CN115505731A - 一种提高镁质球团焙烧强度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高镁质球团焙烧强度的方法，该方法是将铁精矿原料与包含草酸钙和腐殖酸盐的改性剂及含镁熔剂混匀后进行高压辊磨处理，高压辊磨所得物料与粘结剂及水分混合造球，所得球料依次进行干燥、预热和焙烧，得到镁质球团。该方法在利用包含草酸钙和腐殖酸盐等活性组分的改性剂的基础上结合高压辊磨预处理技术手段，能够显著改善铁精矿与含镁熔剂表面性质及矿化能力，促进含镁熔剂在铁精矿中分散性，提高固相反应效果，从而相同原料构成条件下，焙烧温度可降低15～35℃、焙烧时间缩短3～5min、焙烧球团强度可以提高至2820N/个，且该方法操作简单、生产成本低、环境友好，满足工业化生产要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高镁质球团焙烧强度的方法，属于钢铁冶金领域。
背景技术
球团矿因其具备优良的冶金性能、良好的机械强度，是理想的高炉原料。目前，国外高炉炼铁球团矿比例已超过60％，甚至达到100％，但国内高炉球团矿配比一般低于20％。国内优质铁精矿资源匮乏，硅含量高是我国铁矿石的普遍情况，高硅矿在氧化球团制备以及还原过程中极易生成难还原的橄榄石，严重制约其在高炉中的高比例应用。为强化高硅矿冶金性能指标，通常通过配加含镁熔剂，制备成高硅镁质球团。氧化镁在焙烧过程中会与铁矿物生成镁铁尖晶石，有利于抑制球团还原膨胀、提高球团还原度。然而，含镁熔剂(氧化镁粉、菱镁矿等)在氧化球团制备过程中生成高熔点的尖晶石，不利于球团固结。且含镁碳酸盐自身空隙结构丰富，高温分解生成的气孔显著降低产品球团机械强度，增加球团粉化率。为保证球团强度，通常采用的方法为提高焙烧温度、延长焙烧时间、增加膨润土配比等，但同时将显著提高球团生产过程能耗及工序成本。
因此，开发提高镁质球团焙烧强度的方法，对优化球团制备工艺，提高镁质氧化球团品质意义重大。
发明内容
针对现有技术中，生产镁质球团时面临的适宜焙烧温度高、焙烧时间长、焙烧球团强度低等现状，本发明的目的是在于提供一种提高镁质球团焙烧强度的方法，该方法在利用包含草酸钙和腐殖酸盐等活性组分的改性剂的基础上结合高压辊磨预处理技术手段，能够显著改善铁精矿与含镁熔剂表面性质及矿化能力，促进含镁熔剂在铁精矿中分散性，提高固相反应效果，从而相同原料构成条件下，焙烧温度可降低15～35℃、焙烧时间缩短3～5min、焙烧球团强度可以提高至2820N/个，且该方法操作简单、生产成本低、环境友好，满足工业化生产要求。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种提高镁质球团焙烧强度的方法，该方法是将铁精矿原料与改性剂及含镁熔剂混匀后进行高压辊磨处理，高压辊磨所得物料与粘结剂及水分混合造球，所得球料依次进行干燥、预热和焙烧，得到镁质球团；所述改性剂包含草酸钙和腐殖酸盐。
本发明技术方案的关键是在于在精铁矿原料进行造球过程中采用了特殊的改性剂(活性成分为草酸钙和腐殖酸盐)的基础上结合使用了高压辊磨手段，两者共同作用能够有效提高球团焙烧过程中固相反应速率、降低固相反应温度，以及提高镁质球团强度。草酸钙和腐殖酸盐作为化学改性剂，两者协同作用起到活化赤铁矿和磁铁矿表面活性的作用，促进铁矿石颗粒与含镁熔剂之间的接触，有利于焙烧过程固相反应进行，特别是腐殖酸盐在铁矿石与含镁熔剂颗粒之间形成桥键作用，促进含镁熔剂在铁矿石中的分散，有利于降低焙烧过程元素偏析，同时腐殖酸盐和草酸钙在预热焙烧过程中可释放出少量H2和CO等活性气体，促使铁矿物表面产生适量缺陷，降低固相反应活化能，在采用化学改性剂的基础上，进一步采用了高压辊磨手段，利用高压辊磨的机械力的作用，可以在一定程度上将粗粒级的铁精矿颗粒破碎、压裂，提高造球精粉原料的比表面积，通过使铁精矿和含镁溶剂的粒度变细，大幅度提高铁矿石颗粒与含镁熔剂之间的接触面积，有利于铁精矿矿化，有利于提高焙烧球团的强度，同时，利用高压辊磨的机械能促进草酸钙和腐殖酸盐改性剂与铁矿石颗粒表面的物理化学反应，使得部分钙离子直接进入铁精矿表面空隙、裂纹等结构中，在后续焙烧过程中可以起到活化晶格、促进微区液相生成、提高固相反应速率的作用。综上所述，通过化学改性剂和高压辊磨机械活化的共同作用，为焙烧过程提高固相反应速率、降低反应温度、提高焙烧球团强度提供有利条件。
作为一个优选的方案，所述改性剂由草酸钙和腐殖酸盐按照质量百分比60％～80％：40％～20％组成。草酸钙和腐殖酸盐分别起到活化铁矿石颗粒表面和强化分散性的作用，草酸钙在焙烧过程可以显著活化铁矿石颗粒，优先固相反应形成低熔点液相前驱物，有利于降低焙烧过程铁矿物之间固相反应的活化能。单独的草酸钙分散性差，无法与铁精矿颗粒充分混匀，而利用腐殖酸钠来强化草酸钙的分散作用，而单独采用腐殖酸盐难以达到充分活化铁矿石的作用。
作为一个优选的方案，所述腐殖酸盐为腐殖酸钠。
作为一个优选的方案，所述改性剂的质量占铁精矿原料干基质量的0.1～0.3％。如果改性剂用量低无法在铁精矿表面形成有效的离子浓度，如果改性剂的用量过高，腐殖酸钠容易团聚，不利于高压辊磨工序的顺利进行。
作为一个优选的方案，所述铁精矿原料包含磁铁矿。
作为一个优选的方案，所述铁精矿原料包含赤铁矿；所述赤铁矿的质量不超过铁精矿原料质量的40％。磁铁矿和赤铁矿精粉均可以用于制备镁质球团，但赤铁矿矿化难度更高，如果在球团生产过程中赤铁矿比例提高，则需要进一步提高焙烧温度才能保障成品球团强度。
作为一个优选的方案，所述铁精矿原料的粒度满足-0.074mm粒级的质量百分比含量高于60％。
作为一个优选的方案，所述铁精矿原料的水分质量百分比含量控制在6.2～7.9％。铁精矿原料必须保持合适的含水率，主要是基于改性剂在精铁矿表面的物理化学作用需要充分吸水，且改性剂的分散也需要水分，因此铁精矿原料的水分含量不宜过低，但是过量的水分会严重影响高压辊磨过程，因为高压辊磨机对物料表面水分敏感，水分过高会造成堵料，影响辊磨效果。
作为一个优选的方案，所述高压辊磨控制物料粒度在-0.074mm粒级的质量百分比含量高于90％。作为一个较优选的方案，所述高压辊磨压力为50～150bar。高压辊磨常用于铁精矿预处理过程，但利用高压辊磨机械活化来强化化学改性剂对铁精矿的活化作用，这并非是常见的。在高压辊磨的机械力的作用下，不但可以将粗粒级的铁精矿颗粒破碎、压裂，提高造球精粉原料的比表面积，使得铁精矿原料的粒度变细，可以提高铁矿石颗粒与熔剂之间的接触面积，有利于铁精矿矿化，提高焙烧球团的强度，特别是在高压辊磨过程中可以强化草酸钙和腐殖酸盐改性剂在铁矿石颗粒表面的物理化学反应，部分钙、镁离子将直接进入铁精矿表面空隙、裂纹等结构中，在后续焙烧过程中可以起到活化晶格、促进微区液相生成、提高固相反应速率的作用。
本发明的铁精矿原料的造球过程为现有技术中常规的造球工艺。
本发明的铁精矿原料的造球过程中采用的粘结剂为常见的膨润土。
本发明的铁精矿原料的造球过程中水分添加量为常规添加量。
本发明的铁精矿原料的造球过程中含镁熔剂为氧化镁、碳酸镁等常见的含镁熔剂。
相对于现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：
本发明的镁质球团制备过程中采用了特殊的化学改性剂，活性成分为草酸钙和腐殖酸盐，两者协同作用起到活化赤铁矿和磁铁矿表面活性的作用，促进铁矿石颗粒与含镁熔剂之间的接触，有利于焙烧过程固相反应进行，特别是腐殖酸盐在铁矿石与含镁熔剂颗粒之间形成桥键作用，促进含镁熔剂在铁矿石中的分散，有利于降低焙烧过程元素偏析，同时腐殖酸盐和草酸钙在预热焙烧过程中可释放出少量H2和CO等活性气体，促使铁矿物表面产生适量缺陷，降低固相反应活化能。
本发明的镁质球团制备过程中采用化学改性剂的基础上结合高压辊磨手段，利用高压辊磨的机械力的作用不但可以提高造球精粉原料的比表面积，通过使铁精矿和含镁溶剂的粒度变细，大幅度提高铁矿石颗粒与熔剂之间的接触面积，有利于铁精矿矿化，有利于提高焙烧球团的强度，而且可以利用高压辊磨的机械能促进草酸钙和腐殖酸盐改性剂与铁矿石颗粒表面的物理化学反应，使得部分钙、镁离子直接进入铁精矿表面空隙、裂纹等结构中，在后续焙烧过程中可以起到活化晶格、促进微区液相生成、提高固相反应速率的作用。
本发明的镁质球团制备过程中化学改性剂的用量低、成本低，能够显著提高镁质球团的强度。
4)本发明的镁质球团制备过程操作简单、成本低，且焙烧温度低，时间短，焙烧球团品质高，有利于规模化生产。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。
对比例1
常规工艺，直接混匀，焙烧温度高，球团强度差。
以某磁铁精矿(粒度-0.074mm比例为63％)为原料，首先将铁精矿原料和含镁熔剂(MgO粉2％)与1％膨润土混匀并控制造球水分9.5％进行造球；最后进行干燥、预热、焙烧，得到镁质氧化球团成品。预热温度900℃，时间10min；焙烧温度1300℃，时间13min，焙烧球强度2130N/个。
对比例2
与实施例1相比，唯一区别在于，不添加改性剂(草酸钙和腐殖酸钠比例80％：20％)。
最终得到的焙烧球强度2230N/个。
对比例3
与实施例1相比，唯一区别在于，添加改性剂(腐殖酸钠100％)。
最终得到的焙烧球强度2360N/个。
对比例4
与实施例1相比，唯一区别在于，添加改性剂(草酸钙100％)。
最终得到的焙烧球强度2330N/个。
对比例5
与实施例1相比，唯一区别在于，不进行高压辊磨。
最终得到的焙烧球强度2080N/个。
实施例1
以某磁铁精矿(粒度-0.074mm比例为63％)为原料，首先将铁精矿原料干燥至水分6.2％，配加0.1％改性剂(草酸钙和腐殖酸钠比例80％:20％)和含镁熔剂(MgO粉2％)并进行充分混匀，将混匀后的物料进行高压辊磨处理，辊磨压力50bar，辊磨后物料粒度-0.074mm比例为90％；然后将辊磨后的铁精矿物料与1％膨润土混匀并控制造球水分9.5％进行造球；最后进行干燥、预热、焙烧，得到镁质氧化球团成品。预热温度900℃，时间10min；焙烧温度1300℃，时间13min，焙烧球强度2930N/个。
实施例2
以某磁铁精矿(粒度-0.074mm比例为63％)为原料，首先将铁精矿原料干燥至水分7.2％，配加0.1％改性剂(草酸钙和腐殖酸钠比例60％:40％)和含镁熔剂(菱镁矿2.5％)并进行充分混匀，将混匀后的物料进行高压辊磨处理，辊磨压力150bar，辊磨后物料粒度-0.074mm比例为92％；然后将辊磨后的铁精矿物料与1％膨润土混匀并控制造球水分9.2％进行造球；最后进行干燥、预热、焙烧，得到镁质氧化球团成品。预热温度900℃，时间10min；焙烧温度1250℃，时间12min，焙烧球强度2850N/个。
实施例3
以某磁铁矿/赤铁精矿混合矿(赤铁矿占比40％，粒度-0.074mm比例为75％)为原料，首先将铁精矿原料干燥至水分7.9％，配加0.3％改性剂(草酸钙和腐殖酸钠比例70％:30％)和含镁熔剂(MgO粉2.5％)并进行充分混匀，将混匀后的物料进行高压辊磨处理，辊磨压力100bar，辊磨后物料粒度-0.074mm比例为96％；然后将辊磨后的铁精矿物料与1％膨润土混匀并控制造球水分9.3％进行造球；最后进行干燥、预热、焙烧，得到镁质氧化球团成品。预热温度900℃，时间10min；焙烧温度1270℃，时间11min，焙烧球强度2860N/个。
实施例4
以某磁铁矿/赤铁精矿混合矿(赤铁矿占比20％，粒度-0.074mm比例为63％)为原料，首先将铁精矿原料干燥至水分7.9％，配加0.3％改性剂(草酸钙和腐殖酸钠比例70％:30％)和含镁熔剂(MgO粉2.5％)并进行充分混匀，将混匀后的物料进行高压辊磨处理，辊磨压力100bar，辊磨后物料粒度-0.074mm比例为96％；然后将辊磨后的铁精矿物料与1％膨润土混匀并控制造球水分9.5％进行造球；最后进行干燥、预热、焙烧，得到镁质氧化球团成品。预热温度900℃，时间10min；焙烧温度1255℃，时间12min，焙烧球强度2820N/个。
Claims (10)
1.一种提高镁质球团焙烧强度的方法，其特征在于：将铁精矿原料与改性剂及含镁熔剂混匀后进行高压辊磨处理，高压辊磨所得物料与粘结剂及水分混合造球，所得球料依次进行干燥、预热和焙烧，得到镁质球团；所述改性剂包含草酸钙和腐殖酸盐。
2.根据权利要求1所述的一种提高镁质球团焙烧强度的方法，其特征在于：所述改性剂由草酸钙和腐殖酸盐按照质量百分比60％～80％：40％～20％组成。
3.根据权利要求1所述的一种提高镁质球团焙烧强度的方法，其特征在于：所述腐殖酸盐为腐殖酸钠。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种提高镁质球团焙烧强度的方法，其特征在于：所述改性剂的质量占铁精矿原料干基质量的0.1～0.3％。
5.根据权利要求1所述的一种提高镁质球团焙烧强度的方法，其特征在于：所述铁精矿原料包含磁铁矿。
6.根据权利要求1或5所述的一种提高镁质球团焙烧强度的方法，其特征在于：所述铁精矿原料包含赤铁矿；所述赤铁矿的质量不超过铁精矿原料质量的40％。
7.根据权利要求1或5所述的一种提高镁质球团焙烧强度的方法，其特征在于：所述铁精矿原料的粒度满足-0.074mm粒级的质量百分比含量高于60％。
8.根据权利要求1或5所述的一种提高镁质球团焙烧强度的方法，其特征在于：所述铁精矿原料的水分质量百分比含量控制在6.2～7.9％。
9.根据权利要求1所述的一种提高镁质球团焙烧强度的方法，其特征在于：所述高压辊磨控制物料粒度在-0.074mm粒级的质量百分比含量高于90％。
10.根据权利要求1或8所述的一种提高镁质球团焙烧强度的方法，其特征在于：所述高压辊磨压力为50～150bar。
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