CN117772214A - 一种烧结矿用共晶体催化剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铁矿粉烧结技术领域，公开了一种烧结矿用共晶体催化剂，共晶体中含有以下质量百分比的组分：CaO 10%~60%，Fe2O3 10%~60%，MgO 2%~50%，Al2O3 2%~50%，SiO2 2%~50%，Re 2%~20%；共晶体催化剂由铁矿石、石灰、稀土、轻烧白云石和硅灰石通过粉碎、配比、混合、熔化、冷却结晶、粉碎制得。本发明通过在烧结原料中添加共晶体催化剂，烧结过程中共晶体催化剂再次熔化参与并促进烧结过程物理化学反应的快速进行，达到提高烧结机垂直烧结速度、利用系数和产量，改善烧结矿的低温还原粉化和软熔滴落等冶金性能指标。
Description
技术领域
本发明属于铁矿粉烧结技术领域，涉及一种烧结矿用共晶体催化剂及其使用方法。
背景技术
烧结矿是高炉的主要原料，随着钢铁产量的日益增加，对烧结矿的质量要求越来越高。烧结矿的生产主要包括固相反应、液相生成和冷凝结晶三个过程，即将各种粉状含铁矿石，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和制粒后，在烧结设备上借助燃料产生的高温使物料发生一系列物理化学变化，生成部分低熔点物质，并软化熔融产生一定数量的液相，将铁矿物颗粒浸润粘结起来，冷却后形成具有一定强度的多孔块状产品——烧结矿，从而为高炉冶炼提供具有一定粒度组成和良好冶金性能的人造富矿。
烧结过程生成的液相，具有一定的流动性，可进行粘性和塑性流动传热，使高温熔融带的温度和成分均匀，以及液相反应后的烧结矿化学成分均匀化。铁酸钙是生产高碱度烧结矿或超高碱度烧结矿的主要粘结液相，特别是复合铁酸钙(SFCA)粘结相是最优的，烧结矿的还原性、抗压强度及孔隙率均随铁酸盐的增加而得到改善，对提高烧结矿质量起着重要的作用。
铁矿石主要分为磁铁矿和赤铁矿。赤铁矿在烧结过程中直接与CaO作用生成的铁酸钙液相较早，温度一般在1150℃。磁铁矿烧结要比赤铁矿复杂。这是因为磁铁矿在烧结过程中不能直接与CaO作用生成铁酸钙，Fe3O4必须先氧化生成Fe2O3，然后才能与CaO作用生成铁酸钙。磁铁矿烧结时铁酸钙的形成主要在冷却带发生，在燃烧带前SFCA基本不形成，由于冷却时间很短，铁酸钙的生成量是很有限的。
研究表明，SFCA的形成取决于烧结温度、烧结时间、烧结气氛和组分。低温、短时间、氧化性气氛、氧化铝的含量适宜等有利于SFCA的生成。因此，液相生成的物理化学反应速率是决定烧结机的垂直烧结速度、利用系数和产量的关键，也是决定生成液相量、液相性质和液相在烧结矿内的分布，以及烧结矿物理化学性能和冶金性能的主要因素。所以，提高烧结矿液相生成的物理化学反应速率，缩短反应时间，可以提高烧结机的产量和烧结矿的冶金性能。
申请公布号为CN101509067A的发明专利公开了一种铁矿粉烧结用复合添加剂，包括助燃剂、增氧剂、强化剂、催化剂、粗稻壳、氟化钙、球团粘结剂和硼酐，各添加剂协同作用，提高了垂直烧结速度，烧结机利用系数也同步提高，增加了产量。但其催化剂为二氧化锰和二茂铁的混合物，催化剂对固体燃料的气化燃烧有催化裂解作用，能驾驭固体燃料的充分快速燃烧，使得能源得到充分利用。
申请公布号为CN102660349A的发明专利公开了一种复合烧结催化剂，催化剂成分由羟甲基淀粉、硼砂或硼酸、糊精、消石灰、钙基膨润土、木质素磺酸钙或木质素磺酸钠，提高燃料的热利用率，提高燃料的反应活性，提高料层的透气性，提高垂直烧结速度，提高烧结机利用系数，增加产量。但催化剂成分复杂，且与铁矿石所含成分不同。
申请公布号为CN109777950A的发明专利公开了一种超低温烧结矿化节能添加剂，包括超低温矿化剂(硼砂或硼酸)、增氧剂(硝酸钠)、熔化剂(萤石或枪晶石)、催化剂(NaCl或KCl)、成孔剂(珍珠岩)，其中催化剂的作用是靠碱金属类物质催化、气化碳的燃烧过程，达到强化催化烧结工艺的目的。
可见，目前在烧结矿中添加的催化剂主要是氯化钠、氯化钾、碳酸钠、二茂铁等物质，作用是催化和活化燃料的燃烧，通过提高燃烧效率，提高烧结机利用系统，最终提高产量。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提供一种烧结矿用共晶体催化剂，铁矿石烧结过程中共晶体催化剂再次熔化参与并促进烧结过程物理化学反应的快速进行，达到提高烧结机垂直烧结速度、利用系数和产量，改善烧结矿的低温还原粉化和软熔滴落等冶金性能指标。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种烧结矿用共晶体催化剂，共晶体催化剂中含有以下质量百分比的组分：CaO10％～60％，Fe2O3 10％～60％，MgO 2％～50％，Al2O3 2％～50％，SiO2 2％～50％，Re2％～20％。
本发明技术方案中所述共晶体催化剂为粉末状，粒度为30～150目。
本发明技术方案中所述共晶体催化剂由铁矿石、石灰、稀土、轻烧白云石和硅灰石通过粉碎、配比、混合、熔化、冷却结晶、粉碎制得。其中混合和熔化在电弧炉中进行，炉温控制在1500℃～1800℃，所制得的催化剂中含有铁酸钙、铝酸钙和硅酸钙等多种共晶体分子。值得说明的是，铁矿石、石灰、稀土、轻烧白云石和硅灰石是制备本发明共晶体催化剂的较优原料，本领域技术人员也可根据共晶体催化剂中各组分适当挑选含有该组分的其他矿物进行配比即可。
本发明提供一种上述烧结矿用共晶体催化剂的使用方法，包括以下步骤：将烧结催化剂提升入高位料仓，在高位料仓经电子称量和自动给料后，加到主皮带机上，与带上其它烧结料混合在一起，输送进入混料机内进行混匀，将混匀的烧结料输送进入制粒机内进行二次混匀并制粒，粒状烧结料由布料机将其布置在烧结机上，随烧结机运转进入烧结工序。
本发明技术方案中所述烧结矿用共晶体催化剂的使用量占所述其他烧结料质量的1％～2.5％。
值得说明的是，本发明的烧结矿用共晶体催化剂适用于普通烧结矿和钒钛磁铁矿，需要根据具体的烧结条件调整铁矿粉、石灰、稀土、轻烧白云石和硅灰石原料的用量，使共晶体催化剂中各组分在合适的范围，尤其是钒钛磁铁矿烧结生产的技术经济指标与普通烧结矿的差别较大，其共晶体催化剂中组分的控制更严格。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明在烧结料中加入共晶体催化剂，烧结过程中，共晶体催化剂再次熔化参与并促进烧结过程物理化学反应的快速进行，达到提高烧结机垂直烧结速度、利用系数和产量，改善烧结矿的低温还原粉化和软熔滴落等冶金性能指标，改善烧结矿在高炉内的透气性的目的。尤其在钒钛磁铁矿烧结过程中，共晶体催化剂熔化并与二氧化钛和钙钛矿生成熔点低、流动性好的氧化物共晶液相，该液相扩散并熔化周围更多的固相，加快固液转化速率，从而提高钒钛矿烧结机的垂直烧结速度、利用系数和产量，改善钒钛烧结矿的低温还原粉化和软熔滴落等指标。
附图说明
图1为本发明共晶体催化剂的制作流程示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限定本发明的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。
实施例一
某普通烧结矿烧结厂的实际生产条件如下：试验设备为每炉装入量120kg全自动烧结杯。以质量百分比计，该厂所用烧结料的来源及配比如下：印度粉德尔塔7.26％，混合粉7.865％，高硅太钢精粉3.63％，65代县6.655％，浮山精粉4.84％，印尼粉舟山海7.26％，PB粉女神12.1％，二连精粉1.815％，杂料3.025％，巴粗大博多4.235％，SP10海德威1.815％，除尘灰3％，白灰5.5％，白云石粉3％，焦粉3.5％，石粉1.5％，返矿23％等。以质量百分比计，上述原料经二次混匀、制粒和烧结杯烧结后主要成分为：品位56.36％，FeO9.52％，CaO 10.85％，SiO2 5.12％，Mg0 2.45％，Al203 2.10％，S 0.02％，P0.067％，MnO0.4484％，K2O 0.0657％，Na 0.056％，碱度(R)2.12等。
基于此，设计和制作本发明共晶体催化剂。以1t共晶体催化剂为例，共晶体催化剂1号样所需铁矿石400kg，石灰400kg，轻烧白云石160kg，稀土20kg，硅灰石20kg。其中铁矿石主要成分及含量如下：TFe 63.01％，SiO2 7.14％，CaO 0.87％，MgO 0.75％，Al2032.10％；石灰主要成分及含量为：CaO 85.74％，SiO2 2.99％，MgO 1.86％，Al2032.33％；稀土(Re)来源内蒙古包头，主要成分为Nd 95.1％；轻烧白云石，主要成分及含量如下：CaO 44.71％，MgO 32.04％，SiO2 1.20％，Al2034.36％；硅灰石来源于吉林梨树，主要成分及含量如下：CaO 42.71％，SiO248.52％，MgO 1.04％，Al2031.18％。
如图1所示的制作流程示意图，称取以上原料并粉碎至5mm～45mm粒径，各原料混合后，送入电弧炉，给电引弧，熔化8h，冷却结晶，粉碎制得30～150目的共晶体催化剂1号样。调整矿物原料配比，按以上程序制取共晶体催化剂2号样、3号样和4号样。所得共晶体催化剂1～4号样的各组分及含量百分比如表1所示。
表1共晶体催化剂1～4号样的各组分及含量百分比
| 编号 | CaO，％ | Fe2O3，％ | MgO，％ | Al2O3，％ | SiO2，％ | Nd，％ | 合计，％ |
| 1 | 45.11 | 38.07 | 6.55 | 2.64 | 5.51 | 2.12 | 100 |
| 2 | 40.18 | 42.62 | 6.29 | 2.59 | 5.85 | 2.47 | 100 |
| 3 | 35.72 | 47.18 | 6.31 | 2.58 | 5.90 | 2.31 | 100 |
| 4 | 30.16 | 52.21 | 6.36 | 2.56 | 6.36 | 2.25 | 100 |
将上述4个不同配方的共晶体催化剂添加到该厂烧结料中，其加入量分别为烧结料质量的2％和3％，烧结杯的点火温度为950℃～1100℃，其他事项按烧结杯正常操作规程进行，考核指标为垂直烧结速度、转鼓和500℃低温还原指标RDI(+6.3，+3.15和-0.5)，详见下列表2。
表2普通铁矿添加不同共晶体催化剂的试验结果
从表2中可见，在原烧结料中加入本发明共晶体催化剂后，其垂直烧结速度平均提高12.75％；烧结矿的低温还原指标RDI(+6.3)和RDI(+3.15)分别平均提高17.37％和10.2％，RDI(-0.5)平均降低3.14％；转鼓强度指标提高1.21％。综上，通过添加本发明共晶体催化剂，烧结矿质量和烧结生产的技术经济指标显著改善。
实施例二
某钒钛磁铁矿烧结厂的实际生产条件如下：试验设备为每炉装入量80kg烧结杯。
该厂日常生产共有46基、53基和60基三个钒钛矿配比。每炉烧结杯46基配料原料来源及质量(kg)如下：百泉63.5kg，钒粉2.08kg，司家营普粉10kg，PB 8kg，杂料3.68kg，智利粉5.28kg，KR粉6.96kg，圆通65钒粉11.36kg，63.5钒粉5.28kg，煤3.52kg，镁0.72kg，自返16.96kg，白灰6.22kg。每炉烧结杯53基配料原料来源及质量(kg)如下：百泉63.5kg，钒粉2.16kg，司家营普粉10.16kg，PB 6kg，杂料3.76kg，KR粉5.44kg，圆通65钒粉13.12kg，63.5钒粉12.88kg，煤3.44kg，镁0.72kg，自返16.48kg，白灰5.20kg。每炉烧结杯60基配料原料来源及质量(kg)如下：百泉63.5kg，钒粉2.16kg，司家营普粉10.24kg，杂料3.76kg，KR粉7.68kg，圆通65钒粉14.8kg，63.5钒粉15.04kg。
钒钛磁铁矿烧结机利用系数及其烧结矿的低温还原粉化指标RDI(+3.15)都较低。
基于此，设计和制作本发明共晶体催化剂。以1t共晶体催化剂为例，所需铁矿石400kg，石灰400kg，轻烧白云石160kg，稀土20kg，硅灰石20kg。上述各原料主要成分及含量同实施例1。
如图1所示的制作流程示意图，称取以上原料并粉碎至5mm～45mm粒径，各原料混合后，送入电弧炉，给电引弧，熔化8h，冷却结晶，粉碎制得30～150目的共晶体催化剂5号样。调整矿物原料配比，按以上程序制取共晶体催化剂6号样。所得共晶体催化剂5～6号样的各组分及含量百分比如表3所示。
表3共晶体催化剂5～6号样的各组分及含量百分比
| 编号 | CaO，％ | Fe2O3，％ | MgO，％ | Al2O3，％ | SiO2，％ | Nd，％ | 合计，％ |
| 5 | 42.11 | 40.07 | 8.55 | 2.03 | 3.71 | 3.53 | 100 |
| 6 | 40.18 | 41.62 | 8.22 | 2.59 | 3.83 | 3.56 | 100 |
将上述2个不同配方的共晶体催化剂添加到该钒钛磁铁矿烧结料中，方案10～12分别为46基、53基和60基是未加任何共晶体催化剂的基准样；方案13～16分别是不同基准样添加不同的共晶体催化剂，其中方案13添加5号共晶体催化剂1.2％(0.96kg)，方案14中添加6号共晶体催化剂2％(1.6kg)，方案15中添加6号共晶体催化剂1.5％(1.2kg)，方案16中添加5号共晶体催化剂1.2％(0.96kg)。
烧结杯的点火温度为900℃～1100℃，其他事项按烧结杯正常操作规程进行，考核指标为垂直烧结速度、利用系数、500℃低温还原指标RDI(+3.15)和成品率，详见下列表4。
表4钒钛磁铁矿添加不同共晶体催化剂的试验结果
从表4中可见，在原钒钛烧结料中加入本发明共晶体催化剂，钒钛烧结矿的垂直烧结速度平均提高17.63％，烧结机的利用系数平均提高25.36％，500℃低温还原粉化指标RDI(+3.15)平均提高8.88％，成品率平均提高1.51％。综上，通过添加本发明共晶体催化剂，显著提高了钒钛烧结矿的质量指标和烧结生产的技术经济指标。
以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本发明的原理上所作的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (5)
1.一种烧结矿用共晶体催化剂，其特征在于，共晶体催化剂中含有以下质量百分比的组分：CaO 10%~60%，Fe2O3 10%~60%，MgO 2%~50%，Al2O3 2%~50%，SiO2 2%~50%，Re 2%~20%。
2.根据权利要求1所述的一种烧结矿用共晶体催化剂，其特征在于，所述共晶体催化剂为粉末状，粒度为30~150目。
3.根据权利要求1所述的一种烧结矿用共晶体催化剂，其特征在于，所述共晶体催化剂由铁矿石、石灰、稀土、轻烧白云石和硅灰石通过粉碎、配比、混合、熔化、冷却结晶、粉碎制得。
4.权利要求1所述的一种烧结矿用共晶体催化剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1~3任一项所述的烧结矿用共晶体催化剂与其它烧结料混合均匀后，进入制粒机内进行二次混匀并制粒，粒状烧结料布置在烧结机上，随烧结机运转进入烧结工序。
5.根据权利要求4所述的一种烧结矿用共晶体催化剂，其特征在于，所述烧结矿用共晶体催化剂的使用量占所述其他烧结料质量的1%~2.5%。
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