CN116751971A - 一种高强度生物质含碳球团及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度生物质含碳球团及其制备方法与应用，涉及高炉炼铁技术领域，该球团包括以下质量分数的制备原料：70％～85％铁矿，4％～15％粘结剂，5％～11％生物质炭，1％～3％碱性熔剂。本发明的高强度生物质含碳球团中具有较高的强度和较好的耐磨性能，较高的热爆裂温度和较小的热爆裂指数使其进入高炉后能够有效的减少粉末产生量。高强度生物质含碳球团的还原性、还原膨胀性和低温还原粉化性能优于传统的烧结矿、球团矿和块矿，可以直接作为高炉炉料使用，降低高炉冶炼对焦炭的使用量，进而降低炼铁成本和CO2排放，具有显著的经济、社会和生态效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种高炉炼铁生产技术，特别涉及一种高强度生物质含碳球团及其制备方法与应用。
背景技术
传统高炉炉料主要以烧结矿和球团矿为主，在高炉内发生铁氧化物还原和渣铁熔分的过程，同时保证高炉块状带具有较高的孔隙率和煤气通透性，实现高炉冶炼的稳定和顺行。但烧结矿和球团过程都需要在高温条件下进行，在消耗大量化石燃料的同时还排放了大量的污染物，能够找到一种能够替代烧结矿和球团矿的新型炉料成为高炉炼铁生产实现绿色低碳可持续发展的关键。
冷固结含碳球团是一种自身配加一定炭质还原剂的球团矿，与传统的烧结矿和氧化球团矿相比，含碳球团扩大了碳氧还原反应的界面，减少了气体在固相反应界面的扩散，同时其自身碳氧直接接触，还原反应产生的气体在扩散排出的过程还抑制了氧化气体的氧化作用。含碳球团是高炉冶炼降低焦比、燃料比，提升生产效率的有效手段。
冷固结球团与烧结矿和传统氧化球团相比不需要高温烧结或焙烧，具有设备简单、工艺流程短、建设投资费用低、CO2和污染物排放少的特点，特别是冷固结球团可以采用铁矿粉和煤粉还原剂一块造块，制备具有一定碳含量的含铁物料，这是传统烧结矿和氧化球团矿难以做到的。
传统的冷固结球团一般采用粘结剂作为提升球团强度的主要措施，存在粘结剂价格昂贵、使用量大，固结强度低、铁品位降低和有害元素含量多等问题，如何提升冷固结球团的强度成为其成功应用于高炉炼铁生产的关键问题。
相关技术中公开了一种高炉用含碳球团，将烧结机头电除尘灰、高炉瓦斯泥、炉前矿槽除尘灰和无钙饹渣作为原料，添加膨润土和消石灰粘结剂制备含碳球团，实现了废弃物的资源化循环利用，但球团的有害元素含量高且抗压强度仅为96.82N/个，难以应用于高炉炼铁生产。
相关技术中公开了铁矿热压含碳球团的制备方法及炼铁原料，将铁矿粉、煤粉和熔剂均匀混合后加热进行热压成型，并将热压成型的团块在高温条件下进行长时间的热处理，生产出能抗压强度大于2000N/个，落下强度大于4次/个的球团，但该工艺需要热压，对成型设备提出了较为苛刻的要求，且高温热处理过程还需要消耗大量的热量同时有污染物排放，难以适应目前钢铁绿色低碳生产的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度生物质含碳球团，以解决上述背景技术中提出的问题和缺陷的至少一个方面。
本发明还提供了上述高强度生物质含碳球团的制备方法。
本发明还提供了上述高强度生物质含碳球团的应用。
具体如下，本发明第一方面公开了一种高强度生物质含碳球团，包括以下质量分数的制备原料：
70％～85％铁矿，4％～15％粘结剂，5％～11％生物质炭，1％～3％碱性熔剂，粘结剂用来提升含碳球团的常温和高温强度，生物质炭为铁矿的还原剂，碱性熔剂改善含碳球团的高温冶金性能。
根据本发明高强度生物质含碳球团技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：
本发明的高强度生物质含碳球团可以部分替代烧结矿、球团矿和块矿应用于高炉炼铁生产，降低炼铁生产CO2和污染物的排放量。
本发明的生物质含碳球团具有抗压强度高、耐磨性能好的特点，在生产、转运、存储和使用过程中不破裂、不粉化或减少劣化，减少了返矿率，提升了高炉块状带的透气性，有利于高炉炼铁经济技术指标的改善。
根据本发明的一些实施方式，所述铁矿包括赤铁矿、磁铁矿和褐铁矿中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述铁矿粉的粒度为小于0.074mm的质量比例占50％以上。
根据本发明的一些实施方式，所述粘接剂包括水泥、膨润土、磷酸二氢铝、水玻璃、糊化淀粉、羧甲基纤维素钠和酚醛树脂中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述粘结剂的粒度为小于0.1mm的质量比例占比12％以上。
根据本发明的一些实施方式，所述生物质炭包括秸秆热解炭和废木料热解炭中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述生物质炭的挥发分小于25％。
根据本发明的一些实施方式，所述生物质炭的粒度小于0.074mm的质量占比60％以上。
根据本发明的一些实施方式，所述碱性熔剂包括石灰石、白云石、熟石灰、轻烧白云石、消石灰、蛇纹石和镁橄榄石中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述碱性熔剂的粒度小于0.074mm的质量比例占50％以上。
根据本发明的一些实施方式，所述高强度含碳球团的抗压强度大于2000N/个。
根据本发明的一些实施方式，所述高强度含碳球团的2米水泥地落下强度大于10次。
根据本发明的一些实施方式，所述高强度含碳球团的磨损指数小于10％。
根据本发明的一些实施方式，所述高强度含碳球团的热爆裂温度大于800℃。
根据本发明的一些实施方式，所述高强度含碳球团的热爆裂指数小于2％。
根据本发明的一些实施方式，所述高强度含碳球团的还原性大于80％。
根据本发明的一些实施方式，所述高强度含碳球团的还原膨胀指数小于7％。
根据本发明的一些实施方式，所述高强度含碳球团的低温还原粉化指数大于91％。
本发明第二方面提供了上述高强度生物质含碳球团的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述制备原料和水混合后制得含水混匀料；
S2、将含水混匀料高压成型后热处理；
所述热处理的温度为200℃～700℃。
根据本发明制备方法技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：
本发明热处理的温度在200℃～700℃之间，可以促进高温粘结剂的快速固化，增强球团的抗压强度和落下强度值，改善球团的耐磨性能，满足高炉冶炼过程原料的运输、储存和使用过程的质量要求。
本发明采用高压热处理的方法制备高强度生物质含碳球团，相比传统烧结和氧化球团工艺具有工艺流程短、设备投资少、加热温度低、能量消耗低、污染物和CO2排放少的特点，符合目前绿色低碳冶金发展的战略需求。
根据本发明的一些实施方式，所述热处理的时间为10min～100min。
根据本发明的一些实施方式，所述热处理的时间为20min～60min。
根据本发明的一些实施方式，所述热处理的温度为300℃～500℃。
根据本发明的一些实施方式，所述高压成型为对辊压球机和液压成型机中的一种。
根据本发明的一些实施方式，所述高压成型后制得生物质含碳球团生球。
根据本发明的一些实施方式，所述生物质含碳球团生球0.5m落下强度大于3次。
根据本发明的一些实施方式，所述热处理的加热方式为电热、燃气燃烧加热和微波加热中至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述热处理的装置包括链篦机、回转窑、隧道窑、竖炉和带式机中的一种。
根据本发明的一些实施方式，所述制备原料和所述水的质量比为100:7～9。
本发明第三方面提供了上述高强度生物质含碳球团在高炉炼铁生产中的应用。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明实施方式中提供了一种高强度生物质含碳球团的制备方法，该含碳球团由以下方法制得：
S1)将铁矿粉、粘结剂、生物质炭、碱性熔剂按照质量比为70％～85％铁矿粉，4％～15％粘结剂，5％～11％生物质炭，1％～3％碱性熔剂配置成混合料；
S2)将S1步骤得到的混合物送入强力混合机中进行混匀，在混匀过程中添加7％～9％的水得到含水混匀料，将混匀料装入压力成型设备中进行高压成型，获得生物质含碳球团生球；
S3)将S2)步骤制备的生物质含碳球团生球送入加热炉，控制加热温度在200℃～700℃，经过10min～100min的加热处理提升球团强度，获得高强度生物质含碳球团产品。
通过采用上述技术方案，将铁矿粉、粘结剂、生物质炭和熔剂配成混合料，把混合料一起送入强力混合机中进行混匀，将混匀料送入压球机中进行强力压球，将压力成型的球团送入加热炉中进行中低温加热处理提升球团强度，得到高强度含碳球团产品。
本发明实施方式中制备的高强度含碳球团具有抗压强度高、耐磨性能优良、还原性能好的特点，可以作为烧结矿、球团矿和块矿的替代于应用于高炉炼铁、直接还原炼铁和熔融还原炼铁生产，能够降低炼铁生产过程CO2和污染物的排放量，具有较好的环保和经济效益。
进一步，S1)中的铁矿粉包括赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿中的一种或几种铁矿石的混合物。
进一步，铁矿粉的粒度为小于0.074mm的比例占50％以上。
进一步，S1)中的粘结剂包括水泥、膨润土、磷酸二氢铝、水玻璃、糊化淀粉、羧甲基纤维素钠、酚醛树脂中的一种或几种粘结剂的混合物。
进一步，粘结剂的粒度为小于0.1mm的比例占比12％以上。
进一步，S1)中的生物质炭包括为秸秆热解炭、废木料热解炭中的一种或者几种混合物。
进一步，生物质炭挥发分小于25％，粒度小于0.074mm的占比60％以上。
进一步，S1)中的碱性熔剂包括石灰石、白云石、熟石灰、轻烧白云石、消石灰、蛇纹石、镁橄榄石中的一种几种碱性熔剂的混合物。
进一步，碱性熔剂的粒度为小于0.074mm的比例占50％以上。
进一步，S2)中的压力成型设备包括对辊压球机、液压成型机，制备的生物质含碳球团生球0.5m落下强度大于3次。
进一步，S3)中的加热炉包括链篦机、回转窑、隧道窑、竖炉、带式机中的一种或几种搭配方式进行组合。
进一步，加热炉的热量来源可以采用电热、燃气燃烧加热、微波加热中的一种几种混合加热方式。
进一步，加热温度在300℃～500℃之间，加热时间为20min～60min。
进一步，S3)中的高强度生物质含碳球团抗压强度大于2000N/个，2米水泥地落下强度大于10次，磨损指数小于5％，热爆裂温度大于800℃，热爆裂指数小于2％，还原性大于80％，还原膨胀指数小于7％，低温还原粉化指数大于91％。
进一步，S3)中的高强度生物质含碳球团可以部分甚至完全替代烧结矿、球团框和块矿应用于高炉炼铁、直接还原炼铁和熔融还原炼铁生产，降低炼铁生产CO2和污染物的排放量。
实施例1
本实施例为一种高强度生物质含碳球团，由以下质量分数的制备原料组成：
72％铁矿粉，15％高温粘结剂，11％生物质炭(棉花秸秆炭)，2％碱性熔剂。
本实施例中铁矿粉为赤铁矿粉，通过球磨机进行粉碎，粉碎后的粒度小于0.074mm的质量比例占60％以上，球磨机为中汇机械生产的φ900×1800型设备。
本实施例中生物质炭为棉花秸秆炭，生物质炭用中速磨进行粉碎，粉碎后的粒度小于0.074mm的质量占比65％以上。
本实施例中高温粘结剂采用膨润土和磷酸二氢铝，其中膨润土的质量百分比为55％，磷酸二氢铝的质量百分比为45％，粒度0.1mm的质量比例占比60％以上。
本实施例中碱性熔剂为消石灰，消石灰的粒度为小于0.074mm的质量比例占55％以上。
本实施例中高强度生物质含碳球团的制备方法，由以下步骤组成：
S1、将铁矿粉、高温粘结剂、生物质炭和碱性熔剂配置成混合料，混合料装入圆筒混合机中进行混匀，在混匀过程中添加质量分数7％的水(混合料与水的质量比为100:7)。
S2、将步骤S1混匀后的物料采用对辊压球设备进行成型，对辊压球机的最高线比压力为11t/cm，成型球团的尺寸为22mm×25mm×28mm，制得湿球团。
S3、将湿球团加入电热式回转窑中，在无氧气氛条件下400℃加热20min，加热结束后在氮气气氛下进行冷却。
本实施例步骤S2成型后的湿球团0.5m落下强度为6次。
将冷却后含生物质含碳球团按照GBT14201-1993-铁矿球团抗压强度测定方法和GB/T10322.6-2004-铁矿石热裂指数的测定方法进行冶金性能检测，其中冷态抗压强度达到2100N/个，2米水泥地落下强度为13次，磨损指数为6.37％，热爆裂指数为1.8％，还原性为82.3％，还原膨胀指数为6.27％，低温还原粉化指数为92.1％。
本实施例制备获得的高强度生物质含碳球团中具有较高的强度和较好的耐磨性能，较高的热爆裂温度和较小的热爆裂指数使其进入高炉后能够有效的减少粉末产生量。高强度生物质含碳球团的还原性、还原膨胀性和低温还原粉化性能优于传统的烧结矿、球团矿和块矿，可以直接作为高炉炉料使用，降低高炉冶炼对焦炭的使用量，进而降低炼铁成本和CO2排放，具有显著的经济、社会和生态效益。
实施例2
本实施例为一种高强度生物质含碳球团，与实施例1的差异在于：将棉花秸秆炭替换为大豆秸秆炭。
制备原料的用量及高强度生物质含碳球团制备方法参照实施例1中进行。
实施例3
本实施例为一种高强度生物质含碳球团，与实施例1的差异在于：将棉花秸秆炭替换为玉米秸秆炭。
制备原料的用量及高强度生物质含碳球团制备方法参照实施例1中进行。
实施例4
本实施例为一种高强度生物质含碳球团，与实施例2的差异在于：将赤铁矿替换为磁铁矿。
制备原料的用量及高强度生物质含碳球团制备方法参照实施例1中进行。
实施例5
本实施例为一种高强度生物质含碳球团，与实施例4的差异在于：将大豆秸秆炭替换为小麦秸秆炭。
制备原料的用量及高强度生物质含碳球团制备方法参照实施例1中进行。
实施例6
本实施例为一种高强度生物质含碳球团，与实施例2的差异在于：将赤铁矿替换为褐铁矿。
制备原料的用量及高强度生物质含碳球团制备方法参照实施例1中进行。
实施例2～6中所用铁矿粉种类、生物质炭种类如表1所示；表2为实施例2～6制备的生物质含碳球团冶金性能。
表1实施例2～6的铁矿粉和生物质炭种类
| 实施例 | 铁矿粉 | 生物质炭 |
| 实施例2 | 赤铁矿 | 大豆秸秆炭 |
| 实施例3 | 赤铁矿 | 玉米秸秆炭 |
| 实施例4 | 磁铁矿 | 大豆秸秆炭 |
| 实施例5 | 磁铁矿 | 小麦秸秆炭 |
| 实施例6 | 褐铁矿 | 大豆秸秆炭 |
表2实施例2～6制备生物质含碳球团性能
由表2可以看出，实施例2～6制备的高强度生物质含碳球团湿球的0.5m落下强度都超过了5次，满足后续加热炉进行加热增强工序的性能需求。加热处理后的冷态抗压强度超过了2030N/个，2m的落下强度值超过了11次，磨损指数小于6.62％，热爆裂温度大于800℃，热爆裂指数小于2％，还原性大于80.6％，还原膨胀指数小于6.4％，低温还原粉化指数大于91.8％，可以作为烧结矿和球团矿的替代炉料进行高炉冶炼生产。
采用同种铁矿粉作为原料时，碳还原剂选择的不同致使制备的含碳球团具有不同的性能，其中棉花秸秆炭作为碳还原剂时制备的高强度含碳球团的冷态抗压性能要明显高于大豆秸秆炭和玉米秸秆炭作为还原剂制备的含碳球团冷态抗压强度，主要原因是大豆秸秆炭和玉米秸秆炭的堆密度低于棉花秸秆炭，在同样添加量的情况下大豆秸秆炭和玉米秸秆炭的体积较大，在粘结剂使用量不变的情况下造成单位体积球团中粘结剂的量减少，进而影响热处理后制备获得的高强度生物质含碳球团的抗压强度。
同样由于磁铁矿的密度最大，褐铁矿的密度最小，造成在相同生物质炭的条件下，磁铁矿与棉花秸秆炭制备的含碳球团的落下强度和抗压强度最高。小麦秸秆炭相比于大豆秸秆炭、玉米秸秆炭和棉花秸秆炭，其堆密度最小，采用磁铁矿和小麦秸秆炭制备的含碳球团的强度也不高。
从实施例2-6还可以看出，还原最好的是磁铁矿和小麦秸秆炭制备的含碳球团，主要原因是小麦秸秆炭具有较好的反应性，能够在较低的温度条件下与铁矿粉发生还原反应。但同时还可以看出，小麦秸秆炭制备的含碳球团的还原膨胀指数最高，主要是小麦秸秆炭在和铁矿粉在较低温度条件下即可发生还原反应，大量生成的气体产物在向球团外部扩散的过程中造成内应力增加，从而是膨胀指数增大，同时小麦秸秆炭中碱金属(K)元素含量较高，在还原过程中容易生成液相，而液相的不均匀扩散也会导致球团体积膨胀。
从表2可以看出，不同条件下制备的高强度生物质含碳球团冶金性能存在一定的差异，但都能够满足高炉冶炼的要求，可以直接作为高炉炉料使用，降低高炉冶炼对焦炭的使用量，进而降低炼铁成本和CO2排放，具有显著的经济、社会和生态效益。
实施例7
本实施例为一种高强度生物质含碳球团，与实施例4的差异在于：制备原料的质量分数不同。
本实施例中由高强度生物质含碳球团由以下质量分数的制备原料组成：
76％铁矿粉，13％高温粘结剂，9％生物质炭(棉花秸秆炭)，2％碱性熔剂。
制备方法参照实施例4中进行。
实施例8
本实施例为一种高强度生物质含碳球团，与实施例4的差异在于：制备原料的质量分数不同。
本实施例中由高强度生物质含碳球团由以下质量分数的制备原料组成：
75％铁矿粉，14％高温粘结剂，9％生物质炭(大豆秸秆炭)，2％碱性熔剂。
制备方法参照实施例4中进行。
实施例9
本实施例为一种高强度生物质含碳球团，由以下质量分数的制备原料组成：
75％铁矿粉，13％高温粘结剂，10％生物质炭(大豆秸秆炭)，2％碱性熔剂。
本实施例中铁矿粉为磁铁矿粉，通过球磨机进行粉碎，粉碎后的粒度小于0.074mm的质量比例占60％以上。
本实施例中生物质炭为棉花秸秆炭，生物质炭用中速磨进行粉碎，粉碎后的粒度小于0.074mm的质量占比65％以上。
本实施例中高温粘结剂采用膨润土和磷酸二氢铝，其中膨润土的质量百分比为55％，磷酸二氢铝的质量百分比为45％，粒度0.1mm的质量比例占比60％以上。
本实施例中碱性熔剂为消石灰，消石灰的粒度为小于0.074mm的质量比例占55％以上。
本实施例中高强度生物质含碳球团的制备方法，由以下步骤组成：
S1、将铁矿粉、高温粘结剂、生物质炭和碱性熔剂配置成混合料，混合料装入圆筒混合机中进行混匀，在混匀过程中添加质量分数7％的水(混合料与水的质量比为100:7)。
S2、将步骤S1混匀后的物料采用对辊压球设备进行成型，对辊压球机的最高线比压力为11t/cm，成型球团的尺寸为22mm×25mm×28mm，制得湿球团。
S3、将湿球团加入电热式回转窑中，在无氧气氛条件下500℃加热15min，加热结束后在热风炉废气下进行冷却。
实施例10
本实施例为一种高强度生物质含碳球团，由以下质量分数的制备原料组成：
74％铁矿粉，14％高温粘结剂，10％生物质炭(大豆秸秆炭)，2％碱性熔剂。
本实施例中铁矿粉为磁铁矿粉，通过球磨机进行粉碎，粉碎后的粒度小于0.074mm的质量比例占60％以上。
本实施例中生物质炭为棉花秸秆炭，生物质炭用中速磨进行粉碎，粉碎后的粒度小于0.074mm的质量占比65％以上。
本实施例中高温粘结剂采用膨润土和磷酸二氢铝，其中膨润土的质量百分比为55％，磷酸二氢铝的质量百分比为45％，粒度0.1mm的质量比例占比60％以上。
本实施例中碱性熔剂为消石灰，消石灰的粒度为小于0.074mm的质量比例占55％以上。
本实施例中高强度生物质含碳球团的制备方法，由以下步骤组成：
S1、将铁矿粉、高温粘结剂、生物质炭和碱性熔剂配置成混合料，混合料装入圆筒混合机中进行混匀，在混匀过程中添加质量分数7％的水(混合料与水的质量比为100:7)。
S2、将步骤S1混匀后的物料采用对辊压球设备进行成型，对辊压球机的最高线比压力为11t/cm，成型球团的尺寸为22mm×25mm×28mm，制得湿球团。
S3、将湿球团加入电热式回转窑中，在无氧气氛条件下500℃加热20min，加热结束后在氮气气氛下进行冷却。
实施例11
本实施例为一种高强度生物质含碳球团，制备原料与实施例4相同。
制备方法与实施例4的差异在于：
S3、将湿球团加入电热式回转窑中，在无氧气氛条件下500℃加热20min，加热结束后在氮气气氛下进行冷却。
实施例12
本实施例为一种高强度生物质含碳球团，制备原料与实施例4相同。
制备方法与实施例4的差异在于：
S3、将湿球团加入电热式回转窑中，在无氧气氛条件下400℃加热30min，加热结束后在氮气气氛下进行冷却。
实施例7～12中生物质炭使用量、高温粘结剂使用量、热处理温度、如表3所示。表4为实施例7～12制备的高强度生物质含碳球团冶金性能。
表3实施例7～12的制备参数
表4实施例7～12制备高强度含碳球团性能
由表4可以看出，实施例7～12制备获得高强度生物质含碳球团湿球的0.5m落下强度在6～7次之间，冷态抗压强度在2061～2211N/个之间，2m的落下强度在12-15次之间，磨损指数在3.16％-3.81％之间，热爆裂温度都大于800，热爆裂指数都小于2％，还原性在80.3％-81.6％之间，还原膨胀指数在4.7％-5.1％之间，低温还原粉化指数为92.5％-93.6％之间。
不同实施例制备样品之间的强度稍有差异，主要原因是在碳还原剂含量一样的情况下，随高温粘结剂添加量的增加，加热处理过程中高温粘结剂固化形成的骨架作用越强，从而使制备获得的高强度含碳球团的强度增加。当高温粘结剂使用量保持不变时，碳还原剂使用量的增加造成球团体积的增加，在加热固化的过程中难以形成高强度的固结骨架，从而引起含碳球团强度的下降。
同时高强度含碳球团的强度还收到热处理温度和时间的影响，膨润土在常温和较低温度下能够保持好的粘结效果，磷酸二氢铝是高温粘结剂，随着热处理温度的增加，固结效果得到改善，制备获得的含碳球团强度增加。高强度含碳球团的还原性主要受到碳还原剂种类的影响，在同种还原剂的条件下，球团还原性基本保持稳定，还原膨胀和低温还原粉化性能受球团强度影响较大，随球团强度的增加，还原膨胀指数降低，低温还原粉化指数增加，高强度含碳球团的还原膨胀性能和低温还原粉化性能得到改善。
从表4可以看出，不同条件下制高强度生物质含碳球团的冶金性能存在一定的差异，但都能够满足高炉冶炼的要求，可以直接作为高炉炉料使用，降低高炉冶炼对焦炭的使用量，进而降低炼铁成本和CO2排放，具有显著的经济、社会和生态效益。
实施例13
本实施例为一种高强度生物质含碳球团，由以下质量分数的制备原料组成：
76％铁矿粉，12％高温粘结剂，10％生物质炭(大豆秸秆炭)，2％碱性熔剂。
本实施例中铁矿粉为磁铁矿粉，通过球磨机进行粉碎，粉碎后的粒度小于0.074mm的质量比例占60％以上。
本实施例中生物质炭为棉花秸秆炭，生物质炭用中速磨进行粉碎，粉碎后的粒度小于0.074mm的质量占比65％以上。
本实施例中高温粘结剂采用质量分数为70％沥青类似物、质量分数为20％酚醛树脂和质量分数为10％羧甲基纤维素钠组成，粒度0.1mm的质量比例占比60％以上。
本实施例中碱性熔剂为消石灰，消石灰的粒度为小于0.074mm的质量比例占55％以上。
本实施例中制备方法参照实施例4中进行。
实施例14
本实施例为一种高强度生物质含碳球团，与实施例13的差异在于：制备原料的质量分数。
本实施例中高强度生物质含碳球团由以下质量分数的制备原料组成：
75％铁矿粉，13％高温粘结剂，10％生物质炭(大豆秸秆炭)，2％碱性熔剂。
实施例15
本实施例为一种高强度生物质含碳球团，与实施例13的差异在于：制备原料的质量分数。
本实施例中高强度生物质含碳球团由以下质量分数的制备原料组成：
74.5％铁矿粉，14％高温粘结剂，10％生物质炭(大豆秸秆炭)，1.5％碱性熔剂。
实施例16
本实施例为一种高强度生物质含碳球团，与实施例13的差异在于：制备原料的质量分数。
本实施例中高强度生物质含碳球团由以下质量分数的制备原料组成：
73.5％铁矿粉，15％高温粘结剂，10％生物质炭(大豆秸秆炭)，1.5％碱性熔剂。
实施例13～16中粘结剂种类、粘结剂使用、碱性熔剂种类和碱性熔剂使用量，各实施例对应的具体值如表5所示(沥青类似物：湖南新越沥青有限公司生产的30号沥青；酚醛树脂：山东茂发化工有限公司生产的2402型)。表6为实施例13～16制备的生物质含碳球团冶金性能。
表5实施例13～16对应的粘结剂种类和使用量
表6实施例13～16制备高强度含碳球团性能
由表6可以看出，实施例13～16制备的获得高强度生物质含碳球团能够满足高炉冶炼的要求，对比实施例4可以看出，使用70％沥青类似物+20％酚醛树脂+10％羧甲基纤维素钠的粘结剂可以大幅度改善湿球团的0.5m落下强度，其值都超过8次，主要原因是羧甲基纤维素钠的常温粘结性能原优于膨润土，其胶体颗粒或者是高聚物分子相互连接，组建成框架，形成空间网状结构，当凝胶失去或重新吸收分散介质时，形状和体积都不会发生改变，即使粘结剂中羧甲基纤维素钠的含量仅占10％，其粘结效果依旧超过了实施例4中膨润土的粘结效果。同时加热炉热处理后的高强度生物质含碳球团的冷态抗压强度值大于2230N/个，2m落下强度大于16次，其主要作用的是水玻璃和酚醛树脂，水玻璃在加热处理过程中会发生固化作用，将铁矿粉颗粒紧固起来，达到增强球团强度的目的，酚醛树脂具有热固性，在加热的条件下能够增强矿粉颗粒之间的固结作用，在400℃的条件下水玻璃和酚醛树脂形成的固结作用要强于膨润土和磷酸二氢铝的固结作用，造成实施例13-16中制备的含碳球团的抗压强度和落下强度都较高。此外还可以看出，碱性熔剂的种类和使用量对球团的冶金性能影响不大，主要原因是碱性熔剂在球团中的占比较低。
从表6可以看出，不同条件下制高强度生物质含碳球团的冶金性能存在一定的差异，但都能够满足高炉冶炼的要求，可以直接作为高炉炉料使用，降低高炉冶炼对焦炭的使用量，进而降低炼铁成本和CO2排放，具有显著的经济、社会和生态效益。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高强度生物质含碳球团，其特征在于，包括以下质量分数的制备原料：
70％～85％铁矿，4％～15％粘结剂，5％～11％生物质炭，1％～3％碱性熔剂。
2.根据权利要求1所述的高强度生物质含碳球团，其特征在于，所述铁矿包括赤铁矿、磁铁矿和褐铁矿中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的高强度生物质含碳球团，其特征在于，所述粘接剂包括水泥、膨润土、磷酸二氢铝、水玻璃、糊化淀粉、羧甲基纤维素钠和酚醛树脂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的高强度生物质含碳球团，其特征在于，所述生物质炭包括秸秆热解炭和废木料热解炭中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的高强度生物质含碳球团，其特征在于，所述碱性熔剂包括石灰石、白云石、熟石灰、轻烧白云石、消石灰、蛇纹石和镁橄榄石中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的高强度生物质含碳球团，其特征在于，所述高强度含碳球团的抗压强度大于2000N/个。
7.一种制备如权利要求1至6任一项所述的高强度生物质含碳球团的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将所述制备原料和水混合后制得含水混匀料；
S2、将含水混匀料高压成型后热处理；
所述热处理的温度为200℃～700℃。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述热处理的时间为10min～100min。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述热处理的温度为300℃～500℃。
10.一种如权利要求1至6任一项所述的高强度生物质含碳球团在高炉炼铁生产中的应用。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118389823A (zh) * | 2024-06-28 | 2024-07-26 | 内蒙古新太元新材料有限公司 | 一种铬铁矿预还原球团及其制备方法 |
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2023
- 2023-07-10 CN CN202310837805.0A patent/CN116751971A/zh active Pending
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| CN118389823B (zh) * | 2024-06-28 | 2024-09-27 | 内蒙古新太元新材料有限公司 | 一种铬铁矿预还原球团及其制备方法 |
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