CN115820966A - 一种碱性钒钛球团加热压含碳钒钛球团的还原及非高炉冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碱性钒钛球团加热压含碳钒钛球团的还原及非高炉冶炼方法，其通过钒钛精矿提质、提高还原气品质、增加竖炉还原段比例、取消冷却段实现热装、改良电炉等措施，加快了气基竖炉还原钒钛球团矿的还原速率，增加了钒钛球团矿的最终还原度，实现钒钛球团矿的非高炉快速冶炼，同时添加热压含碳球团可以缓解球团还原膨胀带来的问题，克服了碱性钒钛球团还原膨胀率高，不符合气基竖炉对入炉球团矿还原膨胀率<10％的要求，拓宽了竖炉入炉球团品种。同时，相较高炉，使用较少的碳质还原剂，实现钒钛球团矿高金属化率短流程连续冶炼，从而降低吨铁能耗和碳排放。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，特别涉及非高炉炼铁技术，具体为一种碱性钒钛球团加热压含碳钒钛球团的还原及非高炉冶炼方法。
背景技术
目前，非高炉短流程冶炼工艺还未有使用钒钛矿进行冶炼的工业应用范例，但我国钒钛磁铁矿储量巨大，急需开发适合与钒钛矿冶炼的非高炉短流程工艺技术。与普通球团矿相比，钒钛球团矿还原难度大，还原时间长，使用适宜于普通矿冶炼的非高炉工艺技术，金属化球团会出现金属化率低，电炉内配碳量高，工艺能耗高等一系列问题。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明开发了一种适宜钒钛矿的非高炉冶炼方法，通过钒钛精矿提质、提高还原气品质、增加竖炉还原段比例、取消冷却段实现热装、改良电炉等措施，实现了钒钛球团矿高金属化率非高炉短流程连续冶炼，同时可降低吨铁碳排放。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种碱性钒钛球团加热压含碳钒钛球团的还原及非高炉冶炼方法，包括如下步骤：
①提质钒钛铁精矿，提质后与细粒石灰石制作碱度0.6-0.7的碱性球团。
提质前的钒钛铁精矿特征为TFe含量53-55％，TiO2含量10-12％，200目通过率大于85％；将钒钛铁精矿磨细至-0.038mm占比≥90％后，先用0.2mT强度磁场粗选，将粗选出的铁矿粉再经过0.15mT强度磁场进行精选，将粗选后的尾矿使用0.2mT强度磁场进行扫选，精选与扫选后的矿粉即为提质后钒钛精矿；提质后的钒钛铁精矿特征为TFe含量60-64％，TiO2含量 8-11％，800目通过率大于90％；所述细粒石灰石的-0.1mm粒级占比≥95％。
使用带式焙烧机制造碱性球团，预热温度900-950℃，预热时间13-17min，焙烧温度 1250-1280℃，焙烧时间15-20min。
所述步骤①制造的碱性球团特征为TFe含量≥60％，还原膨胀率≤12％，球团平均抗压强度≥3000N。
②使用提质钒钛铁精矿与煤粉制作热压含碳球团；其中煤粉配比为17-28％，提质钒钛铁精矿配比为72-83％，混合均匀后在250-350℃条件下热压成型，然后在900-950℃条件下通氮气保护以去除掉煤粉中挥发分。
所述步骤②热压含碳球团所用煤粉为1/3焦煤或肥煤，所述煤粉特征为挥发分20-32％，固定碳60-70％，灰分为6-12％。所述步骤②制造的热压含碳球团特征为TFe含量45-56％，C 含量为10-22％，平均抗压强度≥5500N；还原过程中产生收缩，其收缩率为8-15％，可为竖炉内部补充热量，弥补H2还原过程中吸取的部分热量。
③使用变压吸附工艺，以焦炉煤气为原料制取H2，以转炉煤气为原料制取CO，制取的 H2和CO纯度均为≥99％；将制取的H2和CO混合制作还原气，所述还原气的特征为H2/CO≥8，H2+CO≥90％，H2体积含量为大等于80％和小于100％。
④将高炉煤气捕集CO2后的气体与制取的CO混合后制作燃料气，用于加热还原气。
收集高炉煤气，捕集高炉煤气中CO2，使捕集后煤气中CO2含量≤3％，CO含量≥30％；将脱除CO2的高炉煤气与制取的CO混合制取燃料气，其中脱除CO2的高炉煤气用量为10-30％，燃料气特征为CO体积含量≥80％，N2体积含量≤20％。
⑤还原气和燃料气采取双层输送管送入竖炉，内层通入燃料气和空气，外层通入还原气，内外层以高导热耐火材料隔离，其中燃料气和空气体积比≥2.3:1，以保证燃料气过量，使燃烧后尾气中O2含量≤3％；还原气温度为1050-1080℃，还原气压力0.7-0.8MPa，还原气流量 15-20L/min。
⑥竖炉炉料结构为碱性球团与热压含碳球团质量比为1-5:1；所述还原气输送管布置在竖炉的还原段底部及还原段1/2处，还原段1/2处的还原气管道用于竖炉还原段中上部补热，占所有还原气管道的30-50％，根据还原气中H2含量调整；取消竖炉冷却段，增加还原段长度比例，还原段占竖炉高度的60-80％，使用竖炉到电炉热装工艺；卸料段设置上下部均带有阀门的金属化球团料仓，料仓有进气和出气口，通入燃料气燃烧后的尾气(O2含量≤3％)，尾气中含有较多CO，且O2含量很低，总体气氛为还原性，可用于渗碳和提高金属化率，同时可给金属化球团补热，使料仓内球团温度可保持≥800℃，保证进入电炉的金属化球团金属化率≥92％。
进一步的，所述竖炉炉料结构的碱性球团与热压含碳球团质量比为1-1.5:1。
⑦电炉为有四个进料口和两个铁口、两个渣口的结构，可实现连续装料技术。
设计了四个进料口，其中相对的两个为球团进料口，另外两个为溶剂和燃料进料口，球团进料口用溜槽连接至竖炉料仓，实现金属化球团热装，热装温度≥700℃；设计了上下铁口和上下渣口，上铁口出铁，上渣口控制液相线和炉内压力，下渣口和上铁口平齐，用于出铁后的排渣，留铁冶炼，配碳8-13％。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过提高还原气质量，添加含碳热压球团等措施，加快了气基竖炉还原钒钛球团矿的还原速率，增加了钒钛球团矿的最终还原度，实现钒钛球团矿的非高炉快速冶炼，同时添加热压含碳球团可以缓解球团还原膨胀带来的问题，克服了碱性钒钛球团还原膨胀率高，不符合气基竖炉对入炉球团矿还原膨胀率<10％的要求，拓宽了竖炉入炉球团品种。同时，相较高炉，使用较少的碳质还原剂，可降低吨铁能耗和碳排放。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式限制本发明。为免赘述，以下实施例中的原材料若无特别说明则均市售产品，所用方法若无特别说明则均为常规方法。测试生球抗压强度采用压力法检测，检测设备为球团抗压强度测定仪，依据标准GB/T 14201-2018《高炉和直接还原用铁球团矿抗压强度的测定》进行测定；还原膨胀指数测定依据GB/T 13240-2018《高炉用铁球团矿自由膨胀指数的测定》进行测定；还原速率指数和最终还原度的测定与计算方法依据GB/T 13241-2017《铁矿石还原性的测定方法》。
一种碱性钒钛球团加热压含碳钒钛球团的还原及非高炉冶炼方法，实施例1-3均包括如下步骤，各实施例与对比例的区别在如下实施内容中予以明确。
①提质钒钛铁精矿，提质后与细粒石灰石制作碱度0.7的碱性球团。
提质前的钒钛铁精矿特征为TFe含量55％，TiO2含量12％，200目通过率为88％；将钒钛铁精矿磨细至-0.038mm占比≥90％后，先用0.2mT强度磁场粗选，将粗选出的铁矿粉再经过0.15mT强度磁场进行精选，将粗选后的尾矿使用0.2mT强度磁场进行扫选，精选与扫选后的矿粉即为提质后钒钛铁精矿；提质后的钒钛铁精矿特征为TFe含量64％，TiO2含量10％， 800目通过率为92％；所述细粒石灰石的-0.1mm粒级占比96％。
使用带式焙烧机制造碱性球团，预热温度900-950℃，预热时间17min，焙烧温度1250-1280℃，焙烧时间20min。所述步骤①制造的碱性球团特征为TFe含量64％，还原膨胀率9％，球团平均抗压强度3100N。
②使用提质钒钛铁精矿与煤粉制作热压含碳球团；其中煤粉配比为24％，提质钒钛铁精矿配比为76％，混合均匀后在250-350℃条件下热压成型，然后在900-950℃条件下通氮气保护以去除掉煤粉中挥发分。
所述步骤②热压含碳球团所用煤粉为1/3焦煤，其特征为挥发分26％，固定碳65％，灰分为8％。所述步骤②制造的热压含碳球团特征为TFe含量50％，C含量为16％，平均抗压强度≥5500N。还原过程中产生收缩，其收缩率为8-15％，可为竖炉内部补充热量，弥补H2还原过程中吸取的部分热量。
③使用变压吸附工艺，以焦炉煤气为原料制取H2，以转炉煤气为原料制取CO，制取的 H2和CO纯度均为≥99％；将制取的H2和CO混合制作还原气，所述还原气的特征为H2/CO≥8，H2+CO≥90％。
④将高炉煤气捕集CO2后的气体与制取的CO混合后制作燃料气，用于加热还原气。
收集高炉煤气，捕集高炉煤气中CO2，使捕集后煤气中CO2含量为3％，CO含量≥30％；将脱除CO2的高炉煤气与制取的CO混合制取燃料气，其中脱除CO2的高炉煤气用量为10-30％，燃料气特征为CO体积含量≥80％，N2体积含量≤20％。
⑤还原气采取双层输送管送入竖炉，内层通入燃料气和空气，外层通入还原气，内外层以高导热材料隔离，其中燃料气和空气体积比≥2.3:1，以保证燃料气过量，使燃烧后尾气中 O2含量≤3％；还原气温度为1050℃，还原气压力0.7-0.8MPa。
⑥竖炉炉料结构为碱性球团与热压含碳球团质量比如表1所示；所述还原气输送管布置在竖炉的还原段底部及还原段1/2处，还原段1/2处的还原气管道用于竖炉还原段中上部补热，占所有还原气管道的30-50％，根据还原气中H2含量调整；取消冷却段，增加还原段比例，还原段占竖炉高度的60-80％，使用竖炉到电炉热装工艺；卸料段设置上下部均带有阀门的金属化球团料仓，所述料仓有进气和出气口，通入燃料气燃烧后的尾气(O2含量≤3％)，尾气中含有较多CO，且O2含量很低，总体气氛为还原性，可用于渗碳和提高金属化率，同时可给金属化球团补热，使料仓内球团温度可保持≥800℃，保证进入电炉的金属化球团金属化率≥92％。
⑦电炉为有四个进料口和两个铁口、两个渣口的结构，可实现连续装料技术。
设计了四个进料口，其中相对的两个为球团进料口，另外两个为溶剂和燃料进料口，球团进料口用溜槽连接至竖炉料仓，实现金属化球团热装，热装温度≥700℃；设计了上下铁口和上下渣口，上铁口出铁，上渣口控制液相线和炉内压力，下渣口和上铁口平齐，用于出铁后的排渣，留铁冶炼，配碳13％。
含钒铁水特征为：C含量2.8％～3.8％；
熔分渣特征为：FeO含量2％～5％，R2为0.5-0.6，TiO2含量30％～40％。
实施例1
实施例1的还原气为H2含量80％，CO含量10％，N2含量7％，CO2含量3％；还原温度1050℃，还原气流量15L/min。物料结构如表1所示，即83％碱性球团+17％热压含碳球团；实验室测定其还原速率指数和最终还原度如表1所示。
实施例2
实施例2的还原气为H2含量80％，CO含量10％，N2含量7％，CO2含量3％；还原温度1050℃，还原气流量15L/min。物料结构如表1所示，即77.5％碱性球团+22.5％热压含碳球团；实验室测定其还原速率指数和最终还原度如表1所示。
实施例3
实施例3的还原气为H2含量80％，CO含量10％，N2含量7％，CO2含量3％；还原温度1050℃，还原气流量15L/min。物料结构如表1所示，即72％碱性球团+28％热压含碳球团；实验室测定其还原速率指数和最终还原度如表1所示。
对比例1
对比例1的还原气为H2含量66％，CO含量11％，N2含量20％，CO2含量3％；还原温度1050℃，还原气流量15L/min。物料结构如表1所示，即100％碱性球团；实验室测定其还原速率指数和最终还原度如表1所示。
表1球团矿还原指标对比
| 名称 | 物料结构 | 还原速率指数wt％/min | 最终还原度％ |
| 对比例 | 100％碱性球团 | 2.4 | 91.72 |
| 实施例1 | 83％碱性球团+17％热压含碳球团 | 2.6 | 93.23 |
| 实施例2 | 77.5％碱性球团+22.5％热压含碳球团 | 2.9 | 94.95 |
| 实施例3 | 72％碱性球团+28％热压含碳球团 | 3.1 | 96.48 |
从上表可知，实施例的还原速率指数和最终还原度均高于对比例，这是由于H2含量增加，还原能力增加，还原速度变快所致；实施例中随着热压含碳球团配比增加，还原速率和最终还原度增加，这主要是由于球团中C参与了还原反应，加快了还原速度，且C的直接还原了 H2和CO不能还原的V和Ti进入了铁水，故其最终还原度和还原速率均增加。
对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种碱性钒钛球团加热压含碳钒钛球团的还原及非高炉冶炼方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
①提质钒钛铁精矿，提质后的钒钛铁精矿与细粒石灰石制作碱度0.6-0.7的碱性球团；使用带式焙烧机制造碱性球团，预热温度900-950℃，预热时间13-17min，焙烧温度1250-1280℃，焙烧时间15-20min；
②使用提质钒钛铁精矿与煤粉制作热压含碳球团；其中煤粉配比为17-28％，提质钒钛铁精矿配比为72-83％，混合均匀后在250-350℃条件下热压成型，然后在900-950℃条件下通氮气保护以去除掉煤粉中挥发分；
③使用变压吸附工艺，以焦炉煤气为原料制取H2，以转炉煤气为原料制取CO；将制取的H2和CO混合制作还原气，所述还原气中H2/CO≥8，H2+CO≥90％；
④将高炉煤气捕集CO2后的气体与制取的CO混合后制作燃料气；
⑤还原气和燃料气采取双层输送管送入竖炉，内层通入燃料气和空气，外层通入还原气，内外层以高导热耐火材料隔离，其中燃料气和空气体积比≥2.3:1；所述还原气温度为1050-1080℃，还原气压力为0.7-0.8MPa；
⑥竖炉炉料结构为碱性球团与热压含碳球团质量比为1-5:1；所述还原气输送管布置在竖炉的还原段底部及还原段1/2处；取消竖炉冷却段，增加还原段长度比例，还原段占竖炉高度的60-80％；卸料段设置上下部均带有阀门的金属化球团料仓，所述料仓有进气和出气口，通入燃料气燃烧后的尾气，所述尾气中O2含量≤3％；
⑦电炉为有四个进料口和两个铁口、两个渣口的结构，可实现连续装料技术。
2.根据权利要求1所述一种碱性钒钛球团加热压含碳钒钛球团的还原及非高炉冶炼方法，其特征在于：所述步骤①提质后的钒钛铁精矿特征为TFe含量60-64％，TiO2含量8-11％，800目通过率大于90％；所述细粒石灰石的-0.1mm粒级占比≥95％。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤①制造的碱性球团特征为TFe含量≥60％，还原膨胀率≤12％，球团平均抗压强度≥3000N。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤②热压含碳球团所用煤粉为1/3焦煤或肥煤，所述煤粉特征为挥发分20-32％，固定碳60-70％，灰分6-12％。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤②制造的热压含碳球团特征为TFe含量45-56％，C含量为10-22％，平均抗压强度≥5500N。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤⑥所述竖炉产出的金属化球团特征为金属化率≥92％。
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