CN115404339A - 一种开发利用鲕状高磷铁矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢铁冶金技术领域，提供了一种开发利用鲕状高磷铁矿的方法，包括：原矿的破碎，粉矿造球，块矿和球团的气基竖炉还原，高温渣铁分离和电弧炉炼钢。本发明以原矿为原料直接制备气基竖炉用块矿和球团，采用气基竖炉还原，矿热炉或电弧炉高温熔分和电弧炉炼钢。通过控制富氢还原条件，在竖炉还原阶段获得残碳低于2.0wt％，金属化率85‑93％的金属化产品。通过调控熔分渣的成分(添加5‑15％的CaO)，在高温熔分阶段磷含量低于0.4wt％的铁水，通过添加SiO2‑CaO‑Fe3O4脱磷剂(30‑60kg/吨)在电弧炉炼钢阶段获得达到转炉出钢的标准的钢水。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及难选鲕状高磷铁矿的开发利用，具体涉及一种开发利用鲕状高磷铁矿的方法。
背景技术
鲕状高磷铁矿，在世界范围内分布较广，如中国的湖北省，非洲的阿尔及利亚，中亚的哈萨克斯坦等地区具有储量巨大的高磷铁矿。部分高磷铁矿的铁品位为50-60wt％，含磷量为0.5～1.0wt％，其它的脉石主要包括SiO2,CaO和Al2O3。就铁品位而言，该类铁矿石是优质的炼铁原料。具有很高的开发价值。但是，该类高磷铁矿结构复杂。在高磷铁矿颗粒中，鲕状高磷铁矿中磷灰石层(主要成分石Ca3(PO4)2)与铁氧化物层的呈洋葱状结构，磷灰石层和铁氧化物层的厚度小于10μm。对该类高磷铁矿的开发利用存在很大的困难。
对如何开发利用该类高磷铁矿资源，许多研究人员已做过大量研究。提出了以下几类方法：(1)选矿方法(主要是指细磨加磁选)(中国专利CN113444877A，CN107557567A，CN102382920A)；(2)冶炼方法(主要指采用碳基直接还原加磁选)(中国专利CN103215486A，CN102936650A，CN102559976A)；(3)化学方法(主要指采用强无机酸进行酸浸)(中国专利CN114074023A，CN108531719A，CN105256135A，CN103882225A，CN103667694A，CN102268539A)；(4)生物冶金方法(主要指采用细菌浸出)(中国专利CN106119540A，CN1107518)。由于能耗和效率的原因，选矿方法、化学方法以及冶炼方法均不可行。生物冶金方法目前也仅限于实验室研究，不具备工业化生产的条件。
发明内容
现有技术存在的问题及本发明的整体技术思路：
在高炉炼铁中，要求所用铁矿中的磷含量低于0.2wt％，烧结矿中磷杂质主要以Ca3(PO4)2的形式存在。如果烧结矿中磷含量过高，在高炉软熔带，滴落带以及炉缸内，由于高炉内Ca3(PO4)2和C之间的反应(反应1)，就会使得烧结矿中磷全部转入铁水中，使得铁水的磷含量超标。由高炉内磷行为可知，如果对铁水中C含量进行控制，就可以抑制磷由炉渣向铁水的迁移，从而可以有效地控制铁水中的磷含量。
(P2O5)+5[C]＝2[P]+5CO(g) (1)
除了传统的高炉-转炉的生产流程外，非高炉炼铁技术近年来得到了快速的发展。其中以MIDREX和HYL为代表的气基竖炉还原技术目前已经实现工业化的生产，单个竖炉的生产规模可以达到年产量200万吨/年(烧结球团，2012，37(2)：pp.40-44，炼铁，2021，40(5)：pp.1-5)，气基竖炉还原技术具备了与高炉炼铁技术竞争的实力。与高炉炼铁相似，气基竖炉还原的含铁炉料采用球团或块矿。与高炉炼铁流程相比，气基竖炉还原工艺对含铁炉料要求较低；其采用的还原剂为CO与H2而不是焦炭。由于CO和H2不能与Ca3(PO4)2发生反应，因此，磷仍然以磷灰石的形态保留在脉石中。在气基还原中，所得产物是固态的金属化产品，在气基竖炉还原中，还原产品中也存在一部分碳，这主要是由反应(2)引起的。可以设想，通过控制还原条件，可以实现对金属化球团产品中C含量进行精确控制，消除过多碳带来的负面影响。
2CO(g)＝CO2(g)+C (2)
对于所得的金属化球团进行高温熔分，在熔分过程中，涉及残碳的反应主要是反应(3)，因此金属化球团中的残碳可以与FeO反应而被消耗。而熔分的渣中仍保留部分的FeO,。进一步，向熔分体系中添加少量的碱性氧化物(如CaO)，含有FeO和CaO熔分渣就可以形成具有良好的脱磷能力的渣系。渣铁熔分后，金属化球团中大部分的磷将被保留在渣中。
(FeO)+C＝Fe+CO(g) (3)
当然，由于高磷铁矿中有较多的酸性氧化物(SiO2,Al2O3)，在熔分阶段直接得到磷含量合格的铁水是非常困难的。因此需要造二次脱磷渣，对熔分所得铁水进一步进行深度脱磷后获得磷含量合格的钢水。
基于以上所述气基竖炉还原和高温熔分的特点，本发明人提出联合气基竖炉还原+矿热炉高温熔分+电弧炉炼钢脱磷的开发鲕状高磷铁矿的工艺路线。具体为：首先将原矿制备成矿矿和球团；其次，在合适的还原条件下，通过竖炉的气基还原获得低残碳的金属化球团；低残碳金属化球团通过矿热炉高温渣铁分离直接获得低磷铁水，最后，通过脱磷剂二次脱磷，将低磷铁水冶炼成磷含量合格的钢水。
本发明具体采用如下技术方案：
一种开发利用鲕状高磷铁矿的方法，包括：
S1、原矿破碎：鲕状高磷铁矿原矿经过破碎得到块矿和矿粉；
S2、球团制备：将步骤S1中的所述矿粉制备成球团；
S3、气基还原：按照一定的气基还原条件将所述块矿和所述球团在气基竖炉中还原成金属化产品；
S4、高温熔分：将所述金属化产品高温熔分得到低磷铁水和融态渣；
S5、炼钢：在高温下将所述低磷铁水进一步脱磷和脱氧后得到合格钢水。
如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S1中，所述鲕状高磷铁矿原矿中，全铁含量为50-60wt％，磷含量为0.5-1.0wt％，矿中SiO2含量低于10wt％。
如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S1中，原矿破碎后，所得块矿的粒度为6-20mm；粒度6mm以下的矿粉进一步细磨，细磨后所得矿粉中粒度小于90μm的超过80％。
如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S2中，制备球团时，所用的粘结剂为膨润土，膨润土用量为矿粉质量的1.5-2.0％；将矿粉和膨润土混匀后焙烧，所得球团的抗压强度大于330kg/个。
如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S3中，所述块矿和所述球团中，所述块矿所占比例不高于50％。
如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S3中，所述气基还原条件为：气基还原温度850-950℃，还原时间2.5-4.0小时；还原气中H2按体积分数计不低于40％，且还原气中按体积分数H2：CO不低于4.0。
如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S3中，经气基还原所得的所述金属化产品中，金属化率为85-93％。
如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S4中，高温熔分设备采用矿热炉或电弧炉，高温熔分的熔分温度1550-1650℃；调整熔分渣所用的渣料成分包括CaO，CaO添加比例按质量计为所用金属化产品的5-15％。
如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S5中，炼钢温度1550-1650℃；所用脱磷剂成分包括SiO2,CaO和Fe3O4其中SiO2含量为10-20wt％，CaO含量为30-50wt％，其余为Fe3O4，每吨钢水所用脱磷渣的渣料为30-60kg。
如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S5中，在炼钢末期，加入适量铝粒脱氧。
本发明的有益效果为：
1、避免了对原矿的选矿。
2、气基还原设备为竖炉，熔分设备为矿热炉或电弧炉，炼钢设备为电弧炉；本发明所需生产设备均为钢铁行业中成熟的大型化生产设备，易于实现对高磷铁矿的工业化开发利用。
3、还原气的来源可以从天然气或焦炉煤气重整获得；还原气中有效成分以H2为主，有利于实现低碳的钢铁生产。
4、充分利用原矿中脉石相的脱磷能力；熔分过程中，金属化球团中残留的适量氧化亚铁，氧化亚铁和其它脉石组成的渣系有良好的脱磷能力和较低的粘度，可以实现渣铁理想的分离效果和对铁水良好的脱磷效果。
5、二次脱磷后所得的高质量钢水有利于大幅度减少后续精炼的步骤和能耗，所得钢水可用于制造高附加值钢铁产品。
6、整个流程吨铁产生的渣量为500-700kg，本工艺路线所产生的渣量与高炉-转炉流程的渣量相比，两者接近。
附图说明
图1所示为本发明实施例一种开发利用鲕状高磷铁矿方法的工艺流程图。
图2所示为高磷铁矿的微观结构照片；(a)矿粉颗粒的微观形貌；(b)鲕粒的结构的微观形貌。
图3所示为实施例1中气基还原所得金属化球团样品的微观形貌；(a)500×；(b)3000×；(c)图3(b)中1点处EDS能谱；(d)图3(b)2点处EDS能谱。
图4所示为实施例1中金属化产品渣铁熔分后所得铁样的微观形貌；(a)铁样的微观形貌(500×)；(b)铁样中夹杂物的微观形貌(3000×)，(c)图4(b)中1点处EDS能谱；
图5所示为实施例1中渣铁熔分后铁样进一步炼钢后所得钢样的微观形貌；(a)钢样的微观形貌(500×)；(b)钢样中夹杂物的微观形貌(3000×)；(c)图5(b)中1点处的EDS能谱。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
在下述实施例中，模拟气基竖炉的装置为采用竖式管式炉加热，采用圆柱形不锈钢筒(内径：80mm,高度：800mm，装料量为1000g)模拟竖炉反应器。不锈钢筒置于管式炉的恒温区。还原过程所用的气体流量为15L(标准状态)。模拟矿热炉的装置为采用感应炉加热的MgO坩埚(最大装料量：1000g,外套石墨坩埚辅助加热)，模拟电炉炼钢的装置采用感应炉加热的MgO坩埚(最大装料量：1000g)。所用高磷铁矿的化学成分如表1所示。所用膨润土为国标一级，其成分如表2所示。
表1高磷铁矿化学成分(wt％)
表2.膨润土化学成分
如图1所示，一种开发利用鲕状高磷铁矿的方法，包括：
S1、原矿破碎：取鲕状高磷铁矿为原料，用破碎机和球磨机将其破碎成块矿和矿粉，其中块矿的粒度为6-20mm；矿粉经过球磨后，超过80％粉矿粒度小于90μm；
本步骤中，原矿仅进行了简单的破碎，所得的粒度为6-20mm的块矿的粒径与球团尺寸相近，可以直接作为竖炉的炉料；粒度小于6mm的矿粉需要进一步细磨以制备成球团；气基竖炉的还原选用球团和块矿的混装，可以有效地降低磨矿的能耗。
本步骤中，要求矿中SiO2含量小于10wt％。气基还原铁氧化物的还原包括的反应为(4-9)，但在还原过程中，原矿中的SiO2可以与还原的中间产物FeO(反应(4)和(9)的产物)发生反应(10)。2FeO·SiO2是一种难还原复合氧化物，2FeO·SiO2在H2和CO条件下无法还原。对不同SiO2含量的高磷铁矿的实验室还原实验表明，当矿中SiO2含量超过10wt％时，由于反应(10)的固-固相反应速度加快，使得球团中有较大部分中间产物FeO与SiO2结合生成2FeO·SiO2,因此，采用纯H2和纯CO都无法使球团的金属化率超过70％。为保证还原后高磷铁矿有合理的金属化率，原矿中SiO2的含量必须低于10wt％。需要进一步说明的是：SiO2的含量必须低于10wt％并非本领域的一般规定或常识，而是发明人针对鲕状高磷铁矿开发利用过程中多次试验所得结论，本发明工艺的使用者应充分了解该限制。
3Fe2O3+3CO(g)+＝2Fe3O4+CO(g) (4)
Fe3O4+CO(g)＝3FeO+CO2(g) (5)
FeO+CO(g)＝Fe+CO2(g) (6)
3Fe2O3+H2(g)+＝2Fe3O4+H2O(g) (7)
Fe3O4+H2(g)＝3FeO+H2O(g) (8)
FeO+H2(g)＝Fe+H2O(g) (9)
SiO2+2FeO＝2FeO·SiO2 (10)
S2、球团制备：将矿粉与膨润土按照一定的比例混合，混匀后的物料利用造球机制成直径为10-12mm的球团，其中，制球粘结剂采用膨润土，制球过程中所用的膨润土量为1.5-2.0％。干燥后，所得生球按照常规的球团焙烧制度焙烧。本步骤中，由于原矿中SiO2和Al2O3等脉石含量较高，因此，矿粉的成球性能良好。
S3、气基还原：块矿和制备好的球团按照一定的比例加入竖炉，并在一定的还原条件下还原得到固态的金属化产品。还原后，炉料的金属化率为85-93％。需要特别说明的是：由于脱磷的需要，熔分渣中应该有部分FeO,金属化率不得高于93％。
本步骤中，块矿在炉料中的使用比例不超过50％即可，块矿在还原过程中存在部分的高温粉化现象。为了保证竖炉内料层的透气性，块矿在炉料中的使用比例不能超过50％。需要特别说明的是：由于鲕状高磷铁矿中脉石(SiO2和Al2O3等)含量较高，块矿在高温下不易粉化，故在竖炉还原过程过程中，块矿的使用比例到50％，大大高于现有技术中块矿比例30％左右的限制，提高了整体工艺的经济性。
本步骤中，所指还原条件中还原温度为850-950℃，还原时间为2.5-4.0小时，通入含CO和H2的还原气，还原气中，H2的体积分数必须大于等于40％,且还原气中按体积分数H2：CO不低于4.0。该反应条件是为了获得高金属化率的高磷铁矿金属化产物(金属化率超过85％)。在竖炉中，CO和H2与高磷铁矿中磷灰石不发生反应。以上反应条件是通过实验室模拟装置的不同还原气氛下的模拟结果(表3-6)得到的。表3-6中，不锈钢反应器加装50％球团和50％块矿，还原时间和还原温度是根据MIDREX和HYL气基竖炉的正常工况确定的。由表3可知，原矿球团和块矿在纯H2气氛下有很高的金属化率，可以达到91％，但在纯CO气氛下的金属化率很低，只有68％。由表4可知，在H2-N2气氛下，当H2体积分数达到40％时(实验号2)，炉料的金属化就可以达到85％，进一步提高反应气中H2的体积分数并不能明显提高炉料的金属化率。由表5可知，在H2-CO气氛下，当H2:CO＝1：1时(实验号1)，炉料的金属化率只有70％，但当H2体积浓度在反应气氛增加时，炉料的金属化率就有明显的提高。当H2:CO＝4：1时(实验号4)，炉料的金属化率为84％，已经非常接近目标金属化率(85％)。进一步，由表6可知，在H2-CO-N2气氛下，在保持气氛中H2:CO＝4：1的条件下，当气氛中N2的体积分数低于50％时(实验号2)，可以使得炉料的金属化率超过85％。考察还原时间对炉料还原的影响，结果如表7所示。由表7可知，当还原时间超过2.5小时后，炉料的金属化率可以达到目标金属化率，但当时间超过4小时后，炉料金属化率的提高不明显。进一步考察还原温度对炉料金属化率的影响，结果如表8所示。可以看出，当还原温度大于850℃时，炉料的金属化率可以达到85％的要求。
表3.纯CO和纯H2气氛下的实验条件和结果
表4.H2-N2气氛下的实验条件和结果
表5.H2-CO气氛下的实验条件和结果
表6.H2-CO-N2气氛下的实验条件和结果
表7.还原时间对炉料金属化率影响的实验条件和结果
表8还原温度对炉料金属化率影响的实验条件和结果
需要说明是，当还原条件采用：气基还原温度850-950℃，还原时间2.5-4.0小时，还原气中H2按体积分数计为40％，且还原气H2：CO为4.0时(按体积分数计)，所得金属化产品的金属化率已经可以稳定达到85％以上，在该条件下，同时具备极佳的经济性和技术效果。
S4、高温熔分：将所述金属化产品高温熔分得到低磷铁水和融态渣；
本步骤中，高温熔分的熔分条件为熔分温度1550-1650℃，以实现渣铁分离。高温熔分直接得到热态铁水，通过保留部分FeO和添加CaO，其中，在熔分体系中形成成分以FeO-CaO-SiO2-Al2O3为主的脱磷渣系。实验装置的熔分实验表明，当CaO加入比例低于金属化产物的5％时，所形成渣系的脱磷能力较低，所得的铁水中磷含量较高，铁水中磷含量超过0.5wt％；但当CaO加入比例超过金属化产物的15％时，熔分所产生的渣比将超过700kg/t，将导致能耗过度增加。熔分过程中，在熔分体系中添加5-15％的CaO,渣中FeO含量为20-30wt％,CaO/SiO2接近1.0,在此条件下，该脱磷渣系有良好的脱磷能力。渣铁熔分后，所得铁水的磷为0.3-0.4wt％，铁回收率大于85％。需要说明的是：在熔分体系中添加5-15％的CaO并非本领域的一般规定或常识，而是发明人针对鲕状高磷铁矿开发利用过程中多次试验所得结论，本发明工艺的使用者应充分了解该限制，以便得到最好的技术效果。
S5、电弧炉炼钢：在高温下将所述低磷铁水进一步脱磷和脱氧后得到合格钢水。
本步骤中，炼钢温度1550-1650℃，使用的脱磷剂主要成分为SiO2，CaO，和Fe3O4(其中SiO2含量为10-20wt％，CaO含量为30-50wt％，其余为Fe3O4)。吨钢所用的脱磷渣用量为30-60kg。炼钢过程中，化渣所需能量由电弧对熔池加热提供,脱磷剂熔化后形成SiO2-CaO-FeO-Fe2O3渣系，具有深度脱磷的能力。所用的脱磷渣成分为SiO2,CaO和Fe3O4,均为廉价的原料，可以利用普通磁铁矿和石灰石制备。在炼钢末期，加入少量铝粒脱氧。所得热态钢水的质量达到转炉炼钢出钢时钢水的质量，可以直接进入精炼工序。
以下结合具体实施例对本发明的方法进一步详细描述。
实施例1
本实施例开发利用鲕状高磷铁矿的方法，包括：
S1、矿料破碎：取一定量高磷铁矿。高磷铁矿中的鲕粒呈团聚态(图2(a)),且单个鲕粒呈洋葱状层状结构(图2(b))。矿样初步破碎后，筛选得到6-20mm的块矿，剩余矿粉经充分球磨后，粒度小于90μm的粉矿超过80％；
S2、球团制备：制球粘结剂采用2.0％的膨润土，所得球团抗压强度为380kg/个；
S3、气基还原：还原时，不锈钢反应器中装入1kg球团，还原温度为950℃，还原时间为2.5小时，反应器内通入15L/min的H2。经还原后所获得的金属球团的金属化率为92％，金属化球团残碳含量为0.0039wt％。所得金属化球团的微观形貌如图3(a)所示，对金属化气团的局部区域(图3(b))进行微观结构分析，球团中原矿的鲕粒结构已经破坏，在球团中可以发现渣相(图3(c))和金属铁相的部分聚集(图3(d))，同时还原后球团依然可以检测到磷灰石物相的存在(图3(c))；
S4、高温熔分，渣铁分离：将还原好的球团进行渣铁分离，所用熔分温度为1650℃；在熔分过程中，加入5％的CaO，待固体料熔清后出渣和出铁，所得铁样的[％P]为0.27wt％，金属回收率90％，所得铁样的微观形貌如图4(a)所示，有图4(a)可知，铁样中夹杂物的数量较多。对部分夹渣物进行微观结构分析，结果如图4(b-c)所示。由1点处的EDS能谱分析(图4(c))可以看出，部分夹杂物中含有磷杂质，这也有可能导致铁样中磷含量的升高。
S5、电弧炉炼钢：将熔分所得的铁水进行炼钢。所用温度为约1650℃。在炼钢过程中，加入SiO2-CaO-Fe3O4(SiO2:CaO:Fe3O4＝10:50:40)脱磷剂60kg/t。所得铁样的成分如下：[％C]＝0.023wt％,[％S]＝0.015wt％,[％P]＝0.027wt％，[％O]＝0.128wt％,[％N]＝0.008wt％,[％Si]＝0.27wt％,[％Mn]＝0.96wt％,所得钢样的微观形貌如图5(a)所示，与铁样的微观相貌(图4(a)),钢样中的夹杂物数量明显减少且其粒度变细。对钢样中夹杂物的微观结构进行分析。结果如图5(b-c))所示。由1点处的EDS能谱分析可以看出(图5(c))，所得钢样中夹杂物主要为SiO2,FeO，Al2O3组成，而磷杂质已经无法检测到。
实施例2
本实施例开发利用鲕状高磷铁矿的方法，包括：
S1、矿料破碎：同实施例1；
S2、球团制备：制球粘结剂采用1.5％的膨润土，所得球团的抗压强度为330kg/个；
S3、气基还原：还原时，反应器中的装料为500g球团和500g块矿，还原温度为850℃，还原时间为4小时，反应器内通入15L/min的H2。经还原后所获得的金属球团的金属化率为90％，金属化球团残碳含量为0.012wt％；
S4、高温熔分，渣铁分离：所用熔分温度为约1550℃。在熔分过程中，加入15％的CaO。待坩埚内的固体料熔清后出渣和出铁，所得铁样的[％P]为0.20wt％，金属回收率89％；
S5、电弧炉炼钢：将还原所得的铁水进行炼钢。所用温度为1550℃。在炼钢过程中，加入SiO2-CaO-Fe3O4(SiO2:CaO:Fe3O4＝20:30:50)脱磷渣30kg/t。所得钢水成分如下：[％C]＝0.026wt％,[％S]＝0.03wt％,[％P]＝0.032wt％，[％O]＝0.193wt％,[％N]＝0.060wt％,[％Si]＝0.22wt％,[％Mn]＝0.87wt％。钢水质量与转炉炼钢的钢水质量相同。
实施例3
本实施例开发利用鲕状高磷铁矿的方法，包括：
S1、矿料破碎：同实施例1；
S2、球团制备：制球粘结剂采用2.0％的膨润土，所得球团的抗压强度为380kg/个；
S3、气基还原：反应器中装料为500g球团和500g块矿，还原温度为850℃，还原时间为4小时，反应器内通入H2和CO混合气(标准状态下，H2的流量为12L/min,CO的流量为3Lmin)。经还原后所获得的金属产品的金属化率为85％，金属化球团残碳含量为1.5wt％；
S4、高温熔分，渣铁分离：所用熔分温度为约1650℃。在熔分过程中，加入10％的CaO。待坩埚内的固体料熔清后出渣和出铁，所得铁样的[％P]为0.40wt％，金属回收率91％；
S5、电弧炉炼钢：将还原所得的铁水进行炼钢。所用温度为约1650℃。在炼钢过程中，加入SiO2-CaO-Fe3O4(SiO2:CaO:Fe3O4＝10:50:40)脱磷剂60kg/t。所得钢水成分如下：[％C]＝0.017wt％,[％S]＝0.015wt％,[％P]＝0.020wt％，[％O]＝0.164wt％,[％N]＝0.037wt％,[％Si]＝0.30wt％,[％Mn]＝0.56wt％。钢水质量与转炉炼钢的钢水质量相同。
实施例4
本实施例开发利用鲕状高磷铁矿的方法，包括：
S1、矿料破碎：取一定量高磷铁矿，初步破碎，筛选得到6-20mm的块矿，剩余矿粉经充分球磨后，粒度小于90μm的粉矿超过80％；
S2、球团制备：制球粘结剂采用1.5％的膨润土。所得球团的抗压强度为330kg/个；
S3、气基还原：还原时，反应器中装料为500g球团和500g块矿。还原温度为950℃，还原时间为4小时，反应器内通入H2+CO+N2的还原气(其中H2的流量为6L/min,CO的流量为1.5L min,N2的流量为7.5L/min)。经还原后所获得的金属球团的金属化率为88％，金属化球团残碳含量为0.8wt％；
S4、高温熔分，渣铁分离：所用熔分温度为约1650℃。在熔分过程中，加入15％的CaO。待坩埚内的固体料熔清后出渣和出铁，所得铁样的[％P]:<0.37wt％，金属回收率91％；
S5、电弧炉炼钢：将熔分所得的铁水进行炼钢。所用温度为约1650℃。在炼钢过程中，加入SiO2-CaO-Fe3O4(SiO2:CaO:Fe3O4＝10:30:60)脱磷剂60kg/t。所得钢水成分如下：[％C]＝0.013wt％,[％S]＝0.015wt％,[％P]＝0.025wt％，[％O]＝0.324wt％,[％N]＝0.028wt％,[％Si]＝0.14wt％,[％Mn]＝0.69wt％。钢水质量与转炉炼钢的钢水质量相同。
需要说明的是：工艺条件的选择是一个复杂的动态平衡过程，多个工艺参数的选择要考虑相互之间的影响。例如：针对鲕状高磷铁矿的还原气氛中，H2的效率高于CO，但因为CO的使用会产生少量的C，在后续的造渣及炼钢中又有利于最终金属化率的提高，如在实施例3、实施例4中，最终金属化率分别达到93％、91％。本发明人在大量试验的基础上优化出的工艺条件具有原创性和极大推广价值。
本发明以原矿为原料直接制备气基竖炉用块矿和球团，采用气基竖炉还原，矿热炉或电弧炉高温熔分和电弧炉炼钢。通过控制富氢还原条件，在竖炉还原阶段获得残碳低于2.0，金属化率85-93％的金属化产品。通过调控熔分渣的成分(添加5-15％的CaO)，在高温熔分阶段磷含量低于0.4wt％的铁水，通过添加SiO2-CaO-Fe3O4(其中SiO2含量为10-20wt％，CaO含量为30-50wt％，其余为Fe3O4)，脱磷剂(30-60kg/吨)在电弧炉炼钢阶段获得达到转炉出钢的标准的钢水。本发明避免了传统的高炉-转炉的流程来处理鲕状高磷铁矿，极大地简化了处理鲕状高磷铁矿的流程。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
Claims (10)
1.一种开发利用鲕状高磷铁矿的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、原矿破碎：鲕状高磷铁矿原矿经过破碎得到块矿和矿粉；
S2、球团制备：将步骤S1中的所述矿粉制备成球团；
S3、气基还原：按照一定的气基还原条件将所述块矿和所述球团在气基竖炉中还原成金属化产品；
S4、高温熔分：将所述金属化产品高温熔分得到低磷铁水和融态渣；
S5、炼钢：在高温下将所述低磷铁水进一步脱磷和脱氧后得到合格钢水。
2.如权利要求1所述的开发利用鲕状高磷铁矿的方法，其特征在于，步骤S1中，所述鲕状高磷铁矿原矿中，全铁含量为50-60wt％，磷含量为0.5-1.0wt％，SiO2含量低于10wt％。
3.如权利要求1所述的开发利用鲕状高磷铁矿的方法，其特征在于，步骤S1中，原矿破碎后，所得块矿的粒度为6-20mm；粒度6mm以下的矿粉进一步细磨，细磨后所得矿粉中粒度小于90μm的超过80％。
4.如权利要求1所述的开发利用鲕状高磷铁矿的方法，其特征在于，步骤S2中，制备球团时，所用的粘结剂为膨润土，膨润土用量为矿粉质量的1.5-2.0％；将矿粉和膨润土混匀后造球和焙烧，所得球团的抗压强度大于330kg/个。
5.如权利要求1所述的开发利用鲕状高磷铁矿的方法，其特征在于，步骤S3中，所述块矿和所述球团中，所述块矿所占比例不高于50％。
6.如权利要求1所述的开发利用鲕状高磷铁矿的方法，其特征在于，步骤S3中，所述气基还原条件为：气基还原温度850-950℃，还原时间2.5-4.0小时；还原气中H2组分按体积分数不低于40％，且还原气中按体积分数H2：CO不低于4.0。
7.如权利要求6所述的开发利用鲕状高磷铁矿的方法，其特征在于，步骤S3中，经气基还原所得的所述金属化产品的金属化率为85-93％。
8.如权利要求1所述的开发利用鲕状高磷铁矿的方法，其特征在于，步骤S4中，高温熔分设备采用矿热炉或电弧炉，高温熔分的熔分温度1550-1650℃；调整熔分渣所用的渣料成分包括CaO，CaO添加比例按质量计为所用金属化产品的5-15％。
9.如权利要求1所述的开发利用鲕状高磷铁矿的方法，其特征在于，步骤S5中，炼钢温度1550-1650℃；所用脱磷剂成分包括SiO2,CaO和Fe3O4，其中SiO2含量为10-20wt％，CaO含量为30-50wt％，其余为Fe3O4，每吨钢水所用脱磷剂的量为30-60kg。
10.如权利要求1所述的开发利用鲕状高磷铁矿的方法，其特征在于，步骤S5中，在炼钢末期，加入适量铝粒脱氧。
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