CN110257625B - 一种提高烧结褐铁矿比例的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高烧结褐铁矿比例的方法，将包含颗粒A和/或颗粒B的烧结混合料进行布料后烧结，其特征在于，按布料高度方向从上到下将料层连续分成N层，并控制料层各层烧结混合料中颗粒A所占总颗粒A的重量百分比，以及颗粒A和颗粒B的比例；颗粒A为酸性褐铁矿；颗粒B为碱性基体料，颗粒A的粒度大于颗粒B的平均粒度；所述的N为3～10的整数。采用本发明可将粗粒褐铁矿比例由28～40％提升至47％～55％(不含返矿)，增加10～20％，降低抽风负压1～2kPa，烧结矿产量提高5～10％。

Description

一种提高烧结褐铁矿比例的方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及一种提高烧结褐铁矿比例的方法。

背景技术

随着烧结技术的发展，料层高度不断增加，超高料层烧结(1000mm以上)是各个钢铁厂烧结工序的必然追求，高料层烧结具有成品率高、烧结矿强度好、固体燃耗低、烧结矿还原性好等诸多优点，但也存在料层透气性差的缺点。

铁矿石资源作为主要烧结原料，随着优质资源日趋减少及其价格不断攀升，一些钢铁厂(如宝钢)基于资源战略和生产成本考虑，已经大量使用价格便宜的褐铁矿进行烧结生产。褐铁矿在全世界的总储量超过100亿吨，分布较为广泛。经过对高结晶水褐铁矿的大量研究，得出系列结论：褐铁矿具有含铁品位低但烧后品位高、粒度粗、气孔率高、吸水量大、吸水速度快、制粒性差等常温特性及同化性高、液相流动性大、黏结相强度低、铁酸钙生成能力强等高温特性，当褐铁矿在烧结料中的比例升高到一定程度后，会造成利用系数降低、成品率下降、转鼓指数降低、固体燃耗升高等问题。因此，褐铁矿成本低廉与应用比例高影响烧结矿的产质量指标是相互矛盾的。

国内钢铁厂都对提高烧结原料中褐铁矿比例采取措施。例如，宝钢提出细化水碳调整，烧结终点和负压控制等措施，控制烧结终点和负压等措施，韶钢提出将褐铁矿在高温焙烧条件下预先脱除结晶水，然后与其他物料一起制粒、烧结的方法。虽然这些措施一定程度提高了褐铁矿的比例，但当褐铁矿达到较大比例时，使用效果也较差。因此，进一步提高烧结混合料中褐铁矿的比例，降低烧结成本，改善烧结产质量，降低燃料消耗成为了钢铁行业面临的严峻挑战之一。

发明内容

为克服现有技术的不足，提供一种改善产质量、降低能耗的提高褐铁矿配矿比例的烧结方法。

一种提高烧结褐铁矿比例的方法，将包含颗粒A和/或颗粒B的烧结混合料进行布料后烧结，按布料高度方向将料层从上到下连续分成N层，并控制料层各层烧结混合料中颗粒A所占总颗粒A的重量百分比，以及颗粒A和颗粒B的比例；

其中，顶部料层中，颗粒A的含量不高于总颗粒A含量的20％；

中部料层中，各层的颗粒A的含量占总颗粒A含量的15～85％；

底部料层中，颗粒A的含量不高于总颗粒A含量的40％；

各层的颗粒A和颗粒B的质量比小于90％；

颗粒A为酸性褐铁矿；颗粒B为碱性基体料，所述的碱性基体料包含铁矿粉、固体燃料和熔剂；其中，颗粒A的平均粒度大于颗粒B的平均粒度；

所述的N为3～10的整数。

本发明通过颗粒A以及颗粒B形貌以及成分的控制，并根据不同料层高度，对颗粒A的配料量以及颗粒A与颗粒B的配比进行精准控制，从而控制料层透气性，调控褐铁矿沿料层高度方向的优化分布与料层可利用蓄热量的分布规律相匹配，并控制料层不同高度的混合料碱度，使基体料产生足够的液相，侵蚀褐铁矿颗粒表面，并填充褐铁矿结晶水脱除后留下的孔隙，使得烧结矿均匀致密。本发明方法可以有效解决高比例下的褐铁矿烧结过程存在的利用系数降低、成品率下降、转鼓指数降低、固体燃耗升高等问题，还有助于降低烧结负压；本发明方法可以有效提高烧结过程中褐铁矿的配矿比例，不仅如此，还可提升烧结产物的性质。

本发明的颗粒A为酸性颗粒。作为优选，所述的颗粒A的化学成分中(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)小于0.5，呈酸性。

作为优选，颗粒A为杨迪粉、PB粉等粗粒褐铁矿中的至少一种。

本发明方法，通过所述的料层颗粒的合理级配，可无需对颗粒A进行脱水处理。

本发明的颗粒B为碱性颗粒。

颗粒B中，铁矿粉、固体燃料和熔剂均可采用行业内技术人员所熟知的物料。

作为优选，颗粒B中，所述的铁矿粉为各种铁矿资源的混合料，包括国内外的天然铁矿石、二次含铁原料等。

作为优选，颗粒B中，所述的固体燃料为焦粉、无烟煤、生物质燃料中的至少一种。

作为优选，颗粒B中，所述的熔剂为碱性熔剂；进一步优选为生石灰、石灰石、白云石、蛇纹石中的至少一种。

作为优选，所述的颗粒B是由铁矿粉、固体燃料和碱性熔剂混合、制粒而成的含水小球，呈碱性。

作为优选，颗粒B中，铁矿粉的重量份、固体燃料、熔剂的比例可根据实际烧结要求，物料的性质进行调整。

作为优选，所述的颗粒B中还允许包含返矿。所述的返矿可采用行业内技术人员所熟知的物料。

作为优选，所述的返矿的外配比例20％～30％。

作为优选，所述的颗粒B的含水量为7～8％。

本发明中，除对颗粒A和B的酸碱性以及成分进行控制外，进一步对颗粒的粒度进行控制，有助于进一步提升褐铁矿的配矿比例，不仅如此，还提升烧结产物性能。

本发明中，要求颗粒A的粒度大于颗粒B的平均粒度。

作为优选，所述的颗粒A的粒度不低于5mm；优选为大于或等于5mm，小于或等于12mm。

所述的颗粒B的平均粒度为3.5～4.5mm；其中，+5mm粗颗粒占比不高于30％(进一步优选为10～25％)。所述的颗粒B的平均粒度小于5mm，其中，绝大多数颗粒粒径小于5mm，但其中允许含有小部分高于5mm颗粒。

作为优选，各料层中，所述的颗粒A与颗粒B混合料的碱度为1.6～2.2。

本发明中，通过所述的颗粒A、颗粒B的酸碱性、物质成分以及粒度的优选配制，进一步利用不同层烧结混合料中的颗粒A占总颗粒A的占比以及颗粒A和颗粒B的比例的控制，可以进一步提升褐铁矿的配矿比例，在高配矿比例下，还改善烧结产物的性能。

作为优选，按布料高度方向将料层平均分成N层。也即是，优选各料层的高度相等或者相邻料层的高度比例不高于0.1。

作为优选，N为5，其中，第一层料层中，颗粒A占各料层总颗粒A的重量百分比为0～10％；且颗粒A和颗粒B的重量比为0～15％；

第二层料层中，颗粒A占各料层总颗粒A的重量百分比为15～30％；且颗粒A和颗粒B的重量比为21～50％；

第三层料层中，颗粒A占各料层总颗粒A的重量百分比为25～40％；且颗粒A和颗粒B的重量比为43～85％；

第四层料层中，颗粒A占各料层总颗粒A的重量百分比为25～40％；且颗粒A和颗粒B的重量比为43～85％；

第五层料层中，颗粒A占各料层总颗粒A的重量百分比为5～25％；且颗粒A和颗粒B的重量比为10～43％。

作为优选，N为3时，其中，第一层料层中，颗粒A占各料层总颗粒A的重量百分比为11～20％；且颗粒A和颗粒B的重量比为9.5％～19％；

第二层料层中，颗粒A占各料层总颗粒A的重量百分比为48～70％；且颗粒A和颗粒B的重量比为40～78％；

第三层料层中，颗粒A占各料层总颗粒A的重量百分比为16～38％；且颗粒A和颗粒B的重量比为15～45％。

作为优选，料高为900～1050mm。本发明方法，可以将料层高度提升至900～1050mm，具有优异的工业应用前景。

作为优选，烧结抽风负压-9～-11kPa。本发明方法，烧结负压可进一步降低至-9～-11kPa，可有效降低能耗。

本发明中，可采用现有的工艺，对所述创新配料后的物料进行烧结。

作为优选，颗粒A的配矿比例为20～30％。也即是，本发明所述的方法，可将褐铁矿的配矿比例提升至47～55％。不仅如此，还能保证良好的焙烧效率和产收率，具有良好的工业应用前景。

本发明的原理是：

本发明通过所述粒度、酸碱性的颗粒A和颗粒B基于不同料高的合理配料，从而协同提高初始料层透气性，调控褐铁矿在料层中的分布，合理利用料层蓄热，利用高碱度基体料生成的铁酸钙液相填充褐铁矿结晶水脱除产生的孔隙，实现烧结矿致密化，达到进一步提高褐铁矿比例的目的。

制粒水分以基体料为准，再加入含自由水极低的粗粒褐铁矿，总体降低了制粒后烧结混合料水分，克服了多加褐铁矿多加水以强化制粒的问题。同时，配入粗粒褐铁矿增大了混合料的平均直径和空隙率，提高了料层透气性，从而降低抽风负压以降低烧结速度。这样既保证了烧结矿的产质量，又可以降低烧结抽风机的负荷，降低风机电耗。

高配比褐铁矿的普通烧结过程中，若烧结混合料均匀分布，料层表面自身存在热量不足的问题，再加上高比例的褐铁矿结晶水分解吸热，会导致料层温度进一步降低，使得烧结矿成品率降低、返矿率增加，而料层下部因自动蓄热作用导致热量过剩，再加高温下褐铁矿易熔、黏结相强度差，使得烧结矿质量下降。针对已有的料层蓄热规律，即从上至下，各个层带的可利用蓄热呈现出先增大后减少的趋势，本发明设计了烧结料层中粗粒褐铁矿的优化分布，带动了固体燃料的偏析分布，烧结过程中合理利用料层蓄热，缩小各个层带之间热量差异，最大程度实现均热烧结。

加入20～30％粗粒褐铁矿的烧结混合料均匀分布时，保持固体燃料用量不变，可提高透气性指数0.042JPU，烧结速度1～2.5mm/min，利用系数0.05～0.2t·(m²·h)^-1，烧结负压降低2kPa。进一步将粗粒褐铁矿合理分布后，烧结速度与利用系数不变，烧结矿成品率和转鼓强度增加，固体燃耗降低。这一方法既能增加烧结混合料中褐铁矿比例，提高料层透气性，降低了风机电耗，又能提高烧结产质量，是一项能显著降低工序能耗的技术。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1)添加粗粒褐铁矿，极大提高了料层透气性，采用高料层、低负压的操作制度，可以提高料层200～350mm，降低抽风负压1～2kPa，降低风机电耗。

2)通过调控粗粒褐铁矿的优化分布与料层不同高度可利用蓄热量的分布规律相匹配，合理利用料层蓄热，维持固体燃耗稳定，增加高比例褐铁矿的成品率和转鼓强度。

具体实施方式

实施例1：

颗粒A(粗粒褐铁矿)是从铁矿粉中人工筛出的，粒级为5～8mm和8～10mm，二者质量比2.5:1，水分含量3.6％，全铁含量61.75％，(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)等于0.083，呈酸性，配比30.01％(质量配比＝粗粒褐铁矿/(铁矿粉+固体燃料+碱性熔剂))；

颗粒B是由混合料人工混合并用圆筒混料机制粒而来，平均粒度3.56mm，+5mm粒级占16.47％，混合料中铁矿粉配比49.31％，固体燃料(焦粉)配比4.30％，碱性熔剂配比16.38％(生石灰6.50％、石灰石5.75％、白云石3.92％、蛇纹石0.21％)，(粗粒褐铁矿+铁矿粉+固体燃料+碱性熔剂＝100％)返矿外配比例25％，颗粒B的制粒水分7.5％；颗粒A和颗粒B的综合碱度2.0；向内径270mm烧结杯中布料，布料高度为850mm，分5层，每层高度控制为170±5mm，可容纳17.5kg物料；其中，由顶至底计，第一层(顶层)的颗粒A占各料层总颗粒A的含量为5％；颗粒A和颗粒B的质量比为6.39％；第二层的颗粒A占各料层总颗粒A的含量为15％；颗粒A和颗粒B的质量比为21.97％；第三层的颗粒A占各料层总颗粒A的含量为27.5％；颗粒A和颗粒B的质量比为49.29％；第四层的颗粒A占各料层总颗粒A的含量为27.5％；颗粒A和颗粒B的质量比为49.29％；第五层的颗粒A占各料层总颗粒A的含量为25％；颗粒A和颗粒B的质量比为42.88％；烧结抽风负压-10kPa；烧结温度1300～1400℃烧结时间为47.17min；烧结后收集得到烧结产物。获得烧结产质量指标：利用系数1.386t·(m²·h)^-1，成品率82.34％，转鼓强度73.37％、固体燃耗47.38kg·t^-1的指标。

实施例2：

颗粒A(粗粒褐铁矿)是从铁矿粉中人工筛出的，粒级为5～8mm和8～10mm，二者质量比2.5:1，水分含量3.6％，全铁含量61.75％，(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)等于0.083，呈酸性，配比30.02％；

颗粒B是由混合料人工混合并用圆筒混料机制粒而来，平均粒度3.65mm，+5mm粒级占22.51％，混合料中铁矿粉配比49.31％，固体燃料(焦粉)配比4.3％，碱性熔剂配比16.38％(生石灰6.50％、石灰石5.75％、白云石3.92％、蛇纹石0.21％)，返矿外配比例25％，颗粒B的制粒水分7.5％；颗粒A和颗粒B的综合碱度2.0；向内径270mm烧结杯中布料，布料高度为850mm，分5层，每层高度控制为170±5mm，可容纳17.5kg物料；其中，由顶至底计，第一层(顶层)的颗粒A占各料层总颗粒A的含量为10％；颗粒A和颗粒B的质量比为13.64％；第二层的颗粒A占各料层总颗粒A的含量为20％；颗粒A和颗粒B的质量比为31.6％；第三层的颗粒A占各料层总颗粒A的含量为25％；颗粒A和颗粒B的质量比为49.29％；第四层的颗粒A占各料层总颗粒A的含量为25％；颗粒A和颗粒B的质量比为49.29％；第五层的颗粒A占各料层总颗粒A的含量为20％；颗粒A和颗粒B的质量比为31.6％；烧结抽风负压-10kPa；烧结温度1300～1400℃，烧结时间为46.67min；烧结后收集得到烧结产物。获得烧结产质量指标：利用系数1.431t·(m²·h)^-1，成品率83.31％，转鼓强度73.50％、固体燃耗46.39kg·t^-1的指标。

对比例1：

颗粒A(粗粒褐铁矿)是从铁矿粉中人工筛出的，粒级为5～8mm和8～10mm，二者质量比2.5:1，水分含量3.6％，全铁含量61.75％，(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)等于0.083，呈酸性，配比30.02％。颗粒B是由混合料人工混合并用圆筒混料机制粒而来，平均粒度3.57mm，+5mm粒级占17.89％，混合料中铁矿粉配比49.31％，固体燃料(焦粉)配比4.3％，碱性熔剂配比16.38％(生石灰6.50％、石灰石5.75％、白云石3.92％、蛇纹石0.21％)，返矿外配比例25％，颗粒B的制粒水分7.5％。颗粒A和颗粒B的综合碱度2.0。将颗粒A和颗粒B(颗粒A和颗粒B质量比为1：3.17)充分混匀后，均匀布料于烧结杯中，料层高度1000mm，烧结杯内径170mm，烧结温度1300～1400℃，烧结时间为40.00min，烧结抽风负压-12kPa，烧结获得利用系数1.739t·(m²·h)^-1，成品率78.05％，转鼓强度68.07％、固体燃耗50.56kg·t^-1的指标。

对比例2：

颗粒A(粗粒褐铁矿)是从铁矿粉中人工筛出的，粒级为5～8mm和8～10mm，二者质量比2.5:1，水分含量3.6％，全铁含量61.75％，(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)等于0.083，呈酸性，配比30.02％。颗粒B是由混合料人工混合并用圆筒混料机制粒而来，平均粒度3.84mm，+5mm粒级占23.32％，混合料中铁矿粉配比49.31％，固体燃料配比4.3％，碱性熔剂(焦粉)配比16.38％(生石灰6.50％、石灰石5.75％、白云石3.92％、蛇纹石0.21％)，返矿外配比例25％，颗粒B的制粒水分7.5％。颗粒A和颗粒B的综合碱度2.0。将颗粒A和颗粒B(颗粒A和颗粒B质量比为1：3.17)充分混匀后，均匀布料于烧结杯中，料层高度1000mm，烧结杯内径170mm，烧结温度1300～1400℃，烧结时间为40.67min，烧结抽风负压-10kPa，烧结获得利用系数1.701t·(m²·h)^-1，成品率78.86％，转鼓强度67.60％、固体燃耗49.71kg·t^-1的指标。

对比例3：

颗粒B是由混合料人工混合并用圆筒混料机制粒而来，平均粒度3.66mm，+5mm粒级占21.17％，混合料中铁矿粉配比79.51％，固体燃料(焦粉)配比4.3％，碱性熔剂配比16.19％(生石灰6.50％、石灰石5.75％、白云石3.92％、蛇纹石0.21％)，返矿外配比例25％，混合料的制粒水分7.5％。将颗粒B均匀布料于烧结杯中，料层高度1000mm，烧结杯内径170mm，烧结抽风负压-12kPa，烧结温度1300～1400℃，烧结时间为44.50min，烧结获得利用系数1.584t·(m²·h)^-1，成品率78.72％，转鼓强度68.00％、固体燃耗49.15kg·t^-1的指标。

通过实施例以及对比例发现，本发明通过颗粒A以及颗粒B形貌以及成分的控制，并根据不同料层高度，对颗粒A的配料量以及颗粒A与颗粒B的配比进行精准控制，可以降低烧结负压，大大降低能耗，不仅如此，还能够有效提升烧结料均匀性，显著提升成品率和转鼓强度，有效降低固体燃耗。研究发现，采用本发明提高粗粒褐铁矿比例10～20％，降低抽风负压1～2kPa，产量提高5～10％。

Claims (8)

1.一种提高烧结褐铁矿比例的方法，将包含颗粒A和/或颗粒B的烧结混合料进行布料后烧结，其特征在于，按布料高度方向将料层从上到下分成N层，并控制各层烧结混合料中颗粒A所占总颗粒A的重量百分比，以及颗粒A和颗粒B的比例；

其中，顶部料层中，颗粒A的含量不高于总颗粒A含量的20%；

中部料层中，各层的颗粒A的含量占总颗粒A含量的15~85%；

底部料层中，颗粒A的含量不高于总颗粒A含量的40%；

各层的颗粒A和颗粒B的质量比小于90%；

颗粒A为酸性褐铁矿；颗粒B为碱性基体料，所述的碱性基体料包含铁矿粉、固体燃料和熔剂；其中，所述的颗粒A的粒度大于或等于5mm，小于或等于12mm；所述的颗粒B的平均粒度为3.5~4.5mm，其中+5mm粗粒级占10~25%；

所述的N为3~10的整数。

2.如权利要求1所述的提高烧结褐铁矿比例的方法，其特征在于，所述的颗粒A中，（CaO+MgO）/（SiO₂+Al₂O₃）小于0.5。

3.如权利要求1所述的提高烧结褐铁矿比例的方法，其特征在于，料层各层中所述的颗粒A与颗粒B混合料的碱度为1.6~2.2。

4.如权利要求1所述的提高烧结褐铁矿比例的方法，其特征在于，所述的颗粒B的含水量为7~8%。

5.如权利要求1所述的提高烧结褐铁矿比例的方法，其特征在于，各料层的高度相等。

6.如权利要求1~5任一项所述的提高烧结褐铁矿比例的方法，其特征在于，N为5，其中，第一层料层中，颗粒A占各料层总颗粒A的重量百分比为0~10%；且颗粒A和颗粒B的重量比为0~15%；

第二层料层中，颗粒A占各料层总颗粒A的重量百分比为15~30%；且颗粒A和颗粒B的重量比为21~50%；

第三层料层中，颗粒A占各料层总颗粒A的重量百分比为25~40%；且颗粒A和颗粒B的重量比为43~85%；

第四层料层中，颗粒A占各料层总颗粒A的重量百分比为25~40%；且颗粒A和颗粒B的重量比为43~85%；

第五层料层中，颗粒A占各料层总颗粒A的重量百分比为5~25%；且颗粒A和颗粒B的重量比为10~43%。

7.如权利要求1所述的提高烧结褐铁矿比例的方法，其特征在于，料高为900~1050 mm。

8.如权利要求1所述的提高烧结褐铁矿比例的方法，其特征在于，烧结抽风负压-9~-11kPa。