任一项所述的铁焦的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.筛分：将鄂西铁矿石和气煤进行破碎筛分，分别收集粒度为0.2-0.5mm的鄂西铁矿石和粒度小于1mm的气煤；

S2.配料：按质量百分比称取鄂西铁矿石、气煤和黏结剂，在V型混合机中混匀，并将水分调至10％以内；

S3.炼焦：将配料放入石墨坩埚内，用实心柱形不锈钢压在配料上部，然后将石墨坩埚及实心柱形不锈钢一起放入不锈钢坩埚内，并送入炭化炉内在氮气保护下高温炭化炼焦，制得结焦料；

S4.冷却：在氮气保护下将结焦料冷却至100℃以下，制得铁焦。

进一步，步骤S3中，所述炼焦温度为1100±50℃，升温速率为2～4℃/min，炼焦时间为8-12h。

进一步，步骤S3中，所述不锈钢坩埚内部可放置的石墨坩埚数不少于6个，所述不锈钢坩埚底部有筛孔，为氮气及炼焦产生的挥发分提供通道，并可增加各石墨坩埚受热均匀性。

进一步，步骤S3中，高纯石墨坩埚尺寸为

进一步，步骤S3中，所述实心柱形不锈钢尺寸为

可向石墨坩埚内的配料提供5～8Kpa压强，目的是使配料压实，同时在炼焦过程中，给配料施加压强，可以减少气煤中挥发分的产生，增加胶质体含量，进而提高制备的铁焦强度。

进一步，所述铁焦，形状为柱状，直径可以在16-20mm范围内，高度可以在16-20mm范围内。

有益效果

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)将劣质的鄂西铁矿石与弱黏结性气煤用于铁焦制备，通过配合适量的改质沥青，制备得到冷态转鼓强度达到入炉要求的铁焦，而且气化起始反应温度显著降低，不仅降低了炼焦对主焦煤的依赖，同时合理利用了资源丰富、来源广泛的鄂西铁矿石及气煤，有助于提高我国铁矿石和煤炭资源的利用率。

(2)采用“冷压-炭化”炼焦方式，较传统“热压-炭化”炼焦方式节能、快捷；制备工艺采取新型模块化炼焦，所得铁焦质量较传统竖炉法稳定。

(3)采用不锈钢柱，在炼焦过程中，给配料同时施加压强，可以减少气煤中挥发分的产生，增加胶质体含量，进而提高制备的铁焦强度。

(4)所得铁焦的强度与传统铁焦相当，气化起始反应温度显著降低，适用于高炉，可降低焦比，提升冶炼效率，具有节能减排的作用，在钢铁冶金行业具有明显的应用前景和经济效益。

附图说明

图1为石墨坩埚及不锈钢坩埚装置示意图；

图2为实施例1-4及对比例1制备的铁焦冷态转鼓强度；

图3为实施例3、实施例5-7及对比例2制备的铁焦冷态转鼓强度；

图4为实施例1-4及对比例1制备的铁焦气化起始反应温度；

图5为实施例3、实施例5-7及对比例2制备的铁焦气化起始反应温度；

图6为实施例8-14制备的铁焦冷态转鼓强度；

图7为实施例8-14制备的铁焦气化起始反应温度。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本发明提供一种利用鄂西铁矿石与气煤制备的铁焦及其制备方法，将混匀后的物料加入尺寸为

的高纯石墨坩埚中，随后使用实心柱形不锈钢压在混合物料表面提供一定压强。将上述若干个石墨坩埚装入不锈钢坩埚内，随后将不锈钢坩埚叠加装入反应管并送入炭化炉内在氮气保护条件下炭化，实现模块化炼焦。石墨坩埚及不锈钢坩埚示意图如图1所示，不锈钢坩埚底部有筛孔，促使氮气及炼焦过程产生的挥发分流通，不锈钢坩埚内可一次性放入多个石墨坩埚，不锈钢柱压在石墨坩埚内的配料上部，提供一定压强，可减少挥发分的产生，增加胶质体含量，进而提高制备的铁焦强度，提高气煤利用率。

以下实施例均通过测试铁焦冷态转鼓强度(抗碎强度M₄₀)及气化起始反应温度表征其性能。

实施例1-7

实施例1-7提供的一种利用鄂西铁矿石与气煤制备的铁焦，按质量百分比包括鄂西铁矿石、气煤和改质沥青，各组分添加量如表1所示。

其中，鄂西铁矿石成分主要为鲕状赤铁矿，TFe含量为50～55wt％，P、S含量分别为0.130wt％和0.020wt％；

气煤为弱黏结性炼焦煤，固定碳含量为56wt％，黏结指数为55；

改质沥青，软化点：110-115℃，灰分0.2％，结焦值56％；

表1实施例1-7鄂西铁矿石、气煤和改质沥青添加量

实施例1-7所述铁焦的制备方法包括以下步骤：

S1.筛分：采用不锈钢锤式破碎机对鄂西铁矿石和气煤进行破碎，分别收集粒度为0.2-0.5mm的鄂西铁矿石和粒度小于1mm的气煤；

S2.配料：按上述质量百分比称取鄂西铁矿石、气煤和改质沥青，在V型混合机中混匀，转速20r/min，混合时间30min，并将水分调至10％以内；

S3.炼焦：将配料放入尺寸为

的石墨坩埚内，用实心柱形不锈钢压在配料上部提供6Kpa的压强，然后将若干个石墨坩埚及实心柱形不锈钢一起放入不锈钢坩埚内，随后将不锈钢坩埚叠加装入反应管并送入炭化炉内在氮气保护条件下炭化炼焦，炭化温度为1100℃，升温速率为3℃/min，炼焦时间9h，制得结焦料；

S4.冷却：制备的结焦料直接在炭化炉内降温冷却，为了避免铁焦在炭化结束后与空气发生燃烧反应，向炭化炉内鼓吹过量氮气使之冷却至100℃以下，制得铁焦。

实施例8-14

实施例8-14提供一种利用鄂西铁矿石与气煤制备的铁焦及其制备方法，组分配比及含量与实施例6相同，不同之处在于步骤S3中反应条件如表2所示。

表2实施例8-14步骤S3中反应条件

实施例	压强(Kpa)	升温速率(℃/min)	炭化温度(℃)	炼焦时间(h)
					8	5	3	1100	9
9	8	3	1100	8
					10	6	2	1100	9
11	6	4	1100	9
					12	6	3	1050	8
13	6	3	1150	9
					14	6	3	1100	12

对比例1

对比例1中，鄂西铁矿石添加量为0％，仅适用气煤作为炼焦煤，使用上述相同制备方法，制备得焦炭。

对比例2

对比例2提供的一种利用鄂西铁矿石与气煤制备的铁焦，其组分及配比与实施例6相同，不同之处在于，在步骤S3中，采用现有技术常用的捣固炼焦技术，将石墨坩埚内的配料捣固至堆积密度为1.1t/m³，然后将若干个石墨坩埚放入不锈钢坩埚内，随后将不锈钢坩埚叠加装入反应管并送入炭化炉内在氮气保护条件下炭化炼焦，其他与实施例1均相同。

对比例1及实施例1-4制备的铁焦冷态转鼓强度(M₄₀)及气化起始反应温度如图2和图4所示，可以看出，当鄂西铁矿石添加量为0％时，焦炭冷态强度较高，随着添加量增加，铁焦冷态强度呈递减趋势，以传统铁焦入炉强度要求80％为基准，鄂西铁矿石添加量为0～20％时，铁焦强度均符合入炉要求，然而添加量为30％时强度极度恶化，添加量达到40％时，铁焦强度几乎降至为0。从图4可以看出，未添加鄂西铁矿的焦炭，气化起始反应温度接近850℃，随着鄂西铁矿石添加量的增多，气化起始反应温度呈下降趋势，当添加量为30％时，气化起始反应温度低至近700℃。

实施例3、实施例5-7及对比例2制备的铁焦冷态转鼓强度(M₄₀)及气化起始反应温度如图3和图5所示，可以看出，添加沥青后可明显改善鄂西铁矿石含量较高时的铁焦冷态强度，以传统铁焦入炉强度要求80％为基准，当沥青添加量为10％时，铁焦强度提高至85％左右，此时的气化起始反应温度为720℃左右，但随着沥青添加量的增加，铁焦的强度及起始气化反应温度都呈现升高后降低的趋势，对比例2与实施例6组分配比相同，采用常用的捣固炼焦技术，制备的铁焦冷态强度低于80％，气化起始反应温度也明显高于实施例6，因此采用本发明提供的制备方法，可明显改善铁焦冷态强度和降低气化起始反应温度。

实施例8-14制备的铁焦冷态转鼓强度(M₄₀)及气化起始反应温度如图6和图7所示，可以看出，在本发明限定的压强、升温速率、炭化温度及炼焦时间范围内，制备得到的铁焦冷态转鼓强度均在80％以上，达到入炉强度要求，适当降低升温速率，延长炼焦时间有助于提高铁焦强度；气化起始反应温度相比实施例6略有升高，但波动不大，仍具有相对较低的气化起始反应温度。

根据上述实施例及对比例测试结果，为了使铁焦达到入炉强度的要求和最大限度使用鄂西铁矿石，优选鄂西铁矿石添加量30％，沥青添加量10％，用于制备低起始反应温度、高强度的铁焦。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种利用鄂西铁矿石与气煤制备的铁焦，其特征在于，所述铁焦按质量百分比包括鄂西铁矿石20％～30％、气煤70％～80％；

所述鄂西铁矿石中，TFe含量为50～55wt％，P和S含量分别为0.130～0.135wt％和0.020～0.023wt％；

所述气煤为弱黏结性炼焦煤，固定碳含量为55～57wt％，黏结指数为50～60；

所述铁焦还包含软化点为110-115℃，灰分0.19～0.22％，结焦值54～58％的改质沥青，所述改质沥青的含量为所述鄂西铁矿石和气煤总质量的5％～15％；所述铁焦通过以下步骤制备：

S3.炼焦：将配料放入石墨坩埚内，用实心柱形不锈钢压在配料上部，然后将石墨坩埚及实心柱形不锈钢一起放入不锈钢坩埚内，并送入炭化炉内在氮气保护下高温炭化炼焦，制得结焦料；所述不锈钢坩埚内部可放置的石墨坩埚数不少于6个，所述不锈钢坩埚底部有筛孔；

S4.冷却：在氮气保护下将结焦料冷却至100℃以下，制得满足高炉炼铁要求的铁焦，所述铁焦的转鼓强度≥80％，起始反应温度为720℃。

2.根据权利要求1所述的利用鄂西铁矿石与气煤制备的铁焦，其特征在于，在步骤S3中，所述高温炭化炼焦的炼焦温度为1100±50℃，升温速率为2～4℃/min，炼焦时间为8-12h。

3.根据权利要求1所述的利用鄂西铁矿石与气煤制备的铁焦，其特征在于，在步骤S3中，所述石墨坩埚尺寸为

4.根据权利要求1所述的利用鄂西铁矿石与气煤制备的铁焦，其特征在于，在步骤S3中，所述实心柱形不锈钢尺寸为

可向石墨坩埚内配料提供5～8KP a压强。