CN112126772B - 一种用于3d打印烧结的含铁混合料及其制备方法和用途 - Google Patents

一种用于3d打印烧结的含铁混合料及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于3D打印烧结的含铁混合料及其制备方法和用途。本发明将铁矿烧结技术与3D打印成型技术相结合；通过对含铁混合料配方的优化，提升了3D打印烧结技术的可行性、适用性和推广性；利用3D打印烧结技术的精确性、同步性与统一性，可获取稳定优质的烧结成品矿。本发明提出的制备方法简易方便，利于工程化推广应用。考虑未来冶金领域智能烧结和精准烧结技术的发展，本发明的推广具有良好的经济效益和社会效益。

Description

一种用于3D打印烧结的含铁混合料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及3D打印冶金烧结技术领域，具体涉及一种用于3D打印烧结的含铁混合料及其制备方法和用途。
背景技术
进入21世纪以来，3D打印技术已广泛应用于医疗、建筑和制造等领域，以经过特殊处理的原料作为3D打印机的“油墨”，通过电脑程序的精确控制，打印出不同结构和形状的构筑物。3D打印技术在高温、高压及富粉尘等恶劣环境下的施工生产具有显著的优势。全流程的电脑控制和机械化生产，实现了生产的高效性和精确性，是未来冶金行业批量烧结领域的发展趋势之一。
钢铁作为工业化进程中不可替代的结构性、功能性材料，其消耗量在相当长时间内占据金属总消耗量的95％以上，烧结过程是生产钢铁的前期主要工序之一，我国高炉入炉料以烧结矿为主，大部分烧结厂的规模效应显著，比如2018年宝钢炼铁厂、武钢炼铁厂、沙钢炼铁厂烧结矿年产量分别为1523、1983、2646万吨。现阶段烧结过程主要是将烧结混合料(含铁原料、燃料、熔剂及返矿等)配以适量的水分，经混匀及制粒后铺到烧结机的台车上，烧结料表面点火后，在下部风箱强制抽风作用下，料层内燃料自上而下燃烧并放热，混合料在高温作用下发生一系列物理、化学变化，最终固结成烧结矿。但是，由于烧结矿生产过程中存在布料不均匀、透气性差、粉料多等不足，在后续的烧结生产中容易出现粘结篦条及成品矿强度差等问题，导致生产不顺与产品不合格。而3D打印技术采用精细的电脑控制程序，可实现烧结工序的统一性、精确性；同时3D成型过程的挤压力较大，可进一步提高烧结矿的强度，增加烧结生产的稳定性。因此，有必要开发一种用于3D打印烧结的含铁混合料及其制备方法。
发明内容
本发明要解决的问题是克服现有技术的不足，提供一种用于3D打印烧结的含铁混合料及其制备方法和用途，将3D打印成型技术与铁矿烧结技术相结合，为含铁混合料的成型应用提供新的技术途径，同时含铁混合料的高细度、高弹性、高活性，以及优良的吸水保水性可满足3D打印成型技术的原料要求，并保证打印出的烧结混合料具有优异的强度和热稳定性。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案具体如下：
根据本发明的第一种实施方案，提供一种用于3D打印烧结的含铁混合料：该含铁混合料包含以下组分：铁矿石、熔剂、固体燃料、返矿、二氧化钛、五氧化二钒、三氧化钨、纤维和水。
作为优选，该含铁混合料中各组分的含量为：
铁矿石：60-130重量份，优选为70-120重量份，更优选为80-110重量份。
熔剂：0.5-18重量份，优选为1-15重量份，更优选为2-12重量份。
固体燃料：0.5-15重量份，优选为1-13重量份，更优选为1.5-11重量份。
返矿：0.8-30重量份，优选为1-25重量份，更优选为1.5-20重量份。
二氧化钛：0.01-3重量份，优选为0.03-2重量份，更优选为0.05-1.5重量份。
五氧化二钒：0.01-4重量份，优选为0.03-3重量份，更优选为0.05-2重量份。
三氧化钨：0.01-3重量份，优选为0.03-2.5重量份，更优选为0.05-2重量份。
纤维：0.01-3重量份，优选为0.03-2重量份，更优选为0.05-1.5重量份。
水：1-25重量份，优选为2-20重量份，更优选为3-15重量份。
作为优选，所述铁矿石选自赤铁矿、磁铁矿、镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿中的一种或多种。优选为赤铁矿和/或磁铁矿；其粒径为0.07-10mm，优选为0.1-8mm。
所述熔剂为生石灰、石灰石、白云石、蛇纹石中的一种或多种。优选为生石灰和/或石灰石。
作为优选，熔剂的粒径为0.05-0.3mm，优选为0.05-0.1mm。所述固体燃料为木炭、焦炭、煤球以及生物质颗粒燃料中的一种或多种，优先为焦炭；其粒径为0.1-1mm，优选为0.2-0.5mm。
作为优选，所述二氧化钛为纳米级二氧化钛。
作为优选，二氧化钛的粒径小于500nm，优选为小于400nm，更优选为小于300nm。
作为优选，所述五氧化二钒为微米级五氧化二钒。
作为优选，五氧化二钒的粒径小于80μm，优选为小于60μm，更优选为小于40μm。
作为优选，所述三氧化钨为微米级三氧化钨。
作为优选，三氧化钨的粒径小于90μm，优选小于70μm，更优选小于50μm。
作为优选，所述纤维为聚氨酯纤维，优选聚氨酯纤维为聚醚型和/或聚酯型弹性纤维。所述聚乙烯纤维优选为高弹模聚乙烯纤维。
作为优选，所述聚乙烯纤维的长度为0.1-100mm，优选为0.5-80mm，更优选为1-50mm。
作为优选，所述聚乙烯纤维的弹性模量为50-200N/tex，优选为80-1800N/tex，更优选为100-150N/tex。
作为优选，所述聚氨酯纤维的弹性伸长为400-700％，优选为450-650％，更优选为500-600％。
作为优选，所述聚氨酯纤维的弹性回复率为≥90％，优选为≥95％，更优选为≥98％。
作为优选，所述聚氨酯纤维的断裂强度为1-30cN/dtex，优选为3-25cN/dtex，更优选为5-20cN/dtex。
作为优选，所述铁矿石的含水率小于10％，优选为小于8％，更优选为小于6％。
根据本发明的第二种实施方案，一种用于3D打印烧结的含铁混合料的制备方法或制备第一种实施方案所述含铁混合料的方法，该方法包括以下步骤：
(1)按重量比例，将铁矿石、熔剂、固体燃料、返矿、二氧化钛、五氧化二钒、三氧化钨混合，进行第一次搅拌，获得预混合料。
(2)将水加入到步骤(1)中的预混合料中，进行第二次搅拌；搅拌过程中加入纤维，获得用于3D打印烧结的含铁混合料。
作为优选，步骤(1)中还加入水，优选为淀粉水溶液。步骤(1)中加入水的重量为含铁混合料中加入水总重量的8-80％，优选为10-60％，更优选为12-40％。剩余的水在步骤(2)中加入。
作为优选，步骤(2)中纤维的加入为分批次加入，具体为：加入第一批次纤维，搅拌。加入第二次纤维，搅拌；……加入第n次纤维，搅拌。
作为优选，n为2-30，优选为3-20，更优选为4-10。
根据本发明的第三种实施方案，提供第一种实施方案所述含铁混合料或根据第二种实施方案所述方法制备的含铁混合料，将所述含铁混合料用于铁矿的3D打印烧结。
根据本发明的第四种实施方案，提供一种铁矿烧结混合料的制备方法，将第一种实施方案中所述含铁混合料或第二种实施方案所述方法制备的含铁混合料通过3D打印机打印成型后，获得铁矿烧结混合料。
在本发明中，控制铁矿粉的含水量(所述铁矿粉含水量≤10％，优选为铁矿粉含水量≤8％，更优选为铁矿粉含水量≤6％)。同时控制所述熔剂、固体燃料、返矿、二氧化钛、五氧化二钒、三氧化钨和聚氨酯弹性纤维等为完全干燥状态，由于烧结第一个混合机的主要功能是混合，为了满足3D打印的要求，添加物较多，其对混合工序的要求更高，物料在低水分状态下经混合机不停转动，混合效果更佳。
在本发明中，所述返矿指的是粒径为0-15mm(优选为0.3-12mm，更优选为0.5-10mm)的不合格烧结矿。返矿是经过高温烧结后返回的不合格烧结矿，其作用是可作为烧结液相形成的先导，促进烧结成品矿的产生，同时降低烧结工序的温度。
在本发明中，采用纳米级二氧化钛是由于二氧化钛具表面超亲水性，粘附力强，可增加烧结混合料的整体粘合力，提高物料的拉伸强度，降低断裂伸长率，使烧结混合料更好地成为优异性能的3D打印原料。
在本发明中，采用微米级五氧化二钒是由于五氧化二钒可与烧结混合料中的熔剂(生石灰、石灰石、白云石、蛇纹石等)及水发生反应，形成稳定的胶体溶液，增加烧结混合料的整体粘合力，使其更符合3D打印原料的要求。
在本发明中，采用微米级三氧化钨是由于三氧化钨可与烧结混合料中的熔剂(生石灰、石灰石、白云石、蛇纹石)及水发生反应，可提高烧结混合料的表面活化能，增加烧结混合料的润湿性，提高物料毛细水含量，增加烧结混合料的整体粘合力，使其更符合3D打印原料的要求。
在本发明中，纤维可以是聚氨酯纤维或聚乙烯纤维，其中聚氨酯弹性纤维优选为聚醚型和/或聚酯型弹性纤维。所述聚乙烯纤维优选为高弹模聚乙烯纤维。作为优选，当所述纤维为聚乙烯纤维时，其长度为0.1-100mm，优选为0.5-80mm，更优选为1-50mm。所述聚乙烯纤维的弹性模量为50-200N/tex，优选为80-1800N/tex，更优选为100-150N/tex。当所述纤维是聚氨酯纤维时，所述聚氨酯纤维的弹性伸长为400-700％，优选为450-650％，更优选为500-600％。所述聚氨酯纤维的弹性回复率为≥90％，优选为≥95％，更优选为≥98％。所述聚氨酯纤维的断裂强度为1-30cN/dtex，优选为3-25cN/dtex，更优选为5-20cN/dtex。
进一步地，所述纤维是由连续或不连续的细丝组成的物质，在维系与粘结物料方面起重要作用，纤维的加入能有效地提高烧结混合料的强度、刚度和弹性。同时，纤维可与熔剂作用，在烧结混合料中形成一个良好黏合界面，从而提高烧结混合料的黏结强度，使其更符合3D打印原料的要求。
在本发明中，纤维需要分批次进行添加，分批次添加的目的主要有两个：一是与烧结工序配套，烧结工艺的混合工序属多段混合，分批添加与混合次数配套。二是3D打印烧结添加物较多，混合难度大，分批次添加可增强混合效果，提高烧结混合料均匀度。分批次添加时，投入时机的选择有两个要求：一是少量多次，分批加入。二是在混合工序的不同阶段(一般是混合机的前端、中端和末端)均量加入。混合工序流程长，不同混合工序功能不同，投入时机的把控对烧结混合料尤其是助力3D打印原料制备的几种添加剂的充分混匀影响较大。
在本发明中，淀粉水溶液的作用是淀粉水溶液粘性好，易形成胶体溶液，可增加烧结混合料的整体粘性，使其更符合3D打印原料的要求。
在本发明中，水分为两次进行添加，第一次加入的目的是混合。第二次加入的目的是制粒。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益技术效果：
1：本发明结合了铁矿烧结技术与3D打印成型技术，通过优化烧结用含铁混合料的配方，提高混合料的细度、弹性、活性与吸水保水性，使其满足3D打印烧结的原料要求。采用精细的3D打印电脑程序控制技术，可实现烧结工序的统一性、精确性，本发明提供了含铁混合料成型应用的新技术途径。
2：在3D成型过程的挤压力较大，可有效提高烧结混合料的强度与粒度分布，增强物料的热稳定性，解决后续烧结过程中的篦条粘结及成品烧结矿强度差等问题，缓解生产不顺与产品不合格的难题。本发明提出的制备方法简易方便，工程化推广应用前景良好。考虑未来冶金领域智能烧结和精准烧结技术的发展，本发明的推广具有良好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行举例说明，本发明请求保护的范围包括但不限于以下实施例。
一种用于3D打印烧结的含铁混合料：该含铁混合料包含以下组分：铁矿石、熔剂、固体燃料、返矿、二氧化钛、五氧化二钒、三氧化钨、纤维和水。
作为优选，该含铁混合料中各组分的含量为：
铁矿石：60-130重量份，优选为70-120重量份，更优选为80-110重量份。
熔剂：0.5-18重量份，优选为1-15重量份，更优选为2-12重量份。
固体燃料：0.5-15重量份，优选为1-13重量份，更优选为1.5-11重量份。
返矿：0.8-30重量份，优选为1-25重量份，更优选为1.5-20重量份。
二氧化钛：0.01-3重量份，优选为0.03-2重量份，更优选为0.05-1.5重量份。
五氧化二钒：0.01-4重量份，优选为0.03-3重量份，更优选为0.05-2重量份。
三氧化钨：0.01-3重量份，优选为0.03-2.5重量份，更优选为0.05-2重量份。
纤维：0.01-3重量份，优选为0.03-2重量份，更优选为0.05-1.5重量份。
水：1-25重量份，优选为2-20重量份，更优选为3-15重量份。
作为优选，所述铁矿石选自赤铁矿、磁铁矿、镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿中的一种或多种。优选为赤铁矿和/或磁铁矿；其粒径为0.07-10mm，优选为0.1-8mm。
所述熔剂为生石灰、石灰石、白云石、蛇纹石中的一种或多种。优选为生石灰和/或石灰石。作为优选，熔剂的粒径为0.05-0.3mm，优选为0.05-0.1mm。所述固体燃料为木炭、焦炭、煤球以及生物质颗粒燃料中的一种或多种，优先为焦炭；其粒径为0.1-1mm，优选为0.2-0.5mm。
作为优选，所述二氧化钛为纳米级二氧化钛。
作为优选，二氧化钛的粒径小于500nm，优选为小于400nm，更优选为小于300nm。
作为优选，所述五氧化二钒为微米级五氧化二钒。
作为优选，五氧化二钒的粒径小于80μm，优选为小于60μm，更优选为小于40μm。
作为优选，所述三氧化钨为微米级三氧化钨。
作为优选，三氧化钨的粒径小于90μm，优选小于70μm，更优选小于50μm。
作为优选，所述纤维为聚氨酯纤维和/或聚乙烯纤维，所述聚氨酯纤维优选为聚醚型和/或聚酯型弹性纤维。
作为优选，所述聚乙烯纤维优选为高弹模聚乙烯纤维。
作为优选，所述聚乙烯纤维的长度为0.1-100mm，优选为0.5-80mm，更优选为1-50mm。
作为优选，所述聚乙烯纤维的弹性模量为50-200N/tex，优选为80-1800N/tex，更优选为100-150N/tex。
作为优选，所述聚氨酯纤维的弹性伸长为400-700％，优选为450-650％，更优选为500-600％。
作为优选，所述聚氨酯纤维的弹性回复率为≥90％，优选为≥95％，更优选为≥98％。
作为优选，所述聚氨酯纤维的断裂强度为1-30cN/dtex，优选为3-25cN/dtex，更优选为5-20cN/dtex。
作为优选，所述铁矿石的含水率小于10％，优选为小于8％，更优选为小于6％。
实施例1
按比例计量取澳大利亚赤铁矿粉100份(含水量为4.3％)、生石灰3.0份、石灰石5.0份、焦炭4.0份、返矿5.0份、纳米级二氧化钛0.07份、微米级五氧化二钒0.12份、微米级三氧化钨0.2份、自来水6.0份，进行第一次混匀，混匀时间4min，获得预混合料。然后计量取自来水4.0份加入预混合料进行第二次混匀，混匀时间4min，在此次混匀过程中分3次加入聚氨酯弹性纤维共计0.2份，获得最终混合料。其中纳米级二氧化钛的粒径范围为≤100nm，微米级五氧化二钒的粒径范围为≤15μm，微米级三氧化钨的粒径范围为≤15μm，聚氨酯弹性纤维为聚醚型，弹性伸长为500％，弹性回复率≥96％，断裂强度15cN/dtex。
将最终混合料采用3D打印机按照预先设定的编程程序批量打印，获得的烧结混合料透气性指数为0.18，-0.5mm物料比例为2.4％，符合烧结用混合料性能要求。
同时，开展了未采用3D打印技术与采用3D打印技术的烧结混合料的烧结对比试验。在点火温度1150℃、点火时间1.5min的条件下，经过30min高温烧结后，未采用3D打印技术获得的烧结矿成品率71.92％，利用系数1.08t/(m2·h)，固体燃耗68.14kg/t，转鼓强度61.86％；而采用3D打印技术获得的烧结矿成品率73.21％，利用系数1.24t/(m2·h)，固体燃耗62.41kg/t，转鼓强度65.16％。产品的品质获得提升，同时固体燃耗有所下降，说明3D打印技术在烧结技术领域具有可行性及一定的优势。
实施例2
按比例计量取巴西镜铁矿粉100份(含水量为2.2％)、生石灰4.0份、白云石5.0份、焦炭4.5份、返矿8.0份、纳米级二氧化钛0.1份、微米级五氧化二钒0.18份、微米级三氧化钨0.3份、自来水8.0份，进行第一次混匀，混匀时间3min，获得预混合料。然后计量取自来水5.0份加入预混合料进行第二次混匀，混匀时间5min，在此次混匀过程中分3次加入聚氨酯弹性纤维共计0.4份，获得最终混合料。其中纳米级二氧化钛的粒径范围为≤70nm，微米级五氧化二钒的粒径范围为≤10μm，微米级三氧化钨的粒径范围为≤10μm，聚氨酯弹性纤维为聚酯型，弹性伸长为600％，弹性回复率≥98％，断裂强度18cN/dtex。
将最终混合料采用3D打印机按照预先设定的编程程序批量打印，获得的烧结混合料透气性指数为0.16，-0.5mm物料比例为1.9％，符合烧结用混合料性能要求。
同时，开展了未采用3D打印技术与采用3D打印技术的烧结混合料的烧结对比试验。在点火温度1100℃、点火时间1min的条件下，经过35min高温烧结后，未采用3D打印技术获得的烧结矿成品率68.78％，利用系数1.15t/(m2·h)，固体燃耗66.36kg/t，转鼓强度62.14％；而采用3D打印技术获得的烧结矿成品率74.54％，利用系数1.38t/(m2·h)，固体燃耗59.09kg/t，转鼓强度66.88％。产品的品质获得提升，同时固体燃耗有所下降，说明3D打印技术在烧结技术领域具有可行性及一定的优势。
实施例3
按比例计量取澳大利亚赤铁矿粉50份(含水量为4.3％)、巴西镜铁矿粉50份(含水量为2.2％)、生石灰4.5份、白云石5.5份、焦炭5.0份、返矿10.0份、纳米级二氧化钛0.2份、微米级五氧化二钒0.3份、微米级三氧化钨0.5份、自来水8.0份，进行第一次混匀，混匀时间3min，获得预混合料。然后计量取自来水6.0份加入预混合料进行第二次混匀，混匀时间5min，在此次混匀过程中分3次加入聚氨酯弹性纤维共计0.5份，获得最终混合料。其中纳米级二氧化钛的粒径范围为≤70nm，微米级五氧化二钒的粒径范围为≤10μm，微米级三氧化钨的粒径范围为≤10μm，聚氨酯弹性纤维为聚酯型，弹性伸长为600％，弹性回复率≥98％，断裂强度18cN/dtex。
将最终混合料采用3D打印机按照预先设定的编程程序批量打印，获得的烧结混合料透气性指数为0.19，-0.5mm物料比例为2.0％，符合烧结用混合料性能要求。
同时，开展了未采用3D打印技术与采用3D打印技术的烧结混合料的烧结对比试验。在点火温度1100℃、点火时间1.5min的条件下，经过30min高温烧结后，未采用3D打印技术获得的烧结矿成品率70.61％，利用系数1.09t/(m2·h)，固体燃耗69.72kg/t，转鼓强度60.29％；而采用3D打印技术获得的烧结矿成品率76.87％，利用系数1.27t/(m2·h)，固体燃耗63.66kg/t，转鼓强度65.24％。产品的品质获得提升，同时固体燃耗有所下降，说明3D打印技术在烧结技术领域具有可行性及一定的优势。
实施例4
按比例计量取澳大利亚赤铁矿粉100份(含水量为4.3％)、生石灰3.5份、石灰石4.5份、焦炭4.0份、返矿5.0份、纳米级二氧化钛0.07份、微米级五氧化二钒0.12份、微米级三氧化钨0.2份、自来水6.0份，进行第一次混匀，混匀时间4min，获得预混合料。然后计量取自来水4.0份加入预混合料进行第二次混匀，混匀时间4min，在此次混匀过程中分3次加入高弹模聚乙烯纤维共计0.3份，获得最终混合料。其中纳米级二氧化钛的粒径范围为≤100nm，微米级五氧化二钒的粒径范围为≤15μm，微米级三氧化钨的粒径范围为≤15μm，高弹模聚乙烯纤维平均长度为80mm，平均弹性模量为80N/tex。
将最终混合料采用3D打印机按照预先设定的编程程序批量打印，获得的烧结混合料透气性指数为0.18，-0.5mm物料比例为2.1％，符合烧结用混合料性能要求。
同时，开展了未采用3D打印技术与采用3D打印技术的烧结混合料的烧结对比试验。在点火温度1150℃、点火时间1.5min的条件下，经过30min高温烧结后，未采用3D打印技术获得的烧结矿成品率70.11％，利用系数1.03t/(m2·h)，固体燃耗62.33kg/t，转鼓强度63.40％；而采用3D打印技术获得的烧结矿成品率72.01％，利用系数1.22t/(m2·h)，固体燃耗60.12kg/t，转鼓强度66.52％。产品的品质获得提升，同时固体燃耗有所下降，说明3D打印技术在烧结技术领域具有可行性及一定的优势。
实施例5
按比例计量取巴西镜铁矿粉100份(含水量为2.2％)、生石灰4.0份、白云石5.0份、焦炭4.5份、返矿8.0份、纳米级二氧化钛0.1份、微米级五氧化二钒0.18份、微米级三氧化钨0.3份、自来水8.0份，进行第一次混匀，混匀时间3min，获得预混合料。然后计量取自来水5.0份加入预混合料进行第二次混匀，混匀时间5min，在此次混匀过程中分3次加入高弹模聚乙烯纤维共计0.5份，获得最终混合料。其中纳米级二氧化钛的粒径范围为≤70nm，微米级五氧化二钒的粒径范围为≤10μm，微米级三氧化钨的粒径范围为≤10μm，高弹模聚乙烯纤维平均长度为60mm。平均弹性模量为110N/tex。
将最终混合料采用3D打印机按照预先设定的编程程序批量打印，获得的烧结混合料透气性指数为0.19，-0.5mm物料比例为2.3％，符合烧结用混合料性能要求。
同时，开展了未采用3D打印技术与采用3D打印技术的烧结混合料的烧结对比试验。在点火温度1100℃、点火时间1min的条件下，经过35min高温烧结后，未采用3D打印技术获得的烧结矿成品率72.58％，利用系数1.05t/(m2·h)，固体燃耗60.46kg/t，转鼓强度61.35％；而采用3D打印技术获得的烧结矿成品率75.50％，利用系数1.30t/(m2·h)，固体燃耗58.11g/t，转鼓强度65.74％。产品的品质获得提升，同时固体燃耗有所下降，说明3D打印技术在烧结技术领域具有可行性及一定的优势。
实施例6
按比例计量取澳大利亚赤铁矿粉50份(含水量为4.3％)、巴西镜铁矿粉50份(含水量为2.2％)、生石灰4.5份、白云石5.5份、焦炭5.0份、返矿10.0份、纳米级二氧化钛0.2份、微米级五氧化二钒0.3份、微米级三氧化钨0.5份、自来水8.0份，进行第一次混匀，混匀时间3min，获得预混合料。然后计量取自来水6.0份加入预混合料进行第二次混匀，混匀时间5min，在此次混匀过程中分3次加入高弹模聚乙烯纤维共计0.8份，获得最终混合料。其中纳米级二氧化钛的粒径范围为≤70nm，微米级五氧化二钒的粒径范围为≤10μm，微米级三氧化钨的粒径范围为≤10μm，高弹模聚乙烯纤维平均长度为40mm，平均弹性模量为135N/tex。
将最终混合料采用3D打印机按照预先设定的编程程序批量打印，获得的烧结混合料透气性指数为0.21，-0.5mm物料比例为1.9％，符合烧结用混合料性能要求。
同时，开展了未采用3D打印技术与采用3D打印技术的烧结混合料的烧结对比试验。在点火温度1100℃、点火时间1.5min的条件下，经过30min高温烧结后，未采用3D打印技术获得的烧结矿成品率69.21％，利用系数1.07t/(m2·h)，固体燃耗70.82kg/t，转鼓强度60.88％；而采用3D打印技术获得的烧结矿成品率75.27％，利用系数1.33t/(m2·h)，固体燃耗64.29kg/t，转鼓强度65.99％。产品的品质获得提升，同时固体燃耗有所下降，说明3D打印技术在烧结技术领域具有可行性及一定的优势。
上述实施例仅说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何掌握该技术的专业人士均可在不违背本发明的主旨及范畴内，对上述实施例进行修饰或调整。由此，举凡所属技术领域中具有普遍知识在未脱离本发明所涵盖的技术思想下完成的一切调整或改变，仍应由本发明的权利要求所包含。

Claims (26)

1.一种用于3D打印烧结的含铁混合料，其特征在于：该含铁混合料包含以下组分：铁矿石、熔剂、固体燃料、返矿、二氧化钛、五氧化二钒、三氧化钨、纤维和水；
其中：铁矿石的粒径为0.07-10mm：铁矿石的含水率小于10%；熔剂的粒径为0.05-0.3mm；固体燃料的粒径为0.1-1mm；返矿的粒径为0-15mm；二氧化钛为纳米级二氧化钛；五氧化二钒为微米级五氧化二钒；所述三氧化钨为微米级三氧化钨；所述纤维为聚氨酯纤维和/或聚乙烯纤维。
2.根据权利要求1所述的含铁混合料，其特征在于：该含铁混合料中各组分的含量为：铁矿石：60-130重量份；熔剂：0.5-18重量份；固体燃料：0.5-15重量份；返矿：0.8-30重量份；二氧化钛：0.01-3重量份；五氧化二钒：0.01-4重量份；三氧化钨：0.01-3重量份；纤维：0.01-3重量份；水：1-25重量份。
3.根据权利要求1所述的含铁混合料，其特征在于：该含铁混合料中各组分的含量为：铁矿石：70-120重量份；熔剂：1-15重量份；固体燃料：1-13重量份；返矿：1-25重量份；二氧化钛：0.03-2重量份；五氧化二钒：为0.03-3重量份；三氧化钨：0.03-2.5重量份；纤维：0.03-2重量份；水：2-20重量份。
4.根据权利要求1所述的含铁混合料，其特征在于：该含铁混合料中各组分的含量为：铁矿石：80-110重量份；熔剂：2-12重量份；固体燃料：1.5-11重量份；返矿：1.5-20重量份；二氧化钛：0.05-1.5重量份；五氧化二钒：0.05-2重量份；三氧化钨：0.05-2重量份；纤维：0.05-1.5重量份；水：3-15重量份。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的含铁混合料，其特征在于：所述铁矿石选自赤铁矿、磁铁矿、镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿中的一种或多种；
所述熔剂为生石灰、石灰石、白云石、蛇纹石中的一种或多种；
所述固体燃料为木炭、焦炭、煤球以及生物质颗粒燃料中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的含铁混合料，其特征在于：所述铁矿石为赤铁矿和/或磁铁矿；所述熔剂为生石灰和/或石灰石；所述固体燃料为焦炭。
7.根据权利要求5所述的含铁混合料，其特征在于：所述铁矿石的粒径为0.1-8mm；所述熔剂的粒径为0.05-0.1mm；所述固体燃料的粒径为0.2-0.5mm；返矿的粒径为0.3-12mm。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的含铁混合料，其特征在于：二氧化钛的粒径小于500nm；和/或
五氧化二钒的粒径小于80μm三氧化钨的粒径小于90μm。
9.根据权利要求8所述的含铁混合料，其特征在于：二氧化钛的粒径小于400nm；和/或
五氧化二钒的粒径小于60μm；三氧化钨的粒径小于70μm。
10.根据权利要求8所述的含铁混合料，其特征在于：二氧化钛的粒径小于300nm；和/或
五氧化二钒的粒径小于40μm；三氧化钨的粒径小于50μm。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的含铁混合料，其特征在于：所述聚氨酯纤维为聚醚型和/或聚酯型弹性纤维；所述聚乙烯纤维为高弹模聚乙烯纤维。
12.根据权利要求11所述的含铁混合料，其特征在于：聚氨酯纤维的弹性伸长为400-700%；聚氨酯纤维的弹性回复率为≥90%；聚氨酯纤维的断裂强度为1-30cN/dtex；和/或
所述聚乙烯纤维的长度为0.1-100mm；聚乙烯纤维的弹性模量为50-200N/tex；和/或
所述铁矿石的含水率小于8%。
13.根据权利要求11所述的含铁混合料，其特征在于：聚氨酯纤维的弹性伸长为450-650%；聚氨酯纤维的弹性回复率为≥95%；聚氨酯纤维的断裂强度为3-25 cN/dtex；和/或
所述聚乙烯纤维的长度为0.5-80mm；聚乙烯纤维的弹性模量为80-1800N/tex；和/或
所述铁矿石的含水率小于6%。
14.根据权利要求11所述的含铁混合料，其特征在于：聚氨酯纤维的弹性伸长为500-600%；聚氨酯纤维的弹性回复率为≥98%；聚氨酯纤维的断裂强度为5-20 cN/dtex；和/或
所述聚乙烯纤维的长度为1-50mm；聚乙烯纤维的弹性模量为100-150N/tex。
15.一种用于制备权利要求1-14中任一项所述含铁混合料的方法，该方法包括以下步骤：
（1）按重量比例，将铁矿石、熔剂、固体燃料、返矿、二氧化钛、五氧化二钒、三氧化钨混合，进行第一次搅拌，获得预混合料；
（2）将水加入到步骤（1）中的预混合料中，进行第二次搅拌；搅拌过程中加入纤维，获得用于3D打印烧结的含铁混合料。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：步骤（1）中还加入水。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：步骤（1）中还加入淀粉水溶液。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：步骤（1）中加入水的重量为含铁混合料中加入水总重量的8-80%；剩余的水在步骤（2）中加入。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：步骤（1）中加入水的重量为含铁混合料中加入水总重量的10-60%；剩余的水在步骤（2）中加入。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：步骤（1）中加入水的重量为含铁混合料中加入水总重量的12-40%；剩余的水在步骤（2）中加入。
21.根据权利要求15-20中任一项所述的方法，其特征在于：步骤（2）中纤维的加入为分批次加入，具体为：加入第一批次纤维，搅拌；加入第二次纤维，搅拌；……加入第n次纤维，搅拌。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于：n为2-30。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于：n为3-20。
24.根据权利要求21所述的方法，其特征在于：n为4-10。
25.根据权利要求1-14中任一项所述含铁混合料或根据权利要求15-24中任一项方法制备的含铁混合料，其特征在于：将所述含铁混合料用于铁矿的3D打印烧结。
26.一种铁矿烧结混合料的制备方法，其特征在于：将权利要求1-14中任一项所述含铁混合料或权利要求15-24中任一项方法制备的含铁混合料通过3D打印机打印成型后，获得烧结混合料。
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