CN111850196A - 一种高炉冶炼用复合含碳块及其生产、使用方法 - Google Patents

一种高炉冶炼用复合含碳块及其生产、使用方法 Download PDF

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李金莲
张辉
车玉满
姜喆
刘炳南
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Abstract

本发明涉及一种高炉冶炼用复合含碳块及其生产、使用方法，该复合含碳块以二次含碳物质和粘结剂为原料，将二次含碳物质研磨，与粘结剂混合，在加热炉中加热，得到高炉冶炼用复合含碳块；二次含碳物质为兰炭、除尘灰、提质煤、秸秆、木屑中的一种或者几种；粘结剂为塑料垃圾、废弃轮胎、焦油的一种或者几种。优点是：通过采用社会上二次含碳资源，利用其廉价易得的优势，制作出高炉冶炼用复合含碳块，入炉后，可以实现替代传统焦炭在高炉内的功能，做到社会二次含碳物质的合理应用的同时，能够大幅度的节约宝贵的焦煤资源，减少焦炭使用量。

Description

一种高炉冶炼用复合含碳块及其生产、使用方法
技术领域
本发明属于炼铁技术领域，特别涉及一种利用廉价含碳资源生产的高炉冶炼用复合含碳块及其生产、使用方法。
背景技术
随着时代的不断进步发展，使得不少技术得到快速提升应用，冶炼行业也不例外，比如对于冶炼工艺来讲，高品质炉料的使用(注：高碱度烧结矿、高品位球团矿、高强度焦炭等)，以及炉体及其附属工艺装备水平的改善，都使得高炉自身冶炼效率较过去有较大幅度提升，能源消耗数量有较大程度下降。但这里也需要指出的是，随着国家对于环保要求的愈发严格，以及受制于自然资源的不可再生的特性，使得作为资源消耗类大户，不少钢铁企业都意识到，相比较过去粗放式的发展，更需要转型去实现绿色制造，也只有做到这些，才能够维持这个行业的长久发展。
而在高炉工艺生产下，不同炉料是在炉体内部混合后，历经诸多复杂的物理和化学反应过程，从而才能够完成到成品铁水的冶炼，而在此过程中，除了需要含铁原料以外，最为重要的就是需要有炉料去提供反应过程所必要的还原剂和热量，使得这个反应过程能够顺利完成。传统冶炼工艺下，炉内热量的提供，除了少部分是来源于外部鼓入的热风，其余大部分则是由于入炉焦炭和喷入煤粉共同作用的结果，在这其中焦炭又占据着较大部分。而焦炭的来源主要是由自然界中资源宝贵的焦煤、瘦煤、肥煤等较为稀少煤种，经多煤种混合配制后，经焦化工艺而获得。但在这里需要说明的是，焦煤等原煤资源，在我国储存量较少，加之我国作为钢铁生产大国，导致对于焦煤等炼焦煤种一直需求量处于高位，这使得作为冶炼还原剂和发热剂的焦炭价格一直处于高位，这也就催生出一个问题，是否能够寻找到替代焦炭的物质，即能实现焦炭在高炉内的功能，比如发热剂、料柱骨架作用，又能实现减少自然界一次能源消耗，且降低炼铁生产成本。而对于当今社会而言，出于加工不同的社会产品需求，使得社会上，不少工艺会产生过及存有过往大量廉价的含碳物质，或者说是可以提供必要热量的资源，如兰炭、提质煤、秸秆、塑料垃圾、废弃轮胎等等。而这些物质本身的处理又有一定的难度，但其作为含碳、热量资源，堆放或者采用其他方式处理，又会污染环境。因此若能够寻找出将其作为一种资源的方法，合理投放入高炉内，就会实现既能够减少这些资源的污染浪费，又可以节省宝贵的煤炭资源，从而可以完美实现国家所提倡的绿色制造。
对于常规高炉冶炼工艺来讲，除了常规的含碳炉料焦炭、煤粉以外，也就是一些含碳球团类的物料(如中国专利“一种经济的制备含碳球团方法、其含碳球团及其冶炼方法”专利公开号：CN108384947A；“用于制备全精矿烧结混合料的含碳团块及混合料制备方法”专利公开号：CN108950191A；“一种高炉用高含碳金属化团块的制备方法”专利公开号：CN108588411A；“一种高炉用含碳球团的制备方法”专利公开号：CN102994740A等)，此类发明创造，通过采用煤粉、含碳除尘灰、以及其它含碳物料与精矿粉等混合，制备含碳类的球团，作为一种新型式的炉料，入炉后能够实现降低焦炭的消耗，且效果也不错，但在这里需要说明的是，此类炉料在高炉冶炼过程中，仅仅是能够起到降低高炉焦炭消耗，改善高炉操作条件的作用，并不能实现取代入炉焦炭的作用。还有就是一些通过用含碳材料制造的粘结剂，用于含碳球团的制造(如中国专利“一种废塑料为碳源的铁基含碳球团及其制备方法”专利公开号：CN104073630A；“一种含碳球团粘结剂及其使用方法”专利公开号：CN102277487A；“一种生产氧化球团和含碳球团的新型复合粘结剂”专利公开号CN108070715A等)，此类发明创造，通过采用含碳类物料，如塑料、沥青等物质，制作出粘结剂，进行球团生产，但在这里也必须要指明的是，这类技术也仅是作为球团粘结剂技术，而非能够造出取代焦炭的物质。再有就是一些焦炭的制作方法(如中国专利“一种低铁品位含碳球团冷固结球团的制备方法”专利公开号：CN108504857A；“赤泥含碳球团的制备方法和制备系统”专利公开号：CN106119533A；“一种高炉用熔剂性复合含碳球团的生产方法”专利申请号：CN104975173A；“煤基直接还原铁含碳球团的制备方法及设备”专利公开号：CN103088212A等)，这些技术措施，主要介绍了通过采用不同的原料混合、焙烧工艺等，制作出含碳球团，但也需要说明的是，此类发明无论是工艺，还是其制作出的产品，也均也不能实现替代入炉焦炭的作用。此外就是一些国内外可查阅到的文献资料(见期刊《钢铁》“高炉使用含碳复合炉料的原理”2015年，50卷，3期，10；《钢铁》“高炉炉料配加热压含碳球团软熔滴落性能的试验研究”2011年，46卷，11期，17；《过程工程学报》“高炉瓦斯灰含碳球团粘结剂研究”2013年，13卷，1期，165等)，这类文献资料有提及到高炉使用含碳复合炉料低温低碳炼铁技术是目前炼铁技术中研究的重点和热点技术之一，且说明含碳复合炉料主要包括冷固结含碳球团、铁焦和热压含碳球团3种，都有论述到这些炉料的制作原理等，为国内高炉使用含碳复合炉料进行低碳高炉炼铁提供新思路和理论指导，但在这里也需要说明的是，此类公开发表论文中，大多对含碳类的物料使用原理等进行了阐述，但对如何结合社会上二次资源，进而加工制作出替代入炉焦炭，并没有具体说明或者论述有限。因此，就现有对社会二次资源，进而制作出可以替代焦炭，进而实现循环经济的方法措施还几乎没有。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高炉冶炼用复合含碳块及其生产、使用方法，通过采用二次含碳资源，利用其廉价易得的优势，制作高炉冶炼用复合含碳块；该复合含碳块入炉后，可以实现替代传统焦炭在高炉内的功能，实现二次含碳物质的合理应用的同时，大幅度节约宝贵的焦煤资源，减少焦炭使用量。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种高炉冶炼用复合含碳块，该复合含碳块以二次含碳物质和粘结剂为原料，将二次含碳物质研磨，与粘结剂混合，在加热炉中加热，得到高炉冶炼用复合含碳块；
所述的二次含碳物质为兰炭、除尘灰、提质煤、秸秆、木屑中的一种或者几种；
所述的粘结剂为塑料垃圾、废弃轮胎、焦油的一种或者几种。
所述的除尘灰为炼焦干法除尘灰、水熄焦粉、高炉重力除尘灰、高炉干法除尘灰、高炉矿焦槽除尘灰中的一种或者几种。
所述的塑料垃圾为废弃的塑料袋、塑料医疗制品、塑料管材、塑料板材中的一种或者几种。
所述的二次含碳物质按重量百分比计配入比例为80％～95％，粒度小于3mm占所有二次含碳物质的重量百分比不低于70％。
二次含碳物质与粘结剂的混合时间为5min～30min；加热炉为焦炉或者干馏炉，焦炉的焙烧温度为1000℃～1200℃，焙烧时间为10h～40h；干馏炉的焙烧温度为800℃～1100℃，焙烧时间为15h～40h。
一种高炉冶炼用复合含碳块的使用方法，将复合含碳块按粒度要求筛分，单独或者与入炉原料一起，分别采用不同的布料方式，由炉顶投放入高炉内，进行炼铁生产。
所述的复合含碳块中粒径为25mm～60mm部分按重量百分比计不低于90％。
所述的入炉原料为烧结矿、球团矿、块矿、焦丁中的一种或者几种。
所述的高炉有效容积为450m3～5800m3，炉顶采用无料钟布料器，炉顶料面形式为平台加漏斗结构。
复合碳块单独投放时，采用的布料方式是将复合碳块布置于炉墙侧，且料层厚度不低于300mm；复合碳块与入炉原料一起投放时，采用的布料方式是将其布置于炉顶料面平台处，且料层厚度不低于350mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过采用社会上二次含碳资源，如兰炭、提质煤、秸秆、塑料垃圾、废弃轮胎等，利用其廉价易得的优势，制作出高炉冶炼用复合含碳块，入炉后，可以实现替代传统焦炭在高炉内的功能，比如发热剂、料柱骨架作用，可以做到社会二次含碳物质的合理应用的同时，能够大幅度的节约宝贵的焦煤资源，减少焦炭使用量，进而实现高炉冶炼的绿色制造。
具体实施方式
下面对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
实施例1(某钢铁厂有效炉容450m3高炉应用为例说明)
1.1高炉冶炼用复合含碳块配比方案及其制作工艺
二次含碳物质配比方案见表1。
表1二次含碳物质配比方案
原料名称 质量配入比例，％
兰炭 20
炼焦干法除尘灰 20
水熄焦粉 20
提质煤 20
秸秆 20
粘结剂配比方案见表2。
表2粘结剂配比方案
原料名称 质量配入比例，％
废弃轮胎 50
焦油 30
塑料医疗制品 20
高炉冶炼用复合含碳块配比方案见表3。
表3高炉冶炼用复合含碳块配比方案
项目 二次含碳物质 粘结剂 总量
质量配入比例，％ 80 20 100
把这些含碳物质按照如上的比例混合，将二次含碳物质研磨成粒度控制水平：小于3mm所占二次含碳物质的质量百分比为70％，与粘结剂二次强力混合5分钟后，投放于焦炉内，焙烧温度控制在1150℃，焙烧15小时后，制得高炉冶炼用复合含碳块。
1.2高炉使用方法
将采用如上方法制得的高炉冶炼用复合碳块，筛分出其中粒径为25mm～60mm部分所占复合碳块质量百分比不低于90％的复合含碳块，通过无料钟布料器，采用单独投放的方式将其加入到高炉内，并将其布置于炉墙侧，料层厚度控制为350mm，从而进而进行炼铁生产。
1.3高炉冶炼用复合含碳块的应用效果
依据本实施例所制造的高炉冶炼用复合含碳块，在某钢铁厂有效炉容450m3高炉应用后的效果见表4。
表4高炉应用效果
项目 吨铁制造成本，元/吨
原采用焦炭 2350
新方法高炉冶炼用复合含碳块 2200
效果 -150
按照此方法进行高炉冶炼用复合含碳块生产和使用，是通过采用社会上二次含碳资源，利用其廉价易得的优势，制作出高炉冶炼用复合含碳块，可以实现替代传统焦炭在高炉内的功能，比如发热剂、料柱骨架作用，可以做到社会二次含碳物质的合理应用。在某钢铁厂有效炉容450m3高炉应用后，吨铁制造成本下降150元/吨，能够大幅度的节约宝贵的焦煤资源，减少焦炭使用量，实现降低炼铁生产成本的效果。
实施例2(某钢铁厂有效炉容1280m3高炉应用为例说明)
2.1高炉冶炼用复合含碳块配比方案及其制作工艺
二次含碳物质配比方案见表5。
表5二次含碳物质配比方案
Figure BDA0002572363090000051
Figure BDA0002572363090000061
粘结剂配比方案见表6。
表6粘结剂配比方案
原料名称 质量配入比例，％
废弃轮胎 30
焦油 20
塑料管材 20
塑料板材 30
高炉冶炼用复合含碳块配比方案见表7。
表7高炉冶炼用复合含碳块配比方案
项目 二次含碳物质 粘结剂 总量
质量配入比例，％ 85 15 100
把这些含碳物质按照如上的比例混合，将二次含碳物质研磨，粒度控制：小于3mm所占二次含碳物质的质量百分比为75％，与粘结剂二次强力混合10分钟后，投放于干馏炉内，焙烧温度控制在850℃，焙烧15小时后，可制得高炉冶炼用复合含碳块。
2.2高炉使用方法
将采用如上方法制得的高炉冶炼用复合碳块，筛分出其中粒径为30mm～60mm部分所占质量比例部分不低于92％的复合含碳块，通过无料钟布料器，采用单独投放的方式将其加入到高炉内，并将其布置于炉墙侧，料层厚度控制为400mm，从而进而进行炼铁生产。
2.3高炉冶炼用复合含碳块的应用效果
依据本发明所制造的高炉冶炼用复合含碳块，在某钢铁厂有效炉容1280m3高炉应用后的效果见表8。
表8高炉应用效果
Figure BDA0002572363090000062
Figure BDA0002572363090000071
按照此方法进行高炉冶炼用复合含碳块生产和使用，是通过采用社会上二次含碳资源，利用其廉价易得的优势，制作出高炉冶炼用复合含碳块，可以实现替代传统焦炭在高炉内的功能，比如发热剂、料柱骨架作用，可以做到社会二次含碳物质的合理应用。在某钢铁厂有效炉容1280m3高炉应用后，吨铁制造成本下降160元/吨，能够大幅度的节约宝贵的焦煤资源，减少焦炭使用量，实现降低炼铁生产成本的效果。
实施例3(某钢铁厂有效炉容2580m3高炉应用为例说明)
3.1高炉冶炼用复合含碳块配比方案及其制作工艺
二次含碳物质配比方案见表9。
表9二次含碳物质配比方案
原料名称 质量配入比例，％
兰炭 13
高炉干法除尘灰 17
高炉矿焦槽除尘灰 35
提质煤 25
秸秆 10
粘结剂配比方案见表10。
表10粘结剂配比方案
原料名称 质量配入比例，％
废弃轮胎 25
焦油 25
塑料医疗制品 30
塑料袋 20
高炉冶炼用复合含碳块配比方案见表11。
表11高炉冶炼用复合含碳块配比方案
项目 二次含碳物质 粘结剂 总量
质量配入比例，％ 88％ 12％ 100％
把这些含碳物质按照如上的比例混合，将其二次含碳物质研磨成粒度控制水平小于3mm所占质量比例部分80％，与粘结剂二次强力混合15分钟后，投放于焦炉内，焙烧温度控制在1200℃，焙烧20小时后，可制得高炉冶炼用复合含碳块。
3.2高炉使用方法
将采用如上方法制得的高炉冶炼用复合碳块，筛分出其中粒径为25mm～60mm部分所占质量比例部分不低于94％的复合含碳块，通过无料钟布料器，采用与烧结矿一起投放的方式将其加入到高炉内，并将其布置于炉顶料面平台处，料层厚度控制为400m，从而进而进行炼铁生产。
3.3高炉冶炼用复合含碳块的应用效果
依据本发明所制造的高炉冶炼用复合含碳块，在某钢铁厂有效炉容2580m3高炉应用后的效果见表12。
表12高炉应用效果
项目 吨铁制造成本，元/吨
原采用焦炭 2300
新方法高炉冶炼用复合含碳块 2120
效果 -180
按照此方法进行高炉冶炼用复合含碳块生产和使用，是通过采用社会上二次含碳资源，利用其廉价易得的优势，制作出高炉冶炼用复合含碳块，可以实现替代传统焦炭在高炉内的功能，比如发热剂、料柱骨架作用，可以做到社会二次含碳物质的合理应用。在某钢铁厂有效炉容2580m3高炉应用后，吨铁制造成本下降180元/吨，能够大幅度的节约宝贵的焦煤资源，减少焦炭使用量，实现降低炼铁生产成本的效果。
实施例4(某钢铁厂有效炉容3200m3高炉应用为例说明)
4.1高炉冶炼用复合含碳块配比方案及其制作工艺
二次含碳物质配比方案见表13。
表13二次含碳物质配比方案
Figure BDA0002572363090000081
Figure BDA0002572363090000091
粘结剂配比方案见表14。
表14粘结剂配比方案
原料名称 质量配入比例，％
废弃轮胎 25
焦油 30
塑料医疗制品 25
塑料管材 20
高炉冶炼用复合含碳块配比方案见表15。
表15高炉冶炼用复合含碳块配比方案
项目 二次含碳物质 粘结剂 总量
质量配入比例，％ 90 10 100
把这些含碳物质按照如上的比例混合，将其二次含碳物质研磨成粒度控制水平小于3mm所占质量比例部分85％，与粘结剂二次强力混合25分钟后，投放于焦炉内，焙烧温度控制在1200℃，焙烧25小时后，可制得高炉冶炼用复合含碳块。
4.2高炉使用方法
将采用如上方法制得的高炉冶炼用复合碳块，筛分出其中粒径为25mm～60mm部分所占质量比例部分不低于90％的复合含碳块，通过无料钟布料器，采用与球团矿一起投放的方式将其加入到高炉内，并将其布置于炉顶料面平台处，料层厚度控制为450m，从而进而进行炼铁生产。
4.3高炉冶炼用复合含碳块的应用效果
依据本发明所制造的高炉冶炼用复合含碳块，在某钢铁厂有效炉容3200m3高炉应用后的效果见表16。
表16高炉应用效果
项目 吨铁制造成本，元/吨
原采用焦炭 2250
新方法高炉冶炼用复合含碳块 2130
效果 -120
按照此方法进行高炉冶炼用复合含碳块生产和使用，是通过采用社会上二次含碳资源，利用其廉价易得的优势，制作出高炉冶炼用复合含碳块，可以实现替代传统焦炭在高炉内的功能，比如发热剂、料柱骨架作用，可以做到社会二次含碳物质的合理应用。在某钢铁厂有效炉容3200m3高炉应用后，吨铁制造成本下降120元/吨，能够大幅度的节约宝贵的焦煤资源，减少焦炭使用量，实现降低炼铁生产成本的效果。
实施例5(某钢铁厂有效炉容4038m3高炉应用为例说明)
5.1高炉冶炼用复合含碳块配比方案及其制作工艺
二次含碳物质配比方案见表17。
表17二次含碳物质配比方案
原料名称 质量配入比例，％
兰炭 15
高炉干法除尘灰 30
水熄焦粉 25
提质煤 25
秸秆 5
粘结剂配比方案见表18。
表18粘结剂配比方案
原料名称 质量配入比例，％
废弃轮胎 20
焦油 35
塑料医疗制品 15
塑料板材 30
高炉冶炼用复合含碳块配比方案见表19。
表19高炉冶炼用复合含碳块配比方案
项目 二次含碳物质 粘结剂 总量
质量配入比例，％ 90 10 100
把这些含碳物质按照如上的比例混合，将其二次含碳物质研磨成粒度控制水平小于3mm所占质量比例部分90％，与粘结剂二次强力混合30分钟后，投放于焦炉内，焙烧温度控制在1200℃，焙烧30小时后，可制得高炉冶炼用复合含碳块。
52高炉使用方法
将采用如上方法制得的高炉冶炼用复合碳块，筛分出其中粒径为25mm～60mm部分所占质量比例部分不低于92％的复合含碳块，通过无料钟布料器，采用与块矿一起投放的方式将其加入到高炉内，并将其布置于炉顶料面平台处，料层厚度控制为450m，从而进而进行炼铁生产。
5.3高炉冶炼用复合含碳块的应用效果
依据本发明所制造的高炉冶炼用复合含碳块，在某钢铁厂有效炉容4038m3高炉应用后的效果见表20。
表20高炉应用效果
项目 吨铁制造成本，元/吨
原采用焦炭 2200
新方法高炉冶炼用复合含碳块 2000
效果 -200
按照此方法进行高炉冶炼用复合含碳块生产和使用，是通过采用社会上二次含碳资源，利用其廉价易得的优势，制作出高炉冶炼用复合含碳块，可以实现替代传统焦炭在高炉内的功能，比如发热剂、料柱骨架作用，可以做到社会二次含碳物质的合理应用。在某钢铁厂有效炉容4038m3高炉应用后，吨铁制造成本下降200元/吨，能够大幅度的节约宝贵的焦煤资源，减少焦炭使用量，实现降低炼铁生产成本的效果。

Claims (10)

1.一种高炉冶炼用复合含碳块，其特征在于，该复合含碳块以二次含碳物质和粘结剂为原料，将二次含碳物质研磨，与粘结剂混合，在加热炉中加热，得到高炉冶炼用复合含碳块；
所述的二次含碳物质为兰炭、除尘灰、提质煤、秸秆、木屑中的一种或者几种；
所述的粘结剂为塑料垃圾、废弃轮胎、焦油的一种或者几种。
2.根据权利要求1所述的一种高炉冶炼用复合含碳块，其特征在于，所述的除尘灰为炼焦干法除尘灰、水熄焦粉、高炉重力除尘灰、高炉干法除尘灰、高炉矿焦槽除尘灰中的一种或者几种。
3.根据权利要求1所述的一种高炉冶炼用复合含碳块，其特征在于，所述的塑料垃圾为废弃的塑料袋、塑料医疗制品、塑料管材、塑料板材中的一种或者几种。
4.根据权利要求1所述的一种高炉冶炼用复合含碳块，其特征在于，所述的二次含碳物质按重量百分比计配入比例为80％～95％，粒度小于3mm占所有二次含碳物质的重量百分比不低于70％。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种高炉冶炼用复合含碳块的生产方法，其特征在于，二次含碳物质与粘结剂的混合时间为5min～30min；加热炉为焦炉或者干馏炉，焦炉的焙烧温度为1000℃～1200℃，焙烧时间为10h～40h；干馏炉的焙烧温度为800℃～1100℃，焙烧时间为15h～40h。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种高炉冶炼用复合含碳块的使用方法，其特征在于，将复合含碳块按粒度要求筛分，单独或者与入炉原料一起，分别采用不同的布料方式，由炉顶投放入高炉内，进行炼铁生产。
7.根据权利要求6所述的一种高炉冶炼用复合含碳块的使用方法，其特征在于，所述的复合含碳块中粒径为25mm～60mm部分按重量百分比计不低于90％。
8.根据权利要求6所述的一种高炉冶炼用复合含碳块的使用方法，其特征在于，所述的入炉原料为烧结矿、球团矿、块矿、焦丁中的一种或者几种。
9.根据权利要求6所述的一种高炉冶炼用复合含碳块的使用方法，其特征在于，所述的高炉有效容积为450m3～5800m3，炉顶采用无料钟布料器，炉顶料面形式为平台加漏斗结构。
10.根据权利要求6所述的一种高炉冶炼用复合含碳块的使用方法，其特征在于，复合碳块单独投放时，采用的布料方式是将复合碳块布置于炉墙侧，且料层厚度不低于300mm；复合碳块与入炉原料一起投放时，采用的布料方式是将其布置于炉顶料面平台处，且料层厚度不低于350mm。
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