CN116121473A - 一种用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料及其制备方法，主要解决现有小粒径的铁粉和焦粉不能直接作为高炉炼铁炉料使用的技术问题。技术方案为，一种用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料，其化学成分的重量百分比为：Fe 60～70％，C 13～16％，Zn 0.01～0.2％，Na₂O+K₂O＜0.3％，其余为不可避免的杂质；冷压复合炉料的常温落下强度≥5次/5m·个，常温抗压强度＞2500N/个球，1000℃保温30分钟不会出现破碎，1000℃抗压强度≥3000N/个球。本发明冷压复合炉料既可作为一种高炉增产节能的炉料使用，又可作为调剂高炉炉况炉料使用，降低了高炉冶炼能耗。

Description

一种用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高炉炼铁用炉料，特别涉及一种用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料及其制备方法，属于高炉炼铁技术领域。

背景技术

当前，中国每年产生的废钢总量接近2亿吨，约占钢产量的20％，以后还会逐年增加，其中有5％左右的废钢为粒径细小的铁粉或者铁屑，总量超过千万吨，这部分废钢的品位一般在90％以下，而且由于颗粒小，炼钢工序难以直接使用，需要通过配合其它大尺寸的废钢打包造块后供炼钢使用，但因为料形及品位的影响收得率欠佳，影响钢厂的整体经济效益。

目前，钢铁企业通过热压工艺将这部分细小颗粒的铁粉经过热压工艺技术将其造块，供高炉炼铁使用，因为在造块过程中需要将原料加热到较高温度后再加压成型，所以需要消耗能源，产品成本高，难以大规模推广使用。

中国冶金焦炭的产量已超过4亿吨，直接用于高炉炼铁的比例占到总量的85％左右，有将近6000万吨的小粒径(大部分＜5mm)的焦粉，不能给高炉直接使用，这部分来源于宝贵的冶金焦资源的焦粉，一般作为钢铁厂非高炉工序的加热燃料使用，如烧结工序，其能量使用效率远低于高炉，这种方式既浪费了资源又增加了钢铁厂成本。

小粒径的铁粉和焦粉的回收利用技术是钢铁企业需要解决的行业难题。

铁焦混合造块生产铁焦的方法，将铁矿石与焦粉、煤粉加入粘结剂混合后先冷压成型，然后再高温干燥或者800℃以上干馏，成品铁焦具有焦炭和烧结球团的综合性能，处理工艺较复杂，需要消耗热量，经济性及环保性不佳。

公开号为CN112111616A一种高炉炼铁用冷压复合炉料及其制备方法，其公开的技术方案所述的冷压复合炉料组分的重量百分比为，铁刨花70-90％，铁屑10-20％，焦粉9-12％，通过大比例的铁刨花发挥纤维咬合作用冷压成型，其使用的粒度细的铁粉(铁屑)比例不超过20％，由于铁刨花资源紧张价格高，所以该冷压球的成本较高，而且该技术处理高比例的铁粉成球时，成球率及成球强度均较差，不能满足生产及高炉使用要求。

综上所述，现有的技术中铁焦制造均需要冷压成型后经过高温处理消耗额外能源，才能保证产品的性能满足高炉生产要求，而且其含铁原料大部分为铁氧化物，其工艺对大部分铁元素以金属铁状态存在的含铁废弃物而言也不适应；有的冷压造球技术虽然不需要高温处理，但在配料中需要配加70％以上的高比例铁刨花，不能满足大比例使用低价细铁粉原料造球要求，所以现有处理工艺从经济性、技术性及环保性三方面考虑并不适合铁粉类的含铁废弃物的加工处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料及其制备方法，主要解决现有小粒径的铁粉和焦粉不能直接作为高炉炼铁炉料使用的技术问题。本发明冷压复合炉料的冶金性能好，满足了高炉炼铁对炉料的要求。

本发明的技术思路是，将铁粉配加一定比例的焦粉及粘结剂，通过成型机将其冷压制成合适粒径的近似球状炉料供高炉冶炼使用。

本发明采用的技术方案是，一种用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料，其化学成分的重量百分比为：Fe 60～70％，C 13～16％，Zn 0.01～0.2％，Na₂O+K₂O＜0.3％，其余为不可避免的杂质。

一种高炉炼铁用冷压复合炉料，其原料组分的重量百分比为，铁粉75～80％，焦粉15～18％，粘结剂5～8％，各原料组分的重量百分比之和为100％。

本发明原料其组成成分的重量百分比为：

铁粉：Fe≥85％，Zn 0.01％～0.20％；

焦粉：C≥85％，Zn 0.01％～0.20％；

粘结剂：玉米淀粉70％～80％，膨润土20％～30％。

铁粉粒径≤3mm；焦粉粒径≤5mm；粘结剂粒径＜0.15mm。

粘结剂原料组成限定在上述范围内的理由如下：

粘结剂中的玉米淀粉的分子量及链淀粉含量较高，分子中支链含量适中末端-CHO含量不多，糊的粘度很高，粘韧性长，保证了冷压球良好的成球性及常温及中温抗压强度；经综合考虑，本发明粘结剂中玉米淀粉含量为70％～80％

粘结剂中的膨润土，主要成分为SiO₂，其质量含量≥65％，SiO₂在600-1000℃范围内，会与铁料中的氧化铁形成硅酸铁类固溶体，进一步提高冷压球的强度，从而保证本发明复合炉料高温抗压强度；经综合考虑，本发明粘结剂中膨润土含量为20％～30％。

冷压复合炉料在冷压成球的过程中，除物料之间的物理咬合之外主要靠前述粘结剂粘结作用，成形后的冷压复合炉料具有良好的冷强度及热强度。

本发明冷压复合炉料为椭球形，冷压复合炉料的形状尺寸为：15～20mm×25～30mm×35～40mm。

冷压复合炉料的常温落下强度≥5次/5m·个，常温抗压强度＞2500N/个球，1000℃保温30分钟不破碎，1000℃抗压强度≥3000N/个球。

本发明所述的冷压复合炉料常温落下强度具体为，在15～25℃的温度下，将冷压复合炉料从5米高度垂直自由落体下落撞击在Q195P钢地板上，重复此实验，冷压复合炉料发生破碎时的自由落体次数为冷压复合炉料常温落下强度。

本发明所述冷压复合炉料的常温抗压强度具体为，在15～25℃的温度下，将冷压复合炉料沿垂直方向加压至破碎，破碎时的压力值为冷压复合炉料的抗压强度。

本发明所述冷压复合炉料的1000℃抗压强度具体为，在1000℃的温度下，将冷压复合炉料沿垂直方向加压至破碎，破碎时的压力值为1000℃冷压复合炉料的抗压强度。

本发明冷压复合炉料既可以作为一种高炉增产节能的炉料使用，又可以作为调剂高炉炉况炉料使用。

本发明冷压复合炉料的铁含量在60％以上并且绝大部分为金属铁形式，扣除C以后进行计算则铁含量超过70％，无明显的软熔区间，在高炉环境下1480℃以前能够充分滴落。既可以作为一种高炉增产节能的炉料使用，又可以作为调剂高炉炉况炉料使用，一般和高炉常规烧结矿、球团矿配合使用，使用过程中不用额外配加焦炭，用量不超过100kg/吨生铁，具体选择根据高炉具体条件来决定。由于其高铁含量及传统炉料无以比拟的冶金能，能够显著提高高炉产量和降低燃料比。

上述用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料的制备方法，包括以下步骤：

1)配料，按配比分别称量铁粉、焦粉及粘结剂；

2)混料，用搅拌机将铁粉、焦粉及粘结剂混匀，混匀料组分的重量百分比为：铁粉75-80％，焦粉15-18％，粘结剂5-8％，各原料组分的重量百分比之和为100％；

3)冷压成椭球形，采用对辊压力机对混匀料进行冷压成椭球形，得到成品冷压复合炉料。

进一步，步骤3)中，控制对辊压力机的工作压力为12～15MPa；控制冷压复合炉料的形状尺寸为15～20mm×25～30mm×35～40mm，效果佳。

采用上述冷压复合炉料进行高炉炼铁的方法，该方法包括以下步骤：

1)配置铁矿石原料，按渣铁比≤350kg/t的控制要求配置铁矿石原料，铁矿石原料中各组分质量百分比：烧结矿80％-85％，块矿10％-15％，冷压复合炉料1％～6％，控制铁矿石原料的二元碱度R₂为1.50-1.70；

2)布料，将焦炭和铁矿石原料交替布料入高炉，形成矿石层和焦炭层的交替层状结构；

3)高炉冶炼，冶炼过程中控制铁水温度T_p≥1500℃，炉渣温度≥1530℃；

4)正常出铁。

本发明冷压复合炉料加入高炉后，由于其铁份远高于常规铁矿石，所以可以降低渣比，提高高炉产量降低燃料消耗；由于炉料中的主要铁元素为金属铁，另外由于配加了一定比例的复合粘结剂，所以在中低温区不会发生粉化；在高炉内处于高温和还原性工况，炉料中的焦粉与CO₂的反应性高于高炉料柱中的正常焦炭，所以会优先与高炉煤气中的CO₂进行气化反应：C+CO₂→2CO，从而保护了焦炭，使其以更好地状态到达高炉下部；冷压复合炉料中的焦粉还能与含铁料发生渗碳反应：3Fe(L)+C→Fe₃C(L)

满足自身铁水冶炼的要求，不消耗其他的正常焦炭；冷压复合炉料的主要成分为金属铁，渗碳后没有明显的软熔区间，高炉条件内1480℃以下，炉料能够完全熔化滴落。

本发明炉料由于设计了合适的焦炭配加比，基于前述两种反应的存在在高炉软熔带之前，炉料中95％以上的C可以被反应消耗，避免了对高炉下部的透气性造成不良影响。

基于上述实际，如果能够将细小的铁粉与焦粉按照一定比例混合后，重新造块，技术经济性均能够满足高炉炼铁需求情况下供高炉炼铁使用，将有利于钢铁厂实现资源利用及节能减排。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明冷压复合炉料加工方法采用无加热冷压工艺，不用消耗用于加热的能源，加工简单成本低，其常温高温强度均能满足高使用要求。2、本发明冷压复合炉料所使用粘结剂，使冷压球的冷热强度更高，常温强度达到2500N/个球以上，1000℃强度达到3000N/个球。3、本发明冷压复合炉料由于所用铁料为低价的高金属铁含量的细铁粉，降低了冷压球成本，同时能够显著降低高炉渣比，提高高炉产量降低燃料消耗。4、本发明冷压复合炉料由于配加了一定比例的焦粉，在高炉使用过程中能够满足自身的热量及冶炼铁水渗C需求，不用额外配加成品冶金焦炭，降低了高炉燃料成本。5、本发明冷压复合炉料由于其含铁量高于传统烧结矿与球团矿接近，而且含有合适比例的焦炭，高炉在使用过程中不用额外配加焦炭；炉料在高炉块状带不粉化，软熔带没有明显的熔融区间，与传统高炉铁矿石相比具有极大优势，能够更好地地满足高炉冶炼需求，在显著提升高炉效率增加产量的基础上，进一步降低燃料比减少碳排放；能够显著提高高炉的生产效率，降低高炉冶炼能耗，实现冶金行业含铁废弃资源的有效利用。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步描述本发明。

实施例1，一种用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料，其化学成分的重量百分比为：Fe64％，C 16％，Zn 0.1％，Na₂O+K₂O 0.15％其余为不可避免的杂质，各组成组分的重量百分比之和为100％；冷压复合炉料的形状尺寸为20mm×30mm×35mm。

上述用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)配料，按配比分别称量铁粉、焦粉及粘结剂；

2)混料，用搅拌机将铁粉、焦粉及粘结剂混匀，混匀料组分的重量百分比为：铁粉80％，焦粉15％，粘结剂5％，各原料组分的重量百分比之和为100％；

3)冷压成椭球形，采用对辊压力机对混匀料进行冷压成椭球形，得到成品冷压复合炉料，辊压力机的工作压力为20MPa，冷压复合炉料的形状尺寸为20mm×30mm×35mm。

将本发明的冷压复合炉料进行常温落下强度、常温抗压强度和1000℃抗压强度检测，冷压复合炉料的常温落下强度为8次/5m·个，常温抗压强度为2630N/个球，1000℃保温30分钟不会出现破碎，1000℃抗压强度为3200N/个球。

用上述冷压复合炉料进行高炉炼铁的方法，包括以下步骤：

1)配置铁矿石原料，按渣铁比330kg/t的控制要求配置铁矿石原料，铁矿石原料中各组分质量百分比：烧结矿82％，块矿15％，冷压复合炉料3％，控制铁矿石原料的二元碱度R₂为1.65；

2)布料，将焦炭和铁矿石原料交替布料入高炉，形成矿石层和焦炭层的交替层状结构；

3)高炉冶炼，冶炼过程中控制铁水温度T_p≥1500℃，炉渣温度≥1530℃；

4)正常出铁。

实施例1在3200m³高炉，铁矿石原料原料中冷压复合炉料加入量为50kg/tHM，加入方式为与高炉常规铁矿石烧结矿及块矿混合后布入炉内，正常冶炼出铁，使用该复合炉料后，炉况维持了稳定顺行，高炉的产量提高了接近5％，燃料比降低5kg/t。

除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料，其化学成分的重量百分比为：Fe 60～70％，C 13～16％，Zn 0.01～0.2％，Na₂O+K₂O＜0.3％，其余为不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料，其特征是，所述冷压复合炉料的形状尺寸为：15～20mm×25～30mm×35～40mm。

3.如权利要求1所述的用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料，其特征是，所述冷压复合炉料由铁粉、焦粉和粘结剂这些原料按权利要求1成分配制，铁粉粒径≤3mm，焦粉粒径≤5mm；粘结剂组成成分的重量百分比为，玉米淀粉70％～80％，膨润土20％～30％。

4.如权利要求3所述的用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料，其特征是，所述冷压复合炉料原料组分的重量百分比为，铁粉75～80％，焦粉15～18％，粘结剂5～8％，各原料组分的重量百分比之和为100％。

5.如权利要求3所述的用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料，其特征是，所述铁粉组成成分的重量百分比为，Fe≥85％，Zn 0.01％～0.20％；所述焦粉组成成分的重量百分比为，C≥85％，Zn 0.01％～0.20％。

6.如权利要求3所述的用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料，其特征是，所述粘结剂粒径＜0.15mm。

7.如权利要求1所述的用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料，其特征是，所述冷压复合炉料的常温落下强度≥5次/5m·个，常温抗压强度＞2500N/个球，1000℃保温30分钟不破碎，1000℃抗压强度≥3000N/个球。

8.一种制备权利要求1所述的用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料的方法，其特征是，包括以下步骤：

1)配料，按配比分别称量铁粉、焦粉及粘结剂；

2)混料，用搅拌机将铁粉、焦粉及粘结剂混匀，混匀料组分的重量百分比为：铁粉75-80％，焦粉15-18％，粘结剂5-8％，各原料组分的重量百分比之和为100％；

3)冷压成椭球形，采用对辊压力机对混匀料进行冷压成椭球形，得到成品冷压复合炉料。

9.如权利要求8所述的制备权利要求1所述的用于高炉炼铁的低成本冷压复合炉料的方法，其特征是，步骤3)中，控制对辊压力机的工作压力为12～15MPa；控制冷压复合炉料的形状尺寸为15～20mm×25～30mm×35～40mm。

10.一种用冷压复合炉料进行高炉炼铁的方法，其特征是，用权利要求1所述的冷压复合炉料，包括以下步骤：

1)配置铁矿石原料，按渣铁比≤350kg/t的控制要求配置铁矿石原料，铁矿石原料中各组分质量百分比：烧结矿80％-85％，块矿10％-15％，冷压复合炉料1％～6％，控制铁矿石原料的二元碱度R₂为1.50-1.70；

2)布料，将焦炭和铁矿石原料交替布料入高炉，形成矿石层和焦炭层的交替层状结构；

3)高炉冶炼，冶炼过程中控制铁水温度T_p≥1500℃，炉渣温度≥1530℃；

4)正常出铁。