CN112980479A - 一种以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法，步骤包括：以质量百分比计，按5％～15％的钢渣、5％～15％的铁矿粉、10％～25％的瘦煤、50％～65％的1/3焦煤及5％～15％的无烟煤配备原料，再加入原料总质量0.5％～2％的粘结剂和6％～10％的水；将上述物料混合后进行闷料处理，然后冷压成型制得冷压块；将所述冷压块干燥后置于外热式炭化炉内炭化；炭化完成后的冷压块装入密闭容器中冷却至室温制得铁焦。本发明提供的一种以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法，原料来源广泛，工艺流程简单、生产能耗低且制得的铁焦反应性高。

Description

一种以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及一种以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法。
背景技术
铁焦是将催化剂添加到炼焦煤中炼制的具有高反应性的炼铁原料。碱土金属、过渡元素金属均可作为催化剂加入煤中，进而提高反应性。铁焦的特点是起始反应温度低、反应速率快、提高还原铁矿石还原驱动力。铁焦可以让碳的气化反应在较低温度下提前进行，进而降低热储备区的温度水平，改善高炉内铁矿石还原反应效率，提高煤气利用率。
目前，关于铁焦的制备的方法有很多种，如专利CN108219807A中所述，用生物质铁焦的制备方法，将空气干燥的生物质装入炭化炉内，在350～800℃条件下无氧碳化20min～60min，脱除其大部分挥发分，冷却后得到生物质焦；分别将磨细的煤粉、生物质焦、含铁物料混合，其中按质量百分比生物质焦5％～20％，煤粉80％～95％，另加生物质焦和煤粉总质量5％～10％的含铁物料；将混合料送进捣固机内进行捣固，捣固至堆密度为1.05～1.20t/m3；将捣固后的煤饼送入焦炉碳化室内进行焦化，当煤饼中心温度加热到900～1100℃后保持4～6个小时；当焦饼保温后出焦，采用湿法熄焦，得到CRI为30％～50％，CSR为30％～50％的高炉用生物质铁焦。
专利CN101910364中所述，将含有铁氧化物的物质和含碳物质混合并进行成型，然后使所述成型物的表面温度在550～600℃的温度范围内，以不大于20℃/min的升温速度进行来制备铁焦。
专利CN102827624所述，其原料以赤泥10％～40％、煤粉60％～90％的比例混合，在300～800g/cm2的压力下采用对辊压球机冷压成型，得到强度不低于20N/球的铁焦，然后采用混装方式将及散装物料装于焦炉中，在保护气氛下加热至焦饼中心温度达到900～1050℃，并保温1～2小时，最终得到铁焦。
如CN103468287所述，将粒径小于74μm的钢渣作为催化剂与煤样分别烘干后均匀混合形成混料，占混料质量的9～11％的水放入炼焦反应罐中并捣固密封得到煤饼，钢渣占混料质量的0～15％，混料放入炼焦反应罐中的堆积密度为950～1150kg/m3，将炼焦炉升温至800℃时将炼焦的反应罐快速置入炉膛中心，炉温升至1000～1050℃后恒温6～8h，取出反应罐，冷却即得铁焦。
如CN108085035A所述，一种采用热压的铁焦生产工艺，将铁矿石和煤炭均粉碎至粒度小于0.5mm的粉末，然后将粉碎得到的铁矿粉与煤粉充分混匀后形成混匀料；将混匀料加热，加热后的温度为300～600℃，加热后的混匀料经过热压机热压成为压块料，压块料的粒度大小为15～75mm；压块料由装料装置装入炭化竖炉中的外热式炭化室中，压块料在炭化室中向下运行，经过炭化室的预热段和炭化段后得到铁焦，预热的温度为400～800℃，炭化的温度为800～1300℃，预热和炭化的时间共为5～30h；铁焦冷却至50～150℃，通过排料装置排出炉外。
但这些方法主要存在以下问题：(1)单纯采用含铁物质或钢渣来制备铁焦，没有用钢渣和含铁物质制备铁焦，达不到较高反应性的焦炭。(2)有些方法配加了将近一半或者更多的焦煤，节焦效果有限，同时限制了无焦煤地区的推广使用。(3)有些方法采用热压的方法，操作困难，并且消耗了更多的热能。为降低能耗，简化工艺流程，降低环境负荷，实现钢铁工业的可持续发展，有必要积极探索研究铁焦的制备新方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种原料来源广泛、工艺流程简单、生产能耗低、的以钢渣和铁矿粉冷压制备反应性高铁焦的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法，包括如下步骤：
以质量百分比计，按5％～15％的钢渣、5％～15％的铁矿粉、10％～25％的瘦煤、50％～65％的1/3焦煤及5％～15％的无烟煤配备原料，再加入原料总质量0.5％～2％的粘结剂和6％～10％的水；
将上述物料混合后进行闷料处理，然后冷压成型制得冷压块；
将所述冷压块干燥后置于外热式炭化炉内炭化；
炭化完成后的冷压块装入密闭容器中冷却至室温制得铁焦。
进一步地，所述钢渣中氧化钙含量不低于45％；所述铁矿粉的全铁含量不低于40％；所述1/3焦煤中固定碳含量不低于55％、灰分不高于10％、挥发分不超过35％、胶质层指数不低于10；所述瘦煤中固定碳含量不低于65％、灰分不高于10％、挥发分不超过15％、胶质层指数不低于10；所述无烟煤中固定碳含量不低于75％、灰分不高于10％、挥发分不超过7％。
进一步地，所述钢渣粒度不超过0.5mm；所述铁矿粉粒度不超过0.15mm；所述1/3焦煤、瘦煤及无烟煤的粒度均不超过0.15mm。
进一步地，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠。
进一步地，所述物料混合后的闷料处理时间为40～60min。
进一步地，所述冷压块在外热式炭化炉内的炭化包括预热、升温、高温炭化三个阶段。
进一步地，所述预热阶段的预热温度不高于350℃，所述升温阶段的升温速率不大于5℃/min，所述高温炭化阶段的高温炭化温度为950～1050℃，高温炭化时间为3～5h。
进一步地，所述铁焦的挥发分Vdaf含量不超过1.8％，全硫含量不超过0.5％，反应性CRI不低于55％，转鼓指数不低于65％，抗压强度不低于3200N/个，落下强度不低于12次/个。
本发明提供的一种以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法，在原料中同时使用对碳气化反应都能起到催化作用的铁矿粉和钢渣，在高温炭化过程中，钢渣和铁矿粉的双重催化作用可以显著提高了铁焦的反应性。并且，本发明提供的以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法，在对冷压块炭化过程中，通过控制外热式炭化炉较低的升温速率，可以降低升温过程中挥发分的分解析出速率，而且，在配料中添加部分瘦煤、1/3焦煤、无烟煤等非焦煤，不仅原料来源广泛，可以达到节焦效果，摆脱无焦煤地区的推广使用，而且还可降低整个铁焦的挥发分含量，保持铁焦升温过程中不出现裂纹，从而能够保证制得的铁焦的强度。同时，本发明提供的以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法，在原料中加入粘结剂，使原料冷压成型时常温即可进行，操作简单，大大降低了能耗，操作易于实现，具有广阔的工业应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例提供的以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法流程图。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例提供的一种以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法，包括如下步骤：
以质量百分比计，按5％～15％的钢渣、5％～15％的铁矿粉、10％～25％的瘦煤、50％～65％的1/3焦煤及5％～15％的无烟煤配备原料，再加入原料总质量0.5％～2％的粘结剂和6％～10％的水；
将上述物料混合后静置，然后冷压成型制得冷压块；
将所述冷压块干燥后置于外热式炭化炉内炭化；
完成炭化后将冷压块装入密闭容器中冷却至室温制得铁焦。
其中，所述钢渣中氧化钙含量不低于45％；所述铁矿粉的全铁含量不低于40％；所述1/3焦煤中固定碳含量不低于55％、灰分不高于10％、挥发分不超过35％、胶质层指数不低于10；所述瘦煤中固定碳含量不低于65％、灰分不高于10％、挥发分不超过15％、胶质层指数不低于10；所述无烟煤中固定碳含量不低于75％、灰分不高于10％、挥发分不超过7％。
其中，所述钢渣粒度不超过0.5mm；所述铁矿粉粒度不超过0.15mm；所述1/3焦煤、瘦煤及无烟煤的粒度均不超过0.15mm。
其中，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠。
其中，所述物料混合后的闷料处理时间为40～60min。
其中，所述冷压块在外热式炭化炉内的的炭化包括预热、升温、高温炭化三个阶段。
其中，所述预热阶段的预热温度不高于350℃，所述升温阶段的升温速率不大于5℃/min，所述高温炭化阶段的高温炭化温度为950～1050℃，高温炭化时间为3～5h。
其中，所述铁焦的挥发分Vdaf含量不超过1.8％，全硫含量不超过0.5％，反应性CRI不低于50％，转鼓指数不低于65％，抗压强度不低于3200N/个，落下强度不低于12次/个。
下面通过实施例对本发明实施例提供的一种提供的一种以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法做具体说明。
实施例1
钢渣主要成分见表1，铁矿粉主要成分见表2，1/3焦煤煤化学成分见表3，无烟煤的化学成分见表4，瘦煤的化学成分见表5。钢渣的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占60％。铁矿粉中粒度不超过0.15mm的占95％。1/3焦煤粉的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占80％。瘦煤中粒度小于0.15mm的占90％，其中粒度小于0.075mm的占80％。无烟煤的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占70％。
表1某钢渣主要成分(质量分数)
Figure BDA0002952474310000061
表2某铁矿粉主要成分(质量分数)
Figure BDA0002952474310000062
表3某1/3焦煤煤粉的工业分析
Figure BDA0002952474310000063
表4某无烟煤煤粉的工业分析
Figure BDA0002952474310000064
表5某瘦煤粉的工业分析
Figure BDA0002952474310000065
按照质量分数钢渣15％、铁矿粉15％、1/3焦煤煤粉50％、瘦煤10％、无烟煤煤粉10％的比例配备原料，在原料中加入原料总质量1.2％的羧甲基纤维素钠作粘结剂，再在原料中加入原料总质量8％的水。将物料充分混合均匀后，静置50min，然后冷压成冷压块。
将冷压块干燥后置于外热式炭化炉内，在非氧化性气氛下，经过预热、升温、高温炭化三个阶段。其中，预热阶段的预热温度不高于300℃，升温速率为3℃/min，高温炭化温度为1050℃，炭化时间为3小时，取出后在密闭容器中冷却至室温制得铁焦。所得铁焦的抗压强度为3353N/个，落下强度为13次/个，转鼓指数为66.3％，CaO含量为7.76％，SiO2含量为5.84％，反应性CRI为58.5％。
实施例2
钢渣主要成分见表6，铁矿粉主要成分见表7，1/3焦煤煤化学成分见表8，无烟煤的化学成分见表9，瘦煤的化学成分见表10。钢渣的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占70％。铁矿粉中粒度不超过0.15mm的占90％。1/3焦煤粉的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占75％。瘦煤中粒度小于0.15mm的占85％，其中粒度小于0.075mm的占85％。无烟煤的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占75％。
表6某钢渣主要成分(质量分数)
Figure BDA0002952474310000071
表7某铁矿粉主要成分(质量分数)
Figure BDA0002952474310000072
表8某1/3焦煤煤粉的工业分析
Figure BDA0002952474310000073
表9某无烟煤煤粉的工业分析
Figure BDA0002952474310000081
表10某瘦煤粉的工业分析
Figure BDA0002952474310000082
按照质量分数分别为钢渣15％、铁矿粉5％、1/3焦煤55％、瘦煤15％、无烟煤煤粉10％的比例配备原料，在原料中加入原料总质量0.8％的羧甲基纤维素钠作粘结剂，再在原料中加入原料总质量7％的水。将物料充分混合均匀后，静置40min，然后冷压成冷压块。
将冷压块干燥后置于外热式炭化炉内，在非氧化性气氛下，经过预热、升温、高温炭化三个阶段。其中，预热阶段的预热温度不高于300℃，升温速率为3℃/min，高温炭化温度为950℃，高温炭化时间为4小时，取出后在密闭容器中冷却至室温制得铁焦。所得铁焦的抗压强度为3260N/个，落下强度为13次/个，转鼓指数为68.6％，CaO含量为10.69％，SiO2含量为7.81％，反应性CRI为57.6％。
实施例3
钢渣主要成分见表11，铁矿粉主要成分见表12，1/3焦煤煤化学成分见表13，无烟煤的化学成分见表14，瘦煤的化学成分见表15。钢渣的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占65％。铁矿粉中粒度不超过0.15mm的占90％。1/3焦煤粉的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占78％。瘦煤中粒度小于0.15mm的占94％，其中粒度小于0.075mm的占85％。无烟煤的粒度小于0.15mm，其中粒度小于0.075mm的占75％。
表11某钢渣主要成分(质量分数)
Figure BDA0002952474310000091
表12某铁矿粉主要成分(质量分数)
Figure BDA0002952474310000092
表13某1/3焦煤煤粉的工业分析
Figure BDA0002952474310000093
表14某无烟煤煤粉的工业分析
Figure BDA0002952474310000094
表15某瘦煤粉的工业分析
Figure BDA0002952474310000095
按照质量分数分别为钢渣10％、铁矿粉5％、烟煤煤粉60％、瘦煤10％、无烟煤煤粉10％的比例配备原料，在原料中加入原料总质量1％的羧甲基纤维素钠作粘结剂，再在原料中加入原料总质量7％的水。将物料充分混合均匀后，静置40min，然后冷压成冷压块。
将冷压块干燥后置于外热式炭化炉内，在非氧化性气氛下，经过预热、升温、高温炭化三个阶段。其中，预热阶段的预热温度不高于350℃，升温速率为3℃/min，高温炭化温度为1000℃，高温炭化时间为4小时，取出后在密闭容器中冷却至室温制得铁焦。所得铁焦的抗压强度为3360N/个，落下强度为13.4次/个，转鼓指数为67.5％，CaO含量为7.65％，SiO2含量为6.84％，反应性CRI为55.6％。
本发明提供的一种以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法，选用合适的钢渣、铁矿粉、1/3焦煤、瘦煤、无烟煤和粘结剂，通过合适的配比配料，冷压成型，再经过外热式炭化炉高温炭化，冷却后即可得到铁焦。该工艺不使用焦煤，仅使用国内广泛分布的1/3焦煤、钢渣、铁矿粉、无烟煤、瘦煤等，原燃料来源广泛；采用冷压的成型工艺可以降低能耗，操作简便，易于实现。能够满足钢铁生产低能耗、低成本的要求。并且从本发明上述实施例制备的铁焦性能可以看出，由钢渣、铁矿粉、1/3焦煤、瘦煤、无烟煤煤粉以合适的比例混合后，经加水混料、闷料、冷压成型、干燥、高温炭化、冷却后得到的铁焦能够满足高炉使用要求，反应性明显高于冶金焦炭，是一种优质的炼铁原料。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法，其特征在于，包括如下步骤：
以质量百分比计，按5％～15％的钢渣、5％～15％的铁矿粉、10％～25％的瘦煤、50％～65％的1/3焦煤及5％～15％的无烟煤配备原料，再加入原料总质量0.5％～2％的粘结剂和6％～10％的水；
将上述物料混合后进行闷料处理，然后冷压成型制得冷压块；
将所述冷压块干燥后置于外热式炭化炉内炭化；
炭化完成后的冷压块装入密闭容器中冷却至室温制得铁焦。
2.根据权利要求1所述的以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法，其特征在于：所述钢渣中氧化钙含量不低于45％；所述铁矿粉的全铁含量不低于40％；所述1/3焦煤中固定碳含量不低于55％、灰分不高于10％、挥发分不超过35％、胶质层指数不低于10；所述瘦煤中固定碳含量不低于65％、灰分不高于10％、挥发分不超过15％、胶质层指数不低于10；所述无烟煤中固定碳含量不低于75％、灰分不高于10％、挥发分不超过7％。
3.根据权利要求2所述的以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法，其特征在于：所述钢渣粒度不超过0.5mm；所述铁矿粉粒度不超过0.15mm；所述1/3焦煤、瘦煤及无烟煤的粒度均不超过0.15mm。
4.根据权利要求1所述的以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法，其特征在于：所述粘结剂为羧甲基纤维素钠。
5.根据权利要求1所述的以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法，其特征在于：所述物料混合后的闷料处理时间为40～60min。
6.根据权利要求1所述的以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法，其特征在于：所述冷压块在外热式炭化炉内的炭化包括预热、升温、高温炭化三个阶段。
7.根据权利要求6所述的以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法，其特征在于：所述预热阶段的预热温度不高于350℃，所述升温阶段的升温速率不大于5℃/min，所述高温炭化阶段的高温炭化温度为950～1050℃，高温炭化时间为3～5h。
8.根据权利要求1～7任一项所述的以钢渣和铁矿粉冷压制备铁焦的方法，其特征在于：所述铁焦的挥发分Vdaf含量不超过1.8％，全硫含量不超过0.5％，反应性CRI不低于50％，转鼓强度指数不低于65％，抗压强度不低于3200N/个，落下强度不低于12次/个。
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