CN1827801A - 一种铁矿粉烧结用化学添加剂 - Google Patents

Abstract

本发明是一种铁矿粉烧结用化学添加剂，为粉末状复配混合物，粒度≥50目，其组分配比(wt％)为增氧剂20－45％；自由基引发剂5－15％；助熔剂20－45％；强化剂2－15％；催化剂2－15％；晶核剂5－20％。本发明不含对炼铁有害的K、Na等元素，其特点是利用自由基引发剂改善烧结料层透气性；利用稀土元素促进烧结固—液相之间的结合与结晶；利用晶核剂抑制烧结矿的自然粉化和低温还原粉化。该种添加剂的用量为烧结混合料总量的0.1－0.3‰，可提高烧结矿产量5％，提高转鼓强度3.4％，提高复合针状铁酸钙(SFCA)含量15％，提高还原度(RI)7.83％，提高低温还原粉化指数(RDI₊₃₁₅)8.2％，降低烧结固体燃耗8％。

Description

一种铁矿粉烧结用化学添加剂

技术领域

本发明涉及一种铁矿粉烧结用化学添加剂，主要用于改善和提高烧结矿的产质量，促进高炉炼铁增产、节焦和环保。

背景技术

烧结的意义在于把粉状含铁物料烧结成粒度合适的块状料。按照高炉炼铁精料技术的要求，烧结而成的块状料要有好的机械强度，均匀的粒度组成并且含铁品位高、有害杂质少、化学成分稳定，同时还要具有良好的还原性及高温冶金性能。铁矿粉烧结是一个包含非常复杂的物理化学变化的成矿过程，既有在低温下的固相反应和新相生成，又有在高温下的粘结相和液相生成以及在冷却过程中的冷凝再结晶和相变过程。影响烧结成矿和固结的因素是多方面的，既有矿种、配矿、原燃料粒度的影响，又有混合料水分、烧结矿碱度、燃料配加量、烧结负压、料层高度和冷却速度等工艺参数的影响等。由于我国原料资源质量和烧结工艺技术条件的限制，烧结矿质量存在着品位低、杂质含量高、冶金性能偏差的问题。在能耗方面，烧结固体燃耗高低差距偏大，39-83公斤不等，2005年全国重点企业平均也在53公斤/吨的偏高水平。在环境污染方面，由于煤焦原料的紧缺，我国煤焦含硫量在0.4-1％的较高范围，平均按0.45％计，吨矿排放SO₂量约0.46公斤，吨铁排放SO₂量约3.96公斤。以上数字说明我国炼铁烧结生产存在着较高能耗和较高污染的严重问题。按照“十一五”提出的建设节约型和环保型社会的要求，钢铁企业首要解决的关键问题就是节能降耗环保。近年来一些钢铁企业先后尝试采用化学添加剂来改善烧结产质量和经济技术指标。经有关部门及专家对这些化学添加剂性能机理及其产生的效果检测发现，这些添加剂主要化学成分为：氧化剂——高锰酸钾(KMnO₄)、硝酸钠(NaNO₃)、硝酸钾(KNO₃)、硝酸铵(NH₃NO₃)；催化剂——氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、碳酸钠(Na₂CO₃)；熔化剂——炭石(CaF₂)、二氧化硅(SiO₂)、氧化锌(ZnO)、硼酸钠(NaB₄O₇·10H₂O)或硼矿粉(2MgO·B₂O₃)；粘结剂——膨润土(SiO₂ 50.95％、Al₂O₃ 16.54％、钾钠镁等杂质9.22％、H₂O 23.29％)；成孔剂——聚氯乙烯、蛭石、珍珠岩。其中氧化剂在烧结高温下分解释放氧气助燃，催化剂催化活化燃料的燃烧，熔化剂降低铁矿粉的矿化温度，其机理是符合烧结理论要求的，在烧结生产中也能有一些节能降耗效果，但经专家分析，这些化学组分大部分是对高炉炼铁有害的元素，K、Na、Zn、Si、Al等有害元素含量高达37.6％，这些有害元素随烧结矿带入高炉，在高炉内循环富集，一是促进了焦炭的溶损反应发生，破坏骨架支撑作用，二是渗入炉衬缝隙，缩短炉衬的寿命，三是在高炉内结瘤破坏高炉煤气的合理分布和利用率及高炉顺行，四是使高炉渣量增加、焦比增高、铁产量下降。使用这些添加剂虽给烧结带来表面效益却给高炉炼铁造成巨大的经济损失，利小于弊。另外这些添加剂含有大量的硝酸盐、氯化物和荧石(CaF₂)在烧结高温下生成NO_X、Cl和F会加速烧结废气除尘与冷却回收装置金属材料的腐蚀，排放到大气中是酸雨和温室效应形成的主要因素，同时对操作工人的身心健康也会造成危害。

发明内容

本发明目的在于提供一种用量少、成本低，不含对炼铁有害元素的添加剂。该种添加剂可改善烧结料层透气性，增强烧结氧化性气氛，促进复合针状铁酸钙粘结相的生成量，提高烧结矿强度和改善冶金性能，促使高炉增铁节焦环保。

一种铁矿粉烧结用化学添加剂，添加剂包括增氧剂、自由基引发剂、助熔剂、强化剂、催化剂、晶核剂，按常规方法混合而成。有效组分含量(重量百分比)为：增氧剂20-45％；自由基引发剂5-15％；助熔剂20-45％；强化剂2-15％；催化剂2-15％；晶核剂5-20％。增氧剂为：硝酸铈[Ce(NO₃)₃]或硝酸钙[Ca(NO₃)₂]，或硝酸铈、硝酸钙的混合物，混合物中各成分比例不限。自由基引发剂为：烷氧基胺或芳基碘金属盐，或烷氧基胺与芳基碘金属盐的混合物，混合比例不限。助熔剂为氧化钡(BaO)、二氧化锰(MnO₂)，助熔剂中各成分重量百分比为：氧化钡30-70％、二氧化锰30-70％。强化剂为：氧化钕(Nd₂O₃)。催化剂为：二茂铁[(C₅H₅)₂Fe]。晶核剂为：硼酐(B₂O₃)、氧化铬(CrO₂)、氧化铜(CuO)，晶核剂中各成分重量百分比为：硼酐20-50％、氧化铬20-50％、氧化铜20-50％。

添加剂作用机理：

1.改善料层透气性

添加剂中所含自由基引发剂中的光解催化元素可使混合料水分与有机质的共溶体在高温下分解成更多的自由基，并加速这些自由基链燃烧反应中电子和光子的传递速度，促使混合料水分先行气化，使混合料层留有很多均匀空隙，这样既改善了料层的透气性，增强蓄热能力，又避免了过湿层的出现，从而提高烧结速度，实现厚料层烧结。

2.降低固体燃耗和FeO含量

助熔剂可降低烧结混合料中金属氧化物的熔点，使烧结总热量需求降低，增氧剂生成物氧化铈(Ce₂O₃)、氧化钙(CaO)同样也能起到助熔剂的作用；催化剂(二茂铁(C₅H₅)₂Fe在400℃以上同各种燃料一起燃烧时，分解出活性铁离子，该活性铁离子与空气中的氧激烈反应生成α-Fe₂O₃活性分子，α-Fe₂O₃是各种燃料的助燃催化剂，可加快燃料的燃烧速度并使其燃烧完全。)对燃料的气化燃烧有催化助燃作用，使在正常条件下不能燃烧的可燃物得以燃烧，使能源得到充分利用，此外助熔剂中的二氧化锰(MnO₂)同样也能起到催化剂的作用；增氧剂在高温下分解放氧，为烧结过程提供充足的氧量，使部分Fe₃O₄和FeO氧化成Fe₂O₃放热，氧化性气氛的增强促使大量复合针状铁酸钙(SFCA)生成放热；强化剂能提高烧结物料的同化反应性，强化烧结化学反应的放热能力，为烧结提供了非燃烧性的化学能。在四者综合作用下，促使烧结配碳降低，烧结矿中FeO含量也同步降低。

3.提高烧结矿强度抑制粉化

添加剂中所含自由基引发剂和增氧剂既改善了料层透气性又增强了烧结过程的氧化性气氛，使部分Fe₃O₄和FeO氧化成Fe₂O₃，提高了Fe₂O₃和CaO接触反应生成复合针状铁酸钙(SFCA)的几率，从而增加了粘结相复合针状铁酸钙(SFCA)的生成量。强化剂中的稀土元素在烧结过程中可促进固-液相之间的结合与结晶，获得良好的矿物组成和矿物结构，使烧结矿的强度明显提高，增氧剂中硝酸铈[Ce(NO₃)₃]的分解产物Ce₂O₃同样能起到强化剂的作用。助熔剂中的原子或离子以填隙或代位的方式进入矿物晶格，有效的抑制β-C₂S在冷却过程中的相变和再生的Fe₂O₃在低温还原过程中的相变，使烧结矿的自然粉化率和低温还原粉化率降低，改善了高炉透气性，炉况顺行，高炉焦比降低。晶核剂中硼酐(B₂O₃)、氧化铬(CrO₂)、氧化铜(CuO)又能起到助熔剂的作用。

4.提高烧结机利用系数

添加剂中所含自由基引发剂改善了烧结料层透气性，而增氧剂和催化剂提高了燃料的燃烧速度和燃烧效率，固体燃耗的降低使得燃烧带变窄，在两者的综合作用下，烧结废气的传热速度和烧结速度加快，烧结过程呈氧化性气氛，提高了复合针状铁酸钙(SFCA)的生成量，改善了粘结相质量，使成品率和烧结机利用系数同步提高。

5.提高烧结矿还原度(RI)抑制低温还原粉化率(RDI)

添加剂中所含强化剂、增氧剂、助熔剂能明显提高烧结矿中强度高、还原性好的复合针状铁酸钙(SFCA)矿物含量，所以烧结矿转鼓指数和还原度(RI)会明显提高。同时，晶核剂能抑制烧结矿低温还原粉化率(RDI)。根据硅酸盐物理化学理论的研究表明，在硅酸盐中外加某种离子，凡能使A₂(XO₄)中的阳离子和阴离子团XO₄大小的比值增大就可以达到晶体稳定的目的。例如在硅酸盐玻璃中加入晶核剂(如金、银、铜、铂)可大大提高玻璃的机械强度和热稳定性，同时在玻璃中加入B₂O₃热膨胀系数会明显降低。烧结矿在还原过程中的残留物大部分是复合硅酸盐，因此，添加剂中所含晶核剂不但可以防止2CaO·SiO₂在冷却过程中晶型转变的体积膨胀，还能降低烧结矿低温还原时再生赤铁矿的晶型转变引起的粉化。因此烧结中配加该种添加剂既能提高烧结矿的还原度(RI)，又能同时改善烧结矿的低温还原粉化指数(RDI)。

6.改善环境质量

烧结和炼铁过程中焦炭和煤粉的燃烧是生成含有SO₂、CO₂、NO_X、二恶英等有害气体的根源，炼铁系统每烧一吨煤就产生1.5吨CO₂，每冶炼一吨生铁就产生3公斤SO₂，由于该添加剂具有明显降低烧结生产固体燃耗和高炉焦比的作用，而固体燃耗和高炉焦比的降低能使CO₂、SO₂、NO_X、二恶英的排放量同步降低，所以烧结使用该种添加剂会显著降低废气中有害气体的排放量，对减轻环境污染具有相当大的作用，可获得巨大社会效益。

具体实施方式

选取四种配方进行烧结杯试验，对本发明作进一步的说明。

实施例1

有效组分含量(重量百分比)为：增氧剂30％(硝酸铈)；自由基引发剂10％(烷氧基胺)；助熔剂40％(氧化钡30％，二氧化锰70％)；强化剂5％；催化剂5％；晶核剂10％(硼酐25％，氧化铬35％，氧化铜40％)。

实施例2

有效组分含量(重量百分比)为：增氧剂32％(硝酸铈50％，硝酸钙50％)；自由基引发剂8％(烷氧基胺50％，芳基碘金属盐50％)；助熔剂39％(氧化钡50％，二氧化锰50％)；强化剂6％；催化剂7％；晶核剂8％(硼酐40％，氧化铬30％，氧化铜30％)。

实施例3

有效组分含量(重量百分比)为：增氧剂29％(硝酸钙)；自由基引发剂11％(芳基碘金属盐)；助熔剂36％(氧化钡40％，二氧化锰60％)；强化剂7％；催化剂8％；晶核剂9％(硼酐30％，氧化铬30％，氧化铜40％)。

实施例4

有效组分含量(重量百分比)为：增氧剂31％(硝酸铈30％，硝酸钙70％)；自由基引发剂9％(烷氧基胺60％，芳基碘金属盐40％)；助熔剂35％(氧化钡60％，二氧化锰40％)；强化剂4％；催化剂9％；晶核剂12％(硼酐30％，氧化铬40％，氧化铜30％)。

将本发明实施例1-4分别按烧结混合料总量的0.15‰比例均匀配到混合料中进行烧结杯试验，试验结果见下表。

实施例	添加剂用量‰	配碳(％)	垂直烧结速度mm/min	TI+6.3(％)	利用系数t/m2h	FeO(％)	铁酸钙含量(％)	RI(％)	RDI+3.15(％)
										0	0	5.00	20.15	61.35	1.57	10.00	25-30	78.25	64.60
1	0.15	4.75	21.16	63.05	1.62	8.50	30-35	84.65	71.90
										2	0.15	4.60	22.39	64.75	1.65	7.60	35-40	86.08	72.80
3	0.15	4.70	21.56	63.35	1.63	9.10	30-40	85.10	74.37
										4	0.15	4.65	22.00	64.20	1.61	8.90	30-35	83.75	70.95

由试验结果可以看出烧结使用本发明的添加剂可以降低固体燃耗8％，降低烧结矿FeO含量2.4个百分点，提高垂直烧结速度11.12％，提高烧结机利用系数5％以上，提高烧结矿铁酸钙含量15％以上，提高转鼓强度3.4个百分点，提高烧结矿还原度(RI)7.83个百分点，改善低温还原粉化指数(RDI_+3.15)8.2个百分点。

Claims (9)

1.一种铁矿粉烧结用化学添加剂，其特征在于成分重量百分比为：增氧剂20-45％；自由基引发剂5-15％；助熔剂20-45％；强化剂2-15％；催化剂2-15％；晶核剂5-20％。

2.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于成分重量百分比为：增氧剂28-35％；自由基引发剂8-12％；助熔剂35-42％；强化剂4-8％；催化剂4-9％；晶核剂8-12％。

3.根据权利要求1或2所述的添加剂，其特征在于配方中的增氧剂为：硝酸铈[Ce(NO₃)₃]或硝酸钙[Ca(NO₃)₂]，或硝酸铈、硝酸钙的混合物，混合物中各成分比例不限。

4.根据权利要求1或2所述的添加剂，其特征在于配方中的自由基引发剂为：烷氧基胺或芳基碘金属盐或烷氧基胺或芳基碘金属盐的混合物，混合物中各成分比例不限。

5.根据权利要求1或2所述的添加剂，其特征在于配方中的助熔剂为：氧化钡(BaO)、二氧化锰(MnO₂)，助熔剂中各成分重量百分比为：氧化钡30-70％、二氧化锰30-70％。

6.根据权利要求1或2所述的添加剂，其特征在于配方中的强化剂为：氧化钕(Nd₂O₃)。

7.根据权利要求1或2所述的添加剂，其特征在于配方中的催化剂为：二茂铁[(C₅H₅)₂Fe]。

8.根据权利要求1或2所述的添加剂，其特征在于配方中的晶核剂为：硼酐(B₂O₃)、氧化铬(CrO₂)、氧化铜(CuO)，晶核剂中各成分重量百分比为：硼酐20-50％、氧化铬20-50％、氧化铜20-50％。

9.根据权利要求1或2所述的添加剂，其特征在于根据配方按比例经烘干、研磨、混匀、分装而成，粒度为≥50目的粉末剂型。