CN115449628A - 一种改善高碱金属球团还原粉化的方法及应用 - Google Patents

一种改善高碱金属球团还原粉化的方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种改善高碱金属球团还原粉化的方法。其操作如下：将高碱金属原料加入焦粉、粘结剂和熔剂，进行混合、造球和烘干，得到合格生球；将干球在800℃～1100℃间的中性气氛下进行预热焙烧。本发明通过内配适量焦粉于球团中，配合所添加的适量熔剂，有利于球团内部产生一定液相，有利于提升球团强度，降低还原粉化率，有利于后续高炉冶炼；同时所添加的熔剂有利于球团内产生铁酸钙相，进而有利于增加球团还原性。本发明提供的方法对高碱金属球团还原粉化有很好的改善作用，工艺简单，生产成本低，易于实现工业化生产。

Description

一种改善高碱金属球团还原粉化的方法及应用
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域。具体涉及一种改善高碱金属球团还原粉化的方法及其在球团工艺中的应用。
背景技术
我国铁矿石资源贫、细、杂的特点导致了国内铁矿石供需矛盾十分突出，对国外铁矿石资源的依存度高居不下，这对国民经济健康稳定发展极为不利，有效开发利用冶炼渣将是今后解决铁矿资源瓶颈的基本手段之一，而这些冶炼渣往往具有碱金属含量较高的特点。同时我国主要炼钢流程为高炉-转炉长流程，高炉炉料主要由烧结矿、球团矿及块矿等组成，且球团矿所占比例逐渐增大。含铁原料中过高的碱金属不仅会缩短高炉使用寿命，还会恶化含铁原料在高炉中还原粉化行为，不利于高炉冶炼，高碱金属球团还原粉化性能的改善亟待解决。
梅忠等人通过调节烧结矿碱度，有效的改善了烧结矿的低温还原粉化指数，但未对球团矿进行相应研究，也未对高碱金属原料进行相应研究。
孟燎原等人通过向普通铁矿球团矿表面喷洒CaCl2溶液，而后通过氧化焙烧来改善球团低温还原粉化指数，但未对内配焦粉及调节碱度对改善低温还原粉化指数的影响进行研究，也未对高碱金属球团进行相关研究。
朱德庆等人研究发现通过调节碱度和内配碳可增强某赤铁矿球团的强度，但未对高碱金属原料及对球团低温还原粉化指数进行研究。
发明内容
针对高碱金属球团还原粉化，所得的球团强度差，不利于回转窑冶炼的技术问题，本发明的目的在于提供一种改善高碱金属球团还原粉化的方法及其在球团工艺中的应用。
本发明实现了对高碱金属含量铁矿资源化应用的首次尝试。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种改善高碱金属球团还原粉化的方法，包括如下步骤：
S1、将粗粒级的熔剂、还原剂和高碱金属铁矿进行球磨，得到细磨物料，然后对细磨物料、铁矿粉进行高压辊磨，得到预处理原料；
S2、将步骤S1所得预处理原料、粘结剂按照设定比例配料，进行混匀，得到混合料；
S3、步骤S2所得到混合料进行造球，得到预定粒度的生球；
S4、将步骤S3所得的生球在800-1100℃进行预热焙烧，得到焙烧球团；其中，焙烧时间为5-30min。
所述铁矿粉中，碱金属氧化物总质量大于0.25wt％、优选为大于等于0.5wt％。
所述混合料中，还原剂的占比大于等于5wt％；
优选的方案，步骤S1中，将粗粒级的熔剂、焦粉和高碱金属铁矿球磨至粒度为-0.074mm占75-85％；所述的球磨工艺为干磨或湿磨。
进一步优选的，所述的球磨工艺为干磨工艺。相比于干磨工艺而言，湿磨工艺流程长，球磨之后，需要压滤，且压滤之后仍然水分较高，无法直接应用于造球，还需要进一步烘干，导致湿磨流程过程，整体能耗过高。因此，采用干磨工艺。
优选的方案，步骤S1中，所述的铁矿的粒度为-0.074mm占80％以上，+0.15mm小于2％，经过高压辊磨预处理原料的比表面积达到1500-1900cm2/g
优选的方案，步骤S1中高碱金属铁矿包含以下质量百分含量的组分：
Fe2O330～65％，
Al2O35～30％，
Na2O+K2O0.1～10％，优选为0.25～10％，
TiO20～10％，
SiO25-20％，
余量为CaO及其它杂质。
作为进一步的优选(Na2O+K2O)大于0.25％小于等于6％、优选为大于等0.5％小于等于6％、进一步优选为0.5-5％。在工业上应用时，目前对于高炉炼铁而言，行业一般都要求K2O+Na2O≤0.25wt％；这导致目前很多工艺在原料的选择时，一般不会直接以(Na2O+K2O)大于0.25％的铁矿为原料进行球团以及后续处理。
优选的方案，步骤S1中熔剂为石灰石、生石灰或消石灰，控制混合料的二元碱度(CaO/SiO2质量比)为0.3-0.9。优选在0.5-0.7。本发明严格控制混合料的二元碱度为0.3-0.9、优选为0.5-0.7，是因为实验探索发现：碱度太低强度不够，碱度太高生球指标差且预热焙烧球液相太多，导致预热球性能差。
优选的方案，步骤S2中，所述粘结剂为膨润土、有机粘结剂或者复合粘结剂中一种或几种，其用量为总物料的0.5wt％-2wt％，优选为0.5-1.5wt％、进一步优选为1.0-1.5wt％。
优选的方案，步骤S2中还原剂为含碳燃料，其比例为混合料的5wt％-20wt％、优选为5-15wt％、进一步优选为7.5-15wt％。所述含碳燃料选自焦粉、烟煤、无烟煤、生物质中的至少一种。
优选的方案，步骤S3采用圆盘造球机造球，造球水分为8wt％～12wt％，造球时间为8～14min，所制备生球的粒度为10～16mm。
进一步优选的，造球水分为9wt％-10wt％。
优选的方案，步骤S3中，制备的生球达到如下性能：生球抗压强度超过10N/个、落下强度大于4次/(0.5mm)、爆裂温度超过250℃
优选的方案，步骤S4中预热焙烧前还包括干燥处理，所述干燥是将生球在流动的空气下进行干燥，干燥处理的温度为250-280℃，时间为5-10min，干燥风速为1.2-2.0m/s。
优选的方案，步骤S4中预热焙烧时，所述预热焙烧的温度为950-1150℃、进一步优选为1000-1050℃，时间为15-30min，预热焙烧风速为2.0-2.4m/s。温度过高会导致体系液相量增大，球团熔融板结。
本发明一种改善高碱金属球团还原粉化的方法，所得预热球强度大于520N/个，低温还原RDI+6.3mm大于97.5％，优化后可达大等于98％；低温还原RDI+3.15mm大于等99％，优化后可大于等于99.5；RDI-0.5mm小于0.25％、优化后可小于等于0.15％、进一步优化后可小于等于0.05％。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比的有益效果是：
1)本发明通过内配适量焦粉于球团中，并配合适当的碱度和适量粘结剂制得生球，在球团内部产生还原气氛，将部分赤铁矿还原成金属铁或磁铁矿，并增加球团还原度；球团经过预热焙烧后，焦粉反应后会增加球团内部微孔结构，有利于提高后续还原效率。此时配合所添加的适量熔剂，有利于球团内部产生一定液相，有利于提升球团强度，降低还原粉化率，有利于后续高炉冶炼；同时所添加的适量熔剂有利于球团内产生铁酸钙相，进而有利于增加球团还原性。
因此，本发明提供的方法工艺简单、生产成本低、可明显改善高碱金属球团低温还原粉化性能，易于实现工业化生产。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
以下实施例及对比例，除特别声明外，所使用的原料，其化学成份如下：
石灰石：CaO 50.66wt％，MgO 0.33wt％，Al2O3 0.77wt％，SiO2 1.21wt％，烧损41.09％。
高碱金属铁矿的成分：铁品位40-45wt％，Al2O3 8％-15wt％，Na2O 2-5wt％，K2O0.15-1wt％，SiO2 5-10wt％、余量为P、S等杂质成分；其粒度-0.074mm为85％，+0.15mm1.2％。
对比例1
以上述高碱金属铁矿为原料，经过高压辊磨在3.5t压力下辊磨一次，将辊磨后的铁矿与膨润土(0.5％)混合均匀，在圆盘造球机上造球，得到的生球直径为12mm，生球水分为8.5％，造球时间为12min，所得到的生球抗压强度10.5N/个、落下强度4.2次/0.5m、爆裂温度300℃，生球指标达到工业要求；将所得到的生球经过布料，干燥和预热焙烧，获得预热焙烧球。料层高度为200mm，鼓风干燥温度250℃，时间2min；抽风干燥温度280℃，时间4min，风速为1.2m/s；预热温度为1000℃，时间为15min，预热焙烧的风速为2.2m/s。
对比例1中预热球强度为150N/个，低温还原粉化RDI+6.3mm和RDI+3.15mm仅为51.80％和73.91％，RDI-0.5mm高达13.82％。
对比例2
以上述高碱金属铁矿为原料，经过高压辊磨在3.5t压力下辊磨一次，将辊磨后的铁矿、膨润土(0.5％)和石灰石(所加入的石灰石将混合料的二元碱度调整至0.3)混合均匀，在圆盘造球机上造球，得到的生球直径为12mm，生球水分为8.5％，造球时间为12min，所得到的生球抗压强度12.5N/个、落下强度4.5次/0.5m、爆裂温度320℃，生球指标达到工业要求；将所得到的生球经过布料，干燥和预热焙烧，获得预热焙烧球。料层高度为200mm，鼓风干燥温度250℃，时间2min；抽风干燥温度280℃，时间4min，风速为1.2m/s；预热温度为1000℃，时间为15min，预热焙烧的风速为2.2m/s。
对比例2中预热球强度为180N/个，低温还原RDI+6.3mm和RDI+3.15mm分别为59.37％和84.93％，RDI-0.5mm为6.24％。相比于对比例1，低温还原粉化指标略有改善，但是改善效果不明显。
对比例3
以上述高碱金属铁矿为原料，经过高压辊磨在3.5t压力下辊磨一次，将辊磨后的铁矿、膨润土(0.5％)和焦粉(5％)混合均匀，在圆盘造球机上造球，得到的生球直径为12mm，生球水分为8.5％，造球时间为12min，所得到的生球抗压强度10.6N/个、落下强度4.2次/0.5m、爆裂温度280℃，生球指标达到工业要求；将所得到的生球经过布料，干燥和预热焙烧，获得预热焙烧球。料层高度为200mm，鼓风干燥温度250℃，时间2min；抽风干燥温度280℃，时间4min，风速为1.2m/s；预热温度为1000℃，时间为15min，预热焙烧的风速为2.2m/s。
对比例3中预热球强度为250N/个，低温还原RDI+6.3mm和RDI+3.15mm分别为59.07％和85.03％，RDI-0.5mm为6.04％。相比于对比例1，低温还原粉化指标略有改善，但是改善效果不明显；相比于对比例2，低温还原粉化指标差不多。
对比例4
以上述高碱金属铁矿为原料，经过高压辊磨在3.5t压力下辊磨一次，将辊磨后的铁矿、膨润土(0.5％)、石灰石(所加入的石灰石将混合料的二元碱度调整至0.3)和焦粉(3％)混合均匀，在圆盘造球机上造球，得到的生球直径为12mm，生球水分为8.5％，造球时间为12min，所得到的生球抗压强度11.6N/个、落下强度4.2次/0.5m、爆裂温度300℃，生球指标达到工业要求；将所得到的生球经过布料，干燥和预热焙烧，获得预热焙烧球。料层高度为200mm，鼓风干燥温度250℃，时间2min；抽风干燥温度280℃，时间4min，风速为1.2m/s；预热温度为1000℃，时间为15min，预热焙烧的风速为2.2m/s。
对比例4中预热球强度为225N/个，低温还原RDI+6.3mm和RDI+3.15mm分别为62.37％和85.93％，RDI-0.5mm为6.04％。相比于对比例2，低温还原粉化指标略有改善，但是改善效果不明显。
对比例5
以上述高碱金属铁矿为原料，经过高压辊磨在3.5t压力下辊磨一次，将辊磨后的铁矿、膨润土(0.5％)、石灰石(所加入的石灰石将混合料的二元碱度调整至1.1)和焦粉(5％)混合均匀，在圆盘造球机上造球，得到的生球直径为12mm，生球水分为8.5％，造球时间为12min，所得到的生球抗压强度8.6N/个、落下强度3.2次/0.5m、爆裂温度180℃，生球指标未达到工业要求，所以不进行后续焙烧实验。
实施例1
以上述高碱金属铁矿为原料，经过高压辊磨在3.5t压力下辊磨一次，将辊磨后的铁矿、膨润土(0.5wt％)、石灰石(所加入的石灰石将混合料的二元碱度调整至0.3)和焦粉(5wt％)混合均匀，在圆盘造球机上造球，得到的生球直径为12mm，生球水分为8.5％，造球时间为12min，所得到的生球抗压强度14.6N/个、落下强度5.2次/0.5m、爆裂温度330℃，生球指标达到工业要求；将所得到的生球经过布料，干燥和预热焙烧，获得预热焙烧球。料层高度为200mm，鼓风干燥温度250℃，时间2min；抽风干燥温度280℃，时间4min，风速为1.2m/s；预热温度为1000℃，时间为15min，预热焙烧的风速为2.2m/s。
实施例1中预热球强度为525N/个，低温还原RDI+6.3mm和RDI+3.15mm分别为97.87％和99.35％，RDI-0.5mm仅为0.24％。
实施例2
以上述高碱金属铁矿为原料，经过高压辊磨在3.5t压力下辊磨一次，将辊磨后的铁矿、膨润土(0.5％)、石灰石(所加入的石灰石将混合料的二元碱度调整至0.7)和焦粉(5％)混合均匀，在圆盘造球机上造球，得到的生球直径为12mm，生球水分为8.5％，造球时间为12min，所得到的生球抗压强度15.6N/个、落下强度5.5次/0.5m、爆裂温度320℃，生球指标达到工业要求；将所得到的生球经过布料，干燥和预热焙烧，获得预热焙烧球。料层高度为200mm，鼓风干燥温度250℃，时间2min；抽风干燥温度280℃，时间4min，风速为1.2m/s；预热温度为1000℃，时间为15min，预热焙烧的风速为1.8m/s。
实施例2中预热球强度为535N/个，低温还原RDI+6.3mm和RDI+3.15mm分别为98.87％和99.65％，RDI-0.5mm仅为0.14％。
实施例3
以上述高碱金属铁矿为原料，经过高压辊磨在3.5t压力下辊磨一次，将辊磨后的铁矿、膨润土(0.5％)、石灰石(所加入的石灰石将混合料的二元碱度调整至0.7)和焦粉(10％)混合均匀，在圆盘造球机上造球，得到的生球直径为12mm，生球水分为8.5％，造球时间为12min，所得到的生球抗压强度13.6N/个、落下强度4.2次/0.5m、爆裂温度275℃，生球指标达到工业要求；将所得到的生球经过布料，干燥和预热焙烧，获得预热焙烧球。料层高度为200mm，鼓风干燥温度250℃，时间2min；抽风干燥温度280℃，时间4min，风速为1.2m/s；预热温度为1000℃，时间为15min，预热焙烧的风速为2.2m/s。
实施例3中预热球强度为530N/个，低温还原RDI+6.3mm和RDI+3.15mm分别为98.97％和99.75％，RDI-0.5mm仅为0.04％。
实施例4
以上述高碱金属铁矿为原料，经过高压辊磨在3.5t压力下辊磨一次，将辊磨后的铁矿、膨润土(0.5％)、石灰石(所加入的石灰石将混合料的二元碱度调整至0.5)和焦粉(10％)混合均匀，在圆盘造球机上造球，得到的生球直径为12mm，生球水分为8.5％，造球时间为12min，所得到的生球抗压强度14.6N/个、落下强度4.4次/0.5m、爆裂温度295℃，生球指标达到工业要求；将所得到的生球经过布料，干燥和预热焙烧，获得预热焙烧球。料层高度为180mm，鼓风干燥温度240℃，时间2min；抽风干燥温度260℃，时间4min，风速为1.4m/s；预热温度为1050℃，时间为15min，预热焙烧的风速为2.0m/s。
实施例4中预热球强度为550N/个，低温还原RDI+6.3mm和RDI+3.15mm分别为99.07％和99.78％，RDI-0.5mm仅为0.03％。
实施例5
以上述高碱金属铁矿为原料，经过高压辊磨在3.5t压力下辊磨一次，将辊磨后的铁矿、膨润土(0.5％)、石灰石(所加入的石灰石将混合料的二元碱度调整至0.5)和焦粉(15％)混合均匀，在圆盘造球机上造球，得到的生球直径为12mm，生球水分为8.5％，造球时间为12min，所得到的生球抗压强度12.6N/个、落下强度4.1次/0.5m、爆裂温度265℃，生球指标达到工业要求；将所得到的生球经过布料，干燥和预热焙烧，获得预热焙烧球。料层高度为180mm，鼓风干燥温度230℃，时间2min；抽风干燥温度250℃，时间4min，风速为1.2m/s；预热温度为1050℃，时间为25min，预热焙烧的风速为2.0m/s。
实施例5中预热球强度为650N/个，低温还原RDI+6.3mm和RDI+3.15mm分别为99.27％和99.88％，RDI-0.5mm仅为0.02％。

Claims (10)

1.一种改善高碱金属球团还原粉化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将粗粒级的熔剂和还原剂进行球磨，得到细磨物料，然后对细磨物料、铁矿粉进行高压辊磨，得到预处理原料；所述铁矿粉中，碱金属氧化物总质量大于0.25wt％、优选为大于等于0.5wt％；
S2、将步骤S1所得预处理原料、粘结剂按照设定比例配料，进行混匀，得到混合料；所述混合料中，还原剂的占比大于等于5wt％；控制混合料的二元碱度CaO/SiO2质量比为0.3-0.95；
S3、步骤S2所得到混合料进行造球，得到预定粒度的生球；
S4、将步骤S3所得的生球在800-1100℃进行预热焙烧，得到预热球团；其中，预热焙烧时间为5-30min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，将粗粒级的熔剂和还原剂磨至粒度为-0.074mm占75-85％；所述的球磨工艺为干磨或湿磨；
所述铁矿的粒度为-0.074mm占80％以上，+0.15mm小于2％，经过高压辊磨预处理后原料的比表面积达到1500-1900cm2/g。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中高碱金属铁矿包含以下质量百分含量的组分：
Fe2O330～65％，
Al2O35～30％，
Na2O+K2O0.1～10％，优选为0.25～6％，
TiO20～10％，
SiO25-20％，
余量为CaO及其它杂质，且(Na2O+K2O)大于等于0.25％、优选为大于等0.5％、进一步优选为0.5-5％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1中熔剂为石灰石、生石灰或消石灰，控制混合料的二元碱度CaO/SiO2质量比为0.5-0.7。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述粘结剂为膨润土、有机粘结剂或者复合粘结剂中一种或几种，其用量为混合料的0.5wt％-2wt％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2中还原剂为含碳燃料，其比例为混合料的5wt％-20wt％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3采用圆盘造球机造球，造球水分为8wt％～12wt％，造球时间为8～14min，所制备生球的粒度为10～16mm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S4中预热焙烧前还包括干燥处理，所述干燥是将生球在流动的空气下进行干燥，干燥处理的温度为250-280℃，时间为5-10min，干燥风速为1.2-2.0m/s。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所得预热球强度大于520N/个，低温还原RDI+6.3mm大于97.5％；低温还原RDI+3.15mm大于等99％；RDI-0.5mm小于0.25％。
10.根据权利要求1-9项中任一项所述改善高碱金属球团粉化的方法在球团工艺中的应用。
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