CN110512073A - 一种改善烧结矿还原性的添加剂及高还原性烧结矿及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁冶金烧结技术领域，公开一种改善烧结矿还原性的添加剂及高还原性烧结矿及其制备方法，本发明的改善烧结矿还原性添加剂，由含硼化合物、过氧化氢、高锰酸盐和水混合制成。其中，以质量百分数计，含硼化合物、过氧化氢和高锰酸盐的含量分别为0.05％～5％、0.1％～10％和0.03％～3％，其余为水。制备本发明高还原性烧结矿方法为：将烧结得到的普通烧结矿破碎后在环冷机中进行冷却，并降低台车中径速度，调整鼓风量，当烧结矿表面温度达到400℃～600℃时，在其表面喷洒添加剂，该添加剂及方法能够有效提高烧结矿还原性的同时不影响其他性能，为高炉强化冶炼奠定了基础。

Description

一种改善烧结矿还原性的添加剂及高还原性烧结矿及其制备 方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金烧结技术领域，主要涉及一种改善烧结矿还原性的添加剂及高还原性烧结矿及其制备方法。

背景技术

烧结矿作为高炉最主要的含铁炉料，其还原性对高炉操作和消耗均有重要影响。还原性是指铁矿石中与铁结合的氧被气体还原剂夺取的难易程度，即间接还原的难易程度。还原性不好的烧结矿装入高炉内，首先会影响高炉上部块状带的煤气利用率，造成高炉上部间接还原降低，直接还原增加，影响高炉的燃料比和产量，经数据显示，入炉矿的直接还原变动10％影响高炉燃料比和产量各10％，对炼铁生产过程的强化及其效益的提高具有重要的影响，故希望矿石具有良好的还原性。

为提高烧结矿还原性，中国专利文献CN101921909B提供的控制烧结矿中氧化亚铁含量的方法，通过准确稳定地控制烧结矿中氧化亚铁(FeO)的含量，获得具有优良的还原性和强度的烧结矿。该方法通过将CN101921909B中式1的值控制在2.8wt％-2.9wt％的范围内，从而将烧结矿中氧化亚铁含量控制在7.2wt％-8.2wt％的范围内，其中所述式1为：(FC)_混合料＝[W_燃料×(1-A_燃-S_燃-H_燃)+R_{高炉炉尘灰}×W_新料×C_{高炉炉尘灰}]÷W_混合料×100％。该方法虽然在一定程度上可以提高烧结矿还原性，但其控制过程较繁杂。

中国专利文献CN1276982C提供的一种用来制造还原性好、冷强度高的烧结矿的制造方法与制造装置，该方法用滚筒搅拌机制造由铁矿石、含SiO₂原料、石灰石类粉料以及固体燃料类粉料构成的烧结原料颗粒时，从所述滚筒搅拌机的装入口装入除石灰石类粉料以及固体燃料类粉料之外的烧结原料，在该烧结原料到达所述滚筒搅拌机的排出口前的滞留时间在10-90秒范围内的设定的区域，添加后续辅料，在到达排出口期间使后续添加辅料附着并形成烧结原料的外包装部，上述方法虽然改善了烧结矿还原性，但其操作过程比较复杂，且使用设备仅局限于其所述滚筒搅拌机。因此，需要一种工艺简单，实际可操作性强，能有效增强烧结矿还原性的添加剂及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善烧结矿还原性的添加剂及高还原性烧结矿及其制备方法，以解决现有工艺中操作复杂的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种改善烧结矿还原性的添加剂，按重量百分比计，该添加剂组成成分包括：

0.05％～5％的含硼化合物，0.1％～10％的过氧化氢，0.03％～3％的高锰酸盐，其余为水。

所述含硼化合物为四硼酸钾和四硼酸钠中的一种或两种的混合物。

所述高锰酸盐为高锰酸钾和高锰酸钠中的一种或两种的混合物。

一种制备所述添加剂的方法，包括如下过程：

将含硼化合物、过氧化氢、高锰酸盐和水混合均匀，得到所述添加剂。

一种高还原性烧结矿，由烧结矿和所述添加剂制成。

所述烧结矿与所述添加剂的质量比为1000：(0.5～2.5)。

一种高还原性烧结矿的制备方法，包括如下过程：

将所述添加剂喷洒于400～600℃、破碎后的烧结矿表面，当所述添加剂与破碎后的烧结矿充分反应后，冷却至室温得到所述高还原性烧结矿。

将所述烧结矿破碎后在环冷机中进行冷却，控制环冷机台车中径速度为0.3～0.6m/min；

将环冷机前两段鼓风量提高至原有鼓风量的1.2～1.5倍，使破碎后的烧结矿冷却至400～600℃。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明改善烧结矿还原性的添加剂，按重量百分比计，组成成分包括：0.05％～5％的含硼化合物，0.1％～10％的过氧化氢，0.03％～3％的高锰酸盐，其余为水。其中，过氧化氢在高锰酸盐催化作用下分解释放出氧气，形成氧化性气氛，促使烧结矿表面的Fe₃O₄氧化成Fe₂O₃，亚铁含量降低，有效增强烧结矿的还原性；而高锰酸盐中的阳离子能够在还原过程中会出现迁移并形成相应阳离子元素的铝硅酸盐，其析晶较为困难，会形成超显微的微晶集合体，此种集合体会在还原反应作用下不断晶化。当随着温度的升高时，晶体就越来越强，而烧结矿的整体结构就会疏松，在一定程度上也会使烧结矿还原性得到改善。此外，添加剂能够填堵烧结矿在烧结过程中产生的微裂纹，防止裂纹里面的Fe₃O₄被氧化形成Fe₂O₃而导致烧结矿粉化加重，硼化合物中的硼离子半径小，易于扩散到烧结矿中的硅酸二钙中，进入硅酸二钙晶格后抑制了硅酸二钙由β相转变为γ相，抑制了分子的体积膨胀，在一定程度上提高了烧结矿强度。本发明的添加剂在使用时喷洒至预设温度的烧结矿表面，进行反应即可改善烧结矿还原性，因此能够解决现有工艺中操作复杂的问题。

本发明改善烧结矿还原性的添加剂在制备时将含硼化合物、过氧化氢、高锰酸盐和水混合均匀，即可得到所述添加剂，由此可以看出其制备工艺简单，便捷，无需使用结构复杂的设备。

本发明的高还原性烧结矿，由烧结矿和所述添加剂制成，本发明高还原性烧结矿的还原度为76.78％～95.16％，高于未添加本发明添加剂的烧结矿72.26％，因此本发明高还原性烧结矿还原性较高。

本发明制备所述高还原性烧结矿时，将所述添加剂喷洒于400～600℃、破碎后的烧结矿表面，当所述添加剂与破碎后的烧结矿充分反应后，冷却至室温得到所述高还原性烧结矿，因此本发明工艺简单，可操作性强，解决现有工艺中操作复杂的问题。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明作进一步说明：

本发明高还原性烧结矿的制备包括如下步骤：

1、改善烧结矿还原性的添加剂的制备

将含硼化合物、过氧化氢(H₂O₂)、高锰酸盐和水混合均匀，得到所述添加剂；其中，以质量百分比计，添加剂中含有0.05％～5％的硼化合物，0.1％～10％的过氧化氢(H₂O₂)，0.03％～3％的高锰酸盐，其余为水。含硼化合物为四硼酸钾(K₂B₄O₇·5H₂O)和四硼酸钠(Na₂B₄O₇·10H₂O)中的一种或两种的混合物。高锰酸盐为高锰酸钾(KMnO₄)和高锰酸钠(NaMnO₄)中的一种或两种的混合物。

2、将烧结得到的普通烧结矿(即本发明中所述的烧结矿)破碎，将上述添加剂喷洒于400～600℃的烧结矿表面，当所述添加剂与破碎后的烧结矿充分反应后，冷却至室温得到所述高还原性烧结矿，其中，每吨烧结矿对应喷洒0.5～2.5kg的添加剂。

本发明中，在进行步骤2时，可在环冷机中进行，具体过程如下：

将烧结得到的烧结矿破碎后在环冷机中进行冷却，控制环冷机台车中径速度为0.3～0.6m/min，调整环冷机前两段鼓风量为常规鼓风量(即原有鼓风量)的1.2～1.5倍，当烧结矿表面温度为400～600℃时，在其表面喷洒添加剂，添加剂与破碎后的烧结矿充分反应，随着环冷机的运行，冷却至室温后得到高还原性烧结矿。

其中，调整环冷机前两段鼓风量为常规鼓风量(即原有鼓风量)的1.2～1.5倍，其目的是使烧结得到的普通烧结矿快速冷却至400～600℃；降低台车中径速度目的为：使得所喷洒的添加剂与普通烧结矿有充分反应时间，同时可以保证得到的高还原性烧结矿到达卸料斗前达到降温要求。

以我国某烧结厂烧结矿为实验原料，配入本发明所涉及的添加剂，然后充分混合制粒，再进行烧结实验，将冷却至室温的成品烧结矿(即所述高还原性烧结矿)，采用静态法根据中国国家标准(GB/T13241-91)检测还原度RI，其中：实验原料(即我国某烧结厂烧结矿)的化学成分如表1所示：

表1

成分	TFe	FeO	SiO<sub>2</sub>	CaO	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	MgO	P	S	杂质
										含量/％	52.02	8.88	7.14	12.85	1.48	2.59	0.022	0.12	其余

还原度RI如下式：

式中：m₀—试样的质量，g；

m₁—还原开始前试样的质量，g；

m_t—还原180min后试样的质量，g；

W₁(％)—试验前试样中FeO的含量，％(m/m)；

W₂(％)—试验前试样的全铁含量，％(m/m)。

以下实施例中，在320m²的环冷机中制备本发明高还原性烧结矿，烧结矿采用上述实验原料。

实施例1

本实施例高还原性烧结矿的制备过步骤为：

1)配制添加剂，该添加剂中，以质量百分数计，包含有0.05％四硼酸钾、0.1％过氧化氢，0.03％高锰酸钾，以及其余重量的水，将四硼酸钾、过氧化氢、高锰酸钾和水混合均匀。

2)将烧结得到的所述实验原料破碎后在环冷机中进行冷却，并降低台车中径速度为0.6m/min，调整环冷机前两段鼓风量为常规鼓风量的1.2倍，当烧结矿表面温度达到400℃时，在烧结矿表面喷洒添加剂，每吨烧结矿对应喷洒0.5kg的添加剂，冷却至室温后得到高还原性烧结矿。

实施例2

本实施例高还原性烧结矿的制备过步骤为：：

1)配制添加剂，该添加剂中，以质量百分数计，包含有0.25％四硼酸钾、0.5％过氧化氢，0.15％高锰酸钾，以及其余重量的水，将四硼酸钾、过氧化氢、高锰酸钾和水混合均匀。

2)将烧结得到的所述实验原料破碎后在环冷机中进行冷却，降低台车中径速度为0.5m/min，调整环冷机前两段鼓风量为常规鼓风量的1.25倍，当烧结矿表面温度达到450℃时，在烧结矿表面喷洒添加剂，每吨烧结矿对应喷洒1.0kg的添加剂，冷却至室温得到高还原性烧结矿。

实施例3

本实施例高还原性烧结矿的制备过步骤为：：

1)配制添加剂，该添加剂中，以质量百分数计，包含有1.25％四硼酸钾、2.5％过氧化氢，0.76％高锰酸钾，以及其余重量的水，将四硼酸钾、过氧化氢、高锰酸钾和水混合均匀。

2)将烧结得到的所述实验原料破碎后在环冷机中进行冷却，降低台车中径速度为0.45m/min，调整环冷机前两段鼓风量为常规鼓风量的1.3倍，当烧结矿表面温度达到500℃时，在烧结矿表面喷洒添加，每吨烧结矿对应喷洒1.5kg的添加剂，冷却到室温得到高还原性烧结矿。

3)根据中国国家标准(GB/T13241-91)检测处理后高还原性烧结矿还原度。

实施例4

本实施例高还原性烧结矿的制备过步骤为：：

1)配制添加剂，该添加剂中，以质量百分数计，包含有2.5％四硼酸钾、5％过氧化氢，1.5％高锰酸钾，以及其余重量的水，将四硼酸钾、过氧化氢、高锰酸钾和水混合均匀。

2)将烧结得到的所述实验原料破碎后在环冷机中进行冷却，降低台车中径速度为0.4m/min，调整环冷机前两段鼓风量为常规鼓风量的1.4倍，当烧结矿表面温度达到550℃时，在烧结矿表面喷洒添加剂，每吨烧结矿对应喷洒2.0kg的添加剂，冷却到室温得到高还原性烧结矿。

实施例5

本实施例高还原性烧结矿的制备过步骤为：：

1)配制添加剂，该添加剂中，以质量百分数计，包含有5％四硼酸钾、10％过氧化氢，3％高锰酸钾，以及其余重量的水，将四硼酸钾、过氧化氢、高锰酸钾和水混合均匀。

2)将烧结得到的所述实验原料破碎后在环冷机中进行冷却，降低台车中径速度为0.3m/min，调整环冷机前两段鼓风量为常规鼓风量的1.5倍，当烧结矿表面温度达到600℃时，在烧结矿表面喷洒添加剂，每吨烧结矿对应喷洒2.5kg的添加剂，冷却到室温得到高还原性烧结矿。

对照组

将烧结得到的所述实验原料破碎后在环冷机中冷却至室温，与上述实施例不同是，在冷却过程中，不喷洒本发明的添加剂。

根据中国国家标准(GB/T13241-91)检测上述实施例得到的高还原性烧结矿以及对照组得到的烧结矿的还原度，检测结果如表2所示：

表2

编号	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	对照组
							RI/％	76.78	80.53	84.29	88.95	95.16	72.26

由上表可以看出，与对照组相比，实施例1-5所得高还原性烧结矿的还原性均得到提高，实施例5与对照组比较，还原度提高了19.9％。采用本发明可以即可有效增强烧结矿还原性，有利于高炉冶炼。

综上所述，本发明从烧结矿冷却过程出发，将烧结得到的烧结矿破碎后在环冷机中进行冷却，当温度达到400℃～600℃时，在其表面喷洒添加剂，该添加剂由含硼化合物、过氧化氢及高锰酸盐混合制成。在使用时，喷洒在烧结矿表面的添加剂，一方面，过氧化氢在高锰酸盐催化作用下分解释放出氧气，形成氧化性气氛，促使烧结矿表面的Fe₃O₄氧化成Fe₂O₃，亚铁含量降低，有效增强烧结矿的还原性；而高锰酸盐中的K，Na元素在还原过程中会出现迁移并形成钾铝硅酸盐，其析晶较为困难，会形成超显微的微晶集合体，此种集合体会在还原反应作用下不断晶化。随着温度的升高，晶体就越来越强，而烧结矿的整体结构就会疏松，在一定程度上也会使烧结矿还原性得到改善。另一方面，所喷洒的添加剂可以填堵烧结过程中产生的微裂纹，防止裂纹里面的Fe₃O₄被氧化形成Fe₂O₃而导致烧结矿粉化加重，四硼酸钾中的硼离子半径小，易于扩散到硅酸二钙中，进入硅酸二钙晶格后抑制了硅酸二钙由β相转变为γ相，抑制了分子的体积膨胀，在一定程度上提高了烧结矿强度。本发明工艺简单，可操作性强，且能够在有效提高烧结矿还原性的同时不影响其他性能，为高炉强化冶炼奠定了基础。

Claims (8)

1.一种改善烧结矿还原性的添加剂，其特征在于，按重量百分比计，该添加剂组成成分包括：

0.05％～5％的含硼化合物，0.1％～10％的过氧化氢，0.03％～3％的高锰酸盐，其余为水。

2.根据权利要求1所述的一种改善烧结矿还原性的添加剂，其特征在于，所述含硼化合物为四硼酸钾和四硼酸钠中的一种或两种的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种改善烧结矿还原性的添加剂，其特征在于，所述高锰酸盐为高锰酸钾和高锰酸钠中的一种或两种的混合物。

4.一种制备权利要求1-3任意一项所述的添加剂的方法，其特征在于，包括如下过程：

将含硼化合物、过氧化氢、高锰酸盐和水混合均匀，得到所述添加剂。

5.一种高还原性烧结矿，其特征在于，由烧结矿和权利要求1-3任意一项所述的添加剂制成。

6.根据权利要求5所述的一种高还原性烧结矿，其特征在于，所述烧结矿与所述添加剂的质量比为1000：(0.5～2.5)。

7.一种权利要求5或6所述的高还原性烧结矿的制备方法，其特征在于，包括如下过程：

将所述添加剂喷洒于400～600℃、破碎后的烧结矿表面，当所述添加剂与破碎后的烧结矿充分反应后，冷却至室温得到所述高还原性烧结矿。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，将所述烧结矿破碎后在环冷机中进行冷却，控制环冷机台车中径速度为0.3～0.6m/min；

将环冷机前两段鼓风量提高至原有鼓风量的1.2～1.5倍，使破碎后的烧结矿冷却至400～600℃。